مقدمه
کسانی که در صنعت بازیابی منابع تخلیه{0} و فاضلاب صنعتی هستند میدانند که کنسانتره اسمز معکوس سختترین بخش کل سیستم است. پس از تغلیظ توسط غشای اسمز معکوس، سختی کلسیم و منیزیم، سیلیس، شوری کل و قلیاییت همگی چند برابر می شوند و در نتیجه ترکیب آب پیچیده و تمایل شدید به رسوب ایجاد می شود. پیش تصفیه ناکافی به راحتی می تواند منجر به پوسته پوسته شدن و رسوب گیری سیستم غشایی بعدی، کاهش راندمان تبخیرکننده و عملکرد غیرعادی سیستم کریستالیزاسیون شود. روش قلیایی دوگانه، به عنوان فناوری اصلی برای حذف سختی عمیق کنسانتره اسمز معکوس، می تواند به کنترل هم افزایی سختی و سیلیس دست یابد. همراه با جداسازی افزایش یافته توسط غشاهای سرامیکی کاربید سیلیکون، می تواند پایداری پساب و قابلیت اطمینان سیستم را بیشتر بهبود بخشد.
I. دانش اولیه سختی و ویژگی های کنسانتره اسمز معکوس
سختی کل به غلظت کل یون های کلسیم و منیزیم در آب اشاره دارد که یک شاخص اصلی برای ارزیابی خطر پوسته پوسته شدن و پایداری عملیاتی سیستم غشایی است.
سختی را بر اساس ترکیب آن می توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: یکی سختی کربناته که به سختی موقت نیز معروف است، که عمدتاً به صورت بی کربنات کلسیم و بی کربنات منیزیم وجود دارد. می توان آن را با حرارت دادن و جوشاندن جدا کرد تا رسوب کند و سختی آن حذف شود.
دیگری سختی غیر کربناتی است که به عنوان سختی دائمی نیز شناخته می شود که به شکل سولفات ها و کلریدها وجود دارد. نمی توان آن را با حرارت حذف کرد و باید به طور موثر از طریق رسوب شیمیایی، تبادل یونی یا روش های غشایی حذف شود.
در زمینه کنسانتره اسمز معکوس، ویژگی ها واضح است: سیستم های اسمز معکوس اثر به دام انداختن و غنی کنندگی نمک ها، سختی و سیلیکات ها دارند. غلظت یون در سمت کنسانتره معمولاً 3 تا 8 بار متمرکز می شود و TDS به طور کلی بین 10000 تا 60000 میلی گرم در لیتر است که در شرایط عملیاتی بالا به بیش از 100000 میلی گرم در لیتر می رسد. سختی کل به طور مداوم در 500 تا 3000 میلی گرم در لیتر حفظ می شود، سیلیس و قلیائیت نیز بالا هستند و شاخص اشباع لانگریر و شاخص پوسته پوسته شدن سولفات به طور قابل توجهی از استانداردها فراتر می رود. بزرگترین مشکل این نوع کیفیت آب این است که به راحتی رسوب نامحلول مانند کربنات کلسیم، هیدروکسید منیزیم، سولفات کلسیم و سیلیکات ها را تشکیل می دهد که به سطح غشاء، دیواره های داخلی لوله و دیواره های لوله تبادل حرارت اواپراتور می چسبد. این باعث کاهش شار غشا، افزایش اختلاف فشار گذرنده، کاهش راندمان تبادل حرارت، و بدتر شدن کیفیت نمک متبلور میشود، که یک نقطه درد کلیدی است که عملکرد طولانی مدت سیستمهای تخلیه صفر را محدود میکند.
II. مقدمه ای بر فناوری بارش دوگانه-قلیایی
به زبان ساده، روش قلیایی{0} دوگانه یک فرآیند رسوب شیمیایی است که در آن هیدروکسید کلسیم و کربنات سدیم طی مراحلی اضافه میشوند. این در حال حاضر کاربردی ترین و مقرون به صرفه ترین فناوری پیش تصفیه برای کنسانتره اسمز معکوس با سختی بالا، سیلیس بالا و قلیائیت بالا است.
