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软水器与阻垢剂加药装置工艺区别有哪些

发布时间:2024/6/15

在水处理系统,特别是以RO工艺为核心工艺的纯水系统中,树脂软化和阻垢剂加药都是常见的预处理工艺,其相应的装置(设备)分别称为软水器(软化器)和阻垢剂加药装置。接下来我们就二者区别分析一下,方便大家更好理解相关工艺及后期合理选择。

一、软水器和阻垢剂加药装置的简单定义

软水器(离子交换/树脂软化软水器)

全自动软水器是利用钠型阳离子交换树脂去除水中钙镁离子,降低原水硬度,以达到软化硬水目的的一类装置 ,是一种运行和再生操作过程全自动控制的离子交换装置。

已广泛应用于各种蒸汽锅炉、热水锅炉、热交换器、蒸汽冷凝器、空调、直燃机等设备及系统的循环补给水中。此外还用作生活水处理,食品、电镀、医药、化工、印染、纺织、电子等工业水处理以及作为脱盐系统的前置处理。经过单级或多级软水器处理后的产水硬度可大幅度降低。

阻垢剂加药装置

阻垢剂加药装置是一种用于给工业生产用水加药的设备,它的作用是防止水中的矿物质和杂质聚集在管道中形成垢,从而延长管道使用寿命、提高工业生产效率。

装置主要由加药泵、加药罐、加药管道和加药泵控制柜组成,控制柜通过 PLC进行控制,其原理是通过向管道中加入阻垢剂药剂,使其与水中的矿物质和其他杂质发生化学反应,变为不易结垢的物质,从而防止垢的形成。

二、树脂软化和阻垢剂工作原理

(一)树脂软化工作原理

树脂软化工艺是用离子交换树脂中的Na+置换原水中构成难溶盐结构的Ca2+和Mg2+,以防止难溶盐的饱和析出(结垢),进而提高系统的难溶盐极限回收率。

水处理用离子交换树脂是由空间网状结构母体(以R表征)与附属在母体上的活性功能团构成的不溶性高分子化合物。带有酸性功能团的交换树脂称为阳离子交换树脂,当活性功能团的可交换离子为Na+时,树脂称为钠型阳离子交换树脂(以RNa表征)。

交换树脂的置换反应遵循如下两项原则:

①各离子浓度相等的低含盐量水体中,阳离子交换树脂交换阳离子的选择性次序为

Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>H+

②水体中各离子浓度不相等时,高浓度离子将被优先交换。

备注:一般而言,Ca2+、Mg2+浓度远高于Fe3+、Al3+离子浓度。

软化过程反应式,向右表示软化过程,向左表示再生过程,置换单位为摩尔

2RNa+Ca2+(Mg2+)⇄R2Ca(Mg)+2Na+

备注:在树脂软化过程中,钙、镁和钠进行等毫克当量(meq,我们在ROSA设计软件视频讲解中多次提及,就是摩尔量/电荷数)交换,软化过程以后水中整体含盐量(mg/L)会有所上升。

(二)树脂软化的几个工艺参数

①交换流速

交换流速V 应在 20-30m/h 范围之内,水体硬度较高时,流速应取低值。

②容器直径

在系统产水量Q已知条件下,交换器直径L(m)应为:

L=2√(S/π)=2√〔Q/(V*π)〕

③树脂交换量

国产001*7的湿态树脂的全交换量为 2.0mol/L,密度为0.85kg/L,工作交换量指数约为0.8。具体参考实际厂商。
④周期制水量

软化器设计中的一个基本关系:
树脂装填量(m³)*树脂交换量(meq/m³)=周期制水量(m³)*原水硬度(meq/m³)

备注:在实际设计软水器再生周期时,在④关系式中树脂交换量=完全交换量*工作交换指数*安全系数,其中工作交换指数取值0.6-0.8,安全系数取值0.6-0.8。以经验而言,国产树脂周期制水设计为40%完全交换量,进口树脂设计为60%完全交换量则比较安全。
⑤软化水产水指标

