海水淡化水与地表源水混配工艺研究

第29卷第4期2014年8月天津科技大学学报JournalofTianjinUniversityofScience&TechnologyVol.29No.4Aug.2014收稿日期：2013–11–11；修回日期：2014–03–05基金项目：国家自然科学基金资助项目(21376178)；天津市科技支撑计划资助项目(12ZCDZSF06900-3)作者简介：刘建卫（1987—），男，河北保定人，硕士研究生；通信作者：唐娜，副教授，[e-mail]:10.13364/j.issn.1672-6510.2014.04.009海水淡化水与地表源水混配工艺研究刘建卫，唐娜，何国华，张蕾，程鹏高，王学魁(天津市海洋资源与化学重点实验室，天津科技大学海洋科学与工程学院，天津300457)摘要：为了提高海水淡化水稳定性，将海水淡化水与地表源水进行混配处理，同时投加氢氧化钙调节pH，研究考察在不同温度和搅拌条件下的混配效果，通过对实验结果进行分析，确定天津市海水淡化水与地表源水(滦河水)的最佳混配体积比为1∶2、投加Ca(OH)2调节pH在8.0左右，水质达到水厂要求，经后续处理即可进入天津市市政管网进行安全输送．关键词：海水淡化；市政源水；管网腐蚀；混配中图分类号：TU991文献标志码：A文章编号：1672-6510(2014)04-0039-05TechnologyofMixingDesalinatedSeaWaterandOriginalMunicipalWaterLIUJianwei，TANGNa，HEGuohua，ZHANGLei，CHENGPenggao，WANGXuekui(TianjinKeyLaboratoryofMarineResourcesandChemistry，CollegeofMarineScienceandEngineering，TianjinUniversityofScience&Technology，Tianjin300457，China)Abstract：Inthisresearch，thedesalinatedseawaterandoriginalmunicipalwaterweremixedtoimprovethestabilityofthedesalinatedseawater.AtthesametimecalciumhydroxidewasaddedtoadjustpHandtheeffectwasstudiedunderdifferentconditionsoftemperatureandstirringsituation.Itshowedthatthebestmixingrateofthedesalinatedseawatertothemu-nicipalwater(LuanheRiverwater)was1∶2inTianjin.pHvaluewascontroledatabout8.0byaddingcalciumhydroxide.Thewaterqualitycouldmeettherequirementsofthewaterplant，andthewatercouldenterthemunicipalpipenetworksafelyaftersubsequentprocessing.Keywords：seawaterdesalination；originalmunicipalwater；pipelinecorrosion；mix天津市是我国缺水严重的城市之一，为了缓解淡水资源短缺，天津市已经建成同时拟建多个大型海水淡化企业，所生产的淡化水多用于工业用水．随着缺水形势的日益严峻，海水淡化水的用途从工业扩大到小规模的市政供水[1]．然而，天津市输水管网多为铸铁旧管网，直接输送淡化水必将引起管网腐蚀，形成“黄水”现象[2–3]．将旧管网换成PE管网能够减小管网腐蚀，但是耗资巨大．海水淡化水由于在淡化过程中矿物质离子过度去除，水质稳定性较差，对管网具有腐蚀性．国外许多国家的海水淡化水在进入市政管网之前都会经过水质稳定后处理工艺，主要通过调节pH和提高碱度、硬度[4–5]等，以此达到稳定淡化水水质的目的[6]．本文采用将地表源水与海水淡化水混配，同时辅助Ca(OH)2调节pH，研究其在不同温度和搅拌条件下的混配效果，为天津市海水淡化水在城市市政管网的输送提供参考性意见．1材料与方法1.1原料用水地表源水是2012年11月取自中法水务有限公司的加氯之前的滦河水，海水淡化水是2012年11月取自北疆电厂低温多效海水淡化水．地表源水和海·40·天津科技大学学报第29卷第4期水淡化水水质见表1．表1地表源水与海水淡化水主要水质指标Tab.1Qualityindexofsurfacesourcewateranddesali-natedseawater水源硬度/(mg·L-1)碱度/(mg·L-1)pHTDS/(mg·L-1)地表源水249.62135.548.10339.5淡化水0.202.046.8022.0水源ρ(Cl-)/(mg·L-1)ρ(24SO-)/(mg·L-1)LSIIL地表源水57.5897.130.591.14淡化水1.432.47－5.411.921.2实验方法海水淡化水与地表源水混配实验装置如图1所示，在反应器中加入定比例的海水淡化水和地表源水，在搅拌条件下投加定量的氢氧化钙，恒温定速搅拌120,min，取样分析混配水各项水质指标，同时计算拉森系数(IL)[7]和朗格利尔指数(LSI)，根据检测结果讨论影响混配水水质的因素，在单因素实验基础上设计正交实验．