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关于阻垢剂技术问题

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问:如何认识胶体溶液及胶体溶液的性质?

答:

     我公司在研究溶液的渗透现象时,也对胶体溶液进行了研究,所用的分离元件是半透膜。使用孔径较大的半透膜研究渗透现象时,观察到的真溶液剂与溶质都可以通过半透膜进入水中;而胶体溶液只有溶剂可以通过。用渗析方法可以将形成真溶液的物质由胶体溶液中分离出来。

    这种现象的实质是溶液中溶剂质点的尺寸与胶体中溶液质点的尺寸不同。前者是较小的分子,其直径小于1nm;而胶体物质(包含虽然是单分子,但是其分子量相当大的物质)其直径为1nm~0.1μm(1~100nm);0.1~10μm直径的是悬浮体。

将一种或几种物质分散在另一物质所形成的体系,称作分散体系,被分散的物质称分散相,另一种物质称分散介质。胶体分散相的质点为1~100nm。胶体溶液也具稀溶液的性质。

     按照分散相和分散介质之间亲和力不同,可分为亲液和憎液两类胶体。前者的分散相与分散介质之间亲和力大,可自动形成胶体溶液,而且难以分离,高分子化合物就具有这种性质;后者不能自动形成胶体溶液,而且易于凝聚沉淀。

光线透过胶体溶液时,产生散射现象。这是由于可见光的波长较胶体微粒为大,可见波长为400~800nm,而胶体颗粒为1~100nm,光波可以绕过胶体微粒向各方向传播,形成乳光。在电场作用下,胶体微粒可在胶体溶液中移动,称为电泳;在电场作用下,液体发生移动,称为电渗。

     胶体粒子的结构可用双电层说明。胶体粒子的中心是由许多分子组成的固体颗粒,称胶核;在其表面吸附了一层相同电荷的粒子。由于表层离子的静电引力,又吸引了带相反电荷的离子,即反离子,环绕其周围。如此就形成了双电层。

水中胶体二氧化硅和偏硅酸的平衡可如下表示

(SiO2)m·nSiO32-,2(n-x)H+]2x-·2xH+

     该胶体颗粒组成了一个胶团。其中除掉2xH+之外,是一个大的胶体粒子,而SiO2是胶核。

     用于通过絮凝除去部分胶体二氧化硅的三氯化铁絮凝剂,其结构为

{[Fe(OH)3]m·nFe3+,xCl-}(3n-x)Cl-

 

问:为何胶体硅含量难以测准,应如何操作?答:高参数锅炉二氧化硅的溶解携带,锅炉蒸汽中的二氧化硅在涡轮机中做功降温降压时析出成垢,曾是蒸汽动力设备的严重障碍。锅炉补充水处理中除硅是主要任务。为了除硅,采取凝聚与石灰沉淀软化处理,采取氧化镁吸附沉淀处理,采取蒸馏水与离子交换脱盐处理。除此之外,还按照锅炉参数严格要求锅炉水与二氧化硅含量;国外大机组在併汽时采取洗硅工艺,用减少电能产量与啬燃料消耗换取蒸汽二氧化硅合格;碱处理洗硅钝化工艺也因此而产生。 不同锅炉压力下,二氧化硅的携带系数如下表。锅炉水pH值为10时,不同压力下二氧化硅溶解携带锅炉压力/MPa3.95.97.69.210.815.216.718.5携带系数/%0.050.180.340.661.03.17.610.0     在锅炉补充水普遍采取化学除盐工艺后,汽轮机结硬质硅垢的问题并未完全解决,锅炉蒸汽二氧化硅超标问题仍较突出,究其原因是水中胶体硅既不能被滤床(含离子交换床层)阻滤,又不能和强碱阴树脂有效的交换,影响了水汽系统二氧化硅合格。因此,建设大机组时必须考虑原水是否有胶体硅,胶体硅含量多少,并且按照胶体硅含量确定水的预处理(含预脱盐)工艺。 作为行业标准的《火力发电水、汽试验方法》SS-6-2-1984全硅的测定给出下列计算公式 SiO2非= SiO2全+SiO2活     通常不直接测试胶体硅,而是将全硅与活性硅之差作为非活性硅,看作是胶体硅。按该法测得的非活性硅实际上是小部分胶体硅与大量细微分散的二氧化硅,所得的结果偏高,而且相对误差,尤其是室间测试误差很大,难以作为设计的依据。 该法的注释中又提到:“采用0.45μm过滤材料过滤,测定截留物的值为胶体硅”,这种做法也是不正确的。这种做法与该方法的公式是一样的,就是把粒径>0.45μm的胶体硅和细微悬浮的大量二氧化硅截留下来,当作胶体硅,而穿过滤膜的是粒径≤0.45μm的胶体硅和溶解的活性硅。      如果按照国家标准GB12148-1989《锅炉用水和冷却水分析方法? 全硅的测定》和GB12149-1984《锅炉用水和冷却水分析方法(可溶)硅的测定》两法测得的全硅与可溶硅之差计算胶体硅,也会和前述行业标准一样,存大较大的正误差。按此两法测试得到的非活性硅(当作胶体硅)常达4~6mg/L。如果使用1μm孔径滤膜过滤截留颗粒二氧化硅以后,对滤液测试胶体硅加溶解硅,再减去粒径1nm过滤后直接测量的可溶硅,则是胶体硅。      去除非活性硅(指胶体硅)已是当前大机组水处理设备的主要目的之一,传统的混凝、澄清过滤,含活性炭吸附过滤等预处理工艺,难以保证除去2/3以上,使用超滤技术可以基本去除胶体硅,而配置反渗透预脱盐装置可以全部去除胶体硅。