总硬度是指水中Ca2+、Mg2+的总量,它包括暂时硬度和永久硬度。水中Ca2+、Mg2+以酸式碳酸盐形式存在的部分,因其遇热即形成碳酸盐沉淀而被除去,称之为暂时硬度;而以硫酸盐、硝酸盐和氯化物等形式存在的部分,因其性质比较稳定,不能够通过加热的方式除去,故称为永久硬度。

当水中的硬度主要由Ca2+引起时,总硬度5mmol/L对应总硬度500mg/L以CaCO3记对应Ca2+含量为200mg/L,相关的水质报告要看清楚,以防出现偏差,经典的LSI公式网上流传的两个版本就是因为公式中一个是钙硬度(以CaCO3记),一个是钙含量(单纯表述Ca2+含量)

(三)阻垢剂的工作原理

无机垢的形成过程可分为下面3个步骤:

①形成过饱和溶液;②生成晶核;③晶核成长,形成晶体;

上述3个步骤中有一个遭到破坏,结垢过程即被减缓或抑制。阻垢剂的作用就是有效阻止这些步骤中的一个或几个,以达到阻垢目的。
阻垢剂干扰晶体生长的机理有如下几种说法:

①螯合增溶作用

螯合增溶作用是指阻垢剂与水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等高价金属离子络合成稳定的水溶性螯合物,使水中游离态钙、镁离子的浓度相应降低,这样就好像使CaCO3等物质的溶解度增大了,本来会析出溶液的CaCO3等物质实际上没有形成沉淀。

所谓阈限效应阻垢是指只需向溶液中加入少量的阻垢剂,就能稳定溶液中大量的结垢离子,它们之间不存在严格的化学计量关系,当阻垢剂的量增至过大时,其稳定阻垢作用并无明显改进。

②晶格畸变作用

晶体正常形成的过程是微粒子(离子、原子或分子)根据特定的晶格方式进行十分有规则的排列,从而形成外形规则、熔点固定、致密坚固的物质结构。

所谓晶格畸变是指在晶体生长的过程中,常常会由于晶体外界的一些原因,而使得晶体存在空位、错位等缺陷或形成镶嵌构造等畸变,其结果使同一晶体的各个晶面发育不等。

晶体中这种局部组分的差异会导致晶体内部的应力,晶体本身与镶嵌物质脱胀系数的不同也会导致应力。这些应力使晶体不稳定。当环境发生某些变化时,大晶体便会碎裂成小晶体。

阻垢剂分子由于吸附在位于晶体活性生长点的晶格点阵上,使晶体不能按照晶格排列正常生长,使晶体发生畸变,使晶体的内部应力增大导致晶体破裂,从而防止微晶沉积成垢,达到阻垢目的。

③吸附与分散作用

阻垢分散剂属于阴离子有机化合物,可因物理化学吸附作用而吸附于胶体颗粒及微晶粒子上,在颗粒表面形成新的双电层,改变颗粒表面原来的电荷状况。于是,因同性电荷相排斥而使它们稳定地分散在水体中。

阻垢剂对常见无机难溶盐的阻垢系数M值(上浮)如下:

CaCO3:1.8;数值应用对象LSI公式

CaSO4:2.3;数值应用对象Ksp公式

SiO2(硅酸盐):2.9;数值应用对象溶解度数值

备注:阻垢剂对系统微生物同样有一定作用的抑制效果,有效程度并没有明确概述。

阻垢剂加药量

阻垢剂成分复杂,且在高回收率系统中会在浓水侧累积,所以阻垢剂在注入系统前应该保证得到充分混合,且浓度不易过高。阻垢剂的典型添加量为2-6ppm,自来水原水一般取值3ppm,水质较差时取值5ppm。同时加药泵运行频率相对较高更合适,建议的频率是最少5秒钟一次。

阻垢剂加药点

加药点设在RO进水保安过滤器之前,通过在过滤器中的缓冲时间及RO高压泵的搅拌作用来促进混合。如果系统采用加酸调节pH,推荐加酸点要在上游足够远的地方,在到达阻垢剂注入点之前已经完全混合均匀。

总结:通过上述对于钠离子交换软化工艺和阻垢剂加药工艺的原理及性能、运行特点等的分析,我们可以结合不同水质特点及客户现场需求,选择最优方案配置工艺,提高系统运行效率,节约运营成本。

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