اصول و روش حذف سختی از فاضلاب

خلاصه

با افزایش مداوم تولید صنعتی و تخلیه فاضلاب خانگی، یون های سختی در فاضلاب تأثیر جدی بر محیط زیست و فرآیندهای تصفیه بعدی دارند.این مقاله اصول اساسی تخلیه آب فاضلاب را به طور سیستماتیک شرح می دهد، ویژگی های فنی، دامنه کاربرد و مشکلات موجود روش های مختلف تخلیه آب مانند بارش شیمیایی، تبادل یون، جدایی غشا را به طور دقیق تجزیه و تحلیل می کند.و جذب، و به دنبال روند توسعه تکنولوژی تخلیه آب فاضلاب در آینده است،با هدف ارائه مرجع نظری برای بهینه سازی و نوآوری تکنولوژیکی فرآیندهای تخلیه آب فاضلاب.

1مقدمه

سختی آب فاضلاب عمدتاً به دلیل وجود یون های کلسیم و منیزیم (به شکل نمک مانند کربنات کلسیم، کربنات منیزیم، سولفات کلسیم، سولفات منیزیم و غیره) ایجاد می شود..در تولید صنعتی، فاضلاب با سختی بالا می توانند باعث مقیاس بندی تجهیزات، کاهش بهره وری تبادل حرارتی، افزایش مصرف انرژی و حتی منجر به خرابی تجهیزات شوند.در فرآیند تصفیه و استفاده مجدد فاضلاب خانگی، آب سخت می تواند بر اثر شستن تاثیر بگذارد و راحتی آب خانگی را کاهش دهد.تخلیه فاضلاب حاوی مقدار زیادی یون سختی نیز می تواند اثرات منفی بر تعادل زیست محیطی آب های طبیعی داشته باشد.بنابراین حذف موثر یون های سختی از فاضلاب برای عملکرد پایدار تولید صنعتی، بازیافت منابع آب،و حفاظت از محیط زیست.

2、 اصل تخلیه آب فاضلاب

سختی آب فاضلاب معمولاً به سختی موقت و سختی دائمی تقسیم می شود. سختی موقت عمدتاً از نمک های بیکاربونات کلسیم و منیزیم تشکیل شده است.که می تواند به گازی کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم تجزیه شود و با گرم کردن حذف شودسختی دائمی از سولفات، کلرید و غیره کلسیم و منیزیم تشکیل شده است که باید با روش های شیمیایی، فیزیکی یا فیزیک شیمیایی حذف شود.اصول اساسی تخلیه آب فاضلاب عمدتا بر اساس واکنش بارندگی است، مبادله یون، نفوذ غشای انتخابی، جذب و غیرهواکنش بارندگی استفاده از برخی عوامل شیمیایی برای واکنش با یون های کلسیم و منیزیم برای تولید بارندگی های غیرقابل حل است، به این ترتیب آنها را از فاضلاب جدا می کند. روش تبادل یون استفاده از رزین تبادل یون برای تبادل یون های کلسیم و منیزیم در آب و تثبیت آنها بر روی رزین است.روش جدایی غشا بر اساس تفاوت توانایی نگه داشتن غشا برای یون های مختلف برای دستیابی به جدایی یون های سختی از آب استاصول جذب حذف یون های کلسیم و منیزیم از طریق جذب از طریق سایت های فعال روی سطح جذب کننده است.

3روش های حذف سختی از فاضلاب

(1) روش باروری شیمیایی

1روش خاکستری سودا
روش خاکستری سودی لاک یکی از رایج ترین روش های رسوب شیمیایی برای از بین بردن سختی است. این روش شامل اضافه کردن خاکستری (Ca (OH) 2) و خاکستری سودی (Na 2 CO3) به فاضلاب است.آهک ابتدا با یون های بیکاربونات در آب واکنش نشان می دهد تا توده کربنات کلسیم را تشکیل دهد، در حالی که یون های منیزیم به رسوب هیدروکسید منیزیم تبدیل می شوند. خاکستر سودا با یون های کلسیم در آب واکنش نشان می دهد تا رسوب کربنات کلسیم را تشکیل دهد. فرآیند واکنش به شرح زیر است.:
Ca ((HCO_{3}) _{2}+Ca(OH) _{2} تیر راست 2CaCO_{3} تیر پایین +2H_ {2}O
Mg ((HCO_{3}) _{2}+2Ca(OH) _{2} تیر راست 2CaCO_{3} تیر پایین +Mg ((OH) _{2} تیر پایین +2H_ {2}O
CaSO_{4}+Na_ {2}CO_ {3}پیکان راست CaCO_{3}پیکان پایین +Na_ {2}SO_ {4}

