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水處理設(shè)備加堿在反滲透系統(tǒng)中的應(yīng)用
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反滲透(RO)是一種十分有效的膜分離單元操作，是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離的過程。反滲透技術(shù)能使離子交換樹脂的負(fù)荷減輕90%以上，樹脂的再生劑用量也可減少90%，除了除鹽，還可除去水中的微粒、有機(jī)物質(zhì)、膠體物質(zhì)，對(duì)減輕離子交換樹脂的污染，延長(zhǎng)使用壽命都有著良好的作用。
但是長(zhǎng)期以來，對(duì)于水中含有的游離CO2的去除，反滲透技術(shù)似乎無能為力，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的反滲透技術(shù)中必須控制進(jìn)水中LSI(即朗格利爾飽和指數(shù))值，以防止反滲透膜結(jié)垢。而LSI值控制的一個(gè)重要參數(shù)是進(jìn)水PH值，如果PH值為酸性，則不容易結(jié)垢，如果PH為堿性，則結(jié)垢傾向十分明顯。所以傳統(tǒng)的工藝中在反滲透系統(tǒng)前添加HCl溶液，能很好地防止CaCO3、MgCO3等沉淀物結(jié)垢；而很少在反滲透系統(tǒng)前添加NaOH溶液。
2去除CO2的常用方法及反應(yīng)機(jī)理
2.1脫CO2塔
目前使用較廣泛的是二氧化碳脫氣塔，由于水中含有大量的碳酸氫鹽堿度，經(jīng)過H型離子交換器(即陽離子交換床)處理后，樹脂上所帶的H 被置換到水中而成為碳酸，所以脫CO2塔一般放在陽離子交換床的后面，陰離子交換床的前面。當(dāng)水的PH值小于4.3時(shí)，水中碳酸幾乎完全以二氧化碳的形式存在，如下式的變化：
H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O
當(dāng)H 增加，即PH越低時(shí)，上述反應(yīng)就向右進(jìn)行，此時(shí)，用一個(gè)裝置水從上噴淋而下，空氣從下鼓風(fēng)而上，使空氣流與水滴充分接觸，由于空氣中的二氧化碳量很小，分壓很低，只占大氣壓力的0.03%，根據(jù)亨利定律，經(jīng)過H型離子交換器處理的水，由于二氧化碳分壓高，逸入分壓低的空氣流中而被帶走，從而除去了水中的二氧化碳，也即除去了水中大量的陰離子HCO3-，這樣可以大大減輕陰床的負(fù)擔(dān)，提高陰床的周期制水量，減少再生劑的消耗。
但是，二氧化碳脫氣塔由于吸入的是生產(chǎn)環(huán)境中的空氣，難免會(huì)帶入空氣中的雜質(zhì)，通過與水源接觸從而污染水源，引起陰床周期制水率的下降。
2.2真空脫氣塔
真空脫氣塔也是一種去除CO2的方法，此外還能去除水中的O2等物質(zhì)，去除效率比脫CO2塔高的多。它的工作原理是用一個(gè)裝置將水從上噴淋而下，經(jīng)過濾料分散后，水中的CO2及O2逸出，而真空泵在塔的中部抽真空，CO2及O2被真空泵吸走，脫氣后的純水流至塔底，經(jīng)混床供給泵增壓后進(jìn)入后處理混床。如果真空脫氣塔進(jìn)水呈弱酸性，水中的碳酸鹽也能被大量去除，因?yàn)楫?dāng)水的PH值小于4.3時(shí)，水中碳酸幾乎完全以二氧化碳的形式存在，由于未脫氣的反滲透產(chǎn)水一般為弱酸性，所以真空脫氣塔一般放在反滲透的后級(jí)。
真空脫氣塔結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，大的單元有脫氣塔、真空泵等，為了保證進(jìn)水分散均勻，濾料層高度需設(shè)置得很高，導(dǎo)致脫氣塔高度達(dá)十幾米，設(shè)備占用空間龐大，另外，由于脫氣塔液位控制很嚴(yán)格，液位過高，容易使脫氣效率下降，過低，容易導(dǎo)致水泵吸空，引起生產(chǎn)事故，所以使用的液位計(jì)必須十分靈敏。雖然真空脫氣塔不會(huì)帶入外界新的雜質(zhì)，但是由于設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地空間大，運(yùn)行費(fèi)用高，所以在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用方面受到一定限制。
除了上述常用的兩種脫氣方法外，還有膜脫氣等方法，但是由于投資成本太高，一般只用于出水水質(zhì)要求很高的超純水系統(tǒng)中。
3RO前加堿除CO2的方法和反應(yīng)機(jī)理
3.1反應(yīng)機(jī)理
反滲透是高效的除鹽工藝，所以只要把水中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成碳酸氫鹽就可利用反滲透去除二氧化碳，由于H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O這個(gè)化學(xué)反應(yīng)是可逆的，當(dāng)OH-增加時(shí)，該反應(yīng)就向左進(jìn)行，當(dāng)水的OH值大于8.2時(shí)，水中的CO2將全部轉(zhuǎn)化為HCO3-，這樣HCO3-通過反滲透系統(tǒng)全部去除，間接實(shí)現(xiàn)了去除CO2的目的。
但是，在加堿的同時(shí)，反滲透膜的結(jié)垢趨勢(shì)將十分明顯，因?yàn)長(zhǎng)SI值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于允許的范圍。實(shí)踐證明：當(dāng)反滲透系統(tǒng)前加堿而不采取其他的措施時(shí)，RO濃水結(jié)晶析出十分迅速，一般1~2個(gè)小時(shí)就可以在濃水側(cè)發(fā)現(xiàn)白色的結(jié)晶。
