脱盐水的预处理过程研究

祝晶晶

(山西潞安集团煤基合成油有限公司，山西 长治 04600)

引 言

水作为重要的生产要素，在工业生产中占有不可替代的作用，尤其是在像化工、发电、石油、炼钢等行业中，很多设备都需要用水去进行冷却处理，以确保设备处于良好的状态，更好的服务于生产。但是如果将自然界未经过处理的水源直接加入到设备中，随着设备的运行，水中的颗粒会不断沉积在管路中，使得管路中水的流动不畅，严重时会使管路堵塞；而更为严重的危害是水中存在的大量离子，随着水分的蒸发，水中离子浓度会逐渐变高，水中离子会慢慢腐蚀管路内壁，使管路变脆弱，甚至可以导致危险事故的发生[1]。因此在工业生产中水在被使用前，很有必要对其进行处理，以去水中的固体颗粒、各种微生物、各种有机物以及一些危害设备运行的有害离子，而这一过程称之为水的脱盐处理。

当今社会面临水资源短缺、水污染加剧，从而导致脱盐水原水水质波动大，含有较多的杂质，严重影响了脱盐水的制备过程。而在脱盐水的制备过程中，一般都需要对原水进行预处理。当今社会面临水资源短缺、水污染加剧的情况，从而导致脱盐水原水水质波动大，含有较多的杂质，严重影响了脱盐水的制备过程。而在脱盐水的制备过程中，一般都需要对原水进行预处理。脱盐水的预处理主要是通过物理方法、化学方法、生物方法，将原水含有的有机物、固体颗粒、各种微生物细菌以及各种有害化合物去除到一定范围。

1 原水中各种有害物质的来源、危害及处理方法

首先是原水中固体颗粒的来源。原水中的固体颗粒主要是泥沙、未分解的动植物残余物、各种人造物质。其次原水中各种有机物质的来源。在自然界条件下，动物死亡和植物死亡后其尸体会慢慢腐败分解，在这个过程中会形成酸类化合物，其组成相当复杂，分子量差别巨大，但是它们有一个共同点，都是含有羧基(—COOH)基团的有机弱酸。在被工业污染的水源里，往往含有各种人造有机物。例如农药残留、含氯的溶剂残余、各种难分解的的合成物质。

水中含有的有机杂质如果未被完全去除，便会进入到设备管路中。在设备运行过程中有机物会被高温分解，产生各种有害物质，在温度很高的情况下有机杂质甚至会发生碳化反应。总之有机杂质进入管路系统后，会形成含碳的沉积物。这种物质会附着在管路内壁上，容易使附着位置的管壁发生破坏。而且一旦某个位置形成了这种附着物即使采用酸洗的方法也去除不了。另外有机物质分解产物中还包括HCl和H2SO4，这些酸类物质在随着水循环的过程中，会破坏管壁上氧化铁保护膜形成局部位置腐蚀，严重的甚至会发生泄露事故，危害生产安全，造成经济损失。

固体颗粒处理主要通过沉降处理和添加各种过滤器处理。脱盐水系统过滤器的使用，一般分为石英砂过滤器和活性炭过滤器，在石英砂过滤器前采用投加聚合氯化铝的方式进行除浊处理时，应特别注意滤料的选择问题，滤料偏细，容易造成管路堵塞，影响进水效率，即使通过加大反冲洗频率的方式，也很难产生效果；滤料颗粒太大，水中含有的杂质不能有效去除，增加后续设备负担，并直接影响最终脱盐水的质量。采用活性炭过滤器时，注意活性炭的选择和颗粒大小，使用过程注意加强反洗和进行定期更换。有机物处理方法主要是通过活性炭的吸附作用于以去除[2]。

