روش کلاسیک نرم کردن شیمیایی برای استفاده مجدد از فاضلاب

نرم شدن شیمیایی فرآیندی است که شامل افزودن مواد شیمیایی خاص به آب برای تبدیل یون های کلسیم و منیزیم سخت شونده به ترکیبات نامحلول است که سپس از طریق رسوب و فیلتراسیون حذف می شوند. این یک تکنولوژی حذف سختی کلاسیک و موثر است.

مبنای نظری این روش اصل محصول حلالیت است. یعنی با افزودن مواد شیمیایی به آب، غلظت آنیون‌هایی که می‌توانند با یون‌های کلسیم و منیزیم رسوب‌های نامحلول ایجاد کنند (مانند CO3^2-، OH-، PO4^3- و غیره) افزایش می‌یابد و باعث می‌شود که محصول یونی از ثابت محصول حلالیت خود فراتر رود و در نتیجه رسوب ایجاد شود.

واکنش های اصلی بارش عبارتند از:

1. حذف سختی کربنات:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O

آهک یون های OH- را برای تبدیل یون های بی کربنات به یون های کربنات فراهم می کند و pH را برای تشکیل رسوب هیدروکسید منیزیم افزایش می دهد.

2. حذف سختی غیر کربناتی (کلسیم)-:

CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4

CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2NaCl

خاکستر سودا یون های CO3^2- را فراهم می کند که با یون های کلسیم ترکیب می شود و رسوب کربنات کلسیم را تشکیل می دهد.

3. حذف سختی غیر کربناته (منیزیم):

MgSO4 + Ca(OH)2 ->Mg(OH)2↓ + CaSO4

CaSO4 تولید شده هنوز باید توسط خاکستر سودا حذف شود. از آهک برای تهیه یونهای OH- برای تشکیل رسوب هیدروکسید منیزیم با محصول حلالیت کمتر استفاده می شود.

1. آهک: جزء اصلی آن Ca(OH)2 است.

سختی کربنات (از جمله سختی کربنات کلسیم و منیزیم) را حذف می کند و محیطی با pH بالا را فراهم می کند. دوز باید دقیقاً محاسبه شود. اضافه کردن بیش از حد نه تنها بیهوده است بلکه می تواند منجر به انحلال مجدد یون منیزیم یا ایجاد سختی جدید شود.

2. خاکستر سودا: جزء اصلی آن Na2CO3 است.

سختی غیر کربناتی (سختی کلسیم) را از آب حذف می کند. بدون وارد کردن یون های سختی جدید در خود آب حل می شود، بلکه Na+ را معرفی می کند که تأثیر نسبتاً کمی بر کیفیت آب دارد.

3. هیدروکسید سدیم: NaOH.

گاهی اوقات به عنوان یک جایگزین جزئی برای آهک استفاده می شود، یون های OH- را فراهم می کند، عملیات را ساده تر، اما گران تر می کند. واکنش مشابه واکنش آهک است.

4. فسفات ها: مانند تری پلی فسفات سدیم، هگزامتافسفات سدیم و غیره.

این روش یک روش رسوب سنتی نیست، بلکه با تولید کلوئیدهای پراکنده یا کمپلکس کردن یون های کلسیم و منیزیم از تشکیل رسوب جلوگیری می کند. این یک "روش پنهان" یا "اثر آستانه" است که اغلب برای درمان کمکی یا در موقعیت هایی با نیازهای کم استفاده می شود.

این نماینده ترین فرآیند نرم کننده شیمیایی است و جریان آن به شرح زیر است:

1. مخزن واکنش / مخزن نرم کننده:

آب خام ابتدا وارد مخزن واکنش می شود و در آنجا دوغاب آهک و محلول خاکستر سودا بر اساس دوز محاسبه شده اضافه می شود. مخزن مجهز به یک دستگاه همزن مکانیکی برای اطمینان از اختلاط کامل و واکنش معرف ها و فراهم کردن زمان و شرایط کافی برای تشکیل رسوب است.

تمام واکنش‌های شیمیایی هسته‌ای که در بالا ذکر شد در اینجا تکمیل می‌شوند و مقدار زیادی رسوبات لخته شده CaCO3 و Mg(OH)2 تولید می‌کنند.

2. مخزن رسوب / مخزن شفاف سازی:

آب واکنش داده شده به مخزن ته نشینی جریان می یابد، جایی که سرعت جریان کاهش می یابد. از آنجایی که CaCO3 یک رسوب سنگین است، به سرعت به طور طبیعی ته نشین می شود. در حالی که Mg(OH)2 یک رسوب لخته ای سبک است، کندتر ته نشین می شود. فلوکولانت ها (مانند PAM) معمولا برای تقویت رشد لخته و تسریع رسوب اضافه می شوند. قسمت بالایی شفاف شده به مرحله بعدی می رود، در حالی که لجن پایین به طور دوره ای حذف می شود.

3. مخزن فیلتر:

آب پس از ته نشینی ممکن است همچنان حاوی ذرات معلق ریز باشد که نیاز به فیلتر کردن دقیق از طریق فیلتر چند رسانه ای (مانند آنتراسیت یا شن سیلیس) دارد تا رسوبات ریز باقیمانده را حذف کند و اطمینان حاصل شود که کدورت پساب مطابق با استانداردها است.

4. مخزن تنظیم pH:

آب تصفیه شده با آهک دارای pH بسیار بالایی است (معمولاً بالای 10) که آن را خورنده و برای استفاده یا تخلیه بعدی نامناسب می کند.

بنابراین، اسید (مانند اسید سولفوریک یا اسید کلریدریک) یا CO2 باید پس از فیلتراسیون اضافه شود تا PH خنثی شود و آن را به محدوده خنثی برگرداند (مثلاً 6.5-8.5). روش معرفی CO2، همچنین به عنوان "کربناسیون مجدد" شناخته می شود، همچنین می تواند مقادیر کمی از یون های کلسیم محلول را برای حذف بیشتر به کربنات کلسیم تبدیل کند.

مزایا:

1. نتایج قابل توجه و قابل اعتماد: این فناوری بالغ است و می تواند سختی را به سطح پایین کاهش دهد (سختی باقیمانده می تواند به 0.5-1.0 mmol/L برسد).

2. حذف همزمان سایر ناخالصی ها: در فرآیند حذف سختی، همچنین می تواند به طور موثری قلیاییت، محتوای سیلیکون، برخی فلزات سنگین و جامدات معلق در آب را کاهش دهد.

3. هزینه کم درمان: معرف های مورد استفاده (آهک، خاکستر سودا) به طور گسترده در دسترس و نسبتا ارزان هستند.

معایب و محدودیت ها:

1. تولید لجن بزرگ: مقدار زیادی لجن شیمیایی (عمدتاً از کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم تشکیل شده است) تولید می کند و تصفیه و دفع این لجن باعث افزایش هزینه های اضافی و فشار محیطی می شود.

2. بهره برداری و مدیریت مجتمع: دوز معرف ها باید دقیقاً محاسبه و با توجه به تغییرات کیفیت آب خام تنظیم شود و به اپراتورهای بسیار ماهر نیاز دارد.

3. کیفیت پساب محدود: دستیابی به سختی بسیار کم در نرم کردن عمیق دشوار است (به عنوان مثال،<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.

4. ردپای بزرگ: تجهیزات به مجموعه ای از ساختارها مانند تاسیسات واکنش، رسوب گذاری و فیلتر نیاز دارند که در نتیجه سرمایه گذاری زیرساختی بالایی دارد.