水處理中水軟化方法綜述

1.2.1石灰-純堿軟化法水的藥劑軟化法是根據(jù)容度積原理，根據(jù)需要向水中投加適當(dāng)藥劑，使之與鈣、鎂離子反應(yīng)生成CaCO3和Mg(OH)2不溶性沉淀物。藥劑軟化法包括石灰純堿軟化法，石灰軟化法，苛性鈉軟化法等，其中用石灰軟化最為常用。藥劑軟化法中最常用的藥劑是石灰，它的技術(shù)成熟，來(lái)源廣泛，而且價(jià)格低廉。石灰經(jīng)消化后，生成石灰乳投加到原水中，在較高pH值條件下與重碳酸鹽發(fā)生反應(yīng)，生成Mg(OH)2和CaCO3等沉淀物，在下沉過(guò)程中鈣鎂二價(jià)離子形成的沉淀物起到混凝劑的作用，進(jìn)而使各種沉淀物在反應(yīng)池中絮凝，在濾池和沉淀池中去除。適量的投加助凝劑，可增加混凝效果。加入石灰后，出廠水的pH值會(huì)比較高，在出廠水中利用酸進(jìn)行中和，調(diào)節(jié)水的pH值符合飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。許多地區(qū)的水源里，不但硬度超標(biāo)，而且鐵、錳和溶解性總固體也往往超標(biāo)，石灰藥劑法和強(qiáng)化混凝也能去除一定的鐵、錳和溶解性總固體。石灰軟化法適用于原水非碳酸鹽硬度較低、碳酸鹽硬度較高的情況。石灰純堿軟化法已在水源水質(zhì)硬度大的循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的預(yù)處理廣泛應(yīng)用。石灰純堿軟化法在除硬的同時(shí)也可以有效地減少總?cè)芙夤腆w，并且適合于原水中非碳酸鹽硬度較高時(shí)的水處理。雖然石灰純堿軟化法經(jīng)濟(jì)成本也很低，除硬率也高，但是這種方法也有很多缺點(diǎn)，由于所用劑量很高，不可避免對(duì)會(huì)產(chǎn)生大量的淤泥，而且還需要大面積的廠房來(lái)準(zhǔn)備和儲(chǔ)存這些原料；由于原料吸收了空氣中的CO2,至使硬度的去除率很不穩(wěn)定;因受濕度的影響需要重復(fù)加藥等。當(dāng)原水水質(zhì)變化時(shí)，雖然苛性鈉軟化法在準(zhǔn)確控制堿度方面要優(yōu)于石灰純堿軟化法，但是也會(huì)增加水中總?cè)芙夤腆w和Na+。相比之下，苛性鈉軟化法比石灰純堿軟化法所產(chǎn)生的淤泥少;在自然條件下，苛性鈉(NaOH)儲(chǔ)存過(guò)程中要穩(wěn)定且不容易變質(zhì)，這使得操作過(guò)程穩(wěn)定.而且清潔?？傮w來(lái)看，常規(guī)藥劑軟化法出水水質(zhì)不好，運(yùn)行管理繁瑣，產(chǎn)生大量的廢棄物，處理性差，且對(duì)環(huán)境造成很大的污染。1.2.2離子交換軟化法離子交換法就是將水連續(xù)通過(guò)陽(yáng)離子交換體，使離子交換劑中的鈉離子或氫離子與組成水質(zhì)硬度的鈣鎂離子進(jìn)行交換，鈉或氫離子被鈣鎂離子所取代，從而使得水質(zhì)軟化的效果。常用離子交換劑有磺化煤和陽(yáng)離子交換樹(shù)脂等。鈉離子交換軟化工藝雖然能去除水的硬度，但不能降低水的堿度和含鹽量，所有它只適用于含鹽量和堿度不高的原水。當(dāng)原水堿度較高時(shí)，可采用的軟化工藝用氫離子交換，原水堿度可于氫離子交換器出水中的強(qiáng)酸同發(fā)生中和反應(yīng)，生成的二氧化碳用除碳器除掉，可達(dá)到水質(zhì)脫堿和水質(zhì)軟化的效果。離子交換系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行反洗和再生，來(lái)恢復(fù)樹(shù)脂的吸附能力，因此需要用大量的鹽和軟化水，反洗水中由于含有高濃度的鹽，無(wú)法利用而隨意排放，會(huì)造成很大的二次浪費(fèi)，也會(huì)帶來(lái)水體污染的問(wèn)題。離子交換法軟化硬水雖然解決了Ca、Mg等離子帶來(lái)的硬度問(wèn)題，但是得不到理想的飲用水，由于水中Na+離子濃度升高，因而患高血壓病的人群特別不適于飲用。在水中離子交換法也會(huì)產(chǎn)生一定的腐蝕性，包括產(chǎn)生金屬腐蝕其副產(chǎn)物會(huì)改變水的化學(xué)性質(zhì)等。所有離子交換法只適用于硬度小于500mg/L的水處理，對(duì)于高含鹽水來(lái)說(shuō)，如果采用離子交換法除硬，由于含鹽量高，再生頻繁，酸堿消耗量大，運(yùn)行周期短，運(yùn)行費(fèi)用很高。