مزایا این روش هزینه های پایین تصفیه، طیف گسترده ای از منابع شیمیایی و اثر قابل توجهی در تصفیه آب فاضلاب با غلظت بالای سختی است.اما معایبش هم کاملا مشخصهبه عنوان مثال تولید مقدار زیادی از لجن و هزینه بالا برای درمان لجن؛ فرآیند واکنش نیاز به کنترل دقیق مقدار pH و دوز واکنش کننده ها دارد.در غیر این صورت بر اثر حذف سختی تاثیر می گذارد.; آب فاضلاب تصفیه شده ممکن است مقدار خاصی از کربنات سدیم را حفظ کند که منجر به افزایش قلیایی آب می شود.

1روش باروری فسفات
روش باروری فسفات شامل اضافه کردن فسفات به فاضلاب برای واکنش با یون های کلسیم و منیزیم برای تشکیل باروری غیرقابل حل کلسیم و منیزیم فسفات است. به عنوان مثالتریپولیفوسفات سدیم (Na 5 P O 10) با یون های کلسیم واکنش نشان می دهد تا توده های فوسفات کلسیم محلول را تشکیل دهداین روش دارای کارایی بالا در حذف سختی و اثر خوب در آب های فاضلاب با غلظت پایین است.که ممکن است منجر به eutrophication از بدن آب شود، و قیمت نسبتا بالا از عوامل فسفات باعث افزایش هزینه های درمان می شود.

(2) روش تبادل یون

روش مبادله یون از یون های قابل مبادله در رزین های مبادله یون برای مبادله با یون های کلسیم و منیزیم در فاضلاب استفاده می کند.رزین تبادل کاتین اسیدی قوی (مانند رزین اسید سولفونک) یک مبادله ایون رایج است، و روند مبادله آن به شرح زیر است:
2R - SO_ {3}H + Ca^{2 + }ساگ راست (R - SO_{3}) _ {2}Ca + 2H^{+}
2R - SO_ {3}H + Mg^{2 + }ساخت راست (R - SO_{3}) _ {2}Mg + 2H^{+}

وقتی یون های قابل تبادل روی رزین با یون های کلسیم و منیزیم اشباع می شوند،لازم است از اسیدهایی (مانند اسید هیدروکلوریک و اسید گوگردی) برای بازسازی برای بازگرداندن ظرفیت تبادل رزین استفاده شود.مزایای روش مبادله یون ها اثر خوب حذف سختی، کیفیت پایدار فاضلاب و توانایی پاسخگویی به الزامات بالاتر کیفیت آب است.تجهیزات یک منطقه نسبتا کوچک را اشغال می کنند و نسبتا آسان برای کار استبا این حال، این روش دارای معایب قیمت های بالای رزین و مقدار زیادی از فاضلاب اسیدی و قلیایی است که در طول فرآیند بازسازی تولید می شود، که نیاز به درمان مناسب دارد.در غیر این صورت باعث آلودگی ثانویه می شود.· رزین الزامات بالایی را برای کیفیت آب وارد کننده دارد و ناخالصی هایی مانند مواد جامد معلق و مواد آلی در فاضلاب می تواند به راحتی باعث انسداد رزین و مسمومیت شود.تاثیر بر عمر خدمت و مسائل دیگر.

