مقدمة
يدرك العاملون في مجال الصناعة الصناعية-التصريف الصفري واستعادة موارد مياه الصرف الصحي أن تركيز التناضح العكسي هو الجزء الأصعب في النظام بأكمله. بعد التركيز بواسطة غشاء التناضح العكسي، تتضاعف صلابة الكالسيوم والمغنيسيوم والسيليكا والملوحة الكلية والقلوية، مما يؤدي إلى تكوين معقد للمياه وميل قوي إلى التقشر. يمكن أن تؤدي المعالجة المسبقة غير الكافية بسهولة إلى تقشر وتلوث نظام الغشاء اللاحق، وانخفاض كفاءة المبخر، والتشغيل غير الطبيعي لنظام التبلور. يمكن للطريقة القلوية - المزدوجة، باعتبارها التكنولوجيا السائدة لإزالة الصلابة العميقة لتركيز التناضح العكسي، تحقيق التحكم التآزري في الصلابة والسيليكا. إلى جانب الفصل المعزز بواسطة أغشية سيراميك كربيد السيليكون، فإنه يمكن أن يزيد من تحسين استقرار النفايات السائلة وموثوقية النظام.
I. المعرفة الأساسية بالصلابة وخصائص تركيز التناضح العكسي
تشير الصلابة الإجمالية إلى التركيز الإجمالي لأيونات الكالسيوم والمغنيسيوم في الماء، وهو مؤشر أساسي لتقييم مخاطر التحجيم والاستقرار التشغيلي لنظام الغشاء.
بناءً على تركيبتها، يمكن تقسيم الصلابة إلى فئتين رئيسيتين: الأولى هي صلابة الكربونات، والمعروفة أيضًا بالصلابة المؤقتة، والتي تتواجد بشكل أساسي على شكل بيكربونات الكالسيوم وبيكربونات المغنيسيوم. ويمكن إزالته بالتسخين والغليان لترسيبه وإزالة الصلابة.
أما الآخر فهو-الصلابة غير الكربونية، والمعروفة أيضًا بالصلابة الدائمة، والتي توجد على شكل كبريتات وكلوريدات. ولا يمكن إزالته بالتسخين ويجب إزالته بشكل فعال من خلال الترسيب الكيميائي أو التبادل الأيوني أو طرق الغشاء.
في سياق تركيز التناضح العكسي، تكون الخصائص واضحة: أنظمة التناضح العكسي لها تأثير محاصرة وإثراء على الأملاح والصلابة والسيليكات. عادة ما يتم تركيز تركيز الأيونات على جانب التركيز من 3 إلى 8 مرات، وتتراوح المواد الصلبة الذائبة عمومًا بين 10.000 و60.000 ملجم/لتر، وتصل إلى أكثر من 100.000 ملجم/لتر في ظل ظروف التشغيل العالية. يتم الحفاظ على الصلابة الإجمالية بشكل ثابت عند 500 إلى 3000 ملجم/لتر، مع ارتفاع السيليكا والقلوية أيضًا، ويتجاوز مؤشر تشبع لانجرييه ومؤشر تحجيم الكبريتات المعايير بشكل كبير. أكبر مشكلة في هذا النوع من نوعية المياه هي أنه يشكل بسهولة قشورًا غير قابلة للذوبان مثل كربونات الكالسيوم وهيدروكسيد المغنيسيوم وكبريتات الكالسيوم والسيليكات، التي تلتصق بسطح الغشاء والجدران الداخلية للأنابيب وجدران أنابيب التبادل الحراري للمبخر. يؤدي هذا إلى انخفاض تدفق الغشاء، وزيادة فرق ضغط الغشاء، وانخفاض كفاءة التبادل الحراري، وتدهور جودة الملح المتبلور، وهي نقطة الألم الرئيسية التي تقيد التشغيل على المدى الطويل-لأنظمة التفريغ الصفرية-.
