【水垢軟化問題探究的文獻綜述5200字】

水垢軟化問題研究的國內(nèi)外文獻綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u20191水垢軟化問題研究的國內(nèi)外文獻綜述 1215271.1藥劑軟化法 110345（1）石灰軟化法 119128（2）石灰-蘇打軟化法 225708（3）磷酸鹽法 2148751.2離子交換軟化法 288601.3電化學軟化法 330370（1）電化學沉淀軟化法（EP） 313155（2）電絮凝軟化法（EC） 428245（3）EP與EC結合軟化法 4222201.4吸附軟化法 5191221.5膜分離軟化法 6152481.6研究現(xiàn)狀總結 8水中的硬度一般分為暫時性的硬度和永久性的硬度。暫時硬度與堿度有關，是水中Ca2+、Mg2+與CO32-、HCO3-離子相互結合發(fā)生化學反應形成的；永久硬度與堿度無關，是指水中Ca2+、Mg2+與Cl-、SO42-、NO3-等相互結合發(fā)生化學反應形成的。目前去除硬度的方法主要有：藥劑軟化法、離子交換軟化法、電化學軟化法、吸附軟化法和膜分離軟化法。1.1藥劑軟化法藥劑軟化法主要有石灰軟化法、石灰-蘇打軟化法、磷酸鹽法等。藥劑軟化法的優(yōu)點是操作過程簡便，藥劑費用低，而且可以與混凝沉淀等常規(guī)處理工藝進行結合，可以根據(jù)原水的水質進行藥劑濃度的調整。該方法的缺點是藥劑軟化過程中會產(chǎn)生大量的廢渣，出水與藥劑不易分離，容易造成二次污染，而且會影響出水的pH[[]張亞峰,安路陽,王宇楠,徐歆未,張立濤,宋迪慧.水中硬度去除方法研究進展[J].煤炭加工與綜合利用,2017(12):54-63.[]張亞峰,安路陽,王宇楠,徐歆未,張立濤,宋迪慧.水中硬度去除方法研究進展[J].煤炭加工與綜合利用,2017(12):54-63.石灰軟化法石灰軟化法主要是通過向水中投加生石灰，發(fā)生以下反應：該方法可以把暫時硬度（如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2等）通過化學反應轉化為永久硬度（如CaCO3、Mg(OH)2等）。這種方法不可以去除永久硬度。黃明珠等[30]采用石灰軟化法處理地下水，研究得出結論：沉淀和過濾對于硬度基本沒有去除作用，當向水源水投加220mg/L濃度的生石灰，pH范圍在8.7-8.9時，原水硬度去除率可以達到61.7%。石灰-蘇打軟化法石灰軟化法可以通過向水中投加石灰和純堿進行水的軟化，具體化學原理為：該方法可以去除一定濃度的永久硬度，使用該方法處理后的剩余硬度一般為0.3-0.4mmol/L.磷酸鹽法磷酸鹽法是在石灰-蘇打軟化法的基礎上，通過投加磷酸鹽進一步加強硬度的去除效果。該方法的去除原理為：該方法可以進一步去除硬度，投加磷酸鹽后水中的剩余硬度可以降低到0.02-0.04mmol/L.但由于磷酸鹽藥劑價格相對較高，所以一般只用來深度處理軟水。1.2離子交換軟化法離子交換法是利用離子交換樹脂（如鈉型樹脂、強酸性型樹脂和弱酸性樹脂）將水中的Ca2+、Mg2+交換出來。常用的離子交換軟化系統(tǒng)有Na離子交換軟化系統(tǒng)和H-Na離子交換脫堿和軟化系統(tǒng)。離子交換法的優(yōu)點是處理量大、出水水質較好、處理效果穩(wěn)定；缺點是需要預先處理原水來預防離子交換樹脂堵塞和失效，離子交換樹脂的價格一般比較昂貴、再生不方便，維護管理消耗大。離子交換法的基本原理如下：離子交換法是目前常用的軟化水的方法之一。JenniferN.Apell等[[]JenniferN.Apell,TreavorH.Boyer.Combinedionexchangetreatmentforremovalofdissolvedorganicmatterandhardness[J].WaterResearch,2010,44(8).]