文档介绍：二、给水的加酸处理    
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在反渗透除盐过程中,由于反渗透膜对水中CO2的透过率几乎为100%,而对Ca2+的透过率几乎为零,因此给水被浓缩时,例如,当回收率为75%时,浓水浓度约比进水浓度高四倍(忽略渗透过反渗透膜的离子浓度),将会导致浓水侧的pH值升高和Ca2+浓度增加,而pH值的升高,会引起水中HCO3-转化为 CO32-,这样极容易造成碳酸钙CaCO3在反渗透膜上析出,损坏膜元件,造成反渗透膜透水率和脱盐率的下降。反渗透系统中,通常防止CaCO3在膜上沉淀的方法是加酸调节水的pH值,加酸量的大小就是要使浓水中朗格里尔指数LSI≤0,使CaCO3无法在膜上沉淀出来。一般情况下,所加的酸为盐酸或硫酸。根据反渗透膜的特性,氯离子Cl-透过膜的量比硫酸根离子SO42-的要大,向水中加入硫酸调节pH值为好。但是,加入硫酸会增大Ca2+和 SO42-的浓度乘积,造成硫酸钙CaSO4在膜上的沉淀,因此在反渗透系统中,是加盐酸还是加硫酸调节水的pH值应根据具体情况而定。
1. LSI值的计算
难溶盐例如CaCO3必须达到一定的过饱和度,即离子浓度乘积超过溶度积Ksp许多倍(如需大于35倍以上),才会析出沉淀。判断水中CaCO3的结垢倾向常用朗格里尔指数LSI来近似地判断,方法如下
LSI=pH-pHs (6-1)
式中 pH——运行温度下,水的实际pH值;
pHs——CaCO3饱和时,水的pH值。
若LSI<0,则水中有溶解CaCO3的倾向; 若LSI>0,则水中有形成CaCO3的倾向。
pHs值计算方法如下
pHs=(+A+B)-(C+D) (6-2)
A=(lg[TDS]-1) /10
B=-×lg(t+273)+
C=lg[Ca2+]-
D=lg[AlK]
式中 A——与水中溶解固形物有关的常数,见表6-1;
[TDS] ——总溶解固形物,mg/L;
B——与水的温度有关的常数,见表6-2;
t——水温,℃;
C——与水中钙硬度有关的常数,见表6-3;
[Ca2+]——Ca2+的浓度,mg/L CaCO3;
D——与水中全碱度有关的常数,见表6-4;
[AlK]——碱度,mg/L CaCO3。
表6-1 常数A值
溶解固形物(mg/L)
50
75
100
150
200
300
400
600
800
1000
2000
3000
4000
5000
6000
表6-2 常数B值(温度,℉①)
① t(℃)=5/9(tF-32)。
表6-2中,水温以华氏度(℉) 表示,华氏温度tF换算成摄氏温度t (℃) 可用下式
t=5/9 (tF-32) (6-3)
表6-3 常数C值(钙硬,以“mg/L CaCO3”表示)
表6-4 常数D值(碱度,以“mg/L CaCO3”表示)
利用上式可作出华氏与摄氏温度换算曲线,见图6-1。
图6-1 华氏温度与摄氏温度换算曲线
【例6-1】在124°F时,水中溶解固形物为400 mg/L,钙硬为 240mg/L(以“CaCO3”表示),碱度为196 mg/L(以“CaCO3”表示),。试问该水有无CaCO3的结垢倾向?
解由溶解固形物含量,从表6-1可得A =;
由124°F,从表6-2可得B=;
由钙硬值,从表6-3可得C=;
由碱度值,从表6-4可得D=。
pHs=(+A+B)-(C+D)
= (++) - (+)
=
LSI=pH-pHs=-=>0
说明该水有CaCO3结垢倾向。
(1)α0、α1、α2与水的pH值的关系。天然水的pH值通常认为是由碳酸化合物控制的,有关平衡反应式如下
CO2+H2O⇌H2CO3⇌H++HCO3- (6-4)
HCO3-⇌H++CO32- (6-5)
由于溶解在水中的CO2仅有很少一部分水解成H2CO3,因此为方便起见,一般把溶解CO2和H2CO3浓度之和定义为H2CO3*。式(6-4) 和式(6-5) 的平衡常数可表达如下
K1=[H+] [HCO3-]/[H2CO3*] (6-6)
K2=[H+][CO32-]/[HCO3-] (6-7)
式中 K1、K2——碳酸的一级和二级电离平衡常数。
Ross