當(dāng)前化學(xué)水處理的幾個問題的探討

[摘  要] 本文對化學(xué)水處理的幾個問題的進(jìn)行了探討：RO,、ED等膜法水處理的濃鹽水對環(huán)境產(chǎn)生污染，且不易處理,。采用反滲透直接加混床的水處理方法,，必須采取措施，保證混床的陽樹脂和陰樹脂每次都能充分混合,。凝結(jié)水處理混床系統(tǒng)中,，樹脂的分離采用“高塔分離法（Funsep法）”“錐體分離法（Conesep法）”最好，但是混床的混合問題應(yīng)盡量設(shè)計有二次混合裝置,；如有足夠的投資和土地,，則采用陽床,、陰床、陽床串聯(lián)運(yùn)行,，可以將混床的樹脂分離,、混合的矛盾較徹底地克服。粉末樹脂過濾器的“交換速度快”,、“交換容量大”、“出水水質(zhì)好”等優(yōu)點(diǎn)都是在運(yùn)行中幾個小時的行為,，而離子交換樹脂混床可運(yùn)行數(shù)天,、甚至數(shù)星期；粉末樹脂過濾器的“再生度高”,、“可在高溫下運(yùn)行”,、“無再生設(shè)備，投資低”,、 “可去除腐蝕產(chǎn)物”等優(yōu)點(diǎn),，離子交換樹脂混床也是可以達(dá)到的。
[關(guān)鍵詞]  RO（反滲透）,；ED（電滲析）,；混床；離子交換樹脂
 
1  RO,、ED等膜法水處理的問題
反滲透（RO）,、電滲析（ED）等膜法主要適用于高含鹽量的水。
國外及國內(nèi)山東省某企業(yè)的資料表明,，從一次投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用總費(fèi)用看,，離子交換法低于反滲透（RO）、電滲析（ED）法,；離子交換法的酸堿廢水的處理比反滲透（RO）,、電滲析（ED）法排出的濃鹽水好處理，因此,，所謂反滲透（RO）,、電滲析（ED）法避免了使用酸堿，但是另外會有濃鹽水對環(huán)境的污染,，且不易處理,。
2  除鹽系統(tǒng)的RO、ED等膜法直接加混床的問題
除鹽系統(tǒng)混床的混合與出水顯酸性的問題,。
試驗(yàn)表明,，混床出水最好、陽床—陰床串聯(lián)其次,、陰床—陽床串聯(lián)最差,。
補(bǔ)給水處理混床在兩種樹脂的交叉污染嚴(yán)重得多等較惡劣的條件下，其出水水質(zhì)基本都能合格，主要原因是因?yàn)樵摶齑驳倪M(jìn)水是經(jīng)過“陽床—除碳器--陰床”組成的一級除鹽后的水,，其水質(zhì)很好,，只含幾十μg/L的SiO2和Na+，pH值為中性（7左右）,，電導(dǎo)率≦5μs/cm,。
此時的離子交換反應(yīng)即使在上層為強(qiáng)堿陰樹脂、下層為強(qiáng)酸陽樹脂的極端情況下也能進(jìn)行：
上層強(qiáng)堿陰樹脂的離子交換為：
NaHSiO3+ROH=RHSiO3+NaOH                           （1）
反應(yīng)（1）較難進(jìn)行,，有部分NaHSiO3會泄漏到下層與RH發(fā)生離子交換反應(yīng),。
下層的強(qiáng)酸陽樹脂的離子交換為：
NaOH+RH=RNa+H2O                                   （2）
NaHSiO3+RH=RNa+H2SiO3                              （3）
反應(yīng)（2）很容易進(jìn)行，所以,，混床出水的水質(zhì)應(yīng)該較好,；但是，反應(yīng)（3）生成H2SiO3,，使得混床出水呈微酸性,，pH值在6.0--6.5之間，SiO2≦20μg/L,，電導(dǎo)率≦0.3μs/cm,。
交叉污染生成的RCl、RNa樹脂與進(jìn)水中的NaHSiO3的離子交換反應(yīng),，由于是動態(tài)離子交換反應(yīng),，所以，雖然NaHSiO3濃度很低,、HSiO3-的離子選擇性差,，但是NaHSiO3+RCl=RHSiO3+NaCl也能部分進(jìn)行，生成的NaCl與下層陽離子交換樹脂RH發(fā)生離子交換反應(yīng)產(chǎn)生HCl,，會影響混床的出水的pH值,。
將取自運(yùn)行混床且已再生好的D001MB強(qiáng)酸陽樹脂（RH）和D201MB強(qiáng)堿陰樹脂（ROH）以1∶2的體積比，按下層為D201MB強(qiáng)堿陰樹脂,、上層為D001MB強(qiáng)酸陽樹脂和下層為D001MB強(qiáng)酸陽樹脂,、上層為D201MB強(qiáng)堿陰樹脂分別裝入2個有機(jī)玻璃交換柱中，并并聯(lián)到陰床出水口,，投入運(yùn)行,，測定出水pH、DD,、SiO2與Na+,。測試結(jié)果如表2-1。
 
