"Cietība" augsta -sālsūdens ūdenī galvenokārt attiecas uz katlakmens veidojošiem katjoniem, piemēram, kalciju (Ca²⁺), magniju (Mg²⁺), stronciju (Sr²⁺) un bāriju (Ba²⁺). Ja tie netiks noņemti pirmsapstrādes laikā, šie katjoni veidos cietus slāņus, piemēram, kalcija sulfātu, kalcija karbonātu un magnija silikātu sekojošā augstas-koncentrācijas procesa laikā. Tie var aizsprostot membrānas poras, bojāt membrānas elementus vai pielipt iztvaicētāja siltumapmaiņas caurulēm, ievērojami samazinot siltuma pārneses efektivitāti un palielinot tīrīšanas biežumu un ekspluatācijas izmaksas.
Tālāk ir minēti vairāki bieži lietoti un ļoti efektīvi pirmapstrādes mīkstināšanas un cietības noņemšanas procesi:
1. Ķīmisko nokrišņu mīkstināšana
Šis ir klasiskākais un plaši izmantotais process. Tās pamatprincips ir pievienot ķīmiskas vielas, lai cietības jonus pārvērstu nogulsnēs ar ārkārtīgi zemu šķīdību, kuras pēc tam atdala ar sedimentāciju vai filtrēšanu.
a) Kaļķu-sodas process: šī ir ieteicamā metode augstas-cietības notekūdeņu attīrīšanai, īpaši, ja kalcija cietība ir augsta un magnija cietība ir zema.
Reakcija ir divu{0}}pakāpju process:
Pārkaļķošanās noņemšana: vispirms pievieno kaļķi (Ca(OH)₂), lai kalcija bikarbonātu ūdenī pārvērstu kalcija karbonāta nogulsnēs. Ca(HCO3)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
Ne-karbonātu cietība: pēc tam pievieno sodas pelnus (Na₂CO₃), lai reaģētu ar ne-karbonātu kalcija un magnija cietību ūdenī.
CaSO₄ + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4
MgSO₄ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaSO₂ (pēc tam iegūtais CaSO₂ reaģē ar sodas pelniem).
Funkcijas: Optimālais pH kaļķa atkaļķošanai parasti ir 9,5-10,5; uzlabotai magnija atdalīšanai ir jāpaaugstina pH līdz 10,5-11,0 vai pat augstāk, jo magnija hidroksīda izgulsnēšanai nepieciešama lielāka sārmainība. Teorētiski kalcija koncentrāciju var samazināt līdz 30-40 mg/l (mērot kā CaCO₃) un magnija koncentrāciju zem 10 mg/l.
Priekšrocības: zemas reaģentu izmaksas (kaļķi un sodas pelni ir lēti), nobriedusi tehnoloģija un liela apstrādes jauda.
Trūkumi: rada lielu daudzumu ķīmisko dūņu (apmēram 1-3% no attīrītā ūdens tilpuma), kam nepieciešamas papildu dūņu atūdeņošanas iekārtas; paaugstinot pH, palielinās kopējais izšķīdušo cietvielu (TDS) daudzums ūdenī.
b) Nātrija hidroksīda -soda pelnu metode: šajā metodē kaļķa vietā izmanto šķidru kaustisko sodu (NaOH), un tā ir piemērota lietošanai ar augstu magnija cietību vai ja nav vēlama papildu kalcija jonu ievadīšana.
Princips:
Mg²⁺ + 2NaOH → Mg(OH)₂↓ + 2Na⁺
Ca²⁺ + Na₂CO3 → CaCO3↓ + 2Na⁺
Īpašības: Salīdzinot ar kaļķu metodi, saražoto dūņu daudzums ir aptuveni par 30-50% mazāks. Tā kā netiek ievadīti kalcija joni, dūņas galvenokārt sastāv no Mg(OH)₂ un CaCO3, kā rezultātā tiek iegūtas tīrākas dūņas.
Izmaksas: NaOH izmaksas ir ievērojami augstākas nekā kaļķa izmaksas, kā rezultātā palielinās ekspluatācijas izmaksas. Šo metodi parasti izmanto maziem vai vidējiem ūdens daudzumiem vai gadījumos, kad liela nozīme ir augstai dūņu kvalitātei.
