水处理设备加碱的反渗透预处理工艺分析
- 2012-12-12 14:59:421143
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*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。
去除CO2的常用方法及反应机理
1脱CO2塔
目前使用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：
HHCO3-=H2CO3=CO2H2O
当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。
2真空脱气塔
真空脱气塔也是一种去除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。
RO前加碱除CO2的方法和反应机理
1反应机理
反渗透是的除盐工艺，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HHCO3-=H2CO3=CO2H2O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HCO3-，这样HCO3-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1~2个小时就可以在浓水侧发现白色的结晶。
其反应式为：Ca22OH-CO2=CaCO3H2O
Mg22OH-CO2=MgCO3H2O
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在实际运用中的遇到的问题及整治
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（600μs/cm以上），使用下来发现，RO系统运行一段时间后，进口操作压力就明显上升，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。
【反渗透设备预处理常用工艺分析】
对于反渗透系统，习惯地把进水分为地下水、自来水、地表水、海水、废水（中水）等，这些水体受各种因素的影响，不同的地理条件，不同的季节气候导致水体的特性及其所含的杂质有所不同，因此反渗透预处理工艺也会有所不同。合理地预处理应该能满足如下要求：
1.反渗透预处理必须能够去除原水中的绝大多数杂质，达到进水要求;
2.反渗透预处理必须考虑水质的变化，防止原水水质波动时影响整个系统的稳定运行;
3.反渗透预处理工艺必须能够、稳定的运行，同时尽量简化流程，降低投资和运行成本;
1.1絮凝和絮凝过滤
絮凝处理的对象是原水中的小颗粒悬浮物和胶体。
浊度小于70度的原水，一般采用多介质过滤，可采用重力式过滤或压力式过滤器。滤料的要求与普通双滤料滤池不同，颗粒较大，滤料中的无烟煤要求在酸碱中稳定，石英砂要求耐酸，在碱性溶液中有微量的溶出。采用絮凝过滤时用铁盐作絮凝剂的效果优于铝盐。过滤器的设计产水量应包含后续处理工艺的耗水量和过滤器自身的耗水量即冲洗水量。
1.2吸附
吸附法是利用多孔性固体物质，吸附水中的某些污染物质在其表面，从而达到净化水体的方法。吸附法能去除的污染物包括：有机物、胶体、余氯，还能去除色度和嗅味等。
1.2.1活性炭吸附
活性炭是用烟煤、无烟煤、果壳或木屑等多种原料经碳化和活化处理制成的黑色多孔颗粒。活性炭的物理特性主要指孔隙结构及其分布，在活化过程中形成各种形状和大小的孔隙，因而形成了巨大的比表面积，与水的接触面*，因而吸附能力很强。活性炭不仅能吸附水中的各种污染物，还可以吸附废气中的so2等污染物，因此在环保、水处理等领域有着广泛的用途。
1.3精密过滤器（保安过滤器）
用以去除极微小的颗粒。普通砂滤能够去除很小的固体颗粒，使出水浊度达到1左右，但出水仍然含有大量粒径在1~5μm的颗粒，这些颗粒是砂滤无法去除的，虽然颗粒极小，可是如果直接进入反渗透主机，在ro膜的浓缩作用下，仍然会造成膜元件的污染，要去除这些颗粒，就必须采用精密过滤。精密过滤器常设置在压力过滤器之后，有时也设置在整个预处理工艺的未端防止破碎的滤料、活性炭、树脂等进入反渗透系统，尽量做到不将上道工序产生的微粒带到下一道工序中去。滤孔孔径应与水中所含杂质的粒相匹配，避免过粗或过细。