Последњих година, употреба технологије мембране са реверзном осмозом под високим-притиском за даљу концентрацију и смањење запремине индустријског концентрованог сланог раствора постала је главни тренд у третману слане воде без{1}}испуштања. Међутим, каменац је постао један од ограничавајућих фактора за високу-концентрацију и смањење запремине улазне воде у системима мембрана реверзне осмозе. Главни разлог за то је тај што током процеса високе- концентрације улазне воде у мембранском систему реверзне осмозе, двовалентни катјони као што су калцијум, магнезијум, баријум и стронцијум, заједно са јонима који се лако скалирају као што су карбонат, сулфат, фосфат, флуорид и растворљиви конверзни силицијум диоксид, акумулирају се на супер осмосној страни система реверзне осмозе. стање, формирање преципитата и скалирање. Ово доводи до загађивања мембране, повећаног радног притиска, потешкоћа у обнављању мембранског флукса, ау тешким случајевима и оштећења површинског одвајајућег слоја мембране, што доводи до квара система и његове нестабилности.
Због тога је поуздан и ефикасан процес уклањања омекшавања и очвршћавања концентрованог сланог раствора битан и пресудан корак у процесу концентрације индустријске концентроване слане мембране и процеса смањења запремине.
1. Реакциони механизам хемијског омекшавања
За сирову воду различите тврдоће, генерално се могу предузети следеће мере:
(1) За сирову воду ниске{1}}не тврдоће, подесите пХ и температуру улива или користите физичке методе да бисте спречили стварање каменца и побољшали растворљивост слабо растворљивих соли;
(2) За сирову воду средње-ниске тврдоће могу се користити инхибитори каменца, али они су ефикасни само у одређеном опсегу, тј. Лангерилеов индекс (ЛСИ) мора бити између 0 и 1,8;
(3) За високу{1}}тврдоћу сирове воде, јонска размена и хемијско таложење су неопходни да би се уклонили јони који формирају каменац-.
За велике количине концентрованог сланог раствора високе{0}}тврдоће, коришћење омекшавања јонске размене са катјонима као што су калцијум и магнезијум захтевало би велику количину средстава за регенерацију, што би резултирало високим оперативним трошковима и секундарним загађењем. Генерално, најекономичнији процес третмана укључује додавање хемијских средстава за омекшавање (натријум хидроксид, калцијум хидроксид, натријум карбонат, итд.) да би се повећао пХ воде, реагујући са јонима калцијума и магнезијума у концентрованом сланом раствору да би се формирали преципитати као што су калцијум карбонат и магнезијум хидроксид. Механизам реакције хемијског омекшавања је следећи:
Ца2+ + ЦО32- → ЦаЦО3 ↓
Ца2+ + ОХ- + ХЦО3- → ЦаЦО3 ↓ + Х2О
Мг2+ + 2ОХ- → Мг(ОХ)2 ↓
У формулама, „↓“ означава да се формирао талог, односно суспендована чврста супстанца. Креч и течна алкалија могу да обезбеде хидроксидне јоне потребне за реакцију; ако су карбонатни јони у води недовољни, може се додати сода пепео као додатак карбонатним јонима.
СиО2 + 2Мг(ОХ)2↓ → Мг2СиО4↓ + 2Х2О
Реакција уклањања силицијум диоксида је сложенија, али се једноставно може схватити као реакција ко-преципитације између силицијум диоксида у води и магнезијум хидроксида који настаје у реакцији омекшавања. Затим, чврста-течна сепарација се постиже методама као што су филтрација и бистрење ради уклањања силицијум диоксида.
Јони флуорида, баријума и стронцијума у концентрованом сланом раствору такође представљају ризик од стварања каменца на мембрани реверзне осмозе. Под пХ условима реакције хемијског омекшавања, ови јони тешких метала ће истовремено формирати одговарајуће нерастворљиве преципитате (калцијум флуорид, баријум сулфат, стронцијум сулфат, итд.), који се затим уклањају филтрацијом.