通過采用MIEX磁性陰陽離子交換樹脂的聯(lián)合處理取自CedarKeyWater&SewerDistrict的地下水，配合石灰軟化、砂濾、氯消毒的工藝，可以去除55%以上的總硬度和70%以上的DOC.Dobrevsky等[[]DobrevskyI.,ZvezdovA.,DasareB.D.,PrajapatiM.N..Possibilityforselectiveremovalofcalciumionsfromblackseawaterusingthecontinuouscounter-currention-exchangesofteningprocesswithWofatitKS-10[J].Elsevier,1980,201.]用連續(xù)逆流離子交換法來選擇性地去除黑海的水中鈣離子，通過反復調試后，在最佳工藝條件下，可以去除水中65%的總硬度和80%的鈣離子含量。同時，未處理水的鎂鎂離子比（Mg[]JenniferN.Apell,TreavorH.Boyer.Combinedionexchangetreatmentforremovalofdissolvedorganicmatterandhardness[J].WaterResearch,2010,44(8).[]DobrevskyI.,ZvezdovA.,DasareB.D.,PrajapatiM.N..Possibilityforselectiveremovalofcalciumionsfromblackseawaterusingthecontinuouscounter-currention-exchangesofteningprocesswithWofatitKS-10[J].Elsevier,1980,201.1.3電化學軟化法電化學軟化法也稱為“電子處理法”，目前用于工業(yè)和生活用水的循環(huán)系統(tǒng)的水處理。這種方法的優(yōu)點是對于總硬度小于550mg/L的循環(huán)水有防止結垢、殺菌消毒、抑制藻類生長和預防腐蝕的作用[[]徐浩,延衛(wèi),湯成莉.水垢的電化學去除工藝與機理研究[J].西安交通大學學報,2009,43(05):104-108.[]徐浩,延衛(wèi),湯成莉.水垢的電化學去除工藝與機理研究[J].西安交通大學學報,2009,43(05):104-108.電化學軟化法主要分為電化學沉淀軟化法和電絮凝軟化法。（1）電化學沉淀軟化法（EP）電化學軟化法的主要原理是：水和氧氣在陰極發(fā)生電解反應，生成氫氧根離子與碳酸氫根離子，它們反應生成的碳酸根離子和氫氧根離子分別和Ca2+、Mg2+反應生成碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀，高速水流的沖刷力可以將陰極表面富集的沉淀物去除（有時也會用到專用的清洗機器）。電極的化學反應[35]如下：潘琴榮[[]潘琴榮.基于電化學法的工業(yè)循環(huán)水軟化及除鹽研究[D].東南大學,2019.]構建了微電解軟化試驗裝置，研究了其對循環(huán)冷卻水的硬度（以鈣離子為目標）去除效果，得出結論：在電流密度為28A/m2、極板間距5厘米、水力停留時間30分鐘的最優(yōu)條件下，裝置對Ca2+的去除效果較好，電極板腐蝕[]潘琴榮.基于電化學法的工業(yè)循環(huán)水軟化及除鹽研究[D].東南大學,2019.（2）電絮凝軟化法（EC）電絮凝軟化法主要是以鐵、鋁等金屬為陽極，在電解過程中，陽極金屬溶解在水中形成鐵、鋁離子，它們可以與水電解后產(chǎn)生的氫氧根離子結合發(fā)生反應，生成具有較好的離子吸附作用的氫氧化亞鐵、氫氧化鋁化合物，這些化合物可以為鈣、鎂離子提供大量的吸附位點，從而實現(xiàn)對硬度的去除。電絮凝軟化法的去除原理[35]如下：劉思琦[[]劉思琦,