表2-1   兩種極端情況的混床運(yùn)行結(jié)果對比

注：1.上層為RH,、下層為ROH,。2.上層為ROH,、下層為RH。
 
但是,，如果沒有前面的陽床—除碳器—陰床的一級除鹽,，當(dāng)預(yù)處理（包括RO（反滲透）等）來的水達(dá)不到一級除鹽水水質(zhì)要求而直接進(jìn)入混床時，由于上層主要是強(qiáng)堿陰樹脂（ROH）,，基本不與中性水發(fā)生離子交換反應(yīng),，而直接進(jìn)入下層的主要是強(qiáng)酸陽樹脂（RH），則發(fā)生如下離子交換反應(yīng)：   
Ca(Mg,、 Na)Cl(SO4,、NO3、 SiO3)+RH=RNa(Ca,、Mg)+HCl(H2SO4、HNO3,、H2SiO3 )
生成的HCl(H2SO4,、HNO3、H2SiO3 )會使出水電導(dǎo)率,、SiO2和Na+大大提高,、pH值大大下降，嚴(yán)重惡化出水水質(zhì),。尤其當(dāng)除鹽系統(tǒng)運(yùn)行半年以上,，樹脂發(fā)生污染后更為嚴(yán)重。
因此,，反滲透直接加混床的水處理方法要慎重,。如要采用反滲透直接加混床的水處理方法，必須采取措施,，保證混床的陽樹脂和陰樹脂每次都能充分混合,。
3  凝結(jié)水處理系統(tǒng)的問題
3.1  雙塔、三塔混床系統(tǒng)
都是在陽再生塔中分離二種樹脂,，由于沉降速度大的強(qiáng)堿陰樹脂和沉降速度小的強(qiáng)酸陽樹脂總會在二種樹脂交叉層互相混雜,，因此，總是分離不凈,，再生時發(fā)生交叉污染,。從而降低二種樹脂的再生度，惡化混床出水水質(zhì),。
3.2  三層床混床系統(tǒng)
三層混床主要是由強(qiáng)堿陰樹脂,、惰性樹脂和強(qiáng)酸陽樹脂組成。由于對三種樹脂的密度和顆粒大小有一定的要求,，所以樹脂在反洗,、沉降后,，能清晰地分為三層。
當(dāng)在體內(nèi)再生時,，中間排水裝置位于反洗后惰性樹脂層的中間,，惰性樹脂成為緩沖層，可避免酸和陰樹脂或堿和陽樹脂接觸,，從而消除了交叉污染,。
在體外再生時，惰性樹脂層可防止輸送陰樹脂過程中將陽樹脂帶走,，也可避免交叉污染,。普通凝結(jié)水處理混床的出水Na+為1.5~2.8μg/L，氫電導(dǎo)率為0.11~0.15μs/cm（25℃）,；三層混床的出水Na+為0.1~0.2μg/L,，氫電導(dǎo)率為0.08~0.10μs/cm（25℃）。三層混床的周期制水量比普通混床增加25%~38%,。
由于惰性樹脂易吸附油等雜質(zhì),，密度發(fā)生變化，惰性樹脂污染后就起不到將二種樹脂隔離的作用,，同樣也會發(fā)生交叉污染,。
3.3  T塔混床系統(tǒng)
在體外再生系統(tǒng)中，當(dāng)混床的失效樹脂在陽再生分離塔中反洗分層時,，在陰,、陽樹脂分界面處有一層混脂層。將上層的陰樹脂輸送到陰樹脂再生塔,，將中間的混脂輸送到空塔,，陽樹脂則留在陽再生分離塔，這樣,，可使陰樹脂輸送時不攜帶陽樹脂,、陽再生塔中的陽樹脂層也不殘留陰樹脂，保證陰,、陽樹脂得到良好的分離,，減少再生時的交叉污染。
采用中間抽出法的凝結(jié)水處理混床的出水電導(dǎo)率為0.07~0.09μs/cm（25℃）,。
這種將雙塔,、三塔混床系統(tǒng)中陽再生塔中會給再生和運(yùn)行帶來麻煩的二種樹脂交叉層取出的方法，是解決交叉污染的好方法,。但是,，由于陽再生塔直徑較大，存在二個問題：一是在輸送強(qiáng)堿陰樹脂時不可能完全水平輸送,，因此,，塔體周圍的強(qiáng)堿陰樹脂不易輸送干凈,，可能會殘留到下面的強(qiáng)酸陽樹脂中，仍然導(dǎo)致交叉污染,；二是如反洗分層的反洗速度太大,，部分強(qiáng)堿陰樹脂會沖出去，如反洗分層的反洗速度太小,，部分強(qiáng)堿陰樹脂會夾雜在強(qiáng)酸陽樹脂中,，也會導(dǎo)致交叉污染。

