در سالهای اخیر، استفاده از فناوری غشای اسمز معکوس فشار بالا برای غلظت بیشتر و کاهش حجم آب نمک غلیظ صنعتی به روند اصلی در تصفیه آب نمک صفر تبدیل شده است. با این حال، رسوبگذاری به یکی از عوامل محدودکننده غلظت{3} و کاهش حجم زیاد آب ورودی در سیستمهای غشایی اسمز معکوس تبدیل شده است. دلیل اصلی این امر این است که در طول فرآیند غلظت بالای آب ورودی در سیستم غشایی اسمز معکوس، کاتیونهای دو ظرفیتی مانند کلسیم، منیزیم، باریم و استرانسیوم همراه با یونهایی مانند کربنات، سولفات، فسفات، فلوراید آکسانترهآمیز و متغلیظکننده جانبی، و غیره. سیستم اسمز، رسیدن به حالت فوق اشباع، تشکیل رسوب و پوسته پوسته شدن. این منجر به رسوب غشاء، افزایش فشار عملیاتی، مشکل در بازگرداندن شار غشا و در موارد شدید، آسیب به لایه جداکننده سطح غشاء می شود و باعث اختلال در عملکرد و ناپایداری سیستم می شود.
بنابراین، فرآیند حذف نرم و سخت شدن قابل اعتماد و کارآمد برای آب نمک غلیظ یک مرحله ضروری و حیاتی در فرآیند غلظت غشاء و فرآیند کاهش حجم غشای آب نمک غلیظ صنعتی است.
1. مکانیسم واکنش نرم شدن شیمیایی
برای آب خام با سختی متفاوت، اقدامات زیر را می توان به طور کلی انجام داد:
(1) برای آب خام با سختی کم، PH و دمای ورودی را تنظیم کنید یا از روش های فیزیکی برای جلوگیری از تشکیل رسوب و بهبود حلالیت نمک های کم محلول استفاده کنید.
(2) برای آب خام متوسط{1}}سختی کم، میتوان از بازدارندههای رسوب استفاده کرد، اما این بازدارندهها فقط در محدوده معینی مؤثر هستند، یعنی شاخص Langerile (LSI) باید بین 0 تا 1.8 باشد.
(3) برای آب خام با سختی بالا، تبادل یونی و رسوب شیمیایی برای حذف یونهای تشکیلدهنده رسوب لازم است.
برای حجمهای زیادی از آب نمک غلیظ با سختی بالا، استفاده از نرمکننده تبادل یونی با کاتیونهایی مانند کلسیم و منیزیم به مقدار زیادی از عوامل احیاکننده نیاز دارد که منجر به هزینههای عملیاتی بالا و آلودگی ثانویه میشود. به طور کلی، اقتصادی ترین فرآیند تصفیه شامل افزودن مواد نرم کننده شیمیایی (هیدروکسید سدیم، هیدروکسید کلسیم، کربنات سدیم و غیره) برای افزایش pH آب، واکنش با یون های کلسیم و منیزیم در آب نمک غلیظ برای تشکیل رسوباتی مانند هیدروکسید کلسیم و منیزیم است. مکانیسم واکنش نرم شدن شیمیایی به شرح زیر است:
Ca{0}} CO32- → CaCO3 ↓
Ca{0}} OH- + HCO3- → CaCO3 ↓ + H2O
Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2 ↓
در فرمول ها، "↓" نشان می دهد که یک رسوب تشکیل شده است، یعنی یک جامد معلق. آهک و قلیایی مایع می توانند یون های هیدروکسید مورد نیاز برای واکنش را فراهم کنند. اگر یون های کربنات در آب کافی نباشد، می توان خاکستر سودا را برای تکمیل یون های کربنات اضافه کرد.
SiO2 + 2Mg(OH)2↓ → Mg2SiO4↓ + 2H2O
واکنش حذف سیلیس پیچیدهتر است، اما میتوان آن را به سادگی بهعنوان یک واکنش رسوبی مشترک بین سیلیس در آب و هیدروکسید منیزیم تولید شده در واکنش نرم شدن فهمید. سپس، جداسازی جامد-مایع از طریق روشهایی مانند فیلتراسیون و شفافسازی برای حذف سیلیس حاصل میشود.
یون های فلوراید، باریم و استرانسیم در آب نمک غلیظ نیز خطر پوسته پوسته شدن در غشای اسمز معکوس را به همراه دارند. تحت شرایط pH واکنش شیمیایی نرم شدن، این یون های فلزات سنگین به طور همزمان رسوبات نامحلول مربوطه را تشکیل می دهند (کلسیم فلوراید، سولفات باریم، سولفات استرانسیوم و غیره) که متعاقباً با فیلتراسیون حذف می شوند.
2. انتخاب افزودنی های شیمیایی
آهک (با خاکستر سودا) یا قلیایی مایع با خاکستر سودا هر دو می توانند به عنوان نرم کننده برای سخت شدن آب نمک غلیظ استفاده شوند. هدف از واکنش تبدیل یونهای کلسیم و منیزیم موجود در آب به مواد نامحلول مربوطه است که سپس با فیلتراسیون حذف میشوند و همزمان باریم، استرانسیوم، سیلیس و غیره حذف میشوند. آهک ارزانتر و آسانتر از قلیایی مایع است، اما مقدار لجنها، لجنها و لجنها را افزایش میدهد. کربنات برای واکنش و رسوب.
