CN104229942A - 一种在液体中除碳除盐的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种在液体中除碳除盐的方法，通过反渗透与脱气膜复合装置直接将液体中盐和碳去除。在酸性条件下将液体中盐和碳去除。外层脱气膜采用超滤膜，所用操作压为1×10⁵Pa～6×10⁵Pa，脱气膜的平均孔径为100-500埃，用于分离大分子溶质。反渗透的操作压比超滤大，达到15×10⁵Pa～35×10⁵Pa，反渗透膜的平均孔径10-30埃，用于分离小分子溶质，用于海水脱盐，制高纯水。

Description

一种在液体中除碳除盐的方法及装置

技术领域

本发明涉及除碳除盐的的方法及装置，尤其是除碳除盐复合装置，用于工业水处理，中水回用的膜处理预脱盐方面，特别是涉及除碳超滤和反渗透装置。

背景技术

随着膜技术的发展，由超滤、反渗透装置与离子交换器组成的活力发电厂锅炉补给水处理系统已经是广泛应用，与传统的单纯的阳、阴、混合离子交换水处理工艺相比，膜处理加离子交换具有减少频繁的除盐水处理系统再生操作、酸碱耗低、废水排放量少、节水、离子交换系统简单等优点。

但是传统反渗透装置对游离CO₂几乎没有去除能力，原水中的游离态CO₂全部转入产品水中，对后续阳、阴离子交换器运行有较大影响，同时发电机组单机容量的扩大却对补给水水质计系统运行经济性有更高的要求，因此反渗透漏过的游离态CO₂的去除就显得很重要。

传统的游离CO₂的去除一般通过两种方案，一是在反渗透前加碱：反渗透是高效的除盐工艺，所以只要把水中的二氧化碳转化成碳酸氢盐就可利用反渗透去除二氧化碳，由于H+HCO₃-＝H₂CO₃＝CO₂₊H₂O这个化学反应是可逆的，当OH-增加时，该反应就向左进行，当水的OH值大于8.2时，水中的CO2将全部转化为HCO^3-，这样HCO^3-通过反渗透系统全部去除，间接实现了去除CO2的目的。但是，在加碱的同时，反渗透膜的结垢趋势将十分明显，因为LSI值远远高于允许的范围。实践证明：当反渗透系统前加碱而不采取其他的措施时，RO浓水结晶析出十分迅速，一般1～2个小时就可以在浓水侧发现白色的结晶。在加碱时有必要在RO前添加阻垢剂避免结垢。

另一种方案是在反渗透后或是阳离子交换器后增设除碳器：大部分电厂采用的大气式除碳。除碳风机将空气从除碳器底部送入，通过填料层后由顶部排出。在除碳器中，由于填料层的阻挡作用，经H交换处理的水在下落的过程中被分散成许多小股水流或水膜，增大了空气和水的接触面积。由于空气中CO₂的量约为0.03％当空气和水接触时，水中多余的CO₂便会溢出并被空气流带走。在正常的情况下，阳床出水通过除碳器后，可将水中CO₂含量降至5mg/L以下。这样已经达到了除碳器的工作效果，大大减轻了阴床的负荷。

这两种方案，前者会增加药剂消耗和加药设备费用，后者需要增加除碳器或是除碳器和中间水箱的费用与空间。

有无更经济、节约空间的设备以达到除碳的效果？目前的市场上有另一类膜产品，即脱气膜。

脱气膜是利用扩散的原理将液体中的气体，如二氧化碳、氧气、氨氮去除的膜分离产品。

脱气膜内装有大量的中空纤维，纤维的壁上有微小的孔，水分子不能通过这种小孔，而气体分子却能够穿过。工作时，水流在一定的压力下从中空纤维的里面通过，而中空纤维的外面在真空泵的作用下将气体不断的抽走，并形成一定的负压，这样水中的气体就不断从水中经中空纤维向外溢出，从而达到去除水中气体的目的，脱气膜中装有大量的中空纤维可以扩大气液界面的面积，从而使脱气速度加快。目前，国内已有最新研发的具有高效脱除率的脱气膜产品，膜脱气装置的脱气效率可高达99.99％，出水氧气浓度可小于2ppb,出水二氧化碳浓度可小于1ppm，低浓度氨水的脱除浓度也能到达5ppm。可广泛用于电子、锅炉补给水系统和氨氮废水的处理。

脱气膜的材料目前主要用的是聚丙烯高分子聚合物材料和聚四氟乙烯高分子聚合物材料。它们的微孔是：0.01*0.2微米。可根据处理量来定制脱气膜组件。随着技术的不断提高，高效率带编织结构的脱气膜产品已经有所开发，能有效的提升脱气膜产品单位面积的出水量和脱除效率。

如将反渗透膜和脱气膜能有机结合起来，是否就可以脱盐、脱气两不误。

发明内容

本发明目的是：提出一种在液体中除碳除盐的方法及装置，尤其是一种不需在反渗透装置或是阳离子交换器之后设置除碳器，无需在反渗透前加碱，即可使反渗透产水中CO2的含量降低到5mg/L以下的除碳反渗透装置。