3.4  高塔分離法（Funsep法）
該設(shè)備由樹脂分離塔,、陰再生塔,、陽再生塔組成。高塔是該系統(tǒng)的專門分離樹脂的設(shè)備,，其特點(diǎn)是上部直徑擴(kuò)大為錐體,，從而可以保證下面的陽樹脂可以充分膨脹，而陰樹脂在上面不會被沖出,，保證兩種樹脂可以得到很好的分層,。
通過反洗分層分離后的樹脂，首先將陰樹脂從分離塔的陰樹脂排出口送出（陰樹脂排出口高出陰,、陽樹脂的混脂層，以保證陰樹脂在輸送過程中不帶走陽樹脂）,，然后,，將陽樹脂從分離塔底部送出（在分離塔底部裝有樹脂層高控制報警點(diǎn)裝置，將混脂留在分離塔內(nèi)）,。這樣可以使兩種樹脂得到很好的分離,，將再生時的交叉污染降到最小。
高塔分離法可使陰,、陽樹脂得到較徹底的分離,，美國U.S Filter/Permtek 公司提供的資料認(rèn)為，此系統(tǒng)可使陰樹脂在陽樹脂層中的含量和陽樹脂在陰樹脂中的含量小于0.1%,，其混床出水水質(zhì)良好（見表3-1和表3-2）,。
 
表3--1  凝結(jié)水混床進(jìn)水水質(zhì) 

表3-2  凝結(jié)水混床出水水質(zhì)
  

