当(dang)前化学水处理的几个问题的探讨

[摘  要] 本文对化(hua)学水处(chu)理的几个问题的进行了(le)探讨：RO、ED等膜法水(shui)(shui)处理的浓盐水(shui)(shui)对(dui)环境(jing)产生污染，且不易处理。采(cai)用(yong)(yong)反渗(shen)透直接加混床的水(shui)(shui)处理方法，必须采(cai)取(qu)措(cuo)施，保证混床的阳(yang)树脂(zhi)和阴树脂(zhi)每次都能充分(fen)混合。凝(ning)结水(shui)(shui)处理混床系统中，树脂(zhi)的分(fen)离采(cai)用(yong)(yong)“高塔分离法(fa)（Funsep法）”“锥体分离法（Conesep法）”最好，但是混(hun)床的混(hun)合(he)(he)问题应尽量设计有二次混(hun)合(he)(he)装置；如(ru)有足够的投资和土地，则采用(yong)阳床、阴(yin)床、阳床串联运行，可以将混(hun)床的树脂分离、混(hun)合(he)(he)的矛盾较彻底地克服。粉末树脂过滤器的“交换(huan)速度快”、“交换(huan)容量大”、“出水水质好(hao)”等优点都是在运行中几个小时的(de)行为(wei)，而(er)离子交换(huan)树脂(zhi)混(hun)床(chuang)可运行数(shu)天、甚至数(shu)星期(qi)；粉(fen)末树脂(zhi)过(guo)滤器的(de)“再生度(du)高(gao)”、“可在高温下运行”、“无再生设备(bei)，投资低”、 “可(ke)去除腐蚀(shi)产物(wu)”等优(you)点，离(li)子交换树脂混床也是可以(yi)达到的。
[关键词]  RO（反渗透）；ED（电渗析(xi)）；混床；离子交换树脂
 
1  RO、ED等膜(mo)法水处理的(de)问题
反渗透（RO）、电渗析（ED）等(deng)膜(mo)法主要适用于高含盐量(liang)的水(shui)。
国外及国内山东省某企业的资料表明，从一次投资费用和运行费用总费用看，离子交换法低于反渗透（RO）、电(dian)渗析(xi)（ED）法；离子交换(huan)法的酸碱废水的处理比反渗透（RO）、电(dian)渗析（ED）法排出的浓盐水好处理，因此(ci)，所谓反渗(shen)透(tou)（RO）、电渗析（ED）法避免了使(shi)用酸碱(jian)，但(dan)是另外会(hui)有浓盐(yan)水对(dui)环境的(de)污染，且(qie)不易(yi)处理。
2  除盐(yan)系统的RO、ED等(deng)膜法直接(jie)加混床的问题
除盐系统混床的混合与出水显酸性的问题。
试验表明，混床出水最好、阳床—阴床串(chuan)联其(qi)次、阴床—阳床串联(lian)最差。
补给水处理混床在两种树脂的交叉污染严重得多等较恶劣的条件下，其出水水质基本都能合格，主要原因是因为该混床的进水是经过“阳床—除碳器--阴床”组成的一(yi)级(ji)除(chu)盐后的水(shui)，其(qi)水(shui)质很(hen)好，只含几十μg/L的SiO2和Na+，pH值(zhi)为(wei)中性（7左右），电导率≦5μs/cm。
此时的离子交换反应即使在上层为强碱阴树脂、下层为强酸阳树脂的极端情况下也能进行：
上层强碱阴树脂的离子交换为：
NaHSiO3+ROH=RHSiO3+NaOH                           （1）
反应（1）较(jiao)难进行，有部分NaHSiO3会泄漏到下层与RH发(fa)生离子交换反应。
下层的强酸阳树脂的离子交换为：
NaOH+RH=RNa+H2O                                   （2）
NaHSiO3+RH=RNa+H2SiO3                              （3）
反应（2）很容(rong)易进(jin)行，所以，混床出(chu)水的(de)水质应(ying)该较好；但是(shi)，反(fan)应(ying)（3）生成H2SiO3，使得混床出(chu)水呈微酸性，pH值在6.0--6.5之(zhi)间，SiO2≦20μg/L，电导率≦0.3μs/cm。
交叉污染生成的RCl、RNa树脂与进水中的NaHSiO3的离子(zi)交换(huan)反应，由(you)于(yu)是动(dong)态(tai)离子(zi)交换(huan)反应，所以，虽然(ran)NaHSiO3浓度很低、HSiO3-的离子选择(ze)性差，但(dan)是NaHSiO3+RCl=RHSiO3+NaCl也(ye)能部(bu)分进(jin)行，生成的NaCl与下(xia)层阳离子交换树脂(zhi)RH发生离子交换反(fan)应产(chan)生HCl，会影响(xiang)混床的(de)出水的(de)pH值。
将取自运行混床且已再生好的D001MB强酸(suan)阳树脂(zhi)（RH）和D201MB强碱阴树脂(zhi)（ROH）以(yi)1∶2的体积比，按下层为D201MB强(qiang)碱(jian)阴(yin)树(shu)脂(zhi)、上层为D001MB强酸阳树脂和(he)下层为(wei)D001MB强酸(suan)阳树(shu)脂、上层为D201MB强(qiang)碱阴树脂分别(bie)装入2个有机玻(bo)璃交换柱中，并(bing)并(bing)联到阴床(chuang)出(chu)水口，投入运行，测定出(chu)水pH、DD、SiO2与Na+。测试结果(guo)如表2-1。
 
