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枣庄长信化工有限公司
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水处（chù）理设备加碱在反渗透系统中的应用 |
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反渗透(RO)是一种十分有效的膜分（fèn）离单元操（cāo）作，是依靠反渗透膜在压力下使（shǐ）溶液中的（de）溶（róng）剂与溶质进行分离的过程。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（de）再生剂用量也可减少90%，除了除盐，还（hái）可除去水中（zhōng）的微粒、有（yǒu）机物质、胶体（tǐ）物质，对减轻离（lí）子交换树脂的污染，延长使用寿（shòu）命都（dōu）有着良好的作用。
但是长期以来，对于水中含有的游离CO2的去（qù）除，反渗透技术似乎无能为力，因为传统的反渗透技术中必须控制进水中（zhōng）LSI(即朗格利尔饱和指（zhǐ）数)值，以防止反（fǎn）渗透膜结（jié）垢。而LSI值控制的一个重要参（cān）数是进水PH值，如果PH值为酸性，则不容易结垢，如果PH为碱性（xìng），则结垢倾（qīng）向十分明显。所以传（chuán）统的工（gōng）艺中在（zài）反渗透系统前添加HCl溶液，能很好地防止CaCO3、MgCO3等沉淀（diàn）物结（jié）垢；而很少在反渗透系统前添加NaOH溶（róng）液。
2去除CO2的常用方（fāng）法（fǎ）及反应机理
2.1脱CO2塔
目前使用较广泛的是二氧化碳脱气塔，由（yóu）于水（shuǐ）中含有大量的碳酸氢盐碱度（dù），经过H型离子交换（huàn）器(即阳离子交换床)处理后，树脂上所（suǒ）带的（de）H 被置换到水中而成为碳酸，所以脱CO2塔一般（bān）放在阳离子交（jiāo）换床的后（hòu）面，阴离子交换床的前面。当水的（de）PH值（zhí）小于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，上述反应就向右进（jìn）行，此时，用（yòng）一个（gè）装置水（shuǐ）从上喷淋而下，空气从下（xià）鼓风（fēng）而上，使空气流与水滴充分接（jiē）触，由于空气中的二氧化碳量很（hěn）小，分压很低，只（zhī）占大气压力（lì）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（fèn）压低的空气流中而被带走，从而（ér）除（chú）去了水中的（de）二氧化碳（tàn），也即除（chú）去了水中大量（liàng）的阴离子HCO3-，这样可以大大减轻（qīng）阴床的负担，提高阴床的周期制水量，减少再（zài）生剂的消耗。
但是，二氧化碳脱气塔由于吸（xī）入的是生产环境中的空气，难免会带入空气中的杂质，通过（guò）与水源接触从而污染水源，引起阴床周期制（zhì）水率的下降。
2.2真空脱气塔
真（zhēn）空脱气塔也是（shì）一种去除CO2的方法，此外还能去除水中的O2等物质，去除效率比脱（tuō）CO2塔高的多（duō）。它的工作原理是用一个装置（zhì）将水从上喷淋而下，经过（guò）滤料分散后，水中的CO2及O2逸出，而真（zhēn）空（kōng）泵在塔的中部（bù）抽真空，CO2及O2被真空泵（bèng）吸走，脱（tuō）气后的纯水流至塔底，经混床供给泵增压后进入后处理混床。如果真空脱气（qì）塔进水呈弱（ruò）酸性，水（shuǐ）中的碳（tàn）酸盐也能（néng）被大量（liàng）去除，因为当水的PH值小于4.3时，水（shuǐ）中碳（tàn）酸几乎完全以二氧化碳的形式存（cún）在，由于未脱气的反（fǎn）渗透产水一（yī）般为弱（ruò）酸性，所以真（zhēn）空脱气塔一般放在反渗透的后级。
真空脱（tuō）气塔结构比较复杂，大的单元有脱气塔（tǎ）、真（zhēn）空（kōng）泵等，为了保（bǎo）证进水分散均（jun1）匀，滤料层高度需设置得（dé）很高，导致脱（tuō）气塔高度达十几米，设备占用空间庞大，另外，由于脱（tuō）气塔液位（wèi）控制很严格，液位过高（gāo），容易使脱气效率下降，过低，容易导致水泵（bèng）吸空，引起生产事故，所以使用的液位（wèi）计必须十分灵（líng）敏。虽然真空（kōng）脱气塔不会带入外界新的杂质，但是由于设备结构复杂，占地空间大，运（yùn）行费用高，所以在实际生产应用方面受到一定限制。
除了上述常用的两种脱气方法外，还有膜脱气等（děng）方法，但是（shì）由于投资成本太高，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（hé）反应机理
3.1反（fǎn）应机理
反（fǎn）渗透（tòu）是高效的除盐工艺，所以只要把水中的二氧化碳（tàn）转化成碳酸氢盐就可利（lì）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，该反（fǎn）应就向左进行，当水的OH值大于8.2时，水中的CO2将全部转（zhuǎn）化为HCO3-，这样HCO3-通过反渗透（tòu）系统全部去除，间接实现（xiàn）了去除（chú）CO2的目的。
