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反滲透預(yù)處理中阻垢劑與軟化工藝的區(qū)別

來(lái)源:上海星臨環(huán)??萍加邢薰?/span>作者:星臨技術(shù)部網(wǎng)址:http://m.cpser.com/瀏覽數(shù):24

反滲透預(yù)處理中阻垢劑與軟化工藝的區(qū)別

在反滲透預(yù)處理過(guò)程中,阻垢劑的使用和軟化工藝都是為了保障反滲透系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,減少水中雜質(zhì)對(duì)膜元件的損害,但它們?cè)诙鄠€(gè)方面存在顯著區(qū)別。

一、工藝目的

(一)阻垢劑的作用目的

阻垢劑主要用于防止水中難溶性鹽類(lèi)在反滲透膜表面形成垢層。在反滲透過(guò)程中,隨著水不斷透過(guò)膜,濃水側(cè)的鹽濃度逐漸升高,當(dāng)某些鹽類(lèi)的離子積超過(guò)其溶解度時(shí),就會(huì)結(jié)晶析出并沉積在膜表面,如常見(jiàn)的碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣等垢。阻垢劑的添加旨在通過(guò)化學(xué)作用,改變這些鹽類(lèi)結(jié)晶的生長(zhǎng)過(guò)程,抑制垢的形成,從而延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定產(chǎn)水通量和脫鹽率。例如在海水淡化的反滲透系統(tǒng)中,海水中含有大量的鹽分,使用阻垢劑能有效防止在膜表面形成各種復(fù)雜的鹽垢,確保海水淡化過(guò)程的高效運(yùn)行。

(二)軟化工藝的目的

軟化工藝的核心目的是降低水中鈣、鎂離子的濃度,從而降低水的硬度。硬度過(guò)高的水進(jìn)入反滲透系統(tǒng),會(huì)在膜表面形成嚴(yán)重的水垢,極大地影響膜的性能。通過(guò)軟化工藝,將水中的鈣、鎂離子去除或轉(zhuǎn)化為不易沉淀的形式,使水的硬度降低到適合反滲透系統(tǒng)運(yùn)行的范圍。比如在一些以地下水為水源的反滲透系統(tǒng)中,地下水通常硬度較高,經(jīng)過(guò)軟化處理后,可有效減少后續(xù)反滲透膜結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn),保障系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

二、工藝原理

(一)阻垢劑的工作原理

  1. 螯合作用:阻垢劑分子中含有能與鈣、鎂等金屬離子形成穩(wěn)定螯合物的官能團(tuán)。例如,有機(jī)膦酸鹽類(lèi)阻垢劑,其分子中的膦酸基(-PO?H?)能與水中的鈣離子形成可溶性的螯合物,將鈣離子 “包裹” 起來(lái),使其無(wú)法與其他陰離子結(jié)合形成沉淀,從而抑制垢的生成。

  1. 分散作用:阻垢劑可以吸附在微小的垢晶表面,使其表面帶電,由于同性電荷相斥,這些微小垢晶無(wú)法相互聚集長(zhǎng)大形成大顆粒沉淀,而是以分散的微小顆粒形式存在于水中,隨濃水排出系統(tǒng)。如聚羧酸類(lèi)阻垢劑,通過(guò)在水中電離出的羧酸根離子(-COO?)吸附在垢晶表面,實(shí)現(xiàn)分散效果。

  1. 晶格畸變作用:阻垢劑分子能嵌入到垢晶的晶格結(jié)構(gòu)中,使垢晶的晶格發(fā)生畸變,破壞其正常的生長(zhǎng)規(guī)律,導(dǎo)致垢晶無(wú)法形成致密、堅(jiān)硬的垢層,而是形成疏松、易被水流沖走的沉積物。

(二)軟化工藝的原理

  1. 離子交換軟化:常用的離子交換樹(shù)脂軟化法,利用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂,如苯乙烯系強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。樹(shù)脂上的可交換鈉離子(Na?)與水中的鈣(Ca2?)、鎂(Mg2?)離子發(fā)生交換反應(yīng)。反應(yīng)方程式如下:

    • 2R - Na + Ca2? → R? - Ca + 2Na?

    • 2R - Na + Mg2? → R? - Mg + 2Na?

其中 R 代表離子交換樹(shù)脂母體。通過(guò)這種交換,水中的鈣、鎂離子被吸附到樹(shù)脂上,而樹(shù)脂上的鈉離子被釋放到水中,從而降低水的硬度。
  1. 化學(xué)沉淀軟化:在水中加入某些化學(xué)藥劑,使鈣、鎂離子形成難溶性的沉淀物而去除。例如石灰軟化法,向水中加入石灰(Ca (OH)?),發(fā)生以下反應(yīng):

    • Ca(HCO?)? + Ca(OH)? → 2CaCO?↓ + 2H?O

    • Mg (HCO?)? + 2Ca (OH)? → 2CaCO?↓ + Mg (OH)?↓ + 2H?O

生成的碳酸鈣(CaCO?)和氫氧化鎂(Mg (OH)?)沉淀可通過(guò)沉淀、過(guò)濾等方法從水中去除,達(dá)到軟化水的目的。

三、適用場(chǎng)景

(一)阻垢劑的適用場(chǎng)景

  1. 原水硬度較低但含鹽量較高:當(dāng)原水的硬度在一定范圍內(nèi),尚未達(dá)到嚴(yán)重影響反滲透系統(tǒng)運(yùn)行的程度,但鹽含量較高,容易在膜表面形成鹽垢時(shí),使用阻垢劑較為合適。例如一些經(jīng)過(guò)初步處理的工業(yè)廢水,硬度雖不高,但含有大量的硫酸鹽、氯化物等鹽分,此時(shí)添加阻垢劑能有效防止鹽垢在反滲透膜表面沉積。

