अधिक नमक वाले पानी में "कठोरता" मुख्य रूप से कैल्शियम (Ca²⁺), मैग्नीशियम (Mg²⁺), स्ट्रोंटियम (Sr²⁺), और बेरियम (Ba²⁺) जैसे स्केलिंग धनायनों को संदर्भित करती है। यदि उपचार से पहले नहीं हटाया गया, तो ये धनायन बाद की उच्च सांद्रता प्रक्रिया के दौरान कैल्शियम सल्फेट, कैल्शियम कार्बोनेट और मैग्नीशियम सिलिकेट जैसी कठोर स्केल परतें बनाएंगे। ये झिल्ली छिद्रों को बंद कर सकते हैं, झिल्ली तत्वों को नुकसान पहुंचा सकते हैं, या बाष्पीकरणकर्ता की हीट एक्सचेंज ट्यूबों से चिपक सकते हैं, जिससे गर्मी हस्तांतरण दक्षता काफी कम हो जाती है और सफाई आवृत्ति और परिचालन लागत बढ़ जाती है।
आमतौर पर उपयोग की जाने वाली और अत्यधिक प्रभावी पूर्व-उपचार नरमी और कठोरता हटाने की कई प्रक्रियाएं निम्नलिखित हैं:
1. रासायनिक वर्षा मृदुकरण
यह सबसे क्लासिक और व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया है। इसका मुख्य सिद्धांत कठोरता वाले आयनों को बेहद कम घुलनशीलता वाले अवक्षेप में परिवर्तित करने के लिए रसायनों को जोड़ना है, जिसे बाद में अवसादन या निस्पंदन द्वारा अलग किया जाता है।
ए) चूना {{0}सोडा ऐश प्रक्रिया: यह उच्च कठोरता वाले अपशिष्ट जल के उपचार के लिए पसंदीदा तरीका है, खासकर जब कैल्शियम कठोरता अधिक होती है और मैग्नीशियम कठोरता कम होती है।
प्रतिक्रिया दो{0}}चरणीय प्रक्रिया है:
कैल्सीफिकेशन हटाना: सबसे पहले, पानी में कैल्शियम बाइकार्बोनेट को कैल्शियम कार्बोनेट अवक्षेप में परिवर्तित करने के लिए चूना (Ca(OH)₂) मिलाया जाता है। Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
गैर {{0}कार्बोनेट कठोरता: फिर, पानी में गैर {{1}कार्बोनेट कैल्शियम और मैग्नीशियम कठोरता के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए सोडा ऐश (Na₂CO₃) मिलाया जाता है।
CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + Na₂SO₄
MgSO₄ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + CaSO₄ (परिणामस्वरूप CaSO₄ फिर सोडा ऐश के साथ प्रतिक्रिया करता है)।
विशेषताएं: चूने के डीकैल्सीफिकेशन के लिए इष्टतम पीएच आम तौर पर 9.5-10.5 है; उन्नत मैग्नीशियम हटाने के लिए, पीएच को 10.5-11.0 या इससे भी अधिक तक बढ़ाने की आवश्यकता है, क्योंकि मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड की वर्षा के लिए उच्च क्षारीयता की आवश्यकता होती है। सैद्धांतिक रूप से, कैल्शियम सांद्रता को 30-40 mg/L (CaCO₃ के रूप में मापा जाता है) और मैग्नीशियम सांद्रता को 10 mg/L से कम किया जा सकता है।
लाभ: कम अभिकर्मक लागत (चूना और सोडा ऐश सस्ती हैं), परिपक्व तकनीक और उच्च उपचार क्षमता।
