1、膜的通量,增加运行压力和压力降,并导致回收率下降、产品水质下降。这种在膜面上形成沉积层的现象叫做膜污染。所以必须降低RO系统进水的硬度,防止CaCO3、CaSO4等难溶盐结垢。本实验的目的减少垢的产生,保证膜通量与产水量,延长设备清洗周期与使用寿命。为实现此目的,采用化学软化方法降低RO系统进水的硬度、碱度,通过实验确定药剂投加量,加药反应时间、沉淀时间,并优化反应参数。3、实验方法石灰软化法通常对硬度高、碱度高的水适用,且只适用于暂硬高、永硬低的水质处理。为避免投加生石灰(CaO)产生的灰尘污染,通常先将生石灰制成消石灰Ca(OH)2(即熟石灰)使用。对硬度高、碱度低的水,即永硬高的水,采用
2、石灰-纯碱软化法,加石灰的同时再投加适量的纯碱(NaCO3又称苏打)。而对硬度低、碱度高的负硬水则采用石灰-石膏处理法。3.1、方法选用由于本项目中的RO系统进水水质硬度高、碱度较低,所以选用石灰-纯碱软化法,其反应如下去除永久硬度CaSO4+Na2CO3=CaCO3+Na2SO4CaC12+Na2CO3=CaCO3+2NaC1MgSO4+Na2CO3=MgCO3+Na2SO4MgC12+Na2CO3= MgCO3+2 NaC1MgCO3+Ca(OH)2=CaCO3+Mg(OH)2在较高pH值时,MgCO3很快水解:MgCO3+H2O=Mg(OH)2+CO2去除暂时硬度Ca(HCO3)2+ N
3、a2CO3=CaCO3+2 NaHCO3Mg(HCO3)2+ Na2CO3= MgCO3+2 NaHCO3MgCO3+H2= Mg(OH)2+CO2经石灰-纯碱软化后的水,其硬度可降为0.15-0.2mmol/L。此外,永硬也可以直接用离离子交换法除去。3.2、理论投加量计算石灰-纯碱加入量可按下列计算式估算。(1) 石灰用量估算CaO=(CO2+A0+HMg+)mg/L(2) 纯碱用量估算Na2C03= (H永+) mg/L式中CaO需投加的工业石灰量,mg/L;CO2原水中CO2的浓度( CO2计),mmol/L;A0原水总碱度(H+计),mmol/L;HMg原水镁硬度(Mg2+计),mm
4、ol/L;Na2C03纯碱投加量,mg/L;H永原水永久硬度(Ca2+石灰过剩量(Ca(OH)2计),mmol/L(一般为0.20.4mmol/L);纯碱过剩量Na2C03计,mmo1/L(一般取1.0-1.4mmol/L);28 CaO的摩尔质量,g/mol;53 Na2C03的摩尔质量,g/mol;工业石灰纯度,%;工业纯碱的纯度,%。3.3、实验过程需要的指标与方法:1 水中CO2浓度(估算)2 钙离子浓度、镁离子浓度、总硬度(EDTA-络合滴定法) 水的碱度(以H计)(碱度测定方法见附表,硬度测定方法见附表)所需仪器与药剂:磁力搅拌器、烧杯、天平、蒸馏水、滴定管、移液管分析化验仪器等。
5、软化实验需要测定待软化水样的碱度,钙硬度,镁硬度,预先估算工业石灰和工业纯碱投加量大致范围,再由软化实验进一步优化工业石灰和工业纯碱投加量。具体试验过程如下:3.3.1实验药剂配制碱度实验药剂:盐酸标准滴定溶液C(HCl)约0.05mol/L,酚酞指示剂:5g/L(乙醇溶液),溴甲酚绿甲基红指示液。硬度实验药剂:10%NaOH溶液,PH=10的缓冲溶液(氨氯化铵缓冲液(pH10.0)取氯化铵5.4g,加蒸馏水20ml溶解后,加浓氨水溶液35ml,再加水稀释至100ml,即得。),铬黑T指示剂(将1g铬黑T指示剂与100g分析纯NaCl混合、磨细,装瓶备用),EDTA标准溶液(先按10mmol/
6、L配,实验过程中,发现未软化前水样硬度较高,后将EDTA标准溶液按0.1mol/L配置),钙指示剂(1g钙指示剂与100g分析纯NaCl混合、磨细,装瓶备用)。软化实验药剂:配置5%的石灰乳,称取5g石灰,加水定容至100mL。配置5%的碳酸钠,称取5g碳酸钠,加水定容至100mL。1、碱度的测定(以软化前水样为例)实验中测定水样(V0=100ml)酚酞碱度为0,总碱度测定时盐酸(C=0.05mol/L),到达滴定终点盐酸消耗量V=4.05(前期到滴定终点消耗盐酸3.8mL,加热煮沸后又消耗2.5ml)。VC1000总碱度A0(以H+计)= -=2.025mmol/L V03、硬度测定(以软化
