高循环配水系统中控制结垢的水处理方法.doc

高循环配水系统中控制结垢的水处理方法
发明领域
本发明提供了一种工业、商业和民用水处理方法,特别是饮用水处理方法。更特别的是,本发明提供了一种减少高度循环配水系统中由于高硬水导致石灰石垢沉积的方法。本发明特别适用于销售食品设备和配水设备或具有锅炉的饮料设备。
发明背景
结垢是由水的硬度引起的最严重的问题,该现象在工业水与饮用水、家庭用水或工厂中同样普遍。这种因硬水加热产生的特殊副产物会给许多用水设备造成麻烦。由于在内表面的沉积可阻塞热水管,因此会严重的降低锅炉或其它水的加热器的加热效率。而在世界的许多地区,水的硬度均较大,需要被处理后才能得到最大限度的使用。
水质也需要稳定、可靠才能使配水系统运行良好传输稳定且高质量安全的产品水。加热硬水通常导致结垢,引起许多问题如水温的变化、被传输水量的变化、加热设备最终排污的变化。因此,加热设备需要清洗或有时需要修复。
在水加热期间形成的沉积一般既可以是垢也可以是污染物。垢是硬的,附着性的无机组成物,通常以晶体形式存在,而污染物很少附着,倾向于无定形或非晶体形。
垢沉积是一种复杂的结晶过程,其发生在温度、pH、浓度、流速、压力或其它的水条件变化时。首先形成初始垢核或层,而后增加。生长率决定于几种过程的相互作用(如过饱和、成核、分散、化学反应和结垢晶体晶格的分子排列)。尽管超过溶解极限既会成垢,但成垢率还是可以通过投加或不投加抑制剂或其它因素来控制。
水通常含有大量可能成垢的成分,如钙和镁离子,溶解硅化合物,铁盐等。绝大多数钙和镁盐由于它们的反向溶解性倾向于在热交换表面形成垢,在此,金属表面温度远远高于水温。垢通常含有钙盐(碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐)、氢氧化镁、硅和硅酸盐、铁的氧化物和氢氧化物、锌的磷酸盐和氢氧化物。
在水处理领域,建议使用可以减少或避免结垢方法和装置,但是它们中的一些或全部都有某些不理想的特征、缺点或不足。
一种常用于水脱矿的技术是反渗透(RO)。在绝大多数实例中,该技术是脱矿最有效的方式。在该方法中,通过半渗透膜给水加压形成渗透压(当两种不同浓度的液体被膜分离时存在渗透压)。RO 系统的缺点是滤筒设计,包括在被过度浓缩引起阻塞前使一些或绝大多数水成为截流液被排出。被净化的水和废水的比可以是l~4,甚至更高或相反。RO系统生产水速度较慢;净化的水通常收集在槽中用于后期的分配。上述处理的资本成本和运行成本昂贵,但是,在某些装置中(如工业和商用水,大型售货机)RO 系统是有效的。
纳滤(NF)也使用半渗透膜过滤水。NF常被认为膜质量低于RO。进而NF通常可以去除60%~80%的多价离子,而RO可以去除98%或更多,类似RO膜板的纳滤器被设计成可连续排出液体且具有类似的运行和经济缺陷。
另一种常用的系统是离子交换。可以通过使用离子交换树脂的特殊反应从水中有选择地去除离子。在水处理期间,Na、K和/或H阳离子通常用于代替Ca、Mg、Fe和其它多价金属离子。但是不管使用何种离子交换树脂,最终树脂床都会老化,必须进行再生重新使用或被替代。另外,用H替代ca会降低pH,并且H和Na均会导致水的不良味道和质量。
无机垢抑制剂也可用于水处理防止结垢。所有阻垢剂均可用于饮用水处理,聚合磷酸盐更适合饮用水使用。使用聚磷酸盐的优点之一是具有较低的有效浓度(通常为l~l0mgL)。另外聚磷酸盐是最廉