Τα τελευταία χρόνια, η χρήση της τεχνολογίας μεμβράνης αντίστροφης όσμωσης υψηλής-πίεσης για περαιτέρω συγκέντρωση και μείωση όγκου βιομηχανικής συμπυκνωμένης άλμης έχει γίνει η κύρια τάση στην επεξεργασία άλμης μηδενικής-απόρριψης. Ωστόσο, η απολέπιση έχει γίνει ένας από τους περιοριστικούς παράγοντες για υψηλή-συγκέντρωση και μείωση όγκου του εισερχόμενου νερού σε συστήματα μεμβρανών αντίστροφης όσμωσης. Ο κύριος λόγος για αυτό είναι ότι κατά τη διάρκεια της διαδικασίας υψηλής συγκέντρωσης του εισερχόμενου νερού στο σύστημα μεμβράνης αντίστροφης όσμωσης, τα δισθενή κατιόντα όπως το ασβέστιο, το μαγνήσιο, το βάριο και το στρόντιο, μαζί με ιόντα που κλιμακώνονται εύκολα όπως ανθρακικό, θειικό, φωσφορικό, φθοριούχο συσσωρευμένο στην πλευρά, και το διοξείδιο σύστημα όσμωσης, φθάνοντας σε υπερκορεσμένη κατάσταση, σχηματίζοντας ιζήματα και απολέπιση. Αυτό οδηγεί σε ρύπανση της μεμβράνης, αυξημένη πίεση λειτουργίας, δυσκολία στην αποκατάσταση της ροής της μεμβράνης και σε σοβαρές περιπτώσεις, βλάβη στο στρώμα διαχωρισμού της επιφάνειας της μεμβράνης, προκαλώντας δυσλειτουργία και ασταθή λειτουργία του συστήματος.
Ως εκ τούτου, μια αξιόπιστη και αποτελεσματική διαδικασία αφαίρεσης μαλακώματος και σκλήρυνσης για συμπυκνωμένη άλμη είναι ένα ουσιαστικό και κρίσιμο βήμα στη διαδικασία συγκέντρωσης και μείωσης όγκου στη βιομηχανική συμπυκνωμένη άλμη.
1. Μηχανισμός Αντίδρασης Χημικής Αποσκλήρυνσης
Για ακατέργαστο νερό διαφορετικής σκληρότητας, μπορούν γενικά να ληφθούν τα ακόλουθα μέτρα:
(1) Για ακατέργαστο νερό χαμηλής-σκληρότητας, ρυθμίστε το pH και τη θερμοκρασία της εισροής ή χρησιμοποιήστε φυσικές μεθόδους για να εμποδίσετε το σχηματισμό αλάτων και να βελτιώσετε τη διαλυτότητα των ελάχιστα διαλυτών αλάτων.
(2) Για μέτριας-χαμηλής σκληρότητας ακατέργαστο νερό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αναστολείς αλάτων, αλλά αυτοί είναι αποτελεσματικοί μόνο εντός συγκεκριμένου εύρους, δηλαδή, ο δείκτης Langerile (LSI) πρέπει να είναι μεταξύ 0 και 1,8.
(3) Για υψηλής-σκληρότητας ακατέργαστο νερό, απαιτείται ανταλλαγή ιόντων και χημική κατακρήμνιση για την απομάκρυνση των ιόντων σχηματισμού αλάτων.
Για μεγάλους όγκους πυκνής άλμης υψηλής-σκληρότητας, η χρήση ιοντοανταλλακτικής αποσκλήρυνσης με κατιόντα όπως το ασβέστιο και το μαγνήσιο θα απαιτούσε μεγάλη ποσότητα παραγόντων αναγέννησης, με αποτέλεσμα υψηλό κόστος λειτουργίας και δευτερογενή ρύπανση. Γενικά, η πιο οικονομική διαδικασία επεξεργασίας περιλαμβάνει την προσθήκη χημικών μαλακτικών παραγόντων (υδροξείδιο του νατρίου, υδροξείδιο του ασβεστίου, ανθρακικό νάτριο, κ.λπ.) για την αύξηση του pH του νερού, αντίδραση με ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου στη συμπυκνωμένη άλμη για να σχηματιστούν ιζήματα όπως υδροξείδιο του ασβεστίου και μαγνήσιο. Ο μηχανισμός αντίδρασης της χημικής αποσκλήρυνσης είναι ο ακόλουθος:
Ca{0}} CO32- → CaCO3 ↓
Ca{0}} OH- + HCO3- → CaCO3 ↓ + H2O
Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2 ↓
Στους τύπους, το "↓" υποδηλώνει ότι έχει σχηματιστεί ένα ίζημα, δηλαδή ένα αιωρούμενο στερεό. Ο ασβέστης και το υγρό αλκάλιο μπορούν να παρέχουν τα ιόντα υδροξειδίου που χρειάζονται για την αντίδραση. Εάν τα ανθρακικά ιόντα στο νερό είναι ανεπαρκή, μπορεί να προστεθεί ανθρακικά ιόντα για να συμπληρωθούν τα ανθρακικά ιόντα.
