Pastaraisiais metais aukšto -slėgio atvirkštinio osmoso membranos technologijos naudojimas tolesnei pramoninio koncentruoto sūrymo koncentracijai ir tūrio mažinimui tapo pagrindine nulinio-išleidimo sūrymu apdorojimo tendencija. Tačiau mastelio keitimas tapo vienu iš ribojančių veiksnių, ribojančių didelę-koncentraciją ir įeinančio vandens tūrį atvirkštinio osmoso membranų sistemose. Pagrindinė to priežastis yra ta, kad vykstant didelės -koncentracijos į atvirkštinio osmoso membranos sistemą įeinančiam vandeniui, dvivalečiai katijonai, tokie kaip kalcis, magnis, baris ir stroncis, kartu su lengvai besisluoksniuojančiais jonais, tokiais kaip karbonatas, sulfatas, fosfatas, fluoras ir tirpus silicio dioksidas, kaupiasi koncentruojamoje sistemos pusėje ir pasiekia koncentruotą sistemą. nuosėdos ir pleiskanojimas. Dėl to membrana užsiteršia, padidėja darbinis slėgis, sunku atkurti membranos srautą, o sunkiais atvejais pažeidžiamas membranos paviršiaus atskyrimo sluoksnis, dėl ko sistema sugenda ir tampa nestabili.
Todėl patikimas ir efektyvus koncentruoto sūrymo minkštinimo ir kietėjimo pašalinimo procesas yra esminis ir esminis žingsnis pramoninio koncentruoto sūrymo membranos koncentravimo ir tūrio mažinimo procese.
1. Cheminio minkštinimo reakcijos mechanizmas
Skirtingo kietumo žaliaviniam vandeniui paprastai galima imtis šių priemonių:
(1) Mažo -kietumo žaliavinio vandens atveju sureguliuokite įtekančio vandens pH ir temperatūrą arba naudokite fizinius metodus, kad sustabdytumėte nuosėdų susidarymą ir pagerintumėte mažai tirpių druskų tirpumą;
(2) Vidutinio -mažo kietumo žaliaviniam vandeniui galima naudoti nuosėdų inhibitorius, tačiau jie veiksmingi tik tam tikrame diapazone, ty Langerilo indeksas (LSI) turi būti nuo 0 iki 1,8;
(3) Didelio -kietumo žaliaviniam vandeniui reikia jonų mainų ir cheminio nusodinimo, kad būtų pašalinti kalkių -sudarantys jonai.
Dideliam kiekiui didelio{0}}kietumo koncentruoto sūrymo naudojant jonų mainų minkštinimą katijonais, tokiais kaip kalcis ir magnis, reikėtų daug regeneruojančių medžiagų, todėl eksploatacijos išlaidos būtų didelės ir antrinė tarša. Paprastai ekonomiškiausias apdorojimo procesas apima cheminių minkštinamųjų medžiagų (natrio hidroksido, kalcio hidroksido, natrio karbonato ir kt.) pridėjimą, kad padidintų vandens pH, reaguojant su kalcio ir magnio jonais koncentruotame sūryme susidaro nuosėdos, tokios kaip kalcio karbonatas ir magnio hidroksidas. Cheminio minkštinimo reakcijos mechanizmas yra toks:
Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓
Ca2+ + OH- + HCO3- → CaCO3 ↓ + H2O
Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2 ↓
Formulėse „↓“ rodo, kad susidarė nuosėdos, ty suspenduota kieta medžiaga. Kalkės ir skystas šarmas gali suteikti reakcijai reikalingų hidroksido jonų; jei karbonato jonų vandenyje nepakanka, karbonato jonams papildyti galima įpilti kalcinuotos sodos.
SiO2 + 2Mg(OH)2↓ → Mg2SiO4↓ + 2H2O
Silicio dioksido pašalinimo reakcija yra sudėtingesnė, tačiau ją galima paprasčiausiai suprasti kaip ko-nusodinimo reakciją tarp silicio dioksido vandenyje ir magnio hidroksido, susidariusio vykstant minkštinimo reakcijai. Tada kietasis{2}}skysčiai atskiriami naudojant tokius metodus kaip filtravimas ir skaidrinimas, siekiant pašalinti silicio dioksidą.
Fluoro, bario ir stroncio jonai koncentruotame sūryme taip pat kelia grėsmę atvirkštinio osmoso membranai. Cheminės minkštinimo reakcijos pH sąlygomis šie sunkiųjų metalų jonai vienu metu sudarys atitinkamas netirpias nuosėdas (kalcio fluoridą, bario sulfatą, stroncio sulfatą ir kt.), kurios vėliau pašalinamos filtruojant.
2. Cheminių priedų parinkimas
Kalkės (su sodos pelenais) arba skystas šarmas su soda gali būti naudojamos kaip minkštikliai koncentruotam sūrymui kietinti. Reakcijos tikslas – paversti vandenyje esančius kalcio ir magnio jonus į atitinkamas netirpias medžiagas, kurios vėliau pašalinamos filtruojant, tuo pačiu pašalinant barį, stroncį, silicio dioksidą ir kt. Kalkės yra pigesnės ir lengviau prieinamos nei skystas šarmas, tačiau padidina dumblo kiekį ir įveda daugiau kalcio jonų, todėl reikia lygiaverčio kiekio karbonato ir nuosėdų.
