Invoering
Degenen die werkzaam zijn in de industriële nul-industrie voor de terugwinning van afvalwater en afvalwater weten dat omgekeerde osmoseconcentraat het zwaarste onderdeel van het hele systeem is. Na concentratie door het omgekeerde osmosemembraan worden de hardheid van calcium en magnesium, silica, het totale zoutgehalte en de alkaliteit allemaal vermenigvuldigd, wat resulteert in een complexe watersamenstelling en een sterke neiging tot kalkaanslag. Onvoldoende voorbehandeling kan gemakkelijk leiden tot aanslag en vervuiling van het daaropvolgende membraansysteem, verminderde efficiëntie van de verdamper en abnormale werking van het kristallisatiesysteem. De dubbele-alkalimethode, als de reguliere technologie voor diepe hardheidsverwijdering van concentraat voor omgekeerde osmose, kan synergetische controle van hardheid en silica bereiken. Gecombineerd met verbeterde scheiding door keramische membranen van siliciumcarbide, kan dit de stabiliteit van het effluent en de betrouwbaarheid van het systeem verder verbeteren.
I. Basiskennis van hardheid en kenmerken van omgekeerde osmoseconcentraat
De totale hardheid verwijst naar de totale concentratie calcium- en magnesiumionen in het water, wat een kernindicator is voor het beoordelen van het risico op kalkaanslag en de operationele stabiliteit van het membraansysteem.
Op basis van de samenstelling kan de hardheid worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: De ene is carbonaathardheid, ook wel tijdelijke hardheid genoemd, die voornamelijk bestaat in de vorm van calciumbicarbonaat en magnesiumbicarbonaat. Het kan worden verwijderd door verhitting en koken om te precipiteren en de hardheid te verwijderen.
De andere is de niet--carbonaathardheid, ook wel permanente hardheid genoemd, die bestaat in de vorm van sulfaten en chloriden. Het kan niet worden verwijderd door verhitting en moet effectief worden verwijderd door middel van chemische precipitatie, ionenuitwisseling of membraanmethoden.
In de context van omgekeerde osmoseconcentraat zijn de kenmerken duidelijk: omgekeerde osmosesystemen hebben een vangend en verrijkend effect op zouten, hardheid en silicaten. De ionenconcentratie aan de concentraatzijde is doorgaans 3 tot 8 keer geconcentreerd, en de TDS ligt doorgaans tussen 10.000 en 60.000 mg/l, en bereikt meer dan 100.000 mg/l onder hoge bedrijfsomstandigheden. De totale hardheid wordt consequent gehandhaafd op 500 tot 3.000 mg/l, waarbij de silica- en alkaliteit ook hoog zijn, en de Langrier-verzadigingsindex en de sulfaatschaalindex aanzienlijk hoger zijn dan de normen. Het grootste probleem met dit type waterkwaliteit is dat het gemakkelijk onoplosbare kalkaanslag vormt, zoals calciumcarbonaat, magnesiumhydroxide, calciumsulfaat en silicaten, die zich hechten aan het membraanoppervlak, de binnenwanden van de buizen en de wanden van de warmtewisselaarbuis van de verdamper. Dit veroorzaakt een afname van de membraanflux, een toename van het drukverschil in het transmembraan, een afname van de efficiëntie van de warmte-uitwisseling en een verslechtering van de kwaliteit van het gekristalliseerde zout, wat een belangrijk pijnpunt is dat de lange termijn werking van nullozingssystemen beperkt.
II. Inleiding tot dubbele-alkaliprecipitatietechnologie
In termen van de leek is de dubbele-alkalimethode een chemisch precipitatieproces waarbij calciumhydroxide en natriumcarbonaat in stappen worden toegevoegd. Het is momenteel de meest toepasbare en economische voorbehandelingstechnologie voor omgekeerde osmoseconcentraat met hoge hardheid, hoog silicagehalte en hoge alkaliteit.
1. Procesreactieprincipe
(1) Het toevoegen van calciumhydroxide (Ca(OH)2) dient voornamelijk om de alkaliteit aan te passen, magnesium en silica te verwijderen en de bicarbonaatalkaliteit van het water te verminderen. Reactievergelijkingen voor verwijdering van magnesium en vermindering van de alkaliteit:
Chemische reactievergelijking voor siliciumverwijdering (onder hoge pH-omstandigheden):
Door kalk toe te voegen om de pH van het water boven de 11,0 te brengen, worden magnesiumionen omgezet in magnesiumhydroxideneerslag. Tegelijkertijd wordt opgelost silica in het water onder sterk alkalische omstandigheden omgezet in silicaationen, die zich vervolgens combineren met calcium- en magnesiumionen in het water om onoplosbare calciumsilicaat- en magnesiumsilicaatprecipitaten te vormen, waardoor een efficiënte verwijdering van silicium wordt bereikt. Tegelijkertijd worden bicarbonaationen geneutraliseerd, waardoor de alkaliteitsbasislijn wordt verminderd en het risico op daaropvolgende hardheid en silica-aanslag wordt verlaagd.
(2) Door natriumcarbonaat (Na₂CO₃) toe te voegen, wordt natriumcarbonaat voornamelijk gebruikt om calciumionen uit het water te verwijderen en moeilijk-te-behandelbare niet- carbonaathardheid te verwijderen. Reactievergelijking voor het verwijderen van calciumhardheid:
Door gebruik te maken van de combinatie van carbonaationen en calciumionen om calciumcarbonaatkristalprecipitaten te vormen, wordt de resterende calciumhardheid verder verminderd en wordt de totale hardheid stabiel binnen een aanvaardbaar bereik geregeld.