Ekspluatācija: kaļķu dozēšanas sistēmām nepieciešamās slīpēšanas un sagatavošanas iekārtas nav nepieciešamas, kā rezultātā darba vide ir tīrāka.
c) Kop{0}}nogulsnēšana (koagulantu palīglīdzekļu pievienošana)
Lai uzlabotu nokrišņu efektivitāti un notekūdeņu kvalitāti, ķīmiskās nogulsnēšanas procesā parasti pievieno nelielu daudzumu flokulanta (piemēram, PAM) un koagulanta palīglīdzekļa (piemēram, dzelzs hlorīda FeCl₃). Tas var samazināt notekūdeņu duļķainību zem 10 NTU, samazinot turpmāko filtrēšanas iekārtu slodzi.
2. Jonu apmaiņas metode
Lai gan ķīmiskā nogulsnēšana ir rentabla{0}}, tās notekūdeņu atlikušā cietība joprojām var būt pārāk augsta jutīgām membrānu sistēmām, piemēram, reversajai osmozei (RO). Jonu apmaiņu var izmantot kā pulēšanas procesu dziļas cietības noņemšanai.
Izmantojot stiprus skābos katjonu apmaiņas sveķus, nātrija joni (Na⁺) aizstāj kalcija un magnija jonus ūdenī.
2R-Na + Ca²⁺ → R₂-Ca + 2Na⁺
Īpašības: Lieliska notekūdeņu kvalitāte, ar stabili kontrolētu atlikušo cietību<1 mg/L (as CaCO₃), perfectly meeting the feed water requirements of RO membranes (generally <1-2 mg/L). After the resin reaches saturation, it needs to be regenerated with a 5-10% NaCl solution (brine), which produces high-hardness waste brine.
Pielietojuma scenārijs: nanofiltrāciju parasti neizmanto tikai augsta{0} sāļuma notekūdeņu primārajai mīkstināšanai, jo neapstrādāta ūdens augstais sāļums (augsts TDS) konkurē ar cietības joniem par apmaiņas vietām uz sveķiem, kā rezultātā krasi samazinās sveķu kapacitāte, bieži notiek reģenerācija un zema ekonomiskā efektivitāte. Tas ir vairāk piemērots sekundārai dziļai mīkstināšanai pēc ķīmiskās nogulsnēšanas pirmapstrādes.
3. Membrānas nanofiltrācija
Nanofiltrācija ir membrānas tehnoloģija starp reverso osmozi un ultrafiltrāciju. Tā unikālais lādiņš un sijāšanas efekti piešķir tai izteiktas priekšrocības mīkstināšanas laukā.
Nanofiltration membranes have a high rejection rate (>95-98%) divvērtīgajiem joniem (piemēram, Ca⁺, Mg⁺ un SO₄²⁻), savukārt vienvērtīgo jonu (piemēram, Na⁺ un Cl⁻) atgrūšanas ātrums ir zemāks (20-80%).
Īpašības: Kalcija sulfāta (CaSO₄) teorētiskais atdalīšanas ātrums var sasniegt 99,8%, efektīvi novēršot sulfāta nogulšņu veidošanos. Darba spiediens parasti ir 5-15 bāri, kas ir daudz zemāks nekā RO membrānām, kā rezultātā ir salīdzinoši zems enerģijas patēriņš.
Priekšrocības: Fizikāls process, nav nepieciešami reaģenti, neveidojas ķīmiskās dūņas; vienlaikus var noņemt dažas organiskās vielas un krāsu.
Trūkumi: jābalstās uz labu pirmapstrādi (piemēram, ultrafiltrāciju (UF)), lai novērstu membrānas piesārņojumu; rada koncentrētu šķīdumu (krūmu ūdeni) ar lielāku cietību, kam nepieciešama turpmāka apstrāde; un tai ir augstas investīciju izmaksas.
Pielietojums: īpaši piemērots augsta-sāļuma ūdens iepriekšējai apstrādei ar augstu sulfātu cietību un augstu organisko vielu saturu.
