一種用于淡化水調(diào)質(zhì)的顆粒礦化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飲用水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種用于淡化水調(diào)質(zhì)的顆粒礦化劑及其制 備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 面對(duì)嚴(yán)峻的水環(huán)境問(wèn)題，海水淡化已成為了一種解決世界水危機(jī)的重要方法。按 分離過(guò)程分，海水淡化的方法主要有蒸餾法、膜法、結(jié)晶法、溶劑萃取法和離子交換法等。隨 著膜科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，反滲透已經(jīng)成為海水淡化的主流方法。反滲透法是在海水側(cè)施加 一個(gè)大于滲透壓的壓力，使水分子透過(guò)半透膜而溶質(zhì)分子被截留，以此實(shí)現(xiàn)鹽水分離的過(guò) 程。反滲透海水淡化具有占地面積省、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)。
[0003] 反滲透能去除海水中99. 6%的總?cè)芙庑怨腆w，TDS可控制在500mg/L以下，總硬 度、總堿度、總大腸菌群數(shù)、細(xì)菌數(shù)都比較低。但反滲透法也存在弊端，反滲透膜對(duì)二價(jià)離子 的去除率很高，導(dǎo)致淡化水中鈣鎂離子的含量很低（0~2mg/L)，且反滲透無(wú)法截留0) 2等 氣體分子，導(dǎo)致淡化出水呈弱酸性。淡化水的這種特性，會(huì)使起保護(hù)作用的碳酸鈣膜很難在 管壁上沉積而造成金屬水艙、管道腐蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)有"黃水"現(xiàn)象，從而導(dǎo)致淡化水中重金屬 離子（如鉻、鐵、鉛、銅等）超標(biāo)，長(zhǎng)期飲用會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生影響。因此，從管道腐蝕性和 飲用安全性考慮，有必要對(duì)淡化水進(jìn)行調(diào)質(zhì)后處理，優(yōu)化出水水質(zhì)。
[0004] 目前淡化水調(diào)質(zhì)的主要方法是H2SO4AD2溶解石灰石/方解石法，這種方法能使出 水硬度達(dá)到較高的水平，但出水PH呈酸性，需與原水摻混以調(diào)節(jié)pH，工藝復(fù)雜且不易控制， 這種方法在陸地海水淡化廠中應(yīng)用較多，但由于H 2SO4的腐蝕性、CO2的攜帶問(wèn)題等，使其在 船舶淡化水的調(diào)質(zhì)中大大受限。
[0005] 《化學(xué)工業(yè)與工程》2010年第27卷第2期第163頁(yè)報(bào)道了左世偉等用&304溶解 石灰石進(jìn)行淡化水礦化的效果，結(jié)果表明用硫酸調(diào)節(jié)淡化水pH值在2. 00左右時(shí)，可取得較 好的礦化效果，礦化后鈣離子含量大于300mg/L，但該工藝只考慮了淡化水礦化，而未調(diào)節(jié) 出水pH，且礦化出水鈣含量過(guò)高。
[0006] 《Desalination》2005年第179卷第11頁(yè)報(bào)道了 Black等采用（1)2溶解石灰石進(jìn) 行淡化水調(diào)質(zhì)的方法，相比于投加 CO2與石灰的方法，該方法雖然能節(jié)省CO2用量，但設(shè)備復(fù) 雜，需增設(shè)CO 2吹脫塔、再泵室等，且該工藝對(duì)石灰石純度要求很高，以防引入有害雜質(zhì)。
[0007] 另外應(yīng)用較多的是麥飯石礦化調(diào)質(zhì)法，但麥飯石的主要成分為Si02，SiO^ Al 203 占70%以上，用于淡化水調(diào)質(zhì)時(shí)使用壽命過(guò)短，且溶出速率過(guò)慢。較多的專利所述的調(diào)質(zhì)劑 只是將幾種不同種類的原礦按照一定的比例進(jìn)行機(jī)械地混合，這種方法不僅溶出速率十分 慢，對(duì)于改善淡化水水質(zhì)意義不大，且出水水質(zhì)難以控制。
[0008][0009][0010] 白云石是碳酸鈣和碳酸鎂的復(fù)鹽，主要成分為CaMg(CO3)2，白云石的理論化學(xué)成 分為CaC0352. 9%、MgC0347. 7%，主要雜質(zhì)包括Fe203、Si02、Al2O 3等。我國(guó)白云石儲(chǔ)量高達(dá) 82. 2億噸，廣泛分布在遼東半島、冀東、內(nèi)蒙古、山西、兩湖等地，尤其以遼寧營(yíng)口大石橋、海 城一帶產(chǎn)量最多。直接以白云石作為顆粒礦化劑時(shí)，鈣鎂等溶出速率慢，調(diào)質(zhì)效果差，導(dǎo)致 設(shè)備占地面積大，不能達(dá)到快速調(diào)節(jié)淡化水水質(zhì)的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明提供了一種用于淡化水調(diào)質(zhì)的顆粒礦化劑，該顆粒礦化劑在用于淡化水調(diào) 質(zhì)時(shí)，既能快速有效地控制出水PH，又能調(diào)節(jié)出水硬度、堿度，同時(shí)還能增加水中有益礦質(zhì) 元素，優(yōu)化了出水水質(zhì)。
[0012] 一種用于淡化水調(diào)質(zhì)的顆粒礦化劑，由白云石顆粒輕燒制成，含有40 %~70 %的 CaCO3和 20 % ~35 % 的 MgO。