李一兵,

曹迪,

等.

電絮凝對電廠循環(huán)冷卻水中硬度的去除[J].

環(huán)境工程學報，2020,

14(4):

977-983.]等以鋁板作為電極材料，采用電絮凝軟化法去除某個電廠的循環(huán)冷卻水中的Ca2+、Mg2+，通過研究得出結論：在電流密度10

mA/cm2、電解時間90分鐘的條件下，這個方法可以分別去除93.5%和95.8%的Ca2+、Mg2+和94.6%的總硬度。當試驗最開始的pH=10的情況下，這個方法可以分別去除85.4%、97.7%、93.5%.的Ca2+、Mg2+和總硬度，因此，堿性條件比酸性或者中性更有益于去除Ca2+和Mg2+。同時，他們還得出結論：通過增加電極數(shù)量和投加藥劑（如純堿）進行軟化，硬度的去除效果[]劉思琦,

李一兵,

曹迪,

等.

電絮凝對電廠循環(huán)冷卻水中硬度的去除[J].

環(huán)境工程學報，2020,

14(4):

977-983.（3）EP與EC結合軟化法由于EP法中陰極會有鈣、鎂離子相關化合物的沉積，影響陰極的導電性；EC法在生成絮凝劑的過程中陽極材料又會不斷溶解消耗，為了結合二者的優(yōu)勢，揚長避短，一種EP與EC結合軟化法被提出并投入研究。在原有的電化學沉淀池的基礎上，電絮凝池可以產(chǎn)生鋁絮體，這些絮體可以多去除224.65%的硬度，總硬度去除率提高69.16%。同時，沉積在電化學沉淀池陰極的沉積物的質量比原來減少了22.79%，有效推遲陰極的失效時間[[]SuliZhi,ShutingZhang.Anovelcombinedelectrochemicalsystemforhardnessremoval[J].Desalination,2014,349.[]SuliZhi,ShutingZhang.Anovelcombinedelectrochemicalsystemforhardnessremoval[J].Desalination,2014,349.這種方法的機理圖如圖1.5.1.4吸附軟化法吸附軟化法是將水中的鈣、鎂離子吸附在多孔的吸附介質上來實現(xiàn)硬度的去除的一種方法，礦物、工農(nóng)業(yè)廢棄物、氧化物等都可以用作吸附劑，目前活性炭和沸石使用廣泛。吸附法的優(yōu)點是操作簡單，成本低廉；缺點是吸附劑再生過程復雜，如活性炭的再生條件十分苛刻，成本高昂。許昶雯[[]許昶雯.類水滑石同時去除水中氟離子和硬度吸附性能研究[D].太原理工大學,2018.]使用焙燒過的Mg/Al水滑石（HTCs-400-MgAl）去除水中的氟離子和硬度，得出結論：這種吸附過程屬于化學吸附。在pH=9.40，反應時間239.33min，吸附劑投加量5.61g/L的最優(yōu)工藝參數(shù)條件下，吸附效果最好，可以吸附97.55%和58.09%的氟離子和總硬度。同時，這種吸附劑對于鎂硬度的去除效果優(yōu)于鈣硬度，這是因為鎂離子不僅通過吸附劑的吸附位點去除，還可以與吸附劑形成金屬氧化鍵完成去除，而鈣離子主要是與氫氧根離子結合（氫氧根離子來源于氟離子與吸附材料的相互作用），生成氫氧化鈣沉淀而去除。葛宵[[]葛宵.大孔弱酸氫型樹脂Ca~(2+)吸附特性與深度軟化處理稠油污水研究[D].江西理工大學,2015.]用大孔弱酸氮型樹脂深度處理稠油污水，發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，隨著Ca2+濃度的上升，該樹脂吸附更多的Ca2+。大孔弱酸氨型樹脂對溶液中Ca2+的等溫吸附平衡曲線為與朗格繆爾型曲線趨勢不同，當溶液中Ca2+含量較高時，大孔弱酸氨型樹脂對吸附過程適用弗蘭德里希和朗格繆爾等溫吸附模型，其中朗格繆爾等溫吸附模型的適用的濃度范圍更加廣泛[]許昶雯.類水滑石同時去除水中氟離子和硬度吸附性能研究[D].太原理工大學,2018.[]葛宵.大孔弱酸氫型樹脂Ca~(2+)吸附特性與深度軟化處理稠油污水研究[D].江西理工大學,2015.1.5膜分離軟化法膜分離軟化法是通過使用有離子選擇性的半透膜去除溶液中的硬度，常見的膜分離法有微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析。其中，納濾由于出色的去除效果，應用研究相對更加廣泛。膜分離軟化法的優(yōu)點是膜裝置占地面積小，不會對溶液的pH產(chǎn)生影響，可以實現(xiàn)自動化處理和規(guī)模化應用，去除效果穩(wěn)定，對于溶液中的其他污染物離子和有機物大分子也有去除作用；缺點是膜成本較高，進水水質要求高，產(chǎn)生大量離子濃度高的濃水，同時膜污染也是限制其應用的一個重要原因。納濾已經(jīng)多次被用于飲用水深度處理。法國梅里河畔瓦茲的Mery-sur-Oise水廠[[]AnnePlottu,BéatriceHoussais,ChristianDemocrate,DominiqueGatel,JacquesCavard.AutopsiesofmembranesfouledonMery-sur-Oisepilotunits:Manylessonsforthebehaviourofthewatertreatmentplant[J].Desalination,2003,157(1).,[]AnnePlottu-Pecheux,B.Houssais,C.Democrate,D.Gatel,C.Parron,J.Cavard.Comparisonofthreeantiscalants,asappliedtothetreatmentofwaterfromtheRiverOise[J].Desalination,2002,145(1).]