2 水中有机相对分子质量的测定

有机物对脱盐水处理过程的影响很大，研究有机物在水中的行为对水处理工艺的改进益处很多。而一类有机物的一个重要的共性指标即为具有相近的分子量。当前测定有机物相对分子质量的常用方法有两种，一种是凝胶色谱法，也称之为GPC法；一种是超滤膜法，也称之为UF膜法。超滤膜法是在搅拌池中在已知截留分子量的超滤膜用纯氮气施以一定的压力，从而分离不同分子量物质的方法。凝胶色谱法主要利用凝胶的选择通过性，通过在色谱柱中填装多孔凝胶，多孔凝胶具备一定的孔径分布。当有水通过凝胶物质时，小分子量的成分可以进入凝胶内，其分子量越小，在凝胶中经过的路径就会越长，时间也会越长，便会迟出现在出水中；大分子量的有机物无法穿过凝胶，很快便会通过色谱柱，出现在水中。按照穿过色谱柱的时间长短，可以确定水中不同物质的相对分子质量大小[3]。文中采用液相色谱仪对水样中有机物相对分子质量分布进行测定。

一般的情况下，水中都会含有一定量的有机物，而有机物的存在会对脱盐水处理系统产生重要的影响。因此，有必要对水中的有机物进行测定。对当地某条河流进行有机物分子量取样分析，结果如图1所示。

图1 有机物相对分子质量分布

由图1分析结果显示，原水中有机污染物分布较为集中，其相对分子质量主要集中在在4 600 Da～5 800 Da的范围内。

在处理微污染饮用水的过程中，单纯通过常规方法很难达到目的。现在处理微污染饮用水的方法主要有以下三个方面：第一种是活性炭深度处理方法，第二种是以混凝沉淀过滤为核心的常规水处理方法，第三种是利用生物技术处理的方法。

根据现代水处理理论，在处理微污染饮用水的过程中，想单纯通过采用常规的处理方法已经无法达到目的。目前主要的处理手段有以下几个方面。活性炭深度处理、生物处理技术、以及以混凝沉淀过滤为核心的常规水处理方法。三种常规水处理方法都有各自不同的特点和优势，针对不同类型水质。根据原水中机物相对分子质量的不同，其具体应用范围为：当采用生物处理时，要求原水中有机物的相对分子质量范围为<500 Da；当用活性炭吸附处理饮用水时，原水的有机物相对分子质量应该在>500 Da～<3 000 Da的范围内；当采用混凝沉淀过滤处理时，要求原水有机物相对分子质量>3 000 Da。根据相对分子质量分布情况，可采用混凝沉淀过滤处理的方法处理所在地水源。

3 混凝剂选择

根据所选择的水质特点，本次混凝试验选用了3种组分物质进行试验，通过加入各混凝剂的量的变化，来测量水的浊度值，从而得出结论。混凝剂成分，如图2所示。1号混凝剂图中符号C1，成分为聚合氯化铝和聚合氯化铝铁混合混凝剂，比例1∶1；2号混凝剂图中符号C2，成分为聚合氯化铝；3号混凝剂图中符号C3，成分为聚合氯化铝铁。

图2 混凝剂对水源浊度处理处理效果的影响

混凝实验结果显示，随着混凝剂加入量的不断增加，原水浊度开始逐渐降低，当添加量增加到2.0 mg/L时，三种混凝剂均达到比较低的值，继续增加混凝剂的加入量，原水的浊度下降不明显，甚至浊度略微提高，这可能由于混凝剂添加过量引起。这其中浊度下降最为明显的使2号混凝剂，即聚合氯化铝混凝剂，所以应选用聚合氯化铝作为此原水的混凝剂，添加混凝剂的量应该控制在略微大于2.0 mg/L。

由第106页图3可知3号混凝剂效果最好。由于混凝处理的主要目的是降低浊度，因此原水的混凝剂选择上建议选择氯化铝混凝剂。

图3 混凝剂添加对水源有总有机碳(TOC)的处理效果的影响

4 活性炭的选择

由于有机物的去除主要通过活性炭的吸附作用来去除，所以活性炭的选择也很重要。活性炭按材质可以分为：椰壳活性炭、果壳活性炭(包括杏壳活性炭、果核壳活性炭、核桃壳活性炭)、木质活性炭、煤质活性炭。文中分别使用一种材质的活性炭对余元进行吸附检测。结果显示果壳活性炭效果最佳。

5 结语

通过本次试验研究，此次原水的预处理适合选用果壳活性炭作为吸附剂，选用氯化铝作为混凝剂，添加混凝剂的量应该控制在略微>2.0 mg/L。