中水回用、廢水零排放中，廢水的濃縮減量，往往會(huì)涉及到鈣鹽的結(jié)垢問題。

針對(duì)于電滲析工藝，進(jìn)水鈣離子究竟要控制在多少以下呢？

以硫酸鈣系統(tǒng)為例：

資料01 硫酸鈣的結(jié)垢

在工業(yè)廢水的處理中，碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽都是比較常見的結(jié)垢成分，碳酸鹽和磷酸鹽一定程度上可以通過酸來調(diào)控，而硫酸鈣垢往往致密堅(jiān)硬且酸堿難溶，在膜濃縮過程中很不受待見。

最常規(guī)理解：如果系統(tǒng)產(chǎn)生硫酸鈣結(jié)垢，廢水中其硫酸鈣溶液濃度已過飽和。在這類系統(tǒng)的測(cè)算中，免不了需要了解物質(zhì)的溶解度及其影響因素。

結(jié)晶過程的產(chǎn)生取決于固體與其溶液之間的平衡關(guān)系，溶質(zhì)從溶液中結(jié)晶出來，正常都涉及到兩個(gè)過程：晶核的產(chǎn)生和晶體的生長。溶液的過飽和度與結(jié)晶存在以下的關(guān)系：

曲線B：物質(zhì)溶解度曲線；B曲線以下，屬于穩(wěn)定區(qū)，不存在結(jié)晶問題。

曲線A：超溶解度曲線；A曲線以上，屬于不穩(wěn)定區(qū)，溶液能自發(fā)的產(chǎn)生晶核，并伴隨晶體生長。

曲線A和B之間其實(shí)還存在一個(gè)介穩(wěn)區(qū)，溶液也處于過飽和狀態(tài)，但是由于無法自發(fā)形成晶核，所以還不會(huì)產(chǎn)生晶體。

不難理解，B曲線很容易得到，那A曲線可以怎么得到呢？按我的理解，上圖可以給我們一些答案：B曲線條件下，緩慢降低溫度，有晶體析出時(shí)，即可找到對(duì)應(yīng)的A曲線對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。

在實(shí)際過程中，超溶解度曲線的繪制往往會(huì)更加復(fù)雜一些。基于這些特點(diǎn)，電滲析系統(tǒng)中硫酸鈣的結(jié)垢問題是否也需要多角度考慮？

綜合膜行業(yè)朋友的各類反饋：超溶解度曲線對(duì)ED而言，意義不明顯，目前均以B曲線參考為主，測(cè)算硫酸鈣的溶度積。

部分可參考性解釋如下：1.介穩(wěn)區(qū)的區(qū)間有限，電滲析存在溫升，無法實(shí)現(xiàn)精度控制，而且也沒有必要；2. 電滲析遷移過程，膜表面與隔室間溶液存在濃度差，并非一個(gè)完全均一的溶液系統(tǒng)；3. 電滲析存在倒極功能，一定條件下的高頻電場(chǎng)可以產(chǎn)生靜電斥力、抑制晶體生長速率；4.工業(yè)水硫酸鹽系統(tǒng)大多為混鹽，無法得到唯一的參考曲線。

資料02 幾個(gè)重要的概念

在進(jìn)行硫酸鈣系統(tǒng)沉淀、溶解等平衡測(cè)算時(shí)，主要涉及到混合溶液中其它離子對(duì)溶解度的影響，這里需要重新回憶大學(xué)無機(jī)化學(xué)的幾個(gè)概念：

離子活度：離子實(shí)際發(fā)揮作用的濃度稱為有效濃度，或稱為活度。即有時(shí)候結(jié)垢的陰陽離子沒有想象的那么容易“碰面”。

離子強(qiáng)度：離子強(qiáng)度是衡量溶液中存在離子所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的量度，水溶液中電解質(zhì)的濃度會(huì)影響到其他鹽類的溶解度，而影響的強(qiáng)弱程度就稱為離子強(qiáng)度。

離子積和溶度積常數(shù)：前者大，析出沉淀；后者大，無沉淀析出；兩者相等，溶液飽和。

測(cè)算時(shí)，可參考的公式如下：

其中硫酸鈣在25℃條件下，溶度積KSP'常數(shù)與離子強(qiáng)度的參考曲線：

雖然上述3.2德拜-休克爾公式有應(yīng)用前提條件，但以公式為基礎(chǔ)，硫酸鈣的KSP'常數(shù)與離子強(qiáng)度的關(guān)系曲線就不難理解。在低濃度時(shí)，溶解度隨離子強(qiáng)度增大，活度系數(shù)降低，故而硫酸鈣溶解度增加，在高鹽濃度況下，硫酸鈣形成離子對(duì)，短程靜電相互作用增強(qiáng)，使溶解度降低。

在實(shí)際的ED工藝測(cè)算中，含硫酸鈣的廢水系統(tǒng)，測(cè)算過程相對(duì)簡(jiǎn)單化：1. 根據(jù)工藝要求，設(shè)定濃縮倍數(shù)，測(cè)算出濃水水質(zhì)；2. 以濃水?dāng)?shù)據(jù)，測(cè)算出系統(tǒng)的濃水離子強(qiáng)度；3. 以離子強(qiáng)度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)曲線得到濃水硫酸鈣的KSP'常數(shù)；3. 根據(jù)離子濃度，計(jì)算出硫酸鈣的離子積常數(shù)；4. 基于上述參數(shù)，核對(duì)工藝參數(shù)設(shè)定是否合理?進(jìn)水Ca離子是否滿足要求？

資料03 案例測(cè)算說明

(1) 電滲析初步按濃水TDS=180g/L考慮，濃縮倍數(shù)約5.47倍；

(2) 測(cè)算出此條件下的濃水水質(zhì)，再求離子強(qiáng)度=2.88mol/L（按公式3.3計(jì)算即可）；

(3) 得到濃水硫酸鈣KSP'常數(shù)=31.2*10^(-4），查圖即可；

(4) 濃水硫酸鈣離子積常數(shù)=4.67*10^(-4），按公式計(jì)算；

(5) 為了提高穩(wěn)定性，濃水最終按0.8ksp'考慮；

(6) 即滿足濃水離子積常數(shù)＜0.8濃水KSP'常數(shù)，系統(tǒng)結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)極低。

一套流程下來，測(cè)算的過程是否與RO設(shè)計(jì)思路類似？

顯然在這類系統(tǒng)中，前期的評(píng)估我們更多地只考慮了鹽效應(yīng)的影響，硫酸鈣的結(jié)垢對(duì)電滲析而言，系統(tǒng)還可以通過添加阻垢劑、高頻的倒極、單價(jià)選擇膜的選型、設(shè)備的拆洗等方式進(jìn)行應(yīng)對(duì)。此外，由于硫酸鈣的沉淀優(yōu)先在陰膜表面產(chǎn)生，所以陰膜性能的優(yōu)化也是一個(gè)選擇，組器的設(shè)計(jì)更是如此。

綜合上述簡(jiǎn)易分析，不難理解，對(duì)于電滲析進(jìn)水鈣離子而言，幾十ppm、幾百ppm、幾千ppm的系統(tǒng)，也未嘗不可處理，關(guān)鍵還是水質(zhì)特性和處理目標(biāo)。

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