蘭勝仁
（深圳市全安建設(shè)監(jiān)理有限公司，廣東 深圳 518101）

　　摘　　要：我國(guó)南方巖溶地區(qū)的地下水具有Na+，K+，Cl-，SO42-含量低，濁度、細(xì)菌含量高的特點(diǎn)，在制備ρ（SiO2）＜0.1mg/L，電導(dǎo)率（25℃）＜uS/cm的低品位脫鹽水時(shí)，作者建議了三種典型的工藝流程，可供在巖溶地區(qū)設(shè)計(jì)固定床型制取脫鹽水裝置時(shí)參考。
　　關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū)；地下水；石灰軟化；過(guò)濾；脫鹽
　　中圖分類號(hào)：TU991．26
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1009－2455（2003）02－0021－03

Selection of Process Flow for Preparation of Demineralized Water
in Limestone Karst Regions
LAN Sheng-ren
(Shenzen Quan‘ an Construction Supervision Co., Ltd, Shenzen 518101, China)

　　Ahsttact: The ground water in the karst regions in South China features low contents of Na⁺, K⁺, Cl- and
SO₄^2- and high turbidity and bacteria content. The author has proposed three typical processes for the preparation　of low-grade demineralized water of ρ(SiO₂) ＜0.1mg/L and conductivity (at 25℃) <5μS/cm, which can be　used for reference in designing fixed-bed demineralized water facilities in the said regions.
　　Keywords: karst region; ground water; lime softening; filtration; demineralization

1 地下水狀況

　　在我國(guó)云南、廣西等省區(qū)，石灰?guī)r溶地區(qū)廣布，地下水可開采量大且埋深較淺，水質(zhì)大都屬重碳酸鈣型，含鹽量大多不超過(guò)400mg／L，Na⁺，K⁺等強(qiáng)堿離子及Cl^-，SO₄^2-等強(qiáng)酸離子含量低，接近于對(duì)應(yīng)地區(qū)自然取水點(diǎn)，用離子交換制取脫鹽水可取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果[1]。該區(qū)地下水含水層多由碳酸鹽巖類裂隙溶洞含水層構(gòu)成，地下水類別除局部為承壓水外，大部分屬潛水，加上溶
洞、裂隙及地下暗河系發(fā)育，雨水形成地表徑流夾帶泥沙及有機(jī)物質(zhì)能較快地進(jìn)人含水層而形成地下徑流。因此地下水的濁度較高，細(xì)菌含量較大，一般達(dá)每毫升數(shù)百個(gè)，即使枯水期也不例外。此外，水位、水量有明顯季節(jié)性變化。

2 預(yù)處理

2.1 石灰軟化
　　當(dāng)處理水量較大（每小時(shí)數(shù)百立方米）時(shí)，原水預(yù)處理可采用石灰軟化，后序離子交換設(shè)備，能獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。同時(shí)，也可以在軟化過(guò)程中除濁度和部分膠體及有機(jī)質(zhì)。石灰預(yù)處理時(shí)可同時(shí)考慮投加混凝劑如FeSO4等（還可與鎂劑等同時(shí)使用），以進(jìn)一步降低膠體硅含量。

