öz
Endüstriyel üretimin ve evsel atık su deşarjının sürekli artmasıyla birlikte, atık sudaki sertlik iyonları çevre ve sonraki arıtma süreçleri üzerinde ciddi bir etkiye sahiptir. Bu makale, atık su arıtımının temel ilkelerini sistematik olarak açıklamaktadır, kimyasal çöktürme, iyon değişimi, membran ayırma ve adsorpsiyon gibi çeşitli arıtma yöntemlerinin teknik özelliklerini, uygulama alanlarını ve mevcut sorunlarını ayrıntılı olarak analiz etmekte ve atık su arıtma teknolojisinin gelecekteki gelişim trendini öngörmektedir. Amaç, atık su arıtma süreçlerinin optimizasyonu ve teknolojik yeniliği için teorik bir referans sağlamaktır.
1、 Giriş
Atık suyun sertliği esas olarak suda kalsiyum ve magnezyum iyonlarının (kalsiyum karbonat, magnezyum karbonat, kalsiyum sülfat, magnezyum sülfat gibi tuzlar şeklinde) bulunmasından kaynaklanır. Endüstriyel üretimde, yüksek sertlikteki atık su, ekipmanlarda kireçlenmeye neden olabilir, ısı değişim verimliliğini düşürebilir, enerji tüketimini artırabilir ve hatta ekipman arızalarına yol açabilir; Evsel atık su arıtma ve yeniden kullanım sürecinde, sert su yıkama etkisini etkileyebilir ve evsel suyun konforunu azaltabilir. Ayrıca, büyük miktarda sertlik iyonu içeren atık suyun deşarjı, doğal su kütlelerinin ekolojik dengesi üzerinde de olumsuz etkilere sahip olabilir. Bu nedenle, atık sudan sertlik iyonlarının etkili bir şekilde uzaklaştırılması, endüstriyel üretimin istikrarlı çalışması, su kaynaklarının geri dönüşümü ve ekolojik çevrenin korunması için büyük önem taşımaktadır.
2、 Atık Su Arıtma Prensibi
Atık sudaki sertlik genellikle geçici sertlik ve kalıcı sertlik olarak ikiye ayrılır. Geçici sertlik esas olarak kalsiyum ve magnezyumun bikarbonat tuzlarından oluşur ve ısıtma ile kalsiyum karbonat ve magnezyum hidroksit çökeltilerine ayrışabilir ve uzaklaştırılabilir; Kalıcı sertlik, kalsiyum ve magnezyumun sülfatları, klorürleri vb. bileşiklerinden oluşur ve kimyasal, fiziksel veya fizikokimyasal yöntemlerle uzaklaştırılması gerekir. Atık su arıtımının temel prensipleri esas olarak çöktürme reaksiyonu, iyon değişimi, seçici membran geçirgenliği, adsorpsiyon vb. üzerine kuruludur. Çöktürme reaksiyonu, kalsiyum ve magnezyum iyonları ile reaksiyona girmek ve onları atık sudan ayırmak için belirli kimyasal maddelerin kullanılmasıdır; İyon değişimi yöntemi, sudaki kalsiyum ve magnezyum iyonlarını değiştirmek ve onları reçine üzerinde sabitlemek için iyon değişim reçinesinin kullanılmasıdır; Membran ayırma yöntemi, sertlik iyonlarının sudan ayrılmasını sağlamak için farklı iyonlar için membran tutma yeteneğindeki farklılıklara dayanır; Adsorpsiyon prensibi, adsorbanın yüzeyindeki aktif bölgeler aracılığıyla kalsiyum ve magnezyum iyonlarını adsorbe ederek uzaklaştırmaktır.
