हाल के वर्षों में, औद्योगिक संकेंद्रित नमकीन पानी की अधिक सांद्रता और मात्रा में कमी के लिए उच्च दबाव रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली प्रौद्योगिकी का उपयोग शून्य निर्वहन नमकीन पानी उपचार में मुख्य धारा बन गया है। हालाँकि, स्केलिंग रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली प्रणालियों में आने वाले पानी की उच्च सांद्रता और मात्रा में कमी के लिए सीमित कारकों में से एक बन गई है। इसका मुख्य कारण यह है कि रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली प्रणाली में आने वाले पानी की उच्च सांद्रता प्रक्रिया के दौरान, कैल्शियम, मैग्नीशियम, बेरियम और स्ट्रोंटियम जैसे द्विसंयोजक धनायन, कार्बोनेट, सल्फेट, फॉस्फेट, फ्लोराइड और घुलनशील सिलिका जैसे आसानी से स्केलिंग आयनों के साथ, रिवर्स ऑस्मोसिस प्रणाली के सांद्रण पक्ष पर जमा हो जाते हैं, सुपरसैचुरेटेड अवस्था में पहुंच जाते हैं, अवक्षेप और स्केलिंग बनाते हैं। इससे झिल्ली खराब हो जाती है, परिचालन दबाव बढ़ जाता है, झिल्ली प्रवाह को बहाल करने में कठिनाई होती है, और गंभीर मामलों में, झिल्ली सतह पृथक्करण परत को नुकसान होता है, जिससे सिस्टम खराब हो जाता है और अस्थिर हो जाता है।
इसलिए, केंद्रित नमकीन पानी के लिए एक विश्वसनीय और कुशल नरमी और सख्त हटाने की प्रक्रिया औद्योगिक केंद्रित नमकीन झिल्ली एकाग्रता और मात्रा में कमी की प्रक्रिया में एक आवश्यक और महत्वपूर्ण कदम है।
1. रासायनिक मृदुकरण की प्रतिक्रिया तंत्र
विभिन्न कठोरता के कच्चे पानी के लिए, आमतौर पर निम्नलिखित उपाय किए जा सकते हैं:
(1) कम कठोरता वाले कच्चे पानी के लिए, पीएच और प्रभाव के तापमान को समायोजित करें या पैमाने के गठन को रोकने और कम घुलनशील नमक की घुलनशीलता में सुधार करने के लिए भौतिक तरीकों का उपयोग करें;
(2) मध्यम - कम कठोरता वाले कच्चे पानी के लिए, स्केल अवरोधकों का उपयोग किया जा सकता है, लेकिन ये केवल एक निश्चित सीमा के भीतर ही प्रभावी होते हैं, यानी, लैंगरिल इंडेक्स (एलएसआई) 0 और 1.8 के बीच होना चाहिए;
(3) उच्च कठोरता वाले कच्चे पानी के लिए, पैमाने बनाने वाले आयनों को हटाने के लिए आयन विनिमय और रासायनिक अवक्षेपण आवश्यक हैं।
उच्च {{0}कठोरता वाले केंद्रित नमकीन पानी की बड़ी मात्रा के लिए, कैल्शियम और मैग्नीशियम जैसे धनायनों के साथ आयन एक्सचेंज सॉफ्टनिंग का उपयोग करने के लिए बड़ी मात्रा में पुनर्जनन एजेंटों की आवश्यकता होगी, जिसके परिणामस्वरूप उच्च परिचालन लागत और द्वितीयक प्रदूषण होगा। आम तौर पर, सबसे किफायती उपचार प्रक्रिया में पानी के पीएच को बढ़ाने के लिए रासायनिक नरम एजेंटों (सोडियम हाइड्रॉक्साइड, कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड, सोडियम कार्बोनेट, आदि) को जोड़ना, केंद्रित नमकीन पानी में कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों के साथ प्रतिक्रिया करके कैल्शियम कार्बोनेट और मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड जैसे अवक्षेप शामिल होते हैं। रासायनिक मृदुकरण की प्रतिक्रिया तंत्र इस प्रकार है:
Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓
Ca2+ + OH- + HCO3- → CaCO3 ↓ + H2O
Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2 ↓
