Abstrakt
Mit dem kontinuierlichen Anstieg der industriellen Produktion und der Ableitung von Haushaltswasser haben die Härte-Ionen im Abwasser erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt und die anschließenden Behandlungsprozesse.Dieser Artikel erläutert systematisch die Grundprinzipien der Abwasserentsorgung, analysiert die technischen Merkmale, den Anwendungsbereich und die bestehenden Probleme verschiedener Entwässerungsmethoden wie chemischer Niederschlag, Ionenwechsel, Membrantrennung,und Adsorption, und freut sich auf die künftige Entwicklung der Abwasserentwässerungstechnologie,mit dem Ziel, eine theoretische Referenz für die Optimierung und technologische Innovation von Abwasserentwässerungsprozessen zu schaffen.
1、 Einleitung
Die Härte des Abwassers wird hauptsächlich durch das Vorhandensein von Kalzium- und Magnesium-Ionen (in Form von Salzen wie Kalziumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Kalziumsulfat, Magnesiumsulfat usw.) verursacht..In der industriellen Produktion können Abwässer mit hoher Härte zu einer Schuppenbildung der Anlagen, zu einer Verringerung der Wärmeaustauschleistung, zu einem erhöhten Energieverbrauch und sogar zu Ausfällen der Anlagen führen.Bei der Behandlung und Wiederverwendung von Haushaltswasser, kann hartes Wasser die Waschwirkung beeinträchtigen und den Komfort des Haushaltswassers verringern.die Abwasserentladung mit einer großen Menge an Härte-Ionen kann sich auch negativ auf das ökologische Gleichgewicht natürlicher Gewässer auswirken.Daher ist die wirksame Entfernung von Härte-Ionen aus Abwasser von großer Bedeutung für den stabilen Betrieb der industriellen Produktion, das Recycling von Wasserressourcen, die Gewässernutzung und die Gewässernutzung.und den Schutz der ökologischen Umwelt.
2、 Prinzip der Abwasserentwässerung
Die Härte im Abwasser wird in der Regel in vorübergehende und dauerhafte Härte unterteilt.die in Kalziumcarbonat- und Magnesiumhydroxid-Verschüttungen abgebaut und durch Erhitzen entfernt werden könnenDie dauerhafte Härte besteht aus Sulfaten, Chloriden usw. von Kalzium und Magnesium, die chemisch, physikalisch oder physikalisch-chemisch entfernt werden müssen.Die Grundprinzipien der Abwasserentwässerung beruhen hauptsächlich auf der Niederschlagreaktion, Ionenaustausch, selektive Membrandurchdringung, Adsorption usw.Eine Niederschlagreaktion ist die Verwendung bestimmter chemischer Mittel zur Reaktion mit Kalzium- und Magnesium-Ionen zur Erzeugung unlöslicher Niederschläge., wodurch sie vom Abwasser getrennt werden; Ionenaustauschmethode ist die Verwendung von Ionenaustauschharz zum Austausch von Kalzium- und Magnesium-Ionen im Wasser und zur Fixierung auf dem Harz;Die Membrantrennungsmethode basiert auf der Differenz der Membranretentionsfähigkeit für verschiedene Ionen, um die Trennung von Härte-Ionen aus Wasser zu erreichen.Das Adsorptionsprinzip besteht darin, Kalzium- und Magnesium-Ionen durch Adsorption durch die aktiven Stellen auf der Oberfläche des Adsorbents zu entfernen.