图1海水淡化水与地表源水混配实验装置图Fig.1Experimentdeviceofblendingdesalinatedseawaterwithoriginalmunicipalwater1.3分析方法水样的碱度参照GB/T15451—2006《工业循环冷却水·总碱及酚酞碱度的测定》进行测定；水样的硬度参照GB/T15452—2009《工业循环冷却水中钙、镁离子的测定·EDTA滴定法》进行测定；水样中Cl-质量浓度参照GB/T15453—2008《工业循环冷却水和锅炉用水中氯离子的测定》进行测定；水样中24SO-质量浓度参照GB/T13025.8—2012《制盐工业通用试验方法·硫酸根的测定》进行测定；水样中溶解性总固体(TDS，碳酸钙计)使用TDS测定仪进行测定；pH采用pH计测定；朗格利尔指数和拉森系数通过计算得到．1.4技术性能指标根据中法水务有限公司提供技术性能指标，混配后的水质应达到的指标为：侵蚀性朗格利尔指数LSI在－0.5～0.5，腐蚀性拉森系数IL＜1.2，总碱度TAC≥80,mg/L，pH由6.8提高到7.4以上．2结果与讨论2.1地表源水与海水淡化水混配比例对水质的影响控制温度为20,℃，搅拌速率为150,r/min，投加Ca(OH)2调节pH为8.2～8.3，调节海水淡化水与地表源水体积混配比例[5](后面提到的混配比例均为海水淡化水与地表源水的体积比)为1∶1至1∶3，水质变化情况见表2．由表2可以看出：随着淡化水所占比例的增加，混配水的碱度、硬度、溶解性总固体和各离子质量浓度均呈减小趋势．当淡化水所占比例低于33.3%时，混配水碱度能提升到80,mg/L以上，LSI也由淡化水的－5.41提高到0以上，混配水的稳定性明显提高．IL值和海水淡化水相比，也有明显的改善．表2混配比例对水质的影响Tab.2Effectofmixingratioonwaterquality混配比例碱度/(mg·L-1)硬度/(mg·L-1)pHTDS/(mg·L-1)1∶395.59181.168.33323.431∶2.590.19170.158.28277.811∶284.79158.148.27249.351∶1.575.62142.538.28200.121∶166.14120.518.21165.01混配比例ρ(Cl-)/(mg·L-1)ρ(24SO-)/(mg·L-1)LSIIL1∶330.3385.610.531.211∶2.528.0675.480.441.151∶227.2571.380.371.161∶1.524.2569.360.301.241∶121.2554.330.111.142.2Ca(OH)2投加量对水质的影响控制温度20,℃，混配比例1∶2，搅拌速率150,r/min，调节Ca(OH)2投加量，混配水质变化情况见表3．可以看出，pH随Ca(OH)2的投加量的增加而增加，但是Ca(OH)2投加量在6.67～33.33,mg/L时，增长较为平缓．碱度随pH的变化趋势见图2，当pH小于9.19时，碱度随pH增大而增大，但是当pH继续增大，碱度则迅速减小．出现上述现象是由于溶液中存在着下列的反应平衡：2332HCOOHHCOHO−−+→+(1)2+332HCOOHCaCaCOHO−−++→+(2)溶液中加入OH-离子时，OH-离子首先与溶液中溶解的CO2反应生成3HCO-，溶液pH增大，同时溶液中碱度也略微增大，当9.19≥pH≥8.82，由于溶液的缓冲作用，pH和碱度变化都有一段平缓区；继续加入OH-，3HCO-则转化成CaCO3沉淀，pH增大，碱2014年8月刘建卫，等：海水淡化水与地表源水混配工艺研究·41·度则随着3HCO-和23CO-离子的消耗急剧减小．为了保证混配溶液碱度，LSI和IL能够满足水厂需求，建议Ca(OH)2投加量不超过13.33,mg/L，溶液pH控制在8～9，pH偏高将导致溶液LSI偏大，有结垢趋势．表3Ca(OH)2投加量对水质的影响Tab.3EffectofdoseofCa(OH)2onwaterqualityCa(OH)2投加量/(mg·L-1)碱度/(mg·L-1)硬度/(mg·L-1)pHTDS(mg·L-1)ρ(Cl-)/(mg·L-1)ρ(24SO-)/(mg·L-1)LSIIL0.0065.61134.877.83222.7334.2347.91-0.2501.251.6768.00141.978.28228.9735.1947.900.241.223.3374.71143.698.44233.0235.5848.020.451.125.0075.55145.848.82231.9834.9248.000.841.166.6776.62146.478.89232.0434.7747.890.921.0813.3376.43148.429.19235.7135.3148.011.221.0920.0069.44139.609.25227.0834.5447.881.361.2226.6766.88138.249.30226.6834.3847.951.271.2433.3359.58134.449.41222.5135.3148.121.291.4040.0051.24120.469.64210.5334.5447.931.411.6153.3340.51110.789.87201.8334.6547.951.512.0466.6739.46109.2710.29201.8635.4247.911.912.11图2pH对碱度的影响Fig.2EffectofpHonalkalinity2.3搅拌速率对水质的影响控制温度20,℃，混配比例1∶2，Ca(OH)2投加量为5,mg/L，调节混配过程中的搅拌速率，混配水质变化情况见表4．由表4可知，搅拌速率不是混配过程中的显著影响因素．表4搅拌过程对水质的影响Tab.4Effectofmixingprocessonwaterquality搅拌速率/(r·min-1)碱度/(mg·L-1)硬度/(mg·L-1)pHTDS/(mg·L-1)8076.62172.008.84247.6814076.14174.158.86249.3920075.67172.008.76248.0