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摘 要

本文利用晶种诱导沉积的方法去除海水里的钙离子，主要介绍了晶种比表面积，投加浓度，种类以及温度对于沉积的影响。实验以碳酸钙和硫酸钙为晶种说明晶种在不同的比表面积，投加浓度，种类以及温度下，对于钙离子的沉积的影响。实验结果说明：比表面积越大，晶种表面越粗糙，孔隙率越大；加入晶种的比表面积越大，沉积的越快；沉积速率随着晶种添加浓度的增加而增大，当晶种超过0.1g/L后，沉积速率随浓度有所增加，但增加幅度放缓；选择与沉积物同种晶体，这样更有利于CaCO₃的沉积。

关键词：碳酸钙 硫酸钙 诱导沉积

Abstract

In this paper, the calcium ion in seawater was removed by means of crystal seed deposition, and the surface area of seed, the concentration of the concentration, the type of the seed and the effect of temperature on the deposition were mainly introduced.. In the experiment, the crystal seed of calcium carbonate and calcium sulfate was proved to have different surface area, concentration, species and temperature.Experiment description： the larger the surface area, the coarser the crystal seed surface, the greater the porosity; the bigger the surface area of the seed adding, the faster the deposition.; the deposition rate increases with the increase of the concentration of the seed crystal, and the deposition rate decreases with the increase of the concentration of the crystal over 0.1g/L；choose the same crystal with sediment, which is more favorable for the deposition of CaCO3.

Keywords: calcium carbonate ，calcium sulfate ，induced deposition

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第一章 前 言 1

1.1 主要结垢物质 6

1.2 阻垢技术 7

第二章 实验内容 9

2.1 原料及仪器 9

2.2 实验步骤 10

第三章 结果与讨论 13

3.1 晶种比表面积的测定 13

3.2 晶种SEM图片 13

3.3 晶种比表面积的影响 14

3.4 晶种投加浓度影响 15

3.5 晶体种类的影响 16

3.6 结晶温度的影响 17

第四章 结论 20

参考文献 22

致 谢 21

1. 前言

海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术，愈来愈受到重视，成为未来解决全球水危机的可行性方案和重要途径。发展海水淡化技术, 向海洋要淡水, 是世界各国解决水荒问题的共同趋势。但由于海水中的矿化度、硬度、其他杂质的含量均较高, 导致在海水淡化装置的换热面上易形成致密坚硬的水垢, 在很大程度上限制了海水淡化过程的操作温度，影响海水淡化效率。

海水淡化装置中析出的水垢主要为钙盐。目前多效蒸馏海水淡化中结垢物的控制主要集中于阻垢分散剂的使用，但由于蒸馏后期温度越来越高，浓缩倍率越来越大，加上生成的垢物对阻垢分散剂的吸附作用，致使单纯使用阻垢分散剂来控制结垢这种方法受到了极大的挑战。基于此，可采用晶种诱导技术，使潜在的大量成垢离子先沉积下来。加晶种减少结垢量的原理是当晶种结构与垢物具有相同的晶体表面时，该表面对垢物有较强的亲和力，从而降低海水中钙盐的的过饱和度，使海水盐溶液中析出的含钙难溶物优先吸附在悬浮的晶种表面，从而达到使钙盐优先析出，减轻后续设备的结垢负担。

目前，国内外对晶种诱导预先沉淀技术研究的较少，对晶种的选择条件、加入晶种的水质条件，加晶诱导的时间等各方面缺少实验数据。若能通过晶种诱导技术降低海水蒸馏实际运行过程中结垢问题，对解决海水浓缩结晶成垢问题具有重要的经济价值和科学价值。

1.1 主要结垢物质

海水是一个复杂的体系,含有大量的盐类,总固溶物通常为3.5%,其中大量钙、镁离子形成的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物等使其具有很高的硬度。在热法海水淡化过程中,部分溶解盐由于受热分解或转化为其他形式而在传热面上沉积形成水垢。

除了以上几种主要的无机垢外,还可能含有少量的碳酸镁和磷酸钙等无机垢。另外,风浪、潮汐作用使海水中混杂泥沙,设备和管路腐蚀产生的铁氧化物和氢氧化物、生物有机体等,也可能与碳酸钙、氢氧化镁、硫酸钙等无机盐形成混合垢而沉积到换热表面。

1.2 阻垢技术

结垢降低了热传导系数、堵塞管路、增加了腐蚀的几率。由于传热表面的结垢,使多级闪蒸装置的热效率降低25%,甚至更多^[2],进而使运行维护费用、能耗及制水成本增加。因此有效的阻垢技术是保证装置高效稳定运行的必要措施之一。

阻垢技术主要是在热法海水淡化的过程中,通过减少或控制Ca² 、Mg² 及相应结垢离子的浓度或装置的设计优化等方法,防止无机垢在蒸发器和管路表面沉积。

1.2.1　酸化

酸化反应的原理是利用硫酸(或其他强酸)的酸性比碳酸强的特点,将碳酸氢根离子转化为二氧化碳气体排出,同时降低溶液的PH,从而防止碱性垢在换热面上的分解析出。往海水补给水中加入硫酸的量与所要处理的海水中碳酸氢根离子的含量成比例,普通海水的硫酸加入剂量大约为113mg/L。

酸法的成本较低且运行维护简单,早期大型多级闪蒸海水淡化厂多采用此法^[3、4]。

酸化处理会产生大量CO₂气体,在补给水进入蒸发器之前必须进行脱气处理以防止酸性气体对蒸发器的腐蚀。同时大量CO₂的释放对碱性垢的形成也有很大的影响^[5]。酸化不但不能防止硫酸钙垢的析出,相反如果往海水中加入硫酸,使SO₄^2-的浓度增加,还会增加硫酸钙结垢的危险。

1.2.2　药剂阻垢

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