नुकसान: बड़ी मात्रा में रासायनिक कीचड़ (उपचारित पानी की मात्रा का लगभग 1-3%) उत्पन्न करता है, जिसके लिए अतिरिक्त कीचड़ निर्जलीकरण इकाइयों की आवश्यकता होती है; पीएच बढ़ाने से पानी में कुल घुलनशील ठोस (टीडीएस) बढ़ जाता है।
बी) सोडियम हाइड्रॉक्साइड {{0}सोडा ऐश विधि: यह विधि चूने के बजाय तरल कास्टिक सोडा (NaOH) का उपयोग करती है और उच्च मैग्नीशियम कठोरता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है या जब अतिरिक्त कैल्शियम आयनों का परिचय अवांछनीय है।
सिद्धांत:
Mg²⁺ + 2NaOH → Mg(OH)₂↓ + 2Na⁺
Ca²⁺ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2Na⁺
विशेषताएं: चूना विधि की तुलना में, उत्पादित कीचड़ की मात्रा लगभग 30-50% कम है। चूँकि कोई कैल्शियम आयन पेश नहीं किया जाता है, कीचड़ मुख्य रूप से Mg(OH)₂ और CaCO₃ से बना होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक शुद्ध कीचड़ होता है।
लागत: NaOH की लागत चूने की तुलना में काफी अधिक है, जिसके परिणामस्वरूप परिचालन लागत अधिक होती है। इस विधि का उपयोग आमतौर पर छोटे से मध्यम पानी की मात्रा के लिए किया जाता है या जहां उच्च कीचड़ गुणवत्ता महत्वपूर्ण होती है।
संचालन: चूना खुराक प्रणालियों के लिए आवश्यक पीसने और तैयारी उपकरण की आवश्यकता नहीं होती है, जिसके परिणामस्वरूप एक स्वच्छ संचालन वातावरण प्राप्त होता है।
ग) सह - अवक्षेपण (कौयगुलांट एड्स का योग)
वर्षा दक्षता और प्रवाह गुणवत्ता में सुधार करने के लिए, रासायनिक वर्षा प्रक्रिया के दौरान आम तौर पर थोड़ी मात्रा में फ्लोकुलेंट (जैसे पीएएम) और कौयगुलांट सहायता (जैसे फेरिक क्लोराइड FeCl₃) जोड़ा जाता है। यह अपशिष्ट मैलापन को 10 एनटीयू से कम कर सकता है, जिससे बाद की निस्पंदन इकाइयों पर भार कम हो सकता है।
2. आयन विनिमय विधि
यद्यपि रासायनिक अवक्षेपण लागत प्रभावी है, फिर भी इसके प्रवाह की अवशिष्ट कठोरता रिवर्स ऑस्मोसिस (आरओ) जैसी संवेदनशील झिल्ली प्रणालियों के लिए बहुत अधिक हो सकती है। आयन एक्सचेंज का उपयोग गहरी कठोरता को हटाने के लिए पॉलिशिंग प्रक्रिया के रूप में किया जा सकता है।
मजबूत एसिड कटियन एक्सचेंज रेजिन का उपयोग करके, सोडियम आयन (Na⁺) पानी में कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों की जगह लेते हैं।
2R-Na + Ca²⁺ → R₂-Ca + 2Na⁺
विशेषताएं: उत्कृष्ट प्रवाह गुणवत्ता, अवशिष्ट कठोरता को स्थिर रूप से नियंत्रित किया जाता है<1 mg/L (as CaCO₃), perfectly meeting the feed water requirements of RO membranes (generally <1-2 mg/L). After the resin reaches saturation, it needs to be regenerated with a 5-10% NaCl solution (brine), which produces high-hardness waste brine.