其反應(yīng)式為：Ca2 2OH- CO2=CaCO3 H2O
Mg2 2OH- CO2=MgCO3 H2O
所以，有必要在RO前添加阻垢劑避免結(jié)垢。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前反滲透阻垢劑品種繁多，阻垢效率越來越高，如杭州英普水處理技術(shù)公司的產(chǎn)品MDC220，能做到濃水側(cè)LSI值達(dá)3.0的水平。我們車間使用了這種阻垢劑，即在RO前加堿的同時(shí)添加阻垢劑，實(shí)際運(yùn)行下來反滲透可以確保三個(gè)月以上清洗一次，加堿結(jié)垢這個(gè)問題得到了很好的解決。
3.2在實(shí)際運(yùn)用中的遇到的問題及整治
3.2.1原水水質(zhì)
原水水質(zhì)不同對(duì)反滲透清洗周期的影響較大。我們公司原水采用的是工業(yè)自來水，由于該自來水是經(jīng)過處理后的富營(yíng)養(yǎng)化的太湖水，所以水中的有機(jī)物含量較高，且受季節(jié)變化影響也比較大，電導(dǎo)率也比較高(600μs/cm以上)，使用下來發(fā)現(xiàn)，RO系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，進(jìn)口操作壓力就明顯上升，而段間的壓差不變，經(jīng)過適當(dāng)?shù)那逑纯苫謴?fù)至正常狀態(tài)，但經(jīng)過一段時(shí)間后又重復(fù)出現(xiàn)。通過對(duì)RO系統(tǒng)加堿和阻垢劑的分析研究，我們懷疑與原水水質(zhì)中有機(jī)物含量變化有關(guān)，后來通過更換另一種阻垢劑后，問題得到了解決。
如果原水使用的是硬度較高的深井水，由于在RO系統(tǒng)前添加堿液，雖然添加了阻垢劑緩解了系統(tǒng)結(jié)垢的時(shí)間，但是RO膜結(jié)垢的趨勢(shì)仍然比采用自來水作為原水來得要迅速。實(shí)踐證明：一般1個(gè)月左右就需要對(duì)二段膜進(jìn)行化學(xué)藥洗。
3.2.2控制方式
由于在反滲透系統(tǒng)前添加了NaOH溶液，使LSI值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于允許的范圍，很容易導(dǎo)致二段反滲透膜結(jié)垢。如果阻垢劑未能及時(shí)地添加，比如加藥泵故障或斷電；或者添加量不夠，比如加藥泵沖程選得太小，也容易發(fā)生生產(chǎn)事故。這就對(duì)控制方式提出了更為嚴(yán)格的要求。建議一旦阻垢劑加藥泵發(fā)生故障時(shí)應(yīng)及時(shí)關(guān)閉堿液加藥泵，以防止RO濃水迅速結(jié)晶析出，因?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi)水中的CO2不會(huì)對(duì)整個(gè)純水系統(tǒng)產(chǎn)生大的影響，長(zhǎng)時(shí)間也只是影響混床的定收量，所以當(dāng)加藥泵發(fā)生故障時(shí)可以停泵修理，不會(huì)影響生產(chǎn)運(yùn)行；在控制方式上我們可以使阻垢劑泵和堿泵連動(dòng)，一旦其中一臺(tái)停止，另一臺(tái)也隨即停止運(yùn)行，或者當(dāng)加藥泵故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使故障能在較短的時(shí)間里得到解決，此外，加強(qiáng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的巡檢也是必不可少的，比如看到反滲透二段淡水產(chǎn)量下降明顯，應(yīng)立即檢查阻垢劑的加藥情況，并及時(shí)對(duì)反滲透進(jìn)行藥洗。定期的巡檢對(duì)于減少設(shè)備故障的發(fā)生，避免生產(chǎn)事故是十分有益的。
3.2.3RO運(yùn)行方式
較好的防止RO二段結(jié)垢的方式是采用二級(jí)RO運(yùn)行方式，并在二級(jí)反滲透系統(tǒng)前添加NaOH溶液，因?yàn)槎?jí)反滲透進(jìn)水是一級(jí)反滲透的產(chǎn)水，含鹽量極低，即使添加了堿液，對(duì)二級(jí)反滲透的脫鹽能力的影響也是微乎其微，所以二級(jí)反滲透一般不會(huì)結(jié)垢，無需添加阻垢劑。但是這種運(yùn)行方式的缺點(diǎn)是一次性投資較高，但對(duì)于整個(gè)純水系統(tǒng)來說是較為理想的運(yùn)行方式，既能提高后處理混床的定收量(二級(jí)RO產(chǎn)水電導(dǎo)率≤1μs/cm)，又能提高整個(gè)純水系統(tǒng)的運(yùn)行效率(故障率低)。
4結(jié)論
反滲透系統(tǒng)前添加了NaOH溶液去除水中CO2的方法，和傳統(tǒng)的脫氣塔、脫氣膜比較起來，一次性投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用低，無需增加額外的大型設(shè)備，并且充分利用了RO系統(tǒng)的脫鹽能力，此外，由于添加了堿液，對(duì)于去除水中的有機(jī)物也十分有利。但是在控制方式上必須嚴(yán)格要求，這一點(diǎn)對(duì)于反滲透不是采用二級(jí)方式，而是一級(jí)方式時(shí)尤其重要。 |
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