1. اصل واکنش فرآیند
(1) افزودن هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)2) عمدتاً برای تنظیم قلیایی بودن، حذف منیزیم و سیلیس و کاهش قلیاییت بی کربنات آب مفید است. معادلات واکنش حذف منیزیم و کاهش قلیائیت:
معادله واکنش شیمیایی حذف سیلیکون (در شرایط pH بالا):
با افزودن آهک برای بالا بردن pH آب به بالای 11.0، یون های منیزیم به رسوب هیدروکسید منیزیم تبدیل می شوند. به طور همزمان، سیلیس محلول در آب تحت شرایط قلیایی قوی به یونهای سیلیکات تبدیل میشود که سپس با یونهای کلسیم و منیزیم موجود در آب ترکیب میشوند تا سیلیکات کلسیم نامحلول و رسوبات سیلیکات منیزیم را تشکیل دهند و به حذف کارآمد سیلیکون دست مییابند. در همان زمان، یونهای بی کربنات خنثی میشوند و سطح قلیاییت را کاهش میدهند و خطر سختی بعدی و پوسته پوسته شدن سیلیس را کاهش میدهند.
(2) با افزودن کربنات سدیم (Na2CO3)، کربنات سدیم عمدتاً برای حذف یونهای کلسیم از آب و حذف سختی غیر کربناته-درمان دشوار است. معادله واکنش حذف سختی کلسیم:
با استفاده از ترکیب یونهای کربنات و یونهای کلسیم برای تشکیل رسوبات کریستالی کربنات کلسیم، سختی کلسیم باقیمانده کاهش مییابد و سختی کل به طور پایدار در محدوده قابل قبولی کنترل میشود.
2. مزیت های تکنولوژیکی و کاستی های سنتی
روش قلیایی دوگانه مزایای قابل توجهی دارد: معرفهای در دسترس، هزینههای عملیاتی کم، و توانایی انجام عملیات مداوم در مقیاس بزرگ. می تواند به طور همزمان سخت شدن، احیای قلیایی و سیلیکون زدایی را کامل کند و در برابر ضربه های کیفیت آب{3}}بالا{3}}نمکی و قلیایی{4} بالا مقاومت بالایی دارد و برای شرایط شدید مانند کنسانتره اسمز معکوس بسیار مناسب است.
با این حال، روش سنتی دو قلیایی نیز دارای کاستیهای آشکاری است: کربنات کلسیم، هیدروکسید منیزیم، و لختههای سیلیکات تولید شده در واکنش دارای اندازه ذرات ریز هستند که منجر به سرعت تهنشینی طبیعی آهسته و جداسازی ناقص جامد-مایع در مخازن رسوبگذاری معمولی میشود. کدورت پساب و مواد جامد معلق نسبتاً زیاد است و ذرات کریستال ریز می توانند به راحتی به واحد فیلتر نفوذ کنند و همچنان خطر پوسته پوسته شدن غشای پایین دست و اواپراتور را به همراه دارد. علاوه بر این، سخت شدن و سیلیکون زدایی از خود بازداری رقابتی را نشان میدهند و فرآیندهای رسوبگذاری معمولی را برای بهینهسازی همزمان هر دو شاخص دشوار میسازند.
