riassunto
Con l'aumento continuo della produzione industriale e dello scarico delle acque reflue domestiche, gli ioni di durezza presenti nelle acque reflue hanno un grave impatto sull'ambiente e sui successivi processi di trattamento.Questo articolo espone in modo sistematico i principi fondamentali della depurazione delle acque reflue, analizza in dettaglio le caratteristiche tecniche, il campo di applicazione e i problemi esistenti dei vari metodi di disidratazione quali la precipitazione chimica, lo scambio ionico, la separazione della membrana,e adsorbimento, e si aspetta con ansia la futura tendenza dello sviluppo della tecnologia di disidratazione delle acque reflue,che mira a fornire un riferimento teorico per l'ottimizzazione e l'innovazione tecnologica dei processi di disidratazione delle acque reflue.
1、 Introduzione
La durezza delle acque reflue è causata principalmente dalla presenza di ioni di calcio e magnesio (sotto forma di sali quali carbonato di calcio, carbonato di magnesio, solfato di calcio, solfato di magnesio, ecc.).Nella produzione industriale, le acque reflue ad alta durezza possono causare il ridimensionamento delle attrezzature, ridurre l'efficienza dello scambio termico, aumentare il consumo di energia e persino causare guasti alle attrezzature;Nel processo di trattamento e riutilizzo delle acque reflue domestiche, l'acqua dura può influire sull'effetto di lavaggio e ridurre il comfort dell'acqua domestica.lo scarico di acque reflue contenenti una grande quantità di ioni di durezza può anche avere effetti negativi sull'equilibrio ecologico dei corpi idrici naturaliPertanto, l'eliminazione efficace degli ioni di durezza dalle acque reflue è di grande importanza per il funzionamento stabile della produzione industriale, il riciclaggio delle risorse idriche, la conservazione delle acque reflue e la conservazione delle acque reflue.e la protezione dell'ambiente ecologico.
2、 Principio della disidratazione delle acque reflue
La durezza delle acque reflue è generalmente suddivisa in durezza temporanea e durezza permanente.che può essere decomposto in precipitati di carbonato di calcio e idrossido di magnesio e rimosso riscaldandoLa durezza permanente è costituita da solfati, cloruri, ecc. di calcio e magnesio, che devono essere rimossi con metodi chimici, fisici o fisico-chimici.I principi di base della disidratazione delle acque reflue si basano principalmente sulla reazione di precipitazione, scambio ionico, permeazione selettiva della membrana, adsorbimento, ecc.La reazione di precipitazione è l'uso di alcuni agenti chimici per reagire con ioni di calcio e magnesio per generare precipitati insolubiliIl metodo di scambio ionico consiste nell'uso di resine a scambio ionico per scambiare ioni di calcio e magnesio nell'acqua e fissarli sulla resina;Il metodo di separazione della membrana si basa sulla differenza di capacità di ritenzione della membrana per i diversi ioni per ottenere la separazione degli ioni di durezza dall'acquaIl principio di adsorbimento consiste nel rimuovere gli ioni di calcio e magnesio mediante adsorbimento attraverso i siti attivi sulla superficie dell'adsorbente.
3、 Metodi per rimuovere la durezza dalle acque reflue
(1) Metodo di precipitazione chimica
1. Metodo di cenere di soda calca
Il metodo della calcio-soda è uno dei metodi di precipitazione chimica più comunemente utilizzati per rimuovere la durezza.Il calce reagisce prima con gli ioni di bicarbonato in acqua per formare un precipitato di carbonato di calcioL'acido di sodio viene quindi convertito in idrossido di magnesio, mentre gli ioni di magnesio vengono convertiti in precipitati di idrossido di magnesio.:
Ca ((HCO_{3}) _{2}+Ca(OH) _{2} freccia destra 2CaCO_{3} freccia verso il basso +2H_ {2}O
Mg ((HCO_{3}) _{2}+2Ca(OH) _{2} freccia destra 2CaCO_{3} freccia verso il basso +Mg ((OH) _{2} freccia verso il basso +2H_ {2}O
CaSO_{4}+Na_ {2}CO_ {3}freccia destra CaCO_{3}freccia verso il basso +Na_ {2}SO_ {4}
I vantaggi di questo metodo sono bassi costi di trattamento, ampia gamma di fonti chimiche e notevole effetto di trattamento sulle acque reflue di alta durezza.Ma gli svantaggi sono anche abbastanza evidenti., come la produzione di una grande quantità di fanghi e l'alto costo del trattamento dei fanghi; il processo di reazione richiede un controllo preciso del valore del pH e del dosaggio dei reagenti,altrimenti influenzerà l'effetto di rimozione della durezzaLe acque reflue trattate possono trattenere una certa quantità di carbonato di sodio, con conseguente aumento dell'alcalinità dell'acqua.
