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枣庄长信化（huà）工有限公司
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水处理设备加碱在（zài）反渗透系统中的（de）应用 |
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反渗（shèn）透(RO)是（shì）一种十分有效的膜分离单元操作，是依（yī）靠反渗透膜在压力下（xià）使溶液中（zhōng）的溶（róng）剂与溶质进行分离的过（guò）程。反渗透技（jì）术能使（shǐ）离子交换树脂的负荷（hé）减轻90%以上，树脂的再生剂用量也可减少90%，除了除盐，还可除（chú）去水中的微粒、有机物质、胶（jiāo）体物质，对减轻离子交（jiāo）换树脂的污染，延长使（shǐ）用寿命都（dōu）有着良好的（de）作用。
但是长期以（yǐ）来，对于（yú）水中含（hán）有的游离CO2的去除，反渗透技（jì）术似乎无能为力，因为传统的反渗透技术中必须控制进水中LSI(即朗格利尔饱（bǎo）和指数)值，以防止反渗透膜结垢。而LSI值控制的一个重要参数是（shì）进水PH值，如果PH值为酸性，则不（bú）容易结垢，如果PH为碱性（xìng），则结垢倾向十分明显。所（suǒ）以传统的工艺中在反渗透系统前添加HCl溶液，能很好地（dì）防止CaCO3、MgCO3等沉（chén）淀物结垢；而很少在反渗（shèn）透（tòu）系统前添加NaOH溶液（yè）。
2去除CO2的常用方法及反应（yīng）机理（lǐ）
2.1脱CO2塔
目前（qián）使用较广泛的是二氧化碳（tàn）脱气塔，由于水中含有大量的碳酸（suān）氢（qīng）盐碱度，经过H型离子交换器(即阳离子交换（huàn）床)处理后，树脂上所带的（de）H 被置换到水（shuǐ）中而成为（wéi）碳酸，所以脱CO2塔一般放（fàng）在阳离子交换床的后（hòu）面，阴离子交换床的前面。当水的PH值小于4.3时，水中碳酸（suān）几（jǐ）乎完全以二氧化碳的形式存在，如下式的变（biàn）化：
H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O
当H 增加，即（jí）PH越低时，上述反应就向右进（jìn）行（háng），此（cǐ）时，用（yòng）一个装（zhuāng）置水从上喷淋（lín）而下，空气从下鼓风而上，使空气流（liú）与水滴充分接触（chù），由于空气中的二氧化碳量很小，分压很低，只占大（dà）气压力（lì）的0.03%，根据亨利定律，经过H型离（lí）子交换（huàn）器处理（lǐ）的水，由于二氧化碳分压（yā）高，逸入分压低的空气流中而被（bèi）带走，从而除（chú）去了水中的二氧化（huà）碳，也即除去了水中大量的阴（yīn）离子HCO3-，这样可以大大减轻阴（yīn）床（chuáng）的负担，提高阴床的周期（qī）制水量，减少再生剂的（de）消耗。
但是，二氧化碳脱气塔由于吸入的是生产（chǎn）环境中的空气，难免会带入空（kōng）气中的杂（zá）质，通过与水源接触从而污染水（shuǐ）源，引起阴床周期制水（shuǐ）率的下降（jiàng）。
2.2真空脱气塔
真空脱气（qì）塔（tǎ）也是一种去除CO2的方法，此外还能去除（chú）水中的O2等物质，去除效率比脱CO2塔高的多。它的工作原理是用一个装（zhuāng）置将水从上喷淋而下，经过滤料分散后，水中（zhōng）的CO2及O2逸出，而真空泵在塔的中部抽真空，CO2及O2被（bèi）真空（kōng）泵吸走，脱气后的纯（chún）水流至塔底，经混床供给泵增压后进入后处理混床。如果真空脱气（qì）塔（tǎ）进水呈弱酸性，水中的碳酸盐（yán）也能被大量去除，因为当水的PH值小于4.3时，水（shuǐ）中碳酸几乎完全以二氧（yǎng）化（huà）碳的形式存在，由于未脱气的反（fǎn）渗透产水一般为弱酸性，所以真空（kōng）脱气塔一般放在（zài）反渗透（tòu）的后级。
真空（kōng）脱（tuō）气塔结构比较复杂，大的单元（yuán）有脱气塔、真空泵等（děng），为了保证进水分散均匀，滤料层高度需设（shè）置得很高，导致脱气塔高度达十几米，设备占用空间（jiān）庞大（dà），另外，由于脱气塔液位控制很严格，液位过高，容易使脱气效（xiào）率下降，过低，容易导（dǎo）致水泵吸空，引起生产（chǎn）事故，所（suǒ）以使用的液位计必须十分灵敏。虽然（rán）真空脱气塔不（bú）会带（dài）入外界新的杂质，但是由于设备结构复杂，占地空间大，运行（háng）费（fèi）用高，所以在实际生产应用方面（miàn）受到一定限制。
除了上述常用的两种脱（tuō）气方法外，还（hái）有膜脱气等方法，但是由于投资成本太高，一般只用于出水水质要求很（hěn）高的超纯水（shuǐ）系（xì）统中。
3RO前加（jiā）碱除CO2的方（fāng）法和反应机理
3.1反应机理