Jeigu esamos bikarbonato + karbonato koncentracijos vandenyje nepakanka kalkių įnešamiems kalcio jonams nusodinti, kalkių įnešamų kalkių reikia dėti atskirai, tačiau sodos pelenai yra labai brangūs. Įpylus skysto šarmo, kalcio jonų nepateks. Tačiau būtina atsižvelgti į tai, kad jei bikarbonato + karbonato jonų koncentracija vandenyje yra žymiai didesnė už kalcio jonų koncentraciją, bus šarmingumo perteklius. Tai sukels per daug rūgšties suvartojimą, kai suminkštinto permeato pH vėl turės būti sureguliuotas į neutralų, ir yra rizika, kad permeato laidumas po apdorojimo atvirkštinio osmoso membrana neatitiks standartų.
Apibendrinant galima teigti, kad esant daugeliui vandens kokybės sąlygų (kur bikarbonato + karbonato jonų koncentracija yra didesnė už kalcio jonų koncentraciją) naudoti kalkes + skystą šarmą kaip minkštiklį yra ekonomiškiau ir protingiau. Kai žaliavinis vanduo yra labai kietas, bet mažai šarmingas, optimalu dėti tik skystą šarmą. Kai žaliavinio vandens šarmingumas yra labai didelis, dėti tik kalkes yra ekonomiškiau ir protingiau.
Pridedant magnio druskų siekiama pašalinti silicį. Minkštėjimo reakcijos metu susidaro magnio hidroksidas, kuris kartu su silicio dioksidu vandenyje sudaro netirpias ko{1}nuosėdas dėl adsorbcijos ir cheminių reakcijų. Galimos magnio druskos yra magnio oksidas ir magnio chloridas. Magnio oksidas paprastai yra nebrangus ir lengvai prieinamas, tačiau jį sunku apdoroti, jis reaguoja lėtai ir reikalauja tam tikros temperatūros. Magnio chloridas yra santykinai brangesnis, tačiau jis lengvai tirpsta ir gali būti pagamintas į vandeninį tirpalą, todėl jį patogu tvarkyti ir greitai reaguoja. Daugeliu atvejų koncentruotame sūryme esančių magnio jonų pakanka silicio dioksidui nusodinti, tačiau specialiuose vandens šaltiniuose silicio dioksidui pašalinti reikia pridėti pakankamai magnio druskų ir skysto šarmo.
3. Cheminis minkštinimo efektas
Kaip pavyzdį paėmus farmacinių nuotekų minkštinimą, žaliavinis vanduo yra nuotekos po anaerobinio biologinio valymo ir turi būti koncentruojamos naudojant diskinio vamzdelio atvirkštinio osmoso (DTRO) procesą. Vanduo turi didelį bendrą kietumą ir bendrą šarmingumą bei mažą silicio dioksido kiekį. Kad būtų išvengta kalcio ir magnio jonų nuosėdų susidarymo koncentruoto vandens pusėje atliekant didelės-koncentracijos ir tūrio mažinimo apdorojimą DTRO, reikalingas cheminis minkštinimas, kad būtų pašalintas kietumas.
Remiantis farmacinių nuotekų savybėmis, kaip cheminis minkštiklis parenkamas skystas šarmas (30 % natrio hidroksido tirpalas). Priežastys yra šios: Bendras žaliavinio vandens kietumas yra 1100-1500 mg/L, kalcio kietumas viršija magnio kietumą, o bendras šarmingumas yra 2300-2500 mg/L. Šarminėmis sąlygomis žaliaviniame vandenyje esančių bikarbonato ir karbonato jonų pakanka reaguoti su visais vandenyje esančiais kalcio jonais ir susidaryti kalcio karbonato nuosėdoms, taip visiškai pašalinant kalcio kietumą. Tuo pačiu metu visi magnio jonai reaguoja su hidroksido jonų pertekliumi šarminiame tirpale, kad susidarytų magnio hidroksido nuosėdos, ir iš vandens perneša šiek tiek silicio dioksido bendro nusodinimo reakcijoje, taip pašalinant magnio kietumą ir šiek tiek silicio dioksido.
Remiantis duomenimis prieš ir po minkštinimo, matyti, kad cheminiu minkštinimu pasiekiamas 97% viso kietumo pašalinimas iš žaliavinio vandens, o suminkštinto produkto vandens kietumas yra mažesnis nei 100 mg/L, atitinkantis įeinančio vandens kietumo reikalavimus DTRO membranos įrangos koncentracijos ir tūrio mažinimo apdorojimo procese.
Pramoninio koncentruoto sūrymo membranos koncentracijos ir tūrio mažinimo apdorojimo metu cheminis minkštinimas yra labai efektyvi, ekonomiška ir praktiška kietumo pašalinimo technologija.
