tóm tắt
Với sự gia tăng liên tục của sản xuất công nghiệp và thải nước thải trong nước, các ion độ cứng trong nước thải có tác động nghiêm trọng đến môi trường và các quy trình xử lý tiếp theo.Bài viết này trình bày một cách có hệ thống các nguyên tắc cơ bản của việc khử nước thải, phân tích chi tiết các đặc điểm kỹ thuật, phạm vi ứng dụng và các vấn đề hiện có của các phương pháp khử nước khác nhau như mưa hóa học, trao đổi ion, tách màng,và hấp thụ, và mong đợi xu hướng phát triển của công nghệ khử nước thải trong tương lai,nhằm mục đích cung cấp tham khảo lý thuyết cho việc tối ưu hóa và đổi mới công nghệ của các quy trình khử nước thải.
1、 Lời giới thiệu
Độ cứng của nước thải chủ yếu là do sự hiện diện của ion canxi và magiê (dưới dạng muối như canxi cacbonat, canxi cacbonat, canxi sulfat, canxi sulfat, v.v.)..Trong sản xuất công nghiệp, nước thải cứng cao có thể gây ra các thiết bị, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt, tăng tiêu thụ năng lượng và thậm chí dẫn đến sự cố thiết bị;Trong quá trình xử lý và tái sử dụng nước thải trong nước, nước cứng có thể ảnh hưởng đến hiệu ứng rửa và làm giảm sự thoải mái của nước trong nhà.việc thải nước thải có chứa một lượng lớn ion cứng cũng có thể có tác động tiêu cực đến sự cân bằng sinh thái của các cơ thể nước tự nhiênDo đó, việc loại bỏ các ion cứng từ nước thải có ý nghĩa rất lớn cho hoạt động ổn định của sản xuất công nghiệp, tái chế nguồn nước,và bảo vệ môi trường sinh thái.
2、 Nguyên tắc khử nước thải
Độ cứng trong nước thải thường được chia thành độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh viễn.có thể phân hủy thành canxi cacbonat và magnesium hydroxide lắng đọng và loại bỏ bằng cách sưởi ấm; Độ cứng vĩnh viễn bao gồm các sulfat, clorua, vv của canxi và magiê, cần phải được loại bỏ bằng các phương pháp hóa học, vật lý hoặc vật lý hóa học.Các nguyên tắc cơ bản của việc khử nước thải chủ yếu dựa trên phản ứng mưa, trao đổi ion, thâm nhập màng chọn lọc, hấp thụ, vvPhản ứng mưa là việc sử dụng một số chất hóa học để phản ứng với các ion canxi và magiê để tạo ra các chất trầm tích không hòa tan, do đó tách chúng khỏi nước thải; Phương pháp trao đổi ion là sử dụng nhựa trao đổi ion để trao đổi ion canxi và magiê trong nước và cố định chúng trên nhựa;Phương pháp tách màng dựa trên sự khác biệt trong khả năng giữ lại màng cho các ion khác nhau để đạt được sự tách rời các ion cứng từ nước; Nguyên tắc hấp thụ là loại bỏ ion canxi và magiê bằng cách hấp thụ qua các vị trí hoạt động trên bề mặt của chất hấp thụ.
