導入
工業用ゼロ排出および廃水資源回収業界の関係者は、逆浸透濃縮物がシステム全体の中で最も困難な部分であることを知っています。{0}逆浸透膜による濃縮後、カルシウムとマグネシウムの硬度、シリカ、総塩分、アルカリ度がすべて倍加され、その結果、水の組成が複雑になり、スケールが発生する傾向が強くなります。前処理が不十分であると、後続の膜システムのスケーリングや汚れ、蒸発器効率の低下、結晶化システムの異常動作を容易に引き起こす可能性があります。デュアル-アルカリ法は、逆浸透濃縮物の深部硬度除去の主流技術であり、硬度とシリカの相乗制御を達成できます。炭化ケイ素セラミック膜による分離の強化と組み合わせることで、排水の安定性とシステムの信頼性をさらに向上させることができます。
I. 逆浸透原液の硬度と特性に関する基礎知識
総硬度とは、水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの総濃度を指し、スケールのリスクと膜システムの動作安定性を評価するための中心的な指標です。
その組成に基づいて、硬度は 2 つの主なカテゴリに分類できます。1 つは炭酸塩硬度であり、一時硬度とも呼ばれ、主に重炭酸カルシウムと重炭酸マグネシウムの形で存在します。加熱沸騰させて硬さを析出させ除去することができます。
もう 1 つは非炭酸塩硬度であり、永久硬度とも呼ばれ、硫酸塩と塩化物の形で存在します。これは加熱によって除去することはできず、化学沈殿、イオン交換、または膜法によって効果的に除去する必要があります。
逆浸透濃縮液の場合、その特性は明らかです。逆浸透システムは、塩分、硬度、ケイ酸塩を捕捉し、濃縮する効果があります。濃縮物側のイオン濃度は通常 3 ～ 8 倍に濃縮され、TDS は通常 10,000 ～ 60,000 mg/L の間であり、高い動作条件下では 100,000 mg/L 以上に達します。総硬度は500～3,000mg/Lを安定して維持しており、シリカやアルカリ度も高く、ラングリエ飽和指数や硫酸スケール指数も基準を大きく上回っています。このような水質の最大の問題点は、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、硫酸カルシウム、ケイ酸塩などの不溶性スケールが生成しやすく、膜表面や配管内壁、蒸発器熱交換管壁などに付着することです。これにより、膜流束の低下、膜間差圧の上昇、熱交換効率の低下、結晶化した塩の品質の低下が引き起こされます。これは、ゼロ放電システムの長期稼働を制限する重要な問題点です。-{16}}
II.デュアル-アルカリ沈殿技術の紹介
平たく言えば、デュアルアルカリ法は、水酸化カルシウムと炭酸ナトリウムを段階的に添加する化学沈殿プロセスです。{0}これは現在、高硬度、高シリカ、高アルカリ度の逆浸透濃縮液に最も適用可能で経済的な前処理技術です。
1. プロセスの反応原理
(1) 水酸化カルシウム (Ca(OH)2) の添加は、主にアルカリ度を調整し、マグネシウムとシリカを除去し、水の重炭酸アルカリ度を下げるのに役立ちます。マグネシウムの除去とアルカリ度の低下の反応方程式:
シリコン除去の化学反応式 (高 pH 条件下):
石灰を加えて水のpHを11.0以上に上げると、マグネシウムイオンが水酸化マグネシウムの沈殿物に変換されます。同時に、強アルカリ条件下で水中に溶解したシリカをケイ酸イオンに変換し、水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオンと結合して不溶性のケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムの沈殿を形成し、効率よくケイ素を除去します。同時に、重炭酸イオンが中和され、アルカリ度のベースラインが低下し、その後の硬度とシリカスケールのリスクが低下します。
(2) 炭酸ナトリウム (Na₂CO₃) を添加すると、炭酸ナトリウムは主に水からカルシウムイオンを除去し、処理が困難な非炭酸塩硬度を除去するために使用されます。--カルシウム硬度除去反応式：
