Введение
Специалисты в области промышленного нулевого-сброса и восстановления ресурсов сточных вод знают, что концентрат обратного осмоса — самая сложная часть всей системы. После концентрирования с помощью мембраны обратного осмоса кальциевая и магниевая жесткость, кремнезем, общая соленость и щелочность увеличиваются, что приводит к сложному составу воды и сильной склонности к образованию накипи. Недостаточная предварительная обработка может легко привести к образованию накипи и загрязнению последующей мембранной системы, снижению эффективности испарителя и ненормальной работе системы кристаллизации. Двойной-щелочной метод, являющийся основной технологией глубокого удаления жесткости концентрата обратного осмоса, позволяет достичь синергетического контроля жесткости и содержания кремнезема. В сочетании с улучшенной сепарацией с помощью керамических мембран из карбида кремния это может еще больше повысить стабильность сточных вод и надежность системы.
I. Базовые знания о твердости и характеристиках концентрата обратного осмоса.
Под общей жесткостью понимается общая концентрация ионов кальция и магния в воде, которая является основным показателем для оценки риска образования накипи и эксплуатационной стабильности мембранной системы.
В зависимости от состава жесткость можно разделить на две основные категории: первая — карбонатная жесткость, также известная как временная жесткость, которая в основном существует в форме бикарбоната кальция и бикарбоната магния. Его можно удалить нагреванием и кипячением для осаждения и удаления твердости.
Другая — не-карбонатная жесткость, также известная как постоянная жесткость, которая существует в виде сульфатов и хлоридов. Его нельзя удалить нагреванием, и его необходимо эффективно удалять химическим осаждением, ионным обменом или мембранными методами.
В контексте концентрата обратного осмоса характеристики очевидны: системы обратного осмоса оказывают улавливающее и обогащающее действие на соли, жесткость и силикаты. Концентрация ионов на стороне концентрата обычно увеличивается в 3–8 раз, а TDS обычно составляет от 10 000 до 60 000 мг/л, достигая более 100 000 мг/л в тяжелых условиях эксплуатации. Общая жесткость постоянно поддерживается на уровне от 500 до 3000 мг/л, при этом кремнезем и щелочность также являются высокими, а индекс насыщения Лангрие и индекс сульфатного накипи значительно превышают стандарты. Самая большая проблема с этим типом воды заключается в том, что она легко образует нерастворимые отложения, такие как карбонат кальция, гидроксид магния, сульфат кальция и силикаты, которые прилипают к поверхности мембраны, внутренним стенкам труб и стенкам теплообменных трубок испарителя. Это приводит к снижению мембранного потока, резкому увеличению трансмембранной разницы давлений, снижению эффективности теплообмена и ухудшению качества кристаллизованной соли, что является основной проблемой, ограничивающей долгосрочную-работу систем с нулевым-разрядом.
II. Введение в технологию двойного-щелочного осаждения
С точки зрения непрофессионала, двойной-щелочной метод представляет собой процесс химического осаждения, при котором поэтапно добавляются гидроксид кальция и карбонат натрия. В настоящее время это наиболее применимая и экономичная технология предварительной обработки концентрата обратного осмоса с высокой твердостью, высоким содержанием кремнезема и высокой щелочностью.
1. Принцип реакции процесса
(1) Добавление гидроксида кальция (Ca(OH)2) в основном служит для регулирования щелочности, удаления магния и кремнезема и снижения бикарбонатной щелочности воды. Уравнения реакций удаления магния и снижения щелочности:
Уравнение химической реакции удаления кремния (в условиях высокого pH):
При добавлении извести для повышения pH воды выше 11,0 ионы магния превращаются в осадок гидроксида магния. Одновременно растворенный в воде кремнезем в сильнощелочных условиях превращается в силикат-ионы, которые затем соединяются с ионами кальция и магния в воде, образуя нерастворимые осадки силиката кальция и силиката магния, обеспечивая эффективное удаление кремния. В то же время ионы бикарбоната нейтрализуются, снижая базовую щелочность и снижая риск последующего повышения жесткости и образования накипи кремнезема.
(2) При добавлении карбоната натрия (Na₂CO₃) карбонат натрия в основном используется для удаления ионов кальция из воды и устранения трудно--обработанной не-карбонатной жесткости. Уравнение реакции удаления кальциевой жесткости:
За счет использования комбинации ионов карбоната и ионов кальция для образования осадков кристаллов карбоната кальция остаточная кальциевая жесткость дополнительно снижается, а общая жесткость стабильно контролируется в приемлемом диапазоне.
