Uvod
Oni koji se bave industrijskom nultom{0}}ispuštanjem i industrijom oporabe resursa otpadnih voda znaju da je koncentrat reverzne osmoze najteži dio cijelog sustava. Nakon koncentracije pomoću membrane reverzne osmoze, tvrdoća kalcija i magnezija, silicij, ukupna slanost i alkalnost se višestruko povećavaju, što rezultira složenim sastavom vode i snažnom sklonošću stvaranju kamenca. Nedovoljna prethodna obrada može lako dovesti do stvaranja kamenca i onečišćenja naknadnog membranskog sustava, smanjene učinkovitosti isparivača i nenormalnog rada kristalizacijskog sustava. Dvo-alkalna metoda, kao glavna tehnologija za duboko uklanjanje tvrdoće koncentrata reverzne osmoze, može postići sinergijsku kontrolu tvrdoće i silicijevog dioksida. U kombinaciji s poboljšanim odvajanjem keramičkim membranama od silicij karbida, može dodatno poboljšati stabilnost efluenta i pouzdanost sustava.
I. Osnovno znanje o tvrdoći i karakteristikama koncentrata reverzne osmoze
Ukupna tvrdoća odnosi se na ukupnu koncentraciju iona kalcija i magnezija u vodi, što je ključni pokazatelj za procjenu rizika od kamenca i stabilnosti rada membranskog sustava.
Na temelju svog sastava, tvrdoća se može podijeliti u dvije glavne kategorije: Jedna je karbonatna tvrdoća, također poznata kao privremena tvrdoća, koja uglavnom postoji u obliku kalcijevog bikarbonata i magnezijevog bikarbonata. Može se ukloniti zagrijavanjem i kuhanjem kako bi se istaložio i uklonio tvrdoću.
Druga je ne{0}}karbonatna tvrdoća, poznata i kao trajna tvrdoća, koja postoji u obliku sulfata i klorida. Ne može se ukloniti zagrijavanjem i mora se učinkovito ukloniti kemijskim taloženjem, ionskom izmjenom ili membranskim metodama.
U kontekstu koncentrata reverzne osmoze, karakteristike su očite: sustavi reverzne osmoze imaju učinak hvatanja i obogaćivanja soli, tvrdoće i silikata. Koncentracija iona na strani koncentrata obično je koncentrirana 3 do 8 puta, a TDS je općenito između 10.000 i 60.000 mg/L, dosežući preko 100.000 mg/L pod visokim radnim uvjetima. Ukupna tvrdoća dosljedno se održava na 500 do 3000 mg/L, pri čemu su silicijev dioksid i alkalnost također visoki, a Langrierov indeks zasićenja i indeks skaliranja sulfata značajno premašuju standarde. Najveći problem s ovom vrstom kvalitete vode je taj što lako stvara netopivi kamenac kao što su kalcijev karbonat, magnezijev hidroksid, kalcijev sulfat i silikati, koji se lijepe na površinu membrane, unutarnje stijenke cijevi i stijenke cijevi za izmjenu topline isparivača. To uzrokuje smanjenje protoka kroz membranu, povećanje transmembranske razlike tlaka, smanjenje učinkovitosti izmjene topline i pogoršanje kvalitete kristalizirane soli, što je ključna bolna točka koja ograničava dugoročan-rad sustava bez-pražnjenja.
II. Uvod u tehnologiju dvostrukog-alkalnog taloženja
Laički rečeno, dvo-alkalna metoda je kemijski proces taloženja u kojem se u koracima dodaju kalcijev hidroksid i natrijev karbonat. To je trenutno najprimjenjivija i najekonomičnija tehnologija predtretmana za koncentrat reverzne osmoze s visokom tvrdoćom, visokim sadržajem silicija i visokom alkalnošću.
1. Princip reakcije procesa
(1) Dodavanje kalcijevog hidroksida (Ca(OH)2) uglavnom služi za podešavanje alkalnosti, uklanjanje magnezija i silicijevog dioksida i smanjenje bikarbonatne alkalnosti vode. Jednadžbe reakcije uklanjanja magnezija i smanjenja alkalnosti:
Jednadžba kemijske reakcije uklanjanja silicija (pod uvjetima visokog pH):
Dodavanjem vapna za podizanje pH vode iznad 11,0, ioni magnezija se pretvaraju u talog magnezijevog hidroksida. Istovremeno, otopljeni silicij u vodi pretvara se u silikatne ione pod jako alkalnim uvjetima, koji se zatim spajaju s kalcijevim i magnezijevim ionima u vodi kako bi formirali netopljive taloge kalcijevog silikata i magnezijevog silikata, postižući učinkovito uklanjanje silicija. U isto vrijeme, ioni bikarbonata se neutraliziraju, smanjujući osnovnu vrijednost alkalnosti i smanjujući rizik od naknadne tvrdoće i kamenca na silicijumu.
(2) Dodavanjem natrijevog karbonata (Na₂CO3), natrijev karbonat se uglavnom koristi za uklanjanje kalcijevih iona iz vode i uklanjanje ne-karbonatne tvrdoće koju je teško{1}}-liječiti. Jednadžba reakcije uklanjanja tvrdoće kalcija:
Korištenjem kombinacije karbonatnih iona i kalcijevih iona za formiranje kristalnih taloga kalcijevog karbonata, rezidualna kalcijeva tvrdoća se dodatno smanjuje, a ukupna tvrdoća se stabilno kontrolira unutar prihvatljivog raspona.
