反渗透运行各阶段pH控制原理
佛罗伦大生
2024年06月17日 11:48:23
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来源:给排水处理技术与应用

      01 反渗透前面为什么要加酸        


     
01
反渗透前面为什么要加酸    

   

   

   

对于水中含有的游离C02的去除,反渗透技术似乎无能为力,因为传统的反渗透技术中必须控制进水中LSI(即朗格利尔饱和指数)值,以防止反渗透膜结垢。

LSI值控制的一个重要参数是进水 PH 值:

如果 PH值为酸性,则不容易结垢。

如果PH为碱性,则结垢倾向十分明显。

所以传统的工艺中在反渗透系统前添加HCI溶液,能很好地防止CaCO3、MgCO3等沉淀物结垢;而很少在反渗透系统前添加 NaOH 溶液。




   
02      
去除CO2的方法---脱碳塔



   

目前使用最广泛的是二氧化碳脱气塔,由于水中含有大量的碳酸氢盐碱度,经过H型离子交换器(即阳离子交换床)处理后,树脂上所带的H+被置换到水中而成为碳酸,所以脱CO2塔一般放在阳离子交换床的后面,阴离子交换床的前面。当水的PH 值小于4.3 时,水中碳酸几乎完全以二氧化碳的形式存在。

如下式的变化:H++HC03-=H2C03=C02+ H20

当 H+增加,即 PH越低时,上述反应就向右进行,此时,用一个装置水从上喷淋而下,空气从下鼓风而上,使空气流与水滴充分接触,由于空气中的二氧化碳量很小,分压很低,只占大气压力的 0.03%。根据亨利定律,经过H型离子交换器处理的水,由于二氧化碳分压高,逸入分压低的空气流中而被带走,从而除去了水中的二氧化碳也即除去了水中大量的阴离子 HCO3-,这样可以大大减轻阴床的负担,提高阴床的周期制水量,减少再生剂的消耗。

但是,二氧化碳脱气塔由于吸入的是生产环境中的空气,难免会带入空气中的杂质,通过与水源接触从而污染水源,引起阴床周期制水率的下降。



   

     
03      
反渗透前加碱的反应原理    

   

   

   
反渗透是高效的除盐工艺,所以只要把水中的二氧化碳转化成碳酸氢盐就可利用反渗透去除二氧化碳,

由于H+HCO:=HCO:=CO,+H,0这个化学反应是可逆的,当OH-增加时,该反应就向左进行,当水的 PH 值大于 8.2 时,水中的 CO,将全部转化为 HCO,这样 HCO.通过反渗透系统全部去除,间接实现了去除CO2的目的。

但是,在加碱的同时,反渗透膜的结垢趋势将十分明显,因为LSI值远远高于允许的范围。实践证明:当反渗透系统前加碱而不采取其他的措施时,RO浓水结品析出十分迅速,一般1~2个小时就可以在浓水侧发现白色的结晶。

其反应式为:Ca2++20H-+C02=CaC03+H20Mg2+ + 20H-+ CO2= MgCO3 + H20

 针对以上问题,就需要根据来水水质来进行阻垢剂的来调配。




   
04      
反渗透产水ph小于进水ph的原理



当了解到CO2、HCO3-和CO3=之间的平衡,就能够找到这一问题的最好答案,在密闭的体系内,CO2、HCO3-和CO3=的相对含量随pH值的变化而变化,低pH值条件下,CO2占主要部份,在中等pH值范围内,主要为HCO3-,高pH值范围内,主要为CO3。

由于RO膜可以脱除溶解性的离子而不能脱除溶解性的气体,RO产水中的CO2含量与RO进水中CO2的含量基本相同,但是HCO3-和CO3=常常能够减少1~2个数量级,这样就会打破进水中CO2、HCO3-和CO3=之间的平衡,在系列反应中,CO2将与H2O结合发生如下反应平衡的转移,直到建立新的平衡。


  如果进水中含有CO2,则RO的产水pH值总会降低,对于大多数RO系统反渗透产水的pH值将有1~2个pH值的下降,当进水碱度和HCO3-高时,产水的pH值下降就更大。

为数极少的进水,含较少的CO2、HCO3-或CO3=这样看到产水pH值的变化就少,某些国家和地区,对于饮用水pH值有规定,一般为6.5~9.0



   

     
05      
反渗透产水Ph低的原理    

   

   

   

PH值描述的是水溶液的酸碱性强弱程度。PH值范围在热力学标准状况时,当pH<7的时候,溶液呈酸性,当pH>7的时候,溶液呈碱性,当pH=7的时候,溶液为中性。

一般来说,反渗透设备产水的pH值在6.0~8.0之间。但是有些地方经过设备处理后的水PH值却偏低,这是为什么呢?

首先要从原水说起,反渗透设备的原水大多是自来水、地下水、地表水等,这些水的PH值一般在6-8范围内,经过反渗透膜的净化之后,反渗透设备可将大部分水中的钙镁离子、HCO3-去除掉而把CO2留下来,与反渗透设备进水相比,HCO3-浓度比例下降,因此PH值也相应的降低。一级反渗透产水的PH值通常在4.8-7的范围,实验表明反渗透二级进水PH在8.3左右,产水电导率最低。


如果设备的原水中含有CO2,则RO的产水pH值总会降低,对于大多数RO系统反渗透产水的pH值将有1~2个pH值的下降,当进水碱度和HCO3-高时,产水的pH值下降就更大。依照我国《生活饮用水标准》,自来水的pH值应控制在 6.5-8.5 范围内。所以只要在这个范围内的都是符合标准的。因此,反渗透设备产出后的水PH值会降低的。

如果反渗透设备产出的水ph值过低时,可以在水里加碱。一是提高pH值增加溶解度,二是与碳酸根或碳酸氢根离子进行反应,形成稳定的碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧根的沉淀,然后被RO膜拦截脱掉。

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