"Kekerasan" di air garam tinggi - terutamanya merujuk kepada kation skala seperti kalsium (ca²⁺), magnesium (mg²⁺), strontium (sr²⁺), dan barium (ba²⁺). Jika tidak dikeluarkan pra - rawatan, kation ini akan membentuk lapisan berskala keras seperti kalsium sulfat, kalsium karbonat, dan silikat magnesium semasa proses kepekatan tinggi -. Ini boleh menyumbat liang membran, kerosakan elemen membran, atau mematuhi tiub pertukaran haba penyejat, dengan ketara mengurangkan kecekapan pemindahan haba dan meningkatkan kekerapan pembersihan dan kos operasi.
Berikut adalah beberapa proses penyingkiran dan kekerasan yang sangat biasa digunakan dan sangat berkesan:
1. Pemendakan kimia melembutkan
Ini adalah proses yang paling klasik dan digunakan secara meluas. Prinsip terasnya adalah untuk menambah bahan kimia untuk menukar ion kekerasan menjadi mendakan dengan kelarutan yang sangat rendah, yang kemudian dipisahkan oleh pemendapan atau penapisan.
a) Lime - Proses abu soda: Ini adalah kaedah pilihan untuk merawat air sisa kekerasan - yang tinggi, terutamanya apabila kekerasan kalsium tinggi dan kekerasan magnesium rendah.
Reaksi adalah proses langkah dua -:
Penyingkiran kalsifikasi: Pertama, kapur (Ca (OH) ₂) ditambah untuk menukar kalsium bikarbonat dalam air ke dalam kalsium karbonat mendakan. CA (HCO₃) ₂ + CA (OH) ₂ → 2CACO₃ ↓ + 2 h₂o
Bukan - Kekerasan karbonat: Kemudian, soda abu (na₂co₃) ditambah untuk bertindak balas dengan bukan kalsium karbonat dan kekerasan magnesium di dalam air.
Caso₄ + na₂co₃ → caco₃ ↓ + na₂so₄
Mgso₄ + Ca (OH) ₂ → Mg (OH) ₂ ↓ + caso₄ (caso yang dihasilkan kemudian bertindak balas dengan abu soda).
Ciri-ciri: pH optimum untuk dekalcifikasi kapur umumnya 9.5-10.5; Untuk penyingkiran magnesium lanjutan, pH perlu dinaikkan kepada 10.5-11.0 atau lebih tinggi, kerana pemendakan magnesium hidroksida memerlukan kealkalian yang lebih tinggi. Secara teorinya, kepekatan kalsium boleh dikurangkan kepada 30-40 mg/L (diukur sebagai Caco₃) dan kepekatan magnesium hingga di bawah 10 mg/L.
Kelebihan: Kos reagen yang rendah (kapur dan abu soda adalah murah), teknologi matang, dan kapasiti rawatan yang tinggi.
Kekurangan: Menjana sejumlah besar enapcemar kimia (kira-kira 1-3% daripada jumlah air yang dirawat), yang memerlukan unit penyahairan enapcemar tambahan; Meningkatkan pH meningkatkan jumlah pepejal terlarut (TDS) di dalam air.
b) Natrium hidroksida - Kaedah Ash Soda: Kaedah ini menggunakan soda kaustik cecair (NaOH) dan bukannya kapur dan sesuai untuk aplikasi dengan kekerasan magnesium yang tinggi atau apabila pengenalan ion kalsium tambahan tidak diingini.
Prinsip:
Mg²⁺ + 2 naOH → mg (OH) ₂ ↓ + 2 na⁺
Ca²⁺ + na₂co₃ → Caco₃ ↓ + 2 na⁺
Ciri-ciri: Berbanding dengan kaedah kapur, jumlah enapcemar yang dihasilkan adalah kira-kira 30-50% kurang. Kerana tiada ion kalsium diperkenalkan, enapcemarnya terdiri daripada Mg (OH) ₂ dan Caco₃, mengakibatkan enapcemar yang lebih murni.
