Въведение
Тези в промишлената индустрия за нулево-заустване и възстановяване на ресурси от отпадъчни води знаят, че концентратът за обратна осмоза е най-трудната част от цялата система. След концентриране от мембраната за обратна осмоза, твърдостта на калция и магнезия, силициевия диоксид, общата соленост и алкалността се умножават, което води до сложен състав на водата и силна тенденция към мащабиране. Недостатъчната предварителна обработка може лесно да доведе до образуване на котлен камък и замърсяване на последващата мембранна система, намалена ефективност на изпарителя и необичайна работа на системата за кристализация. Двойният -алкален метод, като основна технология за дълбоко отстраняване на твърдостта на концентрата за обратна осмоза, може да постигне синергичен контрол на твърдостта и силициевия диоксид. В комбинация с подобрено разделяне чрез керамични мембрани от силициев карбид, това може допълнително да подобри стабилността на отпадъчните води и надеждността на системата.
I. Основни познания за твърдостта и характеристиките на концентрата за обратна осмоза
Общата твърдост се отнася до общата концентрация на калциеви и магнезиеви йони във водата, което е основен индикатор за оценка на риска от котлен камък и работната стабилност на мембранната система.
Въз основа на своя състав твърдостта може да бъде разделена на две основни категории: Едната е карбонатна твърдост, известна също като временна твърдост, която съществува главно под формата на калциев бикарбонат и магнезиев бикарбонат. Може да се отстрани чрез нагряване и кипене, за да се утаи и да се премахне твърдостта.
Другата е не-карбонатна твърдост, известна още като постоянна твърдост, която съществува под формата на сулфати и хлориди. Той не може да бъде отстранен чрез нагряване и трябва да бъде ефективно отстранен чрез химическо утаяване, йонообмен или мембранни методи.
В контекста на концентрата за обратна осмоза характеристиките са очевидни: системите за обратна осмоза имат улавящ и обогатяващ ефект върху соли, твърдост и силикати. Концентрацията на йони от страната на концентрата обикновено се концентрира 3 до 8 пъти, а TDS обикновено е между 10 000 и 60 000 mg/L, достигайки над 100 000 mg/L при високи работни условия. Общата твърдост се поддържа постоянно от 500 до 3000 mg/L, като силициевият диоксид и алкалността също са високи, а индексът на насищане на Langrier и индексът на сулфатен мащаб значително надвишават стандартите. Най-големият проблем с този вид качество на водата е, че тя лесно образува неразтворим котлен камък като калциев карбонат, магнезиев хидроксид, калциев сулфат и силикати, които полепват по повърхността на мембраната, вътрешните стени на тръбата и стените на топлообменната тръба на изпарителя. Това причинява намаляване на мембранния поток, скок в трансмембранната разлика в налягането, намаляване на ефективността на топлообмена и влошаване на качеството на кристализираната сол, което е ключова болезнена точка, ограничаваща дългосрочната -работа на системи с нулев-разряд.
II. Въведение в технологията за двойно-алкално утаяване
Казано на неспециалисти, двойният -алкален метод е процес на химическо утаяване, при който калциевият хидроксид и натриевият карбонат се добавят на стъпки. Понастоящем това е най-приложимата и икономична технология за предварителна обработка на концентрат за обратна осмоза с висока твърдост, високо съдържание на силициев диоксид и висока алкалност.
1. Принцип на реакцията на процеса
(1) Добавянето на калциев хидроксид (Ca(OH)2) служи главно за регулиране на алкалността, отстраняване на магнезий и силициев диоксид и намаляване на бикарбонатната алкалност на водата. Реакционни уравнения за отстраняване на магнезий и намаляване на алкалността:
Уравнение на химичната реакция за отстраняване на силиций (при условия на високо pH):
Чрез добавяне на вар за повишаване на pH на водата над 11,0, магнезиевите йони се превръщат в утайка от магнезиев хидроксид. Едновременно с това, разтвореният силициев диоксид във водата се превръща в силикатни йони при силно алкални условия, които след това се комбинират с калциеви и магнезиеви йони във водата, за да образуват неразтворими утайки от калциев силикат и магнезиев силикат, постигайки ефективно отстраняване на силиций. В същото време бикарбонатните йони се неутрализират, намалявайки изходната алкалност и намалявайки риска от последваща твърдост и натрупване на силициев диоксид.
(2) Добавяне на натриев карбонат (Na₂CO₃), натриевият карбонат се използва главно за отстраняване на калциевите йони от водата и премахване на трудната-за-третиране не-карбонатна твърдост. Уравнение на реакцията за отстраняване на калциевата твърдост:
Чрез използване на комбинацията от карбонатни йони и калциеви йони за образуване на кристални утайки от калциев карбонат, остатъчната калциева твърдост се намалява допълнително и общата твърдост се контролира стабилно в рамките на приемлив диапазон.
