分析pH值对二级反渗透产水水质的影响

分析pH值对二级反渗透产水水质的影响
王玉香
广州恒运企业集团股份有限公司，广东 广州 510730
摘要：全膜法水处理工艺作为一种新型的制水技术，目前在炉外水处理中得以广泛应用。

在全膜法水处理系统的运行当中，EDI产水（除盐水）的质量对进水（即二级反渗透的出水）品质的要求很高，EDI进水的品质直接影响产水的质量。

然而，进水品质的影响因素是多方面的，对单一因素的调整常常会引起水质的剧烈变动，增加了运行调整的压力。

因此，如何稳定二级反渗透出水（即EDI进水）对于除盐水水质的稳定具有重要意义。

本文针对这一问题，结合我厂水处理系统的实际运行经验，对二级反渗透系统产水主要指标DD及SiO2的影响因素进行研究，提出一种优化二级反渗透出水质量的可行办法。

关键词：pH值；反渗透产水
中图分类号：V444.3+7 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2016）10-0027-02
1 本厂水处理系统概括
本厂是热电联产电厂，平均用水量大约为3000吨/天。

在生产运行中，锅炉补给水为EDI出水（除盐水），制水工艺为全膜法水处理，其工作流程图如下：
珠江水→混凝沉淀过滤→自清洗过滤器→超滤→一级反渗透→ 加碱
↓
除碳器→二级反渗透→EDI→锅炉补给水
在水处理工艺中，EDI作为产水终端，担负着锅炉补给水的重任，EDI产水水质的好坏直接影响机组的安全经济运行。

虽然EDI 进水之前，水中的绝大部分杂质已经被去除，但由于EDI利用的是电除盐水处理技术，处理水中盐分的能力非常有限，即使二级反渗透产水中残留的盐类只有原水含盐量的0.3%左右，对于EDI来说仍是不小的数目，所以为了保证EDI产水主要指标DD及SiO2符合使用标准，要求作为EDI进水的二级反渗透产水指标DD及SiO2达到EDI 进水的使用要求。

EDI进水水质越好，对EDI运行越有利。

因此，在运行中保证二级反渗透产水品质对EDI最终的产水水质有非常重要的作用，直接影响锅炉补给水的质量。

2 影响二级反渗透产水品质的主要因素
在二级反渗透运行中，相关参数的变化往往会对二级反渗透产水水质产生一定的影响。

经过多年的实践观察，我发现在二级反渗透的所有相关参数中，二级反渗透进水pH值的变化对二级反渗透产水的主要指标DD及SiO2有着非常密切的联系。

为了研究二级渗透进水pH值对二级反渗透产水主要指标DD及SiO2的影响，对二级反渗透的运行进行了专门的试验，所得的趋势图如下：
SiO2(mg/L)
DD(us/cm)
pH
在试验中，通过单独控制二级反渗透进水pH值在6~8.6之间时发现，随着二级反渗透进水pH值的上升，二级反渗透产水的DD呈U型变化（曲线1）。

二级反渗透进水pH在7.2以下时，其产水DD 随pH的上升而快速下降；当进水pH至7.2时，产水DD出现拐点，之后随着进水pH的上升，产水DD维持在一个相对稳定的低值；随着进水pH继续上升至8.1左右时，产水DD值出现新的拐点，此后当pH值上升，产水DD值随着pH值的增大而快速上升。

与此同时，对二级反渗透产水SiO2进行试验发现，进水pH值对SiO2同样有影响（曲线2），但反应速率明显迟缓，变化幅度不大，且有滞后性，就变化趋势而言产水SiO2与pH值呈正比例关系。

从试验总结得出，当进水pH值在7.2以下或8.1以上时，产水DD值是呈快速上升趋势的,而进水pH值在7.2~8.1区间内，产水DD 值基本保持稳定，而且DD值较小。

而进水pH值在6~8.6的试验范围内对产水SiO2有影响的，但影响幅度不大。

3 二级反渗透进水pH值变化引起二级反渗透产水DD及SiO2变化的原因分析
从前面的试验可知，二级反渗透进水pH值的变化对二级反渗透产水DD及SiO2均有影响，究其原因，主要是pH值变化会引起水中HCO3-及硅酸化合物的含量产生变化，进而影响产水DD及SiO2。

其变化机理如下：
（1）pH值对HCO3-的影响
在含盐低的天然水中，碳酸氢盐是水中杂质的主要成分，并在水中有几种不同的存在形态：CO2、H2CO3、HCO32-、CO32-，其平衡关系为：
CO2+H2O H
⇌2CO3⇌H++HCO3-⇌2H++CO32-
此平衡式受水中pH值的影响是可以相互转化的。

由HCO3-的化学特性得知，pH值在6.3~8.3之间时，水中CO2随着pH的上升而逐渐转化为的HCO3-，HCO3-的含量随着pH的上升而增大，由50%上升至98%左右，水中CO2的含量则逐渐减少，由50%下降至2%，在pH﹤4时，水中基本只有CO2，而pH﹥8.3时，水中只有CO32-。

