resumo
Com o aumento contínuo da produção industrial e da descarga de águas residuais domésticas, os íons de dureza nas águas residuais têm um impacto sério no ambiente e nos processos de tratamento subsequentes.Este artigo expõe sistematicamente os princípios básicos do desaguamento de águas residuais, analisa detalhadamente as características técnicas, o âmbito de aplicação e os problemas existentes de vários métodos de desaguamento, tais como precipitação química, troca de íons, separação da membrana,e adsorção, e espera com expectativa a tendência de desenvolvimento da tecnologia de desaguagem de águas residuais no futuro,que visa fornecer uma referência teórica para a otimização e inovação tecnológica dos processos de desaguamento de águas residuais.
1Introdução
A dureza das águas residuais é causada principalmente pela presença de íons de cálcio e magnésio (na forma de sais como carbonato de cálcio, carbonato de magnésio, sulfato de cálcio, sulfato de magnésio, etc.).Na produção industrial, as águas residuais de alta dureza podem causar a descascagem dos equipamentos, reduzir a eficiência do intercâmbio de calor, aumentar o consumo de energia e até mesmo provocar falhas nos equipamentos;No processo de tratamento e reutilização de águas residuais domésticas, a água dura pode afectar o efeito de lavagem e reduzir o conforto da água doméstica.A descarga de águas residuais que contenham uma grande quantidade de íons de dureza também pode ter efeitos adversos no equilíbrio ecológico das massas de água naturais.Por conseguinte, a remoção eficaz dos íons de dureza das águas residuais é de grande importância para o funcionamento estável da produção industrial, a reciclagem dos recursos hídricos, a conservação dos recursos naturais e a conservação dos recursos naturais.e da protecção do ambiente ecológico.
2、 Princípio da desidratação das águas residuais
A dureza das águas residuais é geralmente dividida em dureza temporária e dureza permanente.que podem ser decompostos em precipitados de carbonato de cálcio e hidróxido de magnésio e removidos por aquecimentoA dureza permanente é constituída por sulfatos, cloretos, etc. de cálcio e magnésio, que devem ser removidos por métodos químicos, físicos ou fisicoquímicos.Os princípios básicos do desaguamento das águas residuais baseiam-se principalmente na reacção de precipitação, troca de iões, permeação selectiva da membrana, adsorção, etc.A reação de precipitação é o uso de certos agentes químicos para reagir com íons de cálcio e magnésio para gerar precipitados insolúveis, separando-as assim das águas residuais; o método de troca de íons consiste na utilização de resina de troca de íons para trocar íons de cálcio e magnésio na água e fixá-los na resina;O método de separação da membrana baseia-se na diferença na capacidade de retenção da membrana para diferentes íons para obter a separação dos íons de dureza da águaO princípio de adsorção consiste em remover íons de cálcio e magnésio por adsorção através dos locais ativos na superfície do adsorvente.
3、 Métodos de remoção da dureza das águas residuais
(1) Método de precipitação química
1Método de cinzas de sódio de cal
O método da soda de cal é um dos métodos de precipitação química mais usados para remover a dureza.A cal primeiro reage com íons de bicarbonato na água para formar precipitado de carbonato de cálcioA cinza de soda reage ainda mais com íons de cálcio na água para formar precipitado de carbonato de cálcio.:
Ca ((HCO_{3}) _{2}+Ca(OH) _{2} seta direita 2CaCO_{3} seta para baixo +2H_ {2}O
Mg ((HCO_{3}) _{2}+2Ca(OH) _{2} seta direita 2CaCO_{3} seta descendente +Mg(OH) _{2} seta descendente +2H_ {2}O
CaSO_{4}+Na_ {2}CO_ {3}estrela direita CaCO_{3}estrela para baixo +Na_ {2}SO_ {4}
As vantagens deste método são o baixo custo de tratamento, a ampla gama de fontes químicas e o efeito significativo do tratamento nas águas residuais de alta dureza.Mas as desvantagens também são bastante óbvias., tais como a produção de uma grande quantidade de lama e o elevado custo do tratamento da lama; o processo de reação requer um controlo preciso do valor do pH e da dosagem dos reagentes,Caso contrário, afectará o efeito de remoção da dureza.As águas residuais tratadas podem reter uma certa quantidade de carbonato de sódio, levando a um aumento da alcalinidade da água.