3、 Atık Sudan Sertliği Giderme Yöntemleri
（1） Kimyasal çöktürme yöntemi
1. Kireç soda külü yöntemi
Kireç soda külü yöntemi, sertliği gidermek için en sık kullanılan kimyasal çöktürme yöntemlerinden biridir. Bu yöntem, atık suya kireç (Ca (OH) ₂) ve soda külü (Na ₂ CO3) eklemeyi içerir. Kireç önce sudaki bikarbonat iyonları ile reaksiyona girerek kalsiyum karbonat çökeltisi oluştururken, magnezyum iyonları magnezyum hidroksit çökeltisine dönüşür. Soda külü daha sonra sudaki kalsiyum iyonları ile reaksiyona girerek kalsiyum karbonat çökeltisi oluşturur. Reaksiyon süreci aşağıdaki gibidir:
Ca(HCO_{3})_{2}+Ca(OH)_{2}rightarrow 2CaCO_{3}downarrow +2H_ {2}O
Mg(HCO_{3})_{2}+2Ca(OH)_{2}rightarrow 2CaCO_{3}downarrow +Mg(OH)_{2}downarrow +2H_ {2}O
CaSO_{4}+Na_ {2}CO_ {3}rightarrow CaCO_{3}downarrow +Na_ {2}SO_ {4}
Bu yöntemin avantajları düşük arıtma maliyeti, geniş kimyasal kaynak yelpazesi ve yüksek konsantrasyonlu sertlikteki atık su üzerinde önemli bir arıtma etkisidir. Ancak dezavantajları da oldukça belirgindir, örneğin büyük miktarda çamur üretimi ve çamur arıtımının yüksek maliyeti; Reaksiyon süreci, pH değerinin ve reaktiflerin dozajının hassas kontrolünü gerektirir, aksi takdirde sertlik giderme etkisini etkileyecektir; Arıtılmış atık su, belirli miktarda sodyum karbonat tutabilir ve bu da su alkalinitesinde artışa yol açar.
1. Fosfat çöktürme yöntemi
Fosfat çöktürme yöntemi, kalsiyum ve magnezyum iyonları ile reaksiyona girmek ve çözünmeyen kalsiyum ve magnezyum fosfat çökeltileri oluşturmak için atık suya fosfat eklemeyi içerir. Örneğin, sodyum trifosfat (Na ₅ P ∝ O ₁₀), çözünmeyen kalsiyum fosfat çökeltileri oluşturmak için kalsiyum iyonları ile reaksiyona girer. Bu yöntemin sertlik giderme verimliliği yüksektir ve düşük konsantrasyonlu sertlikteki atık su üzerinde iyi bir arıtma etkisi vardır. Ancak, bu yöntem büyük miktarda fosfor elementi getirir, bu da su kütlelerinin ötrofikasyonuna yol açabilir ve fosfat ajanlarının nispeten yüksek fiyatı arıtma maliyetlerini artırır.
（2） İyon değişimi yöntemi
İyon değişimi yöntemi, atık sudaki kalsiyum ve magnezyum iyonları ile değiş tokuş yapmak için iyon değişim reçinelerindeki değiştirilebilir iyonları kullanır. Güçlü asidik katyon değişim reçinesi (sülfonik asit reçinesi gibi) yaygın olarak kullanılan bir iyon değiştiricidir ve değişim süreci aşağıdaki gibidir:
2R - SO_ {3}H + Ca^{2 + }rightarrow (R - SO_{3})_ {2}Ca + 2H^{+}
2R - SO_ {3}H + Mg^{2 + }rightarrow (R - SO_{3})_ {2}Mg + 2H^{+}
Reçinedeki değiştirilebilir iyonlar kalsiyum ve magnezyum iyonları ile doyduğunda, reçinenin değişim kapasitesini geri kazanmak için asitlerin (hidroklorik asit ve sülfürik asit gibi) kullanılması gerekir. İyon değişimi yönteminin avantajları, iyi sertlik giderme etkisi, kararlı atık su kalitesi ve daha yüksek su kalitesi gereksinimlerini karşılama yeteneğidir; Ekipman nispeten küçük bir alan kaplar ve çalıştırılması nispeten kolaydır. Ancak, bu yöntemin dezavantajları, yüksek reçine fiyatları ve rejenerasyon işlemi sırasında üretilen büyük miktarda asidik ve alkali atık sudur, bunların uygun şekilde arıtılması gerekir, aksi takdirde ikincil kirliliğe neden olacaktır; Reçine, gelen suyun kalitesi için yüksek gereksinimlere sahiptir ve atık sudaki askıda katı maddeler ve organik madde gibi safsızlıklar, reçine tıkanmasına ve zehirlenmesine kolayca neden olarak hizmet ömrünü ve diğer sorunları etkileyebilir.
