resumen
Con el continuo aumento de la producción industrial y el vertido de aguas residuales domésticas, los iones de dureza en las aguas residuales tienen un grave impacto en el medio ambiente y los procesos de tratamiento posteriores.Este artículo expone sistemáticamente los principios básicos de la deshidratación de las aguas residuales, analiza en detalle las características técnicas, el ámbito de aplicación y los problemas existentes de varios métodos de deshidratación, como la precipitación química, el intercambio iónico, la separación de membranas,y adsorción, y espera con interés la tendencia de desarrollo de la tecnología de deshidratación de aguas residuales en el futuro,que tiene por objeto proporcionar una referencia teórica para la optimización y la innovación tecnológica de los procesos de deshidratación de aguas residuales.
1、 Introducción
La dureza de las aguas residuales es causada principalmente por la presencia de iones de calcio y magnesio (en forma de sales como carbonato de calcio, carbonato de magnesio, sulfato de calcio, sulfato de magnesio, etc.).En la producción industrial, las aguas residuales de alta dureza pueden provocar la reducción de la escala de los equipos, reducir la eficiencia del intercambio de calor, aumentar el consumo de energía e incluso provocar fallas en los equipos.En el proceso de tratamiento y reutilización de aguas residuales domésticas, el agua dura puede afectar el efecto de lavado y reducir la comodidad del agua doméstica.La descarga de aguas residuales que contienen una gran cantidad de iones de dureza también puede tener efectos adversos en el equilibrio ecológico de las masas de agua naturales.Por lo tanto, la eliminación eficaz de los iones de dureza de las aguas residuales es de gran importancia para el funcionamiento estable de la producción industrial, el reciclaje de los recursos hídricos, la conservación de la biodiversidad y la conservación de la biodiversidad.y la protección del medio ambiente ecológico.
2、 Principio de la deshidratación de las aguas residuales
La dureza de las aguas residuales se divide generalmente en dureza temporal y dureza permanente.que puede descomponerse en precipitados de carbonato de calcio e hidróxido de magnesio y eliminarse mediante calentamientoLa dureza permanente se compone de sulfatos, cloruros, etc. de calcio y magnesio, que deben eliminarse mediante métodos químicos, físicos o fisicoquímicos.Los principios básicos de deshidratación de las aguas residuales se basan principalmente en la reacción de precipitación, el intercambio iónico, la permeación selectiva de la membrana, la adsorción, etc.La reacción de precipitación es el uso de ciertos agentes químicos para reaccionar con iones de calcio y magnesio para generar precipitados insolublesEl método de intercambio iónico consiste en el uso de resina de intercambio iónico para intercambiar iones de calcio y magnesio en el agua y fijarlos en la resina.El método de separación por membrana se basa en la diferencia en la capacidad de retención de la membrana para diferentes iones para lograr la separación de iones de dureza del aguaEl principio de adsorción consiste en eliminar los iones de calcio y magnesio mediante adsorción a través de los sitios activos en la superficie del adsorbente.
3、 Métodos para eliminar la dureza de las aguas residuales
(1) Método de precipitación química
1Método de la soda de cal
El método de la soda de cal es uno de los métodos de precipitación química más utilizados para eliminar la dureza.La cal primero reacciona con iones de bicarbonato en agua para formar precipitado de carbonato de calcioLa ceniza de soda reacciona con los iones de calcio en el agua para formar el precipitado de carbonato de calcio.:
Ca ((HCO_{3}) _{2}+Ca(OH) _{2} flecha derecha 2CaCO_{3} flecha hacia abajo +2H_ {2}O
El valor de las emisiones de gases de efecto invernadero es el valor de las emisiones de gases de efecto invernadero, que es el valor de las emisiones de gases de efecto invernadero.
CaSO_{4}+Na_ {2}CO_ {3}flecha derecha CaCO_{3}flecha hacia abajo +Na_ {2}SO_ {4}
Las ventajas de este método son su bajo coste de tratamiento, su amplia gama de fuentes químicas y su efecto significativo en las aguas residuales de alta dureza.Pero las desventajas también son bastante obvias.El proceso de reacción requiere un control preciso del valor del pH y la dosificación de los reactivos.de lo contrario afectará al efecto de eliminación de dureza; Las aguas residuales tratadas pueden retener cierta cantidad de carbonato de sodio, lo que provoca un aumento de la alcalinidad del agua.
1Método de precipitación de fosfato
El método de precipitación de fosfato consiste en agregar fosfato a las aguas residuales para reaccionar con iones de calcio y magnesio para formar precipitados insolubles de calcio y magnesio fosfato.El tripolífosfato de sodio (Na 5 P O 10) reacciona con los iones de calcio para formar precipitados insolubles de fosfato de calcioEste método tiene una alta eficiencia de eliminación de dureza y un buen efecto de tratamiento en aguas residuales de baja dureza de concentración.que puedan conducir a la eutrofización de las masas de agua, y el precio relativamente alto de los agentes fosfatantes aumenta los costes de tratamiento.