2. Избор хемијских адитива
Креч (са сода пепелом) или течна алкалија са сода пепелом могу се користити као средства за омекшавање за концентровано стврдњавање слане воде. Сврха реакције је да се јони калцијума и магнезијума у води претворе у одговарајуће нерастворљиве супстанце, које се затим уклањају филтрацијом, уз истовремено уклањање баријума, стронцијума, силицијум диоксида итд. Креч је јефтинији и доступнији од течне алкалије, али повећава количину муља и уводи већу количину калцијума реагујући у реакциону количину угљеника. талог.
Ако је постојећа концентрација бикарбоната + карбоната у води недовољна за таложење јона калцијума унешених кречом, сода се мора додати посебно, али је сода сода веома скупа. Додавање течне алкалије неће увести јоне калцијума. Међутим, потребно је узети у обзир да ако је концентрација бикарбонат + карбонат јона у води знатно већа од концентрације јона калцијума, доћи ће до вишка алкалности. Ово ће довести до прекомерне потрошње киселине када пХ омекшаног пермеата треба да се подеси назад на неутралан, и постоји ризик да проводљивост пермеата након третмана мембраном реверзном осмозом не испуни стандарде.
Укратко, у већини услова квалитета воде (где је концентрација бикарбонатних + карбонатних јона већа од концентрације јона калцијума), коришћење креча + течне алкалије као средства за омекшавање је економичније и разумније. Када сирова вода има високу тврдоћу, али ниску алкалност, додавање само течне алкалије је оптимално. Када сирова вода има изузетно високу алкалност, додавање само креча је економичније и разумније.
Додавање магнезијумових соли има за циљ уклањање силицијума. Реакција омекшавања производи магнезијум хидроксид, који истовремено формира нерастворљиве ко-преципитате са силицијумом у води путем адсорпције и хемијских реакција. Доступне соли магнезијума укључују магнезијум оксид и магнезијум хлорид. Магнезијум оксид је генерално јефтин и лако доступан, али је тежак за руковање, реагује споро и захтева одређену температуру. Магнезијум хлорид је релативно скупљи, али је лако растворљив и може се претворити у водени раствор, што га чини погодним за руковање и брзо реагује. У већини случајева, јони магнезијума у концентрованом сланом раствору су довољни за таложење силицијум диоксида, али у посебним изворима воде потребно је додати довољно соли магнезијума и течне алкалије да би се уклонио силицијум.
3. Хемијски ефекат омекшавања
Узимајући омекшавање фармацеутске отпадне воде као пример, сирова вода је отпадна вода након анаеробног биолошког третмана и треба је концентрисати коришћењем процеса реверзне осмозе са диск цеви (ДТРО). Вода има високу укупну тврдоћу и укупну алкалност, а низак садржај силицијум диоксида. Да би се избегло стварање каменца од јона калцијума и магнезијума на страни концентроване воде током третмана са високом-концентрацијом и смањењем запремине ДТРО-а, потребно је хемијско омекшавање да би се уклонила тврдоћа.
На основу карактеристика фармацеутске отпадне воде, течна алкалија (30% раствор натријум хидроксида) се бира као хемијско средство за омекшавање. Разлози су следећи: Укупна тврдоћа сирове воде је 1100-1500 мг/Л, при чему је тврдоћа калцијума већа од тврдоће магнезијума, док је укупна алкалност 2300-2500 мг/Л. У алкалним условима, бикарбонатни и карбонатни јони у сировој води су довољни да реагују са свим јонима калцијума у води и формирају преципитат калцијум карбоната, чиме се потпуно уклања тврдоћа калцијума. Истовремено, сви јони магнезијума реагују са вишком хидроксидних јона у алкалном раствору да би произвели преципитат магнезијум хидроксида и носе нешто силицијум диоксида из воде у реакцији ко-преципитације, чиме се уклања тврдоћа магнезијума и нешто силицијум диоксида.
На основу података пре и после омекшавања, може се видети да се хемијским омекшавањем постиже брзина уклањања укупне тврдоће од 97% из сирове воде, а тврдоћа воде омекшаног производа је мања од 100 мг/Л, што испуњава захтеве за тврдоћу улазне воде у процесу обраде концентрације и запремине ДТРО мембранске опреме.
У индустријској концентрованој сланој мембрани и третману смањења запремине, хемијско омекшавање је високо ефикасна, економична и практична технологија третмана за уклањање тврдоће.