反渗透是高效的除盐工艺，所以只要把水中的二（èr）氧化碳转化成碳酸氢盐就可利用反渗透去除二（èr）氧化碳（tàn），由于H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O这个化学反应是可逆的，当OH-增加时，该反（fǎn）应就向左进行，当水（shuǐ）的OH值大于8.2时，水中的CO2将全部（bù）转化为HCO3-，这样HCO3-通过反渗透系（xì）统全部去除，间接实现了去除CO2的目的。
但是，在加碱的同（tóng）时，反渗透膜的结垢趋势将十分明显，因为LSI值远远高于允许的范围。实践证（zhèng）明：当反渗透系统前（qián）加碱而不采（cǎi）取其他的措（cuò）施时，RO浓（nóng）水结晶析出十分迅速（sù），一（yī）般1~2个小时就可以在浓（nóng）水侧发现白色的结晶。
其反应式为：Ca2 2OH- CO2=CaCO3 H2O
Mg2 2OH- CO2=MgCO3 H2O
所以，有（yǒu）必要在RO前添加阻垢剂避免结垢。
随着科（kē）学技术的发展，目前反渗透阻垢剂品种繁多，阻垢效率越来越（yuè）高（gāo），如杭州英普水处理技术公司（sī）的产品MDC220，能做到浓水（shuǐ）侧LSI值达3.0的水平。我们车间使用了这种阻垢剂，即在RO前加碱的（de）同时添加阻垢剂，实际运行下来反渗透（tòu）可以确（què）保三个月以上清洗一次，加碱结垢这个问题（tí）得到（dào）了很好的解决。
3.2在实际运用中的遇到的问题（tí）及整治
3.2.1原（yuán）水（shuǐ）水质
原水水质不同对（duì）反渗透清洗周期的（de）影响较大。我们公司原水采用的是工业自来水，由于该自来水是经过处理后的富营养化的太湖水，所以水中的有（yǒu）机物含量较高，且受季节变化影响也比较大，电导（dǎo）率也比较高（gāo）(600μs/cm以上)，使用下来发现，RO系统运行一段时间后，进（jìn）口操作压力就明（míng）显上升，而段间（jiān）的压差不变，经过适当的清洗可恢复至正常状态（tài），但经（jīng）过一段时间后又重（chóng）复出现。通过对RO系统加碱和阻垢（gòu）剂的（de）分析研究，我们怀疑与原水水质中（zhōng）有机物含量变化有（yǒu）关，后来通过更（gèng）换另一种阻垢剂后（hòu），问题（tí）得到了（le）解决。
如果原水使用的是硬度较高的深井水，由于在RO系（xì）统前（qián）添加（jiā）碱液，虽然添加（jiā）了阻垢剂缓解了系统结垢的（de）时（shí）间，但是RO膜结垢的趋势仍然比采用自（zì）来水作为原水来得要迅速。实践（jiàn）证（zhèng）明：一般1个月左右就需要对二段膜进行化学（xué）药洗。
3.2.2控制方式
由于在反渗透系统前添加了NaOH溶液，使LSI值远远高于允（yǔn）许的范围，很容易导致（zhì）二段反渗透膜结垢。如果阻垢剂未能及时地添加，比如（rú）加药泵故障或断电；或者添加量不够，比如加药泵（bèng）冲程选得太小，也容易发生生（shēng）产事故。这就对控制方式提出了更为严（yán）格的（de）要求。建议（yì）一旦阻垢剂加药泵（bèng）发生故障时应及时关（guān）闭碱液加（jiā）药（yào）泵，以（yǐ）防止（zhǐ）RO浓水迅速结晶析出（chū），因为短（duǎn）时间内（nèi）水（shuǐ）中的CO2不会对整个纯水系统（tǒng）产生（shēng）大的影响，长时间也（yě）只是影响混床的定收（shōu）量，所以当加（jiā）药泵发生故障时可以停（tíng）泵修理，不会影响生产运行；在控制方式上（shàng）我们可以使阻垢剂泵和碱泵连动，一旦其（qí）中一台停止，另一台也（yě）随即停止运行，或者当加药泵故障时（shí）发出报（bào）警信号（hào），使故障能在较短的时间里得到解决，此外，加强生产现场（chǎng）的巡检也是必不可少的，比如看到反渗透（tòu）二段淡水产量下降明（míng）显，应立即（jí）检查阻垢剂（jì）的加药情（qíng）况，并及时对反渗透进行药洗。定（dìng）期的巡检对于减少设备故障（zhàng）的发生，避免生产事故是十分有益的。
3.2.3RO运行（háng）方式
较（jiào）好的防（fáng）止RO二段结垢的方式是采用二级RO运行方式，并在（zài）二级反渗透系统（tǒng）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（shǐ）添加了碱液（yè），对二级（jí）反渗透的脱（tuō）盐能力的影响也是微乎其微，所以二级反渗透一般不会结垢，无（wú）需添加阻垢剂。但是这种运行方式的缺点是一次性投资较高，但对于整个纯水系（xì）统来说是较为理想的运行方式，既能提高后处理混床的定收量(二级RO产水电导率≤1μs/cm)，又能提高整个（gè）纯水系统的运行效率(故障率低)。
4结论
反渗透系统前添（tiān）加了NaOH溶液去除水中CO2的方法，和传（chuán）统的脱气塔、脱气膜比（bǐ）较起来，一次性投资费用和运行（háng）费（fèi）用低（dī），无需增加额外的大型设备，并且充分利用了RO系统的脱盐能力，此外，由于添加了碱液，对于去除水中的有机物也十分有利。但是在控（kòng）制方式上必须严格要求，这一点对于反渗透不是采（cǎi）用二级方式，而是一级方式时尤其重要。 |
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