1Método de precipitação de fosfato
O método de precipitação de fosfato envolve a adição de fosfato às águas residuais para reagir com íons de cálcio e magnésio para formar precipitados insolúveis de fosfato de cálcio e magnésio.O tripolifosfato de sódio (Na 5 P O 10) reage com íons de cálcio para formar precipitados insolúveis de fosfato de cálcioEste método tem uma elevada eficiência de remoção da dureza e um bom efeito de tratamento nas águas residuais de baixa dureza de concentração.que possam conduzir à eutrofização das massas de água, e o preço relativamente elevado dos agentes fosfatados aumenta os custos de tratamento.
(2) Método de troca de íons
O método de troca de íons utiliza íons intercambiáveis em resinas de troca de íons para trocar com íons de cálcio e magnésio nas águas residuais.Resina de troca de cátions ácida forte (como resina de ácido sulfónico) é um trocador de íons comumente usado, e o seu processo de troca é o seguinte:
2R - SO_ {3}H + Ca^{2 + }estrela direita (R - SO_{3}) _ {2}Ca + 2H^{+}
2R - SO_ {3}H + Mg^{2 + }estrela direita (R - SO_ {3}) _ {2}Mg + 2H^{+}
Quando os íons intercambiáveis na resina são saturados com íons de cálcio e magnésio,É necessário utilizar ácidos (como o ácido clorídrico e o ácido sulfúrico) para a regeneração para restaurar a capacidade de troca da resina.As vantagens do método de troca de iões são o bom efeito de remoção da dureza, a qualidade estável do efluente e a capacidade de satisfazer requisitos mais elevados de qualidade da água;O equipamento ocupa uma área relativamente pequena e é relativamente fácil de operarNo entanto, este método tem as desvantagens dos altos preços da resina e de uma grande quantidade de águas residuais ácidas e alcalinas geradas durante o processo de regeneração, que necessitam de tratamento adequado.Caso contrário, causará poluição secundária.A resina tem elevados requisitos para a qualidade da água de entrada e impurezas como sólidos em suspensão e matéria orgânica nas águas residuais podem facilmente causar bloqueio e intoxicação da resina.Afetando a sua vida útil e outras questões.
(3) Método de separação por membrana
1. Osmose inversa (RO)
A osmose reversa é uma tecnologia que separa solutos e solventes em uma solução através de uma membrana semi-permeável sob pressão.1 a 1 nm), que pode interceptar eficazmente os íons cálcio e magnésio e conseguir a remoção da dureza das águas residuais.As moléculas de água passam pela membrana de osmose reversa sob pressão, enquanto os íons de dureza são interceptados, resultando em água produzida de baixa dureza.e a dureza do efluente pode ser reduzida a um nível muito baixoÉ adequado para ocasiões que exijam uma qualidade de água extremamente elevada, tais como a água da indústria electrónica, a água de alimentação da caldeira, etc.Mas as suas desvantagens são a elevada pressão de funcionamento e o elevado consumo de energia.Os componentes da membrana são caros e facilmente contaminados por matéria orgânica, microorganismos e outros poluentes nas águas residuais, exigindo limpeza e substituição regulares.resultando em custos elevados de manutençãoEnquanto isso, o processo de osmose reversa gera uma certa quantidade de água concentrada e o tratamento da água concentrada também é um desafio.
2Nanofiltração (NF)
O tamanho dos poros da membrana de nanofiltração é entre a membrana de osmose reversa e a membrana de ultrafiltração (cerca de 1-10nm),e tem uma elevada taxa de retenção de íons divalentes (como íons cálcio e magnésio), enquanto a taxa de retenção para íons monovalentes (como íons sódio e cloreto) é relativamente baixa.que reduz o consumo de energia em comparação com a osmose reversaA nanofiltração pode não só remover eficazmente íons de dureza, mas também remover parcialmente matéria orgânica e íons de metais pesados.As membranas de nanofiltração também têm o problema da fácil contaminação e exigem um rigoroso pré-tratamento da água que entraAlém disso, a vida útil e o efeito de remoção da dureza das membranas de nanofiltração são fortemente afectados por factores como a qualidade da água e as condições de funcionamento.
(4) Método de adsorção
Método de adsorção é o uso de locais ativos na superfície de adsorventes para adsorver e remover íons de cálcio e magnésio.,etc. Por exemplo, a zeolita tem uma estrutura de poros e um desempenho de troca de íons únicos, e os seus cátions intercambiáveis podem sofrer adsorção de troca com íons de cálcio e magnésio nas águas residuais.O método de adsorção é simples de operar e tem um certo efeito de tratamento nas águas residuais de baixa dureza de concentraçãoAlém disso, alguns adsorventes podem ser reutilizados através da regeneração.que resulta numa fraca eficiência de tratamento das águas residuais de alta durezaO processo de regeneração dos adsorventes é relativamente complexo e o efeito de regeneração é instável, o que pode afectar a vida útil e o efeito de eliminação da dureza dos adsorventes.