在1999年將納濾工藝用于處理地表水，該水廠處理水量為140000m3/d。該工藝處理后的產(chǎn)水中的消毒副產(chǎn)物含量符合EU的要求，TOC濃度小于0.3mg/L，而且有很好的生物穩(wěn)定性。1996年，美國佛羅里達地區(qū)Clefton水廠[[]鄭祥,魏源送,王志偉.中國水處理行業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告[M].中國人民大學出版社:中國人民大學研究報告系列,201909.230.]采用了納濾工藝處理供水規(guī)模為15900m3/d的水，該工藝分別去除了50%、80%、98%、95%和97%的TDS、硬度、硫酸鹽、消毒副產(chǎn)物和總磷。2011年，我國山西省的山西臨汾二水廠[[]晉亞太.D型濾池在臨汾市自來水公司二分廠的應用[J].山西建筑,2010,36(06):194-195.]新建了一種新的D型濾池，改造和優(yōu)化了水廠原有的濾池和配套管網(wǎng)，將納濾膜工藝投入生產(chǎn)，出水濁度低于0.62NTU，優(yōu)于國家標準。而且將水廠中的納濾出水和濾池的出水混合摻雜之后，水質仍然滿足國家標準。2012年，我國北京市的密云古北水鎮(zhèn)凈水廠工程項目[[]胥曉瑜.北京密云古北水鎮(zhèn)凈水廠工程[J].給水排水,2013,39(3):112-112.]在常規(guī)處理工藝（2套處理能力為200m3/h的混合絮凝沉淀池及5臺石英砂過濾罐）的基礎上增加了納濾膜系統(tǒng)[]AnnePlottu,BéatriceHoussais,ChristianDemocrate,DominiqueGatel,JacquesCavard.AutopsiesofmembranesfouledonMery-sur-Oisepilotunits:Manylessonsforthebehaviourofthewatertreatmentplant[J].Desalination,2003,157(1).[]AnnePlottu-Pecheux,B.Houssais,C.Democrate,D.Gatel,C.Parron,J.Cavard.Comparisonofthreeantiscalants,asappliedtothetreatmentofwaterfromtheRiverOise[J].Desalination,2002,145(1).[]鄭祥,魏源送,王志偉.中國水處理行業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告[M].中國人民大學出版社:中國人民大學研究報告系列,201909.230.[]晉亞太.D型濾池在臨汾市自來水公司二分廠的應用[J].山西建筑,2010,36(06):194-195.[]胥曉瑜.北京密云古北水鎮(zhèn)凈水廠工程[J].給水排水,2013,39(3):112-112.DachaoLin等[[]LinDachao,BaiLangming,XuDaliang,WangHaorui,ZhangHan,LiGuibai,LiangHeng.Nanofiltrationscalinginfluencedbycoexistingpollutantsconsideringtheinteractionbetweenferriccoagulantandnaturalorganicmacromolecules[J].ChemicalEngineeringJournal,2021,413.]研究了納濾過程中，鐵混凝劑與NOMs的相互作用對石膏結垢的影響。研究結果表明，雖然鐵混凝劑和腐植酸（HA）能促進大塊結晶，它們在水溶液中的相互作用反而阻礙了大塊結晶。在納濾過程中，混凝劑和NOMs可以促進它們在膜上的相互附著，鐵混凝劑和HA的混合物在膜上沉積后，表面結晶明顯增強。因此，在納濾過程中，鐵混凝劑和HA均能提高結垢層的阻垢能力，兩者之間也存在協(xié)同作用，加劇了膜通量的下降。為緩解納濾中共存污染物對石膏結垢的負面影響，作者建議在嚴格控制混凝劑濃度的同時，優(yōu)先去除納濾液中的腐植質。他們的另一篇文章評估在納濾過程的不同階段，次氯酸鈉氧化劑的氧化作用對腐植酸增強石膏結垢的影響[[]LinDachao,BaiLangming,XuDaliang,ZhangHan,GuoTiecheng,LiGuibai,LiangHeng.Effectsofoxidationonhumic-acid-enhancedgypsumscalingindifferentnanofiltrationphases:Performance,mechanismsandpredictionbydifferentiallog-transformedabsorbancespectroscopy.