RO、ED 等膜法水处理的几个问题的探讨

RO、ED 等膜法水处理的几个问题的探讨
  [摘要]本文对化学水处理的几个问题的进行了探讨：RO、ED 等膜法水处理的浓盐水对
  环境产生污染，且不易处理。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。凝结水处理混床系统中，树脂的分离采用“高塔分
  离法（Funsep 法）”“锥体分离法（Conesep 法）”最好，但是混床的混合问题应尽量设计
  有二次混合装置；如有足够的投资和土地，则采用阳床、阴床、阳床串联运行，可以将混床
  的树脂分离、混合的矛盾较彻底地克服。粉末树脂过滤器的“交换速度快”、“交换容量大”、
  “出水水质好”等优点都是在运行中几个小时的行为，而离子交换树脂混床可运行数天、甚
  至数星期；粉末树脂过滤器的“再生度高”、“可在高温下运行”、“无再生设备，投资低”、
  “可去除腐蚀产物”等优点，离子交换树脂混床也是可以达到的。
  [关键词]RO（反渗透）；ED（电渗析）；混床；离子交换树脂
  1RO、ED 等膜法水处理的问题
  反渗透（RO）、电渗析（ED）等膜法主要适用于高含盐量的水。
  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）、电渗析（ED）法；离子交换法的酸碱废水的处理比反渗透（RO）、电
  渗析（ED）法排出的浓盐水好处理，因此，所谓反渗透（RO）、电渗析（ED）法避免了使用
  酸碱，但是另外会有浓盐水对环境的污染，且不易处理。
  2 除盐系统的RO、ED 等膜法直接加混床的问题
  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—阴床串联其次、阴床—阳床串联最差。

  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”组成的一级除盐后的
  水，其水质很好，只含几十μg/L 的SiO2 和Na+，pH 值为中性（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）较难进行，有部分NaHSiO3 会泄漏到下层与RH 发生离子交换反应。
  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）很容易进行，所以，混床出水的水质应该较好；但是，反应（3）生成H2SiO3，
  使得混床出水呈微酸性，pH 值在6.0--6.5 之间，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 的离子交换反应，由于是动态离子交换反
  应，所以，虽然NaHSiO3 浓度很低、HSiO3-的离子选择性差，但是NaHSiO3+RCl=RHSiO3+NaCl
  也能部分进行，生成的NaCl 与下层阳离子交换树脂RH 发生离子交换反应产生HCl，会影响
  混床的出水的pH 值。
  将取自运行混床且已再生好的D001MB 强酸阳树脂（RH）和D201MB 强碱阴树脂（ROH）
  以1∶2 的体积比，按下层为D201MB 强碱阴树脂、上层为D001MB 强酸阳树脂和下层为D001MB
  强酸阳树脂、上层为D201MB 强碱阴树脂分别装入2 个有机玻璃交换柱中，并并联到阴床出
  水口，投入运行，测定出水pH、DD、SiO2 与Na+。测试结果如表2-1。

  表2-1 两种极端情况的混床运行结果对比
  注：1.上层为RH、下层为ROH。2.上层为ROH、下层为RH。
  但是，如果没有前面的阳床—除碳器—阴床的一级除盐，当预处理（包括RO（反渗透）
  等）来的水达不到一级除盐水水质要求而直接进入混床时，由于上层主要是强碱阴树脂
  （ROH），基本不与中性水发生离子交换反应，而直接进入下层的主要是强酸阳树脂（RH），
  则发生如下离子交换反应：
  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 值大大
  下降，严重恶化出水水质。尤其当除盐系统运行半年以上，树脂发生污染后更为严重。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，氢电导率为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。
  3.3T 塔混床系统
  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℃）。
  这种将双塔、三塔混床系统中阳再生塔中会给再生和运行带来麻烦的二种树脂交叉层取
  出的方法，是解决交叉污染的好方法。但是，由于阳再生塔直径较大，存在二个问题：一是
  在输送强碱阴树脂时不可能完全水平输送，因此，塔体周围的强碱阴树脂不易输送干净，可
  能会残留到下面的强酸阳树脂中，仍然导致交叉污染；二是如反洗分层的反洗速度太大，部
  分强碱阴树脂会冲出去，如反洗分层的反洗速度太小，部分强碱阴树脂会夹杂在强酸阳树脂
  中，也会导致交叉污染。
  3.4 高塔分离法（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.SFilter/Permtek 公司提供的资
  料认为，此系统可使阴树脂在阳树脂层中的含量和阳树脂在阴树脂中的含量小于0.1%，其
  混床出水水质良好（见表3-1 和表3-2）。
  3.5 锥体分离法（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，
  三室床出水含钠量为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）再生剂用量小。
  （2）再生次数少。单床的比制水量为31400m3/m3·R；而混床的比制水量只有
  12000m3/m3·R.
  （3）再生操作简单。
  （4）出水水质与混床相近。
  （5）单独再生，没有交叉污染。也没有混合不好的问题。
  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“高塔分离法（Funsep
  法）”“锥体分离法（Conesep 法）”最好，但是混床的混合问题应尽量设计有二次混合装
  置。如有足够的投资和土地，则采用阳床、阴床、阳床串联运行，可以将混床的树脂分离、
  混合的矛盾较彻底地克服。
  4 粉末树脂过滤器的问题
  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（RNH4/ROH）一样，只能将纯净水更加净化。
  对粉末树脂过滤器几种概念的分析：

  （1）所谓“交换速度快”。粉末状树脂的表面积大，易接近，当然离子交换速度快；
  但是，数量少，失效也快，仅能工作几个小时。而离子交换树脂混床可运行数天、甚至数星
  期。
  （2）所谓“交换容量大”。粉末状树脂的表面积大，且是干的，而离子交换树脂含水
  分50%左右，因此，粉末状树脂比离子交换树脂的交换容量大是应该的。
  （4）所谓“可在高温下运行”。这是一次性使用，可不考虑粉末树脂的使用寿命。离
  子交换树脂如一次性使用也可满足要求。
  （5）所谓“出水水质好”。粉末状树脂的表面积大，当然离子交换速度快，出水水质
  好，但是它仅能维持4 小时左右。
  （6）所谓“无再生设备，投资低”。实际上凝结水处理混床树脂也可不要再生设备，
  请离子交换树脂生产厂家再生，将一次投资降下来。
  （7）所谓“可去除腐蚀产物”。凝结水处理混床树脂也能去除腐蚀产物。
  所以，粉末树脂过滤器的“交换速度快”、“交换容量大”、“出水水质好”等优点都
  是在运行中几个小时的行为，而离子交换树脂混床可运行数天、甚至数星期；粉末树脂过滤
  器的“再生度高”、“可在高温下运行”、“无再生设备，投资低”、“可去除腐蚀产物”
  等优点，离子交换树脂混床也是可以达到的。
  至于粉末树脂过滤器和凝结水处理混床在一次投资、运行费用、对水质的影响等各方面的比较，还有待对运行机组的长期运行统计。

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