(5) Outros métodos
1Método de eletrodiálise
A eletrodiálise utiliza a permeabilidade seletiva e o efeito de campo elétrico das membranas de troca de íons para induzir a migração direcional de íons na água,Consequentemente, a eliminação da dureza das águas residuaisDurante a eletrodiálise, as membranas de troca de cátions só permitem que os cátions passem, enquanto as membranas de troca de aniões só permitem que os aniões passem.Os íons cálcio e magnésio nas águas residuais migram para o elétrodo negativo através de membranas de troca de cátionesO método de eletrodiálise para remover a dureza não requer a adição de agentes químicos e não produz lama,tornar o processo de operação relativamente amigável ao ambienteNo entanto, este método requer um grande investimento em equipamento, consome energia elétrica durante o funcionamento e tem elevados requisitos para a qualidade da água de entrada,que requerem um rigoroso pré-tratamento para evitar a impureza da membrana.
2Método microbiano
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 wastewaterPor exemplo, alguns micro-organismos podem aumentar o valor de pH do ambiente circundante através da secreção de substâncias alcalinas, o que promove a precipitação de íons de cálcio e magnésio;Grupos funcionais em polímeros extracelulares microbianos, tais como grupos carboxilo e hidroxila, também podem sofrer complexamento e adsorção com íons cálcio e magnésio.Os métodos microbianos têm as vantagens de serem de baixo custo de tratamento e respeitadores do ambiente., mas o processo de tratamento é lento e fortemente afectado pelas condições de crescimento microbiano tais como temperatura, valor de pH, oxigénio dissolvido, etc.ainda existem certas limitações nas aplicações práticas.
4、 Comparação e selecção de diferentes métodos de remoção da dureza
Os diferentes métodos de remoção da dureza das águas residuais têm as suas próprias vantagens e desvantagens, e a sua aplicabilidade também varia.É necessário considerar de forma abrangente factores como as características da qualidade da água das águas residuais (como a dureza, a concentração de íons, outros componentes poluentes, etc.), escala de tratamento, custo de tratamento, requisitos de qualidade dos efluentes e requisitos de protecção do ambiente, e selecionar métodos adequados para a remoção da dureza.Para águas residuais de alta dureza, a precipitação química pode ser um método mais econômico e eficaz; para o tratamento em pequena escala que exige uma elevada qualidade da água, os métodos de troca iônica ou de osmose reversa são mais adequados;Para águas residuais de baixa dureza de concentração que sejam sensíveis ao custoOs métodos de adsorção ou de microbiologia podem ter um certo potencial de aplicação.Uma combinação de vários métodos para remover a dureza pode ser utilizada para aproveitar plenamente as vantagens de cada método, melhorar o efeito de remoção e reduzir os custos de processamento.
5、 Conclusões e perspectivas
A tecnologia de remoção da dureza das águas residuais é de grande importância para assegurar a produção industrial, realizar a reciclagem dos recursos hídricos e proteger o ambiente ecológico.Atualmente, vários métodos para a remoção da dureza, tais como precipitação química, troca de íons, separação da membrana, adsorção, etc., foram amplamente utilizados na engenharia prática,Mas cada método tem certas limitações.No futuro, a tendência de desenvolvimento da tecnologia de desalfandegamento inclui principalmente os seguintes aspectos:Os novos agentes de endurecimento e os materiais de adsorção mais económicos para melhorar a eficiência do endurecimento, reduzir os custos de tratamento e a poluição secundária; o segundo é reforçar a investigação e desenvolvimento de materiais de membrana, melhorar o desempenho antipoluição, a taxa de retenção,e vida útil das membranas, e reduzir os custos operacionais da tecnologia de separação de membranas; o terceiro é realizar pesquisas aprofundadas sobre o mecanismo de remoção da dureza microbiana, otimizar os processos de tratamento microbiano,e melhorar a sua estabilidade e eficácia do tratamentoO quarto é explorar o processo de aplicação conjunta de múltiplos métodos para eliminar a dureza, alcançar vantagens complementares e melhorar o efeito global do tratamento.Através da inovação tecnológica contínua e da otimização dos processosNo futuro, a tecnologia de desaguagem das águas residuais desempenhará um papel mais importante na utilização sustentável dos recursos hídricos e na protecção do ambiente.
