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1、加碱装置在水处理设备反渗透系统中的应用反渗透（RO）是一种十分有效的膜分离单元操作，是依靠反渗 透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 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 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 控制的一个重要参数是进水 PH 值，如果 PH 值为酸性，则不容易 结垢，如果
2、PH 为碱性，则结垢倾向十分明显。所以传统的工艺 中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加 NaOH 溶液。1 去除 CO2 的常用方法及反应机理1.1 脱 CO2 塔目前使用最广泛的是二氧化碳脱气塔，由于水中含有大量的 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酸，所以脱 CO2 塔一般 放在阳离子交换床的后面，阴离子交换床的前面。当水的 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，如下式 的变化：H HCO3-=H2CO3=CO2 H2O当
3、 H 增加，即 PH 越低时，上述反应就向右进行，此时，用 一个装置水从上喷淋而下，空气从下鼓风而上，使空气流与水滴 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，也即除去了水中大量的阴离子HC03-,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入的是生产环境中的空气，难 免会带入空气中的杂质，通过与水源接触从而污染水源，引起阴 床周期制水率的下降。1.2 真空脱气塔真空脱气塔也是一种
4、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 CO2 塔高的多。它的工作原理是用一 个装置将水从上喷淋而下，经过滤料分散后，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， 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呈弱酸性，水中的碳酸盐也能被大量去除， 因为当水的 PH 值小于4.3 时，水中碳酸几乎完全以二氧化碳的 形式存在，由于未脱气的反渗透产水一般为弱酸性，所以真空脱 气塔一般放在反渗透的后级。真空脱气塔结构比较复杂，大的单元有脱气塔、真空泵等， 为了保证进水分散均匀，滤料层高度需设置
5、得很高，导致脱气塔 高度达十几米，设备占用空间庞大，另外，由于脱气塔液位控制 很严格，液位过高，容易使脱气效率下降，过低，容易导致水泵 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，还有膜脱气等方法，但是 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。2 RO 前加碱除 CO2 的方法和反应机理2.1 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 HHC03-二H2
6、C03二C02 H20这个化学反应是可逆的，当OH-增加时， 该反应就向左进行，当水的OH值大于8.2时，水中的CO2将全 部转化为HC03-,这样HC03-通过反渗透系统全部去除，间接实 现了去除CO2的目的。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 值远远高于允许的范围。实践证明：当反渗透系统前加碱 而不采取其他的措施时，RO浓水结晶析出十分迅速，一般12 个小时就可以在浓水侧发现白色的结晶。其反应式为：Ca2 2OH- CO2=CaCO3 H2OMg2 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，目前反渗透阻垢剂
7、品种繁多，阻垢效 率越来越高，如杭州英普水处理技术公司的产品MDC220，能做 到浓水侧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 三个月以上清洗一次，加碱结垢这个问题得到了很好的解决。2.2 在实际运用中的遇到的问题及整治2.2.1 原水水质原水水质不同对反渗透清洗周期的影响较大。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，所以水中的有机物含量较高，且受季节变化影响也比较 大，电导率也比较高（600“s/cm以上），使用下来发现，R0系统 运行一段时间后，进口操作压力就明显上升，而段间
8、的压差不变， 经过适当的清洗可恢复至正常状态，但经过一段时间后又重复出 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 水质中有机物含量变化有关，后来通过更换另一种阻垢剂后，问 题得到了解决。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，虽然添加了阻垢剂缓解了系统结垢的时间，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进行化学药洗。2.2.2 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 允许的范围，很容易导致二段反渗透膜结垢。如果阻垢剂未能及 时地添加，比如加药泵故障或
9、断电;或者添加量不够，比如加药 泵冲程选得太小，也容易发生生产事故。这就对控制方式提出了 更为严格的要求。建议一旦阻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 不会对整个纯水系统产生大的影响，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泵连动，一旦 其中一台停止，另一台也随即停止运行，或者当加药泵故障时发 出报警信号，使故障能在最短的时间里得到解决，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，应立即检查阻垢剂的加药情况，
10、并及时对反渗透进行药 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 有益的。2.2.3RO 运行方式最好的防止RO二段结垢的方式是采用二级RO运行方式，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结垢 无需添加阻垢剂。但是这种运行方式的缺点是一次性投资较高， 但对于整个纯水系统来说是最为理想的运行方式，既能提高后处 理混床的定收量（二级RO产水电导率1m s/cm）,又能提高整个 纯水系统的运行效率（故障率低）。3结论反渗透系统前添加了 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 是在控制方式上必须严格要求，这一点对于反渗透不是采用二级 方式，而是一级方式时尤其重要。技术资料由莱特莱德水处理设备公司提供