अनुप्रयोग परिदृश्य: नैनोफिल्ट्रेशन का उपयोग आम तौर पर केवल उच्च लवणता वाले अपशिष्ट जल को प्राथमिक रूप से नरम करने के लिए नहीं किया जाता है क्योंकि कच्चे पानी की उच्च लवणता (उच्च टीडीएस) राल पर विनिमय स्थलों के लिए कठोरता आयनों के साथ प्रतिस्पर्धा करती है, जिसके परिणामस्वरूप राल क्षमता में तेज गिरावट, बार-बार पुनर्जनन और खराब आर्थिक दक्षता होती है। यह रासायनिक वर्षा पूर्व उपचार के बाद माध्यमिक गहरी नरमी के लिए अधिक उपयुक्त है।
3. झिल्ली नैनोफिल्ट्रेशन
नैनोफिल्ट्रेशन रिवर्स ऑस्मोसिस और अल्ट्राफिल्ट्रेशन के बीच एक झिल्ली तकनीक है। इसका अनोखा चार्ज और छानने का प्रभाव इसे मृदुकरण क्षेत्र में विशिष्ट लाभ देता है।
Nanofiltration membranes have a high rejection rate (>द्विसंयोजक आयनों (जैसे Ca⁺, Mg⁺, और SO₄²⁻) के लिए 95-98%), जबकि मोनोवैलेंट आयनों (जैसे Na⁺ और Cl⁻) के लिए अस्वीकृति दर कम (20-80%) है।
विशेषताएं: कैल्शियम सल्फेट (CaSO₄) के लिए सैद्धांतिक निष्कासन दर 99.8% तक पहुंच सकती है, जो प्रभावी रूप से सल्फेट स्केल के गठन को रोकती है। ऑपरेटिंग दबाव आम तौर पर 5-15 बार होता है, जो आरओ झिल्ली की तुलना में बहुत कम है, जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत कम ऊर्जा खपत होती है।
लाभ: भौतिक प्रक्रिया, किसी अभिकर्मक की आवश्यकता नहीं, कोई रासायनिक कीचड़ उत्पन्न नहीं; एक साथ कुछ कार्बनिक पदार्थ और रंग हटा सकता है।
नुकसान: झिल्ली की गंदगी को रोकने के लिए अच्छे प्रीट्रीटमेंट (जैसे अल्ट्राफिल्ट्रेशन (यूएफ)) पर आधारित होना चाहिए; उच्च कठोरता के साथ एक संकेंद्रित घोल (झाड़ी का पानी) उत्पन्न करता है, जिसके लिए बाद के उपचार की आवश्यकता होती है; और इसकी निवेश लागत अधिक है।
अनुप्रयोग: उच्च सल्फेट कठोरता और उच्च कार्बनिक सामग्री के साथ उच्च लवणता वाले पानी के पूर्व {{0}उपचार के लिए विशेष रूप से उपयुक्त।
4. ट्यूबलर माइक्रोफिल्ट्रेशन (टीएमएफ)
कठोरता वाले आयनों को अघुलनशील अवक्षेपों (जैसे CaCO₃ और Mg(OH)₂) में परिवर्तित करने के लिए रासायनिक अवक्षेपण प्रतिक्रिया (जैसे कि चूना -सोडा प्रक्रिया) का उपयोग करता है। हालाँकि, बाद में कीचड़ को अलग करने का कदम अब गुरुत्वाकर्षण के निपटान पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि इसे ट्यूबलर माइक्रोफिल्ट्रेशन झिल्ली की उच्च दक्षता निस्पंदन के माध्यम से पूरा किया जाता है।
रासायनिक प्रतिक्रिया इकाई: अपशिष्ट जल को पूरी तरह मिश्रित किया जाता है और एक प्रतिक्रिया टैंक या रिएक्टर में नरम करने वाले एजेंटों (जैसे चूना, सोडा ऐश और NaOH) के साथ प्रतिक्रिया की जाती है, जिससे माइक्रोन - या यहां तक कि नैनोमीटर - आकार के अवक्षेपण कण बनते हैं।
