résumé
Avec l'augmentation continue de la production industrielle et du rejet des eaux usées domestiques, les ions de dureté dans les eaux usées ont un impact sérieux sur l'environnement et les processus de traitement ultérieurs.Cet article expose systématiquement les principes de base de la déshydratation des eaux usées, analyse en détail les caractéristiques techniques, le champ d'application et les problèmes existants de diverses méthodes de déshydratation telles que la précipitation chimique, l'échange ionique, la séparation par membrane,et adsorption, et attend avec impatience l'évolution future de la technologie de déshydratation des eaux usées,visant à fournir une référence théorique pour l'optimisation et l'innovation technologique des processus de déshydratation des eaux usées.
1、 Introduction
La dureté des eaux usées est principalement due à la présence d'ions calcium et magnésium (sous forme de sels tels que le carbonate de calcium, le carbonate de magnésium, le sulfate de calcium, le sulfate de magnésium, etc.)..Dans la production industrielle, les eaux usées à haute dureté peuvent provoquer des écaillages des équipements, réduire l'efficacité de l'échange thermique, augmenter la consommation d'énergie et même entraîner une défaillance des équipements;Dans le processus de traitement et de réutilisation des eaux usées domestiques, l'eau dure peut affecter l'effet de lavage et réduire le confort de l'eau domestique.le rejet d'eaux usées contenant une grande quantité d'ions de dureté peut également avoir des effets néfastes sur l'équilibre écologique des masses d'eau naturellesPar conséquent, l'élimination efficace des ions de dureté des eaux usées est d'une grande importance pour le fonctionnement stable de la production industrielle, le recyclage des ressources en eau, le traitement des eaux usées et la conservation des ressources en eau.et la protection de l'environnement écologique.
2、 Principe de déshydratation des eaux usées
La dureté des eaux usées est généralement divisée en dureté temporaire et dureté permanente.qui peut être décomposé en précipités de carbonate de calcium et d'hydroxyde de magnésium et éliminé par chauffageLa dureté permanente est composée de sulfates, de chlorures, etc. de calcium et de magnésium, qui doivent être éliminés par des méthodes chimiques, physiques ou physicochimiques.Les principes de base du déshydratage des eaux usées sont principalement basés sur la réaction de précipitation, échange ionique, perméation sélective de la membrane, adsorption, etc.La réaction de précipitation est l'utilisation de certains agents chimiques pour réagir avec des ions calcium et magnésium pour générer des précipitations insolubles., les séparant ainsi des eaux usées; la méthode d'échange d'ions consiste à utiliser une résine échangeuse d'ions pour échanger des ions calcium et magnésium dans l'eau et les fixer sur la résine;La méthode de séparation par membrane est basée sur la différence de capacité de rétention de la membrane pour différents ions pour obtenir la séparation des ions de dureté de l'eauLe principe d'adsorption consiste à éliminer les ions calcium et magnésium par adsorption à travers les sites actifs à la surface de l'adsorbant.
3、 Méthodes d'élimination de la dureté des eaux usées
(1) Méthode de précipitation chimique
1. Méthode de la soude de chaux
La méthode de la soude de chaux est l'une des méthodes de précipitation chimique les plus couramment utilisées pour éliminer la dureté.La chaux réagit d'abord avec les ions bicarbonate dans l'eau pour former un précipité de carbonate de calciumLa soude de soude réagit avec les ions calcium dans l'eau pour former un précipité de carbonate de calcium. Le processus de réaction est le suivant.:
Ca ((HCO_{3}) _{2}+Ca(OH) _{2} flèche droite 2CaCO_{3} flèche vers le bas +2H_ {2}O
Mg ((HCO_{3}) _{2}+2Ca(OH) _{2} flèche droite 2CaCO_{3} flèche vers le bas +Mg ((OH) _{2} flèche vers le bas +2H_ {2}O
CaSO_{4}+Na_ {2}CO_ {3} flèche droite CaCO_{3} flèche vers le bas +Na_ {2}SO_ {4}
Les avantages de cette méthode sont le faible coût du traitement, la large gamme de sources chimiques et l'effet significatif du traitement sur les eaux usées à haute concentration de dureté.Mais les inconvénients sont aussi assez évidents., comme la production d'une grande quantité de boues et le coût élevé du traitement des boues; le processus de réaction nécessite un contrôle précis de la valeur du pH et du dosage des réactifs,sinon cela affectera l'effet de suppression de la duretéLes eaux usées traitées peuvent retenir une certaine quantité de carbonate de sodium, ce qui entraîne une augmentation de l'alcalinité de l'eau.
