Introducción
Quienes trabajan en la industria de recuperación de recursos de aguas residuales y descarga cero-industrial saben que el concentrado de ósmosis inversa es la parte más difícil de todo el sistema. Después de la concentración mediante la membrana de ósmosis inversa, la dureza del calcio y el magnesio, la sílice, la salinidad total y la alcalinidad se multiplican, lo que da como resultado una composición de agua compleja y una fuerte tendencia a la formación de incrustaciones. Un pretratamiento insuficiente puede provocar fácilmente incrustaciones y obstrucción del sistema de membrana posterior, disminución de la eficiencia del evaporador y funcionamiento anormal del sistema de cristalización. El método dual-alcalino, como tecnología principal para la eliminación profunda de la dureza del concentrado de ósmosis inversa, puede lograr un control sinérgico de la dureza y la sílice. Combinado con una separación mejorada mediante membranas cerámicas de carburo de silicio, puede mejorar aún más la estabilidad del efluente y la confiabilidad del sistema.
I. Conocimientos básicos de dureza y características del concentrado de ósmosis inversa
La dureza total se refiere a la concentración total de iones de calcio y magnesio en el agua, que es un indicador central para evaluar el riesgo de incrustaciones y la estabilidad operativa del sistema de membrana.
Según su composición, la dureza se puede dividir en dos categorías principales: una es la dureza de carbonato, también conocida como dureza temporal, que existe principalmente en forma de bicarbonato de calcio y bicarbonato de magnesio. Se puede eliminar calentando y hirviendo para precipitar y eliminar la dureza.
La otra es la dureza sin carbonatos, también conocida como dureza permanente, que existe en forma de sulfatos y cloruros. No se puede eliminar mediante calentamiento y debe eliminarse eficazmente mediante precipitación química, intercambio iónico o métodos de membrana.
En el caso del concentrado de ósmosis inversa, las características son obvias: los sistemas de ósmosis inversa tienen un efecto atrapante y enriquecedor de sales, durezas y silicatos. La concentración de iones en el lado del concentrado normalmente se concentra de 3 a 8 veces, y el TDS generalmente está entre 10 000 y 60 000 mg/l, alcanzando más de 100 000 mg/l en condiciones operativas elevadas. La dureza total se mantiene constantemente entre 500 y 3000 mg/L, la sílice y la alcalinidad también son altas, y el índice de saturación de Langrier y el índice de incrustaciones de sulfato superan significativamente los estándares. El mayor problema con este tipo de calidad del agua es que forma fácilmente incrustaciones insolubles como carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, sulfato de calcio y silicatos, que se adhieren a la superficie de la membrana, a las paredes internas de las tuberías y a las paredes de los tubos de intercambio de calor del evaporador. Esto provoca una disminución del flujo de la membrana, un aumento en la diferencia de presión transmembrana, una disminución en la eficiencia del intercambio de calor y un deterioro de la calidad de la sal cristalizada, que es un punto clave que restringe el funcionamiento a largo plazo-de los sistemas de descarga cero-.
II. Introducción a la tecnología de precipitación alcalina dual-
En términos sencillos, el método dual-alcalino es un proceso de precipitación química en el que se añaden hidróxido de calcio y carbonato de sodio en pasos. Actualmente es la tecnología de pretratamiento más aplicable y económica para concentrados de ósmosis inversa con alta dureza, alto contenido de sílice y alta alcalinidad.
1. Principio de reacción del proceso
(1) La adición de hidróxido de calcio (Ca(OH)2) sirve principalmente para ajustar la alcalinidad, eliminar el magnesio y la sílice y reducir la alcalinidad del bicarbonato del agua. Ecuaciones de reacción de eliminación de magnesio y reducción de alcalinidad:
Ecuación de la reacción química de eliminación de silicio (en condiciones de pH alto):
Al agregar cal para elevar el pH del agua por encima de 11,0, los iones de magnesio se convierten en precipitado de hidróxido de magnesio. Simultáneamente, la sílice disuelta en el agua se convierte en iones de silicato en condiciones fuertemente alcalinas, que luego se combinan con los iones de calcio y magnesio en el agua para formar precipitados de silicato de calcio y silicato de magnesio insolubles, logrando una eliminación eficiente del silicio. Al mismo tiempo, los iones de bicarbonato se neutralizan, lo que reduce la línea base de alcalinidad y disminuye el riesgo de dureza posterior y de incrustaciones de sílice.
(2) Al agregar carbonato de sodio (Na₂CO₃), el carbonato de sodio se usa principalmente para eliminar los iones de calcio del agua y eliminar la dureza no-carbonato difícil-de-tratar. Ecuación de la reacción de eliminación de la dureza del calcio:
Al utilizar la combinación de iones de carbonato e iones de calcio para formar precipitados de cristales de carbonato de calcio, la dureza del calcio residual se reduce aún más y la dureza total se controla de manera estable dentro de un rango aceptable.