सूत्रों में, "↓" इंगित करता है कि एक अवक्षेप बन गया है, अर्थात, एक निलंबित ठोस। चूना और तरल क्षार प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक हाइड्रॉक्साइड आयन प्रदान कर सकते हैं; यदि पानी में कार्बोनेट आयन अपर्याप्त हैं, तो कार्बोनेट आयनों की पूर्ति के लिए सोडा ऐश मिलाया जा सकता है।
SiO2 + 2Mg(OH)2↓ → Mg2SiO4↓ + 2H2O
सिलिका हटाने की प्रतिक्रिया अधिक जटिल है, लेकिन इसे आसानी से पानी में सिलिका और नरम प्रतिक्रिया में उत्पन्न मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड के बीच सह-अवक्षेपण प्रतिक्रिया के रूप में समझा जा सकता है। फिर, सिलिका को हटाने के लिए निस्पंदन और स्पष्टीकरण जैसी विधियों के माध्यम से ठोस तरल पृथक्करण प्राप्त किया जाता है।
संकेंद्रित नमकीन पानी में फ्लोराइड, बेरियम और स्ट्रोंटियम आयन भी रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली पर स्केलिंग का खतरा पैदा करते हैं। रासायनिक नरमी प्रतिक्रिया की पीएच स्थितियों के तहत, ये भारी धातु आयन एक साथ संबंधित अघुलनशील अवक्षेप (कैल्शियम फ्लोराइड, बेरियम सल्फेट, स्ट्रोंटियम सल्फेट, आदि) बनाएंगे, जिन्हें बाद में निस्पंदन द्वारा हटा दिया जाता है।
2. रासायनिक योजकों का चयन
चूना (सोडा ऐश के साथ) या सोडा ऐश के साथ तरल क्षार दोनों का उपयोग केंद्रित नमकीन पानी को सख्त करने के लिए नरम एजेंट के रूप में किया जा सकता है। प्रतिक्रिया का उद्देश्य पानी में कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों को उनके संबंधित अघुलनशील पदार्थों में परिवर्तित करना है, जिन्हें बाद में निस्पंदन द्वारा हटा दिया जाता है, साथ ही बेरियम, स्ट्रोंटियम, सिलिका आदि को हटा दिया जाता है। चूना सस्ता है और तरल क्षार की तुलना में अधिक आसानी से उपलब्ध है, लेकिन यह कीचड़ की मात्रा बढ़ाता है और अधिक कैल्शियम आयनों का परिचय देता है, इस प्रकार प्रतिक्रिया करने और अवक्षेपित करने के लिए बराबर मात्रा में कार्बोनेट की आवश्यकता होती है।
यदि पानी में बाइकार्बोनेट + कार्बोनेट की मौजूदा सांद्रता चूने द्वारा पेश किए गए कैल्शियम आयनों को अवक्षेपित करने के लिए अपर्याप्त है, तो सोडा ऐश को अलग से जोड़ा जाना चाहिए, लेकिन सोडा ऐश बहुत महंगा है। तरल क्षार मिलाने से कैल्शियम आयन नहीं आएंगे। हालाँकि, यह विचार करना आवश्यक है कि यदि पानी में बाइकार्बोनेट + कार्बोनेट आयनों की सांद्रता कैल्शियम आयन सांद्रता से काफी अधिक है, तो अतिरिक्त क्षारीयता होगी। इससे एसिड की अत्यधिक खपत हो जाएगी जब नरम पर्मेट के पीएच को वापस तटस्थ में समायोजित करने की आवश्यकता होगी, और एक जोखिम है कि रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली उपचार के बाद पर्मेट की चालकता मानकों को पूरा नहीं करेगी।
संक्षेप में, अधिकांश जल गुणवत्ता स्थितियों में (जहां बाइकार्बोनेट + कार्बोनेट आयनों की सांद्रता कैल्शियम आयन सांद्रता से अधिक है), नरम एजेंट के रूप में चूने + तरल क्षार का उपयोग करना अधिक किफायती और उचित है। जब कच्चे पानी में कठोरता अधिक लेकिन क्षारीयता कम हो, तो केवल तरल क्षार मिलाना इष्टतम होता है। जब कच्चे पानी में क्षारीयता अत्यधिक हो तो केवल चूना मिलाना अधिक किफायती और उचित होता है।