1. méthode de précipitation des phosphates
La méthode de précipitation du phosphate consiste à ajouter du phosphate aux eaux usées pour réagir avec les ions calcium et magnésium pour former des précipitations insolubles de calcium et de phosphate de magnésium.le tripolyphosphate de sodium (Na 5 P O 10) réagit avec les ions calcium pour former des précipités insolubles de phosphate de calciumCette méthode a une grande efficacité d'élimination de la dureté et un bon effet de traitement sur les eaux usées de faible dureté.pouvant entraîner une eutrophisation des masses d'eau, et le prix relativement élevé des agents phosphorés augmente les coûts de traitement.
(2) Méthode d'échange d'ions
La méthode d'échange ionique utilise des ions échangeables sur des résines d'échange ionique pour échanger avec des ions calcium et magnésium dans les eaux usées.La résine acide acide à échange de cations est un échangeur d'ions couramment utilisé., et son processus d' échange est le suivant:
2R - SO_ {3}H + Ca^{2 + } flèche droite (R - SO_ {3}) _ {2}Ca + 2H^{+}
2R - SO_ {3}H + Mg^{2 + } flèche droite (R - SO_ {3}) _ {2}Mg + 2H^{+}
Lorsque les ions échangeables sur la résine sont saturés d'ions calcium et magnésium,il est nécessaire d'utiliser des acides (comme l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique) pour la régénération afin de rétablir la capacité d'échange de la résineLes avantages de la méthode d'échange d'ions sont un bon effet d'élimination de la dureté, une qualité d'effluent stable et la capacité de répondre à des exigences plus élevées en matière de qualité de l'eau.L'équipement occupe une surface relativement petite et est relativement facile à utiliserCependant, cette méthode présente les inconvénients d'un prix élevé de la résine et d'une grande quantité d'eaux usées acides et alcalines générées pendant le processus de régénération, qui doivent être correctement traitées.Sinon, cela provoquera une pollution secondaire.; la résine a des exigences élevées pour la qualité de l'eau d'entrée, et les impuretés telles que les solides en suspension et les matières organiques dans les eaux usées peuvent facilement provoquer un blocage de la résine et un empoisonnement,affectant sa durée de vie et autres problèmes.
(3) Méthode de séparation par membrane
1. Osmose inverse (RO)
L'osmose inverse est une technologie qui sépare les solutes et les solvants dans une solution à travers une membrane semi-perméable sous pression.1 à 1 nm), qui peut intercepter efficacement les ions calcium et magnésium et éliminer la dureté des eaux usées.les molécules d'eau traversent la membrane d'osmose inverse sous pressionLa méthode d'osmose inverse est très efficace pour éliminer la dureté.et la dureté de l'effluent peut être réduite à un niveau très basIl est adapté aux occasions où une eau de qualité extrêmement élevée est requise, comme l'eau de l'industrie électronique, l'eau d'alimentation de la chaudière, etc.Mais ses inconvénients sont une pression de fonctionnement élevée et une consommation d'énergie élevéeLes composants de membrane sont coûteux et facilement contaminés par la matière organique, les microorganismes et autres polluants dans les eaux usées, ce qui nécessite un nettoyage et un remplacement réguliers.entraînant des coûts de maintenance élevésEn attendant, le processus d'osmose inverse génère une certaine quantité d'eau concentrée, et le traitement de l'eau concentrée est également un défi.
2. Nanofiltration (NF)
La taille des pores de la membrane de nanofiltration est comprise entre la membrane d'osmose inverse et la membrane d'ultrafiltration (environ 1-10 nm),et a un taux de rétention élevé d'ions divalents (tels que les ions calcium et magnésium), tandis que le taux de rétention des ions monovalents (tels que les ions sodium et chlorure) est relativement faible.qui réduit la consommation d'énergie par rapport à l'osmose inverseLa nanofiltration permet non seulement d'éliminer efficacement les ions de dureté, mais aussi partiellement la matière organique et les ions de métaux lourds.Les membranes de nanofiltration présentent également le problème de la contamination facile et nécessitent un prétraitement strict de l'eau entranteEn outre, la durée de vie et l'effet d'élimination de la dureté des membranes de nanofiltration sont fortement affectés par des facteurs tels que la qualité de l'eau et les conditions de fonctionnement.
(4) Méthode d'adsorption
La méthode d'adsorption consiste à utiliser des sites actifs sur la surface des adsorbants pour adsorber et éliminer les ions calcium et magnésium.,etc. Par exemple, la zéolite a une structure poreuse et des performances d'échange ionique uniques, et ses cations échangeables peuvent subir une adsorption d'échange avec des ions calcium et magnésium dans les eaux usées.La méthode d'adsorption est simple à utiliser et a un certain effet de traitement sur les eaux usées de faible dureté de concentration.En outre, certains adsorbants peuvent être réutilisés par régénération.ce qui entraîne une faible efficacité de traitement des eaux usées à haute concentration de dureté; Le processus de régénération des adsorbants est relativement complexe et l'effet de régénération est instable, ce qui peut affecter la durée de vie et l'effet d'élimination de la dureté des adsorbants.