ثانيا. مقدمة إلى تقنية الترسيب القلوي المزدوج-
بعبارات عامة، الطريقة-القلوية المزدوجة هي عملية ترسيب كيميائي يتم فيها إضافة هيدروكسيد الكالسيوم وكربونات الصوديوم على مراحل. إنها حاليًا تقنية المعالجة المسبقة الأكثر تطبيقًا واقتصادية لتركيز التناضح العكسي ذو الصلابة العالية والسيليكا العالية والقلوية العالية.
1. مبدأ رد الفعل العملية
(1) إضافة هيدروكسيد الكالسيوم (Ca(OH)2) يعمل بشكل رئيسي على ضبط القلوية، وإزالة المغنيسيوم والسيليكا، وتقليل قلوية بيكربونات الماء. معادلات تفاعل إزالة المغنيسيوم وتخفيض القلوية:
معادلة التفاعل الكيميائي لإزالة السيليكون (تحت ظروف الرقم الهيدروجيني العالي):
عن طريق إضافة الجير لرفع درجة الحموضة في الماء إلى أعلى من 11.0، يتم تحويل أيونات المغنيسيوم إلى راسب هيدروكسيد المغنيسيوم. وفي الوقت نفسه، يتم تحويل السيليكا الذائبة في الماء إلى أيونات سيليكات في ظل ظروف قلوية قوية، والتي تتحد بعد ذلك مع أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم في الماء لتكوين رواسب سيليكات الكالسيوم والمغنيسيوم غير القابلة للذوبان، مما يحقق إزالة السيليكون بكفاءة. وفي الوقت نفسه، يتم معادلة أيونات البيكربونات، مما يقلل من خط الأساس للقلوية ويقلل من خطر الصلابة اللاحقة وقشور السيليكا.
(2) إضافة كربونات الصوديوم (Na₂CO₃)، يتم استخدام كربونات الصوديوم بشكل أساسي لإزالة أيونات الكالسيوم من الماء وإزالة -صعوبة -معالجة الصلابة غير الكربونية. معادلة تفاعل إزالة صلابة الكالسيوم:
من خلال استخدام مزيج من أيونات الكربونات وأيونات الكالسيوم لتكوين رواسب بلورات كربونات الكالسيوم، يتم تقليل صلابة الكالسيوم المتبقية بشكل أكبر، ويتم التحكم في الصلابة الإجمالية بشكل ثابت ضمن نطاق مقبول.
2. المزايا التكنولوجية وأوجه القصور التقليدية
تتمتع الطريقة-القلوية المزدوجة بمزايا كبيرة: الكواشف المتاحة بسهولة، وتكاليف التشغيل المنخفضة، والقدرة على إجراء معالجة مستمرة على نطاق واسع-. يمكنه إكمال عملية التصلب وتقليل القلويات وإزالة السيليكون في نفس الوقت، كما يتمتع بمقاومة قوية لتأثيرات جودة المياه العالية-الملوحة والقلوية العالية-، مما يجعله مناسبًا للغاية للظروف القاسية مثل تركيز التناضح العكسي.
ومع ذلك، فإن الطريقة القلوية المزدوجة{0}} التقليدية بها أيضًا عيوب واضحة: فكربونات الكالسيوم وهيدروكسيد المغنيسيوم وتكتلات السيليكات المتولدة في التفاعل لها أحجام جسيمات دقيقة، مما يؤدي إلى بطء معدلات الترسيب الطبيعية وعدم اكتمال فصل السائل الصلب- في صهاريج الترسيب التقليدية؛ تعكر النفايات السائلة والمواد الصلبة العالقة مرتفعة نسبيًا، ويمكن للجزيئات البلورية الدقيقة أن تخترق وحدة التصفية بسهولة، مما لا يزال يشكل خطرًا على الغشاء والمبخر في اتجاه مجرى النهر؛ علاوة على ذلك، يُظهر التصلب وإزالة السيليكون تثبيطًا تنافسيًا، مما يجعل من الصعب على عمليات الترسيب العادية تحسين كلا المؤشرين في نفس الوقت.