（2）pH值对水中硅酸化合物的影响
硅酸化合物也是天然水中的一种主要杂质，硅酸是一种比较复杂的化合物，溶解态硅主要是单硅化合物，如H2SiO3及其离解的离子，H2SiO3为二元弱酸，比碳酸更弱。

在水中也有三种不同的存在形态，H2SiO3、HSiO3-及SiO32-（SiO32-在碱性较强时才出现）。

其平衡关系为：
H2SiO3⇌H++HSiO3-⇌2H++SiO32-
此平衡式受水中pH值的影响也是可以相互转化的。

由硅酸化合物的化学特性得知，pH在6~8之间时，水中的H2SiO3受水中的pH值的上升而逐渐转化为的HSiO3-，但变化的幅度不像HCO3-那么大，随着pH的增大，水中的HSiO3-由0.1%上升至9.1%，其余的硅酸化合物仍以不溶解的H2SiO3形式存在，只有当pH﹥9，水中的HSiO3-才明显增大。

溶解态的硅酸化合物是产生二级反渗透产水SiO2的主要来源。

4 控制二级反渗透进水pH值的方法
天然水中含有的游离CO2会直接穿过反渗透膜进入产水中，溶解后形成碳酸，电离出H+及HCO3-，这是二级反渗透进水含盐量的重要来源，也是影响pH值大小的主要因素。

二级反渗透进水pH值的大小可通过用除碳器去除游离CO2及加碱辅助的方式来控制。

（1）除碳器去除游离CO2的试验过程
为了便于观察，分别对二级反渗透进水未经除碳器处理及经除碳器处理后水质变化的比较试验，以说明游离CO2对进水pH值影响。

进行试验前，在运行中将二级反渗透进水用稀NaOH将进水pH值提高相同值后停止加稀NaOH，在其它运行条件相同的情况下，二级反渗透进水通过未经除碳器处理或经除碳器处理的单一方式进行运行试验。

得出下表数据：
实验前水中CO2含量均为：7.28mg/L
处理方式 未经除碳器处理 经除碳器处理 二级反渗透进水CO2含量（mg/L） 7.28 3.18
实验开始时 7.55 7.55
1.5小时后 6.48 7.27
二级反渗透进水
pH值
变化量 1.08↓ 0.28↓ 从上表的比较可以看出，虽然二级反渗透进水pH值刚开始时相
（下转第 39 页）
悬停，第一基塔上人员固定绳位，同理完成多基塔的导引绳展放就位， 若放线器上余线较多，无人机可通过炸线器炸断牵引绳后一键返航；若放线器上余线较少，无人机可继续悬停放线，直至绳头脱离放线器后，一键返航。

4 现场试验
TD220型无人直升机全自主展放导引绳技术在1000kV榆横至潍坊1000kV特高压交流输变电工程进行现场试验，现场桩号选择在该工程33#至38#进行。

4.1 该工程33#至38#现场参数如表2所示。

表2 33#至38#现场参数
坐标
桩号 塔型 转角角度 档距(m) 高程(m)
北坐标X 东坐标X 33# SZ9102-63 16.8 4124071.3 483704.97
410
34# SJ29104-48 右31°22′ 17.2 4124256.4 484170.04
652
35# SZ9105-81 17.6 4124403.8 484540.68
566
36# SJ29105-39 左42°19′ 16.9 4124555.2 484921.24
546
37# SZ29105-75 16.8 4124445.8 485563.62
617
38# SZ9103-57 16.5 4124350.6 486122.31
4.2 航路规划
执行全自主飞行展放导引绳任务，首先应制定航路点并进行校核，将收集的坐标点、起点，降落点，并与33#，34#，35#，36#，37#，38#塔坐标输入飞控软件中，完成航路规划。

4.3 飞行过程
TD220无人机在前期准备工作完毕后，给放线器绳头端增加配重，刹车装置一直处于刹车状态，保证放线可控。

任务阶段分为：起点至33#， 33#至34#，34#至35#，35#至36#，36#至37#，37#至38#，炸线返航。

（1）起点至33#
将引绳盘吊挂在TD220的起落架内侧，从起点起飞，全自主飞行至离#33塔20米的位置开始悬停，刹车自动松开，放线器放线，将沙包下落到地面后，刹车装置自动启动，放线器停止放线。

此第一阶段任务完成。

（2）33#塔飞行流程
TD220无人机于#33点放线后，根据航路点规划，全自主水平飞行至#33大号侧。

从#33小号侧水平飞向#33大号20米的过程中，刹车装置一直保持刹车状态。

两个悬停的间距离40米，即经过8S后，无人机自动悬停30s。

在30s内，由位置1上人员确认导引线处于横担上空后，通过工具采取压线措施，固定绳位,完成33#塔布导引绳放线，飞行展放第二阶段任务完成；同理完成34#至38#飞行放线施工任务。

