שיטת אלקלי כפולה- + ממברנת אולטרה סינון קרמית סיליקון קרביד: פתרון הבעיה של אפס פריקה של תרכיז אוסמוזה הפוכה

מָבוֹא

העוסקים בתעשיית אפס-הזרמת משאבי שפכים יודעים שריכוז אוסמוזה הפוכה הוא החלק הקשה ביותר של המערכת כולה. לאחר ריכוז על ידי קרום האוסמוזה ההפוכה, מוכפלים קשיות הסידן והמגנזיום, הסיליקה, המליחות הכוללת והבסיסיות, וכתוצאה מכך הרכב מים מורכב ונטייה חזקה להצטברות אבנית. טיפול מקדים לא מספיק יכול להוביל בקלות להצטברות ועיוות של מערכת הממברנות שלאחר מכן, לירידה ביעילות המאייד ולפעולה חריגה של מערכת ההתגבשות. השיטה הכפולה-אלקלית, כטכנולוגיה המרכזית להסרת קשיות עמוקה של תרכיז אוסמוזה הפוכה, יכולה להשיג שליטה סינרגטית על קשיות וסיליקה. בשילוב עם הפרדה משופרת על ידי ממברנות קרמיות סיליקון קרביד, זה יכול לשפר עוד יותר את יציבות הקולחים ואת אמינות המערכת.

I. ידע בסיסי בקשיות ובמאפיינים של תרכיז אוסמוזה הפוכה

קשיות כוללת מתייחסת לריכוז הכולל של יוני סידן ומגנזיום במים, המהווה אינדיקטור ליבה להערכת הסיכון להצטברות האבנית והיציבות התפעולית של מערכת הממברנה.

על פי הרכבו ניתן לחלק את הקשיות לשתי קטגוריות עיקריות: האחת היא קשיות קרבונט, הידועה גם כקשיות זמנית, הקיימת בעיקר בצורת סידן ביקרבונט ומגנזיום ביקרבונט. ניתן להסירו על ידי חימום והרתחה כדי לזרז ולהסיר את הקשיות.

השני הוא קשיות לא-קרבונטית, המכונה גם קשיות קבועה, הקיימת בצורה של סולפטים וכלורידים. לא ניתן להסירו על ידי חימום ויש להסירו ביעילות באמצעות משקעים כימיים, חילופי יונים או שיטות ממברנות.

בהקשר של תרכיז אוסמוזה הפוכה, המאפיינים ברורים: למערכות אוסמוזה הפוכה יש השפעה לוכדת ומעשירה על מלחים, קשיות וסיליקטים. ריכוז היונים בצד התרכיז מרוכז בדרך כלל פי 3 עד 8, וה-TDS הוא בדרך כלל בין 10,000 ל-60,000 מ"ג/ליטר, ומגיע ליותר מ-100,000 מ"ג/ליטר בתנאי הפעלה גבוהים. הקשיות הכוללת נשמרת באופן עקבי על 500 עד 3,000 מ"ג/ליטר, כאשר גם סיליקה ובסיסיות גבוהות, ואינדקס הרוויה של Langrier ואינדקס קנה המידה של סולפט חורגים משמעותית מהסטנדרטים. הבעיה הגדולה ביותר עם סוג זה של איכות מים היא שהם יוצרים בקלות אבנית בלתי מסיסים כגון סידן פחמתי, מגנזיום הידרוקסיד, סידן סולפט וסיליקטים, הנצמדים למשטח הממברנה, לקירות הפנימיים של הצינור ולקירות צינור החלפת החום של המאייד. זה גורם לירידה בשטף הממברנה, לעלייה בהפרש הלחץ על פני הממברנה, לירידה ביעילות חילופי החום ולהידרדרות באיכות המלח המגובש, שהיא נקודת כאב מרכזית המגבילה את הפעולה לטווח ארוך של מערכות אפס-פריקה.

