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枣庄长信化工有限公司
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水处理（lǐ）设备加碱（jiǎn）在（zài）反渗透系统中的应用 |
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反渗（shèn）透(RO)是一种十分有效（xiào）的膜分离单元操作，是依靠反渗透（tòu）膜在压力下使溶液中的溶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（zhī）的再生（shēng）剂用量也可减少90%，除了除（chú）盐，还可除去水中的微粒（lì）、有机物质、胶体（tǐ）物质，对减轻离子交换（huàn）树脂的（de）污染，延长使用寿命都有着良（liáng）好的作用。
但是长期以来，对于水中含有的游离CO2的去除，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LSI(即朗格利尔饱和指数)值，以防止反渗透膜结垢。而LSI值控（kòng）制的一个重要（yào）参数是进（jìn）水PH值，如果PH值为酸性，则不容（róng）易结垢，如（rú）果PH为碱性，则结垢倾（qīng）向十分（fèn）明显。所以传统的工（gōng）艺中在反渗透系统前（qián）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加NaOH溶液。
2去除CO2的常用（yòng）方法及反应机理
2.1脱CO2塔
目前使用较广泛的是二氧化碳（tàn）脱气塔，由于水（shuǐ）中含有（yǒu）大量的碳酸氢盐碱度，经过H型离子交换器(即阳离子交换床)处理后，树脂上所带的H 被置换到水中而成为碳（tàn）酸，所以（yǐ）脱（tuō）CO2塔一般放在阳离子交换床的（de）后面，阴（yīn）离子交换床的前面（miàn）。当水的PH值小于4.3时，水中碳酸几乎完全以二氧（yǎng）化碳的形式存在，如下式的变化：
H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O
当H 增加，即PH越低时，上述反应就向右进行（háng），此时，用一个装置水从（cóng）上喷淋而下，空（kōng）气从下鼓风而上，使空气流与水滴（dī）充分接触，由于空气中的二氧化碳量很小，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（de）水，由于二氧化碳分（fèn）压高，逸入分压低的空（kōng）气流中而被带走（zǒu），从而除去了水中的二氧化碳，也即除去了水中大量的（de）阴离子HCO3-，这样可以大大减轻阴床的负担，提高阴床的周期制水量，减少再生剂的消耗。
但是，二氧化碳脱气塔由于吸（xī）入的是（shì）生产环境（jìng）中的空气（qì），难免会带入空（kōng）气中的杂质，通过与水源接触从而污（wū）染水（shuǐ）源，引起阴床周期制水率的下降。
2.2真空脱气塔
真空脱气塔也是一种去除CO2的方法，此外（wài）还能去除水中的O2等（děng）物质，去除效率比脱CO2塔高（gāo）的多。它的工作原理是用一个装置将水从上喷淋而下，经过（guò）滤料分散后，水中的CO2及O2逸出，而真空泵在塔（tǎ）的中部抽真空，CO2及O2被真空泵吸走，脱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。如果真空脱气塔进水（shuǐ）呈弱（ruò）酸性，水（shuǐ）中的碳酸盐也能被大量去除，因为当水的PH值小于4.3时，水中碳酸几乎完全（quán）以二氧化碳的（de）形式存在，由于未脱气的反渗透产（chǎn）水一般为（wéi）弱酸性，所以真空脱气（qì）塔一般（bān）放在反渗透的后（hòu）级。
真空脱气（qì）塔结构比较复杂，大的单元有脱气塔、真（zhēn）空泵等，为了保证（zhèng）进水分散均匀，滤料层高（gāo）度需设置得很高，导致（zhì）脱气塔高度达十几米，设（shè）备占用空间庞大，另外，由于脱（tuō）气塔液位控制很严格，液位过高，容易使脱气效率下（xià）降，过低，容易导致水泵（bèng）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，占地空间大，运行费用高，所以在实（shí）际（jì）生（shēng）产应（yīng）用方面（miàn）受到一定限制。
除（chú）了上述常用的两种脱气方法外（wài），还有膜脱气等方法，但是由于投资成本太高，一般只用（yòng）于出水水质要求很高的超纯（chún）水系统中。
3RO前加碱除CO2的方法和反应机理
3.1反（fǎn）应机理
反渗（shèn）透是高效的除盐工艺，所以只要把水中的二氧化碳转化（huà）成碳酸氢盐就可利用反渗透去除二氧化（huà）碳，由于H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O这个化学（xué）反应是可逆的（de），当OH-增加时，该反应就向左进行（háng），当水（shuǐ）的OH值大于8.2时，水中的CO2将全部转化（huà）为HCO3-，这样HCO3-通（tōng）过反渗透系统（tǒng）全部去（qù）除，间接实现了去除CO2的目的。
