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枣庄长信化工有限公司（sī）
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水处理（lǐ）设备加碱在反渗透系统中的应用 |
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反渗透(RO)是一种十分有（yǒu）效的膜分（fèn）离单元（yuán）操作，是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶（róng）质进行分离的过程。反渗透技术能使离子交换树脂的负荷减轻（qīng）90%以上，树脂的再生剂用量也可减少90%，除了除盐，还可除去水中的微粒、有机物质、胶体（tǐ）物质，对减轻离子交换树脂的污染，延长使用寿命都有着良好（hǎo）的（de）作用。
但（dàn）是长期以来，对于水（shuǐ）中含有的游（yóu）离CO2的去除，反渗透技术似乎无（wú）能为力，因为传统的反渗透技术中必须（xū）控制进水中LSI(即朗格利尔饱和指数（shù）)值，以防（fáng）止（zhǐ）反渗（shèn）透膜结垢。而LSI值控制的一个重要参数（shù）是进水（shuǐ）PH值，如果PH值为酸性，则不容易结（jié）垢，如果PH为碱性，则结垢倾向（xiàng）十分明显。所以传统（tǒng）的工艺中（zhōng）在反渗透系统前添加HCl溶液，能很好地防止CaCO3、MgCO3等沉淀物结垢；而很少在反渗透系统前添（tiān）加NaOH溶液。
2去除CO2的常用方法及反应机理
2.1脱（tuō）CO2塔
目前使（shǐ）用（yòng）较（jiào）广泛的（de）是二氧化碳脱（tuō）气塔，由于水中含有大量的碳（tàn）酸氢盐碱度，经过H型离子交换器(即阳离子交换床)处理后，树脂上（shàng）所带的H 被置换到水中而成（chéng）为碳酸，所以脱CO2塔一般放在阳离子交换床的后面，阴（yīn）离子交（jiāo）换床的前面。当水的PH值小于（yú）4.3时，水中碳酸几乎完全以二氧化（huà）碳的形式存在，如下式的变化：
H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O
当H 增加，即PH越低时，上述（shù）反应就向右进行（háng），此（cǐ）时，用一个装置水从上（shàng）喷淋而下，空（kōng）气从下鼓风（fēng）而上，使空气流与水滴充分接触，由于空气（qì）中的二氧化碳量很小（xiǎo），分压很低，只占大气压力的0.03%，根据亨利定律，经过H型离子交换器处理的水，由于二氧化碳分压高，逸入分压低的空气流中而被带走，从而除去了水中的二氧化碳，也即除去了水中大（dà）量（liàng）的阴离子HCO3-，这样可以大（dà）大减（jiǎn）轻阴床的负（fù）担，提高阴床的周期制水量，减（jiǎn）少再生剂的消耗。
但是，二氧化碳脱气塔由于吸入的是生产环境中的空气，难免会带（dài）入空（kōng）气中的杂（zá）质，通过与（yǔ）水源接触从而污（wū）染水源，引起阴床周期制水率（lǜ）的（de）下降。
2.2真空脱气塔
真空脱（tuō）气塔也是一种去（qù）除CO2的方法（fǎ），此（cǐ）外还能去除水中的O2等物质，去（qù）除效率比脱CO2塔高（gāo）的多。它的工作原理是用一个装置将（jiāng）水从上喷淋而下，经过滤料（liào）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（jí）O2被真空（kōng）泵吸走，脱气后的纯水流至塔底，经混床供给泵增压后进（jìn）入（rù）后（hòu）处理混床。如果真空脱气塔进水呈（chéng）弱酸性，水中的碳（tàn）酸盐也能被（bèi）大量去除（chú），因为当水的（de）PH值小于4.3时，水中碳酸几乎完全以二氧化碳的形式存在，由（yóu）于未脱气的反渗透（tòu）产水一般为弱酸性，所以真空脱（tuō）气塔一般放在（zài）反渗透的后（hòu）级。
真空脱气塔结构（gòu）比较复杂，大的单元有脱气（qì）塔、真空泵等，为了保证进水分散（sàn）均匀，滤（lǜ）料层高度需设置得很高，导致脱气塔高度达十几米，设备占用（yòng）空间庞大，另外，由（yóu）于脱气塔液位控制（zhì）很严格，液位（wèi）过高（gāo），容易使脱气效率下降，过低（dī），容易导致水（shuǐ）泵吸空，引起生产事故，所以使用的液位计必须十分灵敏。虽然真空脱（tuō）气塔不会带入外界新的杂质，但是由于设备结构复杂，占地空（kōng）间大，运行费用高，所以在实际生产应用方面受到一定限制。
除了（le）上述（shù）常用的两种脱气方法外，还有膜脱气等方法，但是由于（yú）投资成本太高，一般只用于出水水质要求很高的超纯水系统中。
3RO前加碱除CO2的方法和反（fǎn）应机理
3.1反应机理