7、前水样为例)用移液管吸取水样50.00ml于250ml三角瓶中,加5ml PH=10的缓冲溶液,再加少许(约0.1g)铬黑T混合指示剂,用EDTA标准溶液滴定至酒红色变为纯蓝色。记录EDTA用量V1(取五组水样滴定取平均值)。另取50.00ml水样于250ml锥形瓶中,加入5ml10%NaOH溶液摇匀,加入少许(约0.1g)钙指示剂,用EDTA标准溶液滴定至酒红色变为纯蓝色。记录EDTA用量V2(ml)(取五组水样滴定取平均值)。按下式计算: C(EDTA)V2M(Ca)Ca(mg/L)= -=453 50.00C(EDTA)(V1-V2)M(Mg)Mg(mg/L)= -=98.66V1M(C
8、aO)总硬度(mg/L)= -=861.7式中C(EDTA)- EDTA标准溶液的浓度(mol/L) V1- 铬黑T终点EDTA的用量(mL) V2- 钙指示剂终点EDTA的用量(mL) M(Ca)- Ca的摩尔质量(g/mol) M(Mg)- Mg的摩尔质量(g/mol) M(CaO)- CaO的摩尔质量(g/mol)经上述检测,第一批水样软化前的碱度=2.025mmol/L,钙硬度(以Ca2+计)=453mg/L,镁硬度(以Mg2+计)=98.66mg/L,总硬度(以CaO计)=861.7mg/L。3.3.2工业石灰、纯碱理论用量试验水样软化前的总碱度A0(以H+计)=2.025mmol/
9、L;原水中二氧化碳浓度取值范围0-30mmol/L(在一般范围取值);一般为0.20.4mmol/L,取0.3;一般取1.0-1.4mmol/L,取1.2;取90%;钙硬度Ca(以Ca2+计)=453 mg/L=(以Ca2+计)=22.65 mmol/L;镁硬度Mg(以Mg2+计)=98.66 mg/L=(HMg、以Mg2+计)=8.22 mmol/L;原水永久硬度H永(Mg2+计)=22.65+8.22 mmol/L;(Ca)的摩尔质量为20 g/mol,(Mg)的摩尔质量为12.15 g/mol。按3.2节的公式计算:(030)+2.025+8.22+0.3)mg/L=0.331.26 g
10、/L(3) 纯碱用量估算 (22.65+8.22)+1.2) mg/L=1.89 g/L石灰理论用量范围0.331.26g/L,纯碱用量1.89g/L。软化加药量实验取5份0.5L水样,按照0.6g/L加药量加入石灰乳,分别加入0.8倍1.6倍的理论加药量的碳酸钠。将5个水样同时置于磁力搅拌器上,加药时搅拌1分钟,转速300r/min;然后转速逐渐降到200r/min进入反应阶段,转速由200 r/min逐步降低到50 r/min,搅拌5分钟。静置沉淀10分钟。取上清液测钙硬度、镁硬度、总硬度。 取5份0.5L水样,分别加入0.8g/L加药量的石灰乳,分别加入0.8倍1.6倍的理论加药量的碳酸
11、钠。重复、。水样软化前的钙硬度(以Ca2+计)=453mg/L,镁硬度(以Mg2+计)=98.66mg/L,总硬度(以CaO计)=861.17mg/L。软化后水样的钙硬度、镁硬度、总硬度结果如下表所示:表1、理论投加量实验结果石灰用药量g/L纯碱用药量g/L钙硬度(mg/L)镁硬度(mg/L)总硬度(mg/L)原水0.60.40.450.50.550.650.70.750.8a钙硬度变化曲线b镁硬度变化曲线c总硬度变化曲线图1、石灰投加量为0.6、0.8g/L时的钙硬度、镁硬度、总硬度变化曲线根据初步软化试验结果显示:软化后的钙硬度与总硬度随着碳酸钠投加量增加而降低,但在投加量范围内总硬度降低
12、不到50%,并且降低幅度不大,所以碳酸钠投加量需要加大,为提高试验效率,还需要扩大投加量梯度,以便找到最佳的药品投加量。而石灰的投加量在g/L时的软化后出水比g/L时,钙硬度与总硬度反而较高,说明需要减少石灰投加量。3.3.3工业石灰、纯碱投加量优化实验重新取水样,测得钙硬度=653mg/L,镁硬度=71.93mg/L,总硬度=1080.5mg/L。按石灰投加量分别固定为,纯碱投加量分别从1.5g/L增加到4g/L,测得软化后的钙硬度、镁硬度、总硬度。结果如下:表2、投加量优化实验结果1软化前1.51.7522.252.53图2、石灰投加量分别固定为时,钙硬度、镁硬度、总硬度随纯碱投加量的变化