本发明的技术方案是：一种在液体中除碳除盐的方法，在不设置除碳器和不加碱的条件下，通过反渗透与脱气膜复合装置直接将液体(淡水)中盐和碳去除。

除碳反渗透方法，所述液体是水，反渗透进水pH不影响设备的除碳作用；尤其是在酸性条件下将液体(淡水)中盐和碳去除。

除碳反渗透装置，反渗透膜管的外层套有脱气膜膜管，进液(水)进入反渗透膜管，反渗透膜管与外层脱气膜之间及脱气膜外层为除盐同时除碳(脱气)后的出液(水)。

除碳反渗透装置，将传统反渗透膜和脱气膜结合改进。

进一步的，本发明超滤所用操作压为1×10⁵Pa～6×10⁵Pa，膜的平均孔径为100-500埃，用于分离大分子溶质。反渗透所用的操作压比超滤更大，本发明达到15×10⁵Pa～35×10⁵Pa，膜的平均孔径最小，10-30埃，用于分离小分子溶质，用于海水脱盐，制高纯水等。外层脱气膜采用超滤膜。

本发明的有益效果是：无需在反渗透前加碱，增加膜结构风险，减短膜使用寿命和反渗透之后增加除碳设备，减少设备占地面积，达到一步去除淡水中盐和二氧化碳的目的。

附图说明

图1除碳除盐装置示意图。

具体实施方式

本发明的装置主要部件是复合膜管：在中空纤维反渗透膜的最外边包覆一层脱气膜1，由于两种的膜都是中空结构，内层的反渗透膜(或超滤膜)2脱盐，外层的脱气膜脱气。可在不设置除碳器和不加碱的条件下，通过反渗透装置直接将淡水中碳去除。

尤其是调节反渗透进水呈酸性，pH值小于4，将淡水中HCO₃ ^-和CO₃ ^2-的转化为CO₂。通过对反渗透膜结构的改进，在除盐的同时脱气。反渗透膜(或超滤膜)管的外层套有脱气膜膜管，进液(水)进入反渗透膜管，反渗透膜管与外层脱气膜之间及脱气膜外层为除盐同时除碳(脱气)后的出液(水)。图中t尺寸无特别限定，可为0.01-0.2mm，脱气膜厚度D可采用常规的材料，无特定要求。

将传统超滤膜和脱气膜结合原理与反渗透膜和脱气膜的复合管膜相似。

常用的膜一般是由乙酸纤维或硝酸纤维或此二者的混合物制成。亦可聚砜膜、聚砜酰胺膜和聚丙烯、聚丙烯腈膜等。这种膜在pH 1～14都是稳定的，且能在90℃下正常工作。

脱气膜的材料尤其是聚丙烯高分子聚合物材料和聚四氟乙烯高分子聚合物材料。它们的微孔是：0.01*0.2微米。脱气膜为大量的中空纤维，纤维的壁上有微小的孔，水分子不能通过这种小孔，而气体分子却能够穿过。工作时，水流在一定的压力下从中空纤维的里面通过，而中空纤维的外面在真空泵的作用下将气体不断的抽走，并形成一定的负压，这样水中的气体就不断从水中经中空纤维向外溢出，从而达到去除水中气体的目的。国内已有最新研发的具有高效脱除率的脱气膜产品，膜脱气装置的脱气效率可高达99.99％，出水氧气浓度可小于2ppb,出水二氧化碳浓度可小于1ppm，低浓度氨水的脱除浓度也能到达5ppm。可广泛用于电子、锅炉补给水系统和氨氮废水的处理。

可根据处理量来定制反渗膜与脱气膜组件。随着技术的不断提高，高效率带编织结构的脱气膜产品已经有所开发，能有效的提升脱气膜产品单位面积的出水量和脱除效率。

将复合膜管的反渗膜膜管(外套脱气膜管被剥离部分)抽出，从而成束成一粗束构成进水口，施加进水的压力用于反渗透作用。

单根复合膜管是在传统超滤膜元件或是反渗透膜元件基础上改良，具体外形详见附图1。

Claims (8)

1.一种在液体中除碳除盐的方法，其特征是通过反渗透与脱气膜复合装置直接将液体中盐和碳去除。

2.根据权利要求1所述的在液体中除碳除盐的方法，其特征是在酸性条件下将液体中盐和碳去除。

3.根据权利要求1所述的在液体中除碳除盐的方法，其特征是外层脱气膜采用超滤膜，所用操作压为1×10⁵ Pa～6×10⁵ Pa，脱气膜的平均孔径为100-500埃，用于分离大分子溶质。

4.根据权利要求1所述的在液体中除碳除盐的方法，其特征是反渗透所用的操作压比超滤大，达到15×10⁵ Pa～35×10⁵ Pa，反渗透膜的平均孔径10-30埃，用于分离小分子溶质，用于海水脱盐，制高纯水。

5.在液体中除碳除盐的装置，其特征是反渗透膜管的外层套有脱气膜膜管，进液进入反渗透膜管，反渗透膜管与外层脱气膜之间及脱气膜外层为除盐同时除碳后的出液。

6.由权利要求5所述的在液体中除碳除盐的装置，其特征是脱气膜的材料是聚丙烯高分子聚合物材料和聚四氟乙烯高分子聚合物材料；微孔是：0.01*0.2微米。

7.由权利要求5所述的在液体中除碳除盐的装置，其特征是将复合膜管的反渗膜膜管抽出，从而成束成一粗束进水口，施加进水的压力用于反渗透作用。

8.由权利要求5所述的在液体中除碳除盐的装置，其特征是单根复合膜管在传统超滤膜元件或是反渗透膜元件外层增加一层脱气膜。