2. Технологични предимства и традиционни недостатъци
Двойният -алкален метод има значителни предимства: леснодостъпни реагенти, ниски оперативни разходи и възможност за извършване на широко{1}}мащабно непрекъснато третиране. Той може едновременно да завърши втвърдяване, алкална редукция и десиликонизация и има силна устойчивост на високи-соли и високо-алкални въздействия върху качеството на водата, което го прави изключително подходящ за екстремни условия, като концентрат за обратна осмоза.
Традиционният двойно{0}}алкален метод обаче също има очевидни недостатъци: калциевият карбонат, магнезиевият хидроксид и силикатните флокули, генерирани при реакцията, имат фини размери на частиците, което води до бавни естествени скорости на утаяване и непълно отделяне на твърди-течни вещества в конвенционалните утаителни резервоари; мътността на отпадъчните води и суспендираните твърди частици са сравнително високи и фините кристални частици могат лесно да проникнат във филтърния модул, като все още представляват риск от котлен камък за мембраната надолу по веригата и изпарителя; освен това, втвърдяването и десиликонизацията показват конкурентно инхибиране, което затруднява обикновените процеси на утаяване да оптимизират едновременно и двата показателя.
III. Въведение в двойния-алкален метод + процес на свързване на керамична мембрана от силициев карбид
За да се преодолеят недостатъците на традиционния дву-алкален метод, се появи двойният-алкален метод + процесът на свързване на керамична ултрафилтрационна мембрана от силициев карбид, осигуряващ двойна защита за предварителна обработка на концентрата. Цялостен път на процеса:
Целият процес има ясна логика: Предният край разчита на двоен-алкален метод за завършване на химическа реакция, превръщайки калциевите и магнезиевите йони и силициди в твърди утайки; задната част разчита на керамична мембрана от силициев карбид за високо-прецизно задържане, заменяйки традиционните утаителни резервоари с висока-плътност и мулти-процеси на филтриране.
Керамичната мембрана от силициев карбид има наномащабни пори, които могат напълно да задържат калциев карбонат, магнезиев хидроксид, силикатни микро-флокули, колоиди и суспендирани частици, отговаряйки напълно на строгите влиятелни изисквания на мембраните с високо-налягане и оборудването за кристализация чрез изпаряване.
Предимствата на този процес са както следва:
1. Стабилна и надеждна работа: Керамичната мембрана от силициев карбид е устойчива на тежки работни условия, против-замърсяване и не се запушва лесно. Изисква ниска честота на почистване и няма значително влошаване на производителността при дългосрочна-работа, което позволява непрекъсната и стабилна работа и намалява въздействието на времето за престой.
2. Изключителна икономическа ефективност: Двойният -алкален метод има ниски разходи за реагенти, силициево-карбидната керамична мембрана има дълъг живот и не изисква честа подмяна, консумацията на вода за обратно промиване е ниска и-дългосрочните разходи за поддръжка са контролируеми.
3. Широка адаптивност: Адаптивен към различни индустрии и концентрации на концентрат за обратна осмоза, отговарящ както на изискванията за повторно използване на концентрата, така и на изискванията за предварителна обработка с нулево-изхвърляне.
4. Прост и лесен-за-внедряване процес: Опростен процес, малък отпечатък, може да бъде интегриран в единична единица, силно автоматизиран, лесен за поддръжка и може да работи стабилно без специализиран екип.
5. Екологично и щадящо околната среда: Ниско производство на утайки и цялостно използване, без вторично замърсяване, което позволява подобряване на качеството на концентрата и повторна употреба, помага на предприятията да пестят вода и да намалят замърсяването и да постигнат рециклиране на ресурсите.
Алкалният метод + процесът на свързване на керамична ултрафилтрационна мембрана от силициев карбид запазва предимствата на икономическата ефективност и устойчивостта на удар на двойния -алкален метод, като същевременно използва керамичната мембрана от силициев карбид за справяне с недостатъците на традиционните процеси. Той не само съкращава процесния поток, спестява място и намалява ръчната поддръжка, но по-важното е, че напълно прехваща веществата, образуващи котлен камък при източника, стабилно контролирайки твърдостта и съдържанието на силиций в отпадъчния поток, значително намалявайки риска от котлен камък и замърсяване в мембранната система надолу по веригата и изпарителя, удължавайки работните цикли на оборудването и намалявайки потреблението на реагент и разходите за поддръжка при престой. Той се превърна в зрял и предпочитан процес за предварителна обработка с нулево-изпускане на концентрат за обратна осмоза.