3Các phương pháp loại bỏ độ cứng từ nước thải
(1) Phương pháp kết tủa hóa học
1Phương pháp bùn soda
Phương pháp bùn soda vôi là một trong những phương pháp kết tủa hóa học được sử dụng phổ biến nhất để loại bỏ độ cứng.Lime đầu tiên phản ứng với các ion bicarbonate trong nước để tạo thành trầm tích carbonate canxi, trong khi các ion magiê được chuyển đổi thành trầm tích magiê hydroxit. tro soda tiếp tục phản ứng với các ion canxi trong nước để tạo thành trầm tích canxi cacbonat. quá trình phản ứng là như sau:
Ca ((HCO_{3}) _{2}+Ca(OH) _{2} mũi tên bên phải 2CaCO_{3} mũi tên xuống +2H_ {2}O
Mg ((HCO_{3}) _{2}+2Ca(OH) _{2} mũi tên phải 2CaCO_{3} mũi tên xuống +Mg(OH) _{2} mũi tên xuống +2H_ {2}O
CaSO_{4}+Na_ {2}CO_ {3} mũi tên phải CaCO_{3} mũi tên xuống +Na_ {2}SO_ {4}
Ưu điểm của phương pháp này là chi phí xử lý thấp, đa dạng các nguồn hóa học và tác dụng xử lý đáng kể đối với nước thải độ cứng cao.Nhưng những nhược điểm cũng khá rõ ràng., chẳng hạn như sản xuất một lượng lớn bùn và chi phí xử lý bùn cao; Quá trình phản ứng đòi hỏi kiểm soát chính xác giá trị pH và liều lượng của chất phản ứng,nếu không nó sẽ ảnh hưởng đến hiệu ứng loại bỏ độ cứng; Nước thải được xử lý có thể giữ lại một lượng natri carbonat nhất định, dẫn đến tăng độ kiềm của nước.
1Phương pháp mưa phosphate
Phương pháp kết tủa phosphate liên quan đến việc thêm phosphate vào nước thải để phản ứng với ion canxi và magiê để tạo thành các kết tủa canxi và magiê phosphate không hòa tan.natri tripolyphosphate (Na 5 P O 10) phản ứng với các ion canxi để tạo thành các trầm tích canxi phosphate không hòa tanPhương pháp này có hiệu quả loại bỏ độ cứng cao và hiệu quả xử lý tốt đối với nước thải độ cứng nồng độ thấp.có thể dẫn đến sự eutrophication của các cơ thể nước, và giá tương đối cao của các chất phốtfat làm tăng chi phí điều trị.
(2) Phương pháp trao đổi ion
Phương pháp trao đổi ion sử dụng các ion có thể trao đổi trên nhựa trao đổi ion để trao đổi với các ion canxi và magiê trong nước thải.Nhựa trao đổi cation axit mạnh (như nhựa axit sulfonic) là một chất trao đổi ion thường được sử dụng, và quá trình trao đổi là như sau:
2R - SO_ {3}H + Ca ^ {2 + } mũi tên bên phải (R - SO_ {3}) _ {2} Ca + 2H ^ {+}
2R - SO_ {3}H + Mg ^ {2 + } mũi tên bên phải (R - SO_ {3}) _ {2}Mg + 2H ^ {+}
Khi các ion trao đổi trên nhựa được bão hòa với ion canxi và magiê,cần phải sử dụng axit (như axit clo và axit lưu huỳnh) để tái tạo để khôi phục khả năng trao đổi của nhựaƯu điểm của phương pháp trao đổi ion là hiệu ứng loại bỏ độ cứng tốt, chất lượng nước thải ổn định và khả năng đáp ứng các yêu cầu về chất lượng nước cao hơn;Thiết bị chiếm một diện tích tương đối nhỏ và tương đối dễ sử dụngTuy nhiên, phương pháp này có những nhược điểm của giá nhựa cao và một lượng lớn nước thải axit và kiềm được tạo ra trong quá trình tái tạo, cần phải được xử lý đúng cách.Nếu không nó sẽ gây ô nhiễm thứ cấp; Nhựa có yêu cầu cao về chất lượng nước đi vào, và các tạp chất như chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ trong nước thải có thể dễ dàng gây tắc nghẽn nhựa và ngộ độc,ảnh hưởng đến tuổi thọ và các vấn đề khác.