表2-1   两种(zhong)极端情况的(de)混(hun)床运行结果对比

注：1.上层(ceng)为RH、下(xia)层为ROH。2.上层为ROH、下层(ceng)为RH。
 
但是，如果没有前面的阳床—除碳器—阴(yin)床的(de)一级(ji)除盐，当预处理（包括RO（反渗透）等）来的水(shui)达不到一级除盐水(shui)水(shui)质要(yao)求而(er)直接进入混床时，由于(yu)上层主(zhu)要(yao)是强碱阴树(shu)脂（ROH），基(ji)本不与中性水发生离子(zi)交换反应，而(er)直接(jie)进入(ru)下层的(de)主要是强酸阳(yang)树脂（RH），则发生如下离子交(jiao)换反应(ying)：   
Ca(Mg、 Na)Cl(SO4、NO3、 SiO3)+RH=RNa(Ca、Mg)+HCl(H2SO4、HNO3、H2SiO3 )
生成的HCl(H2SO4、HNO3、H2SiO3 )会使出水电导率、SiO2和Na+大大提高、pH值大(da)(da)大(da)(da)下降，严重恶化出(chu)水水质。尤其当除盐系统运(yun)行半年以上(shang)，树(shu)脂发生(sheng)污染后更为(wei)严重。
因此，反渗透直接加混床的水处理方法要慎重。如要采用反渗透直接加混床的水处理方法，必须采取措施，保证混床的阳树脂和阴树脂每次都能充分混合。
3  凝结水处理系统的(de)问题
3.1  双塔、三塔混床系统
都是在阳再生塔中分离二种树脂，由于沉降速度大的强碱阴树脂和沉降速度小的强酸阳树脂总会在二种树脂交叉层互相混杂，因此，总是分离不净，再生时发生交叉污染。从而降低二种树脂的再生度，恶化混床出水水质。
3.2  三层床混(hun)床系统
三层混床主要是由强碱阴树脂、惰性树脂和强酸阳树脂组成。由于对三种树脂的密度和颗粒大小有一定的要求，所以树脂在反洗、沉降后，能清晰地分为三层。
当在体内再生时，中间排水装置位于反洗后惰性树脂层的中间，惰性树脂成为缓冲层，可避免酸和阴树脂或碱和阳树脂接触，从而消除了交叉污染。
在体外再生时，惰性树脂层可防止输送阴树脂过程中将阳树脂带走，也可避免交叉污染。普通凝结水处理混床的出水Na+为(wei)1.5~2.8μg/L，氢电导率为0.11~0.15μs/cm（25℃）；三层混床的出水Na+为0.1~0.2μg/L，氢(qing)电导率(lv)为(wei)0.08~0.10μs/cm（25℃）。三层混床的周期制水量比普通混床增加25%~38%。
由于惰性树脂易吸附油等杂质，密度发生变化，惰性树脂污染后就起不到将二种树脂隔离的作用，同样也会发生交叉污染。
3.3  T塔混(hun)床系统
在体外再生系统中，当混床的失效树脂在阳再生分离塔中反洗分层时，在阴、阳树脂分界面处有一层混脂层。将上层的阴树脂输送到阴树脂再生塔，将中间的混脂输送到空塔，阳树脂则留在阳再生分离塔，这样，可使阴树脂输送时不携带阳树脂、阳再生塔中的阳树脂层也不残留阴树脂，保证阴、阳树脂得到良好的分离，减少再生时的交叉污染。
采用中间抽出法的凝结水处理混床的出水电导率为0.07~0.09μs/cm（25℃）。
这种将双(shuang)塔(ta)(ta)、三(san)塔(ta)(ta)混床系统中阳再(zai)(zai)生(sheng)塔(ta)(ta)中会(hui)给再(zai)(zai)生(sheng)和运行带(dai)来麻烦的二种树(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)交叉(cha)(cha)层取出(chu)的方法，是(shi)解决交叉(cha)(cha)污染(ran)(ran)的好方法。但是(shi)，由于(yu)阳再(zai)(zai)生(sheng)塔(ta)(ta)直(zhi)径较(jiao)大，存在二个问题：一是(shi)在输(shu)(shu)送(song)强碱阴(yin)(yin)树(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)时不(bu)可能完全水平输(shu)(shu)送(song)，因此(ci)，塔(ta)(ta)体周围的强碱阴(yin)(yin)树(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)不(bu)易输(shu)(shu)送(song)干净，可能会(hui)残留(liu)到下(xia)面的强酸阳树(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)中，仍(reng)然导(dao)致(zhi)交叉(cha)(cha)污染(ran)(ran)；二是(shi)如反(fan)(fan)洗(xi)(xi)分(fen)层的反(fan)(fan)洗(xi)(xi)速(su)度太(tai)大，部分(fen)强碱阴(yin)(yin)树(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)会(hui)冲出(chu)去，如反(fan)(fan)洗(xi)(xi)分(fen)层的反(fan)(fan)洗(xi)(xi)速(su)度太(tai)小，部分(fen)强碱阴(yin)(yin)树(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)会(hui)夹(jia)杂在强酸阳树(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)中，也(ye)会(hui)导(dao)致(zhi)交叉(cha)(cha)污染(ran)(ran)。

