De siste årene har bruken av-høytrykks omvendt osmose-membranteknologi for ytterligere konsentrasjon og volumreduksjon av industriell konsentrert saltlake blitt hovedtrenden innen null-behandling av saltlake. Skalering har imidlertid blitt en av de begrensende faktorene for høy-konsentrasjon og volumreduksjon av innkommende vann i omvendt osmose-membransystemer. Hovedårsaken til dette er at under den høye-konsentrasjonsprosessen av innkommende vann i det omvendte osmosemembransystemet, akkumuleres toverdige kationer som kalsium, magnesium, barium og strontium, sammen med lett avleirende ioner som karbonat, sulfat, fosfat, fluor og løselig silisiumdioksyd, på den omvendte osmose-siden av den omvendte osmose-tilstanden, danner utfellinger og avleiring. Dette fører til membrantilsmussing, økt driftstrykk, vanskeligheter med å gjenopprette membranfluksen, og i alvorlige tilfeller skade på membranoverflateseparasjonslaget, noe som fører til at systemet ikke fungerer og blir ustabilt.
Derfor er en pålitelig og effektiv mykgjørende og herdende fjerningsprosess for konsentrert saltlake et essensielt og avgjørende trinn i den industrielle konsentrerte saltlakemembranens konsentrasjons- og volumreduksjonsprosess.
1. Reaksjonsmekanisme for kjemisk mykgjøring
For råvann med varierende hardhet kan følgende tiltak generelt tas:
(1) For råvann med lav-hardhet, juster pH og temperatur på innløpet eller bruk fysiske metoder for å hemme avleiring og forbedre løseligheten til tungtløselige salter;
(2) For råvann med middels-lav hardhet kan avleiringshemmere brukes, men disse er bare effektive innenfor et visst område, dvs. Langerile Index (LSI) må være mellom 0 og 1,8;
(3) For høy-hardhet er råvann, ionebytting og kjemisk utfelling nødvendig for å fjerne avleiringer-dannende ioner.
For store volumer konsentrert saltlake med høy-hardhet vil bruk av ionebyttemykning med kationer som kalsium og magnesium kreve en stor mengde regenereringsmidler, noe som resulterer i høye driftskostnader og sekundær forurensning. Generelt innebærer den mest økonomiske behandlingsprosessen å tilsette kjemiske mykgjøringsmidler (natriumhydroksid, kalsiumhydroksid, natriumkarbonat, etc.) for å øke pH i vannet, reagere med kalsium- og magnesiumioner i den konsentrerte saltlaken for å danne utfellinger som kalsiumkarbonat og magnesiumhydroksid. Reaksjonsmekanismen for kjemisk mykgjøring er som følger:
Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓
Ca2+ + OH- + HCO3- → CaCO3 ↓ + H2O
Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2 ↓
I formlene indikerer "↓" at det er dannet et bunnfall, dvs. et suspendert faststoff. Kalk og flytende alkali kan gi hydroksydionene som trengs for reaksjonen; hvis karbonationene i vannet er utilstrekkelige, kan soda tilsettes for å supplere karbonationene.
SiO2 + 2Mg(OH)2↓ → Mg2SiO4↓ + 2H2O
Reaksjonen for fjerning av silika er mer kompleks, men den kan enkelt forstås som en ko-utfellingsreaksjon mellom silisiumdioksyd i vannet og magnesiumhydroksid som genereres i mykningsreaksjonen. Deretter oppnås fast-væskeseparasjon gjennom metoder som filtrering og klaring for å fjerne silikaen.
Fluor-, barium- og strontiumioner i konsentrert saltlake utgjør også en risiko for avleiring på omvendt osmosemembranen. Under pH-forholdene til den kjemiske mykningsreaksjonen vil disse tungmetallionene samtidig danne tilsvarende uløselige bunnfall (kalsiumfluorid, bariumsulfat, strontiumsulfat, etc.), som deretter fjernes ved filtrering.
2. Valg av kjemiske tilsetningsstoffer
Kalk (med soda) eller flytende alkali med soda kan begge brukes som mykgjøringsmidler for konsentrert saltlakeherding. Hensikten med reaksjonen er å omdanne kalsium- og magnesiumioner i vannet til deres respektive uløselige stoffer, som deretter fjernes ved filtrering, samtidig som man fjerner barium, strontium, silika osv. Kalk er billigere og lettere tilgjengelig enn flytende alkali, men det øker mengden slam og introduserer mer kalsiumioner, og krever dermed en tilsvarende mengde av karbonat som reagerer og utskiller.