(3) روش جدایی غشا

1. آسموز معکوس (RO)
آسموز معکوس یک فناوری است که محلول ها و حلال ها را در محلول از طریق یک غشاء نیمه نفوذ پذیر تحت فشار جدا می کند. اندازه منافذ غشاء آسموز معکوس بسیار کوچک است (حدود 0.1-1nm)، که می تواند به طور موثر یون های کلسیم و منیزیم را رد کند و از سختی آب فاضلاب جلوگیری کند.مولکول های آب تحت فشار از غشای اسموز معکوس عبور می کنند، در حالی که یون های سختی بازداشت می شوند و در نتیجه آب با سختی پایین تولید می شود. روش آسموز معکوس در از بین بردن سختی کارایی بالایی دارد.و سختي فاضلاب را مي توان به سطح بسيار پايين کاهش دادمناسب برای مناسبت هایی است که نیاز به کیفیت بسیار بالا از آب دارند، مانند آب صنعت الکترونیک، آب تغذیه دیگ و غیره.اما معایب آن فشار عملیاتی بالا و مصرف انرژی بالا استاجزای غشا گران هستند و به راحتی توسط مواد آلی، میکروارگانیسم ها و سایر آلاینده های موجود در فاضلاب آلوده می شوند و نیاز به تمیز کردن و تعویض منظم دارند.که منجر به هزینه های نگهداری بالا می شوددر همین حال، فرآیند آسموز معکوس مقدار خاصی از آب متمرکز تولید می کند و درمان آب متمرکز نیز یک چالش است.

2نانوفیلتراسیون (NF)
اندازه منافذ غشای نانوفیلتراسیون بین غشای آسموز معکوس و غشای فوق فیلتراسیون (حدود 1-10nm) است.و نرخ نگهداری زیادی برای یون های دوقدری (مانند یون های کلسیم و منیزیم) دارد.، در حالی که میزان نگهداری برای یون های تک ارزش (مانند یون های سدیم و کلراید) نسبتا کم است. فرآیند نانوفیلتراسیون می تواند در فشار های پایین تر کار کند،که مصرف انرژی را در مقایسه با آسموز معکوس کاهش می دهدنانوفیلتراسیون نه تنها می تواند یون های سختی را به طور موثر از بین ببرد، بلکه به طور جزئی مواد آلی و یون های فلز سنگین را نیز از بین ببرد.غشای نانوفیلتراسیون نیز مشکل آلودگی آسان را دارند و نیاز به پیش ترسه گیری دقیق از آب ورودی دارند.علاوه بر این، عمر خدمت و اثر حذف سختی غشا های نانوفیلتراسیون به شدت تحت تأثیر عواملی مانند کیفیت آب و شرایط عملیاتی قرار می گیرند.

(4) روش جذب

روش جذب، استفاده از مکان های فعال در سطح آکسید های آکسید کننده برای جذب و حذف یون های کلسیم و منیزیم است. آکسید های رایج شامل کربن فعال، ژئولیت، بنتونیت، اکسید فلز هستند.,به عنوان مثال، زئولیت دارای ساختار منافذ منحصر به فرد و عملکرد تبادل یون است و کاتیان های قابل تبادل آن می توانند از طریق جذب تبادل با یون های کلسیم و منیزیم در فاضلاب استفاده کنند.استفاده از روش جذب ساده است و اثر معالجه ای در آب های فاضلاب با سختی کم دارد.علاوه بر این، برخی از جذب کننده ها را می توان از طریق بازسازی دوباره استفاده کرد.که منجر به ناکارآمدی ضعیف در تصفیه آب های فاضلاب با غلظت بالای سختی می شود.: فرآیند بازسازی آدرسنت ها نسبتا پیچیده است و اثر بازسازی ناپایدار است که ممکن است بر عمر خدمت و اثر حذف سختی آدرسنت ها تأثیر بگذارد.

(5) روش های دیگر

1روش الکترودالیز
الکترودیالیز از نفوذ انتخابی و اثر میدان الکتریکی غشا های تبادل یون برای تحریک مهاجرت جهت ایون ها در آب استفاده می کند.در نتیجه از آب فاضلاب سخت شدن حاصل می شود.در طول الکترودالیز، غشای مبادله کتیون ها فقط اجازه عبور کتیون ها را می دهند، در حالی که غشای مبادله آنیان ها فقط اجازه عبور آنیان ها را می دهند. تحت عمل یک میدان الکتریکی،یون های کلسیم و منیزیم در آب فاضلاب از طریق غشای مبادله کتیون به الکترود منفی مهاجرت می کنندروش الکترودالیز برای حذف سختی نیازی به افزودن عوامل شیمیایی ندارد و لجن تولید نمی کند.ایجاد فرآیند عملیاتی نسبتاً سازگار با محیط زیستبا این حال، این روش نیاز به سرمایه گذاری بزرگ در تجهیزات دارد، انرژی الکتریکی را در طول کار مصرف می کند و الزامات بالایی برای کیفیت آب ورودی دارد.که نیاز به پیش پردازش دقیق برای جلوگیری از آلودگی غشا دارد.

