Under de senaste åren har användningen av högtrycks-omvänd osmos-membranteknik för ytterligare koncentration och volymminskning av industriell koncentrerad saltlösning blivit den vanliga trenden för behandling av saltlösning utan-utsläpp. Skalning har dock blivit en av de begränsande faktorerna för hög-koncentration och volymminskning av inkommande vatten i omvänd osmos-membransystem. Den främsta anledningen till detta är att under den höga-koncentrationsprocessen av inkommande vatten i membransystemet för omvänd osmos, ackumuleras tvåvärda katjoner såsom kalcium, magnesium, barium och strontium, tillsammans med lätt fjällande joner såsom karbonat, sulfat, fosfat, fluorid och löslig kiseldioxid, ackumuleras på det omvända osmättade tillståndet i det omvända osmättade systemet. bildar fällningar och fjällning. Detta leder till nedsmutsning av membranet, ökat driftstryck, svårigheter att återställa membranflödet och i allvarliga fall skada på membranytseparationsskiktet, vilket gör att systemet inte fungerar och blir instabilt.
Därför är en pålitlig och effektiv mjuknings- och härdningsborttagningsprocess för koncentrerad saltlösning ett väsentligt och avgörande steg i den industriella processen för koncentration och volymminskning av koncentrerad saltlösning.
1. Reaktionsmekanism för kemisk mjukning
För råvatten med varierande hårdhet kan följande åtgärder i allmänhet vidtas:
(1) För råvatten med låg-hårdhet, justera inflödets pH och temperatur eller använd fysikaliska metoder för att förhindra beläggningsbildning och förbättra lösligheten av svårlösliga salter;
(2) För råvatten med medelhård-låg hårdhet kan beläggningshämmare användas, men dessa är endast effektiva inom ett visst intervall, dvs. Langerile Index (LSI) måste vara mellan 0 och 1,8;
(3) För hög-hårdhet är råvatten, jonbyte och kemisk utfällning nödvändiga för att ta bort skal-bildande joner.
För stora volymer av koncentrerad saltlösning med hög-hårdhet skulle användning av jonbytesmjukning med katjoner som kalcium och magnesium kräva en stor mängd regenereringsmedel, vilket resulterar i höga driftskostnader och sekundära föroreningar. Generellt innebär den mest ekonomiska behandlingsprocessen att man tillsätter kemiska mjukgörare (natriumhydroxid, kalciumhydroxid, natriumkarbonat, etc.) för att öka pH-värdet i vattnet, reagerar med kalcium- och magnesiumjoner i den koncentrerade saltlösningen för att bilda fällningar som kalciumkarbonat och magnesiumhydroxid. Reaktionsmekanismen för kemisk mjukning är som följer:
Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓
Ca2+ + OH- + HCO3- → CaCO3 ↓ + H2O
Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2 ↓
I formlerna indikerar "↓" att en fällning har bildats, dvs en suspenderad fast substans. Kalk och flytande alkali kan ge de hydroxidjoner som behövs för reaktionen; om karbonatjonerna i vattnet är otillräckliga kan soda tillsättas för att komplettera karbonatjonerna.
SiO2 + 2Mg(OH)2↓ → Mg2SiO4↓ + 2H2O
Reaktionen för att avlägsna kiseldioxid är mer komplex, men den kan enkelt förstås som en sam-utfällningsreaktion mellan kiseldioxid i vattnet och magnesiumhydroxid som genereras i mjukningsreaktionen. Sedan uppnås fast-vätskeseparation genom metoder som filtrering och klarning för att avlägsna kiseldioxiden.
Fluor-, barium- och strontiumjoner i koncentrerad saltlösning utgör också en risk för avlagringar på membranet för omvänd osmos. Under pH-förhållandena för den kemiska mjukningsreaktionen kommer dessa tungmetalljoner samtidigt att bilda motsvarande olösliga fällningar (kalciumfluorid, bariumsulfat, strontiumsulfat, etc.), som därefter avlägsnas genom filtrering.
2. Val av kemiska tillsatser
Kalk (med soda) eller flytande alkali med soda kan båda användas som mjukgörare för koncentrerad saltlösningshärdning. Syftet med reaktionen är att omvandla kalcium- och magnesiumjoner i vattnet till sina respektive olösliga ämnen, som sedan avlägsnas genom filtrering, samtidigt som man tar bort barium, strontium, kiseldioxid, etc. Kalk är billigare och mer lättillgängligt än flytande alkali, men det ökar mängden slam och tillför mer kalciumjoner, vilket kräver karbonat för att reagera och reagera.