(3) Phương pháp tách màng
1. Reverse osmosis (RO)
Phân trộn ngược là một công nghệ tách các dung dịch và dung môi trong dung dịch thông qua một màng bán thấm dưới áp suất.1-1nm), có thể ngăn chặn các ion canxi và magiê hiệu quả và đạt được loại bỏ độ cứng nước thải.các phân tử nước đi qua màng ôsmose ngược dưới áp suất, trong khi các ion độ cứng bị chặn, dẫn đến nước có độ cứng thấp.và độ cứng của nước thải có thể được giảm xuống mức rất thấpNó phù hợp cho các dịp đòi hỏi chất lượng nước cực kỳ cao, chẳng hạn như nước công nghiệp điện tử, nước nạp nồi hơi, vv.Nhưng nhược điểm của nó là áp suất hoạt động cao và tiêu thụ năng lượng caoCác thành phần màng đắt tiền và dễ bị ô nhiễm bởi chất hữu cơ, vi sinh vật và các chất gây ô nhiễm khác trong nước thải, đòi hỏi phải làm sạch và thay thế thường xuyên.dẫn đến chi phí bảo trì caoTrong khi đó, quá trình thẩm thấu ngược tạo ra một lượng nước tập trung nhất định, và xử lý nước tập trung cũng là một thách thức.
2. Nanofiltration (NF)
Kích thước lỗ chân lông của màng lọc nano nằm giữa màng thẩm thấu ngược và màng siêu lọc (khoảng 1-10nm),và nó có tỷ lệ giữ lại cao cho các ion divalent (như ion canxi và magiê), trong khi tỷ lệ giữ lại các ion đơn giá trị (như ion natri và clorua) tương đối thấp.giảm tiêu thụ năng lượng so với thẩm thấu ngược. Nanofiltration không chỉ có thể loại bỏ hiệu quả các ion cứng, mà còn loại bỏ một phần các chất hữu cơ và các ion kim loại nặng.màng lọc nano cũng có vấn đề dễ bị ô nhiễm và yêu cầu xử lý trước nghiêm ngặt của nước đi vàoHơn nữa, tuổi thọ và hiệu ứng loại bỏ độ cứng của màng lọc nano bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các yếu tố như chất lượng nước và điều kiện hoạt động.
(4) Phương pháp hấp thụ
Phương pháp hấp thụ là sử dụng các vị trí hoạt động trên bề mặt của chất hấp thụ để hấp thụ và loại bỏ các ion canxi và magiê.,Ví dụ, zeolite có cấu trúc lỗ chân lông độc đáo và hiệu suất trao đổi ion, và các cation trao đổi của nó có thể trải qua sự hấp thụ trao đổi với ion canxi và magiê trong nước thải.Phương pháp hấp thụ đơn giản để vận hành và có một hiệu ứng xử lý nhất định đối với nước thải độ cứng nồng độ thấpNgoài ra, một số chất hấp thụ có thể được tái sử dụng thông qua tái tạo.dẫn đến hiệu quả xử lý kém đối với nước thải độ cứng caoQuá trình tái tạo của chất hấp thụ tương đối phức tạp và hiệu ứng tái tạo không ổn định, có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ và hiệu ứng loại bỏ độ cứng của chất hấp thụ.
(5) Các phương pháp khác
1Phương pháp lọc điện
Điện phân sử dụng tính thấm chọn lọc và hiệu ứng trường điện của màng trao đổi ion để gây ra sự di cư theo hướng của các ion trong nước,do đó đạt được việc loại bỏ độ cứng từ nước thảiTrong quá trình phân điện, màng trao đổi cation chỉ cho phép cation đi qua, trong khi màng trao đổi anion chỉ cho phép anion đi qua.Các ion canxi và magiê trong nước thải di cư đến điện cực âm thông qua màng trao đổi cationPhương pháp điện phân để loại bỏ độ cứng không yêu cầu thêm các tác nhân hóa học và không tạo ra bùn,làm cho quá trình hoạt động tương đối thân thiện với môi trườngTuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi một khoản đầu tư lớn vào thiết bị, tiêu thụ năng lượng điện trong quá trình hoạt động, và có yêu cầu cao về chất lượng nước đi vào,yêu cầu xử lý trước nghiêm ngặt để ngăn chặn sự bẩn của màng.
