Kõrge -soolasisaldusega vee "karedus" viitab peamiselt katlakivi katioonidele, nagu kaltsium (Ca²⁺), magneesium (Mg²⁺), strontsium (Sr²⁺) ja baarium (Ba²⁺). Kui neid eeltöötlemisel ei eemaldata, moodustavad need katioonid järgneva suure kontsentratsiooniga protsessi käigus kõvad katlakivid, nagu kaltsiumsulfaat, kaltsiumkarbonaat ja magneesiumsilikaat. Need võivad ummistada membraani poore, kahjustada membraanielemente või kleepuda aurusti soojusvahetustorudele, vähendades oluliselt soojusülekande efektiivsust ning suurendades puhastussagedust ja töökulusid.
Järgnevalt on toodud mitmed sageli kasutatavad ja väga tõhusad eeltöötluse pehmendamise ja kõvaduse eemaldamise protsessid:
1. Keemilise sademe pehmendamine
See on kõige klassikalisem ja laialdasemalt kasutatav protsess. Selle põhiprintsiibiks on lisada kemikaale, et muuta kõvadusioonid äärmiselt madala lahustuvusega sademeks, mis seejärel settimise või filtreerimise teel eraldatakse.
a) Lubja-soodaprotsess: see on eelistatud meetod suure-karedusega reovee töötlemiseks, eriti kui kaltsiumi karedus on kõrge ja magneesiumi karedus madal.
Reaktsioon koosneb kahest{0}}etapist:
Kaltsifikatsiooni eemaldamine: esmalt lisatakse lubi (Ca(OH)₂), et muuta vees olev kaltsiumvesinikkarbonaat kaltsiumkarbonaadi sademeks. Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Mitte--karbonaatne karedus: seejärel lisatakse soodat (Na₂CO₃), mis reageerib vees sisalduva mitte-karbonaadi kaltsiumi ja magneesiumi karedusega.
CaSO₂ + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4
MgSO₂ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaSO₂ (saadud CaSO₂ reageerib seejärel soodaga).
Omadused: Optimaalne pH lubja katlakivi eemaldamiseks on üldiselt 9,5-10,5; täiustatud magneesiumi eemaldamiseks tuleb pH tõsta 10,5-11,0 või isegi kõrgemale, kuna magneesiumhüdroksiidi sadestamine nõuab suuremat aluselisust. Teoreetiliselt saab kaltsiumi kontsentratsiooni vähendada 30-40 mg/L-ni (mõõdetuna CaCO₃-na) ja magneesiumi kontsentratsiooni alla 10 mg/l.
Eelised: madalad reaktiivikulud (lubi ja sooda on odavad), arenenud tehnoloogia ja suur töötlemisvõimsus.
Puudused: Tekitab suures koguses keemilist muda (ca 1-3% töödeldud vee mahust), vajades täiendavaid muda veetustamise seadmeid; pH tõstmine suurendab vees lahustunud tahkete ainete koguhulka (TDS).
b) Naatriumhüdroksiidi -sooda meetod: see meetod kasutab lubja asemel vedelat seebikivi (NaOH) ja sobib kasutamiseks suure magneesiumi karedusega või juhul, kui täiendavate kaltsiumiioonide lisamine ei ole soovitav.
Põhimõte:
Mg²⁺ + 2NaOH → Mg(OH)₂↓ + 2Na⁺
Ca²⁺ + Na₂CO₃ → CaCO3↓ + 2Na⁺
Omadused: Võrreldes lubjameetodiga on toodetud muda kogus ligikaudu 30-50% väiksem. Kuna kaltsiumioone ei sisestata, koosneb muda peamiselt Mg(OH)₂ ja CaCO3, mille tulemuseks on puhtam muda.
Maksumus: NaOH maksumus on oluliselt kõrgem kui lubjal, mille tulemuseks on kõrgemad tegevuskulud. Seda meetodit kasutatakse tavaliselt väikese kuni keskmise veekoguse korral või siis, kui muda kõrge kvaliteet on ülioluline.
Kasutamine: Lubja doseerimissüsteemide jaoks vajalikke jahvatus- ja ettevalmistusseadmeid pole vaja, mille tulemuseks on puhtam töökeskkond.
c) Kaas{0}}sadestamine (koagulantide lisamine)
Sadestamise tõhususe ja heitvee kvaliteedi parandamiseks lisatakse keemilise sadestamise käigus tavaliselt väike kogus flokulanti (nagu PAM) ja koagulandi abiainet (nt raudkloriid FeCl3). See võib vähendada heitvee hägusust alla 10 NTU, vähendades järgnevate filtreerimisseadmete koormust.
2. Ioonivahetusmeetod
Kuigi keemiline sadestamine on{0}}kuluefektiivne, võib selle heitvee jääkkaredus olla tundlike membraanisüsteemide, nagu pöördosmoosi (RO) jaoks siiski liiga kõrge. Ioonivahetust saab kasutada poleerimisprotsessina sügava kõvaduse eemaldamiseks.
Kasutades tugevaid happelisi katioonvahetusvaikusid, asendavad naatriumioonid (Na⁺) vees kaltsiumi ja magneesiumi ioone.
2R-Na + Ca²⁺ → R₂-Ca + 2Na⁺
Omadused: suurepärane heitvee kvaliteet, jääkkaredus on stabiilselt kontrollitud<1 mg/L (as CaCO₃), perfectly meeting the feed water requirements of RO membranes (generally <1-2 mg/L). After the resin reaches saturation, it needs to be regenerated with a 5-10% NaCl solution (brine), which produces high-hardness waste brine.
