反滲透(RO)、電滲析(ED)等膜法主要適用于高含鹽量的水。
國(guó)外及國(guó)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(huì)有濃鹽水對(duì)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(wèn)題
除鹽系統(tǒng)混床的混合與出水顯酸性的問(wèn)題。
試驗(yàn)表明,混床出水最好、陽(yáng)床—陰床串聯(lián)其次、陰床—陽(yáng)床串聯(lián)最差。
補(bǔ)給
水處理混床在兩種樹(shù)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(guò)“陽(yáng)床—除碳器--陰床”組成的一級(jí)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(shí)的離子交換反應(yīng)即使在上層為強(qiáng)堿陰樹(shù)脂、下層為強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂的極端情況下也能進(jìn)行:
上層強(qiáng)堿陰樹(shù)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(huì)泄漏到下層與RH發(fā)生離子交換反應(yīng)。
下層的強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)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(shù)脂與進(jìn)水中的NaHSiO3的離子交換反應(yīng),由于是動(dòng)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(yáng)離子交換樹(shù)脂RH發(fā)生離子交換反應(yīng)產(chǎn)生HCl,會(huì)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(yáng)樹(shù)脂(RH)和D201MB強(qiáng)堿陰樹(shù)脂(ROH)以1∶2的體積比,按下層為D201MB強(qiáng)堿陰樹(shù)脂、上層為D001MB強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂和下層為D001MB強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂、上層為D201MB強(qiáng)堿陰樹(shù)脂分別裝入2個(gè)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(cè)定出水pH、DD、SiO2與Na+。測(cè)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(duì)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(méi)有前面的陽(yáng)床—除碳器—陰床的一級(jí)除鹽,當(dāng)預(yù)處理(包括RO(
反滲透)等)來(lái)的水達(dá)不到一級(jí)除鹽水水質(zhì)要求而直接進(jìn)入混床時(shí),由于上層主要是強(qiáng)堿陰樹(shù)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(yáng)樹(shù)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(huì)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(shù)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(yáng)樹(shù)脂和陰樹(shù)脂每次都能充分混合。
3 凝結(jié)
水處理系統(tǒng)的問(wèn)題
3.1 雙塔、三塔混床系統(tǒng)
都是在陽(yáng)再生塔中分離二種樹(shù)脂,由于沉降速度大的強(qiáng)堿陰樹(shù)脂和沉降速度小的強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂總會(huì)在二種樹(shù)脂交叉層互相混雜,因此,總是分離不凈,再生時(shí)發(fā)生交叉污染。從而降低二種樹(shù)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(shù)脂、惰性樹(shù)脂和強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂組成。由于對(duì)三種樹(shù)脂的密度和顆粒大小有一定的要求,所以樹(shù)脂在反洗、沉降后,能清晰地分為三層。
當(dāng)在體內(nèi)再生時(shí),中間排水裝置位于反洗后惰性樹(shù)脂層的中間,惰性樹(shù)脂成為緩沖層,可避免酸和陰樹(shù)脂或堿和陽(yáng)樹(shù)脂接觸,從而消除了交叉污染。
在體外再生時(shí),惰性樹(shù)脂層可防止輸送陰樹(shù)脂過(guò)程中將陽(yáng)樹(shù)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(shù)脂易吸附油等雜質(zhì),密度發(fā)生變化,惰性樹(shù)脂污染后就起不到將二種樹(shù)脂隔離的作用,同樣也會(huì)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(shù)脂在陽(yáng)再生分離塔中反洗分層時(shí),在陰、陽(yáng)樹(shù)脂分界面處有一層混脂層。將上層的陰樹(shù)脂輸送到陰樹(shù)脂再生塔,將中間的混脂輸送到空塔,陽(yáng)樹(shù)脂則留在陽(yáng)再生分離塔,這樣,可使陰樹(shù)脂輸送時(shí)不攜帶陽(yáng)樹(shù)脂、陽(yáng)再生塔中的陽(yáng)樹(shù)脂層也不殘留陰樹(shù)脂,保證陰、陽(yáng)樹(shù)脂得到良好的分離,減少再生時(shí)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(yáng)再生塔中會(huì)給再生和運(yùn)行帶來(lái)麻煩的二種樹(shù)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(yáng)再生塔直徑較大,存在二個(gè)問(wèn)題:一是在輸送強(qiáng)堿陰樹(shù)脂時(shí)不可能完全水平輸送,因此,塔體周圍的強(qiáng)堿陰樹(shù)脂不易輸送干凈,可能會(huì)殘留到下面的強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)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(shù)脂會(huì)沖出去,如反洗分層的反洗速度太小,部分強(qiáng)堿陰樹(shù)脂會(huì)夾雜在強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂中,也會(huì)導(dǎo)致交叉污染。
3.4 高塔分離法(Funsep法)
該設(shè)備由樹(shù)脂分離塔、陰再生塔、陽(yáng)再生塔組成。高塔是該系統(tǒng)的專門分離樹(shù)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(yáng)樹(shù)脂可以充分膨脹,而陰樹(shù)脂在上面不會(huì)被沖出,保證兩種樹(shù)脂可以得到很好的分層。
