近年、高圧逆浸透膜技術を使用して工業用濃縮塩水をさらに濃縮し、減容することがゼロ排出塩水処理の主流となっています。-しかし、スケーリングは、逆浸透膜システムで流入する水の高濃度と体積削減の制限要因の 1 つとなっています。-この主な理由は、逆浸透膜システムに流入する水の高濃度プロセス中に、カルシウム、マグネシウム、バリウム、ストロンチウムなどの二価陽イオンが、炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩、フッ化物、可溶性シリカなどのスケールしやすいイオンとともに逆浸透膜システムの濃縮側に蓄積し、過飽和状態に達し、沈殿物が形成されるためです。スケーリング。これにより、膜の汚れ、作動圧力の上昇、膜流束の回復の困難、さらには深刻な場合には膜表面の分離層の損傷が生じ、システムの機能不全や不安定化を引き起こします。
したがって、濃縮塩水の信頼性が高く効率的な軟化および硬化除去プロセスは、工業用濃縮塩水膜の濃縮および減容プロセスにおいて不可欠かつ重要なステップです。
1. 化学的軟化の反応機構
硬度が異なる原水の場合、一般的に次のような対策が可能です。
(1) 低硬度の原水の場合、流入水の pH と温度を調整するか、物理的方法を使用してスケールの形成を抑制し、難溶性塩の溶解度を改善します。
(2) 中低硬度の原水の場合、スケール防止剤を使用できますが、これらは特定の範囲内でのみ効果があります。つまり、ランゲリル指数 (LSI) は 0 ～ 1.8 でなければなりません。
(3) -硬度の高い原水の場合、スケール形成イオンを除去するためにイオン交換と化学的沈殿が必要です-。
大量の高硬度の濃縮ブラインの場合、カルシウムやマグネシウムなどの陽イオンによるイオン交換軟化処理を使用すると、大量の再生剤が必要となり、結果的に運転コストが高くなり、二次汚染が発生します。{0}一般に、最も経済的な処理プロセスには、化学的軟化剤 (水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウムなど) を添加して水の pH を上げ、濃縮塩水中のカルシウムおよびマグネシウム イオンと反応させて炭酸カルシウムや水酸化マグネシウムなどの沈殿物を形成することが含まれます。化学的軟化の反応メカニズムは次のとおりです。
Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓
Ca2+ + OH- + HCO3- → CaCO3 ↓ + H2O
Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2 ↓
式中、「↓」は沈殿物、すなわち懸濁固体が形成されたことを示す。石灰と液体アルカリは、反応に必要な水酸化物イオンを提供します。水中の炭酸イオンが不十分な場合は、ソーダ灰を加えて炭酸イオンを補うことができます。
SiO2 + 2Mg(OH)2↓ → Mg2SiO4↓ + 2H2O
シリカ除去反応はより複雑ですが、水中のシリカと軟化反応で生成される水酸化マグネシウムとの共沈反応として単純に理解できます。{0}}その後、濾過や清澄などの方法で固液分離を行い、シリカを除去します。
濃縮塩水中のフッ化物、バリウム、ストロンチウムのイオンも、逆浸透膜にスケールを発生させる危険性があります。化学的軟化反応の pH 条件下では、これらの重金属イオンは同時に対応する不溶性沈殿物 (フッ化カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ストロンチウムなど) を形成し、その後濾過によって除去されます。
2. 化学添加剤の選択
石灰（ソーダ灰を含む）または液体アルカリとソーダ灰はどちらも、濃縮ブライン硬化の軟化剤として使用できます。反応の目的は、水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンをそれぞれの不溶性物質に変換し、濾過によって除去すると同時にバリウム、ストロンチウム、シリカなどを除去することです。石灰は液体アルカリよりも安価で容易に入手できますが、スラッジの量が増加し、より多くのカルシウムイオンが導入されるため、反応して沈殿させるには同量の炭酸塩が必要になります。
水中の重炭酸塩+炭酸塩の既存の濃度が石灰によって導入されたカルシウムイオンを沈殿させるのに不十分な場合は、ソーダ灰を別途添加する必要がありますが、ソーダ灰は非常に高価です。液体アルカリを加えてもカルシウムイオンは導入されません。ただし、水中の重炭酸イオン+炭酸イオンの濃度がカルシウムイオンの濃度よりも著しく高い場合は、アルカリ度が過剰になることを考慮する必要があります。これにより、軟化した透過水の pH を中性に戻す必要があるときに酸が過剰に消費され、逆浸透膜処理後の透過水の導電率が基準を満たさなくなるリスクがあります。
要約すると、ほとんどの水質条件 (重炭酸イオン + 炭酸イオンの濃度がカルシウム イオンの濃度より高い) では、石灰 + 液体アルカリを軟化剤として使用する方が経済的で合理的です。原水の硬度が高くアルカリ度が低い場合は、液体アルカリのみを添加するのが最適です。原水のアルカリ度が極めて高い場合には、石灰のみを添加する方が経済的で合理的です。
マグネシウム塩の添加は、シリコンを除去することを目的としています。軟化反応により水酸化マグネシウムが生成され、同時に吸着と化学反応により水中でシリカと不溶性の共沈殿物が形成されます。-。利用可能なマグネシウム塩には、酸化マグネシウムおよび塩化マグネシウムが含まれます。酸化マグネシウムは一般に安価で容易に入手できますが、取り扱いが難しく、反応が遅く、一定の温度が必要です。塩化マグネシウムは比較的高価ですが、溶けやすく水溶液にすることができるため取り扱いが便利で、反応も早いです。ほとんどの場合、濃縮塩水中のマグネシウムイオンはシリカを沈殿させるのに十分ですが、特殊な水源では、シリカを除去するために十分な量のマグネシウム塩と液体アルカリを添加する必要があります。
3. 化学的柔軟効果
製薬廃水の軟化を例にとると、原水は嫌気性生物処理後の廃水であり、ディスクチューブ逆浸透（DTRO）プロセスを使用して濃縮する必要があります。この水は総硬度と総アルカリ度が高く、シリカ含有量が低いです。 DTRO の高濃度および減容処理中に濃縮水側でのカルシウムおよびマグネシウム イオンのスケーリングを回避するには、硬度を除去するために化学的軟化が必要です。-
製薬廃水の特性を考慮し、化学的柔軟剤として液体アルカリ（30％水酸化ナトリウム水溶液）を選択しています。その理由は次のとおりです。原水の総硬度は 1100-1500 mg/L で、カルシウムの硬度がマグネシウムの硬度を上回っていますが、総アルカリ度は 2300 ～ 2500 mg/L です。アルカリ性条件下では、原水中の重炭酸イオンと炭酸イオンが水中のすべてのカルシウムイオンと反応して炭酸カルシウム沈殿物を形成し、カルシウムの硬度を完全に除去します。同時に、すべてのマグネシウムイオンがアルカリ溶液中の過剰な水酸化物イオンと反応して水酸化マグネシウム沈殿物を生成し、共沈反応で水から一部のシリカを運び、マグネシウム硬度と一部のシリカを除去します。
軟化前後のデータに基づいて、化学的軟化は原水からの総硬度の 97% の除去率を達成し、軟化製品水の硬度は 100 mg/L 未満であり、DTRO 膜装置の濃縮および減容処理プロセスにおける流入水の硬度の要件を満たしていることがわかります。
工業用濃縮塩水膜の濃縮・減容処理において、化学的軟化処理は高効率かつ経済的で実用的な硬度除去処理技術です。