Įvadas
Pramonės nulio{0}}išmetimo ir nuotekų išteklių regeneravimo pramonės atstovai žino, kad atvirkštinio osmoso koncentratas yra sunkiausia visos sistemos dalis. Koncentravus atvirkštinio osmoso membrana, kalcio ir magnio kietumas, silicio dioksidas, bendras druskingumas ir šarmingumas padaugėja, todėl susidaro sudėtinga vandens sudėtis ir stipri polinkis į mastelį. Nepakankamas išankstinis apdorojimas gali lengvai sukelti nuosėdų susidarymą ir vėlesnės membranos sistemos užteršimą, sumažėjusį garintuvo efektyvumą ir nenormalų kristalizacijos sistemos veikimą. Dviejų-šarmų metodas, kaip pagrindinė atvirkštinio osmoso koncentrato gilaus kietumo pašalinimo technologija, gali pasiekti sinergetinę kietumo ir silicio dioksido kontrolę. Kartu su sustiprintu atskyrimu silicio karbido keraminėmis membranomis jis gali dar labiau pagerinti nuotekų stabilumą ir sistemos patikimumą.
I. Pagrindinės žinios apie atvirkštinio osmoso koncentrato kietumą ir charakteristikas
Bendrasis kietumas reiškia bendrą kalcio ir magnio jonų koncentraciją vandenyje, kuri yra pagrindinis rodiklis, leidžiantis įvertinti apnašų susidarymo riziką ir membranos sistemos veikimo stabilumą.
Pagal sudėtį kietumas gali būti suskirstytas į dvi pagrindines kategorijas: Viena yra karbonatinis kietumas, dar žinomas kaip laikinas kietumas, kuris daugiausia yra kalcio bikarbonato ir magnio bikarbonato pavidalu. Jis gali būti pašalintas kaitinant ir verdant, kad susidarytų nuosėdos ir pašalintų kietumą.
Kitas yra ne{0}}karbonatinis kietumas, dar žinomas kaip nuolatinis kietumas, kuris yra sulfatų ir chloridų pavidalu. Jis negali būti pašalintas kaitinant ir turi būti veiksmingai pašalintas cheminiu nusodinimu, jonų mainais arba membraniniais metodais.
Atvirkštinio osmoso koncentrato charakteristikos yra akivaizdžios: atvirkštinio osmoso sistemos sulaiko ir praturtina druskas, kietumą ir silikatus. Jonų koncentracija koncentrato pusėje paprastai koncentruojama nuo 3 iki 8 kartų, o TDS paprastai yra nuo 10 000 iki 60 000 mg/L, o esant aukštoms eksploatavimo sąlygoms pasiekia daugiau nei 100 000 mg/l. Bendras kietumas nuolat palaikomas nuo 500 iki 3000 mg/l, silicio dioksidas ir šarmingumas taip pat yra dideli, o Langrier soties indeksas ir sulfato mastelio indeksas gerokai viršija standartus. Didžiausia šio tipo vandens kokybės problema yra ta, kad lengvai susidaro netirpios nuosėdos, tokios kaip kalcio karbonatas, magnio hidroksidas, kalcio sulfatas ir silikatai, kurios prilimpa prie membranos paviršiaus, vamzdžio vidinių sienelių ir garintuvo šilumos mainų vamzdžių sienelių. Dėl to sumažėja membranos srautas, padidėja transmembraninio slėgio skirtumas, sumažėja šilumos mainų efektyvumas ir pablogėja kristalizuotos druskos kokybė, o tai yra pagrindinis skausmo taškas, ribojantis ilgalaikį nulinės iškrovos sistemų veikimą.
II. Įvadas į dvigubą{1}}šarmų nusodinimo technologiją
Paprastai tariant, dvigubas{0}}šarminis metodas yra cheminis nusodinimo procesas, kurio metu palaipsniui pridedamas kalcio hidroksidas ir natrio karbonatas. Šiuo metu tai yra labiausiai taikoma ir ekonomiškiausia atvirkštinio osmoso koncentrato, pasižyminčio dideliu kietumu, dideliu silicio dioksidu ir dideliu šarmingumu, pirminio apdorojimo technologija.
1. Proceso reakcijos principas
(1) Kalcio hidroksido (Ca (OH) 2) pridėjimas daugiausia naudojamas šarmingumui reguliuoti, magnio ir silicio dioksido pašalinimui ir vandens bikarbonato šarmingumui sumažinti. Magnio pašalinimo ir šarmingumo mažinimo reakcijos lygtys:
Silicio pašalinimo cheminės reakcijos lygtis (aukšto pH sąlygomis):
Pridedant kalkių, kad vandens pH pakiltų iki 11,0, magnio jonai paverčiami magnio hidroksido nuosėdomis. Tuo pačiu metu vandenyje ištirpęs silicio dioksidas stipriai šarminėmis sąlygomis paverčiamas silikato jonais, kurie vėliau susijungia su vandenyje esančiais kalcio ir magnio jonais ir susidaro netirpus kalcio silikatas ir magnio silikato nuosėdos, todėl silicis pašalinamas efektyviai. Tuo pačiu metu bikarbonato jonai neutralizuojami, sumažinant bazinį šarmingumą ir sumažinant vėlesnio kietumo bei silicio dioksido nuosėdų susidarymo riziką.
(2) Pridedant natrio karbonato (Na₂CO₃), natrio karbonatas daugiausia naudojamas kalcio jonams iš vandens pašalinti ir sunkiai --ne{3}}karbonatiniam kietumui pašalinti. Kalcio kietumo pašalinimo reakcijos lygtis:
Naudojant karbonato jonų ir kalcio jonų derinį, kad susidarytų kalcio karbonato kristalų nuosėdos, liekamasis kalcio kietumas dar labiau sumažinamas, o bendras kietumas yra stabiliai kontroliuojamas priimtino diapazono ribose.