1.2.3膜軟化法膜軟化是一種日益興起的新技術(shù)，隨著人們對(duì)水質(zhì)要求的逐漸提高和水污染的日益嚴(yán)重，膜軟化技術(shù)也就越來(lái)越受到重視。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，膜分離法完成了從實(shí)驗(yàn)室的研究到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，已成為工業(yè)上水處理、氣體分離、生化產(chǎn)品的分離與純化和水處理化學(xué)的重要過(guò)程。常用于水處理的膜分離技術(shù)有五種:微濾(MF)、納濾(NF)、超濾(UF)、電滲析(ED)和反滲透(RO)，其分離過(guò)程的推動(dòng)力、分離機(jī)理、主要功能和被截留物質(zhì)見(jiàn)表，微濾(MF)是利用靜壓差為推動(dòng)力，膜分離是利用膜的“篩分，，作用進(jìn)行分離的過(guò)程。微濾膜具有比較均勻、整齊的多孔結(jié)構(gòu)，在靜壓差作用下，大于膜孔徑的粒子則被阻攔在濾膜表面，粒徑小于膜孔徑的粒子通過(guò)濾膜，從而使大小不同的組分得以分離。 MF同NF,RO,OF一樣，均屬于壓力驅(qū)動(dòng)型膜分離過(guò)程，被分離粒子的直徑范圍在0.08?0.1pm之間。微濾膜在過(guò)濾時(shí)介質(zhì)不會(huì)脫落、無(wú)毒、沒(méi)有雜質(zhì)溶出、使用壽命較長(zhǎng)、使用和更換方便，并且，膜孔分布均勻，可將大于孔徑的細(xì)菌、微粒、污染物截留在濾膜表面，還有濾液質(zhì)量高，也可稱為絕對(duì)過(guò)濾。超濾是篩孔分離過(guò)程在壓差推動(dòng)力作用下進(jìn)行的，它介于納濾和微濾之間，超濾膜的膜孔徑范圍在0.001?0.05pm之間，分離粒子的直徑為0.002?0.1呻的膠體物質(zhì)和大分子物質(zhì)，是一種從溶液中分離大粒子溶質(zhì)的膜分離過(guò)程。 反滲透是一種以壓差為動(dòng)力、借助于選擇性透過(guò)膜的功能的膜分離技術(shù)，當(dāng)系統(tǒng)所加壓力大于溶液的滲透壓時(shí)，水分子透過(guò)膜、經(jīng)過(guò)產(chǎn)水流道進(jìn)入中心管，在一端流出。水中原來(lái)含有的雜質(zhì)，如膠體、陰陽(yáng)根離子、細(xì)菌、有機(jī)物等被截留，從膜的濃水側(cè)排出，從而達(dá)到凈化分離的目的。在采用反滲透軟化時(shí)，一部分進(jìn)行膜處理，另一部分水繞過(guò)反滲透裝置，然后將兩部分進(jìn)行混合，混合率就是兩者的比值。通過(guò)調(diào)節(jié)混合率，使出水硬度到達(dá)要求的標(biāo)準(zhǔn)。與其它水處理方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)，常溫操作、相態(tài)變化、效益高、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、占地少、適應(yīng)范圍廣、能量消耗少，自動(dòng)化程度高和出水質(zhì)量好等。但與納濾相比，反滲透的產(chǎn)水量較低，能耗較高，但其有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。另外，反滲透在進(jìn)行軟化時(shí)，能將水中的全部鈣鎂離子基本去除，但完全軟化的水飲用會(huì)對(duì)人體健康不利。電滲析法是在直流電場(chǎng)作用下，以電位差作推動(dòng)力，通過(guò)水中陰陽(yáng)離子的定向遷移，從而實(shí)現(xiàn)除鹽的目的，它是一種成熟的水處理技術(shù)，利用離子交換膜對(duì)離子的選擇透過(guò)性。電滲析有重要地位在膜分離領(lǐng)域，電滲析也是一些地方飲用水的主要生產(chǎn)方法。在用電滲析除硬度時(shí)，應(yīng)加堿性藥劑去先除水中的部分非碳酸鹽硬度，使水的硬度基本達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還要降低水的色度和濁度，滿足電滲析的進(jìn)水水質(zhì)要求，延長(zhǎng)膜的壽命，減少膜污染。完全軟化的水并不適合飲用，因此電滲析時(shí)，不要去除水中全部的鈣鎂離子，通常硬度在170mg/1的飲用水對(duì)人體是最好的。