2. Tehnološke prednosti i tradicionalni nedostaci
Dvo-alkalna metoda ima značajne prednosti: lako dostupni reagensi, niski operativni troškovi i mogućnost obavljanja-kontinuiranog tretmana velikih razmjera. Može istovremeno dovršiti stvrdnjavanje, redukciju lužine i desilikonizaciju, te ima snažnu otpornost na utjecaje visoke-soli i visoke{4}}alkalne kvalitete vode, što ga čini vrlo prikladnim za ekstremne uvjete kao što je koncentrat reverzne osmoze.
Međutim, tradicionalna dvo-alkalna metoda također ima očite nedostatke: kalcijev karbonat, magnezijev hidroksid i silikatne flokule koje nastaju u reakciji imaju fine veličine čestica, što rezultira sporim prirodnim stopama taloženja i nepotpunim odvajanjem čvrstih-tekućina u konvencionalnim taložnim spremnicima; zamućenost efluenta i suspendirane krute tvari su relativno visoke, a fine čestice kristala mogu lako prodrijeti kroz filtarsku jedinicu, i dalje predstavljajući rizik od kamenca za membranu i isparivač iza nje; štoviše, stvrdnjavanje i desilikonizacija pokazuju konkurentsku inhibiciju, što otežava uobičajenim procesima taloženja da istovremeno optimiziraju oba pokazatelja.
III. Uvod u dvo-alkalnu metodu + postupak spajanja keramičke membrane od silicij karbida
Kako bi se riješili nedostaci tradicionalne dvo-alkalne metode, pojavila se dvo-alkalna metoda + proces spajanja keramičke ultrafiltracijske membrane od silicij karbida, pružajući dvostruku zaštitu za predtretman koncentrata. Cjelokupni procesni put:
Cijeli proces ima jasnu logiku: prednji dio se oslanja na dvo-alkalnu metodu za dovršetak kemijske reakcije, pretvarajući kalcijeve i magnezijeve ione i silicide u čvrste taloge; stražnji kraj se oslanja na keramičku membranu od silicij-karbida za visoko-precizno zadržavanje, zamjenjujući tradicionalne sedimentacijske tankove visoke-gustoće i više-medijske procese filtracije.
Keramička membrana od silicij-karbida ima pore u nanosmjeru, koje mogu u potpunosti zadržati kalcijev karbonat, magnezijev hidroksid, silikatne mikro-flokule, koloide i lebdeće čestice, u potpunosti ispunjavajući stroge zahtjeve za utjecaj membrana pod visokim-tlakom i opreme za kristalizaciju isparavanjem.
Prednosti ovog procesa su sljedeće:
1. Stabilan i pouzdan rad: keramička membrana od silicij-karbida otporna je na teške radne uvjete, protiv-obraštanja i nije je lako začepiti. Zahtijeva malu učestalost čišćenja i nema značajne degradacije performansi tijekom dugotrajnog rada, što omogućuje kontinuiran i stabilan rad i smanjuje utjecaj zastoja.
2. Izvanredna ekonomska učinkovitost: Dvo-alkalna metoda ima niske troškove reagensa, keramička membrana od silicij-karbida ima dug životni vijek i ne zahtijeva čestu zamjenu, potrošnja vode za povratno ispiranje je niska, a-se dugoročni troškovi održavanja mogu kontrolirati.
3. Široka prilagodljivost: Prilagodljiv različitim industrijama i koncentracijama koncentrata reverzne osmoze, ispunjavajući i zahtjeve za ponovnu upotrebu koncentrata i nulto-pražnjenje predtretmana.
4. Jednostavan i lak-za-provedbu procesa: Pojednostavljeni proces, mali otisak, može se integrirati u jednu jedinicu, visoko automatiziran, jednostavan za održavanje i može raditi stabilno bez specijaliziranog tima.
5. Zeleno i ekološki prihvatljivo: Niska proizvodnja mulja i sveobuhvatno korištenje, bez sekundarnog onečišćenja, omogućava poboljšanje kvalitete koncentrata i ponovnu upotrebu, pomaže poduzećima u štednji vode i smanjenju zagađenja, te u postizanju recikliranja resursa.
Alkalna metoda + proces spajanja keramičke ultrafiltracijske membrane od silicij-karbida zadržava ekonomsku učinkovitost i prednosti otpornosti na udare dvo-alkalne metode, dok se keramička membrana od silicij-karbida koristi za rješavanje nedostataka tradicionalnih procesa. Ne samo da skraćuje tijek procesa, štedi prostor i smanjuje ručno održavanje, nego što je još važnije, potpuno presreće tvari koje-tvore kamenac na izvoru, stabilno kontrolirajući tvrdoću i sadržaj silicija u efluentu, značajno smanjujući rizik od stvaranja kamenca i zaprljanja u nizvodnom membranskom sustavu i isparivaču, produžujući radne cikluse opreme i smanjujući potrošnju reagensa i troškove održavanja zastoja. Postao je zreo i poželjan postupak za predtretman bez-ispuštanja koncentrata reverzne osmoze.