abstrakcja
W związku z ciągłym wzrostem produkcji przemysłowej i odpływu ścieków domowych jony twardości w wodach ściekowych mają poważny wpływ na środowisko naturalne i kolejne procesy oczyszczania.W tym artykule systematycznie przedstawiono podstawowe zasady usuwania ścieków, szczegółowo analizuje charakterystykę techniczną, zakres zastosowań i istniejące problemy różnych metod odwodniania, takich jak opady chemiczne, wymiana jonów, separacja błony,i adsorpcji, z niecierpliwością oczekuje przyszłego rozwoju technologii odwodniania ścieków,mające na celu zapewnienie odniesienia teoretycznego do optymalizacji i innowacji technologicznych procesów odwodniania ścieków.
1、 Wprowadzenie
Twardota ścieków jest głównie spowodowana obecnością jonów wapnia i magnezu (w postaci soli, takich jak węglan wapnia, węglan magnezu, siarczan wapnia, siarczan magnezu itp.)..W produkcji przemysłowej ścieki o wysokiej twardości mogą powodować skalizację urządzeń, obniżenie wydajności wymiany ciepła, zwiększenie zużycia energii, a nawet uszkodzenie urządzeń;W procesie oczyszczania i ponownego wykorzystania ścieków domowych, twarda woda może mieć wpływ na efekt mycia i zmniejszyć komfort wody użytkowej.Wydalanie ścieków zawierających dużą ilość jonów twardości może również mieć niekorzystny wpływ na równowagę ekologiczną naturalnych zbiorników wodnychDlatego skuteczne usuwanie jonów twardości z wód ściekowych ma wielkie znaczenie dla stabilnego funkcjonowania produkcji przemysłowej, recyklingu zasobów wodnych,i ochrony środowiska ekologicznego.
2、 Zasada odwodnienia ścieków
Trwałość w wodzie ściekowej jest zazwyczaj podzielona na twardość tymczasową i trwałą.który może być rozkładany na węglan wapnia i hydroxid magnezu i usunięty przez podgrzewanie; Trwała twardość składa się z siarczanów, chloridów itp. wapnia i magnezu, które muszą zostać usunięte metodami chemicznymi, fizycznymi lub fizykochemicznymi.Podstawowe zasady odwodniania ścieków opierają się głównie na reakcji opadów, wymiana jonów, selektywna penetracja błony, adsorpcja itp.Reakcja opadowa to stosowanie niektórych czynników chemicznych do reakcji z jonami wapnia i magnezu w celu wytworzenia nierozpuszczalnych opadów, oddzielając je w ten sposób od ścieków; metodą wymiany jonów jest stosowanie żywicy wymiany jonów w celu wymiany jonów wapnia i magnezu w wodzie i przymocowania ich do żywicy;Metoda separacji błony opiera się na różnicy w zdolności retencji błony dla różnych jonów w celu osiągnięcia separacji jonów twardości z wodyPodstawą adsorpcji jest usunięcie jonów wapnia i magnezu poprzez adsorpcję przez aktywne miejsca na powierzchni adsorbentów.
3、 Metody usuwania twardości ze ścieków
(1) Metoda chemicznego osadzenia
1Metody sody wapniowej
Metoda soda wapniowa jest jedną z najczęściej stosowanych metod precipitacji chemicznej do usuwania twardości. Metoda ta polega na dodaniu do ścieków wapnia (Ca (OH) 2) i soda (Na 2 CO3).Włókno najpierw reaguje z jonami bikarbonatu w wodzie, tworząc osad węglanu wapniaOsiłek sodowy reaguje dalej z jonami wapnia w wodzie, tworząc osad węglanu wapnia.:
Ca ((HCO_{3})_{2}+Ca(OH)_{2}strzałka prawa 2CaCO_{3}strzałka w dół +2H_ {2}O
Mg ((HCO_{3}) _{2}+2Ca(OH) _{2} strzałka prawa 2CaCO_{3} strzałka w dół +Mg(OH) _{2} strzałka w dół +2H_ {2}O
CaSO_{4}+Na_ {2}CO_ {3} prawa strzałka CaCO_{3} dolna strzałka +Na_ {2}SO_ {4}
Zaletami tej metody są niskie koszty oczyszczania, szeroki zakres źródeł chemicznych i znaczący efekt oczyszczania ścieków o wysokiej koncentracji twardości.Ale wady są oczywiste., takie jak wytwarzanie dużej ilości osadu i wysoki koszt oczyszczania osadu; proces reakcji wymaga precyzyjnej kontroli wartości pH i dawkowania czynników,w przeciwnym razie wpłynie to na efekt usuwania twardości; W oczyszczonej wodzie ściekowej może pozostawać pewna ilość węglanu sodu, co prowadzi do zwiększenia alkalizmu wody.
