अपशिष्ट जल से कठोरता हटाने का सिद्धांत और विधि

सार

औद्योगिक उत्पादन और घरेलू अपशिष्ट जल के लगातार बढ़ने के साथ अपशिष्ट जल में कठोरता आयनों का पर्यावरण और बाद की उपचार प्रक्रियाओं पर गंभीर प्रभाव पड़ता है।इस लेख में अपशिष्ट जल के निर्जलीकरण के बुनियादी सिद्धांतों को व्यवस्थित रूप से समझाया गया है, विभिन्न निर्जलीकरण विधियों जैसे रासायनिक वर्षा, आयन विनिमय, झिल्ली पृथक्करण की तकनीकी विशेषताओं, अनुप्रयोग के दायरे और मौजूदा समस्याओं का विस्तार से विश्लेषण करता है,और अवशोषण, और भविष्य में अपशिष्ट जल निर्जलीकरण प्रौद्योगिकी के विकास की प्रवृत्ति की प्रतीक्षा करता है,जिसका उद्देश्य अपशिष्ट जल निर्जलीकरण प्रक्रियाओं के अनुकूलन और तकनीकी नवाचार के लिए सैद्धांतिक संदर्भ प्रदान करना है.

1、 परिचय

अपशिष्ट जल की कठोरता मुख्य रूप से कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों (कैल्शियम कार्बोनेट, मैग्नीशियम कार्बोनेट, कैल्शियम सल्फेट, मैग्नीशियम सल्फेट आदि के रूप में नमक) की उपस्थिति के कारण होती है।.औद्योगिक उत्पादन में, उच्च कठोरता वाले अपशिष्ट जल से उपकरण स्केलिंग हो सकते हैं, गर्मी विनिमय दक्षता कम हो सकती है, ऊर्जा की खपत बढ़ सकती है और यहां तक कि उपकरण की विफलता भी हो सकती है।घरेलू अपशिष्ट जल उपचार और पुनः उपयोग की प्रक्रिया में, कठोर पानी धोने के प्रभाव को प्रभावित कर सकता है और घरेलू पानी के आराम को कम कर सकता है।बड़ी मात्रा में कठोरता आयनों वाले अपशिष्ट जल के निर्वहन से प्राकृतिक जल निकायों के पारिस्थितिक संतुलन पर भी प्रतिकूल प्रभाव पड़ सकता हैइसलिए अपशिष्ट जल से कठोरता आयनों को प्रभावी ढंग से हटाने का औद्योगिक उत्पादन के स्थिर संचालन, जल संसाधनों के पुनर्चक्रण,और पारिस्थितिक पर्यावरण की रक्षा.

2अपशिष्ट जल के निर्जलीकरण का सिद्धांत

अपशिष्ट जल में कठोरता को आमतौर पर अस्थायी कठोरता और स्थायी कठोरता में विभाजित किया जाता है। अस्थायी कठोरता मुख्य रूप से कैल्शियम और मैग्नीशियम के बाइकार्बोनेट नमक से बनी होती है,जो कैल्शियम कार्बोनेट और मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड के अवशेषों में विघटित हो सकते हैं और हीटिंग द्वारा हटाए जा सकते हैंस्थाई कठोरता कैल्शियम और मैग्नीशियम के सल्फेट, क्लोराइड आदि से बनी होती है, जिन्हें रासायनिक, भौतिक या भौतिक रसायनिक तरीकों से हटाने की आवश्यकता होती है।अपशिष्ट जल निर्जलीकरण के मूल सिद्धांत मुख्य रूप से वर्षा प्रतिक्रिया पर आधारित हैं, आयन विनिमय, चयनात्मक झिल्ली पारगम्यता, अवशोषण आदि।वर्षा प्रतिक्रिया कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए कुछ रासायनिक एजेंटों का उपयोग अघुलनशील वर्षा उत्पन्न करने के लिए है, जिससे उन्हें अपशिष्ट जल से अलग किया जाता है; आयन विनिमय विधि आयन विनिमय राल का उपयोग पानी में कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों का आदान-प्रदान करने और राल पर उन्हें तय करने के लिए है;झिल्ली पृथक्करण विधि पानी से कठोरता आयनों के पृथक्करण को प्राप्त करने के लिए विभिन्न आयनों के लिए झिल्ली प्रतिधारण क्षमता में अंतर पर आधारित हैअवशोषण का सिद्धांत अवशोषक की सतह पर सक्रिय साइटों के माध्यम से अवशोषण द्वारा कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों को हटाना है।

