طريقة التليين الكيميائية الكلاسيكية لإعادة استخدام مياه الصرف الصحي

التليين الكيميائي هو عملية تتضمن إضافة مواد كيميائية محددة إلى الماء لتحويل أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم المتصلبة إلى مركبات غير قابلة للذوبان، والتي تتم بعد ذلك إزالتها من خلال الترسيب والترشيح. هذه تقنية إزالة تصلب كلاسيكية وفعالة.

الأساس النظري لهذه الطريقة هو مبدأ منتج الذوبان. أي أنه من خلال إضافة مواد كيميائية إلى الماء، يتم زيادة تركيز الأنيونات التي يمكن أن تشكل رواسب غير قابلة للذوبان مع أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم (مثل CO3^2-، OH-، PO4^3-، وما إلى ذلك)، مما يتسبب في تجاوز منتج الأيون ثابت منتج الذوبان، وبالتالي توليد هطول الأمطار.

تشمل تفاعلات الهطول الرئيسية ما يلي:

1. إزالة صلابة الكربونات :

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + 2H2O

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O

يوفر الجير أيونات OH- لتحويل أيونات البيكربونات إلى أيونات كربونات ويرفع الرقم الهيدروجيني لتكوين راسب هيدروكسيد المغنيسيوم.

2. إزالة الصلابة غير الكربونية (الكالسيوم):

CaSO4 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + Na2SO4

CaCl2 + Na2CO3 ->CaCO3↓ + 2كلوريد الصوديوم

يوفر رماد الصودا أيونات ثاني أكسيد الكربون CO3^2، والتي تتحد مع أيونات الكالسيوم لتكوين راسب كربونات الكالسيوم.

3. إزالة الصلابة غير الكربونية (المغنيسيوم):

MgSO4 + Ca(OH)2 ->ملغم(OH)2↓ + CaSO4

لا يزال CaSO4 المتولد بحاجة إلى إزالته بواسطة رماد الصودا. يستخدم الجير لتوفير أيونات OH- لتكوين راسب هيدروكسيد المغنيسيوم مع منتج ذوبان أصغر.

1. الجير: المكون الرئيسي له هو Ca(OH)2.

يزيل صلابة الكربونات (بما في ذلك صلابة كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم) ويوفر بيئة ذات درجة حموضة عالية. يجب أن يتم حساب الجرعة بدقة؛ الإضافة المفرطة لا تعتبر إسرافًا فحسب، بل يمكن أن تؤدي أيضًا إلى إعادة إذابة أيون المغنيسيوم أو تقديم صلابة جديدة.

2. رماد الصودا: مكونه الأساسي هو Na2CO3.

يزيل الصلابة غير الكربونية (صلابة الكالسيوم) من الماء. فهو يذوب في الماء نفسه دون إدخال أيونات صلابة جديدة، بل يقدم Na+، مما له تأثير صغير نسبيًا على جودة المياه.

3. هيدروكسيد الصوديوم: هيدروكسيد الصوديوم.

يُستخدم أحيانًا كبديل جزئي للجير، حيث يوفر أيونات OH-، مما يجعل العملية أسهل، ولكن أكثر تكلفة. رد الفعل مشابه لتفاعل الجير.

4. الفوسفات: مثل ترايبوليفوسفيت الصوديوم، وهكساميتافوسفات الصوديوم، وغيرها.

هذه الطريقة ليست طريقة ترسيب تقليدية، ولكنها تمنع تكوين القشور عن طريق توليد الغرويات المشتتة أو تعقيد أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم. إنها "طريقة مخفية" أو "تأثير العتبة"، تُستخدم غالبًا للعلاج المساعد أو في المواقف ذات المتطلبات المنخفضة.

هذه هي عملية التليين الكيميائي الأكثر تمثيلاً، ويكون تدفقها كما يلي:

1. خزان التفاعل/خزان التليين:

يدخل الماء الخام أولاً إلى خزان التفاعل، حيث تتم إضافة ملاط ​​الجير ومحلول رماد الصودا وفقًا للجرعة المحسوبة. تم تجهيز الخزان بجهاز تحريك ميكانيكي لضمان الخلط والتفاعل الشامل للكواشف وتوفير الوقت والظروف الكافية لتكوين الراسب.