2. Technologische voordelen en traditionele tekortkomingen
De dubbele-alkalimethode heeft aanzienlijke voordelen: direct verkrijgbare reagentia, lage bedrijfskosten en de mogelijkheid om op grote- schaal continue behandeling uit te voeren. Het kan tegelijkertijd de verharding, alkalireductie en desiliconisatie voltooien en is sterk bestand tegen hoge-zout- en hoge- alkalische waterkwaliteitsinvloeden, waardoor het zeer geschikt is voor extreme omstandigheden zoals concentraat voor omgekeerde osmose.
De traditionele dubbele-alkalimethode heeft echter ook duidelijke tekortkomingen: de calciumcarbonaat-, magnesiumhydroxide- en silicaatvlokken die bij de reactie ontstaan, hebben kleine deeltjesgroottes, wat resulteert in langzame natuurlijke bezinkingssnelheden en onvolledige scheiding van vaste- vloeistoffen in conventionele sedimentatietanks; de troebelheid van het effluent en de gesuspendeerde vaste stoffen zijn relatief hoog, en fijne kristaldeeltjes kunnen gemakkelijk de filtereenheid binnendringen, wat nog steeds een risico op kalkaanslag vormt voor het stroomafwaartse membraan en de verdamper; bovendien vertonen verharding en desiliconisatie competitieve remming, waardoor het voor gewone sedimentatieprocessen moeilijk wordt om beide indicatoren tegelijkertijd te optimaliseren.
III. Inleiding tot de dubbele-alkalimethode + siliciumcarbide-keramisch membraankoppelingsproces
Om de tekortkomingen van de traditionele dubbele-alkalimethode aan te pakken, is de dubbele-alkalimethode + siliciumcarbide-keramisch ultrafiltratiemembraan-koppelingsproces ontstaan, dat dubbele bescherming biedt voor de voorbehandeling van concentraat. Algemeen procespad:
Het hele proces heeft een duidelijke logica: de voorkant is gebaseerd op een dubbele-alkalimethode om een chemische reactie te voltooien, waarbij calcium- en magnesiumionen en siliciden worden omgezet in vaste neerslagen; de achterkant is gebaseerd op een keramisch membraan van siliciumcarbide voor hoge-precisiebehoud, ter vervanging van traditionele sedimentatietanks met hoge-dichtheid en multi-mediafiltratieprocessen.
Het keramische membraan van siliciumcarbide heeft poriën op nanoschaal, die calciumcarbonaat, magnesiumhydroxide, silicaatmicro-vlokken, colloïden en zwevende deeltjes volledig kunnen vasthouden, waardoor volledig wordt voldaan aan de strenge eisen voor influent van hoge-drukmembranen en verdampingskristallisatieapparatuur.
De voordelen van dit proces zijn als volgt:
1. Stabiele en betrouwbare werking: het keramische membraan van siliciumcarbide is bestand tegen zware bedrijfsomstandigheden, is bestand tegen- aangroei en raakt niet gemakkelijk verstopt. Het vereist een lage reinigingsfrequentie en er is geen sprake van significante prestatievermindering bij langdurig gebruik, waardoor een continue en stabiele werking mogelijk is en de impact van downtime wordt verminderd.
2. Uitstekende economische efficiëntie: de dubbele-alkalimethode heeft lage reagenskosten, het siliciumcarbide keramische membraan heeft een lange levensduur en hoeft niet regelmatig te worden vervangen, het terugspoelwaterverbruik is laag en de onderhoudskosten op de lange- termijn zijn beheersbaar.
3. Brede aanpasbaarheid: aanpasbaar aan verschillende industrieën en concentraties van omgekeerde osmose-concentraat, waarbij wordt voldaan aan zowel concentraathergebruik als voorbehandelingsvereisten zonder -lozing.
4. Eenvoudig en eenvoudig-te-implementatieproces: vereenvoudigd proces, kleine footprint, kan worden geïntegreerd in een enkele eenheid, sterk geautomatiseerd, gemakkelijk te onderhouden en kan stabiel werken zonder een gespecialiseerd team.
5. Groen en milieuvriendelijk: lage slibproductie en uitgebreid gebruik, geen secundaire vervuiling, waardoor verbetering en hergebruik van concentraatkwaliteit mogelijk is, bedrijven worden geholpen water te besparen en vervuiling te verminderen, en recycling van hulpbronnen te realiseren.
Het koppelingsproces van de alkalische methode + keramische ultrafiltratiemembraan van siliciumcarbide behoudt de voordelen op het gebied van economische efficiëntie en schokbestendigheid van de dubbele-alkalimethode, terwijl het keramische membraan van siliciumcarbide wordt benut om de tekortkomingen van traditionele processen aan te pakken. Het verkort niet alleen de processtroom, bespaart ruimte en vermindert handmatig onderhoud, maar wat nog belangrijker is, het onderschept kalkaanslagvormende stoffen volledig bij de bron, waardoor de hardheid en het siliciumgehalte van het effluent stabiel worden gecontroleerd, waardoor het risico op aanslag en vervuiling in het stroomafwaartse membraansysteem en de verdamper aanzienlijk wordt verminderd, waardoor de bedrijfscycli van de apparatuur worden verlengd en het reagensverbruik en de onderhoudskosten voor stilstand worden verminderd. Het is een volwassen en geprefereerd proces geworden voor de nul-voorbehandeling van omgekeerde osmoseconcentraat.