Viime vuosina korkeapaineisen käänteisosmoosikalvotekniikan käytöstä teollisen tiivistetyn suolaliuoksen tiivistämiseen ja tilavuuden vähentämiseen on tullut yleisin suuntaus nolla-purkauksen suolaliuoksen käsittelyssä. Skaalautumisesta on kuitenkin tullut yksi käänteisosmoosikalvojärjestelmissä tulevan veden korkeaa pitoisuutta ja tilavuuden pienentämistä rajoittavista tekijöistä. Pääsyy tähän on se, että käänteisosmoosikalvojärjestelmään tulevan veden suuren -konsentraatioprosessin aikana kaksiarvoisia kationeja, kuten kalsiumia, magnesiumia, bariumia ja strontiumia, sekä helposti hilseilevät ionit, kuten karbonaatti, sulfaatti, fosfaatti, fluori ja liukoinen piidioksidi, kerääntyvät järjestelmän käänteisen tiivisteen puolelle. saostuu ja hilseilee. Tämä johtaa kalvon likaantumiseen, lisääntyneeseen käyttöpaineeseen, vaikeuksiin palauttaa kalvovirtausta ja vaikeissa tapauksissa kalvon pinnan erotuskerroksen vaurioitumiseen, mikä aiheuttaa järjestelmän toimintahäiriöitä ja muuttuu epävakaaksi.
Siksi luotettava ja tehokas pehmennys- ja kovettumisen poistoprosessi tiivistetylle suolaliuokselle on olennainen ja ratkaiseva vaihe teollisessa tiivistetyn suolaveden kalvon konsentraatio- ja tilavuuden vähentämisprosessissa.
1. Kemiallisen pehmennyksen reaktiomekanismi
Vaihtelevan kovuuden omaavalle raakavedelle voidaan yleensä toteuttaa seuraavat toimenpiteet:
(1) Jos kyseessä on matala-kovuus raakavedessä, säädä sisäänvirtaavan veden pH:ta ja lämpötilaa tai käytä fysikaalisia menetelmiä hilseen muodostumisen estämiseksi ja niukkaliukoisten suolojen liukoisuuden parantamiseksi.
(2) Keski-matalan kovuuden raakavedelle voidaan käyttää kalkkikiven estäjiä, mutta ne ovat tehokkaita vain tietyllä alueella, eli Langerile-indeksin (LSI) on oltava välillä 0 - 1,8;
(3) Korkean -kovuuden raakavedelle ioninvaihto ja kemiallinen saostus ovat välttämättömiä kalkkia -muovien ionien poistamiseksi.
Suuri{0}}kovuuskonsentroitua suolaliuosta käytettäessä ioninvaihtopehmennys kationeilla, kuten kalsiumilla ja magnesiumilla, vaatisi suuren määrän regenerointiaineita, mikä johtaisi korkeisiin käyttökustannuksiin ja toissijaiseen saastumiseen. Yleisesti ottaen edullisin käsittelyprosessi sisältää kemiallisten pehmennysaineiden (natriumhydroksidin, kalsiumhydroksidin, natriumkarbonaatin jne.) lisäämisen veden pH:n nostamiseksi, reagoimisen kalsium- ja magnesium-ionien kanssa väkevässä suolaliuoksessa muodostaen saostumia, kuten kalsiumkarbonaattia ja magnesiumhydroksidia. Kemiallisen pehmennyksen reaktiomekanismi on seuraava:
Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓
Ca2+ + OH- + HCO3- → CaCO3 ↓ + H2O
Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2 ↓
Kaavoissa "↓" tarkoittaa, että on muodostunut sakka, eli suspendoitunutta kiinteää ainetta. Kalkki ja nestemäinen alkali voivat tarjota reaktioon tarvittavat hydroksidi-ionit; jos karbonaatti-ionit vedessä ovat riittämättömät, voidaan karbonaatti-ionien täydentämiseksi lisätä soodaa.
SiO2 + 2Mg(OH)2↓ → Mg2SiO4↓ + 2H2O
Piidioksidin poistoreaktio on monimutkaisempi, mutta se voidaan ymmärtää yksinkertaisesti yhteissaostumisreaktioksi vedessä olevan piidioksidin ja pehmenemisreaktiossa syntyneen magnesiumhydroksidin välillä. Sitten kiinteän -nesteen erotus saavutetaan menetelmillä, kuten suodattamalla ja kirkastuksella piidioksidin poistamiseksi.
Fluori-, barium- ja strontium-ionit tiivistetyssä suolaliuoksessa aiheuttavat myös hilseilyriskin käänteisosmoosikalvolla. Kemiallisen pehmennysreaktion pH-olosuhteissa nämä raskasmetalli-ionit muodostavat samanaikaisesti vastaavia liukenemattomia saostumia (kalsiumfluoridia, bariumsulfaattia, strontiumsulfaattia jne.), jotka sen jälkeen poistetaan suodattamalla.
2. Kemiallisten lisäaineiden valinta
Kalkkia (jossa on soodaa) tai nestemäistä alkalia kalsinoidulla soodalla voidaan käyttää molempia pehmennysaineina tiivistetyn suolaveden kovetuksessa. Reaktion tarkoituksena on muuttaa vedessä olevat kalsium- ja magnesium-ionit vastaaviksi liukenemattomiksi aineiksi, jotka sitten poistetaan suodattamalla, ja samalla poistetaan barium, strontium, piidioksidi jne. Kalkki on halvempaa ja helpommin saatavilla kuin nestemäinen alkali, mutta se lisää lietteen määrää ja lisää kalsiumioneja, mikä vaatii vastaavan määrän saostumaa ja karbonaattia.