تكتمل هنا جميع التفاعلات الكيميائية الأساسية المذكورة أعلاه، مما يؤدي إلى توليد كمية كبيرة من الرواسب الندفية CaCO3 وMg(OH)2.

2. خزان الترسيب/خزان التصفية:

يتدفق الماء المتفاعل إلى خزان الترسيب، حيث يتباطأ معدل التدفق. وبما أن كربونات الكالسيوم CaCO3 عبارة عن راسب ثقيل، فإنه يستقر بسرعة بشكل طبيعي؛ في حين أن Mg(OH)2 عبارة عن راسب خفيف، إلا أنه يستقر بشكل أبطأ. عادةً ما تتم إضافة المواد الندفية (مثل PAM) لتعزيز نمو الكتلة وتسريع الترسيب. ينتقل الجزء العلوي الموضح إلى الخطوة التالية، بينما تتم إزالة الحمأة السفلية بشكل دوري.

3. خزان الترشيح:

قد تظل المياه بعد الترسيب تحتوي على جزيئات صغيرة معلقة، الأمر الذي يتطلب ترشيحًا دقيقًا من خلال مرشح متعدد الوسائط (مثل الأنثراسايت أو رمل السيليكا) لإزالة الرواسب الدقيقة المتبقية والتأكد من أن تعكر التدفق يفي بالمعايير.

4. خزان تعديل الرقم الهيدروجيني:

تحتوي المياه المعالجة بالجير على درجة حموضة عالية جدًا (عادةً أعلى من 10)، مما يجعلها قابلة للتآكل وغير مناسبة للاستخدام أو التصريف اللاحق.

ولذلك، يجب إضافة حمض (مثل حمض الكبريتيك أو حمض الهيدروكلوريك) أو ثاني أكسيد الكربون بعد الترشيح لتحييد الرقم الهيدروجيني وإعادته إلى نطاق محايد (على سبيل المثال، 6.5-8.5). يمكن لطريقة إدخال ثاني أكسيد الكربون، والمعروفة أيضًا باسم "إعادة الكربنة"، أيضًا تحويل كميات صغيرة من أيونات الكالسيوم الذائبة إلى كربونات الكالسيوم لمزيد من الإزالة.

المزايا:

1. نتائج مهمة وموثوقة: التكنولوجيا ناضجة ويمكن أن تقلل الصلابة إلى مستوى منخفض (يمكن أن تصل الصلابة المتبقية إلى 0.5-1.0 مليمول/لتر).

2. الإزالة المتزامنة للشوائب الأخرى: في عملية إزالة الصلابة، يمكنها أيضًا تقليل القلوية ومحتوى السيليكون وبعض المعادن الثقيلة والمواد الصلبة العالقة في الماء بشكل فعال.

3. تكلفة معالجة منخفضة: الكواشف المستخدمة (الجير ورماد الصودا) متاحة على نطاق واسع وغير مكلفة نسبيًا.

العيوب والقيود:

1. إنتاج الحمأة الكبيرة: يولد كمية كبيرة من الحمأة الكيميائية (تتكون بشكل رئيسي من كربونات الكالسيوم وهيدروكسيد المغنيسيوم)، ومعالجة هذه الحمأة والتخلص منها سيزيد من التكاليف الإضافية والضغط البيئي.

2. التشغيل والإدارة المعقدة: يجب حساب جرعة الكواشف بدقة وتعديلها وفقًا للتغيرات في جودة المياه الخام، الأمر الذي يتطلب مشغلين ذوي مهارات عالية.

3. جودة مياه الصرف الصحي المحدودة: من الصعب تحقيق متطلبات الصلابة المنخفضة للغاية للتليين العميق (على سبيل المثال،<0.03 mmol/L), and the residual hardness is still higher than that of advanced treatment processes such as ion exchange.

4. مساحة كبيرة: تتطلب المعدات سلسلة من الهياكل مثل مرافق التفاعل والترسيب والترشيح، مما يؤدي إلى استثمار كبير في البنية التحتية.