電滲析不但能降低硬度的同時(shí)，也能降低水中的溶解性總固體。它在中等含鹽量(300?1500mg/L)范圍內(nèi)除鹽時(shí)，選用電滲析技術(shù)從運(yùn)行和投資費(fèi)用上都有較大的競(jìng)爭(zhēng)力，但電滲析運(yùn)行成本較高，耗電量大，且一次性投資較大。納濾是一種新型分離膜在20世紀(jì)80年代后期為水軟化過(guò)程開(kāi)發(fā)的，是介于超濾和反滲透之間的一種膜分離技術(shù)。納濾膜屬于有機(jī)高分子納米技術(shù)，其膜孔處于納米級(jí)范圍，具有松散的表面層結(jié)構(gòu)，最適合飲用水的軟化處理。其分離機(jī)理為溶解-擴(kuò)散和篩分并存，然而，它可以有效去除分子量大于200的和二價(jià)及多價(jià)離子各類物質(zhì)，而對(duì)小分子物質(zhì)和低價(jià)鹽的截留率較低。納濾可在較低的壓力((0.5?1Mpa)下實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)水量。納濾膜的總鹽類去除率在50?70%，對(duì)SO42-和Ca、Mg的去除率特別高，在凈水處理中適用高SO42含量的水的軟化，納濾又保留了人體所需的無(wú)害的鉀納等鹽分。納濾軟化在美國(guó)己很普遍，很多軟化水廠都采用納濾軟化，代替常規(guī)的離子交換和石灰軟化。國(guó)內(nèi)首套工業(yè)化納濾系統(tǒng)-144t/d納濾制備飲用水示范工程于1997年在山東長(zhǎng)島南陛城建成投產(chǎn)，至今良好運(yùn)行。目前，納濾技術(shù)己涉及的應(yīng)用領(lǐng)域包括醫(yī)藥、食品、環(huán)保、化工和水資源等。在軟化水(包括飲用水)方面應(yīng)用最大。特別是用于地下水處理方面，主要目的是降低硬度、去除特定污染物和有機(jī)物，減小溶液中離子強(qiáng)度等。NF用于地下水的軟化已被眾多學(xué)者研究，Schaep等研究了使用不同類型的NF膜用于水中硬度的脫除，發(fā)現(xiàn)對(duì)低價(jià)離子的脫除率達(dá)60-70%，而對(duì)高價(jià)離子的截留率超過(guò)90%。Sombekke等將各NF膜與粒狀活性炭、藥物軟化用于水的軟化進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)它們都有較好的處理效果，從低投資費(fèi)用和健康方面來(lái)說(shuō)，故而NF膜是令人滿意的處理方式。此外，NF膜還用于消毒副產(chǎn)物(DBP)和天然有機(jī)物的去除，Escobar等發(fā)現(xiàn)TFC-SNF膜在pH5.5時(shí)也高于75%，在pH7.5時(shí)對(duì)可同化有機(jī)碳的脫除率達(dá)90%°B.VBruggen等發(fā)現(xiàn)，NF70膜對(duì)殺蟲(chóng)劑西碼津、如養(yǎng)去津等的去除率也達(dá)90%。不同類型的NF膜也能實(shí)現(xiàn)對(duì)水中四氯乙烯和三氯乙烯的去除。Kettunen等探討了納濾膜用于芬蘭地下水中鋁和氟化物的去除。Urase等詳細(xì)研究了截留過(guò)程pH對(duì)砷去除的影響，發(fā)現(xiàn)As3十的脫除率隨著pH由3增加到10，脫除率由50%增加到89，而對(duì)AsS+的影響不太明顯，僅由pH3時(shí)的87%增加到pH10時(shí)的93%。納濾膜還可用于天然水體中鈾的去除。納濾軟化在去除硬度的同時(shí)，還可以去除水中的色度、濁度和有機(jī)物，并且出水水質(zhì)明顯優(yōu)于其它軟化工藝;納濾軟化具有產(chǎn)水量大，耗能也較低，無(wú)須再生、濃縮水排放少、自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單、占地面積省等優(yōu)點(diǎn)，是一種環(huán)境友好型的分離方式，其應(yīng)用具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，這是其他膜技術(shù)無(wú)法替代的。隨著納濾膜組件價(jià)格的不斷下降和納濾技術(shù)的發(fā)展，納濾軟化法的投資己優(yōu)于或接近于常規(guī)法。各種軟化處理方法各有特點(diǎn)，軟化處理受多種因素影響，藥劑軟化法預(yù)處理簡(jiǎn)單，但出水水質(zhì)不如膜軟化好且管理較繁雜，離子交換軟