2. Технологические преимущества и традиционные недостатки
Двойной-щелочной метод имеет значительные преимущества: легкодоступные реагенты, низкие эксплуатационные расходы и возможность проводить крупномасштабную непрерывную обработку. Он может одновременно выполнять отверждение, восстановление щелочи и обескремнение, а также обладает высокой устойчивостью к воздействию высоких-солей и высоких-щелочных воздействий на качество воды, что делает его очень подходящим для экстремальных условий, таких как концентрат обратного осмоса.
Однако традиционный двойной-щелочной метод также имеет очевидные недостатки: образующиеся в ходе реакции хлопья карбоната кальция, гидроксида магния и силиката имеют мелкий размер частиц, что приводит к медленной естественной скорости осаждения и неполному отделению твердой-жидкости в обычных отстойниках; мутность сточных вод и взвешенных твердых частиц относительно высока, а мелкие кристаллические частицы могут легко проникать в фильтрующий блок, все еще создавая риск образования накипи на мембране и испарителе, расположенных ниже по потоку; более того, затвердевание и декремнизация демонстрируют конкурентное ингибирование, что затрудняет одновременную оптимизацию обоих показателей в обычных процессах седиментации.
III. Введение в двойной-щелочной метод + процесс соединения керамической мембраны из карбида кремния
Чтобы устранить недостатки традиционного двух-щелочного метода, был разработан двойной-метод + процесс соединения керамической ультрафильтрационной мембраны из карбида кремния, обеспечивающий двойную защиту для предварительной обработки концентрата. Общий путь процесса:
Весь процесс имеет четкую логику: на начальной стадии используется двойной-щелочной метод для завершения химической реакции, превращающей ионы кальция и магния, а также силициды в твердые осадки; задняя часть использует керамическую мембрану из карбида кремния, обеспечивающую высокоточное удержание-, заменяющую традиционные отстойники высокой-плотности и процессы фильтрации с несколькими-средами.
Керамическая мембрана из карбида кремния имеет наноразмерные поры, которые могут полностью удерживать карбонат кальция, гидроксид магния, силикатные микро-хлопья, коллоиды и взвешенные частицы, полностью удовлетворяя строгим требованиям к входящим потокам мембран высокого-давления и оборудования для испарительной кристаллизации.
Преимущества этого процесса заключаются в следующем:
1. Стабильная и надежная работа. Керамическая мембрана из карбида кремния устойчива к суровым условиям эксплуатации, не-загрязняется и не забивается. Он требует низкой частоты очистки, и при длительной-работе производительность не снижается, что обеспечивает непрерывную и стабильную работу и снижает влияние простоев.
2. Выдающаяся экономическая эффективность: двойной-щелочной метод имеет низкие затраты на реагенты, керамическая мембрана из карбида кремния имеет длительный срок службы и не требует частой замены, расход воды для обратной промывки низкий, а затраты на долгосрочное-техническое обслуживание можно контролировать.
3. Широкая адаптируемость: адаптируется к различным отраслям и концентрациям концентрата обратного осмоса, отвечая требованиям как повторного использования концентрата, так и требованиям предварительной обработки с нулевым сбросом.
4. Простой и легкий-процесс-внедрения. Упрощенный процесс, небольшая занимаемая площадь, возможность интеграции в единое устройство, высокая степень автоматизации, простота в обслуживании и стабильная работа без специализированной команды.
5. Экологичность и экологичность: низкое образование осадка и его комплексное использование, отсутствие вторичного загрязнения, что позволяет улучшить качество концентрата и повторно использовать его, помогая предприятиям экономить воду и уменьшать загрязнение, а также достигать переработки ресурсов.
Процесс соединения щелочного метода + керамической ультрафильтрационной мембраны из карбида кремния сохраняет экономическую эффективность и преимущества ударостойкости двойного-щелочного метода, одновременно используя керамическую мембрану из карбида кремния для устранения недостатков традиционных процессов. Он не только сокращает технологический процесс, экономит место и сокращает объем ручного обслуживания, но, что более важно, полностью перехватывает накипеобразующие вещества-в источнике, стабильно контролируя жесткость и содержание кремния в сточных водах, значительно снижая риск образования накипи и загрязнения в последующей мембранной системе и испарителе, продлевая рабочие циклы оборудования, а также снижая расход реагентов и затраты на техническое обслуживание во время простоев. Этот метод стал проверенным и предпочтительным процессом предварительной очистки концентрата обратного осмоса с нулевым сбросом.