Om den befintliga koncentrationen av bikarbonat + karbonat i vattnet är otillräcklig för att fälla ut de kalciumjoner som införs av kalken måste soda tillsättas separat, men soda är mycket dyrt. Tillsats av flytande alkali kommer inte att introducera kalciumjoner. Det är dock nödvändigt att tänka på att om koncentrationen av bikarbonat + karbonatjoner i vattnet är betydligt högre än kalciumjonkoncentrationen, kommer det att finnas överskott av alkalinitet. Detta kommer att leda till överdriven syraförbrukning när pH-värdet för det uppmjukade permeatet behöver justeras tillbaka till neutralt, och det finns en risk att permeatets konduktivitet efter omvänd osmos-membranbehandling inte kommer att uppfylla standarderna.
Sammanfattningsvis, under de flesta vattenkvalitetsförhållanden (där koncentrationen av bikarbonat + karbonatjoner är större än kalciumjonkoncentrationen), är det mer ekonomiskt och rimligt att använda kalk + flytande alkali som mjukgörare. När råvattnet har hög hårdhet men låg alkalinitet är det optimalt att endast tillsätta flytande alkali. När råvattnet har extremt hög alkalinitet är det mer ekonomiskt och rimligt att endast tillsätta kalk.
Att tillsätta magnesiumsalter syftar till att ta bort kisel. Mjukningsreaktionen producerar magnesiumhydroxid, som samtidigt bildar olösliga sam-utfällningar med kiseldioxid i vattnet genom adsorption och kemiska reaktioner. Tillgängliga magnesiumsalter inkluderar magnesiumoxid och magnesiumklorid. Magnesiumoxid är i allmänhet billigt och lättillgängligt, men det är svårt att hantera, reagerar långsamt och kräver en viss temperatur. Magnesiumklorid är relativt dyrare, men det är lättlösligt och kan göras till en vattenlösning, vilket gör det bekvämt att hantera och reagerar snabbt. I de flesta fall är magnesiumjonerna i koncentrerad saltlösning tillräckliga för att fälla ut kiseldioxid, men i speciella vattenkällor måste tillräckligt med magnesiumsalter och flytande alkali tillsättas för att avlägsna kiseldioxid.
3. Kemisk mjukgörande effekt
Om man tar avhärdning av läkemedelsavloppsvatten som ett exempel, är råvattnet avloppsvatten efter anaerob biologisk rening och måste koncentreras med en omvänd osmos-process (DTRO). Vattnet har hög total hårdhet och total alkalinitet och låg kiseldioxidhalt. För att undvika kalcium- och magnesiumjonavlagringar på den koncentrerade vattensidan under behandlingen med hög-koncentration och volymreducering av DTRO, krävs kemisk uppmjukning för att ta bort hårdheten.
Baserat på egenskaperna hos det farmaceutiska avloppsvattnet väljs flytande alkali (30% natriumhydroxidlösning) som kemiskt mjukgörande medel. Orsakerna är följande: Råvattnets totala hårdhet är 1100-1500 mg/L, med kalciumhårdhet som överstiger magnesiumhårdheten, medan den totala alkaliniteten är 2300-2500 mg/L. Under alkaliska förhållanden är bikarbonat- och karbonatjonerna i råvattnet tillräckliga för att reagera med alla kalciumjoner i vattnet för att bilda kalciumkarbonatfällning, vilket helt tar bort kalciumhårdheten. Samtidigt reagerar alla magnesiumjoner med överskott av hydroxidjoner i alkalilösningen för att producera magnesiumhydroxidfällning, och bär en del kiseldioxid från vattnet i en samfällningsreaktion, vilket tar bort magnesiumhårdhet och en del kiseldioxid.
Baserat på data före och efter avhärdning kan det ses att kemisk avhärdning uppnår en 97% avlägsningsgrad av total hårdhet från råvattnet, och hårdheten hos det mjukade produktvattnet är mindre än 100 mg/L, vilket uppfyller kraven för inkommande vattenhårdhet i DTRO-membranutrustningens koncentrations- och volymreduktionsbehandlingsprocess.
Vid industriell koncentrerad saltlösningsmembranbehandling och volymreducerande behandling är kemisk mjukgöring en mycket effektiv, ekonomisk och praktisk behandlingsteknik för borttagning av hårdhet.