3अपशिष्ट जल से कठोरता हटाने के तरीके

(1) रासायनिक वर्षा विधि

1. चूना सोडा राख विधि
चूना सोडियम राख विधि कठोरता को हटाने के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली रासायनिक वर्षा विधियों में से एक है। इस विधि में अपशिष्ट जल में चूना (Ca (OH) 2) और सोडियम राख (Na 2 CO3) जोड़ना शामिल है।चूना सबसे पहले पानी में बाइकार्बोनेट आयनों के साथ प्रतिक्रिया करता है और कैल्शियम कार्बोनेट अवशिष्ट बनाता है, जबकि मैग्नीशियम आयनों को मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड तलछट में परिवर्तित किया जाता है। सोडा राख आगे पानी में कैल्शियम आयनों के साथ प्रतिक्रिया करता है कैल्शियम कार्बोनेट तलछट बनाने के लिए। प्रतिक्रिया प्रक्रिया निम्नानुसार है:
Ca ((HCO_{3}) _{2}+Ca(OH) _{2} दाएं तीर 2CaCO_{3} नीचे तीर +2H_ {2}O
Mg(HCO_{3}) _{2}+2Ca(OH) _{2} दाएं तीर 2CaCO_{3} नीचे तीर +Mg(OH) _{2} नीचे तीर +2H_ {2}O
CaSO_{4}+Na_ {2}CO_ {3}दाएं तीर CaCO_{3}नीचे तीर +Na_ {2}SO_ {4}

इस पद्धति के फायदे निम्न उपचार लागत, रासायनिक स्रोतों की विस्तृत श्रृंखला और उच्च सांद्रता कठोरता अपशिष्ट जल पर महत्वपूर्ण उपचार प्रभाव हैं।लेकिन इसके नुकसान भी काफी स्पष्ट हैं।, जैसे कि बड़ी मात्रा में कीचड़ का उत्पादन और कीचड़ उपचार की उच्च लागत; प्रतिक्रिया प्रक्रिया के लिए पीएच मूल्य और अभिकर्मकों की खुराक के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है,अन्यथा यह कठोरता हटाने के प्रभाव को प्रभावित करेगाउपचारित अपशिष्ट जल में कुछ मात्रा में सोडियम कार्बोनेट रह सकता है जिससे पानी की क्षारीयता बढ़ जाती है।

1फॉस्फेट वर्षा विधि
फॉस्फेट अवशोषण विधि में अपशिष्ट जल में फॉस्फेट जोड़कर कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों के साथ प्रतिक्रिया करके अघुलनशील कैल्शियम और मैग्नीशियम फॉस्फेट अवशोषण का गठन करना शामिल है। उदाहरण के लिए,सोडियम ट्राइपोलिफॉस्फेट (Na 5 P O 10) कैल्शियम आयनों के साथ प्रतिक्रिया करता है और अघुलनशील कैल्शियम फॉस्फेट अवशोषित बनाता हैइस विधि में उच्च कठोरता हटाने की दक्षता और कम सांद्रता कठोरता अपशिष्ट जल पर अच्छा उपचार प्रभाव है।जो जल निकायों के यूट्रोफिकेशन का कारण बन सकता है, और फॉस्फेट एजेंटों की अपेक्षाकृत उच्च कीमत उपचार लागत को बढ़ाती है।

(2) आयन विनिमय विधि

आयन विनिमय विधि अपशिष्ट जल में कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों के साथ विनिमय करने के लिए आयन विनिमय राल पर विनिमय योग्य आयनों का उपयोग करती है।मजबूत अम्लीय कैशन विनिमय राल (जैसे सल्फोनिक एसिड राल) एक आम तौर पर इस्तेमाल किया आयन एक्सचेंजर है, और इसकी विनिमय प्रक्रिया इस प्रकार है:
2R - SO_ {3}H + Ca^{2 + }दाएं तीर (R - SO_{3}) _ {2}Ca + 2H^{+}
2R - SO_ {3}H + Mg^{2 + }दाएं तीर (R - SO_{3}) _ {2}Mg + 2H^{+}