通過(guò)反洗分層分離后的樹(shù)脂,首先將陰樹(shù)脂從分離塔的陰樹(shù)脂排出口送出(陰樹(shù)脂排出口高出陰、陽(yáng)樹(shù)脂的混脂層,以保證陰樹(shù)脂在輸送過(guò)程中不帶走陽(yáng)樹(shù)脂),然后,將陽(yáng)樹(shù)脂從分離塔底部送出(在分離塔底部裝有樹(shù)脂層高控制報(bào)警點(diǎn)裝置,將混脂留在分離塔內(nèi))。這樣可以使兩種樹(shù)脂得到很好的分離,將再生時(shí)的交叉污染降到最小。
高塔分離法可使陰、陽(yáng)樹(shù)脂得到較徹底的分離,美國(guó)U.S Filter/Permtek 公司提供的資料認(rèn)為,此系統(tǒng)可使陰樹(shù)脂在陽(yáng)樹(shù)脂層中的含量和陽(yáng)樹(shù)脂在陰樹(shù)脂中的含量小于0.1%,其混床出水水質(zhì)良好(見(jiàn)表3-1和表3-2)。
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全鐵(μg/L)
全銅(μg/L)
鎳 (μg/L)
pH值范圍(25℃)
電導(dǎo)率(μs/cm)
聯(lián)氨(μg/L)
氧 (μg/L)
SO4-2(μg/L)
Cl –1(μg/L)
Na+(μg/L)
SiO2(μg/L) |
20
2
0.5
9.2~9.6
12.0
100
1~10
5
10
20
<5 |
500
2
1.0
9.2~9.6
12.0
100
40
35
40
50
30 |
10
1
0.5
9.2~9.6
16.6
100
1~10
17
362
210
<5 |
10
1
0.5
9.2~9.6
12.0
100
1~10
0.5
0.2
0.3
<5 |
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電導(dǎo)率(μs/cm)
pH值范圍(25℃)
Na+(μg/L) |
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Cl –1(μg/L)
SO4-2(μg/L)
SiO2(μg/L) |
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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(shù)脂的混合問(wèn)題。混床最好還是設(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(yáng)樹(shù)脂和強(qiáng)堿陰樹(shù)脂徹底分離,而將混層樹(shù)脂留在交接面混層樹(shù)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(shù)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(shù)脂的混合問(wèn)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(gè)床內(nèi),上、下室為第一級(jí)、第二級(jí)陽(yáng)樹(shù)脂室,中室為陽(yáng)樹(shù)脂室。三室床從根本上消除了混床兩種樹(shù)脂的分離困難和混合不易的問(wèn)題,從而也就解決了交叉污染的問(wèn)題。
當(dāng)三室床采用體外再生時(shí),先將上室陽(yáng)樹(shù)脂輸送到再生塔,清洗干凈后,再將下室陽(yáng)樹(shù)脂送到再生塔,采用順流再生方式,使位于上部的下室陽(yáng)樹(shù)脂得到最好的再生。陰樹(shù)脂則在陰再生塔中再生。這樣,可完全避免交叉污染。
國(guó)外某電廠采用三室床,在凝汽器無(wú)泄漏或少有泄漏(
凝結(jié)水含鈉量小于20μg/L)時(shí),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(yáng)床、陰床串聯(lián)運(yùn)行(還可再串聯(lián)一臺(tái)陽(yáng)床)代替凝結(jié)
水處理混床,也從根本上消除了混床兩種樹(shù)脂的分離困難和混合不易的問(wèn)題,從而也就解決了交叉污染的問(wèn)題。德國(guó)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(jiǎn)單。
(4)出水水質(zhì)與混床相近。
(5)單獨(dú)再生,沒(méi)有交叉污染。也沒(méi)有混合不好的問(wèn)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(jiàn),凝結(jié)
水處理混床系統(tǒng)中,樹(shù)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(wèn)題應(yīng)盡量設(shè)計(jì)有二次混合裝置。如有足夠的投資和土地,則采用陽(yáng)床、陰床、陽(yáng)床串聯(lián)運(yùn)行,可以將混床的樹(shù)脂分離、混合的矛盾較徹底地克服。
4 粉末樹(shù)脂過(guò)濾器的問(wèn)題
粉末樹(shù)脂過(guò)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(duì)粉末樹(shù)脂過(guò)濾器幾種概念的分析:
(1)所謂“交換速度快”。粉末狀樹(shù)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(gè)小時(shí)。而離子交換樹(shù)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(shù)脂的表面積大,且是干的,而離子交換樹(shù)脂含水分50%左右,因此,粉末狀樹(shù)脂比離子交換樹(shù)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(shù)脂的使用壽命。離子交換樹(shù)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(shù)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(shí)左右。
(6)所謂“無(wú)再生設(shè)備,投資低”。實(shí)際上凝結(jié)
水處理混床樹(shù)脂也可不要再生設(shè)備,請(qǐng)離子交換樹(shù)脂生產(chǎn)廠家再生,將一次投資降下來(lái)。
(7)所謂“可去除腐蝕產(chǎn)物”。凝結(jié)
水處理混床樹(shù)脂也能去除腐蝕產(chǎn)物。
所以,粉末樹(shù)脂過(guò)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(gè)小時(shí)的行為,而離子交換樹(shù)脂混床可運(yùn)行數(shù)天、甚至數(shù)星期;粉末樹(shù)脂過(guò)濾器的“再生度高”、“可在高溫下運(yùn)行”、“無(wú)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(shù)脂混床也是可以達(dá)到的。
至于粉末樹(shù)脂過(guò)濾器和凝結(jié)
水處理混床在一次投資、運(yùn)行費(fèi)用、對(duì)水質(zhì)的影響等各方面的比較,還有待對(duì)運(yùn)行機(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行統(tǒng)計(jì)。