3、 Methoden zur Entfernung der Härte aus Abwasser
(1) Chemische Niederschlagsmethode
1. Kalksodenabsatz
Die Kalksoda-Methode ist eine der am häufigsten verwendeten chemischen Niederschlagsmethoden zur Entfernung von Härte.Kalk reagiert zuerst mit Bikarbonat-Ionen im Wasser und bildet Kalziumkarbonat-VorfallSodaasche reagiert weiter mit Kalziumionen im Wasser, um Kalziumcarbonat-Vorfall zu bilden.:
Ca ((HCO_{3}) _{2}+Ca(OH) _{2} Rechtspfeil 2CaCO_{3} Abwärtspfeil +2H_ {2}O
Mg ((HCO_{3}) _{2}+2Ca(OH) _{2} Rechtspfeil 2CaCO_{3} Abwärtspfeil +Mg ((OH) _{2} Abwärtspfeil +2H_ {2}O
CaSO_{4}+Na_ {2}CO_ {3}Rechter Pfeil CaCO_{3}Abwärtspfeil +Na_ {2}SO_ {4}
Die Vorteile dieser Methode sind die geringen Behandlungskosten, die große Auswahl an chemischen Quellen und die erhebliche Behandlungseffekt auf Abwässer mit hoher Konzentrationshärte.Aber die Nachteile sind auch ganz offensichtlich., wie die Erzeugung einer großen Menge Schlamm und die hohen Kosten für die Schlammbehandlung; Der Reaktionsprozess erfordert eine genaue Kontrolle des pH-Wertes und der Dosierung der Reagenzien,Andernfalls beeinträchtigt dies die Härteentfernung.; Das behandeltes Abwasser kann eine gewisse Menge an Natriumcarbonat enthalten, was zu einer Erhöhung der Alkalität des Wassers führt.
1. Methode der Phosphatvernichtung
Bei der Phosphat-Verschüttungsmethode wird Phosphat in Abwasser eingesetzt, um mit Kalzium- und Magnesium-Ionen zu reagieren, um unlösliche Kalzium- und Magnesiumphosphat-Verschüttungen zu bilden.Natrium-Tripolyphosphat (Na 5 P O 10) reagiert mit Kalziumionen und bildet unlösliche Kalziumphosphat-VorfälleDiese Methode hat eine hohe Härteentfernungseffizienz und eine gute Behandlungseffekt auf Abwässer mit geringer Härte.die zur Eutropisierung von Gewässern führen können, und der relativ hohe Preis von Phosphatmitteln erhöht die Behandlungskosten.
(2) Ionenaustauschmethode
Die Ionenaustauschmethode verwendet austauschbare Ionen auf Ionenaustauschharzen, um sie mit Kalzium- und Magnesium-Ionen im Abwasser auszutauschen.Starkes saures Kationenaustauschharz (z. B. Sulfonsäureharz) ist ein häufig verwendeter Ionenwechsler, und der Austauschprozess ist wie folgt:
2R - SO_ {3}H + Ca^{2 + }rechter Pfeil (R - SO_{3}) _ {2}Ca + 2H^{+}
2R - SO_ {3}H + Mg^{2 + }rechter Pfeil (R - SO_ {3}) _ {2}Mg + 2H^{+}
Wenn die austauschbaren Ionen auf dem Harz mit Kalzium- und Magnesium-Ionen gesättigt sind,Es ist notwendig, Säuren (wie Salzsäure und Schwefelsäure) zur Regeneration zu verwenden, um die Austauschfähigkeit des Harzes wiederherzustellen.Die Vorteile der Ionenwechselmethode sind eine gute Härteentfernung, eine stabile Abwasseraufnahme und die Fähigkeit, höhere Anforderungen an die Wasserqualität zu erfüllen.Das Gerät nimmt eine relativ kleine Fläche ein und ist relativ einfach zu bedienen.Diese Methode hat jedoch die Nachteile hoher Harzpreise und einer großen Menge an sauren und alkalischen Abwässern, die während des Regenerationsprozesses entstehen und ordnungsgemäß behandelt werden müssen.Ansonsten verursacht es Sekundärverschmutzung.; Harz hat hohe Anforderungen an die Qualität des eingehenden Wassers, und Verunreinigungen wie Suspendierte Feststoffe und organische Stoffe im Abwasser können leicht zu Harzblockaden und Vergiftungen führen.Auswirkungen auf die Lebensdauer und andere Fragen.
