abstrak
Dengan terus meningkatnya produksi industri dan pembuangan air limbah rumah tangga, ion kekerasan dalam air limbah memiliki dampak serius pada lingkungan dan proses pengolahan berikutnya.Artikel ini secara sistematis menjelaskan prinsip-prinsip dasar pengurangan air limbah, menganalisis secara rinci karakteristik teknis, ruang lingkup aplikasi, dan masalah yang ada dari berbagai metode penguras air seperti presipitasi kimia, pertukaran ion, pemisahan membran,dan adsorpsi, dan berharap tren pengembangan teknologi penguras air limbah di masa depan,yang bertujuan untuk memberikan referensi teoritis untuk optimalisasi dan inovasi teknologi proses penguras air limbah.
1、 Pambuka
Kekerasan air limbah terutama disebabkan oleh adanya ion kalsium dan magnesium (dalam bentuk garam seperti kalsium karbonat, magnesium karbonat, kalsium sulfat, magnesium sulfat, dll.).Dalam produksi industri, air limbah kekerasan tinggi dapat menyebabkan skala peralatan, mengurangi efisiensi pertukaran panas, meningkatkan konsumsi energi dan bahkan menyebabkan kegagalan peralatan;Dalam proses pengolahan dan penggunaan kembali air limbah rumah tangga, air keras dapat mempengaruhi efek mencuci dan mengurangi kenyamanan air rumah tangga.pembuangan air limbah yang mengandung sejumlah besar ion kekerasan juga dapat berdampak buruk pada keseimbangan ekologi badan air alamiOleh karena itu, menghilangkan ion kekerasan dari air limbah secara efektif sangat penting untuk operasi produksi industri yang stabil, daur ulang sumber daya air,dan perlindungan lingkungan ekologi.
2、 Prinsip Dehidrasi Air Limbah
Kekerasan dalam air limbah biasanya dibagi menjadi kekerasan sementara dan kekerasan permanen. kekerasan sementara terutama terdiri dari garam bikarbonat kalsium dan magnesium,yang dapat terurai menjadi kalsium karbonat dan magnesium hidroksida precipitates dan dihapus dengan pemanasanKekerasan permanen terdiri dari sulfat, klorida, dll kalsium dan magnesium, yang perlu dihilangkan dengan metode kimia, fisik, atau fisik-kimia.Prinsip dasar penguras air limbah terutama didasarkan pada reaksi curah hujan, pertukaran ion, penembusan membran selektif, adsorpsi, dll.Reaksi presipitasi adalah penggunaan agen kimia tertentu untuk bereaksi dengan ion kalsium dan magnesium untuk menghasilkan presipitasi yang tidak larut, sehingga memisahkannya dari air limbah; Metode pertukaran ion adalah penggunaan resin pertukaran ion untuk bertukar ion kalsium dan magnesium dalam air dan menempelkannya pada resin;Metode pemisahan membran didasarkan pada perbedaan kemampuan retensi membran untuk ion yang berbeda untuk mencapai pemisahan ion kekerasan dari airPrinsip adsorpsi adalah untuk menghilangkan ion kalsium dan magnesium dengan adsorpsi melalui situs aktif di permukaan adsorbent.
3、 Metode untuk menghilangkan kekerasan dari air limbah
(1) Metode precipitasi kimia
1Metode soda kapur
Metode soda kapur adalah salah satu metode precipitasi kimia yang paling umum digunakan untuk menghilangkan kekerasan.Kapur pertama bereaksi dengan ion bikarbonat dalam air untuk membentuk precipitat kalsium karbonat, sedangkan ion magnesium diubah menjadi precipitat magnesium hidroksida. abu soda selanjutnya bereaksi dengan ion kalsium dalam air untuk membentuk precipitat kalsium karbonat. proses reaksi adalah sebagai berikut:
Ca ((HCO_{3}) _{2}+Ca ((OH) _{2} anak panah kanan 2CaCO_{3} anak panah bawah +2H_ {2}O
Mg ((HCO_{3}) _{2}+2Ca(OH) _{2} anak panah kanan 2CaCO_{3} anak panah bawah +Mg(OH) _{2} anak panah bawah +2H_ {2}O
CaSO_{4}+Na_ {2}CO_ {3}panah kanan CaCO_{3}panah ke bawah +Na_ {2}SO_ {4}
Keuntungan dari metode ini adalah biaya pengolahan yang rendah, berbagai sumber kimia, dan efek pengolahan yang signifikan pada air limbah kekerasan konsentrasi tinggi.Tapi kekurangan juga cukup jelas, seperti produksi sejumlah besar lumpur dan biaya tinggi pengolahan lumpur; Proses reaksi membutuhkan kontrol yang tepat dari nilai pH dan dosis reagen,Jika tidak, itu akan mempengaruhi efek penghapusan kekerasan; Air limbah yang diolah dapat mempertahankan sejumlah natrium karbonat, yang menyebabkan peningkatan alkalinitas air.
