Običajna biološka obdelava lahko učinkovito razgradi večino KPK v vodi, z dodatkom anoksičnih denitrifikacijskih postopkov pa je mogoče učinkovito odstraniti tudi skupni dušik. Vendar pa je za fosfor, ione težkih kovin in ione trdote učinek odstranjevanja preprostih bioloških procesov omejen: mikroorganizmi lahko z lastno rastjo in presnovo asimilirajo le majhno količino fosforja, ki ne more stabilno izpolnjevati standardov; medtem ko težkih kovin in ionov trdote ni mogoče biološko razgraditi, biološki sistemi pa ne morejo doseči učinkovite odstranitve. Ioni težkih kovin so toksični za mikroorganizme in nekoliko višje koncentracije lahko zavirajo biološke reakcije; ioni trdote so popolnoma raztopljeni v vodi in jih biološki sistemi ne morejo odstraniti.
Za obravnavo teh snovi je potrebno kemično obarjanje-z dodajanjem kemičnih sredstev, ki povzročijo spremembo ciljnih ionov iz raztopljenega v netopno stanje in oborino, ki se nato odstrani z ločevanjem trdne-tekočine.
I. Osnovni principi kemijskega obarjanja
Osnovna logika kemičnega obarjanja je pravilo produkta topnosti: dodajanje sredstev za obarjanje v odpadno vodo povzroči, da se raztopljeni ioni onesnaževal v vodi združijo s snovmi, pri čemer nastanejo trdne snovi, ki jih je težko raztopiti v vodi. Ko koncentracija takšnih snovi preseže mejo nosilne zmogljivosti (produkt topnosti Ksp) vodnega telesa, se samodejno izločijo iz vode in tvorijo usedlino za ločevanje.
Ključno je, da mora biti količina dodanega obarjalnika zadostna za zmanjšanje koncentracije ciljnih ionov na zahtevano raven, vendar ne pretirano-prekomerno obarjanje lahko povzroči sekundarno onesnaženje (kot so preostali kovinski ioni in soli) in poveča nastajanje blata.
II. Kemično odstranjevanje fosforja
Fosfor je glavni krivec za evtrofikacijo v vodnih telesih, standardi izpustov za skupni fosfor pa postajajo vse strožji. Biološko odstranjevanje fosforja temelji na polifosfat-akumulacijskih bakterijah, ki anaerobno sproščajo fosfor in nato med aerobnimi procesi odstranijo presežek fosforja s preostalim blatom. Vendar pa je stopnja odstranitve omejena. Ko je skupni fosfor v dotoku previsok, biološka odstranitev fosforja ne zadošča za zanesljivo izpolnjevanje standardov, zato je treba kemično odstranitev fosforja uporabiti kot rezervno rešitev.
Načelo: dodajanje aluminijevih soli (PAC) ali železovih soli (poliferi sulfat) povzroči, da kovinski ioni reagirajo s fosfatnimi ioni, da nastanejo oborine aluminijevega fosfata ali železovega fosfata; lahko dodamo tudi apno (Ca(OH)₂), ki v alkalnih pogojih tvori oborino kalcijevega hidroksifosfata.
Reakcija aluminijeve soli: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄↓;
Reakcija železove soli: Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓;
Reakcija apna: 5Ca²⁺ + 4OH⁻ + 3PO₄³⁻ → Ca₅(OH)(PO₄)3₃↓;
Lokacija dodatka: Na voljo so tri možnosti. Pred-dodajanje pred rezervoarjem za biološko obdelavo povzroči dolg reakcijski čas, vendar je vpliv aluminijevih soli na mikroorganizme še vedno sporen; hkratno dodajanje na koncu aerobnega dela rezervoarja za biološko čiščenje izkorišča prezračevanje in mešanje za pospeševanje reakcije, kar je najpogostejša metoda v komunalnih čistilnih napravah, koagulant pa spodbuja flokulacijo aktivnega blata; post-dodajanje po sekundarnem usedalniku, v delu za napredno obdelavo, neposredno in natančno odstrani preostali fosfor, zahteva najmanjše doziranje, proizvede najmanj blata, vendar zahteva ločeno napravo za reakcijo in usedanje. Posebna izbira je odvisna od poteka procesa in zahtev glede skladnosti s fosforjem.