Kasutusstsenaarium: Nanofiltratsiooni ei kasutata üldiselt ainult kõrge soolsusega reovee esmaseks pehmendamiseks{0}, kuna toorvee kõrge soolsus (kõrge TDS) konkureerib vaigul olevate vahetuskohtade karedusega ioonidega, mille tulemuseks on vaigu mahu järsu languse, sagedase regenereerimise ja halva majandusliku efektiivsuse vähenemine. See sobib rohkem sekundaarseks sügavpehmendamiseks pärast keemilist sademete eeltöötlust.
3. Membraan-nanofiltratsioon
Nanofiltratsioon on membraanitehnoloogia pöördosmoosi ja ultrafiltratsiooni vahel. Selle ainulaadne laeng ja sõelumisefektid annavad sellele pehmendusväljal selged eelised.
Nanofiltration membranes have a high rejection rate (>95-98%) kahevalentsete ioonide (nagu Ca⁺, Mg⁺ ja SO₄2⁻) puhul, samas kui ühevalentsete ioonide (nagu Na⁺ ja Cl⁻) hülgamismäär on madalam (20-80%).
Omadused: Kaltsiumsulfaadi (CaSO₄) teoreetiline eemaldamise määr võib ulatuda 99,8% -ni, takistades tõhusalt sulfaadi katlakivi teket. Töörõhk on tavaliselt 5–15 baari, mis on palju madalam kui RO membraanidel, mille tulemuseks on suhteliselt madal energiatarve.
Eelised: füüsikaline protsess, reaktiive pole vaja, keemilist setet ei teki; suudab üheaegselt eemaldada osa orgaanilisest ainest ja värvist.
Puudused: peab põhinema heal eeltöötlusel (nagu ultrafiltreerimine (UF)), et vältida membraani saastumist; annab suurema karedusega kontsentreeritud lahuse (põõsavesi), mis vajab järgnevat töötlemist; ja sellel on suured investeerimiskulud.
Kasutusalad: sobib eriti hästi-kõrge soolsusega-vee eeltöötlemiseks, millel on kõrge sulfaatkaredus ja kõrge orgaanilise aine sisaldus.
4. Torukujuline mikrofiltreerimine (TMF)
Kasutab keemilist sadestamisreaktsiooni (nagu lubi{0}}soodaprotsess), et muuta kõvadusioonid lahustumatuteks sademeteks (nagu CaCO₃ ja Mg(OH)₂). Kuid järgnev muda-vee eraldamise etapp ei sõltu enam raskusjõu mõjul settimisest, vaid see saavutatakse torukujulise mikrofiltratsioonimembraani suure-tõhusa filtreerimise kaudu.
Keemilise reaktsiooni üksus: reovesi segatakse põhjalikult ja reageeritakse pehmendavate ainetega (nt lubi, sooda ja NaOH) reaktsioonipaagis või reaktoris, moodustades mikroni{0}} või isegi nanomeetri-suurused sademeosakesed.
Membraanieraldusseade: Sademe{0}}rikas reaktsiooniheitvesi siseneb otse torukujulisse mikrofiltratsioonimembraanisüsteemi. Membraani seinas olevad mikropoorid (tavaliselt 0,1–0,2 μm) lasevad läbi ainult vee ja lahustunud soolade, püüdes samal ajal täielikult kinni kõik sadestunud osakesed, hõljuvad ained, kolloidid ning enamik baktereid ja viirusi, saavutades mudase vee kohese ja tõhusa eraldamise.
Membraanmoodul: koosneb mitmest paralleelsest torukujulisest membraanist, mille läbimõõt on tavaliselt 5–12 mm ja mille pinnal on sisemine tugi ja filtrikiht. See suure läbimõõduga disain tagab erakordse vastupidavuse saastumisele ja kulumisele.
Tsirkulatsioonipump: tagab rist{0}}voolukiiruse läbi membraani (tavaliselt 3–4,5 m/s). See suur voolukiirus loputab jõuliselt membraani pinda, vältides tõhusalt saastumist ja ummistumist.
Töörežiim: kasutatakse tsirkuleerivat filtreerimissüsteemi, kus kontsentraat tsirkuleerib pidevalt tagasi reaktorisse, et säilitada kõrge tahke aine kontsentratsioon (kuni 1-3%). Permeaat (tootevesi) lastakse pidevalt välja. Kui muda kontsentratsioon reaktoris jõuab teatud tasemeni (nt 2,5-3%), väljub osa kontsentreeritud mudast automaatselt.
Eelised: suurepärane ja stabiilne heitvee kvaliteet, pidevalt madala hägususega<0.2 NTU and an SDI15 value of <3 (typically <1).
Kõrge muda kontsentratsioon minimaalse mahuga: TMF-süsteem väljutab muda kontsentratsiooniga 2,5%-3,5% (massi järgi). See muda mahu vähenemine üle 60% vähendab oluliselt järgnevate muda veetustamise seadmete koormust ja maksumust (nt tsentrifuugide ja plaat- ja raamifiltripresside kemikaalide ja energiakulu).
Kompaktne jalajälg ja modulaarne disain välistavad vajaduse mahukate settepaakide ja multi-meediumifiltrite järele, mille tulemuseks on väga integreeritud süsteem, mis võib jalajälge vähendada 50–70%.
Puudused: nõuab tsirkulatsioonipumpa, mis tagaks suure rist-voolukiiruse, mille tulemuseks on suhteliselt suur süsteemi energiatarve (kuigi seda kompenseerivad osaliselt väiksemad mudatöötluskulud). Membraanelemendid vajavad regulaarset keemilist puhastamist (CIP), tavaliselt happepesuga (nt sidrunhape) anorgaanilise katlakivi eemaldamiseks ja aluselise pesuga (nt NaOH) orgaaniliste saasteainete eemaldamiseks. Kvaliteetsed-torukujulised membraanid võivad korralikult hooldatuna kesta 5–7 aastat.