[0013] 白云石的主要成分為CaMg(CO3)2，白云石在進(jìn)行輕燒時(shí)，發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：
[0014] CaMg (CO3) 2一 MgO+CaCO 3+C02 t
[0015] 白云石中以CaMg(CO3)2形式存在的鈣、鎂元素溶出速率慢，調(diào)質(zhì)效果差，經(jīng)輕燒后 CaMg (CO3) 2轉(zhuǎn)化為CaCO 3和MgO,利用該顆粒礦化劑調(diào)質(zhì)淡化水時(shí)，白云石中的鈣鎂元素更 易溶出，且出水中鐵、硒等離子增加，長(zhǎng)期飲用有益于健康。
[0016] 白云石在輕燒時(shí)會(huì)放出一定量的CO2，在放出(1)2時(shí)，白云石的表面會(huì)形成孔隙，這 就使得顆粒礦化劑的比表面積增大，在利用該顆粒礦化劑調(diào)質(zhì)淡化水時(shí)，淡化水與該顆粒 礦化劑的接觸面積增大，提高了調(diào)質(zhì)速度及效果。
[0017] 本發(fā)明選用的白云石主要成分為CaMg(CO3)2，按重量百分比計(jì)，其中Ca的含量為 14%~24%，Mg的含量為8 %~14%，輕燒后失重率在20~25 %之間。如CaMg (CO3)2基 本轉(zhuǎn)化為CaCOjP MgO,則所述顆粒礦化劑CaCO 3的重量百分比為40 %~70%，MgO的重量 百分比為20%~35%。
[0018] 作為優(yōu)選，粒徑為3毫米~5毫米。
[0019] 以重量百分比計(jì)，所述顆粒礦化劑中SiO2S 5%、Al2O3彡2%、Fe2O3彡2%、 80 4< 2%，所述顆粒礦化劑中 Sb < 3mg/kg、As < 3mg/kg、Cd < 2mg/kg、Cr < 10mg/kg、 Pb < 10mg/kg、Hg < 0· 53mg/kg、Ni < 10mg/kg、Se < 3mg/kg。控制顆粒礦化劑中雜質(zhì)的 含量，可提高調(diào)質(zhì)淡化水的水質(zhì)和安全性。
[0020] 本發(fā)明還提供了所述顆粒礦化劑的制備方法，包括：將白云石顆粒置于700°C~ 900°C下輕燒0. 5小時(shí)~4小時(shí)。
[0021] 白云石的主要成分為CaMg (CO3)2，當(dāng)輕燒溫度過(guò)低時(shí)CaMg(CO3)2不能有效轉(zhuǎn)化為 CaCOjP MgO ;當(dāng)輕燒溫度過(guò)高時(shí)，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化而成的CaCO 3會(huì)進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生 成CaO ;當(dāng)輕燒溫度控制在700°C~900°C時(shí)，CaMg (CO3)2能有效轉(zhuǎn)化為CaCO 3，且不會(huì)進(jìn)一 步轉(zhuǎn)化為CaO,此時(shí)制成的顆粒礦化劑中CaCO3的含量較高。
[0022] 輕燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)將CaCO3轉(zhuǎn)化為CaO,輕燒時(shí)間進(jìn)一步優(yōu)選為0. 5~3小時(shí)。
[0023] 本發(fā)明又提供了一種淡化水調(diào)質(zhì)方法，使淡化水流經(jīng)礦化器，所述礦化器裝有所 述的顆粒礦化劑。
[0024] 作為優(yōu)選，所述淡化水在礦化器內(nèi)的停留時(shí)間為30秒~5分鐘。
[0025] pH = 6. 73、總?cè)芙夤腆wTDS = 220mg/L的淡化水在礦化器內(nèi)停留30秒~5分鐘 后，可將淡化水的pH調(diào)至7~8. 5,硬度調(diào)至13~35mg/L (以CaCOj+ )，堿度調(diào)至25~ 70mg/L (以CaCCU+ )，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；同時(shí)，出水中鈣、鎂、鐵、硒等離子增加，長(zhǎng)期飲用 有益于健康。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明顆粒礦化劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0027] (1)制備方法簡(jiǎn)單，由白云石輕燒而成；
[0028] (2)原料白云石儲(chǔ)量大并且含有豐富的礦物元素，經(jīng)該顆粒礦化劑調(diào)質(zhì)后的淡化 水中鈣、鎂、鐵、硒等離子增加，長(zhǎng)期飲用有益于健康；
[0029] (3)該顆粒礦化劑的主要成分為CaCO# MgO,鈣鎂等礦物元素容易溶出；
[0030] (4)該顆粒礦化劑表面孔隙率較大，且孔徑分布均勻，在利用該顆粒礦化劑調(diào)質(zhì)淡 化水時(shí)，淡化水與該顆粒礦化劑的接觸面積增大，提高了調(diào)質(zhì)速度及效果。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖I (a)為白云石原礦的表面掃描電鏡分析圖；
[0032] 圖I (b)為在780 °C下輕燒3小時(shí)的白云石表面掃描電鏡分析圖；
[0033] 圖I (c)為在870 °C下輕燒0. 5小時(shí)的白云石表面掃描電鏡分析圖；
[0034] 圖I (d)為在1000°C下輕燒0. 5小