जब राल पर विनिमय आयनों कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों के साथ संतृप्त कर रहे हैं,राल की विनिमय क्षमता को बहाल करने के लिए पुनरुद्धार के लिए एसिड (जैसे हाइड्रोक्लोरिक एसिड और सल्फ्यूरिक एसिड) का उपयोग करना आवश्यक हैआयन विनिमय पद्धति के फायदे अच्छी कठोरता हटाने का प्रभाव, स्थिर अपशिष्ट गुणवत्ता और उच्च जल गुणवत्ता आवश्यकताओं को पूरा करने की क्षमता हैं।उपकरण का क्षेत्रफल अपेक्षाकृत छोटा है और इसका संचालन अपेक्षाकृत आसान है।हालांकि, इस पद्धति में राल की उच्च कीमतों और पुनर्जनन प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाले अम्लीय और क्षारीय अपशिष्ट जल की एक बड़ी मात्रा के नुकसान हैं, जिन्हें उचित उपचार की आवश्यकता है।अन्यथा यह द्वितीयक प्रदूषण का कारण बनेगा; राल में आने वाले पानी की गुणवत्ता के लिए उच्च आवश्यकताएं होती हैं और अपशिष्ट जल में निलंबित ठोस पदार्थ और कार्बनिक पदार्थ जैसी अशुद्धियां आसानी से राल के अवरुद्ध होने और विषाक्तता का कारण बन सकती हैं।इसकी सेवा जीवन को प्रभावित करने वाले और अन्य मुद्दे.

(3) झिल्ली पृथक्करण विधि

1रिवर्स ऑस्मोसिस (आरओ)
रिवर्स ऑस्मोसिस एक ऐसी तकनीक है जो दबाव के तहत एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली के माध्यम से एक समाधान में सॉल्यूट और सॉल्वैंट्स को अलग करती है। रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली का छिद्र आकार बहुत छोटा है (लगभग 0.1 सेमी) ।1-1nm), जो प्रभावी रूप से कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों को रोक सकता है और अपशिष्ट जल कठोरता को दूर कर सकता है।पानी के अणु दबाव के तहत रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली से गुजरते हैं, जबकि कठोरता आयनों को रोक दिया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप कम कठोरता वाले पानी का उत्पादन होता है। रिवर्स ऑस्मोसिस विधि कठोरता को हटाने में उच्च दक्षता है,और अपशिष्ट की कठोरता को बहुत कम स्तर तक कम किया जा सकता हैयह उन अवसरों के लिए उपयुक्त है जिनमें अत्यधिक उच्च जल गुणवत्ता की आवश्यकता होती है, जैसे इलेक्ट्रॉनिक उद्योग का पानी, बॉयलर फ़ीड वाटर आदि।लेकिन इसके नुकसान उच्च परिचालन दबाव और उच्च ऊर्जा की खपत हैंझिल्ली के घटक महंगे होते हैं और अपशिष्ट जल में कार्बनिक पदार्थ, सूक्ष्मजीवों और अन्य प्रदूषकों से आसानी से दूषित हो जाते हैं, इसलिए नियमित सफाई और प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है।जिसके परिणामस्वरूप उच्च रखरखाव लागत होती हैइस बीच, रिवर्स ऑस्मोसिस प्रक्रिया से एक निश्चित मात्रा में केंद्रित पानी उत्पन्न होता है, और केंद्रित पानी का उपचार भी एक चुनौती है।

2नैनोफिल्ट्रेशन (NF)
नैनोफिल्ट्रेशन झिल्ली का छिद्र आकार रिवर्स ऑस्मोसिस झिल्ली और अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली के बीच है (लगभग 1-10nm),और इसमें द्विध्रुवीय आयनों (जैसे कैल्शियम और मैग्नीशियम आयन) के लिए उच्च प्रतिधारण दर है, जबकि मोनोवैलेंट आयनों (जैसे सोडियम और क्लोराइड आयनों) के लिए प्रतिधारण दर अपेक्षाकृत कम है। नैनोफिल्ट्रेशन प्रक्रिया कम दबावों पर काम कर सकती है,जो रिवर्स ऑस्मोसिस की तुलना में ऊर्जा की खपत को कम करता हैनैनोफिल्ट्रेशन न केवल कठोरता आयनों को प्रभावी ढंग से हटा सकता है, बल्कि आंशिक रूप से कार्बनिक पदार्थ और भारी धातु आयनों को भी हटा सकता है।नैनोफिल्ट्रेशन झिल्लीओं में भी आसानी से दूषित होने की समस्या होती है और आने वाले पानी के सख्त पूर्व उपचार की आवश्यकता होती हैइसके अलावा नैनोफिल्ट्रेशन झिल्ली के सेवा जीवन और कठोरता हटाने के प्रभाव को पानी की गुणवत्ता और परिचालन स्थितियों जैसे कारकों से काफी प्रभावित किया जाता है।