但是，在加碱（jiǎn）的同时，反渗透膜的结垢趋势将十分明显，因为（wéi）LSI值远远高于允许的范围。实（shí）践证（zhèng）明（míng）：当反渗透系统前加（jiā）碱（jiǎn）而不采取其他的措施时，RO浓水（shuǐ）结晶（jīng）析出十分迅（xùn）速，一（yī）般（bān）1~2个小时就可以在浓水侧发（fā）现白色的结晶。
其反应式为：Ca2 2OH- CO2=CaCO3 H2O
Mg2 2OH- CO2=MgCO3 H2O
所以，有必要在RO前添加阻（zǔ）垢剂避免结垢。
随着科（kē）学技术的发展（zhǎn），目（mù）前反渗透阻垢剂品种（zhǒng）繁多，阻垢（gòu）效率越（yuè）来越高，如杭州英普（pǔ）水处理技（jì）术公司的产品MDC220，能做到浓水侧LSI值（zhí）达3.0的（de）水平。我（wǒ）们车间使用了这种阻垢剂，即在RO前加（jiā）碱的同时添加阻垢剂，实际运行下来反渗透可以确保三个月以上清洗（xǐ）一（yī）次，加碱结垢这个问题得到了很好的解决。
3.2在实际运用中的遇（yù）到（dào）的问题及整（zhěng）治
3.2.1原水水质（zhì）
原水水质不同对反渗透清（qīng）洗周期的影响较大。我们公司原水采用（yòng）的是工业自来水，由于该自来水是经过（guò）处理后的富营养化的太（tài）湖水，所以水中的有机物含量较高，且受季节变化影响也比较大（dà），电导率也比较高(600μs/cm以上)，使用下（xià）来发现，RO系统运行一段时间后，进口操作压力（lì）就明显上升，而段间的压差（chà）不（bú）变（biàn），经过适当的清洗可恢（huī）复至正常状态，但经过一段时间后又重复出现。通过对RO系统（tǒng）加（jiā）碱和阻垢剂的分析研究，我们怀疑（yí）与原水水（shuǐ）质（zhì）中有机物含量变化有关，后来通过更换另一种阻垢剂（jì）后，问（wèn）题得到了解决。
如果原水（shuǐ）使用的是硬度较高的深井水，由于在RO系统前添加碱液，虽然添加了阻垢剂缓解了（le）系统结（jié）垢的时间，但是RO膜结垢的趋势仍然比采用自来水作为原水来得要迅速。实践证明：一（yī）般1个月左右就需要（yào）对（duì）二段膜进行化学药洗。
3.2.2控制方式
由（yóu）于在反渗透系统前添加了NaOH溶液，使LSI值远远高于允许的范围，很容易（yì）导致二段反渗透膜结垢。如果阻垢剂未能及时地添（tiān）加，比如加药泵故障或断电；或者添加量不够，比如加（jiā）药泵冲程选得太小，也容易发生生产事故（gù）。这就对控制方式提出了更为严格的要求。建议一旦阻（zǔ）垢（gòu）剂加药泵发生故障时应及时关闭碱液（yè）加药泵，以防止RO浓水迅速结晶析（xī）出，因为短时间内水中的CO2不会对整（zhěng）个纯水系统产生大的影响，长时间也只是影响混（hún）床的（de）定收量，所以当加药（yào）泵发生故障时可以停泵修理，不会影响生（shēng）产运行；在控制方式上我们（men）可以使阻垢剂泵和碱泵（bèng）连动，一旦其中一（yī）台停止，另一台也随即（jí）停止运行，或者（zhě）当加药泵故障时发出报警（jǐng）信号，使故障能在较短的时间里得到（dào）解决，此外，加（jiā）强生产现场的（de）巡检也是必不可（kě）少的，比如（rú）看到反渗透二段淡水产量下降明显，应立即检查阻垢剂的加药（yào）情况，并（bìng）及时对反渗透进行药洗。定期的（de）巡检对于减少设备故障的发生，避（bì）免生产事故（gù）是十分（fèn）有（yǒu）益的。
3.2.3RO运行方式（shì）
较好的防止RO二段结垢的方（fāng）式是采用（yòng）二（èr）级RO运行方式（shì），并在二级反（fǎn）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（jiǎn）液，对（duì）二级反渗透的脱盐能力（lì）的影响也是微乎其微，所以二级反渗透一（yī）般不会结垢，无需添加阻垢剂。但（dàn）是这种运行方式的缺点是一（yī）次性投资较高，但对于整个纯水系统来说是（shì）较为理想的（de）运行方式，既能提高后处理混床的定收量（liàng）(二级RO产（chǎn）水电导率≤1μs/cm)，又能提高整个纯水系统的运行效率(故障率低)。
4结论（lùn）
反渗透系统前（qián）添加了NaOH溶液去除水中CO2的（de）方法，和（hé）传统的脱气塔、脱气膜比较起来（lái），一次性投资费用和运行费用低，无需增加额（é）外的大型设（shè）备，并且充分利用了RO系统的脱盐能（néng）力（lì），此外，由于添加（jiā）了碱液，对于去除水（shuǐ）中的有机（jī）物也十分（fèn）有利。但（dàn）是在控制方式上（shàng）必须严格要求，这一点对于反渗透不是采用二（èr）级方式，而是一级方式（shì）时尤其重要。 |
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