炭酸イオンとカルシウムイオンの結合を利用して炭酸カルシウム結晶析出物を形成することにより、残留カルシウム硬度がさらに低減され、総合硬度が許容範囲内に安定的に制御される。
2. 技術的な利点と従来の欠点
デュアル アルカリ法には、試薬がすぐに入手できること、運用コストが低いこと、大規模な連続処理を実行できることなど、大きな利点があります。-硬化、アルカリ還元、脱シリコンを同時に完了でき、高塩分および高アルカリの水質影響に対する強い耐性を備えているため、逆浸透濃縮液などの極端な条件に非常に適しています。-
しかし、従来のデュアルアルカリ法には明らかな欠点もあります。反応で生成される炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、ケイ酸塩の凝集塊は粒子サイズが細かいため、自然沈降速度が遅くなり、従来の沈殿槽では固液分離が不完全になります。-流出液の濁度と懸濁物質は比較的高く、微細な結晶粒子がフィルターユニットに容易に浸透する可能性があり、依然として下流の膜と蒸発器にスケール付着のリスクをもたらします。さらに、硬化と脱シリコンは競合阻害を示すため、通常の沈降プロセスでは両方の指標を同時に最適化することが困難になります。
Ⅲ．デュアル-アルカリ法 + 炭化ケイ素セラミック膜カップリングプロセスの紹介
従来のデュアルアルカリ法の欠点に対処するために、デュアルアルカリ法と炭化ケイ素セラミック限外濾過膜を組み合わせたプロセスが登場し、濃縮物の前処理に二重の保護を提供します。{{1}全体的なプロセス パス:
プロセス全体には明確なロジックがあります。フロント エンドはデュアル アルカリ法に依存して化学反応を完了し、カルシウムとマグネシウムのイオンとケイ化物を固体の沈殿物に変換します。{0}バックエンドは炭化ケイ素セラミック膜を利用して高精度の保持を実現しており、従来の高密度沈殿タンクやマルチメディアろ過プロセスに代わるものです。{{1}{2}}
炭化ケイ素セラミック膜にはナノスケールの細孔があり、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、ケイ酸塩のマイクロフロック、コロイド、浮遊粒子状物質を完全に保持でき、高圧膜や蒸発結晶化装置の厳しい流入要件を完全に満たします。{0}{1}
このプロセスの利点は次のとおりです。
1. 安定した信頼性の高い動作: 炭化ケイ素セラミック膜は過酷な動作条件に耐性があり、汚れがつきにくく、目詰まりしにくいです。必要な清掃頻度が低く、長期間の運用でも大幅なパフォーマンスの低下がないため、継続的で安定した運用が可能になり、ダウンタイムの影響が軽減されます。-
2. 優れた経済効率: デュアルアルカリ法は試薬コストが低く、炭化ケイ素セラミック膜は長寿命で頻繁な交換の必要がなく、逆洗水の消費量も少なく、長期のメンテナンスコストも制御可能です。-
3. 幅広い適応性: さまざまな業界や逆浸透濃縮濃縮液の濃度に適応し、濃縮液の再利用とゼロ排出の前処理要件の両方を満たします。-
4. シンプルで簡単な実装プロセス: プロセスが簡素化され、設置面積が小さく、単一ユニットに統合でき、高度に自動化され、保守が容易で、専門チームがなくても安定して動作できます。
5. グリーンで環境に優しい：汚泥の生成が少なく、包括的に利用され、二次汚染がなく、濃縮物の品質向上と再利用が可能になり、企業の節水と汚染の削減、資源リサイクルの実現に役立ちます。
アルカリ法 + 炭化ケイ素セラミック限外濾過膜の結合プロセスは、デュアルアルカリ法の経済効率と耐衝撃性の利点を維持しながら、炭化ケイ素セラミック膜を活用して従来のプロセスの欠点に対処します。{1}プロセス フローを短縮し、スペースを節約し、手作業によるメンテナンスを減らすだけでなく、さらに重要なことに、スケール形成物質を発生源で完全に阻止し、流出液の硬度とシリコン含有量を安定して制御し、下流の膜システムと蒸発器でのスケールや汚れのリスクを大幅に軽減し、装置の動作サイクルを延長し、試薬の消費量とダウンタイムのメンテナンス コストを削減します。{3}}これは、逆浸透濃縮物のゼロ排出前処理として成熟した推奨プロセスとなっています。-
