當(dāng)前化學(xué)水處理的幾個(gè)問(wèn)題的探討

[摘  要] 本文對(duì)化學(xué)水處理的幾個(gè)問(wèn)題的進(jìn)行了探討：RO,、ED等膜法水處理的濃鹽水對(duì)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(yáng)樹(shù)脂和陰樹(shù)脂每次都能充分混合。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。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,。
[關(guān)鍵詞]  RO（反滲透）,；ED（電滲析）；混床,；離子交換樹(shù)脂
 
1  RO,、ED等膜法水處理的問(wèn)題
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?chē)膹?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(mén)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）。
 
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(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,?；齑沧詈眠€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),。

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