II. מבוא לטכנולוגיית משקעים אלקלית כפולה-

במונחים של הדיוט, השיטה הכפולה -אלקלי היא תהליך משקעים כימי שבו מוסיפים סידן הידרוקסיד ונתרן פחמתי בשלבים. כיום זוהי טכנולוגיית הטיפול המקדים היישימה והחסכונית ביותר עבור תרכיז אוסמוזה הפוכה עם קשיות גבוהה, סיליקה גבוהה ובסיסיות גבוהה.

1. עקרון תגובת תהליך

(1) הוספת סידן הידרוקסיד (Ca(OH)2) משמשת בעיקר להתאים את הבסיסיות, להסיר מגנזיום וסיליקה ולהפחית את הבסיסיות הביקרבונטית של המים. משוואות תגובה להסרת מגנזיום והפחתת אלקליניות:

משוואת תגובה כימית להסרת סיליקון (בתנאי pH גבוה):

על ידי הוספת סיד להעלאת ה-pH של המים למעל 11.0, יוני מגנזיום מומרים למשקע מגנזיום הידרוקסיד. במקביל, סיליקה מומסת במים הופכת ליוני סיליקט בתנאים בסיסיים חזקים, אשר לאחר מכן מתחברים עם יוני סידן ומגנזיום במים ויוצרים משקעי סיליקט וסיליקט מגנזיום בלתי מסיסים, ומשיגים סילוק סיליקון יעיל. במקביל, יוני ביקרבונט מנוטרלים, מפחיתים את קו הבסיס של הבסיסיות ומורידים את הסיכון לקשיות ואבנית סיליקה לאחר מכן.

(2) הוספת נתרן קרבונט (Na₂CO₃), נתרן קרבונט משמש בעיקר להסרת יוני סידן מהמים ולהסרת קשיות-שקשה-לטיפול שאינה-פחמתית. משוואת תגובה להסרת קשיות סידן:

על ידי ניצול השילוב של יוני קרבונט ויוני סידן ליצירת משקעי גבישי סידן קרבונט, קשיות סידן שיורית מופחתת עוד יותר, והקשיות הכוללת נשלטת ביציבות בטווח מקובל.

2. יתרונות טכנולוגיים וחסרונות מסורתיים

לשיטה הכפולה-אלקלי יש יתרונות משמעותיים: ריאגנטים זמינים, עלויות תפעול נמוכות ויכולת לבצע טיפול מתמשך בקנה מידה גדול. הוא יכול להשלים בו-זמנית התקשות, הפחתת אלקליות וסיליקון, ויש לו עמידות חזקה בפני השפעות -מלח גבוהות-גבוהות של מים אלקליים, מה שהופך אותו למתאים מאוד לתנאים קיצוניים כגון תרכיז אוסמוזה הפוכה.

עם זאת, לשיטת האלקלי הכפולה המסורתית יש גם חסרונות ברורים: לקלצי הסידן פחמתי, המגנזיום הידרוקסיד וסיליקט הנוצרים בתגובה יש גדלי חלקיקים עדינים, וכתוצאה מכך קצב שיקוע טבעי איטי והפרדת נוזלים מוצקים- לא מלאה במיכלי שיקוע קונבנציונליים; עכירות הקולחים והמוצקים המרחפים גבוהים יחסית, וחלקיקי גביש עדינים יכולים לחדור בקלות ליחידת המסנן, ועדיין מהווים סיכון קנה המידה לממברנה ולמאייד במורד הזרם; יתרה מזאת, התקשות וסיליקון מפגינים עיכוב תחרותי, מה שמקשה על תהליכי שקיעה רגילים לייעל בו זמנית את שני האינדיקטורים.