13、曲线由表格与曲线图可分析出,钙硬度、镁硬度、总硬度均随纯碱投加量增加而降低。当纯碱投加量小于2g/L时,石灰投加量从0.4g/L增加到0.6g/L,总硬度的去除率均在90%以内,当纯碱投加量大于2g/L时,石灰投加量从0.4g/L增加到0.6g/L,总硬度的去除率均大于90%,但是随着纯碱投加量继续增加,总硬度下降有限。按纯碱投加量分别固定为,石灰投加量分别从0.2g/L增加到0.8g/L,测软化后的钙硬度、镁硬度、总硬度。表3、投加量优化实验结果20.20.3 图3、纯碱投加量分别固定为时,钙硬度、镁硬度、总硬度随石灰投加量的变化曲线在一定范围内,钙硬度,镁硬度,总硬度,随着石灰和纯碱的投加
14、量增加而降低;石灰投加量大于,纯碱投加量在以上时,总硬度均低于10mg/L,去除率均大于90%。此时,继续投加石灰或纯碱,钙硬度,镁硬度,总硬度下降趋势不明显。纯碱投加量固定为时,随着石灰投加量增加, 总硬度比钙硬度下降缓慢,而镁硬度有缓慢上升趋势。纯碱投加量固定为时,随着石灰投加量超过0.5g/L,钙硬度,总硬度下降缓慢,镁硬度有缓慢上升趋势。3.3.5实验结论综合考虑实验数据中钙硬度,镁硬度,总硬度实际降低效果与经济因素,可免去投加石灰,钙硬度、镁硬度、总硬度的去除率分别约为94.5%、45.4%、84.6%。4、技术经济分析市场上片碱2500元/t,纯碱3000元/t,则按照实验得出的投
15、加量范围进行计算每天的药剂需要量、每天的运行费用、吨水运行费用。表6:片碱与纯碱的需药量及运行费用单价(元/t)投加量(g/L)吨水药剂费(元/t)水量(t/d)需药量(t/d)运行费用(元/d)片碱Min纯碱Min合计经技术经济分析,附表碱度测定附表水中钙镁离子含量及总硬度的测定原理工业中将含有较多钙、镁盐类的水称为硬水,水的硬度是将水中Ca2+、Mg2+的总量折合成CaO或CaCO3来计算。每升水中含1mgCaO定为1度,每升水含10mgCaO称为一个德国度()。水的硬度用德国度()作为标准来划分时,一般把小于4的水称为很软水,48的水称为软水,816的水称为中硬水,1632的水称为硬水,
16、大于32的水称为很硬水。 用EDTA进行水的总硬度及Ca2+、Mg2+含量的测定时可先测定Ca2+、Mg2+的总量,再测定Ca2+量,由总量与Ca2+量的差求得Mg2+的含量,并由Ca2+、Mg2+总量求总硬度。Ca2+、Mg2+总量的测定:用NH3-NH4Cl缓冲溶液调节溶液的PH=10,在此条件下,Ca2+、Mg2+均可被EDTA准确滴定。加入铬黑T指示剂,用EDTA标准溶液滴定。在滴定的过程中,将有四种配合物生成即CaY、MgY、MgIn、CaIn,它们的稳定性次序为:CaYMgYMgInCaIn(略去电荷)由此可见,当加入铬黑T后,它首先与Mg2+结合,生成红色的配合物MgIn,当滴入
17、EDTA时,首先与之结合的是Ca2+,其次是游离态的Mg2+,最后,EDTA夺取与铬黑T结合的Mg2+,使指示剂游离出来,溶液的颜色由红色变为蓝色,到达指示终点。设消耗EDTA的体积为V1。Ca2+含量的测定:用氢氧化钠溶液调节待测水样的PH=12,将Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀,使其不干扰Ca2+的测定。滴加少量的钙指示剂,溶液中的部分Ca2+立即与之反应生成红色配合物,使溶液呈红色。当滴定开始后,随着EDTA的不断加入,溶液中的Ca2+逐渐被滴定,接近计量点时,游离的Ca2+被滴定完后,EDTA则夺取与指示剂结合的Ca2+使指示剂游离出来,溶液的颜色由红色变为蓝色,到达指示终点。设滴定中消耗EDTA的体积为V2。仪器及药品仪器:50ml酸式滴定管,50ml移液管,250ml锥形瓶,10ml量桶。药品:),铬黑T指示剂(将1g铬黑T指示剂与100g分析纯NaCl混合、磨细,装瓶备用),EDTA标准溶液(先按10mmol/L配),钙指示剂(1g钙指示剂与100g分析纯NaCl混合、磨细,装瓶备用)。内容及步骤记录EDTA用量V1(ml)。重复12次。记录EDTA用量V2(ml)。Ca(mg/L)= -(V1-V)2Mg(mg/L)= -总硬度()= - 50.0010(1德国度=10mg/L总硬度)
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