SiO2 + 2Mg(OH)2↓ → Mg2SiO4↓ + 2H2O
Η αντίδραση απομάκρυνσης του πυριτίου είναι πιο περίπλοκη, αλλά μπορεί απλά να γίνει κατανοητή ως μια αντίδραση συν-καθίζησης μεταξύ του πυριτίου στο νερό και του υδροξειδίου του μαγνησίου που παράγεται στην αντίδραση μαλάκυνσης. Στη συνέχεια, επιτυγχάνεται διαχωρισμός στερεών-υγρών μέσω μεθόδων όπως η διήθηση και η διαύγαση για την απομάκρυνση του πυριτίου.
Τα ιόντα φθορίου, βαρίου και στροντίου σε συμπυκνωμένη άλμη ενέχουν επίσης κίνδυνο σχηματισμού απολέπισης στη μεμβράνη αντίστροφης όσμωσης. Κάτω από τις συνθήκες pH της αντίδρασης χημικής μαλάκυνσης, αυτά τα ιόντα βαρέων μετάλλων θα σχηματίσουν ταυτόχρονα αντίστοιχα αδιάλυτα ιζήματα (φθοριούχο ασβέστιο, θειικό βάριο, θειικό στρόντιο κ.λπ.), τα οποία στη συνέχεια απομακρύνονται με διήθηση.
2. Επιλογή Χημικών Πρόσθετων
Ο ασβέστης (με ανθρακική σόδα) ή το υγρό αλκάλιο με ανθρακικό νάτριο μπορούν να χρησιμοποιηθούν και τα δύο ως μαλακτικά για τη σκλήρυνση με συμπυκνωμένη άλμη. Ο σκοπός της αντίδρασης είναι να μετατρέψει τα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου στο νερό στις αντίστοιχες αδιάλυτες ουσίες τους, οι οποίες στη συνέχεια απομακρύνονται με διήθηση, ενώ ταυτόχρονα αφαιρείται το βάριο, το στρόντιο, το πυρίτιο κ.λπ. του ανθρακικού να αντιδράσει και να κατακρημνιστεί.
Εάν η υπάρχουσα συγκέντρωση διττανθρακικών + ανθρακικών στο νερό είναι ανεπαρκής για την κατακρήμνιση των ιόντων ασβεστίου που εισάγονται από τον ασβέστη, το ανθρακικό νάτριο πρέπει να προστεθεί χωριστά, αλλά το ανθρακικό ανθρακικό είναι πολύ ακριβό. Η προσθήκη υγρού αλκαλίου δεν θα εισάγει ιόντα ασβεστίου. Ωστόσο, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ότι εάν η συγκέντρωση διττανθρακικών + ανθρακικών ιόντων στο νερό είναι σημαντικά υψηλότερη από τη συγκέντρωση ιόντων ασβεστίου, θα υπάρξει υπερβολική αλκαλικότητα. Αυτό θα οδηγήσει σε υπερβολική κατανάλωση οξέος όταν το pH του μαλακωμένου διηθήματος πρέπει να ρυθμιστεί ξανά στο ουδέτερο και υπάρχει κίνδυνος η αγωγιμότητα του διηθήματος μετά την επεξεργασία με μεμβράνη αντίστροφης όσμωσης να μην πληροί τα πρότυπα.
Συνοπτικά, στις περισσότερες συνθήκες ποιότητας του νερού (όπου η συγκέντρωση διττανθρακικών + ανθρακικών ιόντων είναι μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση ιόντων ασβεστίου), η χρήση ασβέστη + υγρό αλκάλιο ως μαλακτικό παράγοντα είναι πιο οικονομική και λογική. Όταν το ακατέργαστο νερό έχει υψηλή σκληρότητα αλλά χαμηλή αλκαλικότητα, η προσθήκη μόνο υγρού αλκαλίου είναι βέλτιστη. Όταν το ακατέργαστο νερό έχει εξαιρετικά υψηλή αλκαλικότητα, η προσθήκη μόνο ασβέστη είναι πιο οικονομική και λογική.