　　采用石灰軟化預(yù)處理時(shí)，在理論上不可能獲得硬度小于40mg／L的出水。因?yàn)楫?dāng)pH＝10．8時(shí)，Mg（OH）₂的溶解度是10mg／L，CaCO₃的溶解度大約為30mg／L，此外CaCO₃和Mg（OH）₂均有形成過(guò)飽和溶液的傾向^[2]。然而也有例外，比如在有淤渣層的裝置中冷法操作及單獨(dú)使用高鈣消石灰沉淀重碳酸鈣時(shí)，發(fā)現(xiàn)即使在氫氧根堿度每升只有數(shù)毫克的的情況下，大約有60％的鎂可以被沉淀下來(lái)，而這樣小的氫氧根堿度在理論上是不足以使Mg²⁺以氫氧化物的形式沉淀的，但某些事實(shí)上存在的不尋常的平衡條件會(huì)產(chǎn)生此種出乎意料的結(jié)果[3]。
2.2 機(jī)械過(guò)濾
　　當(dāng)處理水量不大時(shí)，可采用機(jī)械過(guò)濾器進(jìn)行預(yù)處理，并適當(dāng)降低其濾速，一般認(rèn)為當(dāng)機(jī)械過(guò)濾器為單流時(shí)，宜控制濾速，υ≤4m/h，當(dāng)機(jī)械過(guò)濾器為雙流時(shí)，直控制濾速。υ≤6m／h，可使進(jìn)水濁度ρ（SS）≤20mg／L的出水濁度降至ρ（SS）＜2mg/L。如進(jìn)水膠體硅含量較大時(shí)，在過(guò)濾器（池）進(jìn)水管線上投加混凝劑，使凝聚過(guò)程在濾料層中進(jìn)行，可取得較好的膠體硅去除效果。此外，當(dāng)后續(xù)除鹽系統(tǒng)出水對(duì)SiO₂含量要求較嚴(yán)時(shí)（脫鹽系統(tǒng)選用強(qiáng)堿大孔型樹脂除外），還可在預(yù)處理中采用微孔或微孔膜過(guò)濾器，以進(jìn)一步降低水中膠體硅、有機(jī)質(zhì)、濁度和細(xì)菌等含量。濾孔大小的選擇可據(jù)除鹽工藝對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求，按表1選擇，一般選擇0．1－0.45μm孔徑。

表1 微孔膜濾除微粒及微生物的效率

過(guò)濾對(duì)象 球形SiO₂ 細(xì)菌 球形聚苯乙烯 熱源 直徑/μm 0.21 0.1-0.4 0.085 0.038 0.001 濾除率/% ＞99.99 100 100 ＞99.99 ＞99.99

3 除鹽系統(tǒng)流程

3．1 除鹽水流程簡(jiǎn)介
　　適應(yīng)于巖溶地區(qū)地下水的除鹽系統(tǒng)可據(jù)不同型號(hào)的陽(yáng)、陰交換樹脂種類，采用如下3種工藝流程，均可取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
　?、兕A(yù)處理水→弱酸離子交換器→強(qiáng)酸離子交換器葉脫碳器→強(qiáng)堿離子交換器→出水
　　②預(yù)處理水→陽(yáng)離子交換雙層床→脫碳器→強(qiáng)堿離子交換器→出水
　?、垲A(yù)處理水→強(qiáng)酸離子交換器→脫碳器→強(qiáng)堿離子交換器→出水
　　限制上述流程選用的主要是交換器工作周期、濾速和再生劑耗量。
3．2 離子交換周期的確定
　　陽(yáng)離子交換器工作周期可由下列式子計(jì)算：[2，4-5]
　　　　　T_i=E1h1 ／[υ1（Hz-Hy-H1)]　　　(1)
　　　　　T₂=EZ（h₂－h(huán)₂＇）／（υ₂·ck）?。?）
　　　　　h₂=T1υ2（ck-Hz+Hy+H1）／E2 　　（3）
　　　　　T_陽(yáng)=T₁+T₂ （4）
式中：
　　T_陽(yáng)——陽(yáng)離子交換器系統(tǒng)工作周期，h；
　　T₁——RCOOH工作周期，h；
　　T₂——RH在RCOOH失效后的工作時(shí)間，h；
　　h₁——RCOOH樹脂高度，m；
　　h₂——RH樹脂高度，m；
　　h₂＇——RH中用于置換RCOOH工作周期T內(nèi)出水的樹脂高度，m；
　　Hz——原水碳酸鹽硬度，mmol／L；
　　Hy——原水非碳酸鹽硬度，mmol／L；
　　H1——RCOOH出水剩余碳酸硬度，一般取0.05mmol／L；
　　ck——原水總陽(yáng)離子含量，mmol／L；
　　E1——弱酸樹脂工作交換容量，mol／m³［樹脂］；
　　E2——強(qiáng)酸樹脂工作交換容量，mol／m³［樹脂］。
　　如果近似地用Ca2+，Mg2+，Na+，K+表示原水中所含陽(yáng)離子，則式（3）可轉(zhuǎn)化為：
　　　　　　　h2＇= K（ck＇+H1+Hy） （5）
　　式中：
　　　　　　K=T1υ2／E2；
　　　　　　ck＇=c（Na+）+c（K+），mmol／L。
　　由于強(qiáng)酸樹脂再生水平較高且原水Hz／Ck一般大于0．7，故E2＞700mol/m³[樹脂］，取TT=24h，υ2=30m／h，即K＜0．51，取K=0.5，則式（5）可轉(zhuǎn)為：
　　　　　　h2＇＝0.5ck＇+0.5（H1+Hy） （6）
3．3 脫鹽水工藝的選擇
　?、佼?dāng)ck＇＞0.75mmol／L，宜采用流程①，此時(shí)流程①中強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換器T2值不會(huì)太大且出水水質(zhì)在周期T中均較穩(wěn)定。
　　②當(dāng)ck＇＞0.6mmol／L，宜采用流程②，此時(shí)其陽(yáng)雙層床強(qiáng)弱酸樹脂可得較好的配比。
　　③當(dāng)原水的重碳酸根堿度不超過(guò)2mmol／L，采用流程③是可行的。