4. Cauruļveida mikrofiltrācija (TMF)
Izmanto ķīmisko izgulsnēšanas reakciju (piemēram, kaļķu{0}}sodas procesu), lai cietības jonus pārvērstu nešķīstošās nogulsnēs (piemēram, CaCO₃ un Mg(OH)₂). Tomēr nākamais dūņu-ūdens atdalīšanas posms vairs nav atkarīgs no gravitācijas nosēdināšanas, bet gan tiek veikts, izmantojot augstas -efektivitātes cauruļveida mikrofiltrācijas membrānas filtrēšanu.
Ķīmiskās reakcijas vienība: notekūdeņus rūpīgi sajauc un reaģē ar mīkstinātājiem (piemēram, kaļķiem, sodas pelniem un NaOH) reakcijas tvertnē vai reaktorā, veidojot mikronu - vai pat nanometru- izmēra nogulšņu daļiņas.
Membrānas atdalīšanas iekārta: nogulsnēm{0}}bagātais reakcijas notekūdeņi tieši nonāk cauruļveida mikrofiltrācijas membrānas sistēmā. Mikroporas (parasti 0,1-0,2 μm) membrānas sieniņā ļauj iziet cauri tikai ūdenim un izšķīdušajiem sāļiem, vienlaikus pilnībā pārtverot visas izgulsnētās daļiņas, suspendētās vielas, koloīdus un lielāko daļu baktēriju un vīrusu, panākot tūlītēju un efektīvu dubļaina ūdens atdalīšanu.
Membrānas modulis: sastāv no vairākām paralēlām cauruļveida membrānām, kuru diametrs parasti ir 5–12 mm, ar iekšējo balstu un filtra slāni uz virsmas. Šis liela diametra dizains nodrošina izcilu izturību pret piesārņojumu un nodilumu.
Cirkulācijas sūknis: nodrošina šķērsplūsmas ātrumu{0}}pāri membrānai (parasti 3–4,5 m/s). Šis lielais plūsmas ātrums enerģiski izskalo membrānas virsmu, efektīvi novēršot piesārņojumu un aizsērēšanu.
Darbības režīms: tiek izmantota cirkulācijas filtrēšanas sistēma, kurā koncentrāts nepārtraukti cirkulē atpakaļ reaktorā, lai uzturētu augstu cieto vielu koncentrāciju (līdz 1-3%). Permeāts (produkta ūdens) tiek nepārtraukti izvadīts. Kad dūņu koncentrācija reaktorā sasniedz noteiktu līmeni (piem., 2,5-3%), daļa koncentrēto dūņu tiek automātiski izvadīta.
Priekšrocības: Lieliska un stabila notekūdeņu kvalitāte ar nemainīgi zemu duļķainību<0.2 NTU and an SDI15 value of <3 (typically <1).
Augsta dūņu koncentrācija ar minimālu tilpumu: TMF sistēma izvada dūņas koncentrācijā 2,5%-3,5% (pēc svara). Šis dūņu apjoma samazinājums par vairāk nekā 60% ievērojami samazina turpmāko dūņu atūdeņošanas iekārtu slodzi un izmaksas (piemēram, ķīmisko vielu un enerģijas patēriņu centrifūgām un plākšņu un rāmju filtru presēm).
Kompaktā platība un modulārais dizains novērš vajadzību pēc lielgabarīta sedimentācijas tvertnēm un multi{0}}vides filtriem, kā rezultātā tiek izveidota ļoti integrēta sistēma, kas var samazināt nospiedumu par 50–70%.
Trūkumi: nepieciešams cirkulācijas sūknis, lai nodrošinātu lielu šķērsplūsmas -plūsmas ātrumu, kā rezultātā sistēmas enerģijas patēriņš ir salīdzinoši augsts (lai gan to daļēji kompensē samazinātas dūņu apstrādes izmaksas). Membrānas elementiem ir nepieciešama regulāra ķīmiska tīrīšana (CIP), parasti ar skābes mazgāšanu (piemēram, citronskābi), lai noņemtu neorganisko nogulsnēšanos, un sārmainu mazgāšanu (piemēram, ar NaOH), lai noņemtu organiskos piesārņotājus. Augstas-kvalitātes cauruļveida membrānas, pienācīgi kopjot, var kalpot 5–7 gadus.