1Metode precipitasi fosfat
Metode precipitasi fosfat melibatkan penambahan fosfat ke air limbah untuk bereaksi dengan ion kalsium dan magnesium untuk membentuk kalsium dan magnesium fosfat yang tidak larut.natrium tripolyphosphate (Na 5 P O 10) bereaksi dengan ion kalsium untuk membentuk precipitates kalsium fosfat yang tidak larutMetode ini memiliki efisiensi penghapusan kekerasan yang tinggi dan efek pengolahan yang baik pada air limbah kekerasan konsentrasi rendah.yang dapat menyebabkan eutrofiasi badan air, dan harga agen fosfat yang relatif tinggi meningkatkan biaya perawatan.
(2) Metode pertukaran ion
Metode pertukaran ion menggunakan ion yang dapat dipertukarkan pada resin pertukaran ion untuk bertukar dengan ion kalsium dan magnesium di air limbah.Resin pertukaran kation asam yang kuat (seperti resin asam sulfonik) adalah penukar ion yang umum digunakan, dan proses pertukaran adalah sebagai berikut:
2R - SO_ {3}H + Ca^{2 + }mata panah kanan (R - SO_{3}) _ {2}Ca + 2H^{+}
2R - SO_ {3}H + Mg^{2 + }mata panah kanan (R - SO_ {3}) _ {2}Mg + 2H^{+}
Ketika ion pertukaran pada resin jenuh dengan ion kalsium dan magnesium,perlu menggunakan asam (seperti asam klorida dan asam sulfat) untuk regenerasi untuk mengembalikan kapasitas pertukaran resinKeuntungan dari metode pertukaran ion adalah efek penghapusan kekerasan yang baik, kualitas limbah yang stabil, dan kemampuan untuk memenuhi persyaratan kualitas air yang lebih tinggi;Peralatan ini menempati area yang relatif kecil dan relatif mudah digunakanNamun, metode ini memiliki kelemahan harga resin yang tinggi dan sejumlah besar air limbah asam dan alkali yang dihasilkan selama proses regenerasi, yang perlu diolah dengan benar.Jika tidak, itu akan menyebabkan polusi sekunder.Resin memiliki persyaratan yang tinggi untuk kualitas air masuk, dan kotoran seperti zat padat tersuspensi dan zat organik dalam air limbah dapat dengan mudah menyebabkan penyumbatan resin dan keracunan,mempengaruhi masa pakai dan masalah lainnya.
(3) Metode pemisahan membran
1. Reverse osmosis (RO)
Reverse osmosis adalah teknologi yang memisahkan zat terlarut dan pelarut dalam larutan melalui membran semi permeable di bawah tekanan.1-1nm), yang dapat secara efektif mencegat ion kalsium dan magnesium dan mencapai penghapusan kekerasan air limbah.molekul air melewati membran reverse osmosis di bawah tekananMetode reverse osmosis memiliki efisiensi tinggi dalam menghilangkan kekerasan,dan kekerasan limbah dapat dikurangi ke tingkat yang sangat rendahIni cocok untuk acara yang membutuhkan kualitas air yang sangat tinggi, seperti air industri elektronik, air pakan boiler, dll.Tapi kekurangannya adalah tekanan operasi yang tinggi dan konsumsi energi yang tinggi; Komponen membran mahal dan mudah terkontaminasi oleh zat organik, mikroorganisme, dan polutan lainnya di air limbah, yang membutuhkan pembersihan dan penggantian yang teratur,mengakibatkan biaya pemeliharaan yang tinggiSementara itu, proses reverse osmosis menghasilkan sejumlah air pekat, dan pengolahan air pekat juga merupakan tantangan.
2. Nanofiltrasi (NF)
Ukuran pori membran nanofiltrasi adalah antara membran reverse osmosis dan membran ultrafiltrasi (sekitar 1-10nm),dan memiliki tingkat retensi yang tinggi untuk ion divalen (seperti ion kalsium dan magnesium), sedangkan tingkat retensi ion monovalent (seperti ion natrium dan klorida) relatif rendah.yang mengurangi konsumsi energi dibandingkan dengan reverse osmosisNanofiltrasi tidak hanya dapat secara efektif menghilangkan ion kekerasan, tetapi juga sebagian menghilangkan zat organik dan ion logam berat.membran nanofiltrasi juga memiliki masalah mudah kontaminasi dan memerlukan pra-pengolahan yang ketat dari air masukSelain itu, umur layanan dan efek penghapusan kekerasan membran nanofiltrasi sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti kualitas air dan kondisi operasi.
(4) Metode adsorpsi
Metode adsorpsi adalah penggunaan situs aktif di permukaan adsorben untuk menyerap dan menghilangkan ion kalsium dan magnesium.,Misalnya, zeolite memiliki struktur pori yang unik dan kinerja pertukaran ion, dan kation yang dapat ditukar dapat mengalami adsorpsi pertukaran dengan ion kalsium dan magnesium di air limbah.Metode adsorpsi mudah dioperasikan dan memiliki efek pengolahan tertentu pada air limbah kekerasan konsentrasi rendahSelain itu, beberapa adsorbent dapat digunakan kembali melalui regenerasi.yang mengakibatkan efisiensi pengolahan yang buruk untuk air limbah kekerasan konsentrasi tinggiProses regenerasi adsorben relatif kompleks, dan efek regenerasi tidak stabil, yang dapat mempengaruhi umur layanan dan efek penghapusan kekerasan adsorben.