（3） Membran ayırma yöntemi
1. Ters ozmoz (RO)
Ters ozmoz, bir çözeltideki çözünen maddeleri ve çözücüleri basınç altında yarı geçirgen bir membran aracılığıyla ayıran bir teknolojidir. Ters ozmoz membranının gözenek boyutu çok küçüktür (yaklaşık 0,1-1nm), bu da kalsiyum ve magnezyum iyonlarını etkili bir şekilde engelleyebilir ve atık su sertliğinin giderilmesini sağlayabilir. Sertliği giderme işleminde, su molekülleri basınç altında ters ozmoz membranından geçerken, sertlik iyonları engellenir ve düşük sertlikte su üretilir. Ters ozmoz yöntemi, sertliği gidermede yüksek verimliliğe sahiptir ve atık suyun sertliği çok düşük bir seviyeye düşürülebilir. Elektronik endüstrisi suyu, kazan besleme suyu vb. gibi son derece yüksek su kalitesi gerektiren durumlar için uygundur. Ancak dezavantajları yüksek çalışma basıncı ve yüksek enerji tüketimidir; Membran bileşenleri pahalıdır ve atık sudaki organik madde, mikroorganizmalar ve diğer kirleticiler tarafından kolayca kontamine olur, düzenli temizlik ve değiştirme gerektirir, bu da yüksek bakım maliyetlerine yol açar; Bu arada, ters ozmoz işlemi belirli miktarda konsantre su üretir ve konsantre suyun arıtılması da bir zorluktur.
2. Nanofiltrasyon (NF)
Nanofiltrasyon membranının gözenek boyutu, ters ozmoz membranı ve ultrafiltrasyon membranı arasındadır (yaklaşık 1-10nm) ve iki değerlikli iyonlar (kalsiyum ve magnezyum iyonları gibi) için yüksek bir tutma oranına sahipken, tek değerlikli iyonlar (sodyum ve klorür iyonları gibi) için tutma oranı nispeten düşüktür. Nanofiltrasyon işlemi, ters ozmoza kıyasla enerji tüketimini azaltan daha düşük basınçlarda çalışabilir. Nanofiltrasyon sadece sertlik iyonlarını etkili bir şekilde gidermekle kalmaz, aynı zamanda organik madde ve ağır metal iyonlarını da kısmen giderir. Ancak, nanofiltrasyon membranları da kolay kontaminasyon sorununa sahiptir ve gelen suyun sıkı bir ön arıtımını gerektirir; Ayrıca, nanofiltrasyon membranlarının hizmet ömrü ve sertlik giderme etkisi, su kalitesi ve çalışma koşulları gibi faktörlerden büyük ölçüde etkilenir.
（4） Adsorpsiyon yöntemi
Adsorpsiyon yöntemi, kalsiyum ve magnezyum iyonlarını adsorbe etmek ve gidermek için adsorbanların yüzeyindeki aktif bölgelerin kullanılmasıdır. Yaygın adsorbanlar arasında aktif karbon, zeolit, bentonit, metal oksitler vb. bulunur. Örneğin, zeolit benzersiz bir gözenek yapısına ve iyon değişim performansına sahiptir ve değiştirilebilir katyonları, atık sudaki kalsiyum ve magnezyum iyonları ile değişim adsorpsiyonuna uğrayabilir. Adsorpsiyon yönteminin çalıştırılması basittir ve düşük konsantrasyonlu sertlikteki atık su üzerinde belirli bir arıtma etkisine sahiptir. Ayrıca, bazı adsorbanlar rejenerasyon yoluyla yeniden kullanılabilir. Ancak, adsorbanın adsorpsiyon kapasitesi sınırlıdır, bu da yüksek konsantrasyonlu sertlikteki atık su için zayıf arıtma verimliliği ile sonuçlanır; Adsorbanların rejenerasyon işlemi nispeten karmaşıktır ve rejenerasyon etkisi kararsızdır, bu da adsorbanların hizmet ömrünü ve sertlik giderme etkisini etkileyebilir.
（5） Diğer yöntemler
1. Elektrodiyaliz yöntemi
Elektrodiyaliz, atık sudan sertliği gidermek için iyon değişim membranlarının seçici geçirgenliğini ve elektrik alan etkisini kullanarak sudaki iyonların yönlü göçünü indükler. Elektrodiyaliz sırasında, katyon değişim membranları sadece katyonların geçişine izin verirken, anyon değişim membranları sadece anyonların geçişine izin verir. Bir elektrik alanının etkisi altında, atık sudaki kalsiyum ve magnezyum iyonları, katyon değişim membranları aracılığıyla negatif elektroda göç ederek sudan ayrılır. Sertliği gidermek için elektrodiyaliz yöntemi, kimyasal maddelerin eklenmesini gerektirmez ve çamur üretmez, bu da çalışma sürecini nispeten çevre dostu hale getirir. Ancak, bu yöntem büyük bir ekipman yatırımı gerektirir, çalışma sırasında elektrik enerjisi tüketir ve gelen suyun kalitesi için yüksek gereksinimlere sahiptir, membran kirlenmesini önlemek için sıkı bir ön arıtma gerektirir.
