双碱法去除硫酸根，达到反渗透进水标准

双碱法去除硫酸根，达到反渗透进水标准

针对高硫酸根酸洗废水的反渗透前处理与运行加药系统解析

案例背景：处理含极高硫酸根浓度（27,000 mg/L）的酸洗废水，直接进入反渗透（RO）系统不可行，需通过化学沉淀法大幅降低硫酸根浓度。以下逐步解析该流程所需的关键加药步骤及其化学原理：

一、 预处理阶段：硫酸根沉淀与钙去除

1.  pH调节与沉淀条件创造：投加氢氧化钠（NaOH），中和废水中强酸（主要为H?SO?），提高pH值，为后续钙盐沉淀硫酸根创造碱性环境。

      反应式： 2NaOH + H?SO? → Na?SO? + 2H?O

2.  硫酸根沉淀（石膏生成）：投加过量生石灰（CaO）。生石灰首先水合生成熟石灰，然后与上步生成的硫酸钠反应，生成溶解度低的硫酸钙（石膏）沉淀。

     反应式：CaO + H?O → Ca(OH)?

                  Ca(OH)? + Na?SO? → CaSO?↓ + 2NaOH

  原理：利用硫酸钙的低溶解度（Ksp ≈ 2.4 × 10??）实现沉淀分离。

3.  固液分离：通过自然沉降（需足够场地）或投加絮凝剂/助凝剂加速沉淀，形成污泥（主要为石膏）。

上清液成分：过量Ca(OH)?溶液及饱和CaSO?溶液。

4.  深度除钙（双碱法再生与除硬）： 投加过量碳酸钠（Na?CO?）。

目的有二：再生NaOH：** 消耗上清液中过量的Ca(OH)?，再生出NaOH，实现钠碱的部分循环利用。

        反应式：`Ca(OH)? + Na?CO? → CaCO?↓ + 2NaOH

 彻底去除残余钙离子： 将残余的溶解性CaSO?及任何其他形式钙离子转化为更难溶的碳酸钙（CaCO?）沉淀。

    反应式：CaSO? + Na?CO? → CaCO?↓ + Na?SO?

双碱法核心优势与挑战：

      优势：结合钠碱（NaOH）反应活性高和钙剂（CaO）的经济性。再生部分NaOH降低了运行成本，并减少了后续RO结垢风险（因钙已基本去除）。

       挑战：再生不完全导致硫酸钠（Na?SO?）在系统中累积。此步骤会新增Na?SO?，需后续处理或处置。工艺选择需综合考虑进水水质、处理要求、运行成本、污泥处置及Na?SO?出路。

5.  二次固液分离与pH初调：再次投加絮凝剂/助凝剂，通过沉淀池（如斜管沉淀池）去除CaCO?沉淀。上清液进入酸池。

6. pH回调：投加盐酸（HCl），将上清液pH值调整至RO进水的适宜范围（通常7~8）。

盐平衡分析：此阶段硫酸根（SO???）被大量沉淀去除，钙离子（Ca??）基本沉淀完全。然而，根据盐平衡理论，去除一种离子必然引入等当量的其他离子。沉淀SO???主要引入了氯离子（Cl?，来自HCl回调）；沉淀Ca??主要引入了钠离子（Na?，来自NaOH和Na?CO?）。因此，系统总溶解固体（TDS）并未因沉淀而显著降低，离子种类发生了转换（SO???/Ca?? → Cl?/Na?）。最终，这些钠盐和氯盐将在后续的MVR蒸发结晶单元中以氯化钠（NaCl）和硫酸钠（Na?SO?）晶体的形式析出，这些盐分本质上是处理过程中人为添加的化学药剂转化而来。

二、 反渗透（RO）系统运行与维护加药

7.  运行保护药剂（连续投加）：

（1）阻垢剂：必须连续、稳定地注入RO进水中，抑制微量残留成垢离子（如微量Ca??、SO???、SiO?等）在膜表面结垢。

 （2）还原剂（通常为亚硫酸氢钠NaHSO?）：必须连续、稳定地注入，消除进水中的余氯或其他氧化剂，防止氧化剂对聚酰胺RO膜造成不可逆损伤。

 （3）重要性：这两种药剂如同RO系统的“持续点滴”，对维持膜性能和寿命至关重要，系统运行一刻也离不开它们。

8. 化学清洗药剂（周期性使用）：当RO膜发生污染（通量下降或压差升高）时需进行清洗。

 酸洗液（通常为低pH柠檬酸或盐酸溶液）：主要去除无机垢（如碳酸钙、金属氧化物/氢氧化物）。

 碱洗液（通常为高pH NaOH溶液，可能含EDTA或表面活性剂）：** 主要去除有机污染物、生物粘泥、胶体等。

 专用清洗剂：针对特定污染物（如硅垢、严重有机污染、生物污染）的配方清洗剂。

9. 停机保护药剂：当RO系统需要停运较长时间（>48小时）时使用。

  保护液：通常包含杀菌剂（防止微生物滋生）和甘油（保湿，防止膜片干燥变形损坏）的溶液，浸泡膜元件。

三、 加药系统的成本与管理挑战

成本构成：上述所有化学药剂的采购、储存、投加（包括泵、搅拌桶、储罐等设备）费用是RO系统运行维护成本的核心组成部分。

管理复杂性：

精确控制：加药量需精确控制，过量可能导致新问题（如引入新离子、影响沉淀或膜性能），不足则效果不佳。

 监测需求：需要持续监测关键药剂浓度（如阻垢剂、还原剂）和投加效果（如pH、ORP、SDI等）。

直观感受： 用户能直观感受到系统在持续消耗多种价格不菲的化学药剂。