III. מבוא לשיטת אלקלי הכפולה- + תהליך צימוד קרום קרמי סיליקון קרביד

כדי להתמודד עם החסרונות של השיטה הכפולה-אלקלית המסורתית, נוצרה תהליך צימוד הממברנה הכפולה-אלקלי + סיליקון קרביד קרמי, המספקת הגנה כפולה לטיפול מקדים בתרכיז. נתיב תהליך כולל:

לתהליך כולו יש היגיון ברור: הקצה הקדמי מסתמך על שיטה אלקלית כפולה כדי להשלים תגובה כימית, תוך המרת יוני סידן ומגנזיום וסיליצידים למשקעים מוצקים; הקצה האחורי מסתמך על קרום קרמי סיליקון קרביד לשמירה-בדיוק גבוה, המחליף את מיכלי השקיעה המסורתיים-בצפיפות גבוהה ותהליכי סינון-מולטי-מדיה.

לממברנה הקרמית של סיליקון קרביד יש נקבוביות בקנה מידה ננומטרי, שיכולות לשמר לחלוטין סידן פחמתי, מגנזיום הידרוקסיד, מיקרו-סיליקטים, קולואידים וחלקיקים מרחפים, ועומדות במלואן בדרישות ההשפעה המחמירות של ממברנות בלחץ גבוה- וציוד התגבשות באידוי.

היתרונות של תהליך זה הם כדלקמן:

1. פעולה יציבה ואמינה: הממברנה הקרמית סיליקון קרביד עמידה בפני תנאי הפעלה קשים, נגד-התכלות ואינה סתומה בקלות. הוא דורש תדירות ניקוי נמוכה, ואין ירידה משמעותית בביצועים במהלך-פעולה ארוכת טווח, מה שמאפשר פעולה רציפה ויציבה ומפחית את ההשפעה של זמן ההשבתה.

2. יעילות כלכלית יוצאת מן הכלל: לשיטת האלקלי הכפולה-עלויות ריאגנטים נמוכות, לממברנה הקרמית של סיליקון קרביד יש אורך חיים ארוך ואינה דורשת החלפה תכופה, צריכת המים בשטיפה לאחור נמוכה, ועלויות התחזוקה לטווח ארוך-ניתנות לשליטה.

3. יכולת הסתגלות רחבה: ניתן להסתגל לתעשיות ולריכוזים שונים של תרכיז אוסמוזה הפוכה, ועומד בדרישות שימוש חוזר בתרכיז וגם בדרישות לטיפול מקדים באפס-פריקה.

4. תהליך פשוט וקל-ל-יישום: תהליך פשוט, טביעת רגל קטנה, יכול להיות משולב ביחידה אחת, אוטומטי מאוד, קל לתחזוקה ויכול לפעול ביציבות ללא צוות מיוחד.

5. ירוק וידידותי לסביבה: ייצור בוצה נמוך וניצול מקיף, ללא זיהום משני, המאפשר שיפור איכות ריכוז ושימוש חוזר, עוזר למפעלים לחסוך במים ולהפחית זיהום, ולהשיג מיחזור משאבים.

תהליך צימוד ממברנות אולטרה-פילטרציה קרמי בשיטה אלקליין + סיליקון קרביד שומר על היתרונות הכלכליים ועמידות בפני זעזועים של השיטה הכפולה -אלקלי, תוך מינוף הממברנה הקרמית סיליקון קרביד כדי לטפל בחסרונות של תהליכים מסורתיים. זה לא רק מקצר את זרימת התהליך, חוסך מקום ומצמצם תחזוקה ידנית, אלא יותר חשוב מכך, הוא מיירט לחלוטין חומרים-היוצרים אבנית במקור, שולט ביציבות על הקשיות ותכולת הסיליקון של הקולחים, ומפחית באופן משמעותי את הסיכון של אבנית והתכלות במערכת הממברנות במורד הזרם ובמאייד עלויות מחזור ותחזוקה ותפעול של ציוד מחדש ותפעול. זה הפך לתהליך בוגר ומועדף לטיפול מוקדם-של אפס פריקה של תרכיז אוסמוזה הפוכה.