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泵閥展

第十三屆
上海國(guó)際泵管閥展覽會(huì)

FLOWTECH CHINA 2025

2025年6月3-5日

上海 | 國(guó)家會(huì)展中心(虹橋)

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電滲析工藝進(jìn)水鈣離子究竟要控制在多少以下呢?

中水回用、廢水零排放中,廢水的濃縮減量,往往會(huì)涉及到鈣鹽的結(jié)垢問(wèn)題。針對(duì)于電滲析工藝,進(jìn)水鈣離子究竟要控制在多少以下呢?閥門展小編今天來(lái)介紹介紹:

以硫酸鈣系統(tǒng)為例:

資料01 硫酸鈣的結(jié)垢

在工業(yè)廢水的處理中,碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽都是比較常見(jiàn)的結(jié)垢成分,碳酸鹽和磷酸鹽一定程度上可以通過(guò)酸來(lái)調(diào)控,而硫酸鈣垢往往致密堅(jiān)硬且酸堿難溶,在膜濃縮過(guò)程中很不受待見(jiàn)。

最常規(guī)理解:如果系統(tǒng)產(chǎn)生硫酸鈣結(jié)垢,廢水中其硫酸鈣溶液濃度已過(guò)飽和。在這類系統(tǒng)的測(cè)算中,免不了需要了解物質(zhì)的溶解度及其影響因素。

結(jié)晶過(guò)程的產(chǎn)生取決于固體與其溶液之間的平衡關(guān)系,溶質(zhì)從溶液中結(jié)晶出來(lái),正常都涉及到兩個(gè)過(guò)程:晶核的產(chǎn)生和晶體的生長(zhǎng)。溶液的過(guò)飽和度與結(jié)晶存在以下的關(guān)系:

曲線b:物質(zhì)溶解度曲線;b曲線以下,屬于穩(wěn)定區(qū),不存在結(jié)晶問(wèn)題。

曲線a:超溶解度曲線;a曲線以上,屬于不穩(wěn)定區(qū),溶液能自發(fā)的產(chǎn)生晶核,并伴隨晶體生長(zhǎng)。

曲線a和b之間其實(shí)還存在一個(gè)介穩(wěn)區(qū),溶液也處于過(guò)飽和狀態(tài),但是由于無(wú)法自發(fā)形成晶核,所以還不會(huì)產(chǎn)生晶體。

不難理解,b曲線很容易得到,那a曲線可以怎么得到呢?按我的理解,上圖可以給我們一些答案:b曲線條件下,緩慢降低溫度,有晶體析出時(shí),即可找到對(duì)應(yīng)的a曲線對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。

在實(shí)際過(guò)程中,超溶解度曲線的繪制往往會(huì)更加復(fù)雜一些?;谶@些特點(diǎn),電滲析系統(tǒng)中硫酸鈣的結(jié)垢問(wèn)題是否也需要多角度考慮?

綜合膜行業(yè)朋友的各類反饋:超溶解度曲線對(duì)ed而言,意義不明顯,目前均以b曲線參考為主,測(cè)算硫酸鈣的溶度積。

部分可參考性解釋如下:1.介穩(wěn)區(qū)的區(qū)間有限,電滲析存在溫升,無(wú)法實(shí)現(xiàn)精度控制,而且也沒(méi)有必要;2. 電滲析遷移過(guò)程,膜表面與隔室間溶液存在濃度差,并非一個(gè)完全均一的溶液系統(tǒng);3. 電滲析存在倒極功能,一定條件下的高頻電場(chǎng)可以產(chǎn)生靜電斥力、抑制晶體生長(zhǎng)速率;4.工業(yè)水硫酸鹽系統(tǒng)大多為混鹽,無(wú)法得到唯一的參考曲線。

資料02 幾個(gè)重要的概念

在進(jìn)行硫酸鈣系統(tǒng)沉淀、溶解等平衡測(cè)算時(shí),主要涉及到混合溶液中其它離子對(duì)溶解度的影響,這里需要重新回憶大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)的幾個(gè)概念:

離子活度:離子實(shí)際發(fā)揮作用的濃度稱為有效濃度,或稱為活度。即有時(shí)候結(jié)垢的陰陽(yáng)離子沒(méi)有想象的那么容易“碰面”。

離子強(qiáng)度:離子強(qiáng)度是衡量溶液中存在離子所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的量度,水溶液中電解質(zhì)的濃度會(huì)影響到其他鹽類的溶解度,而影響的強(qiáng)弱程度就稱為離子強(qiáng)度。

離子積和溶度積常數(shù):前者大,析出沉淀;后者大,無(wú)沉淀析出;兩者相等,溶液飽和。

測(cè)算時(shí),可參考的公式如下:

其中硫酸鈣在25℃條件下,溶度積ksp’常數(shù)與離子強(qiáng)度的參考曲線:

雖然上述3.2德拜-休克爾公式有應(yīng)用前提條件,但以公式為基礎(chǔ),硫酸鈣的ksp’常數(shù)與離子強(qiáng)度的關(guān)系曲線就不難理解。在低濃度時(shí),溶解度隨離子強(qiáng)度增大,活度系數(shù)降低,故而硫酸鈣溶解度增加,在高鹽濃度況下,硫酸鈣形成離子對(duì),短程靜電相互作用增強(qiáng),使溶解度降低。

在實(shí)際的ed工藝測(cè)算中,含硫酸鈣的廢水系統(tǒng),測(cè)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單化:1. 根據(jù)工藝要求,設(shè)定濃縮倍數(shù),測(cè)算出濃水水質(zhì);2. 以濃水?dāng)?shù)據(jù),測(cè)算出系統(tǒng)的濃水離子強(qiáng)度;3. 以離子強(qiáng)度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),根據(jù)曲線得到濃水硫酸鈣的ksp’常數(shù);3. 根據(jù)離子濃度,計(jì)算出硫酸鈣的離子積常數(shù);4. 基于上述參數(shù),核對(duì)工藝參數(shù)設(shè)定是否合理?進(jìn)水ca離子是否滿足要求?

資料03 案例測(cè)算說(shuō)明

(1) 電滲析初步按濃水tds=180g/l考慮,濃縮倍數(shù)約5.47倍;

(2) 測(cè)算出此條件下的濃水水質(zhì),再求離子強(qiáng)度=2.88mol/l(按公式3.3計(jì)算即可);

(3) 得到濃水硫酸鈣ksp’常數(shù)=31.2*10^(-4),查圖即可;

(4) 濃水硫酸鈣離子積常數(shù)=4.67*10^(-4),按公式計(jì)算;

(5) 為了提高穩(wěn)定性,濃水最終按0.8ksp’考慮;

(6) 即滿足濃水離子積常數(shù)<0.8濃水ksp’常數(shù),系統(tǒng)結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)極低。

一套流程下來(lái),測(cè)算的過(guò)程是否與ro設(shè)計(jì)思路類似?

顯然在這類系統(tǒng)中,前期的評(píng)估我們更多地只考慮了鹽效應(yīng)的影響,硫酸鈣的結(jié)垢對(duì)電滲析而言,系統(tǒng)還可以通過(guò)添加阻垢劑、高頻的倒極、單價(jià)選擇膜的選型、設(shè)備的拆洗等方式進(jìn)行應(yīng)對(duì)。此外,由于硫酸鈣的沉淀優(yōu)先在陰膜表面產(chǎn)生,所以陰膜性能的優(yōu)化也是一個(gè)選擇,組器的設(shè)計(jì)更是如此。

閥門展綜合上述簡(jiǎn)易分析,不難理解,對(duì)于電滲析進(jìn)水鈣離子而言,幾十ppm、幾百ppm、幾千ppm的系統(tǒng),也未嘗不可處理,關(guān)鍵還是水質(zhì)特性和處理目標(biāo)。

(來(lái)源:膜法水處理札記 ;如有侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系刪除)

更多精彩資訊,可關(guān)注第十三屆上海國(guó)際泵管閥展覽會(huì)(簡(jiǎn)稱:“上海國(guó)際泵閥展”),作為全國(guó)最大的泵管閥展會(huì),每年匯聚全球最新的泵閥產(chǎn)品、技術(shù)和解決方案,集中展示泵、閥門、智能供水設(shè)備、排水設(shè)備、管道/管接件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、泵管閥配套產(chǎn)品、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等系列產(chǎn)品。深耕行業(yè)十三載,2025上海國(guó)際泵閥展規(guī)模將達(dá)6萬(wàn)平米,吸引1,200+品牌展商,展示超3萬(wàn)件產(chǎn)品,吸引55,000多名來(lái)自經(jīng)銷代理商、化工/食品/制藥/紡織/電力等工業(yè)終端用戶、建筑/市政設(shè)計(jì)院、自來(lái)水公司/水務(wù)集團(tuán)/污水廠以及工程公司/施工單位等領(lǐng)域的專業(yè)觀眾到場(chǎng)參觀采購(gòu)。上海國(guó)際泵閥展聯(lián)動(dòng)世環(huán)會(huì)多個(gè)系列展,橫跨市政、工業(yè)、節(jié)能、民用等領(lǐng)域,加強(qiáng)行業(yè)內(nèi)的交流與合作,共同推動(dòng)泵管閥行業(yè)的的進(jìn)步與發(fā)展。

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