Hvis den eksisterende konsentrasjonen av bikarbonat + karbonat i vannet ikke er tilstrekkelig til å felle ut kalsiumionene som kalken introduserer, må soda tilsettes separat, men soda er svært kostbart. Tilsetning av flytende alkali vil ikke introdusere kalsiumioner. Det er imidlertid nødvendig å tenke på at hvis konsentrasjonen av bikarbonat + karbonationer i vannet er betydelig høyere enn kalsiumionekonsentrasjonen, vil det være overflødig alkalitet. Dette vil føre til for stort syreforbruk når pH i det myknede permeatet må justeres tilbake til nøytral, og det er en risiko for at ledningsevnen til permeatet etter omvendt osmose membranbehandling ikke vil oppfylle standarder.
Oppsummert, under de fleste vannkvalitetsforhold (hvor konsentrasjonen av bikarbonat + karbonationer er større enn kalsiumionekonsentrasjonen), er det mer økonomisk og rimelig å bruke kalk + flytende alkali som mykgjøringsmiddel. Når råvannet har høy hardhet men lav alkalitet, er det optimalt å tilsette kun flytende alkali. Når råvannet har ekstremt høy alkalitet, er det mer økonomisk og rimelig å tilsette kun kalk.
Tilsetning av magnesiumsalter tar sikte på å fjerne silisium. Mykningsreaksjonen produserer magnesiumhydroksid, som samtidig danner uløselige ko-utfellinger med silika i vannet gjennom adsorpsjon og kjemiske reaksjoner. Magnesiumsalter som er tilgjengelige inkluderer magnesiumoksid og magnesiumklorid. Magnesiumoksid er generelt billig og lett tilgjengelig, men det er vanskelig å håndtere, reagerer sakte og krever en viss temperatur. Magnesiumklorid er relativt dyrere, men det er lett løselig og kan gjøres til en vandig løsning, noe som gjør det praktisk å håndtere og reagerer raskt. I de fleste tilfeller er magnesiumionene i konsentrert saltvann tilstrekkelig til å utfelle silika, men i spesielle vannkilder må det tilsettes tilstrekkelig med magnesiumsalter og flytende alkali for å fjerne silika.
3. Kjemisk mykgjørende effekt
For å ta mykning av farmasøytisk avløpsvann som et eksempel, er råvannet avløpsvann etter anaerob biologisk behandling og må konsentreres ved hjelp av en diskrør omvendt osmose (DTRO) prosess. Vannet har høy total hardhet og total alkalitet, og lavt innhold av silika. For å unngå avleiring av kalsium- og magnesiumione på den konsentrerte vannsiden under behandlingen med høy-konsentrasjon og volumreduksjon av DTRO, er kjemisk mykgjøring nødvendig for å fjerne hardhet.
Basert på egenskapene til det farmasøytiske avløpsvannet, velges flytende alkali (30% natriumhydroksidløsning) som kjemisk mykgjøringsmiddel. Årsakene er som følger: Den totale hardheten til råvannet er 1100-1500 mg/L, med kalsiumhardhet som overstiger magnesiumhardheten, mens den totale alkaliniteten er 2300-2500 mg/L. Under alkaliske forhold er bikarbonat- og karbonationene i råvannet tilstrekkelig til å reagere med alle kalsiumionene i vannet for å danne kalsiumkarbonatutfelling, og dermed fjerne kalsiumhardheten fullstendig. Samtidig reagerer alle magnesiumioner med overskudd av hydroksydioner i alkaliløsningen for å produsere magnesiumhydroksidutfelling, og bærer noe silika fra vannet i en koutfellingsreaksjon, og fjerner dermed magnesiumhardhet og noe silika.
Basert på dataene før og etter mykning kan det ses at kjemisk mykning oppnår en fjerningsgrad på 97 % av total hardhet fra råvannet, og hardheten til det myknede produktvannet er mindre enn 100 mg/L, noe som oppfyller kravene til innkommende vannhardhet i DTRO-membranutstyrets konsentrasjons- og volumreduksjonsbehandlingsprosess.
Ved industriell konsentrert saltlakemembranbehandling og volumreduksjonsbehandling er kjemisk mykgjøring en svært effektiv, økonomisk og praktisk behandlingsteknologi for fjerning av hardhet.