 

 

问:水中碱度有何危害作用,如何进行脱碱?

答:

     水中碱度是爱热表面和传热表面的结垢腐蚀根源,其原因是碳酸氢镁和碳酸氢钙受热产生氢氧化镁和碳酸钙水垢的同时,放出二氧化碳,可引起蒸汽和凝结水系统腐蚀。即使对水进行离子交换软化处理,使碳酸氢镁和碳酸氢钙转变为碳酸氢钠,它在受热时,将热分解和水解,使与水接触的部分(如锅炉汽鼓的水侧、排管或水冷避管及集箱产生碱腐蚀);使蒸汽和凝结水(或疏放水)系统产生二氧化碳碳腐蚀;锅炉水碱度过高还将起泡引起蒸汽携带盐分而结盐垢。这一切都是由于水具有碱度引起的。

      原水的碱度主要是钙、镁的碳酸氢盐,软化水则是碳酸氢钠,到锅炉中则变成碳酸钠和氢氧化钠,锅炉参数越高,转为氢氧化钠的份额越大,达到5MPa时则全部变成氢氧化钠。因此,在软化水受热后,或在一般的热交换器中碱度是碳酸氢钠;在热水锅炉和低压蒸汽锅炉中,碱度是碳酸钠和氢氧化钠;在中压锅炉中主要是氢氧化钠;在次高压及以上锅炉全部是氢氧化钠。

     向软化水加酸和采取氢钠离子交换水处理都可起到脱碱作用(氢钠离子交换含弱酸氢离子及强酸钠的离子交换方式),但是都难以深度脱碱(过低的残留碱度会产生酸腐蚀),安全又有效的方法属于膜法水处理。在中压锅炉上采取电渗析脱盐脱碱处理,可以消除93%的碱度,能很好地解决碱腐蚀问题。使用纳米过滤和反渗透均能达到相同的脱盐、脱碱效果。对于锅炉补充水的处理,由于原水含盐量和碱度通常都不高,可以使用低能耗的低压纳过滤或反渗透膜。

 

问:为什么要加酸或阻垢剂?

答:

     给水进入么渗透系统后分成两路,一路透过反渗透膜表面变成产水,另一路沿反渗透膜表面平行移动并逐渐浓缩,在这些浓缩的水流中包含了大量的盐分,甚至还有有机物、胶体、微生物和细菌、病毒等。在这些浓缩的盐分中,既有易溶解于水的离子,如钾离子、钠离子、氯离子、硝酸根离子等,也有很多会形成不溶解于水的化合物的离子,如钙离子与碳酸氢根离子生成碳酸钙、与硫酸根离子形成硫酸钙,另外,镁离子、钡离子、锶离子、硅酸盐等均存在浓缩后与相关离子形成不溶解于水的化合物的问题。为了防止不溶解于水的化合物的形成,需要在反渗透的给水中加入酸或者阻垢剂,阻垢剂在使用时通过“门槛效应”使得少量的阻垢剂吸附到微晶体的表面从而防止微晶体的长大和沉积,以前最常用的阻垢剂是六偏磷酸钠,但由于其自身固有的一些缺点,目前已用得不多,越来越多的是用户已经采用专门厂家生产的阻垢剂。加酸的目的是通过调节水的pH值来调节碳酸系化合物的平衡浓度,防止碳酸钙的形成,最常用的酸是盐酸和硫酸。但阻垢剂并不一定对所有的成垢离子有效,应该根据特定的水质来选择特定的阻垢剂。

 

问:反渗透污染症状是什么?

答:

反渗透系统发生污染后,其一般症状如下:

系统进水与浓水间压降增加。

反渗透进水压力发生变化。

标准化后的产水流量变化。

标准化后的盐透过率发生变化。 


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