III. مقدمه ای بر روش قلیایی دوگانه + فرآیند جفت شدن غشای سرامیکی کاربید سیلیکون
برای رفع کاستیهای روش قلیایی دوگانه، روش قلیایی دوگانه + فرآیند جفت غشای اولترافیلتراسیون سرامیکی کاربید سیلیکون ظاهر شده است که حفاظت دوگانه را برای پیش تصفیه کنسانتره فراهم میکند. مسیر کلی فرآیند:
کل فرآیند منطق واضحی دارد: قسمت جلویی برای تکمیل یک واکنش شیمیایی به یک روش قلیایی دوگانه متکی است که یونهای کلسیم و منیزیم و سیلیسیدها را به رسوبات جامد تبدیل میکند. انتهای پشتی به غشای سرامیکی کاربید سیلیکون برای نگهداری با دقت بالا، جایگزین مخازن رسوب-سنتی با چگالی بالا و فرآیندهای فیلتراسیون چند رسانه ای-متکی است.
غشای سرامیکی کاربید سیلیکون دارای منافذ نانومقیاس است که میتواند کربنات کلسیم، هیدروکسید منیزیم، میکرو{0}}لختههای سیلیکات، کلوئیدها و ذرات معلق را کاملاً حفظ کند و به طور کامل نیازهای ورودی سختگیرانه غشاهای با فشار بالا و تجهیزات تبخیر{{1} را برآورده کند.
مزایای این فرآیند به شرح زیر است:
1. عملکرد پایدار و قابل اطمینان: غشای سرامیکی کاربید سیلیکون در برابر شرایط سخت عملیاتی مقاوم است، ضد رسوب است و به راحتی مسدود نمی شود. به فرکانس تمیز کردن پایین نیاز دارد، و عملکرد قابل توجهی در عملکرد طولانی مدت- کاهش نمییابد، که عملکرد مداوم و پایدار را ممکن میسازد و تأثیر زمان خرابی را کاهش میدهد.
2. کارایی اقتصادی برجسته: روش قلیایی دوگانه هزینه معرف پایینی دارد، غشای سرامیکی کاربید سیلیکون طول عمر بالایی دارد و نیازی به تعویض مکرر ندارد، مصرف آب شستشوی معکوس کم است و هزینه های نگهداری طولانی مدت قابل کنترل است.
3. سازگاری گسترده: قابل انطباق با صنایع مختلف و غلظتهای کنسانتره اسمز معکوس، که هم نیازهای استفاده مجدد از کنسانتره و هم نیازهای پیش تصفیه{1} تخلیه صفر را برآورده میکند.
4. ساده و آسان-برای-فرایند پیاده سازی: فرآیند ساده، ردپای کوچک، می تواند در یک واحد ادغام شود، بسیار خودکار، آسان برای نگهداری، و می تواند بدون تیم تخصصی به طور پایدار عمل کند.
5. سبز و دوستدار محیط زیست: تولید کم لجن و استفاده جامع، بدون آلودگی ثانویه، امکان بهبود کیفیت کنسانتره و استفاده مجدد، کمک به شرکت ها در صرفه جویی در مصرف آب و کاهش آلودگی و دستیابی به بازیافت منابع.
روش قلیایی + فرآیند جفت غشای اولترافیلتراسیون سرامیکی کاربید سیلیکون، کارایی اقتصادی و مزایای مقاومت در برابر ضربه روش قلیایی دوگانه را حفظ میکند، در حالی که از غشای سرامیکی کاربید سیلیکون برای رفع کاستیهای فرآیندهای سنتی استفاده میکند. این نه تنها جریان فرآیند را کوتاه میکند، فضا را کاهش میدهد و تعمیر و نگهداری دستی را کاهش میدهد، بلکه مهمتر از آن، مواد تشکیلدهنده مقیاس-در منبع را کاملاً رهگیری میکند، سختی و محتوای سیلیکون پساب را بهطور پایدار کنترل میکند، به طور قابلتوجهی خطر پوستهپوست شدن و رسوبگیری در سیستم غشای پاییندست و هزینههای تعمیر و نگهداری مجدد غشای پاییندست و چرخه تعمیر و نگهداری مجدد اواپراتور را کاهش میدهد. این یک فرآیند بالغ و ترجیحی برای پیش تصفیه-تخلیه صفر کنسانتره اسمز معکوس شده است.