蘭勝仁
（深圳市全安建設監理有限公司，廣東 深圳 518101）

　　摘　　要：我國南方巖溶地區的地下水具有Na+，K+，Cl-，SO42-含量低，濁度、細菌含量高的特點，在制備ρ（SiO2）＜0.1mg/L，電導率（25℃）＜uS/cm的低品位脫鹽水時，作者建議了三種典型的工藝流程，可供在巖溶地區設計固定床型制取脫鹽水裝置時參考。
　　關鍵詞：巖溶地區；地下水；石灰軟化；過濾；脫鹽
　　中圖分類號：TU991．26
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1009－2455（2003）02－0021－03

Selection of Process Flow for Preparation of Demineralized Water
in Limestone Karst Regions
LAN Sheng-ren
(Shenzen Quan‘ an Construction Supervision Co., Ltd, Shenzen 518101, China)

　　Ahsttact: The ground water in the karst regions in South China features low contents of Na⁺, K⁺, Cl- and
SO₄^2- and high turbidity and bacteria content. The author has proposed three typical processes for the preparation　of low-grade demineralized water of ρ(SiO₂) ＜0.1mg/L and conductivity (at 25℃) <5μS/cm, which can be　used for reference in designing fixed-bed demineralized water facilities in the said regions.
　　Keywords: karst region; ground water; lime softening; filtration; demineralization

1 地下水狀況

　　在我國云南、廣西等省區，石灰巖溶地區廣布，地下水可開采量大且埋深較淺，水質大都屬重碳酸鈣型，含鹽量大多不超過400mg／L，Na⁺，K⁺等強堿離子及Cl^-，SO₄^2-等強酸離子含量低，接近于對應地區自然取水點，用離子交換制取脫鹽水可取得較好的技術經濟效果[1]。該區地下水含水層多由碳酸鹽巖類裂隙溶洞含水層構成，地下水類別除局部為承壓水外，大部分屬潛水，加上溶
洞、裂隙及地下暗河系發育，雨水形成地表徑流夾帶泥沙及有機物質能較快地進人含水層而形成地下徑流。因此地下水的濁度較高，細菌含量較大，一般達每毫升數百個，即使枯水期也不例外。此外，水位、水量有明顯季節性變化。

2 預處理

2.1 石灰軟化
　　當處理水量較大（每小時數百立方米）時，原水預處理可采用石灰軟化，后序離子交換設備，能獲得較好的技術經濟效果。同時，也可以在軟化過程中除濁度和部分膠體及有機質。石灰預處理時可同時考慮投加混凝劑如FeSO4等（還可與鎂劑等同時使用），以進一步降低膠體硅含量。

　　采用石灰軟化預處理時，在理論上不可能獲得硬度小于40mg／L的出水。因為當pH＝10．8時，Mg（OH）₂的溶解度是10mg／L，CaCO₃的溶解度大約為30mg／L，此外CaCO₃和Mg（OH）₂均有形成過飽和溶液的傾向^[2]。然而也有例外，比如在有淤渣層的裝置中冷法操作及單獨使用高鈣消石灰沉淀重碳酸鈣時，發現即使在氫氧根堿度每升只有數毫克的的情況下，大約有60％的鎂可以被沉淀下來，而這樣小的氫氧根堿度在理論上是不足以使Mg²⁺以氫氧化物的形式沉淀的，但某些事實上存在的不尋常的平衡條件會產生此種出乎意料的結果[3]。
2.2 機械過濾
　　當處理水量不大時，可采用機械過濾器進行預處理，并適當降低其濾速，一般認為當機械過濾器為單流時，宜控制濾速，υ≤4m/h，當機械過濾器為雙流時，直控制濾速。υ≤6m／h，可使進水濁度ρ（SS）≤20mg／L的出水濁度降至ρ（SS）＜2mg/L。如進水膠體硅含量較大時，在過濾器（池）進水管線上投加混凝劑，使凝聚過程在濾料層中進行，可取得較好的膠體硅去除效果。此外，當后續除鹽系統出水對SiO₂含量要求較嚴時（脫鹽系統選用強堿大孔型樹脂除外），還可在預處理中采用微孔或微孔膜過濾器，以進一步降低水中膠體硅、有機質、濁度和細菌等含量。濾孔大小的選擇可據除鹽工藝對進水水質的要求，按表1選擇，一般選擇0．1－0.45μm孔徑。

表1 微孔膜濾除微粒及微生物的效率

過濾對象 球形SiO₂ 細菌 球形聚苯乙烯 熱源 直徑/μm 0.21 0.1-0.4 0.085 0.038 0.001 濾除率/% ＞99.99 100 100 ＞99.99 ＞99.99