2. Ventajas tecnológicas y desventajas tradicionales
El método dual-alcalino tiene importantes ventajas: reactivos fácilmente disponibles, bajos costos operativos y la capacidad de realizar un tratamiento continuo a gran-escala. Puede completar simultáneamente el endurecimiento, la reducción de álcalis y la desiliconización, y tiene una fuerte resistencia a los impactos de la calidad del agua con alto contenido de -sal y-alcalinos, lo que lo hace muy adecuado para condiciones extremas, como el concentrado de ósmosis inversa.
Sin embargo, el método tradicional dual-alcalino también tiene desventajas obvias: los flóculos de carbonato de calcio, hidróxido de magnesio y silicato generados en la reacción tienen tamaños de partículas finos, lo que da como resultado velocidades de sedimentación naturales lentas y una separación incompleta de sólidos-líquidos en los tanques de sedimentación convencionales; la turbidez del efluente y los sólidos suspendidos son relativamente altos, y las partículas finas de cristal pueden penetrar fácilmente la unidad de filtrado, lo que aún representa un riesgo de incrustaciones para la membrana y el evaporador aguas abajo; Además, el endurecimiento y la desiliconización exhiben una inhibición competitiva, lo que dificulta que los procesos de sedimentación ordinarios optimicen simultáneamente ambos indicadores.
III. Introducción al método dual-alcalino + proceso de acoplamiento de membrana cerámica de carburo de silicio
Para abordar las deficiencias del método tradicional de álcali dual-, ha surgido el método de álcali dual- + proceso de acoplamiento de membrana de ultrafiltración cerámica de carburo de silicio, que proporciona doble protección para el pretratamiento del concentrado. Ruta general del proceso:
Todo el proceso tiene una lógica clara: la parte inicial se basa en un método dual-alcalino para completar una reacción química, convirtiendo iones de calcio y magnesio y siliciuros en precipitados sólidos; la parte posterior se basa en una membrana cerámica de carburo de silicio para una retención de alta-precisión, que reemplaza los tradicionales tanques de sedimentación de alta-densidad y los procesos de filtración multi-medios.
La membrana cerámica de carburo de silicio tiene poros a nanoescala, que pueden retener completamente carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, micro{0}}flóculos de silicato, coloides y partículas suspendidas, cumpliendo plenamente con los estrictos requisitos de entrada de las membranas de alta-presión y los equipos de cristalización por evaporación.
Las ventajas de este proceso son las siguientes:
1. Funcionamiento estable y confiable: la membrana cerámica de carburo de silicio es resistente a condiciones operativas adversas, antiincrustaciones y no se obstruye fácilmente. Requiere una baja frecuencia de limpieza y no hay una degradación significativa del rendimiento durante el funcionamiento a largo plazo-, lo que permite un funcionamiento continuo y estable y reduce el impacto del tiempo de inactividad.
2. Eficiencia económica excepcional: el método dual-alcalino tiene bajos costos de reactivos, la membrana cerámica de carburo de silicio tiene una larga vida útil y no requiere reemplazo frecuente, el consumo de agua de retrolavado es bajo y los costos de mantenimiento a largo plazo-son controlables.
3. Amplia adaptabilidad: adaptable a diversas industrias y concentraciones de concentrado de ósmosis inversa, cumpliendo con los requisitos de pretratamiento de reutilización del concentrado y de descarga cero-.
4. Proceso simple y fácil-de-implementar: proceso simplificado, de tamaño reducido, se puede integrar en una sola unidad, es altamente automatizado, fácil de mantener y puede operar de manera estable sin un equipo especializado.
5. Ecológico y respetuoso con el medio ambiente: baja producción de lodos y utilización integral, sin contaminación secundaria, lo que permite mejorar la calidad del concentrado y reutilizarlo, ayudar a las empresas a ahorrar agua y reducir la contaminación, y lograr el reciclaje de recursos.
El proceso de acoplamiento del método alcalino + membrana de ultrafiltración cerámica de carburo de silicio conserva las ventajas de eficiencia económica y resistencia a los golpes del método alcalino dual-, al tiempo que aprovecha la membrana cerámica de carburo de silicio para abordar las deficiencias de los procesos tradicionales. No solo acorta el flujo del proceso, ahorra espacio y reduce el mantenimiento manual, sino que, lo que es más importante, intercepta completamente las sustancias formadoras de incrustaciones en la fuente, controlando de manera estable la dureza y el contenido de silicio del efluente, reduciendo significativamente el riesgo de incrustaciones y suciedad en el sistema de membranas y el evaporador aguas abajo, extendiendo los ciclos operativos del equipo y reduciendo el consumo de reactivos y los costos de mantenimiento del tiempo de inactividad. Se ha convertido en un proceso maduro y preferido para el pretratamiento de descarga cero-del concentrado de ósmosis inversa.