झिल्ली पृथक्करण इकाई: अवक्षेपण -समृद्ध प्रतिक्रिया प्रवाह सीधे ट्यूबलर माइक्रोफिल्ट्रेशन झिल्ली प्रणाली में प्रवेश करता है। झिल्ली की दीवार में माइक्रोप्रोर्स (आमतौर पर 0.1-0.2 माइक्रोमीटर) केवल पानी और घुले हुए नमक को गुजरने की अनुमति देते हैं, जबकि सभी अवक्षेपित कणों, निलंबित पदार्थ, कोलाइड और अधिकांश बैक्टीरिया और वायरस को पूरी तरह से रोकते हैं, जिससे गंदे पानी को तुरंत और कुशल रूप से अलग किया जा सकता है।
झिल्ली मॉड्यूल: इसमें कई समानांतर ट्यूबलर झिल्ली होती हैं, आमतौर पर 5-12 मिमी व्यास, एक आंतरिक समर्थन और सतह पर एक फिल्टर परत के साथ। यह बड़े व्यास वाला डिज़ाइन संदूषण और टूट-फूट के प्रति असाधारण प्रतिरोध प्रदान करता है।
परिसंचरण पंप: झिल्ली के आर-पार क्रॉस-प्रवाह वेग प्रदान करता है (आमतौर पर 3-4.5 मीटर/सेकेंड)। यह उच्च प्रवाह दर झिल्ली की सतह को सख्ती से फ्लश करती है, प्रभावी ढंग से गंदगी और रुकावट को रोकती है।
परिचालन मोड: उच्च ठोस सांद्रता (1-3% तक) बनाए रखने के लिए एक परिसंचारी निस्पंदन प्रणाली का उपयोग किया जाता है, जिसमें सांद्रण लगातार रिएक्टर में वापस घूमता रहता है। पर्मेट (उत्पाद पानी) लगातार डिस्चार्ज होता रहता है। जब रिएक्टर में कीचड़ की सघनता एक निश्चित स्तर (उदाहरण के लिए, 2.5-3%) तक पहुंच जाती है, तो केंद्रित कीचड़ का एक हिस्सा स्वचालित रूप से निकल जाता है।
लाभ: उत्कृष्ट और स्थिर प्रवाह गुणवत्ता, लगातार कम मैलापन के साथ<0.2 NTU and an SDI15 value of <3 (typically <1).
न्यूनतम मात्रा के साथ उच्च कीचड़ सांद्रता: टीएमएफ प्रणाली 2.5%-3.5% (वजन के अनुसार) की एकाग्रता पर कीचड़ का निर्वहन करती है। कीचड़ की मात्रा में 60% से अधिक की कमी से बाद की कीचड़ डीवाटरिंग इकाइयों (उदाहरण के लिए, सेंट्रीफ्यूज और प्लेट और फ्रेम फिल्टर प्रेस के लिए रासायनिक और बिजली की खपत) का भार और लागत काफी कम हो जाती है।
कॉम्पैक्ट फ़ुटप्रिंट और मॉड्यूलर डिज़ाइन भारी अवसादन टैंक और मल्टीमीडिया फ़िल्टर की आवश्यकता को खत्म कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप एक अत्यधिक एकीकृत प्रणाली बनती है जो फ़ुटप्रिंट को 50% -70% तक कम कर सकती है।
नुकसान: उच्च क्रॉस वेग प्रवाह प्रदान करने के लिए एक परिसंचारी पंप की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत उच्च सिस्टम बिजली की खपत होती है (हालांकि यह कीचड़ उपचार लागत में कमी से आंशिक रूप से ऑफसेट होता है)। झिल्ली तत्वों को नियमित रासायनिक सफाई (सीआईपी) की आवश्यकता होती है, आमतौर पर अकार्बनिक पैमाने को हटाने के लिए एसिड वॉश (उदाहरण के लिए, साइट्रिक एसिड) और कार्बनिक संदूषकों को हटाने के लिए क्षारीय वॉश (उदाहरण के लिए, NaOH) के साथ। उच्च गुणवत्ता वाली ट्यूबलर झिल्लियाँ, उचित रखरखाव के साथ, 5-7 साल तक चल सकती हैं।