मैग्नीशियम लवण मिलाने का उद्देश्य सिलिकॉन को हटाना है। मृदुकरण प्रतिक्रिया से मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड उत्पन्न होता है, जो एक साथ सोखने और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से पानी में सिलिका के साथ अघुलनशील सह अवक्षेपित होता है। उपलब्ध मैग्नीशियम लवण में मैग्नीशियम ऑक्साइड और मैग्नीशियम क्लोराइड शामिल हैं। मैग्नीशियम ऑक्साइड आम तौर पर सस्ता और आसानी से उपलब्ध है, लेकिन इसे संभालना मुश्किल है, यह धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है और इसके लिए एक निश्चित तापमान की आवश्यकता होती है। मैग्नीशियम क्लोराइड अपेक्षाकृत अधिक महंगा है, लेकिन यह आसानी से घुलनशील है और इसे जलीय घोल में बनाया जा सकता है, जिससे इसे संभालना सुविधाजनक हो जाता है और यह तेजी से प्रतिक्रिया करता है। ज्यादातर मामलों में, संकेंद्रित नमकीन पानी में मैग्नीशियम आयन सिलिका को अवक्षेपित करने के लिए पर्याप्त होते हैं, लेकिन विशेष जल स्रोतों में, सिलिका को हटाने के लिए पर्याप्त मैग्नीशियम लवण और तरल क्षार मिलाने की आवश्यकता होती है।
3. रासायनिक नरमी प्रभाव
एक उदाहरण के रूप में फार्मास्युटिकल अपशिष्ट जल के नरम होने को लेते हुए, कच्चा पानी अवायवीय जैविक उपचार के बाद अपशिष्ट जल है और इसे डिस्क ट्यूब रिवर्स ऑस्मोसिस (डीटीआरओ) प्रक्रिया का उपयोग करके केंद्रित करने की आवश्यकता होती है। पानी में कुल कठोरता और कुल क्षारीयता अधिक है, और सिलिका सामग्री कम है। डीटीआरओ की उच्च सांद्रता और मात्रा में कमी के उपचार के दौरान संकेंद्रित जल पक्ष पर कैल्शियम और मैग्नीशियम आयन स्केलिंग से बचने के लिए, कठोरता को दूर करने के लिए रासायनिक नरमी की आवश्यकता होती है।
फार्मास्युटिकल अपशिष्ट जल की विशेषताओं के आधार पर, तरल क्षार (30% सोडियम हाइड्रॉक्साइड समाधान) को रासायनिक नरम एजेंट के रूप में चुना जाता है। कारण इस प्रकार हैं: कच्चे पानी की कुल कठोरता 1100 - 1500 मिलीग्राम/लीटर है, जिसमें कैल्शियम कठोरता मैग्नीशियम कठोरता से अधिक है, जबकि कुल क्षारीयता 2300-2500 मिलीग्राम/लीटर है। क्षारीय परिस्थितियों में, कच्चे पानी में बाइकार्बोनेट और कार्बोनेट आयन पानी में सभी कैल्शियम आयनों के साथ प्रतिक्रिया करके कैल्शियम कार्बोनेट अवक्षेप बनाने के लिए पर्याप्त होते हैं, जिससे कैल्शियम की कठोरता पूरी तरह से दूर हो जाती है। इसके साथ ही, सभी मैग्नीशियम आयन क्षार समाधान में अतिरिक्त हाइड्रॉक्साइड आयनों के साथ प्रतिक्रिया करके मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड अवक्षेप उत्पन्न करते हैं, और सह-वर्षा प्रतिक्रिया में पानी से कुछ सिलिका ले जाते हैं, इस प्रकार मैग्नीशियम कठोरता और कुछ सिलिका हटा देते हैं।
नरम करने से पहले और बाद के आंकड़ों के आधार पर, यह देखा जा सकता है कि रासायनिक नरमी कच्चे पानी से कुल कठोरता को हटाने की 97% दर प्राप्त करती है, और नरम उत्पाद पानी की कठोरता 100 मिलीग्राम/लीटर से कम है, जो डीटीआरओ झिल्ली उपकरण की एकाग्रता और मात्रा में कमी उपचार प्रक्रिया में आने वाली पानी की कठोरता की आवश्यकताओं को पूरा करती है।
औद्योगिक केंद्रित नमकीन झिल्ली सांद्रता और मात्रा में कमी उपचार में, कठोरता को हटाने के लिए रासायनिक नरमी एक अत्यधिक कुशल, किफायती और व्यावहारिक उपचार तकनीक है।