1Metodo di precipitazione del fosfato
Il metodo di precipitazione del fosfato consiste nell'aggiungere fosfato alle acque reflue per reagire con gli ioni di calcio e magnesio per formare precipitati insolubili di calcio e fosfato di magnesio.il tripolifosfato di sodio (Na 5 P O 10) reagisce con gli ioni di calcio per formare precipitati di fosfato di calcio insolubiliQuesto metodo ha un'elevata efficienza di rimozione della durezza e un buon effetto di trattamento sulle acque reflue a bassa durezza di concentrazione.che possono portare all'eutrofizzazione dei corpi idrici, e il prezzo relativamente elevato degli agenti fosfatici aumenta i costi di trattamento.
(2) Metodo di scambio ionico
Il metodo di scambio ionico utilizza ioni intercambiabili su resine di scambio ionico per scambiarsi con ioni di calcio e magnesio nelle acque reflue.La resina acida acida di scambio dei cationi (come la resina dell'acido sulfonico) è uno scambiatore di ioni comunemente utilizzato, e il suo processo di scambio è il seguente:
2R - SO_ {3}H + Ca^{2 + } freccia destra (R - SO_{3}) _ {2}Ca + 2H^{+}
2R - SO_ {3}H + Mg^{2 + } freccia destra (R - SO_ {3}) _ {2}Mg + 2H^{+}
Quando gli ioni intercambiabili sulla resina sono saturi di ioni di calcio e magnesio,è necessario utilizzare acidi (come l'acido cloridrico e l'acido solforico) per la rigenerazione per ripristinare la capacità di scambio della resinaI vantaggi del metodo di scambio ionico sono un buon effetto di rimozione della durezza, una qualità stabile degli effluenti e la capacità di soddisfare requisiti più elevati di qualità dell'acqua;L'apparecchiatura occupa un'area relativamente piccola ed è relativamente facile da usareTuttavia, questo metodo presenta gli svantaggi di un elevato prezzo della resina e di una grande quantità di acque reflue acide e alcaline generate durante il processo di rigenerazione, che devono essere trattate correttamente.altrimenti causerà inquinamento secondarioLa resina ha elevati requisiti per la qualità dell'acqua in entrata e le impurità quali i solidi in sospensione e la materia organica nelle acque reflue possono facilmente causare blocco e avvelenamento della resina.che influenzano la sua vita utile e altre questioni.
(3) Metodo di separazione a membrana
1. Osmosi inversa (RO)
L'osmosi inversa è una tecnologia che separa soluti e solventi in una soluzione attraverso una membrana semipermeabile sotto pressione.1-1nm), in grado di intercettare efficacemente gli ioni di calcio e magnesio e di eliminare la durezza delle acque reflue.le molecole d'acqua passano attraverso la membrana di osmosi inversa sotto pressioneIl metodo di osmosi inversa ha un'elevata efficienza nell'eliminazione della durezza.e la durezza dell'effluente può essere ridotta a un livello molto bassoÈ adatto per le occasioni che richiedono una qualità dell'acqua estremamente elevata, come l'acqua dell'industria elettronica, l'acqua di alimentazione della caldaia, ecc.Ma i suoi svantaggi sono l'elevata pressione di funzionamento e l'elevato consumo energetico.I componenti della membrana sono costosi e facilmente contaminati da sostanze organiche, microrganismi e altri inquinanti nelle acque reflue, che richiedono una pulizia e una sostituzione regolari.causando elevati costi di manutenzioneNel frattempo, il processo di osmosi inversa genera una certa quantità di acqua concentrata, e il trattamento dell'acqua concentrata è anche una sfida.
2. nanofiltrazione (NF)
La dimensione dei pori della membrana di nanofiltrazione è compresa tra la membrana di osmosi inversa e la membrana di ultrafiltrazione (circa 1-10 nm),e ha un elevato tasso di ritenzione di ioni divalenti (come ioni di calcio e magnesio), mentre il tasso di ritenzione degli ioni monovalenti (come gli ioni sodio e cloruro) è relativamente basso.che riduce il consumo energetico rispetto all'osmosi inversaLa nanofiltrazione può non solo rimuovere efficacemente gli ioni di durezza, ma anche parzialmente ioni di materia organica e di metalli pesanti.le membrane di nanofiltrazione presentano anche il problema della facile contaminazione e richiedono un rigoroso pretrattamento dell'acqua in entrataInoltre, la durata di vita e l'effetto di rimozione della durezza delle membrane di nanofiltrazione sono fortemente influenzati da fattori quali la qualità dell'acqua e le condizioni di funzionamento.
(4) Metodo di assorbimento
Il metodo di adsorbimento è l'uso di siti attivi sulla superficie degli adsorbenti per assorbire e rimuovere gli ioni di calcio e magnesio.,Ad esempio, la zeolite ha una struttura porosa unica e prestazioni di scambio ionico, e i suoi cationi intercambiabili possono subire adsorbimento di scambio con ioni di calcio e magnesio nelle acque reflue.Il metodo di assorbimento è semplice da usare e ha un certo effetto di trattamento sulle acque reflue a bassa durezza di concentrazioneInoltre, alcuni adsorbenti possono essere riutilizzati mediante rigenerazione.che si traduce in una scarsa efficienza di trattamento delle acque reflue ad alta durezza di concentrazioneIl processo di rigenerazione degli adsorbenti è relativamente complesso e l'effetto di rigenerazione è instabile, il che può influenzare la durata di vita e l'effetto di rimozione della durezza degli adsorbenti.