Η προσθήκη αλάτων μαγνησίου αποσκοπεί στην απομάκρυνση του πυριτίου. Η αντίδραση μαλάκυνσης παράγει υδροξείδιο του μαγνησίου, το οποίο ταυτόχρονα σχηματίζει αδιάλυτα συν-καθιζήματα με πυρίτιο στο νερό μέσω προσρόφησης και χημικών αντιδράσεων. Τα διαθέσιμα άλατα μαγνησίου περιλαμβάνουν οξείδιο μαγνησίου και χλωριούχο μαγνήσιο. Το οξείδιο του μαγνησίου είναι γενικά φθηνό και άμεσα διαθέσιμο, αλλά είναι δύσκολο να το χειριστεί κανείς, αντιδρά αργά και απαιτεί συγκεκριμένη θερμοκρασία. Το χλωριούχο μαγνήσιο είναι σχετικά πιο ακριβό, αλλά είναι εύκολα διαλυτό και μπορεί να μετατραπεί σε υδατικό διάλυμα, καθιστώντας το βολικό στον χειρισμό και την ταχεία αντίδραση. Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα ιόντα μαγνησίου στη συμπυκνωμένη άλμη επαρκούν για την καθίζηση του πυριτίου, αλλά σε ειδικές πηγές νερού χρειάζεται να προστεθούν επαρκή άλατα μαγνησίου και υγρό αλκάλιο για την απομάκρυνση του πυριτίου.
3. Χημικό Μαλακτικό αποτέλεσμα
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα την αποσκλήρυνση των φαρμακευτικών λυμάτων, το ακατέργαστο νερό είναι λύματα μετά από αναερόβια βιολογική επεξεργασία και πρέπει να συμπυκνωθεί χρησιμοποιώντας μια διαδικασία αντίστροφης όσμωσης (DTRO). Το νερό έχει υψηλή ολική σκληρότητα και ολική αλκαλικότητα και χαμηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο. Για να αποφευχθεί η απολέπιση ιόντων ασβεστίου και μαγνησίου στην πλευρά του συγκεντρωμένου νερού κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας υψηλής συγκέντρωσης και μείωσης όγκου του DTRO, απαιτείται χημική αποσκλήρυνση για την αφαίρεση της σκληρότητας.
Με βάση τα χαρακτηριστικά των φαρμακευτικών λυμάτων, το υγρό αλκάλιο (διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου 30%) επιλέγεται ως χημικός μαλακτικός παράγοντας. Οι λόγοι είναι οι εξής: Η συνολική σκληρότητα του ακατέργαστου νερού είναι 1100-1500 mg/L, με τη σκληρότητα του ασβεστίου να υπερβαίνει τη σκληρότητα του μαγνησίου, ενώ η συνολική αλκαλικότητα είναι 2300-2500 mg/L. Υπό αλκαλικές συνθήκες, τα διττανθρακικά και τα ανθρακικά ιόντα στο ακατέργαστο νερό επαρκούν για να αντιδράσουν με όλα τα ιόντα ασβεστίου στο νερό για να σχηματίσουν ίζημα ανθρακικού ασβεστίου, αφαιρώντας έτσι εντελώς τη σκληρότητα του ασβεστίου. Ταυτόχρονα, όλα τα ιόντα μαγνησίου αντιδρούν με περίσσεια ιόντων υδροξειδίου στο αλκαλικό διάλυμα για να παράγουν ίζημα υδροξειδίου του μαγνησίου και μεταφέρουν λίγο πυρίτιο από το νερό σε μια αντίδραση συν-καθίζησης, αφαιρώντας έτσι τη σκληρότητα του μαγνησίου και λίγο πυρίτιο.
Με βάση τα δεδομένα πριν και μετά την αποσκλήρυνση, μπορεί να φανεί ότι η χημική αποσκλήρυνση επιτυγχάνει ποσοστό απομάκρυνσης 97% της συνολικής σκληρότητας από το ακατέργαστο νερό και η σκληρότητα του νερού που έχει μαλακώσει είναι μικρότερη από 100 mg/L, ικανοποιώντας τις απαιτήσεις για σκληρότητα εισερχόμενου νερού στη διαδικασία επεξεργασίας συγκέντρωσης και μείωσης όγκου του εξοπλισμού μεμβράνης DTRO.
Στη βιομηχανική συμπυκνωμένη επεξεργασία μεμβράνης άλμης και μείωσης όγκου, η χημική αποσκλήρυνση είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική, οικονομική και πρακτική τεχνολογία επεξεργασίας για την αφαίρεση σκληρότητας.