(3) Membrantrennmethode
1. Umgekehrte Osmose (RO)
Umkehrosmose ist eine Technologie, die Lösungen und Lösungsmittel in einer Lösung durch eine halbdurchlässige Membran unter Druck trennt.1-1 nm), die Kalzium- und Magnesium-Ionen wirksam abfangen und die Härte des Abwassers entfernen kann.Wassermoleküle unter Druck durch die Umkehrosmose-Membran, während Härte-Ionen abgefangen werden, wodurch Wasser mit geringer Härte erzeugt wird.und die Härte des Abwassers kann auf ein sehr niedriges Niveau reduziert werdenEs eignet sich für Anlässe, bei denen eine äußerst hohe Wasserqualität erforderlich ist, wie z. B. Wasser für die Elektronikindustrie, Wasser für die Heizung von Kesseln usw.Aber seine Nachteile sind hoher Betriebsdruck und hoher EnergieverbrauchDie Membrankomponenten sind teuer und leicht durch organische Substanzen, Mikroorganismen und andere Schadstoffe im Abwasser kontaminiert und müssen regelmäßig gereinigt und ausgetauscht werden.die zu hohen Wartungskosten führenIn der Zwischenzeit erzeugt der Prozeß der Umkehrosmose eine gewisse Menge an konzentriertem Wasser, und die Behandlung von konzentriertem Wasser ist ebenfalls eine Herausforderung.
2. Nanofiltration (NF)
Die Porengröße der Nanofiltrationsmembran liegt zwischen der Umkehrosmose-Membran und der Ultrafiltrationsmembran (ca. 1-10 nm).und eine hohe Retentionsrate für divalente Ionen (wie Kalzium- und Magnesium-Ionen) aufweist, während die Retentionsrate für monovalente Ionen (wie Natrium- und Chlorid-Ionen) relativ gering ist.der den Energieverbrauch im Vergleich zur Umkehrosmose verringertDie Nanofiltration kann nicht nur die Härte-Ionen effektiv entfernen, sondern auch organische Stoffe und Schwermetall-Ionen teilweise entfernen.Nanofiltrationsmembranen haben auch das Problem der leichten Kontamination und erfordern eine strenge Vorbehandlung des eingehenden WassersAußerdem werden die Lebensdauer und die Härteentfernung von Nanofiltrationsmembranen stark von Faktoren wie Wasserqualität und Betriebsbedingungen beeinflusst.
(4) Adsorptionsmethode
Adsorptionsmethode ist die Verwendung von Aktivstellen auf der Oberfläche von Adsorbenten zur Adsorption und Entfernung von Kalzium- und Magnesium-Ionen.,Zum Beispiel weist Zeolith eine einzigartige Porenstruktur und Ionenaustauschleistung auf, und seine austauschbaren Kationen können im Abwasser einer Austauschadsorption mit Kalzium- und Magnesium-Ionen unterzogen werden.Die Adsorptionsmethode ist einfach zu bedienen und wirkt sich auf Abwässer mit geringer Konzentrationshärte einigermaßen aus.Einige Adsorptionsmittel können durch Regeneration wiederverwendet werden.was zu einer schlechten Behandlungseffizienz für Abwässer mit hoher Konzentrationshärte führtDer Regenerationsprozess von Adsorbenten ist relativ komplex und die Regeneration ist instabil, was sich auf die Lebensdauer und die Härteentfernung von Adsorbenten auswirken kann.
(5) Andere Verfahren
1. Elektrodialyseverfahren
Die Elektrodialyse nutzt die selektive Permeabilität und den elektrischen Feldeffekt von Ionenwechselmembranen, um eine Richtungswanderung von Ionen im Wasser zu induzieren.so wird die Härte aus dem Abwasser entferntWährend der Elektrodialyse lassen Kationenaustauschmembranen nur Kationen durch, während Anionenaustauschmembranen nur Anionen durchlassen.Kalzium- und Magnesiumionen in Abwasser wandern durch Kationenaustauschmembranen zur negativen ElektrodeElektrodialyseverfahren zur Entfernung der Härte erfordern keine Zugabe chemischer Mittel und erzeugen keinen Schlamm,der Betrieb relativ umweltfreundlich istDiese Methode erfordert jedoch eine große Ausrüstungsinvestition, verbraucht während des Betriebs elektrische Energie und stellt hohe Anforderungen an die Qualität des eingehenden Wassers.die eine strenge Vorbehandlung zur Verhinderung der Verschmutzung der Membran erfordern.