(5) Metode lain
1Metode elektrodialisis
Elektrodialisis memanfaatkan permeabilitas selektif dan efek medan listrik membran pertukaran ion untuk menginduksi migrasi ion ke arah air,Dengan demikian mencapai penghapusan kekerasan dari air limbahSelama elektrodialisis, membran pertukaran kation hanya memungkinkan kation untuk melewati, sementara membran pertukaran anion hanya memungkinkan anion untuk melewati.ion kalsium dan magnesium di air limbah bermigrasi ke elektroda negatif melalui membran pertukaran kationMetode elektrodialisis untuk menghilangkan kekerasan tidak memerlukan penambahan agen kimia dan tidak menghasilkan lumpur,membuat proses operasi relatif ramah lingkunganNamun, metode ini membutuhkan investasi besar dalam peralatan, mengkonsumsi energi listrik selama operasi, dan memiliki persyaratan yang tinggi untuk kualitas air masuk,membutuhkan pra-pengolahan yang ketat untuk mencegah membrane fouling.
2Metode Mikrobial
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 wastewaterSebagai contoh, beberapa mikroorganisme dapat meningkatkan nilai pH lingkungan sekitarnya dengan mengeluarkan zat alkali, yang mempromosikan presipitasi ion kalsium dan magnesium;Kelompok fungsional dalam polimer ekstraseluler mikroba, seperti gugus karboksil dan hidroksil, juga dapat mengalami kompleksasi dan adsorpsi dengan ion kalsium dan magnesium.Metode mikroba memiliki keuntungan biaya perawatan yang rendah dan ramah lingkungan, tetapi proses pengolahan lambat dan sangat dipengaruhi oleh kondisi pertumbuhan mikroba seperti suhu, nilai pH, oksigen terlarut, dll.masih ada beberapa keterbatasan dalam aplikasi praktis.
4、 Perbandingan dan pemilihan metode yang berbeda untuk menghilangkan kekerasan
Metode yang berbeda untuk menghilangkan kekerasan dari air limbah memiliki keuntungan dan kekurangan mereka sendiri, dan penerapannya juga bervariasi.perlu untuk secara komprehensif mempertimbangkan faktor-faktor seperti karakteristik kualitas air limbah (seperti kekerasan konsentrasi ion, komponen polutan lainnya, dll), skala pengolahan, biaya pengolahan, persyaratan kualitas limbah, dan persyaratan perlindungan lingkungan, dan memilih metode yang tepat untuk menghilangkan kekerasan.Untuk air limbah dengan konsentrasi kekerasan tinggiUntuk pengolahan skala kecil yang membutuhkan kualitas air yang tinggi, metode pertukaran ion atau reverse osmosis lebih cocok;Untuk air limbah konsentrasi keras rendah yang sensitif terhadap biaya, metode adsorpsi atau mikrobial dapat memiliki potensi aplikasi tertentu.kombinasi dari beberapa metode untuk menghilangkan kekerasan dapat digunakan untuk sepenuhnya memanfaatkan keuntungan dari setiap metode, meningkatkan efek penghapusan, dan mengurangi biaya pengolahan.
5、 Kesimpulan dan Prospek
Teknologi penghapusan kekerasan dari air limbah sangat penting untuk memastikan produksi industri, mewujudkan daur ulang sumber daya air, dan melindungi lingkungan ekologis.Saat ini, berbagai metode untuk menghilangkan kekerasan, seperti precipitasi kimia, pertukaran ion, pemisahan membran, adsorpsi, dll, telah banyak digunakan dalam teknik praktis,tapi setiap metode memiliki keterbatasan tertentuPada masa depan, tren pengembangan teknologi pengeras air limbah terutama mencakup aspek-aspek berikut:dan bahan pengeras baru yang ekonomis dan bahan adsorpsi untuk meningkatkan efisiensi pengeras, mengurangi biaya perawatan dan polusi sekunder; yang kedua adalah untuk memperkuat penelitian dan pengembangan bahan membran, meningkatkan kinerja anti polusi, tingkat retensi,dan masa pakai membran, dan mengurangi biaya operasi teknologi pemisahan membran; Ketiga adalah untuk melakukan penelitian mendalam tentang mekanisme penghapusan kekerasan mikroba, mengoptimalkan proses pengolahan mikroba,dan meningkatkan stabilitas dan efisiensi pengobatan; yang keempat adalah untuk mengeksplorasi proses aplikasi bersama dari beberapa metode untuk menghilangkan kekerasan, mencapai keuntungan komplementer, dan meningkatkan efek perawatan secara keseluruhan.Melalui inovasi teknologi dan optimasi proses yang berkelanjutan, teknologi penguras air limbah akan memainkan peran yang lebih penting dalam penggunaan sumber daya air yang berkelanjutan dan perlindungan lingkungan di masa depan.