Ključne operativne točke: Ključ do kemičnega odstranjevanja fosforja je ujemanje odmerka kemikalije s skupno koncentracijo fosforja v dotoku. Ko koncentracija celotnega fosforja v dotoku znatno niha, je za prilagoditev odmerka potreben spletni merilnik skupnega fosforja ali redno vzorčenje. Treba je paziti na pH odpadne vode-dodatek aluminijevih in železovih soli porabi alkalnost, učinkovitost odstranjevanja fosforja pa se zmanjša, ko je pH pod 6; dodatek apna bo zvišal pH iztoka, kar bo zahtevalo prilagoditev. Kemično blato, ki nastane pri odstranjevanju fosforja, vsebuje veliko količino anorganskih snovi in ima dobro zmogljivost odstranjevanja vode; čim bolj ga je treba odstraniti ločeno od biološkega blata.
III. Odstranjevanje težkih kovin
Odpadna voda iz industrij, kot so galvanizacija, metalurgija, rudarstvo in elektronika, vsebuje ione težkih kovin, kot so baker, cink, svinec, kadmij, nikelj in krom. Težke kovine so zelo strupene in ne-razgradljive, zato je potreben strog nadzor.
Načelo: dodajanje alkalij (NaOH, Ca(OH)₂) ali sulfidov (Na₂S, NaHS) povzroči, da se ioni težkih kovin oborijo kot hidroksidi ali sulfidi. Obarjanje s hidroksidom je preprosta in poceni-metoda, zaradi česar je glavni pristop. Obarjanje sulfida ima manjši produkt topnosti in večjo učinkovitost odstranjevanja (zlasti za živo srebro in kadmij), vendar pretirano dodajanje sulfida proizvaja strupen plin H₂S, ki zahteva alkalne pogoje za preprečitev uhajanja H₂S. Šestvalentni krom (Cr⁶⁺) v odpadni vodi, ki vsebuje krom-, je treba najprej reducirati v trivalentni krom (Cr³⁺) z redukcijskim sredstvom (natrijev bisulfit, natrijev metabisulfit) in nato oboriti kot Cr(OH)3 z alkalijo.
Ključne operativne točke: nadzor pH je najpomembnejši-vsaka težka kovina ima optimalno območje pH za obarjanje hidroksida (na splošno med 8 in 10), ta območja pa se razlikujejo. Soobstoj več težkih kovin v mešani odpadni vodi je treba celovito upoštevati in izbrati kompromisno vrednost pH ali postopno padavine. Ko je reakcija obarjanja končana, je treba dodati koagulant (PAC+PAM), da izboljšamo ločevanje trdnih-tekočin; sicer bodo drobni delci oborine prodrli v iztok. Kompleksi lahko motijo obarjanje-na primer kompleksi težkih kovin,-ki vsebujejo cianid, zahtevajo razgradnjo kompleksa pred obarjanjem.
PIV. Odstranjevanje trdote (mehčanje)
Ioni trdote so predvsem kalcijevi (Ca²⁺) in magnezijevi (Mg²⁺) ioni. Povzročajo nabiranje vodnega kamna v membranskih sistemih (RO, NF), tvorijo vodni kamen v opremi za izmenjavo toplote, ki zmanjšuje učinkovitost izmenjave toplote, in vplivajo na kakovost čiščenja v pralni industriji.
Načelo: Z uporabo kemičnih sredstev za pretvorbo kalcijevih in magnezijevih ionov v CaCO₃ in Mg(OH)₂ je mogoče odstraniti večino kalcijevih in magnezijevih ionov.
Delovne točke: pH zmehčane odplake je visok in ga je treba prilagoditi na nevtralnega z dodajanjem kisline, preden vstopite v naslednje čistilne enote ali se izpustijo. Reakcija obarjanja zahteva dovolj časa zadrževanja in jo je treba kombinirati s koagulacijo in flokulacijo, da se izboljša učinek obarjanja. Zmehčano blato nastaja v velikih količinah, v glavnem sestavljeno iz kalcijevega karbonata in magnezijevega hidroksida, ki ga je mogoče odvodniti in uporabiti kot gradbeni material ali poslati na odlagališča.
V. Umeščanje treh padavinskih procesov v tokovni proces
Kemično odstranjevanje fosforja se pogosto izvaja sočasno s stopnjo biološke obdelave ali po napredni fazi; odstranjevanje težkih kovin je predobdelava na vstopnem koncu za zaščito biološkega sistema; mehčanje za odstranitev trdote se običajno izvaja na sprednjem koncu obdelave za ponovno uporabo (pred membranskim sistemom). Vse tri je mogoče uporabiti v kombinaciji, odvisno od zahtev glede kakovosti vode-odpadna voda, ki vsebuje težke kovine-, je običajno izpostavljena kemičnemu obarjanju, da se odstranijo težke kovine, preden vstopi v postopek biološkega čiščenja; sočasno odstranjevanje fosforja + napredno odstranjevanje fosforja je običajna praksa za komunalne odpadne vode; in pri projektih ponovne uporabe se mehčanje izvede pred membrano.