3.4  高塔分离(li)法（Funsep法）
该设备由树脂分离塔、阴再生塔、阳再生塔组成。高塔是该系统的专门分离树脂的设备，其特点是上部直径扩大为锥体，从而可以保证下面的阳树脂可以充分膨胀，而阴树脂在上面不会被冲出，保证两种树脂可以得到很好的分层。
通过反洗分层分离后的树脂，首先将阴树脂从分离塔的阴树脂排出口送出（阴树脂排出口高出阴、阳树脂的混脂层，以保证阴树脂在输送过程中不带走阳树脂），然后，将阳树脂从分离塔底部送出（在分离塔底部装有树脂层高控制报警点装置，将混脂留在分离塔内）。这样可以使两种树脂得到很好的分离，将再生时的交叉污染降到最小。
高塔分离法可使阴、阳树脂得到较彻底的分离，美国U.S Filter/Permtek 公司提供的(de)资料(liao)认为，此(ci)系统可使阴树(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)在(zai)阳树(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)层(ceng)中的(de)含量(liang)和阳树(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)在(zai)阴树(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)中的(de)含量(liang)小于0.1%，其混(hun)床出(chu)水水质良好(hao)（见表3-1和表3-2）。
 
表3--1  凝结水混(hun)床(chuang)进水水质 

表3-2  凝结水混床出(chu)水水质
  

高塔分离法将交叉污染降到最小程度，但还是要注意混床内的树脂的混合问题。混床最好还是设再混合装置。
3.5  锥(zhui)体分离法（Conesep法）
采用锥体分离法的原理也同样是将强酸阳树脂和强碱阴树脂彻底分离，而将混层树脂留在交接面混层树脂隔离塔中，减少交叉污染。
该技术关键是用电导率仪表指示出二种树脂的分离界面。
锥体分离法将交叉污染降到最小程度，但还是要注意混床内的树脂的混合问题。混床最好还是设再混合装置。
3.6  三室床法
三室床的三室合并在一个床内，上、下室为第一级、第二级阳树脂室，中室为阳树脂室。三室床从根本上消除了混床两种树脂的分离困难和混合不易的问题，从而也就解决了交叉污染的问题。
当三室床采用体外再生时，先将上室阳树脂输送到再生塔，清洗干净后，再将下室阳树脂送到再生塔，采用顺流再生方式，使位于上部的下室阳树脂得到最好的再生。阴树脂则在阴再生塔中再生。这样，可完全避免交叉污染。   
国外某电厂采用三室床，在凝汽器无泄漏或少有泄漏（凝结水含钠量小于20μg/L）时(shi)，三室床(chuang)出(chu)水(shui)含(han)钠量为(wei)0.1μg/L，氢电导率为0.064μs/cm（25℃）。
3.7  单床法
采用阳床、阴床串联运行（还可再串联一台阳床）代替凝结水处理混床，也从根本上消除了混床两种树脂的分离困难和混合不易的问题，从而也就解决了交叉污染的问题。德国某电厂采用单床运行，效果很好。与混床比较，单床具有以下优点。
（1）再生剂用(yong)量小。
（2）再(zai)生次(ci)数少。单床的比制水量为(wei)31400m3/m3·R；而(er)混床(chuang)的比制水量只有12000 m3/m3·R.
（3）再(zai)生操作简单。
（4）出水水质与(yu)混床相近。
（5）单(dan)独(du)再生，没有(you)交叉污(wu)染。也没有(you)混合不好的(de)问题(ti)。