2. Mikrobiyal yöntem
Mikrobiyal yöntem, atık sudan sertliği gidermek için mikroorganizmaların metabolik aktivitesini veya mikroorganizmaların hücre dışı polimerleri ile kalsiyum ve magnezyum iyonları arasındaki reaksiyonu kullanmaktır. Örneğin, bazı mikroorganizmalar, alkali maddeler salgılayarak çevredeki ortamın pH değerini artırabilir, bu da kalsiyum ve magnezyum iyonlarının çökelmesini teşvik eder; Mikrobiyal hücre dışı polimerlerdeki karboksil ve hidroksil grupları gibi fonksiyonel gruplar da kalsiyum ve magnezyum iyonları ile kompleksleşme ve adsorpsiyona uğrayabilir. Mikrobiyal yöntemler, düşük arıtma maliyeti ve çevre dostu olma avantajlarına sahiptir, ancak arıtma süreci yavaştır ve sıcaklık, pH değeri, çözünmüş oksijen vb. gibi mikrobiyal büyüme koşullarından büyük ölçüde etkilenir. Şu anda, pratik uygulamalarda hala belirli sınırlamalar vardır.
4、 Sertliği gidermek için farklı yöntemlerin karşılaştırılması ve seçimi
Atık sudan sertliği gidermek için farklı yöntemlerin kendi avantaj ve dezavantajları vardır ve uygulanabilirlikleri de farklılık gösterir. Pratik uygulamalarda, atık suyun su kalitesi özellikleri (sertlik iyon konsantrasyonu, diğer kirletici bileşenler vb.), arıtma ölçeği, arıtma maliyeti, atık su kalitesi gereksinimleri ve çevre koruma gereksinimleri gibi faktörlerin kapsamlı bir şekilde dikkate alınması ve sertliği gidermek için uygun yöntemlerin seçilmesi gerekir. Yüksek konsantrasyonlu sertlikteki atık su için, kimyasal çöktürme daha ekonomik ve etkili bir yöntem olabilir; Yüksek su kalitesi gerektiren küçük ölçekli arıtma için, iyon değişimi veya ters ozmoz yöntemleri daha uygundur; Maliyete duyarlı düşük konsantrasyonlu sertlikteki atık su için, adsorpsiyon veya mikrobiyal yöntemler belirli bir uygulama potansiyeline sahip olabilir. Ayrıca, birçok durumda, her yöntemin avantajlarından tam olarak yararlanmak, giderme etkisini iyileştirmek ve işleme maliyetlerini azaltmak için sertliği gidermek için birden fazla yöntemin kombinasyonu kullanılabilir.
5、 Sonuç ve Gelecek
Atık sudan sertliği giderme teknolojisi, endüstriyel üretimi sağlamak, su kaynaklarının geri dönüşümünü gerçekleştirmek ve ekolojik çevreyi korumak için büyük önem taşımaktadır. Şu anda, kimyasal çöktürme, iyon değişimi, membran ayırma, adsorpsiyon vb. gibi sertliği gidermek için çeşitli yöntemler pratik mühendislikte yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak her yöntemin belirli sınırlamaları vardır. Gelecekte, atık su sertleştirme teknolojisinin gelişim trendi esas olarak aşağıdaki yönleri içermektedir: Birincisi, sertleştirme verimliliğini artırmak, arıtma maliyetlerini ve ikincil kirliliği azaltmak için verimli, çevre dostu ve ekonomik yeni sertleştirme ajanları ve adsorpsiyon malzemeleri geliştirmek; İkincisi, membran malzemelerinin araştırma ve geliştirilmesini güçlendirmek, membranların kirlenme önleme performansını, tutma oranını ve hizmet ömrünü iyileştirmek ve membran ayırma teknolojisinin işletme maliyetlerini azaltmak; Üçüncüsü, mikrobiyal sertlik giderme mekanizması üzerine derinlemesine araştırmalar yapmak, mikrobiyal arıtma süreçlerini optimize etmek ve kararlılıklarını ve arıtma verimliliklerini artırmak; Dördüncüsü, birden fazla sertlik giderme yönteminin ortak uygulama sürecini keşfetmek, tamamlayıcı avantajlar elde etmek ve genel arıtma etkisini iyileştirmek. Sürekli teknolojik yenilik ve süreç optimizasyonu yoluyla, atık su sertleştirme teknolojisi gelecekte su kaynaklarının sürdürülebilir kullanımı ve çevre koruma konusunda daha önemli bir rol oynayacaktır.