  1. 對(duì)水質(zhì)要求較高且水量較大的系統(tǒng):在一些對(duì)水質(zhì)要求極高的行業(yè),如電子芯片制造、制藥等行業(yè)的大規(guī)模反滲透純水制備系統(tǒng)中,阻垢劑可作為一種簡(jiǎn)便、有效的預(yù)處理手段。它能在不改變系統(tǒng)整體工藝流程的前提下,保障反滲透系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,滿(mǎn)足對(duì)高品質(zhì)產(chǎn)水的需求。

  1. 系統(tǒng)空間有限,無(wú)法安裝大型軟化設(shè)備:對(duì)于一些空間受限的反滲透系統(tǒng),如小型的海水淡化裝置或某些現(xiàn)場(chǎng)安裝條件苛刻的工業(yè)水處理項(xiàng)目,由于無(wú)法安裝占地面積較大的軟化設(shè)備,使用阻垢劑成為一種可行的選擇,通過(guò)簡(jiǎn)單的加藥裝置即可實(shí)現(xiàn)對(duì)膜表面結(jié)垢的控制。

(二)軟化工藝的適用場(chǎng)景

  1. 原水硬度較高:當(dāng)原水硬度超出反滲透系統(tǒng)可承受的范圍,如硬度大于 200mg/L(以 CaCO?計(jì))時(shí),單純使用阻垢劑可能無(wú)法有效防止膜表面形成大量水垢,此時(shí)軟化工藝是更為可靠的選擇。例如在一些以高硬度地下水為水源的地區(qū),為了滿(mǎn)足反滲透系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求,必須先進(jìn)行軟化處理。

  1. 對(duì)水中特定離子有去除要求:在一些特殊的工業(yè)生產(chǎn)中,不僅需要降低水的硬度,還對(duì)水中的某些特定離子,如鈣離子、鎂離子有嚴(yán)格的去除要求。軟化工藝可以通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)和選擇合適的軟化方法,有針對(duì)性地去除這些離子。例如在紡織印染行業(yè),為了避免水中的鈣、鎂離子影響染色效果,需要將水中的鈣、鎂離子濃度降低到極低水平,此時(shí)軟化工藝能更好地滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。

  1. 系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行要求高:對(duì)于一些需要長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的反滲透系統(tǒng),如大型城市供水的反滲透凈化系統(tǒng),軟化工藝能從根本上降低水中鈣、鎂離子含量,相比阻垢劑,能更有效地減少膜表面結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn),保障系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,降低系統(tǒng)維護(hù)成本。

四、運(yùn)行成本與維護(hù)

(一)阻垢劑的運(yùn)行成本與維護(hù)

  1. 運(yùn)行成本:主要成本在于阻垢劑的采購(gòu)和添加設(shè)備的能耗。阻垢劑的價(jià)格因種類(lèi)和質(zhì)量而異,一般來(lái)說(shuō),有機(jī)膦酸鹽類(lèi)阻垢劑價(jià)格相對(duì)較低,而一些高性能的復(fù)合阻垢劑價(jià)格較高。添加阻垢劑需要配備加藥泵等設(shè)備,會(huì)消耗一定的電力。但總體而言,阻垢劑的運(yùn)行成本相對(duì)較低,尤其是在小型或?qū)λ|(zhì)要求不是特別高的系統(tǒng)中,使用阻垢劑的成本優(yōu)勢(shì)更為明顯。

  1. 維護(hù):阻垢劑添加系統(tǒng)的維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單,主要是定期檢查加藥泵的運(yùn)行情況,確保其正常工作,以及定期清洗加藥管道,防止管道堵塞。同時(shí),需要根據(jù)原水水質(zhì)和系統(tǒng)運(yùn)行情況,定期檢測(cè)水中阻垢劑的濃度,調(diào)整加藥劑量,以保證阻垢效果。

(二)軟化工藝的運(yùn)行成本與維護(hù)

  1. 運(yùn)行成本:離子交換軟化工藝的運(yùn)行成本包括離子交換樹(shù)脂的采購(gòu)成本、再生劑(如氯化鈉)的消耗成本以及再生過(guò)程中的能耗。離子交換樹(shù)脂的使用壽命有限,需要定期更換,成本較高。化學(xué)沉淀軟化工藝的成本則主要包括化學(xué)藥劑的采購(gòu)成本、沉淀過(guò)程中的攪拌能耗以及沉淀后污泥處理的成本。總體來(lái)說(shuō),軟化工藝的運(yùn)行成本相對(duì)較高,尤其是對(duì)于大規(guī)模的水處理系統(tǒng)。

  1. 維護(hù):離子交換軟化系統(tǒng)的維護(hù)較為復(fù)雜,需要定期對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生處理,再生過(guò)程中要嚴(yán)格控制再生劑的濃度、流量和再生時(shí)間等參數(shù),以保證樹(shù)脂的交換能力。同時(shí),要定期檢查樹(shù)脂的破損情況,及時(shí)更換破損的樹(shù)脂?;瘜W(xué)沉淀軟化系統(tǒng)需要定期清理沉淀池中的污泥,防止污泥積累影響沉淀效果,還要定期維護(hù)攪拌設(shè)備、加藥設(shè)備等,確保其正常運(yùn)行。

反滲透預(yù)處理中的阻垢劑和軟化工藝在工藝目的、原理、適用場(chǎng)景以及運(yùn)行成本與維護(hù)等方面存在明顯區(qū)別。在實(shí)際應(yīng)用中,需要根據(jù)原水水質(zhì)、系統(tǒng)運(yùn)行要求以及經(jīng)濟(jì)成本等多方面因素綜合考慮,選擇合適的預(yù)處理方法,以保障反滲透系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。


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