(2) Método de intercambio iónico
El método de intercambio iónico utiliza iones intercambiables en resinas de intercambio iónico para intercambiar con iones de calcio y magnesio en las aguas residuales.La resina de intercambio de cationes ácida fuerte (como la resina de ácido sulfónico) es un intercambiador de iones comúnmente utilizado, y su proceso de intercambio es el siguiente:
2R - SO_ {3} H + Ca ^ {2 + } flecha derecha (R - SO_ {3}) _ {2} Ca + 2H ^ {+}
2R - SO_ {3}H + Mg^{2 + } flecha derecha (R - SO_ {3}) _ {2}Mg + 2H^{+}
Cuando los iones intercambiables en la resina están saturados con iones de calcio y magnesio,es necesario utilizar ácidos (como el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico) para la regeneración para restablecer la capacidad de intercambio de la resinaLas ventajas del método de intercambio iónico son un buen efecto de eliminación de la dureza, una calidad estable de los efluentes y la capacidad de cumplir con requisitos más altos de calidad del agua.El equipo ocupa un área relativamente pequeña y es relativamente fácil de operarSin embargo, este método tiene las desventajas de los altos precios de la resina y una gran cantidad de aguas residuales ácidas y alcalinas generadas durante el proceso de regeneración, que deben tratarse adecuadamente.De lo contrario causará contaminación secundaria.La resina tiene altos requisitos para la calidad del agua que entra, y las impurezas como los sólidos en suspensión y la materia orgánica en las aguas residuales pueden causar fácilmente bloqueos y intoxicación por resina.que afectan a su vida útil y otros problemas.
(3) Método de separación por membrana
1. Osmosis inversa (RO)
La ósmosis inversa es una tecnología que separa solutos y disolventes en una solución a través de una membrana semipermeable bajo presión.1 a 1 nm), que puede interceptar eficazmente los iones de calcio y magnesio y lograr la eliminación de la dureza de las aguas residuales.las moléculas de agua pasan por la membrana de ósmosis inversa bajo presiónEl método de ósmosis inversa tiene una alta eficiencia en la eliminación de la dureza.y la dureza del efluente puede reducirse a un nivel muy bajoEs adecuado para ocasiones que requieren una calidad de agua extremadamente alta, como el agua de la industria electrónica, el agua de alimentación de la caldera, etc.Pero sus desventajas son la alta presión de funcionamiento y el alto consumo de energíaLos componentes de la membrana son caros y se contaminan fácilmente por la materia orgánica, los microorganismos y otros contaminantes en las aguas residuales, por lo que requieren limpieza y reemplazo regulares.lo que resulta en altos costos de mantenimientoMientras tanto, el proceso de ósmosis inversa genera una cierta cantidad de agua concentrada, y el tratamiento de agua concentrada también es un desafío.
2. Nanofiltración (NF)
El tamaño de los poros de la membrana de nanofiltración está entre la membrana de ósmosis inversa y la membrana de ultrafiltración (aproximadamente 1-10nm),y tiene una alta tasa de retención de iones divalentes (como los iones de calcio y magnesio), mientras que la tasa de retención de iones monovalentes (como los iones sodio y cloruro) es relativamente baja.que reduce el consumo de energía en comparación con la ósmosis inversaLa nanofiltración no sólo puede eliminar eficazmente los iones de dureza, sino también eliminar parcialmente la materia orgánica y los iones de metales pesados.Las membranas de nanofiltración también tienen el problema de la fácil contaminación y requieren un estricto pretratamiento del agua entranteAdemás, la vida útil y el efecto de eliminación de dureza de las membranas de nanofiltración se ven muy afectados por factores como la calidad del agua y las condiciones de funcionamiento.
(4) Método de adsorción
El método de adsorción es el uso de sitios activos en la superficie de los adsorbentes para adsorber y eliminar los iones de calcio y magnesio.,Por ejemplo, la zeolita tiene una estructura de poros y un rendimiento de intercambio iónico únicos, y sus cationes intercambiables pueden someterse a adsorción de intercambio con iones de calcio y magnesio en las aguas residuales.El método de adsorción es sencillo de utilizar y tiene un cierto efecto de tratamiento en aguas residuales de baja dureza de concentración.Además, algunos adsorbentes pueden reutilizarse mediante regeneración.que resulta en una baja eficiencia de tratamiento de las aguas residuales de alta durezaEl proceso de regeneración de los adsorbentes es relativamente complejo y el efecto de regeneración es inestable, lo que puede afectar la vida útil y el efecto de eliminación de dureza de los adsorbentes.