[J].Waterresearch,2021,195.]。納濾過程中，隨著氧化程度的增加，短期膜污染不斷加劇，而長期膜污染在初始增加后呈下降趨勢。這些膜行為是由于進水溶液在不同氧化條件下理化性質的變化以及短期納濾和長期納濾過程中污染機理的不同造成的。在過濾初期，在較強的氧化條件下腐植酸（HA）分子生成，此時鈣離子容易與羧基密度較高的分子結合，隨后形成較大的大塊結晶。在整個過濾過程中，鈣離子不斷地粘附在腐植酸表面的羧基上，然后在料液中不斷長大。最終，大塊結晶的尺寸大小[]LinDachao,BaiLangming,XuDaliang,WangHaorui,ZhangHan,LiGuibai,LiangHeng.Nanofiltrationscalinginfluencedbycoexistingpollutantsconsideringtheinteractionbetweenferriccoagulantandnaturalorganicmacromolecules[J].ChemicalEngineeringJournal,2021,413.[]LinDachao,BaiLangming,XuDaliang,ZhangHan,GuoTiecheng,LiGuibai,LiangHeng.Effectsofoxidationonhumic-acid-enhancedgypsumscalingindifferentnanofiltrationphases:Performance,mechanismsandpredictionbydifferentiallog-transformedabsorbancespectroscopy.[J].Waterresearch,2021,195.YongleiWang等[[]WangYonglei,JuLing,XuFei,TianLiping,JiaRuibao,SongWuchang,LiYanan,LiuBing.Effectofananofiltrationcombinedprocessonthetreatmentofhigh-hardnessandmicropollutedwater.[J].Environmentalresearch,2020,182.]采用納濾組合工藝（生物接觸氧化沉淀+UF+NF）來處理高硬度微污染水，這項組合工藝可以分別去除95%、85%和97%的濁度、CODMn、總硬度等指標，95%、87%、88%、94%和93%的色氨酸、酪氨酸、SMPs、黃腐酸、類腐殖質，80%和51%的THMFPs和AOX。在組合工藝的連續(xù)運行過程中，主要是采用納濾膜法去除污染物。生物接觸氧化沉淀-超濾工藝可以去除一部分的濁度和大分子有機物，為納濾提供較好的進水水質。采用0.02%的次氯酸鈉堿洗超濾膜和20%的鹽酸酸洗納濾膜的再生效果良好，跨膜壓差恢復了70%，可以實現(xiàn)較好的膜污染[]WangYonglei,JuLing,XuFei,TianLiping,JiaRuibao,SongWuchang,LiYanan,LiuBing.Effectofananofiltrationcombinedprocessonthetreatmentofhigh-hardnessandmicropollutedwater.[J].Environmentalresearch,2020,182.YuefeiSong等[[]SongYuefei,LiXifan,SunYueke,WangYongxin,BaiXueshuang,ZhangXiaozhuan,ZhangNan,JiangKai.Nanofiltrationfoulingbehaviorswithdifferentmembranematerialsinducedbyresidualnaturalorganicsleftoverafterultrafiltrationunitencounteredwithdivalentcations[J].ChemicalEngineeringJournal,2021,413.]研究了在Mg2+/Ca2+環(huán)境中，超濾后殘留的NOMs對不同納濾膜材料產(chǎn)生的污染。作者用supeliteDAX-8大孔樹脂和amberliteXAD-4樹脂柱按照對超濾后的工作液進行預先分餾，得到以下五個組分：疏水性酸（HOA）、疏水性中性物質（HON）、疏水性堿（HOB）和弱疏水性物質（WHO）以及親水性物質（HIS），將其統(tǒng)稱為超濾后殘留的腐植酸組分(PHACUF，preservedhumicacidcomponentsafterultrafiltrationfiltration)。研究結果表明：PHACUF中引起的納濾膜污染的物質主要是由HOA和HON組成的，HOA和HON的含量百分比、負電荷密度、平均分子量和SUVA均明顯高于其他組分；較少的Mg2+離子能與PHACUF分子的羧基充分連接，通過架橋效應使絮體更大更密，加重了NF膜（尤其是疏水性更強的PES膜）的污染，而Mg2+/Ca[]SongYuefei,LiXifan,SunYueke,WangYongxin,BaiXueshuang,ZhangXiaozhuan,ZhangNan,JiangKai.Na