اگر غلظت موجود بی کربنات + کربنات در آب برای رسوب یون های کلسیم وارد شده توسط آهک کافی نباشد، خاکستر سودا باید جداگانه اضافه شود، اما خاکستر سودا بسیار گران است. افزودن قلیایی مایع باعث ایجاد یون کلسیم نمی شود. البته لازم به ذکر است که اگر غلظت یون های بی کربنات + کربنات در آب به طور قابل توجهی بیشتر از غلظت یون کلسیم باشد، قلیاییت اضافی وجود خواهد داشت. این منجر به مصرف بیش از حد اسید زمانی می شود که PH تراوا نرم شده باید به حالت خنثی تنظیم شود و این خطر وجود دارد که رسانایی ماده نفوذی پس از تصفیه غشای اسمز معکوس استانداردها را برآورده نکند.
به طور خلاصه، در اکثر شرایط کیفی آب (که غلظت یون های بی کربنات + کربنات بیشتر از غلظت یون کلسیم است)، استفاده از آهک + قلیایی مایع به عنوان یک عامل نرم کننده مقرون به صرفه تر و معقول تر است. هنگامی که آب خام دارای سختی بالا اما قلیائیت کم است، افزودن فقط قلیایی مایع بهینه است. زمانی که آب خام دارای خاصیت قلیایی بسیار بالایی است، افزودن فقط آهک به صرفه تر و معقول تر است.
افزودن نمک های منیزیم به حذف سیلیکون کمک می کند. واکنش نرم شدن، هیدروکسید منیزیم تولید میکند که همزمان با سیلیس در آب از طریق جذب و واکنشهای شیمیایی، شرکت نامحلول تشکیل میدهد. نمک های منیزیم موجود شامل اکسید منیزیم و کلرید منیزیم است. اکسید منیزیم به طور کلی ارزان است و به راحتی در دسترس است، اما کنترل آن دشوار است، به آرامی واکنش نشان می دهد و به دمای خاصی نیاز دارد. کلرید منیزیم نسبتاً گرانتر است، اما به راحتی محلول است و میتوان آن را به محلول آبی تبدیل کرد، که باعث میشود کار با آن راحت باشد و به سرعت واکنش نشان دهد. در بیشتر موارد، یون های منیزیم موجود در آب نمک غلیظ برای رسوب سیلیس کافی است، اما در منابع آبی خاص، برای حذف سیلیس باید به مقدار کافی نمک منیزیم و قلیایی مایع اضافه شود.
3. اثر نرم کننده شیمیایی
با در نظر گرفتن نرم شدن فاضلاب دارویی به عنوان مثال، آب خام پس از تصفیه بیولوژیکی بی هوازی فاضلاب است و باید با استفاده از فرآیند اسمز معکوس لوله دیسکی (DTRO) تغلیظ شود. آب دارای سختی کل و قلیایی کل بالا و سیلیس کم است. برای جلوگیری از پوسته پوسته شدن یون کلسیم و منیزیم در سمت آب غلیظ در طول درمان با غلظت بالا و کاهش حجم DTRO، نرم کردن شیمیایی برای حذف سختی مورد نیاز است.
بر اساس ویژگی های فاضلاب دارویی، قلیایی مایع (محلول هیدروکسید سدیم 30٪) به عنوان عامل نرم کننده شیمیایی انتخاب می شود. دلایل آن به شرح زیر است: کل سختی آب خام 1100-1500 میلی گرم در لیتر است که سختی کلسیم از سختی منیزیم بیشتر است، در حالی که قلیائیت کل 2300-2500 میلی گرم در لیتر است. در شرایط قلیایی، یونهای بیکربنات و کربنات موجود در آب خام کافی است تا با تمام یونهای کلسیم موجود در آب واکنش داده و رسوب کربنات کلسیم را تشکیل دهند، بنابراین سختی کلسیم را کاملاً از بین میبرند. به طور همزمان، تمام یونهای منیزیم با یونهای هیدروکسید اضافی موجود در محلول قلیایی واکنش داده و رسوب هیدروکسید منیزیم تولید میکنند و مقداری سیلیس را از آب در یک واکنش همرسوبی حمل میکنند، بنابراین سختی منیزیم و مقداری سیلیس را حذف میکنند.
بر اساس دادههای قبل و بعد از نرمشدن، میتوان دریافت که نرمکننده شیمیایی به میزان 97 درصد حذف سختی کل از آب خام دست مییابد و سختی آب محصول نرمشده کمتر از 100 میلیگرم در لیتر است که شرایط سختی آب ورودی در فرآیند تصفیه غلظت و کاهش حجم تجهیزات غشایی DTRO را برآورده میکند.
در تصفیه غشاء غشاء غشاء غشای غلیظ صنعتی و عملیات کاهش حجم، نرم کردن شیمیایی یک فناوری تصفیه بسیار کارآمد، اقتصادی و عملی برای حذف سختی است.