4 設(shè)計(jì)實(shí)例

4．1 原水水質(zhì)
　　廣西桂林東風(fēng)氮肥廠位于桂林西南，采用該地區(qū)巖溶地下水做廠區(qū)生產(chǎn)生活用水。該廠要求脫鹽水量40m³/h，脫鹽水質(zhì)為c（Cl-）＜2．5mmol／L，c（SiO2）＜0.05mmol／L。原水設(shè)計(jì)水質(zhì)見(jiàn)表2，流程見(jiàn)圖2。
4.2 工藝流程確定
　　考慮到處理水量較小，原水濁度較高，細(xì)菌等有機(jī)質(zhì)含量較大，強(qiáng)酸根離子濃度小，全年水質(zhì)有所變化且ck＇= 0．2mol／L，計(jì)算t2值較大。故預(yù)處理采用雙層濾料單流機(jī)械過(guò)濾器后接蜂房過(guò)濾器過(guò)濾原水，以滿足后續(xù)除鹽系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水濁度的要求。除鹽工藝選用流程③。其流程框圖見(jiàn)圖2。

4.3 主要設(shè)備尺寸及運(yùn)行參數(shù)如下：
　?、?臺(tái)φ3000雙層濾料單流機(jī)械過(guò)濾器，運(yùn)行濾速υ＝3．4－4m／h。處理水量48－56m³／h。
　　②1臺(tái)φ800蜂房式管狀過(guò)濾器，濾芯公稱精度10μm，處理水量50－100m³／h。
　　③2臺(tái)φ1200逆流再生強(qiáng)酸離子交換器，工作周期20h。運(yùn)行濾速υ＝24．33m／h。
　?、躭臺(tái)φ1000除CO2器，處理水量4m³／h。
　?、?臺(tái)φ1200逆流再生強(qiáng)堿離子交換器，
　　工作周期23h。運(yùn)行濾速。υ=23m／h。原水經(jīng)此流程處理，其出水水質(zhì)經(jīng)檢測(cè)完全符合設(shè)計(jì)和滿足用戶生產(chǎn)要求。

5 結(jié)論

　?、佼?dāng)處理水量較大，進(jìn)水濁度較高，泥渣漿能得到較好處置時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮石灰軟化預(yù)處理。
　?、诓捎萌跛幔ㄈ鯄A）離子交換樹脂和強(qiáng)酸（強(qiáng)堿）離子交換樹脂去除水中強(qiáng)酸根鈣鎂鹽時(shí)，原水中強(qiáng)酸根鈉鉀鹽含量不宜過(guò)小。

參考文獻(xiàn)：

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　　作者簡(jiǎn)介：蘭勝仁（1965－），男，湖南新化人，工程師，1986年畢業(yè)于上海同濟(jì)大學(xué)給排水專業(yè)，電話（0755）27864219。