2. Technologiniai pranašumai ir tradiciniai trūkumai
Dviejų{0}}šarmų metodas turi didelių pranašumų: lengvai prieinami reagentai, mažos eksploatacinės sąnaudos ir galimybė atlikti didelio masto{1}}nepertraukiamą apdorojimą. Jis vienu metu gali užbaigti sukietėjimą, šarmų mažinimą ir desilikonizaciją, taip pat turi stiprų atsparumą dideliam-druskos ir aukštos-šarminio vandens kokybės poveikiui, todėl jis puikiai tinka ekstremalioms sąlygoms, pvz., atvirkštinio osmoso koncentratui.
Tačiau tradicinis dvigubo-šarmo metodas taip pat turi akivaizdžių trūkumų: reakcijoje susidarančių kalcio karbonato, magnio hidroksido ir silikato flokulių dalelės yra mažos, todėl natūralūs nusėdimo greitis yra lėtas ir kieto{1}}skysčio atskyrimas įprastose sedimentacijos rezervuaruose yra nepilnas; nuotekų drumstumas ir skendinčios kietosios medžiagos yra santykinai didelės, o smulkios kristalinės dalelės gali lengvai prasiskverbti į filtro bloką, vis tiek keldamos nuosėdų susidarymo riziką pasroviui membranai ir garintuvui; be to, kietėjimas ir silikonizacija pasižymi konkurenciniu slopinimu, todėl įprastiniuose sedimentacijos procesuose sunku vienu metu optimizuoti abu rodiklius.
III. Įvadas į dvigubą-šarminį metodą + silicio karbido keraminės membranos sujungimo procesą
Siekiant pašalinti tradicinio dvigubo-šarmo metodo trūkumus, atsirado dvigubo-šarmo metodas + silicio karbido keraminės ultrafiltracijos membranos sujungimo procesas, užtikrinantis dvigubą apsaugą koncentrato išankstiniam apdorojimui. Bendras proceso kelias:
Visas procesas turi aiškią logiką: priekinė dalis remiasi dvigubu-šarminiu metodu, kad užbaigtų cheminę reakciją, paverčiant kalcio ir magnio jonus ir silicidus į kietas nuosėdas; Galinė dalis pagrįsta silicio karbido keramine membrana, užtikrinančia didelio-tikslumo išlaikymą, pakeičiančią tradicinius didelio-tankio nusodinimo rezervuarus ir daugialypės terpės{3}}filtravimo procesus.
Silicio karbido keraminė membrana turi nanoskalės poras, kurios gali visiškai išlaikyti kalcio karbonatą, magnio hidroksidą, silikato mikro{0}flokus, koloidus ir suspenduotas kietąsias daleles, visiškai atitinkančius griežtus aukšto slėgio membranų ir garinimo kristalizacijos įrangos reikalavimus.
Šio proceso pranašumai yra šie:
1. Stabilus ir patikimas veikimas: silicio karbido keraminė membrana yra atspari atšiaurioms eksploatavimo sąlygoms, neleidžia užsiteršti ir lengvai užsikemša. Jam reikalingas mažas valymo dažnis, o ilgalaikis veikimas-nepablogėja, o tai užtikrina nuolatinį ir stabilų veikimą ir sumažina prastovų poveikį.
2. Išskirtinis ekonominis efektyvumas: naudojant dvigubą-šarminį metodą, reagentų sąnaudos yra mažos, silicio karbido keraminės membranos tarnavimo laikas yra ilgas ir jos nereikia dažnai keisti, vandens sunaudojama mažai, o ilgalaikės priežiūros sąnaudos yra kontroliuojamos.
3. Platus pritaikymas: tinkamas įvairioms pramonės šakoms ir atvirkštinio osmoso koncentrato koncentracijoms, atitinkantis tiek pakartotinio koncentrato naudojimo, tiek išankstinio apdorojimo reikalavimus.
4. Paprastas ir lengvai-įdiegiamas-procesas: supaprastintas procesas, nedidelis plotas, gali būti integruotas į vieną įrenginį, labai automatizuotas, lengvai prižiūrimas ir gali veikti stabiliai be specializuotos komandos.
5. Ekologiškas ir nekenksmingas aplinkai: maža dumblo gamyba ir visapusiškas panaudojimas, nėra antrinės taršos, leidžia gerinti koncentrato kokybę ir pakartotinai naudoti, padeda įmonėms taupyti vandenį ir sumažinti taršą bei pasiekti išteklių perdirbimą.
Šarminis metodas + silicio karbido keraminės ultrafiltracijos membranos sujungimo procesas išlaiko dvigubo-šarminio metodo ekonominį efektyvumą ir atsparumo smūgiams pranašumus, o silicio karbido keraminė membrana panaudojama siekiant pašalinti tradicinių procesų trūkumus. Tai ne tik sutrumpina proceso eigą, taupo vietą ir sumažina rankinę priežiūrą, bet, dar svarbiau, visiškai sulaiko nuosėdas -sudarančios medžiagos šaltinyje, stabiliai kontroliuoja nuotekų kietumą ir silicio kiekį, žymiai sumažina nuosėdų susidarymo ir užteršimo riziką pasrovinėje membraninėje sistemoje ir garintuve, pailgina įrangos priežiūros ir eksploatavimo ciklų sąnaudas. Tai tapo brandžiu ir pageidaujamu atvirkštinio osmoso koncentrato apdorojimo be{5}}iškrovos procesu.