2. Mikrobielle Methode
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 wastewaterEinige Mikroorganismen können beispielsweise den pH-Wert der Umgebung erhöhen, indem sie alkalische Substanzen ausscheiden, was die Niederschlagung von Kalzium- und Magnesium-Ionen fördert.Funktionsgruppen in mikrobiellen extrazellulären Polymeren, wie z. B. die Carboxyl- und Hydroxylgruppen, können auch mit Kalzium- und Magnesium-Ionen komplexisiert und adsorbiert werden.Mikrobielle Methoden haben die Vorteile geringer Behandlungskosten und Umweltfreundlichkeit, aber der Behandlungsprozess ist langsam und stark von den Bedingungen des mikrobiellen Wachstums wie Temperatur, pH-Wert, gelösten Sauerstoff usw. beeinflusst.Es gibt noch einige Einschränkungen in der Praxis..
4、 Vergleich und Auswahl verschiedener Methoden zur Härteentfernung
Verschiedene Methoden zur Entfernung der Härte aus Abwasser haben ihre Vor- und Nachteile und ihre Anwendbarkeit ist ebenfalls unterschiedlich.Es ist notwendig, Faktoren wie die Wasserqualitätsmerkmale von Abwasser (z. B. Härte, Ionenkonzentration) umfassend zu berücksichtigen, andere Schadstoffbestandteile usw.) zu untersuchen, die Behandlungsskala, die Behandlungskosten, die Qualitätsanforderungen für Abwässer und die Umweltschutzanforderungen zu berücksichtigen und geeignete Methoden zur Entfernung der Härte auszuwählen.Für Abwässer mit hoher Konzentrationshärte, chemische Niederschlagung kann eine wirtschaftlichere und wirksamere Methode sein; für die Kleinstbehandlung, die eine hohe Wasserqualität erfordert, sind Ionenaustausch- oder Umkehrosmoseverfahren geeigneter;Für Abwässer mit geringer Härte konzentriert und kostensensitiv, Adsorptions- oder mikrobielle Methoden können ein bestimmtes Anwendungspotenzial haben.Eine Kombination mehrerer Methoden zur Entfernung der Härte kann verwendet werden, um die Vorteile jeder Methode voll auszunutzen., verbessern die Entfernung und senken die Verarbeitungskosten.
5Schlussfolgerung und Aussichten
Die Technologie zur Entfernung der Härte aus Abwässern ist von großer Bedeutung für die Gewährleistung der industriellen Produktion, die Realisierung des Recyclings der Wasserressourcen und den Schutz der ökologischen Umwelt.Gegenwärtig, verschiedene Methoden zur Entfernung der Härte, wie chemische Niederschlagung, Ionenwechsel, Membrantrennung, Adsorption usw., sind in der praktischen Technik weit verbreitet,aber jede Methode hat bestimmte EinschränkungenDie Entwicklung der Abwasserenthärtungstechnik umfaßt in Zukunft hauptsächlich folgende Aspekte: erstens die Entwicklung effizienter, umweltfreundlicher,und ökonomische neue Entstaubungsmittel und Adsorptionsmaterialien zur Verbesserung der Entstaubungswirksamkeit, die Behandlungskosten und die Sekundärverschmutzung zu senken; die zweite ist die Stärkung der Forschung und Entwicklung von Membranmaterialien, Verbesserung derund Lebensdauer von Membranen, und die Betriebskosten der Membrantrenntechnologie zu senken; Drittens ist es, eine eingehende Forschung über den Mechanismus der Entfernung der mikrobiellen Härte durchzuführen, die mikrobiellen Behandlungsprozesse zu optimieren,und verbessern ihre Stabilität und Wirksamkeit der BehandlungDie vierte Aufgabe besteht darin, den gemeinsamen Anwendungsverfahren mehrerer Methoden zur Entfernung von Härte zu untersuchen, ergänzende Vorteile zu erzielen und die Gesamtbehandlungseffekte zu verbessern.Durch kontinuierliche technologische Innovation und Prozessoptimierung, wird die Abwasserentwässerungstechnologie in Zukunft eine größere Rolle bei der nachhaltigen Nutzung der Wasserressourcen und dem Umweltschutz spielen.