ثالثا. مقدمة إلى الطريقة القلوية المزدوجة - + عملية اقتران غشاء سيراميك كربيد السيليكون
لمعالجة أوجه القصور في الطريقة القلوية التقليدية-المزدوجة، ظهرت الطريقة القلوية المزدوجة-+ عملية اقتران غشاء الترشيح الفائق الخزفي من كربيد السيليكون، مما يوفر حماية مزدوجة للمعالجة المسبقة للتركيز. المسار العام للعملية:
العملية برمتها لها منطق واضح: تعتمد الواجهة الأمامية على طريقة قلوية مزدوجة-لاستكمال التفاعل الكيميائي، وتحويل أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم ومبيدات السيليكات إلى رواسب صلبة؛ تعتمد النهاية الخلفية على غشاء سيراميك من كربيد السيليكون لتحقيق دقة عالية-للاحتجاز، لتحل محل خزانات الترسيب التقليدية عالية الكثافة- وعمليات ترشيح الوسائط المتعددة-.
يحتوي الغشاء الخزفي من كربيد السيليكون على مسام نانوية الحجم، والتي يمكنها الاحتفاظ تمامًا بكربونات الكالسيوم وهيدروكسيد المغنيسيوم وكتل السيليكات الدقيقة - والغرويات والمواد الجسيمية العالقة، مما يلبي بشكل كامل متطلبات التأثير الصارمة للأغشية ذات الضغط العالي - ومعدات بلورة التبخر.
مزايا هذه العملية هي كما يلي:
1. تشغيل مستقر وموثوق: الغشاء الخزفي من كربيد السيليكون مقاوم لظروف التشغيل القاسية، ومضاد للقاذورات، وليس من السهل انسداده. فهو يتطلب تكرار تنظيف منخفضًا، ولا يوجد أي انخفاض كبير في الأداء على مدار فترة التشغيل-الطويلة، مما يتيح التشغيل المستمر والمستقر ويقلل من تأثير وقت التوقف عن العمل.
2. الكفاءة الاقتصادية المتميزة: تتميز الطريقة القلوية- المزدوجة بتكاليف كاشف منخفضة، والغشاء الخزفي من كربيد السيليكون له عمر طويل ولا يتطلب استبدالًا متكررًا، كما أن استهلاك مياه الغسيل العكسي منخفض، كما يمكن التحكم في تكاليف الصيانة طويلة المدى-.
3. القدرة على التكيف على نطاق واسع: قابلة للتكيف مع مختلف الصناعات وتركيزات تركيز التناضح العكسي، وتلبية كل من إعادة استخدام التركيز ومتطلبات المعالجة المسبقة للتفريغ الصفري.
4. عملية بسيطة وسهلة-ل-التنفيذ: عملية مبسطة، ومساحة صغيرة، ويمكن دمجها في وحدة واحدة، وهي آلية للغاية، وسهلة الصيانة، ويمكن أن تعمل بشكل مستقر بدون فريق متخصص.
5. أخضر وصديق للبيئة: إنتاج منخفض للحمأة واستخدام شامل، لا يوجد تلوث ثانوي، مما يتيح تحسين جودة التركيز وإعادة الاستخدام، مما يساعد المؤسسات على توفير المياه وتقليل التلوث، وتحقيق إعادة تدوير الموارد.
تحافظ الطريقة القلوية + عملية اقتران غشاء الترشيح الفائق الخزفي من كربيد السيليكون على الكفاءة الاقتصادية ومزايا مقاومة الصدمات للطريقة القلوية المزدوجة-، مع الاستفادة من الغشاء الخزفي من كربيد السيليكون لمعالجة أوجه القصور في العمليات التقليدية. فهو لا يؤدي فقط إلى تقصير تدفق العملية، وتوفير المساحة، وتقليل الصيانة اليدوية، ولكن الأهم من ذلك، أنه يعترض تمامًا -المواد التي تشكل القشور عند المصدر، ويتحكم بشكل ثابت في صلابة النفايات السائلة ومحتوى السيليكون فيها، مما يقلل بشكل كبير من خطر التكلس والتلوث في نظام الغشاء النهائي والمبخر، ويطيل دورات تشغيل المعدات، ويقلل من استهلاك الكاشف وتكاليف الصيانة أثناء التوقف. لقد أصبحت عملية ناضجة ومفضلة للمعالجة المسبقة للتفريغ الصفري لتركيز التناضح العكسي.