1Metody osadzenia fosforanu
Metodę osadzenia fosforanu obejmuje dodanie fosforanu do ścieków w celu reakcji z jonami wapnia i magnezu w celu tworzenia nierozpuszczalnych osadów wapnia i fosforanu magnezu.tripolyfosforan sodu (Na 5 P O 10) reaguje z jonami wapnia w celu wytworzenia nierozpuszczalnych osadów fosforanu wapnia. Metoda ta ma wysoką skuteczność usuwania twardości i dobry efekt oczyszczania ścieków o niskim stężeniu twardości.które mogą prowadzić do eutrofizacji zbiorników wodnych, a stosunkowo wysoka cena środków fosforanowych zwiększa koszty leczenia.
(2) Metoda wymiany jonów
Metoda wymiany jonów wykorzystuje jony wymienialne na żywicach wymiany jonów do wymiany z jonami wapnia i magnezu w ściekach.Silne kwasowe żywice wymiany kationowej (takie jak żywica kwasu siarczanowego) jest powszechnie stosowanym wymiennikiem jonów, a jego proces wymiany następuje:
2R - SO_ {3}H + Ca^{2 + } prawa strzałka (R - SO_{3}) _ {2}Ca + 2H^{+}
2R - SO_ {3}H + Mg^{2 + } prawa strzałka (R - SO_{3}) _ {2}Mg + 2H^{+}
Kiedy wymienne jony na żywicy są nasycone jonami wapnia i magnezu,konieczne jest stosowanie kwasów (takich jak kwas solny i kwas siarkowy) do regeneracji w celu przywrócenia zdolności wymiany żywicyZaletami metody wymiany jonów są dobry efekt usuwania twardości, stabilna jakość ścieków i zdolność do spełnienia wyższych wymagań dotyczących jakości wody;Urządzenie zajmuje stosunkowo niewielką powierzchnię i jest stosunkowo łatwe w obsłudzeJednakże metoda ta ma wady wysokich cen żywicy oraz dużej ilości kwasów i kwasów powstających podczas procesu regeneracji, które muszą być odpowiednio przetworzone.W przeciwnym razie spowoduje wtórne zanieczyszczenie.; żywica ma wysokie wymagania dotyczące jakości wody wchodzącej, a zanieczyszczenia, takie jak zawieszone ciała stałe i materia organiczna w wodach ściekowych, mogą łatwo powodować zablokowanie żywicy i zatrucie,wpływające na jego żywotność i inne kwestie.
(3) Metoda separacji membranowej
1. Odwrotna osmoza (RO)
Odwrotna osmoza jest technologią, która oddziela rozpuszczalne i rozpuszczalne substancje w roztworze przez półprzepuszczalną membranę pod ciśnieniem.1-1nm), które mogą skutecznie przechwycić jony wapnia i magnezu i usuwać twardość ścieków.cząsteczki wody przechodzą przez membranę odwrotnej osmozy pod ciśnieniem, podczas gdy jony twardości są przechwytywane, w wyniku czego powstaje woda o niskiej twardości.a twardość ścieku może być zmniejszona do bardzo niskiego poziomuJest odpowiedni do zastosowań wymagających bardzo wysokiej jakości wody, takich jak woda dla przemysłu elektronicznego, woda do kotła itp.Ale jego wady to wysokie ciśnienie robocze i wysokie zużycie energii; składniki membranowe są drogie i łatwo zanieczyszczają się substancjami organicznymi, mikroorganizmami i innymi zanieczyszczeniami w ściekach, wymagając regularnego czyszczenia i wymiany,powodujące wysokie koszty utrzymaniaTymczasem proces odwróconej osmozy wytwarza pewną ilość wody skoncentrowanej, a oczyszczanie wody skoncentrowanej jest również wyzwaniem.
2Nanofiltracja (NF)
Rozmiar porów membrany nanofiltracyjnej znajduje się między membraną odwrotnej osmozy a membraną ultrafiltracyjną (około 1-10 nm),i ma wysoki współczynnik retencji jonów dwuwartościowych (takich jak jony wapnia i magnezu), natomiast współczynnik retencji jonów monwalentnych (takich jak jony sodu i chlorku) jest stosunkowo niski.który zmniejsza zużycie energii w porównaniu z odwrotną osmoząNanofiltracja może nie tylko skutecznie usuwać jony twardości, ale także częściowo usuwać materię organiczną i jony metali ciężkich.membrany nanofiltracyjne mają również problem łatwego zanieczyszczenia i wymagają ścisłej wstępnej obróbki wody wchodzącejPonadto na żywotność i efekt usuwania twardości membran nanofiltracyjnych znacznie wpływają czynniki takie jak jakość wody i warunki eksploatacji.
(4) Metoda adsorpcji
Metoda adsorpcji to stosowanie aktywnych miejsc na powierzchni adsorbentów w celu adsorbowania i usuwania jonów wapnia i magnezu.,Na przykład zeolit ma unikalną strukturę porów i wydajność wymiany jonów, a jego wymienne kationy mogą podlegać adsorpcji wymiany z jonami wapnia i magnezu w ściekach.Metoda adsorpcji jest prosta w obsłudze i ma pewien wpływ na oczyszczanie ścieków o niskiej twardości stężeniaPonadto niektóre adsorbenty mogą być ponownie wykorzystane poprzez regenerację.powodujące niską efektywność oczyszczania ścieków o wysokiej stężeniu twardościProces regeneracji adsorbentów jest stosunkowo złożony, a efekt regeneracji jest niestabilny, co może mieć wpływ na żywotność i efekt usuwania twardości adsorbentów.