Jos vedessä oleva bikarbonaatti + karbonaattipitoisuus ei riitä saostamaan kalkin tuomia kalsiumioneja, kalsinoitua soodaa on lisättävä erikseen, mutta sooda on erittäin kallista. Nestemäisen alkalin lisääminen ei tuota kalsiumioneja. On kuitenkin otettava huomioon, että jos bikarbonaatti + karbonaatti-ionien pitoisuus vedessä on huomattavasti suurempi kuin kalsiumionipitoisuus, tulee ylimääräistä alkalisuutta. Tämä johtaa liialliseen hapon kulutukseen, kun pehmennetyn permeaatin pH on säädettävä takaisin neutraaliksi, ja on olemassa vaara, että permeaatin johtavuus käänteisosmoosikalvokäsittelyn jälkeen ei täytä standardeja.
Yhteenvetona voidaan todeta, että useimmissa vedenlaatuolosuhteissa (joissa bikarbonaatti+karbonaatti-ionien pitoisuus on suurempi kuin kalsiumionipitoisuus) kalkin + nestemäisen alkalin käyttö pehmennysaineena on taloudellisempaa ja järkevämpää. Kun raakavedellä on korkea kovuus mutta alhainen alkalisuus, vain nestemäisen alkalin lisääminen on optimaalista. Kun raakaveden alkalisuus on erittäin korkea, pelkän kalkin lisääminen on taloudellisempaa ja järkevämpää.
Magnesiumsuoloja lisäämällä pyritään poistamaan piitä. Pehmennysreaktio tuottaa magnesiumhydroksidia, joka samanaikaisesti muodostaa liukenemattomia saostumia piidioksidin kanssa vedessä adsorption ja kemiallisten reaktioiden kautta. Saatavilla olevia magnesiumsuoloja ovat magnesiumoksidi ja magnesiumkloridi. Magnesiumoksidi on yleensä halpa ja helposti saatavilla, mutta sitä on vaikea käsitellä, se reagoi hitaasti ja vaatii tietyn lämpötilan. Magnesiumkloridi on suhteellisen kalliimpaa, mutta se on helposti liukeneva ja siitä voidaan tehdä vesiliuos, mikä tekee siitä kätevän käsitellä ja reagoi nopeasti. Useimmissa tapauksissa väkevässä suolaliuoksessa olevat magnesium-ionit riittävät piidioksidin saostamiseen, mutta erityisissä vesilähteissä on lisättävä riittävästi magnesiumsuoloja ja nestemäistä alkalia piidioksidin poistamiseksi.
3. Kemiallinen pehmentävä vaikutus
Lääkejätevesien pehmennyksen esimerkkinä voidaan todeta, että raakavesi on anaerobisen biologisen käsittelyn jälkeistä jätevettä ja se on väkevöity levyputkien käänteisosmoosiprosessilla (DTRO). Veden kokonaiskovuus ja kokonaisalkalisuus on korkea ja piidioksidipitoisuus alhainen. Kalsium- ja magnesium-ionien hilseilyn välttämiseksi tiivistetyn veden puolella DTRO:n korkean-pitoisuuden ja tilavuuden vähentämiskäsittelyn aikana tarvitaan kemiallista pehmennystä kovuuden poistamiseksi.
Lääkejäteveden ominaisuuksien perusteella kemialliseksi pehmennysaineeksi valitaan nestemäinen alkali (30 % natriumhydroksidiliuos). Syyt ovat seuraavat: Raakaveden kokonaiskovuus on 1100-1500 mg/L, kalsiumin kovuus ylittää magnesiumkovuuden, kun taas kokonaisalkalisuus on 2300-2500 mg/l. Alkalisissa olosuhteissa raakaveden bikarbonaatti- ja karbonaatti-ionit riittävät reagoimaan kaikkien vedessä olevien kalsiumionien kanssa muodostaen kalsiumkarbonaattisakkautta, mikä poistaa kalsiumin kovuuden kokonaan. Samanaikaisesti kaikki magnesium-ionit reagoivat alkaliliuoksessa olevien ylimääräisten hydroksidi-ionien kanssa muodostaen magnesiumhydroksidisaostuman ja kuljettavat jonkin verran piidioksidia vedestä yhteissaostusreaktiossa, mikä poistaa magnesiumkovuuden ja osan piidioksidista.
Pehmennyksen edeltävien ja jälkeisten tietojen perusteella voidaan nähdä, että kemiallisella pehmennyksellä saavutetaan 97 %:n kokonaiskovuuden poistoaste raakavedestä ja pehmitetyn tuoteveden kovuus on alle 100 mg/L, mikä täyttää DTRO-kalvolaitteiston tiivistys- ja tilavuudenvähennyskäsittelyprosessissa sisääntulevan veden kovuuden vaatimukset.
Teollisessa tiivistetyssä suolaliuoskalvon konsentraatio- ja tilavuuden vähentämiskäsittelyssä kemiallinen pehmennys on erittäin tehokas, taloudellinen ja käytännöllinen käsittelytekniikka kovuuden poistamiseen.