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苦咸水结垢

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苦咸水的组成变化范围极大,为了提出较佳的工艺设计方案,必须进行水质分析。苦咸水处理系统的制约因素主要是化学性质,即碳酸钙或硫酸钙等化合物的结垢和沉积,因进水不断被浓缩,当有超过其溶度积时,会在膜面上发生沉淀或结垢;潜在的微生物污染又是另一个影响因素,工业或市政废水处理系统存在大量有机物,无机物,病毒与细菌等微生物和藻类,这样其制约因素不仅仅是物理与化学因素,还有微生物指数,即与膜有亲和反应的有机碳或生物可降解的溶解性有机碳或潜在的磷酸盐垢。

结垢控制

当难溶盐类在膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度极限时,它们就会在反渗透或纳滤膜膜面上发生结垢,如果反渗透水处理系统采用50%回收率操作时,其浓水中的盐浓度就会增加到进水浓度的两倍,回收率越高,产生结垢的风险性就越大。目前出于对水源短缺或对环境影响的考虑,设置反渗透浓水回收系统以提高回收率成为一种习惯做法,在这种情况下,采取精心设计,考虑周全的结垢控制措施和防止微溶性盐类超过其溶解度而引发沉淀与结垢尤为重要。

RO/UF系统中,常见的难溶盐为CaSO4,CaCO3和Sio2,其它可能会产生结垢的化合物为CaF2,BaSO4和Ca3(PO4)。

为了防止膜面上发生无机盐结垢,应采用如下措施:

加酸

加阻垢剂

强酸阳树脂软化

弱酸阳树脂脱碱度

石灰软化

预防性清洗

预防结垢

预防碳酸钙结垢

苦咸水水源:

大多数天然水未经处理时,LSIc将会是正值,为了防止CaCO3结垢,除非在膜系统进水中投加阻垢剂或采取前面介绍的预防性清洗措施,否则必须确保LSIc为负值。

LSIc<0,不需要投加阻垢剂

LSIc≤1.8~2.0单独投加阻垢剂或完全采用化学软化

LSIc>1.8~2.0加酸至LSIc达1.8~2.0,然后再投加阻垢剂;或完全采用化学软化。

注:LSIc指的是朗格利尔指数,又称饱和指数,以S.I.表示,是水样实测的PH值减去饱和PH值(PHs)所得的值

2.海水水源:

当浓水含盐量TDS>10,mg/L的高盐度苦咸水或海水水源,用SDSIc作为表示CaCO3结垢可能性的指标。

SDSIc的调节

大多数天然高含盐量水源未经处理时,SDSIc一般是正值,为了防止CaCO3结垢,必须通过加酸使SDSIc变为负值,如果通过投加阻垢剂防止CaCO3沉淀的话,SDSIc值可以为正值,最大允许SDSIc值和所需要的阻垢剂投加量。如果上述条件不能满足,就必须采取以下措施:

降低回收率,直到SDSIc值满足上述任一条件的规定;

采用石灰或石灰-纯碱软化方法,脱除进水中的钙硬和碱度,直到SDSIc值满足上述任一条件的规定;

在进水中加酸(HCL,CO2,H2SO4等),直到SDSIc值满足上述任一条件的规定。

针对海水淡化系统,通常投加硫酸,其加入量为10mg/L,以达到pH7,使浓水SDSIc保证负值。

预防硫酸钙结垢

就CaSO4垢而言,采用下述措施之一,就可以实现更高的反渗透回收率:

强酸阳树脂软化或弱酸阳树脂除碱

石灰或石灰-纯碱软化,降低水中Ca2+的浓度

根据阻垢剂供应商的规定,在进水中投加阻垢剂

降低系统回收率

预防硫酸钡结垢

硫酸钡是所有碱土金属中溶解性最低的盐类,当进水中存在硫酸钡时,会引起大量的沉淀现象,这是因为它对硫酸钙和硫酸锶垢的形成起促进作用。

大多数天然水中,钡的含量会导致浓水中硫酸钡的沉淀,海水中的钡极限浓度小于15ug/L,苦咸水中钡的极限浓度为小于5ug/L,当前面加入硫酸的话,则应小于2ug/L,预防措施与硫酸钙的预防措施相同。

预防硫酸锶结垢

预防措施与预防硫酸钙的预防措施相同。

预防氟化钙结垢

如果钙的浓度过高,只要水中氟离子的含量达到0.1ug/L,就有可能产生氟化钙沉淀。

预防措施与硫酸钙的预防措施相同。

预防硅垢

大多数水源溶解性二氧化硅(Sio2)的含量在1-mg/L,过饱和Sio2能够自动聚合形成不溶性的胶体硅或胶状硅,引起膜的污染。浓水中的最大允许Sio2浓度取决于Sio2的溶解度。

浓水中硅的结垢倾向与进水中的情形不同,这是因为Sio2浓度增加的同时,浓水的pH值也在发生变化,这样Sio2的结垢计算要根据原水水质分析和反渗透的操作参数(回收率)而定。

如果出现一定量的金属,Al3+的话,可能会通过形成金属硅酸盐改变Sio2的溶解度,硅结垢的发生大多数为水中存在铝或铁。因此,如果存在硅的话,应保证水中没有铝或铁,并且推荐使用1um的保安过滤器滤芯,同时采取预防性的酸性清洗措施。

为了提高回收率,进行石灰-纯碱软化预处理时,应添加氧化镁或铝酸钠以减少进水中的Sio2浓度,同时确保软化过程有效运转十分重要,以防止反渗透系统会出现难溶金属硅酸盐。

由于pH值低于7或pH值高于7.8,可以增加硅的溶解度,就防止硅的结垢而言,加酸或加碱可以提高水的回收率,但在高于pH条件下,要防止Caco3的沉淀。

当采用热交换器增加进水温度时,就二氧化硅的结垢而言,可以显著提高水的回收率,但膜系统的最高允许温度为45摄氏度。

该分子量的聚丙烯酸酯阻垢剂可以用于增加二氧化硅的溶解度。

预防磷酸钙结垢

磷是自然界的丰富元素,存在于许多化合物中,在天然气和废水中,含磷化物的存在形成为:

1.颗粒状磷酸盐

2.正磷酸盐,根据pH值的不同,正磷酸盐的表现形态为H3PO4,H2PO4-,HPO42-和PO43-,在中性废水中,H2PO4-和HPO42-为主要成分

3.聚合磷酸盐,这是纺织品洗涤剂或其他洗涤产品中的重要成分,因产品的种类而异,一般含有2-7个磷原子;

4.有机磷,它是生命体的必需元素。

最常见的含磷矿为磷灰石,这是含有各种OH-,Cl-喝F-基团的磷酸钙,其他的含磷矿物质有时含有铝或铁,下列含有磷化合物的溶解度偏低,会引起RO/NF的运行出现结垢。

据报道,磷酸盐和磷灰石在中性或碱性条件下,不易溶解,但可以溶解在酸中。磷酸铝和磷酸铁在中等酸性条件下,也不易溶解,这样在预处理阶段,除去铝和铁就十分重要,由于磷化学得复杂性,也就难以预测发生磷酸盐垢的极限值。

为了降低磷酸盐垢的风险,降低正磷酸根的同时还应注重降低其钙,氟和铝的浓度,市面上也有适宜的阻垢剂可供选择。在北美一家市政废水处理厂,对膜面上磷酸盐垢的分析表明,主要成分为钙和磷并伴有少量的铝,可在pH2.4-2.8左右采用柠檬酸进行清洗。建议采用的预防措施是将进水pH减低到6。

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