Kos: Kos NaOH jauh lebih tinggi daripada kapur, mengakibatkan kos operasi yang lebih tinggi. Kaedah ini biasanya digunakan untuk jumlah air kecil dan sederhana atau di mana kualiti enapcemar yang tinggi adalah penting.
Operasi: Peralatan pengisaran dan penyediaan yang diperlukan untuk sistem dos kapur tidak diperlukan, mengakibatkan persekitaran operasi yang bersih.
c) co - pemendakan (penambahan bantuan koagulan)
Untuk meningkatkan kecekapan pemendakan dan kualiti efluen, sedikit flocculant (seperti PAM) dan bantuan koagulan (seperti ferric chloride fecl₃) biasanya ditambah semasa proses pemendakan kimia. Ini dapat mengurangkan kekeruhan efluen ke bawah 10 NTU, mengurangkan beban pada unit penapisan berikutnya.
2. Kaedah pertukaran ion
Walaupun pemendakan kimia adalah kos - berkesan, kekerasan sisa efluennya masih terlalu tinggi untuk sistem membran sensitif seperti osmosis terbalik (RO). Pertukaran ion boleh digunakan sebagai proses penggilap untuk penyingkiran kekerasan yang mendalam.
Menggunakan resin pertukaran kation yang kuat, ion natrium (Na⁺) menggantikan ion kalsium dan magnesium di dalam air.
2r - na + ca²⁺ → r₂ - ca + 2 na⁺
Ciri -ciri: Kualiti efluen yang sangat baik, dengan kekerasan sisa dikawal di<1 mg/L (as CaCO₃), perfectly meeting the feed water requirements of RO membranes (generally <1-2 mg/L). After the resin reaches saturation, it needs to be regenerated with a 5-10% NaCl solution (brine), which produces high-hardness waste brine.
Senario Aplikasi: Nanofiltration biasanya tidak digunakan semata -mata untuk melembutkan primer tinggi - sisa -sisa salinitas kerana salinitas yang tinggi (TDS tinggi) air mentah bersaing dengan ion kekerasan untuk pertukaran tapak pada resin, mengakibatkan penurunan kapasiti resin, regenerasi yang kerap, dan kecekapan ekonomi yang lemah. Ia lebih sesuai untuk melembutkan mendalam sekunder selepas pretreatment hujan kimia.
3. Nanofiltration membran
Nanofiltration adalah teknologi membran antara osmosis terbalik dan ultrafiltrasi. Tuduhan unik dan kesan sieving memberikan kelebihan yang berbeza dalam bidang pelembut.
Nanofiltration membranes have a high rejection rate (>95-98%) untuk ion divalen (seperti Ca⁺, Mg⁺, dan So₄²⁻), manakala kadar penolakan untuk ion monovalen (seperti Na⁺ dan Cl⁻) lebih rendah (20-80%).
Ciri -ciri: Kadar penyingkiran teoritis untuk kalsium sulfat (Caso₄) boleh mencapai 99.8%, dengan berkesan menghalang pembentukan skala sulfat. Tekanan operasi biasanya 5-15 bar, jauh lebih rendah daripada membran RO, mengakibatkan penggunaan tenaga yang agak rendah.
Kelebihan: Proses fizikal, tiada reagen diperlukan, tiada enapcemar kimia yang dihasilkan; Secara serentak boleh mengeluarkan beberapa bahan dan warna organik.
Kelemahan: Mesti berdasarkan prapreatment yang baik (seperti ultrafiltrasi (UF)) untuk mengelakkan fouling membran; menghasilkan penyelesaian pekat (air semak) dengan kekerasan yang lebih tinggi, yang memerlukan rawatan berikutnya; dan mempunyai kos pelaburan yang tinggi.