(5) Altri metodi
1Metodo di elettrodialisi
L'elettrodialisi utilizza la permeabilità selettiva e l'effetto del campo elettrico delle membrane di scambio ionico per indurre la migrazione direzionale degli ioni nell'acqua,conseguendo così l'eliminazione della durezza delle acque reflueDurante l'elettrodialisi, le membrane di scambio dei cationi permettono solo il passaggio dei cationi, mentre le membrane di scambio degli anioni permettono solo il passaggio degli anioni.gli ioni di calcio e magnesio nelle acque reflue migrano verso l'elettrodo negativo attraverso le membrane di scambio dei cationiIl metodo di elettrodialisi per la rimozione della durezza non richiede l'aggiunta di agenti chimici e non produce fanghi,rendere il processo di funzionamento relativamente rispettoso dell'ambienteTuttavia, questo metodo richiede un grande investimento in attrezzature, consuma energia elettrica durante il funzionamento e ha elevati requisiti per la qualità dell'acqua in entrata.che richiedono un rigoroso pretrattamento per evitare l'inquinamento della membrana.
2Metodo microbico
Microbial method is to use the metabolic activity of microorganisms or the reaction between extracellular polymers of microorganisms and calcium and magnesium ions to achieve the removal of hardness from wastewaterAd esempio, alcuni microrganismi possono aumentare il valore del pH dell'ambiente circostante secernendo sostanze alcaline, che favoriscono la precipitazione di ioni di calcio e magnesio;Gruppi funzionali nei polimeri extracellulari microbici, come i gruppi carbossile e idrossile, possono anche subire complessamento e adsorbimento con ioni di calcio e magnesio.I metodi microbici presentano i vantaggi di un basso costo di trattamento e di una buona qualità ambientale, ma il processo di trattamento è lento e fortemente influenzato dalle condizioni di crescita microbica quali temperatura, valore del pH, ossigeno disciolto, ecc. Attualmente,vi sono ancora alcuni limiti nelle applicazioni pratiche.
4、 Confronto e selezione dei diversi metodi di rimozione della durezza
I diversi metodi di rimozione della durezza delle acque reflue hanno i loro vantaggi e svantaggi e la loro applicabilità varia.è necessario considerare in modo completo fattori quali le caratteristiche qualitative delle acque reflue (come la durezza, la concentrazione di ioni, altri componenti inquinanti, ecc.), scala di trattamento, costo di trattamento, requisiti di qualità degli effluenti e requisiti di protezione dell'ambiente, e selezionare metodi appropriati per rimuovere la durezza.Per acque reflue di alta durezza di concentrazione, la precipitazione chimica può essere un metodo più economico ed efficace; per il trattamento su piccola scala che richiede un'alta qualità dell'acqua, i metodi di scambio ionico o di osmosi inversa sono più adatti;Per le acque reflue a bassa durezza di concentrazione sensibili al costo, adsorbente o microbica possono avere un certo potenziale di applicazione.una combinazione di più metodi per rimuovere la durezza può essere utilizzata per sfruttare appieno i vantaggi di ciascun metodo, migliorare l'effetto di rimozione e ridurre i costi di lavorazione.
5、 Conclusioni e prospettive
La tecnologia di rimozione della durezza delle acque reflue è di grande importanza per garantire la produzione industriale, realizzare il riciclo delle risorse idriche e proteggere l'ambiente ecologico.Attualmente, vari metodi per rimuovere la durezza, come la precipitazione chimica, lo scambio ionico, la separazione della membrana, l'adsorbimento, ecc., sono stati ampiamente utilizzati nell'ingegneria pratica,ma ogni metodo ha alcuni limitiIn futuro, la tendenza di sviluppo della tecnologia di de-indurimento delle acque reflue comprende principalmente i seguenti aspetti:In questo modo, si è possibile migliorare l'efficienza del processo di raffreddamento., ridurre i costi di trattamento e l'inquinamento secondario; la seconda è rafforzare la ricerca e lo sviluppo di materiali a membrana, migliorare le prestazioni antiinquinamento, il tasso di ritenzione,e durata di vita delle membrane, e ridurre i costi operativi della tecnologia di separazione della membrana; la terza è di condurre ricerche approfondite sul meccanismo di rimozione della durezza microbica, ottimizzare i processi di trattamento microbico,e migliorare la loro stabilità ed efficienza del trattamentoIl quarto è quello di esplorare il processo di applicazione congiunta di metodi multipli per rimuovere la durezza, ottenere vantaggi complementari e migliorare l'effetto complessivo del trattamento.Attraverso l'innovazione tecnologica continua e l'ottimizzazione del processo, la tecnologia di disidratazione delle acque reflue svolgerà in futuro un ruolo più importante nell'utilizzo sostenibile delle risorse idriche e nella protezione dell'ambiente.