反渗透是高效的除（chú）盐工艺，所以只要把水中的二氧化碳转化成碳酸氢盐就可利用反渗透去除二氧化碳，由于H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O这个化学反应是可逆的，当OH-增加时（shí），该（gāi）反应就向左进行，当水的OH值大于8.2时（shí），水中的CO2将全部转化为HCO3-，这样HCO3-通过反（fǎn）渗透系统全部去除，间接实现了去除CO2的目（mù）的。
但是，在加碱的同时，反渗透膜的结垢趋势将十分明显，因为LSI值远远高于允（yǔn）许的范（fàn）围。实践证明（míng）：当反渗透系统前加碱而不采取其他的措施时，RO浓（nóng）水结晶析出十分迅速（sù），一般1~2个小时就可以在浓水侧（cè）发现白色的结晶。
其反应式（shì）为：Ca2 2OH- CO2=CaCO3 H2O
Mg2 2OH- CO2=MgCO3 H2O
所以，有必要在RO前添加阻垢剂避免结垢。
随着科学技术的发展，目前反渗（shèn）透阻垢（gòu）剂品种繁多，阻垢效率越（yuè）来越高，如杭州英普水处理技（jì）术公司的产品MDC220，能做到（dào）浓水侧LSI值达3.0的水（shuǐ）平。我们车间使用了这种阻垢剂，即在RO前加碱的同时添加阻垢剂，实际运行下来反渗透可以确保（bǎo）三个月以上清（qīng）洗一次，加碱结垢这个问题得到了很好的解决。
3.2在实际运（yùn）用中的遇到的问题及整治（zhì）
3.2.1原水水（shuǐ）质
原水水质（zhì）不同对（duì）反渗透清（qīng）洗周（zhōu）期的影（yǐng）响较大。我们公司原（yuán）水采用的是工业自来水，由于该自来水是经过处理后的（de）富营养化的太湖（hú）水，所以水中的（de）有机物含量较高，且受季节（jiē）变化影响也比较大，电导率也比较高(600μs/cm以上)，使用下来发现，RO系（xì）统运行一段时间后，进口操作压力（lì）就明显上升，而段间的压差不变，经过适当的清洗可恢复至正常状态，但经过一段（duàn）时间后（hòu）又重复出现。通（tōng）过对RO系统加碱和阻垢剂的分析研究，我们怀疑与原水水质中有机物（wù）含量变化有关（guān），后来通过更换另一种阻垢剂后，问（wèn）题得到（dào）了解决（jué）。
如果原水使用的是硬度较高的深井水，由于在RO系统前添加碱液，虽然添（tiān）加了（le）阻（zǔ）垢剂缓解了系统结垢的时间，但是RO膜结垢的趋势仍（réng）然比采（cǎi）用自来水作为原（yuán）水来得要迅速。实（shí）践（jiàn）证明：一般1个月左右就需要对二段膜进行化学药洗。
3.2.2控制方式（shì）
由于在反渗透系统前添加了NaOH溶液（yè），使LSI值远远高于允许的范围，很容易导致二段反渗透膜结垢。如果阻（zǔ）垢剂未能及时地添加，比如加药泵故障或断电；或者添加量不够（gòu），比（bǐ）如加药泵冲程选得太小，也容易发生生产（chǎn）事故。这就对控制方式提出（chū）了更为严格的要求。建议一（yī）旦阻垢剂加药泵发（fā）生故障（zhàng）时应及时关闭碱液加药泵，以防止RO浓水（shuǐ）迅速结晶析出，因为短时间内水中的CO2不会对整个（gè）纯水系统产生（shēng）大的影响，长时间也只（zhī）是（shì）影响混床的定收量，所以（yǐ）当加药泵（bèng）发生故障时可以停泵修理，不会影响生产运（yùn）行；在控制方式上我们可以使阻（zǔ）垢剂泵和碱泵连动，一旦（dàn）其中一台停止，另一台也随即停止运行，或（huò）者（zhě）当（dāng）加药泵故障时发出报警信号，使故障能在较短的时间里得到（dào）解决，此（cǐ）外，加强生产现场的巡检也是必不可（kě）少的，比如看到反渗透二段淡水产量下降明显，应立（lì）即（jí）检查阻垢剂（jì）的加药情况，并及时（shí）对反渗透进行（háng）药洗。定期（qī）的巡检对（duì）于减少设备故障的（de）发生，避（bì）免（miǎn）生产事故是十分有（yǒu）益的。
3.2.3RO运行方式
较好的防止RO二段结垢（gòu）的方式是采用二级（jí）RO运行方（fāng）式，并在二级反渗透系统前添加NaOH溶液，因为二级反渗透进水是一级反渗透的产水，含盐量极低，即使添加了碱液，对二级反渗透的脱盐能力的影响也是微乎其微，所以二级反渗透一般不会（huì）结垢，无需添加阻垢剂（jì）。但是这种运行方式的缺点是一次性投资较高，但对于整个纯（chún）水系统来说是较为理（lǐ）想的运行方式，既（jì）能提高（gāo）后处（chù）理混床的定收量(二级RO产水电导率≤1μs/cm)，又能提高整个纯水系统的运行效率(故（gù）障率（lǜ）低)。
4结论
反渗透系统前添（tiān）加了NaOH溶（róng）液去除水中CO2的方法，和传统的脱气塔、脱（tuō）气膜比（bǐ）较起来，一次性投资费（fèi）用和运行费用低，无需增加额外的大型设备，并且充分利用了RO系统的（de）脱盐能力，此外，由于添加了碱液，对于去除水中的有机物也十分（fèn）有利。但是在控制方式上（shàng）必须严格要求，这一（yī）点对于反渗透不（bú）是（shì）采用二级方式，而是（shì）一（yī）级方式时（shí）尤其重要。 |
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