(5) Inne metody
1Metody elektrodyalizy
Elektroodializa wykorzystuje wybiórczą przepuszczalność i działanie pola elektrycznego błon wymiany jonowej w celu indukowania kierunkowej migracji jonów w wodzie,w ten sposób uzyskuje się usunięcie twardości z ściekówPodczas dializy elektrycznej, membrany wymiany kationowej pozwalają tylko przejść kationom, podczas gdy membrany wymiany anionowej pozwalają tylko przejść anionom.jony wapnia i magnezu w ściekach migrują do elektrody ujemnej przez błony wymiany kationowejMetodyka elektrodialistyczna do usuwania twardości nie wymaga dodania środków chemicznych i nie wytwarza osadu,wprowadzenie stosunkowo przyjaznych dla środowiska procesów eksploatacyjnychJednakże metoda ta wymaga dużych inwestycji w sprzęt, zużywa energię elektryczną podczas pracy i ma wysokie wymagania dotyczące jakości wody wchodzącej,wymagające ścisłej wstępnej obróbki w celu zapobiegania zanieczyszczeniu błony.
2Metody mikrobiologiczne
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 wastewaterNa przykład niektóre mikroorganizmy mogą zwiększać wartość pH otaczającego środowiska poprzez wydzielanie substancji alkalicznych, co sprzyja opadaniu jonów wapnia i magnezu;Grupy funkcjonalne w polimerach pozakomórkowych drobnoustrojów, takie jak grupy karboksylowe i hydroksylowe, mogą również ulegać kompleksowaniu i adsorpcji z jonami wapnia i magnezu.Metody mikrobiologiczne mają zalety niskiego kosztu leczenia i przyjazności dla środowiska, ale proces leczenia jest powolny i jest silnie wpływany na warunki wzrostu drobnoustrojów, takie jak temperatura, wartość pH, rozpuszczony tlen itp.W praktyce nadal istnieją pewne ograniczenia..
4、 Porównanie i wybór różnych metod usuwania twardości
Różne metody usuwania twardości z ścieków mają swoje zalety i wady, a także różne możliwości zastosowania.Należy w pełni uwzględnić takie czynniki, jak właściwości jakości wody ściekowej (np. twardość, stężenie jonów, innych składników zanieczyszczających itp.), skalę oczyszczania, koszty oczyszczania, wymagania dotyczące jakości ścieków i wymagania w zakresie ochrony środowiska oraz wybór odpowiednich metod usuwania twardości.Woda ściekowa o wysokiej stężeniu twardości, opad chemiczny może być bardziej ekonomiczną i skuteczną metodą; w przypadku oczyszczania na małą skalę, które wymaga wysokiej jakości wody, bardziej odpowiednie są metody wymiany jonów lub odwrotnej osmozy;W przypadku ścieków o niskiej koncentracji twardości wrażliwych na kosztyW wielu przypadkach, w szczególności w przypadku, gdy wprowadzane metody są stosowane w celu uzyskania wyników badań naukowych lub badań klinicznych, można zastosować metody adsorpcyjne lub mikrobiologiczne.Można wykorzystać kombinację wielu metod usuwania twardości, aby w pełni wykorzystać zalety każdej z metod., poprawić efekt usuwania i zmniejszyć koszty przetwarzania.
5、 Wniosek i perspektywy
Technologia usuwania twardości ze ścieków ma ogromne znaczenie dla zapewnienia produkcji przemysłowej, realizacji recyklingu zasobów wodnych i ochrony środowiska ekologicznego.Obecnie, różne metody usuwania twardości, takie jak opady chemiczne, wymiana jonów, separacja błony, adsorpcja itp., zostały szeroko stosowane w praktyce inżynieryjnej,ale każda metoda ma pewne ograniczeniaW przyszłości tendencja rozwojowa technologii oczyszczania ścieków obejmuje głównie następujące aspekty:i ekonomiczne nowe środki odtruwające i materiały adsorbujące w celu poprawy wydajności odtruwań, zmniejszyć koszty obróbki i wtórne zanieczyszczenie; drugie jest wzmocnienie badań i rozwoju materiałów membranowych, poprawa wydajności przeciw zanieczyszczeniu, współczynnik retencji,i żywotność membranPo trzecie, przeprowadzenie dogłębnych badań nad mechanizmem usuwania twardości drobnoustrojów, optymalizacja procesów przetwarzania drobnoustrojów,i poprawić ich stabilność i efektywność leczeniaCzwartym jest zbadanie procesu wspólnego stosowania wielu metod usuwania twardości, osiągnięcia komplementarnych zalet i poprawy ogólnego efektu obróbki.Poprzez ciągłe innowacje technologiczne i optymalizację procesów, technologia odwodniania ścieków będzie odgrywać w przyszłości ważniejszą rolę w zrównoważonym wykorzystaniu zasobów wodnych i ochronie środowiska.