3 除鹽系統流程

3．1 除鹽水流程簡介
　　適應于巖溶地區地下水的除鹽系統可據不同型號的陽、陰交換樹脂種類，采用如下3種工藝流程，均可取得較好的技術經濟效果。
　　①預處理水→弱酸離子交換器→強酸離子交換器葉脫碳器→強堿離子交換器→出水
　　②預處理水→陽離子交換雙層床→脫碳器→強堿離子交換器→出水
　　③預處理水→強酸離子交換器→脫碳器→強堿離子交換器→出水
　　限制上述流程選用的主要是交換器工作周期、濾速和再生劑耗量。
3．2 離子交換周期的確定
　　陽離子交換器工作周期可由下列式子計算：[2，4-5]
　　　　　T_i=E1h1 ／[υ1（Hz-Hy-H1)]　　　(1)
　　　　　T₂=EZ（h₂－h₂＇）／（υ₂·ck）　（2）
　　　　　h₂=T1υ2（ck-Hz+Hy+H1）／E2 　　（3）
　　　　　T_陽=T₁+T₂ （4）
式中：
　　T_陽——陽離子交換器系統工作周期，h；
　　T₁——RCOOH工作周期，h；
　　T₂——RH在RCOOH失效后的工作時間，h；
　　h₁——RCOOH樹脂高度，m；
　　h₂——RH樹脂高度，m；
　　h₂＇——RH中用于置換RCOOH工作周期T內出水的樹脂高度，m；
　　Hz——原水碳酸鹽硬度，mmol／L；
　　Hy——原水非碳酸鹽硬度，mmol／L；
　　H1——RCOOH出水剩余碳酸硬度，一般取0.05mmol／L；
　　ck——原水總陽離子含量，mmol／L；
　　E1——弱酸樹脂工作交換容量，mol／m³［樹脂］；
　　E2——強酸樹脂工作交換容量，mol／m³［樹脂］。
　　如果近似地用Ca2+，Mg2+，Na+，K+表示原水中所含陽離子，則式（3）可轉化為：
　　　　　　　h2＇= K（ck＇+H1+Hy） （5）
　　式中：
　　　　　　K=T1υ2／E2；
　　　　　　ck＇=c（Na+）+c（K+），mmol／L。
　　由于強酸樹脂再生水平較高且原水Hz／Ck一般大于0．7，故E2＞700mol/m³[樹脂］，取TT=24h，υ2=30m／h，即K＜0．51，取K=0.5，則式（5）可轉為：
　　　　　　h2＇＝0.5ck＇+0.5（H1+Hy） （6）
3．3 脫鹽水工藝的選擇
　　①當ck＇＞0.75mmol／L，宜采用流程①，此時流程①中強酸陽離子交換器T2值不會太大且出水水質在周期T中均較穩定。
　　②當ck＇＞0.6mmol／L，宜采用流程②，此時其陽雙層床強弱酸樹脂可得較好的配比。
　　③當原水的重碳酸根堿度不超過2mmol／L，采用流程③是可行的。

4 設計實例

4．1 原水水質
　　廣西桂林東風氮肥廠位于桂林西南，采用該地區巖溶地下水做廠區生產生活用水。該廠要求脫鹽水量40m³/h，脫鹽水質為c（Cl-）＜2．5mmol／L，c（SiO2）＜0.05mmol／L。原水設計水質見表2，流程見圖2。
4.2 工藝流程確定
　　考慮到處理水量較小，原水濁度較高，細菌等有機質含量較大，強酸根離子濃度小，全年水質有所變化且ck＇= 0．2mol／L，計算t2值較大。故預處理采用雙層濾料單流機械過濾器后接蜂房過濾器過濾原水，以滿足后續除鹽系統對進水濁度的要求。除鹽工藝選用流程③。其流程框圖見圖2。

4.3 主要設備尺寸及運行參數如下：
　　①2臺φ3000雙層濾料單流機械過濾器，運行濾速υ＝3．4－4m／h。處理水量48－56m³／h。
　　②1臺φ800蜂房式管狀過濾器，濾芯公稱精度10μm，處理水量50－100m³／h。
　　③2臺φ1200逆流再生強酸離子交換器，工作周期20h。運行濾速υ＝24．33m／h。
　　④l臺φ1000除CO2器，處理水量4m³／h。
　　⑤2臺φ1200逆流再生強堿離子交換器，
　　工作周期23h。運行濾速。υ=23m／h。原水經此流程處理，其出水水質經檢測完全符合設計和滿足用戶生產要求。

5 結論

　　①當處理水量較大，進水濁度較高，泥渣漿能得到較好處置時，應優先考慮石灰軟化預處理。
　　②采用弱酸（弱堿）離子交換樹脂和強酸（強堿）離子交換樹脂去除水中強酸根鈣鎂鹽時，原水中強酸根鈉鉀鹽含量不宜過小。

參考文獻：

　　[1] 顧久傳，張金城，黃夫照．國內微孔膜過濾器及應用簡況[J]．水處理技術．1991，17（4）：263－264．
　　[2] 崔玉川．水處理工藝設計計算[M]．北京：水利電力出版社，1988．
　　[3] C E 漢密爾頓（楊璋，譯）．水手冊（ASTM）［M］．北京：化學工業出版社，1988．
　　[4] 楊欽，嚴煦世．給水工程[M]．北京：中國建筑工業出版社，1987
　　[5] 梁文耀，賈克欣．給排水設計手冊工業給水處理［M］．北京：中國建筑工業出版社，1986．

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　　作者簡介：蘭勝仁（1965－），男，湖南新化人，工程師，1986年畢業于上海同濟大學給排水專業，電話（0755）27864219。