(4) अवशोषण विधि

अवशोषण विधि कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों को अवशोषित करने और हटाने के लिए अवशोषक की सतह पर सक्रिय साइटों का उपयोग करना है। आम अवशोषक में सक्रिय कार्बन, जीओलाइट, बेंटोनाइट, धातु ऑक्साइड शामिल हैं,उदाहरण के लिए, ज़ेओलाइट में एक अद्वितीय छिद्र संरचना और आयन विनिमय प्रदर्शन होता है, और इसके विनिमय योग्य कैशन अपशिष्ट जल में कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों के साथ विनिमय अवशोषण से गुजर सकते हैं।अवशोषण विधि का संचालन सरल है और निम्न सांद्रता कठोरता वाले अपशिष्ट जल पर एक निश्चित उपचार प्रभाव हैइसके अतिरिक्त, कुछ अवशोषकों का पुनर्नवीनीकरण के माध्यम से पुनः उपयोग किया जा सकता है।जिसके परिणामस्वरूप उच्च सांद्रता कठोरता वाले अपशिष्ट जल के लिए खराब उपचार दक्षता होती हैअनुसूचक पदार्थों की पुनरुत्पादन प्रक्रिया अपेक्षाकृत जटिल है और पुनरुत्पादन प्रभाव अस्थिर है, जो अनुसूचक पदार्थों के सेवा जीवन और कठोरता हटाने के प्रभाव को प्रभावित कर सकता है।

(5) अन्य विधियाँ

1इलेक्ट्रोडायलिसिस विधि
इलेक्ट्रोडायलिसिस पानी में आयनों की दिशात्मक पलायन को प्रेरित करने के लिए आयन विनिमय झिल्ली की चयनात्मक पारगम्यता और विद्युत क्षेत्र प्रभाव का उपयोग करता है,इस प्रकार अपशिष्ट जल से कठोरता को हटाने के लिएइलेक्ट्रोडायलिसिस के दौरान, कैशन एक्सचेंज झिल्ली केवल कैशन के माध्यम से गुजरने की अनुमति देती है, जबकि एनीयन एक्सचेंज झिल्ली केवल एनीयन के माध्यम से गुजरने की अनुमति देती है।अपशिष्ट जल में कैल्शियम और मैग्नीशियम आयन कैशन विनिमय झिल्ली के माध्यम से नकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए पलायनकठोरता को हटाने के लिए इलेक्ट्रोडायलिसिस विधि के लिए रासायनिक एजेंटों की आवश्यकता नहीं है और कीचड़ का उत्पादन नहीं करता है,परिचालन प्रक्रिया को अपेक्षाकृत पर्यावरण के अनुकूल बनानाहालांकि, इस विधि के लिए उपकरण में बड़े निवेश की आवश्यकता होती है, संचालन के दौरान विद्युत ऊर्जा की खपत होती है, और आने वाले पानी की गुणवत्ता के लिए उच्च आवश्यकताएं होती हैं,झिल्ली के मलबे को रोकने के लिए सख्त पूर्व उपचार की आवश्यकता होती है.

2सूक्ष्मजीव पद्धति
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 wastewaterउदाहरण के लिए, कुछ सूक्ष्मजीव क्षारीय पदार्थों का स्राव करके आसपास के वातावरण के पीएच मूल्य को बढ़ा सकते हैं, जो कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों की वर्षा को बढ़ावा देता है;माइक्रोबियल एक्सट्रैसेल्युलर पॉलिमर में कार्यात्मक समूह, जैसे कार्बॉक्सिल और हाइड्रॉक्सिल समूह, कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों के साथ जटिलता और अवशोषण से भी गुजर सकते हैं।सूक्ष्मजीवों के तरीकों में उपचार की कम लागत और पर्यावरण के अनुकूल होने के फायदे हैं, लेकिन उपचार प्रक्रिया धीमी है और माइक्रोबियल विकास की स्थितियों जैसे तापमान, पीएच मूल्य, घुल ऑक्सीजन आदि से बहुत प्रभावित है। वर्तमान में,व्यावहारिक अनुप्रयोगों में अभी भी कुछ सीमाएं हैं.