但是，在加（jiā）碱的同时，反渗透膜的结垢趋势将十分明显，因为LSI值远远高于允许的范围。实践证明：当反渗透系（xì）统前加碱而不采取其（qí）他的措施（shī）时，RO浓水结晶析出十分（fèn）迅速，一般1~2个小时就可以在浓水侧发现白色的（de）结晶（jīng）。
其反应式为：Ca2 2OH- CO2=CaCO3 H2O
Mg2 2OH- CO2=MgCO3 H2O
所以，有必（bì）要在RO前添加阻垢剂避免结垢。
随（suí）着科学技术的发展，目前反（fǎn）渗透阻垢剂（jì）品种繁多，阻垢效率（lǜ）越来越高，如杭州英（yīng）普水处理技术公司的产（chǎn）品MDC220，能做到浓水侧（cè）LSI值达3.0的水平。我们车间使用了这种阻垢剂，即在RO前加碱的同时添加阻垢剂，实（shí）际运（yùn）行下（xià）来反渗透可以确保三个月（yuè）以上清（qīng）洗一次，加（jiā）碱结垢这个（gè）问题得到了很好的解决。
3.2在实际运用中的遇到的问题及整治
3.2.1原（yuán）水水质
原水水质不同（tóng）对反（fǎn）渗透清洗周（zhōu）期的影响较大。我们公司（sī）原水采用的是工业自来水（shuǐ），由于该自来水是经过处理后的富营养（yǎng）化的太湖水，所以水中（zhōng）的有机物含量较高，且受季节（jiē）变化影响也比较大，电导率也比（bǐ）较高(600μs/cm以上)，使（shǐ）用下来发现，RO系统运行一段时间后，进（jìn）口操作压力就明显上升，而（ér）段间（jiān）的（de）压差不变，经过（guò）适当的清洗可恢复（fù）至（zhì）正常状态（tài），但经过一段时（shí）间后又重复出现。通过对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，后（hòu）来通（tōng）过更换另一种阻垢（gòu）剂后，问题得到（dào）了（le）解决。
如（rú）果原水使用的是硬度较高的深井水，由于在RO系统（tǒng）前（qián）添加碱液，虽然添（tiān）加了阻（zǔ）垢剂缓解了系统结（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：一般1个月左右就需要对二段膜（mó）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（yuǎn）远高于（yú）允许的范围，很（hěn）容易导致二段反渗（shèn）透（tòu）膜结垢。如果阻垢剂未能及时地（dì）添加，比如加药泵故障或断电（diàn）；或者添加量不够，比如加药泵冲（chōng）程（chéng）选得太小（xiǎo），也容（róng）易发生生（shēng）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（dàn）阻（zǔ）垢剂加药泵发生故障时应及时关闭碱液加药泵，以防止RO浓水迅速结晶析出，因为短时间内水中的CO2不会对整个（gè）纯（chún）水（shuǐ）系统产生大的影响，长时间也只是影响混床的定收量，所以当加药泵发生故障时可以停泵修理，不会影响生产运行；在控制方式上我们可以使阻垢剂泵和碱（jiǎn）泵连（lián）动（dòng），一旦其中一（yī）台停止，另一台也随即停（tíng）止运行，或（huò）者当（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（dé）到解决，此外，加强生产现场的巡检也是必不可少的，比如看到反渗透二段淡水产量下降明显，应立即（jí）检查阻（zǔ）垢剂的加药情况，并及时（shí）对反渗（shèn）透进行药洗。定期的巡检对于减少设备故障的发生，避免生产事故是十分有益（yì）的。
3.2.3RO运行方式
较好（hǎo）的防止（zhǐ）RO二段（duàn）结垢的方式（shì）是采用（yòng）二级RO运行方式，并在二级反渗透系统前添加NaOH溶液，因（yīn）为二级反渗透（tòu）进水（shuǐ）是一级反渗透的产水，含盐量极低，即使添加了碱液（yè），对二级反渗透的脱盐能（néng）力的影响也是微乎其微，所以二级反渗透一般不会结垢，无需添加阻垢剂。但是这（zhè）种运行方式的缺（quē）点是一次性投（tóu）资（zī）较高（gāo），但对于整个纯水系统来说是较为理想（xiǎng）的运行方式（shì），既能（néng）提高后处（chù）理混床（chuáng）的定收量(二级RO产水电导率≤1μs/cm)，又能提（tí）高整个纯水系（xì）统的运行效率(故障率低)。
4结论
反渗透系统（tǒng）前添加了NaOH溶液去除水中CO2的方法，和传统的脱气塔、脱气膜（mó）比较起来，一次性投资费用和运行费用低，无需增加额外的大型设备，并且充（chōng）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（wù）也十分有利。但是在控制方式上必须（xū）严格要求，这一点对于反渗透不是采用二级（jí）方式，而是一级方式时尤其重要。 |
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