高塔分離法將交叉污染降到最小程度，但還是要注意混床內(nèi)的樹脂的混合問題,?；齑沧詈眠€是設(shè)再混合裝置。
3.5  錐體分離法（Conesep法）
采用錐體分離法的原理也同樣是將強(qiáng)酸陽樹脂和強(qiáng)堿陰樹脂徹底分離,，而將混層樹脂留在交接面混層樹脂隔離塔中,，減少交叉污染。
該技術(shù)關(guān)鍵是用電導(dǎo)率儀表指示出二種樹脂的分離界面,。
錐體分離法將交叉污染降到最小程度,，但還是要注意混床內(nèi)的樹脂的混合問題,。混床最好還是設(shè)再混合裝置,。
3.6  三室床法
三室床的三室合并在一個床內(nèi),，上、下室為第一級,、第二級陽樹脂室,，中室為陽樹脂室。三室床從根本上消除了混床兩種樹脂的分離困難和混合不易的問題,，從而也就解決了交叉污染的問題,。
當(dāng)三室床采用體外再生時，先將上室陽樹脂輸送到再生塔,，清洗干凈后,，再將下室陽樹脂送到再生塔，采用順流再生方式,，使位于上部的下室陽樹脂得到最好的再生,。陰樹脂則在陰再生塔中再生。這樣,，可完全避免交叉污染,。   
國外某電廠采用三室床，在凝汽器無泄漏或少有泄漏（凝結(jié)水含鈉量小于20μg/L）時,，三室床出水含鈉量為0.1μg/L,，氫電導(dǎo)率為0.064μs/cm（25℃）。
3.7  單床法
采用陽床,、陰床串聯(lián)運(yùn)行（還可再串聯(lián)一臺陽床）代替凝結(jié)水處理混床,，也從根本上消除了混床兩種樹脂的分離困難和混合不易的問題，從而也就解決了交叉污染的問題,。德國某電廠采用單床運(yùn)行,，效果很好。與混床比較,，單床具有以下優(yōu)點(diǎn),。
（1）再生劑用量小。
（2）再生次數(shù)少,。單床的比制水量為31400m3/m3·R,；而混床的比制水量只有12000 m3/m3·R.
（3）再生操作簡單。
（4）出水水質(zhì)與混床相近,。
（5）單獨(dú)再生,，沒有交叉污染。也沒有混合不好的問題,。
單床的缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜,、投資較高,、阻力比較大。
綜合上述分析可見,，凝結(jié)水處理混床系統(tǒng)中,，樹脂的分離采用“高塔分離法（Funsep法）”“錐體分離法（Conesep法）”最好，但是混床的混合問題應(yīng)盡量設(shè)計有二次混合裝置,。如有足夠的投資和土地,，則采用陽床、陰床,、陽床串聯(lián)運(yùn)行,，可以將混床的樹脂分離、混合的矛盾較徹底地克服,。
4  粉末樹脂過濾器的問題
粉末樹脂過濾器用于凝結(jié)水處理可去除凝結(jié)水中鐵等腐蝕產(chǎn)物,，有利于凝結(jié)水的凈化，但是基本不能除鹽,，和銨型混床（R NH4/ROH）一樣,，只能將純凈水更加凈化。
對粉末樹脂過濾器幾種概念的分析：
（1）所謂“交換速度快”,。粉末狀樹脂的表面積大,，易接近，當(dāng)然離子交換速度快,；但是,，數(shù)量少，失效也快,，僅能工作幾個小時,。而離子交換樹脂混床可運(yùn)行數(shù)天,、甚至數(shù)星期,。
（2）所謂“交換容量大”。粉末狀樹脂的表面積大,，且是干的,，而離子交換樹脂含水分50%左右，因此,，粉末狀樹脂比離子交換樹脂的交換容量大是應(yīng)該的,。
 
（4）所謂“可在高溫下運(yùn)行”。這是一次性使用,，可不考慮粉末樹脂的使用壽命,。離子交換樹脂如一次性使用也可滿足要求。
（5）所謂“出水水質(zhì)好”,。粉末狀樹脂的表面積大,，當(dāng)然離子交換速度快,，出水水質(zhì)好，但是它僅能維持4小時左右,。
（6）所謂“無再生設(shè)備,，投資低”。實(shí)際上凝結(jié)水處理混床樹脂也可不要再生設(shè)備,，請離子交換樹脂生產(chǎn)廠家再生,，將一次投資降下來。
（7）所謂“可去除腐蝕產(chǎn)物”,。凝結(jié)水處理混床樹脂也能去除腐蝕產(chǎn)物,。    
所以，粉末樹脂過濾器的“交換速度快”,、“交換容量大”,、“出水水質(zhì)好”等優(yōu)點(diǎn)都是在運(yùn)行中幾個小時的行為，而離子交換樹脂混床可運(yùn)行數(shù)天,、甚至數(shù)星期,；粉末樹脂過濾器的“再生度高”、“可在高溫下運(yùn)行”,、“無再生設(shè)備,，投資低”、 “可去除腐蝕產(chǎn)物”等優(yōu)點(diǎn),，離子交換樹脂混床也是可以達(dá)到的,。
至于粉末樹脂過濾器和凝結(jié)水處理混床在一次投資、運(yùn)行費(fèi)用,、對水質(zhì)的影響等各方面的比較,，還有待對運(yùn)行機(jī)組的長期運(yùn)行統(tǒng)計。

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