(5) Autres méthodes
1Méthode de dialyse électronique
L'électrodialyse utilise la perméabilité sélective et l'effet de champ électrique des membranes d'échange ionique pour induire une migration directionnelle des ions dans l'eau,en éliminant ainsi la dureté des eaux uséesLors de l'électrodialyse, les membranes d'échange de cations ne permettent que le passage des cations, tandis que les membranes d'échange d'anions ne permettent que le passage des anions.Les ions calcium et magnésium dans les eaux usées migrent vers l'électrode négative à travers les membranes d'échange de cationsLa méthode d'électrodialyse pour éliminer la dureté ne nécessite pas l'ajout d'agents chimiques et ne produit pas de boues,rendre le processus d'exploitation relativement écologiqueCependant, cette méthode nécessite un investissement important dans l'équipement, consomme de l'énergie électrique pendant le fonctionnement et impose des exigences élevées pour la qualité de l'eau d'entrée,nécessitant un prétraitement strict pour éviter l'encrassement de la membrane.
2. Méthode microbienne
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 wastewaterPar exemple, certains micro-organismes peuvent augmenter la valeur du pH de l'environnement en sécrétant des substances alcalines, ce qui favorise la précipitation d'ions calcium et magnésium;Groupes fonctionnels dans les polymères extracellulaires microbiens, tels que les groupes carboxyle et hydroxyle, peuvent également subir une complexation et une adsorption avec des ions calcium et magnésium.Les méthodes microbiennes présentent les avantages d'un faible coût de traitement et d'une protection de l'environnement, mais le processus de traitement est lent et fortement affecté par les conditions de croissance microbienne telles que la température, la valeur du pH, l'oxygène dissous, etc.Il existe encore certaines limites dans les applications pratiques.
4、 Comparaison et sélection des différentes méthodes d'élimination de la dureté
Les différentes méthodes d'élimination de la dureté des eaux usées ont leurs propres avantages et inconvénients, et leur applicabilité varie également.Il est nécessaire d'examiner de manière exhaustive des facteurs tels que les caractéristiques de la qualité de l'eau des eaux usées (tels que la dureté, la concentration en ions, d'autres composants polluants, etc.), l'échelle de traitement, le coût du traitement, les exigences de qualité des effluents et les exigences en matière de protection de l'environnement, et choisir les méthodes appropriées pour éliminer la dureté.Pour les eaux usées de dureté élevéeLa précipitation chimique peut être une méthode plus économique et efficace; pour un traitement à petite échelle nécessitant une qualité de l'eau élevée, les méthodes d'échange ionique ou d'osmose inverse sont plus appropriées;Pour les eaux usées à faible dureté de concentration sensibles au coûtEn outre, dans de nombreux cas, les méthodes d'absorption ou les méthodes microbiennes peuvent avoir un certain potentiel d'application.une combinaison de plusieurs méthodes pour éliminer la dureté peut être utilisée pour tirer pleinement parti des avantages de chaque méthode, améliorer l'effet d'élimination et réduire les coûts de transformation.
5、 Conclusion et perspectives
La technologie d'élimination de la dureté des eaux usées est d'une grande importance pour assurer la production industrielle, réaliser le recyclage des ressources en eau et protéger l'environnement écologique.Actuellement, diverses méthodes d'élimination de la dureté, telles que la précipitation chimique, l'échange ionique, la séparation par membrane, l'adsorption, etc., ont été largement utilisées dans l'ingénierie pratique,mais chaque méthode a certaines limitesLa tendance à l'avenir du développement de la technologie de durcissement des eaux usées comprend principalement les aspects suivants:Les nouveaux agents de durcissement et les matériaux d'adsorption économiques permettent d'améliorer l'efficacité du durcissement, réduire les coûts de traitement et la pollution secondaire; le second est de renforcer la recherche et le développement de matériaux à membrane, d'améliorer les performances antipollution, le taux de rétention,et durée de vie des membranesLa troisième est de mener des recherches approfondies sur le mécanisme d'élimination de la dureté microbienne, d'optimiser les processus de traitement microbien,et améliorer leur stabilité et l'efficacité du traitementLe quatrième est d'explorer le processus d'application conjointe de plusieurs méthodes pour éliminer la dureté, obtenir des avantages complémentaires et améliorer l'effet global du traitement.Grâce à l'innovation technologique continue et à l'optimisation des processus, la technologie de déshydratation des eaux usées jouera un rôle plus important dans l'utilisation durable des ressources en eau et la protection de l'environnement.