2روش میکروبی
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 wastewaterبه عنوان مثال، برخی از میکروارگانیسم ها می توانند با ترشح مواد قلیایی، که باعث بارش یون های کلسیم و منیزیم می شود، ارزش pH محیط اطراف را افزایش دهند.گروه های عملکردی در پلیمرهای خارج سلولی میکروبی، مانند گروه های کاربوکسیل و هیدروکسیل، همچنین می توانند تحت پیچیدگی و جذب یون های کلسیم و منیزیم قرار گیرند.روش های میکروبی دارای مزیت هزینه های پایین درمان و دوستانه بودن محیط زیست هستند، اما روند درمان آهسته است و به شدت تحت تاثیر شرایط رشد میکروبی مانند دمای، ارزش pH، اکسیژن محلول و غیره است. در حال حاضر،هنوز محدودیت های خاصی در کاربرد عملی وجود دارد..

4、 مقایسه و انتخاب روش های مختلف برای حذف سختی

روش های مختلفی برای حذف سختی از فاضلاب مزایا و معایب خود را دارند و کاربرد آنها نیز متفاوت است.لازم است که عوامل مانند ویژگی های کیفیت آب فاضلاب (مانند سختی، غلظت یون) به طور جامع در نظر گرفته شوند.، سایر اجزای آلاینده و غیره) ، مقیاس درمان، هزینه درمان، الزامات کیفیت فاضلاب و الزامات حفاظت از محیط زیست، و روش های مناسب برای حذف سختی را انتخاب کنید.برای فاضلاب با غلظت بالای سختی، باروری شیمیایی ممکن است یک روش اقتصادی و موثر باشد. برای پردازش در مقیاس کوچک که نیاز به کیفیت آب بالا دارد، روش های تبادل یون یا آسموز معکوس مناسب تر است.برای فاضلاب با غلظت سختی پایین که نسبت به هزینه حساس هستند، روش های جذب یا میکروبی ممکن است پتانسیل کاربرد خاصی داشته باشند.ترکیبی از روش های متعدد برای حذف سختی می تواند برای استفاده کامل از مزایای هر روش استفاده شود، اثر حذف را بهبود می بخشد و هزینه های پردازش را کاهش می دهد.

5نتیجه گیری و چشم انداز

تکنولوژی حذف سختی از فاضلاب برای تضمین تولید صنعتی، تحقق بازیافت منابع آب و حفاظت از محیط زیست زیست بسیار مهم است.در حال حاضرروش های مختلفی برای حذف سختی، مانند بارش شیمیایی، تبادل یون، جدایی غشا، جذب و غیره، به طور گسترده ای در مهندسی عملی استفاده شده است.اما هر روش محدودیتی دارددر آینده، روند توسعه تکنولوژی ضدآفتاب شامل جنبه های زیر است:و مواد جدید ضدآفتاب و مواد جذب اقتصادی برای بهبود کارایی ضدآفتاب، کاهش هزینه های درمان و آلودگی ثانویه؛ دوم تقویت تحقیق و توسعه مواد غشا، بهبود عملکرد ضد آلودگی، میزان حفظ،و عمر خدمت غشا، و کاهش هزینه های عملیاتی فناوری جداسازی غشا؛ سوم انجام تحقیقات عمیق در مورد مکانیسم حذف سختی میکروبی، بهینه سازی فرآیندهای درمان میکروبی،و بهبود ثبات و بهره وری درمانچهارمین روش این است که فرآیند استفاده مشترک از روش های متعدد برای حذف سختی را بررسی کنیم، مزایای مکمل را به دست آوریم و اثر کلی درمان را بهبود ببخشیم.از طریق نوآوری های تکنولوژیکی مداوم و بهینه سازی فرآیند، تکنولوژی تخلیه آب فاضلاب در آینده نقش مهمی در استفاده پایدار از منابع آب و حفاظت از محیط زیست ایفا خواهد کرد.