2Phương pháp vi khuẩn
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 wastewaterVí dụ, một số vi sinh vật có thể làm tăng giá trị pH của môi trường xung quanh bằng cách tiết ra các chất kiềm, thúc đẩy sự lắng đọng các ion canxi và magiê;Các nhóm chức năng trong các polyme ngoài tế bào vi khuẩn, chẳng hạn như các nhóm carboxyl và hydroxyl, cũng có thể trải qua sự phức tạp và hấp thụ với ion canxi và magiê.Phương pháp vi khuẩn có lợi thế chi phí xử lý thấp và thân thiện với môi trường, nhưng quá trình xử lý chậm và bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các điều kiện phát triển vi khuẩn như nhiệt độ, giá trị pH, oxy hòa tan, v.v.vẫn có một số hạn chế trong các ứng dụng thực tế.
4、 So sánh và lựa chọn các phương pháp khác nhau để loại bỏ độ cứng
Các phương pháp khác nhau để loại bỏ độ cứng từ nước thải có lợi thế và nhược điểm của riêng mình, và khả năng áp dụng của chúng cũng khác nhau.cần phải xem xét toàn diện các yếu tố như đặc điểm chất lượng nước của nước thải (như độ cứng, nồng độ ion, các thành phần gây ô nhiễm khác, v.v.), quy mô xử lý, chi phí xử lý, yêu cầu về chất lượng nước thải và yêu cầu bảo vệ môi trường, và chọn các phương pháp thích hợp để loại bỏ độ cứng.Đối với nước thải độ cứng cao, Sản xuất mưa hóa học có thể là một phương pháp tiết kiệm và hiệu quả hơn; Đối với xử lý quy mô nhỏ đòi hỏi chất lượng nước cao, các phương pháp trao đổi ion hoặc đảo chiều osmosis phù hợp hơn;Đối với nước thải độ cứng nồng độ thấp nhạy cảm với chi phí, các phương pháp hấp thụ hoặc vi khuẩn có thể có tiềm năng ứng dụng nhất định.một sự kết hợp của nhiều phương pháp để loại bỏ độ cứng có thể được sử dụng để tận dụng đầy đủ các lợi thế của mỗi phương pháp, cải thiện hiệu quả loại bỏ và giảm chi phí chế biến.
5Kết luận và triển vọng
Công nghệ loại bỏ độ cứng từ nước thải có ý nghĩa rất lớn để đảm bảo sản xuất công nghiệp, thực hiện tái chế tài nguyên nước và bảo vệ môi trường sinh thái.Hiện tại, các phương pháp khác nhau để loại bỏ độ cứng, chẳng hạn như trầm tích hóa học, trao đổi ion, tách màng, hấp thụ, v.v., đã được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật thực tế,nhưng mỗi phương pháp có những hạn chế nhất địnhTrong tương lai, xu hướng phát triển của công nghệ làm cứng nước thải chủ yếu bao gồm các khía cạnh sau:và các chất làm cứng mới kinh tế và vật liệu hấp thụ để cải thiện hiệu quả làm cứng, giảm chi phí xử lý và ô nhiễm thứ cấp; thứ hai là tăng cường nghiên cứu và phát triển các vật liệu màng, cải thiện hiệu suất chống ô nhiễm, tỷ lệ giữ lại,và tuổi thọ của màng, và giảm chi phí hoạt động của công nghệ tách màng; thứ ba là tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế loại bỏ độ cứng vi khuẩn, tối ưu hóa quy trình xử lý vi khuẩn,và cải thiện sự ổn định và hiệu quả điều trị; Thứ tư là khám phá quá trình ứng dụng chung của nhiều phương pháp để loại bỏ độ cứng, đạt được lợi thế bổ sung và cải thiện hiệu quả xử lý tổng thể.Thông qua đổi mới công nghệ liên tục và tối ưu hóa quy trình, công nghệ khử nước thải sẽ đóng một vai trò quan trọng hơn trong việc sử dụng bền vững tài nguyên nước và bảo vệ môi trường trong tương lai.