4、 कठोरता हटाने के लिए विभिन्न तरीकों की तुलना और चयन

अपशिष्ट जल से कठोरता हटाने के विभिन्न तरीकों के अपने फायदे और नुकसान हैं और उनकी प्रयोज्यता भी भिन्न होती है।अपशिष्ट जल की जल गुणवत्ता विशेषताओं (जैसे कठोरता आयन एकाग्रता) जैसे कारकों पर व्यापक रूप से विचार करना आवश्यक है।, अन्य प्रदूषक घटकों, आदि), उपचार पैमाने, उपचार लागत, अपशिष्ट गुणवत्ता आवश्यकताओं, और पर्यावरण संरक्षण आवश्यकताओं, और कठोरता को हटाने के लिए उपयुक्त तरीकों का चयन करें।उच्च सांद्रता कठोरता अपशिष्ट जल के लिएरासायनिक वर्षा एक अधिक किफायती और प्रभावी विधि हो सकती है; छोटे पैमाने पर उपचार के लिए जिसमें उच्च जल गुणवत्ता की आवश्यकता होती है, आयन विनिमय या रिवर्स ऑस्मोसिस विधियां अधिक उपयुक्त हैं;कम सांद्रता कठोरता वाले अपशिष्ट जल के लिए जो लागत के प्रति संवेदनशील है, अवशोषण या माइक्रोबियल विधियों में कुछ अनुप्रयोग क्षमता हो सकती है।प्रत्येक विधि के लाभों का पूर्ण लाभ उठाने के लिए कठोरता को हटाने के लिए कई तरीकों का संयोजन इस्तेमाल किया जा सकता है, हटाने के प्रभाव में सुधार, और प्रसंस्करण लागत को कम करें।

5、 निष्कर्ष और संभावनाएं

अपशिष्ट जल से कठोरता हटाने की तकनीक औद्योगिक उत्पादन सुनिश्चित करने, जल संसाधनों के पुनर्चक्रण को साकार करने और पारिस्थितिक पर्यावरण की रक्षा के लिए बहुत महत्व रखती है।वर्तमान में, कठोरता को हटाने के लिए विभिन्न विधियों, जैसे रासायनिक वर्षा, आयन विनिमय, झिल्ली पृथक्करण, अवशोषण, आदि का व्यापक रूप से व्यावहारिक इंजीनियरिंग में उपयोग किया गया है,लेकिन प्रत्येक विधि की कुछ सीमाएँ हैंभविष्य में अपशिष्ट जल को कठोर करने की प्रौद्योगिकी के विकास की प्रवृत्ति में मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलू शामिल हैंःऔर किफायती नए कठोर करने वाले एजेंट और अवशोषण सामग्री कठोर करने की दक्षता में सुधार करने के लिए, उपचार लागत और द्वितीयक प्रदूषण को कम करना; दूसरा झिल्ली सामग्री के अनुसंधान और विकास को मजबूत करना, प्रदूषण विरोधी प्रदर्शन, प्रतिधारण दर में सुधार करना,और झिल्ली के सेवा जीवन, और झिल्ली पृथक्करण प्रौद्योगिकी की परिचालन लागत को कम करना; तीसरा माइक्रोबियल कठोरता हटाने के तंत्र पर गहन शोध करना, माइक्रोबियल उपचार प्रक्रियाओं को अनुकूलित करना,और उनकी स्थिरता और उपचार दक्षता में सुधारचौथा, कठोरता को हटाने के लिए कई तरीकों की संयुक्त आवेदन प्रक्रिया का पता लगाना, पूरक लाभ प्राप्त करना और समग्र उपचार प्रभाव में सुधार करना है।निरंतर तकनीकी नवाचार और प्रक्रिया अनुकूलन के माध्यम सेजल संसाधनों के टिकाऊ उपयोग और पर्यावरण संरक्षण में भविष्य में अपशिष्ट जल निर्जलीकरण प्रौद्योगिकी की भूमिका अधिक महत्वपूर्ण होगी।