单床的缺点是系统复杂、投资较高、阻力比较大。
综合上述分析可见，凝结水处理混床系统中，树脂的分离采用“高塔(ta)分(fen)离(li)法（Funsep法）”“锥(zhui)体分离法(fa)（Conesep法）”最好，但是混床(chuang)的(de)混合(he)问题应尽量设计有二次混合(he)装置。如有足(zu)够的(de)投(tou)资和(he)土地(di)，则采用阳床(chuang)、阴床(chuang)、阳床(chuang)串联(lian)运行，可以(yi)将(jiang)混床(chuang)的(de)树脂(zhi)分离、混合(he)的(de)矛盾较彻底(di)地(di)克服。
4  粉末树脂过滤器的(de)问(wen)题
粉末树脂过滤器用于凝结水处理可去除凝结水中铁等腐蚀产物，有利于凝结水的净化，但是基本不能除盐，和铵型混床（R NH4/ROH）一样，只能将(jiang)纯净水更加净化。
对粉末树脂过滤器几种概念的分析：
（1）所谓“交换速(su)度快”。粉末状(zhuang)树脂的(de)表(biao)面积大，易(yi)接近，当(dang)然离(li)子交换(huan)(huan)速(su)度快；但是，数量(liang)少(shao)，失(shi)效也(ye)快，仅能工作几个小(xiao)时(shi)。而(er)离(li)子交换(huan)(huan)树脂混床可运行数天、甚(shen)至(zhi)数星(xing)期。
（2）所谓(wei)“交(jiao)换容量(liang)大”。粉末状树脂的(de)表面积大(da)，且是干的(de)，而离子交换树脂含水分50%左右(you)，因此，粉末状树脂(zhi)(zhi)比离子交换树脂(zhi)(zhi)的交换容(rong)量大是应该的。
 
（4）所谓“可在高温下运行(xing)”。这是一(yi)次性使(shi)用，可不考虑粉末树脂(zhi)的(de)使(shi)用寿命。离(li)子交换树脂(zhi)如一(yi)次性使(shi)用也可满(man)足要求。
（5）所谓“出水水质(zhi)好”。粉末状树脂(zhi)的表面积大(da)，当然离(li)子交换速度快(kuai)，出(chu)水水质好，但是它仅能维持4小时(shi)左右。
（6）所谓“无再(zai)生设备，投(tou)资低(di)”。实际上凝结水处(chu)理(li)混床树脂也可不要再生设备(bei)，请(qing)离子交换(huan)树脂生产厂家再生，将(jiang)一次投资(zi)降下(xia)来。
（7）所谓“可(ke)去除腐蚀产物”。凝(ning)结(jie)水(shui)处理混床树(shu)脂(zhi)也能去(qu)除腐蚀产物。    
所以，粉末树脂过滤器的“交(jiao)换速度(du)快”、“交换容量大(da)”、“出(chu)水水质好”等(deng)优点(dian)都是在运(yun)行中几个小(xiao)时的行为，而离(li)子交换树(shu)脂混床可运(yun)行数天(tian)、甚至数星期；粉末(mo)树(shu)脂过(guo)滤(lv)器的“再生度高”、“可在(zai)高(gao)温下运(yun)行”、“无再生设备，投资低”、 “可去(qu)除(chu)腐蚀产(chan)物”等优(you)点(dian)，离子交换树(shu)脂混床也是可以达(da)到的。
至(zhi)于粉末树脂(zhi)过滤器和凝结水(shui)处理混床在(zai)一(yi)次投资、运行(xing)费用(yong)、对水(shui)质的影响(xiang)等各方面的比较，还有待对运行(xing)机(ji)组的长期运行(xing)统计。