Aplikasi: Terutama sesuai untuk pra - merawat air salin - dengan kekerasan sulfat yang tinggi dan kandungan organik yang tinggi.
4. Microfiltration Tubular (TMF)
Menggunakan reaksi pemendakan kimia (seperti kapur - proses soda) untuk menukar ion kekerasan ke dalam precipitates yang tidak larut (seperti Caco₃ dan Mg (OH) ₂). Walau bagaimanapun, langkah enapcemar seterusnya - langkah pemisahan air tidak lagi bergantung pada penyelesaian graviti, tetapi sebaliknya dicapai melalui penapisan kecekapan tinggi - membran mikrofiltrasi tiub.
Unit tindak balas kimia: Sisa -sisa dicampur dengan teliti dan bertindak balas dengan agen pelembut (seperti kapur, abu soda, dan NaOH) dalam tangki reaksi atau reaktor, membentuk mikron - atau bahkan nanometer - berukuran zarah precipitate.
Unit Pemisahan Membran: Precipitate - Effluen reaksi kaya memasuki sistem membran mikrofiltrasi tiub secara langsung. Micropores (biasanya 0.1-0.2 μm) di dinding membran hanya membenarkan air dan garam dibubarkan untuk dilalui, sementara memintas semua zarah yang dicetuskan, bahan yang digantung, koloid, dan kebanyakan bakteria dan virus, mencapai pemisahan air berlumpur segera dan cekap.
Modul Membran: Terdiri daripada membran tiub selari, biasanya diameter 5-12 mm, dengan sokongan dalaman dan lapisan penapis di permukaan. Reka bentuk diameter yang besar ini memberikan ketahanan yang luar biasa kepada pencemaran dan haus.
Pam peredaran: Menyediakan salib - halaju aliran merentasi membran (biasanya 3-4.5 m/s). Kadar aliran yang tinggi ini bersungguh -sungguh memancarkan permukaan membran, dengan berkesan menghalang fouling dan tersumbat.
Mod Operasi: Sistem penapisan yang beredar digunakan, dengan pekat terus mengulang semula ke dalam reaktor untuk mengekalkan kepekatan pepejal yang tinggi (sehingga 1-3%). Permeat (air produk) terus dilepaskan. Apabila kepekatan enapcemar dalam reaktor mencapai tahap tertentu (contohnya, 2.5-3%), sebahagian daripada enapcemar pekat secara automatik dilepaskan.
Kelebihan: kualiti efluen yang sangat baik dan stabil, dengan kekeruhan yang rendah secara konsisten<0.2 NTU and an SDI15 value of <3 (typically <1).
Kepekatan enapcemar yang tinggi dengan jumlah minimum: sistem TMF melepaskan enapcemar pada kepekatan 2.5% -3.5% (mengikut berat). Pengurangan jumlah enapcemar sebanyak 60% dengan ketara mengurangkan beban dan kos unit penyahairan enapcemar berikutnya (misalnya, penggunaan kimia dan kuasa untuk sentrifuges dan plat dan penapis bingkai).
Jejak padat dan reka bentuk modular menghapuskan keperluan untuk tangki pemendapan besar dan penapis media multi -, menghasilkan sistem yang sangat bersepadu yang dapat mengurangkan jejak sebanyak 50%-70%.
Kelemahan: Memerlukan pam beredar untuk menyediakan halaju aliran silang - yang tinggi, mengakibatkan penggunaan kuasa sistem yang agak tinggi (walaupun ini sebahagiannya diimbangi oleh kos rawatan enapcemar yang dikurangkan). Unsur -unsur membran memerlukan pembersihan kimia biasa (CIP), biasanya dengan mencuci asid (contohnya, asid sitrik) untuk menghilangkan skala bukan organik dan mencuci alkali (contohnya, NaOH) untuk menghilangkan bahan cemar organik. Tinggi - Membran tubular kualiti, apabila dikekalkan dengan betul, boleh bertahan 5-7 tahun.