(5) Otros métodos
1Método de electrodiálisis
La electrodiálisis utiliza la permeabilidad selectiva y el efecto de campo eléctrico de las membranas de intercambio iónico para inducir la migración direccional de iones en el agua,obtención de la eliminación de la dureza de las aguas residualesDurante la electrodiálisis, las membranas de intercambio de cationes solo permiten que pasen los cationes, mientras que las membranas de intercambio de aniones solo permiten que pasen los aniones.Los iones de calcio y magnesio en las aguas residuales migran al electrodo negativo a través de las membranas de intercambio catiónicoEl método de electrodiálisis para eliminar la dureza no requiere la adición de agentes químicos y no produce lodos,hacer que el proceso de operación sea relativamente respetuoso con el medio ambienteSin embargo, este método requiere una gran inversión en equipos, consume energía eléctrica durante el funcionamiento y tiene altos requisitos para la calidad del agua entrante.que requieren un estricto pretratamiento para evitar la contaminación de la 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 ejemplo, algunos microorganismos pueden aumentar el valor del pH del ambiente circundante mediante la secreción de sustancias alcalinas, lo que promueve la precipitación de iones de calcio y magnesio.Grupos funcionales en polímeros extracelulares microbianos, como los grupos carboxilo e hidroxilo, también pueden sufrir complejidad y adsorción con iones de calcio y magnesio.Los métodos microbianos tienen las ventajas de un bajo coste de tratamiento y de ser respetuosos con el medio ambiente, pero el proceso de tratamiento es lento y muy afectado por las condiciones de crecimiento microbiano tales como temperatura, valor del pH, oxígeno disuelto, etc.todavía hay ciertas limitaciones en las aplicaciones prácticas.
4、 Comparación y selección de diferentes métodos para eliminar la dureza
Los diferentes métodos para eliminar la dureza de las aguas residuales tienen sus propias ventajas y desventajas, y su aplicabilidad también varía.Es necesario tener en cuenta de manera exhaustiva factores como las características de calidad del agua de las aguas residuales (como la dureza, la concentración de iones y la calidad de las aguas residuales)., otros componentes contaminantes, etc.), escala de tratamiento, coste de tratamiento, requisitos de calidad de los efluentes y requisitos de protección del medio ambiente, y seleccionar los métodos adecuados para eliminar la dureza.Para aguas residuales de alta dureza, la precipitación química puede ser un método más económico y eficaz; para el tratamiento a pequeña escala que requiere una alta calidad del agua, los métodos de intercambio iónico u ósmosis inversa son más adecuados;Para aguas residuales de baja dureza de concentración que sean sensibles al costeEn muchos casos, los métodos de adsorción o microbiológicos pueden tener cierto potencial de aplicación.Se puede utilizar una combinación de múltiples métodos para eliminar la dureza para aprovechar al máximo las ventajas de cada método., mejora el efecto de eliminación y reduce los costes de procesamiento.
5、 Conclusiones y perspectivas
La tecnología de eliminación de la dureza de las aguas residuales es de gran importancia para garantizar la producción industrial, realizar el reciclaje de los recursos hídricos y proteger el medio ambiente ecológico.En la actualidad, varios métodos para eliminar la dureza, como la precipitación química, el intercambio iónico, la separación de la membrana, la adsorción, etc., se han utilizado ampliamente en la ingeniería práctica,Pero cada método tiene ciertas limitaciones.En el futuro, la tendencia de desarrollo de la tecnología de desalentamiento de aguas residuales incluye principalmente los siguientes aspectos: en primer lugar, el desarrollo de sistemas eficientes, respetuosos con el medio ambiente,Los nuevos agentes de desendurecimiento y materiales de adsorción económicos para mejorar la eficiencia del desendurecimientoLa segunda es fortalecer la investigación y el desarrollo de materiales de membrana, mejorar el rendimiento anti contaminación, la tasa de retención,y vida útil de las membranas, y reducir los costes de operación de la tecnología de separación de membranas; el tercero es llevar a cabo investigaciones en profundidad sobre el mecanismo de eliminación de la dureza microbiana, optimizar los procesos de tratamiento microbiano,y mejorar su estabilidad y eficacia en el tratamientoEl cuarto es explorar el proceso de aplicación conjunta de múltiples métodos para eliminar la dureza, lograr ventajas complementarias y mejorar el efecto general del tratamiento.A través de la innovación tecnológica continua y la optimización de los procesos, la tecnología de deshidratación de aguas residuales desempeñará un papel más importante en la utilización sostenible de los recursos hídricos y la protección del medio ambiente en el futuro.