（3）归航降落
当38#塔上人员完成压线任务后，即6基塔全部放线任务，无人直升机进入返程程序。

TD220无人机在38#塔大号侧点悬停60s，释放全部余线，直至导引绳完全脱落机体后，自动归航，完成此次作业。

若飞机所携带的导引绳余线过多，可提前在航路规划过程中，输入适宜的炸线时间，在完成布线任务后，即可自动炸线，悬停5s 后自动返航。

返航是从终点直线飞回起点的过程，飞回起点后在起点上空悬停，当无人机各项指标均达到稳定时，自动降落。

5 结束语
TD220型无人直升机全自主飞行展放初级导引绳施工技术，在HeliAP自动驾驶仪基础上对TD220型无人机控制系统的软件及硬件进行升级改进，实现输电线路架线施工引绳展放技术自主起飞、展放、返航降落功能，具有起飞负荷大、作业距离长、施工时间短、效率高、经济效益显著、安全性能好等特点。

TD220型无人直升机全自主飞行展放初级导引绳施工技术在1000kV榆横至潍坊1000kV特高压交流输变电工程中应用，实现3km 线路导引绳采用无人直升机全自主飞行一次性展放成功，大大提高了施工效率，在以后输电线路施工中有较好的推广应用前景。

参考文献
[1]1000kV架空输电线路张力架线施工工艺导则(DL/T 5290-2013).
[2]李博之.高压架空输电线路施工技术手册[M].水利电力出版社,1989.
（上接第 27 页）
同，未经除碳器时，因为二级反渗透进水不断地有含较多游离CO2的水在补充，致使二级反渗透进水pH值直线下降，1.5小时后，pH 值下降了1.08。

由前面的试验可知，二级反渗透进水pH值小于7.2时，对产水的DD值波动比较大。

而经除碳器后，因水中的游离CO2大大地减少，故对二级反渗透进水pH的影响也较小，进水pH值只下降了0.28，进水pH值较稳定，对产水DD值也将维持稳定。

通过试验得出，除碳器的运行，对去除游离CO2有重要的作用，二级反渗透进水经除碳器后，可将水中大部分的CO2除去，大大减轻了二级反渗透脱盐负担，提高二级反渗透产水的水质。

（2）加碱处理
二级反渗透进水，虽然已经过除碳器去除大部分的游离CO2，但不能保证100%地去除，水中还会残留少量的CO2，此少量的CO2溶于水后，电离出的H+及HCO3-仍会使二级反渗透进水pH值受影响，使进水pH值达不到运行要求，影响产水水质。

在实际运行中为提高二级反渗透进水pH值，在二级反渗透进口母管上加入稀NaOH 溶液，并用变频泵调节加药量，将pH值控制在一定范围内，其反应机理是：
CO2+H2O=H2CO3
NaOH+H2CO3=NaHCO3+H2O
OH-+HCO3-=CO32-+H2O
加入碱后，H+与OH-发生中和反应，水中的游离CO2不断地转化为溶解性的HCO3-，在反渗透膜中除去。

（3）二级反渗透进水pH值的控制范围的确定
二级反渗透进水经过除碳器后，再通过加碱的调节，二级反渗透进水pH值可以得到快速地提升，但是pH值控制却不是越高越好。

因为pH值的升高并大于8.3时，根据HCO3-的互相转化的特性得知，一价的HCO3-逐渐转化为二价的CO32-，而二价离子的CO32-在反渗透膜中的选择性大大增强，更容易在反渗透膜中除去，但考虑到当水中有钙、镁离子存在时，钙、镁离子与CO32-反应有生成CaCO3垢及MgCO3垢的可能；而且当进水pH值超过8.3时，因为H2SiO3溶解度增大及水中可能有游离碱存在的缘故，产水DD会明显上升，所以综合上述原因进水pH值不宜控制的过高；而进水pH值的控制也不宜过低，虽然进水低pH值对产水SiO2比较有利，但容易生成游离CO2，CO2直接穿过反渗透膜进入到反渗透产水，影响产水水质。

所以，二级反渗透进水pH值的确定应综合各方面的因素，根据实际运行及试验结果可以分析得出，应将二级反渗透进水pH值控制在7.2～8.1范围，可以较大限度地保证二级反渗透产水水质。

5 研究结论
根据对二级反渗透进水pH值的观察分析，证明二级反渗透进水pH值的变化对二级反渗透产水品质是有很大影响的。

通过对二级反渗透进水进行除碳器脱除CO2及加碱处理，可以将二级反渗透进水pH值稳定地控制在运行标准范围内。

正常运行时，将二级反渗透进水pH值保持在7.2～8.1之间，产水水质较优且稳定，对保证终端的EDI出水（即除盐水）品质的稳定有很大的意义。

因此，二级反渗透进水pH值是一种直观、简便而且有效调节EDI进水质量的手段，通过调节二级反渗透进水pH值，可以实现对EDI进水水质的有效控制。

参考文献
[1]周柏青.全膜水处理技术[M].北京:中国电力出版社,2005.
[2]初立杰.电厂化学[M].北京:中国电力出版社,2006.
[3]广州恒运集团公司.C、D厂化学运行规程[M].2010.。