硫酸鈣是沉淀嗎(如何確定硫酸鈣能沉淀)

中水回用、廢水零排放中，廢水的濃縮減量，往往會涉及到鈣鹽的結垢問題。

針對于電滲析工藝，進水鈣離子究竟要控制在多少以下呢？

以硫酸鈣系統為例：

1、硫酸鈣的結垢

在工業廢水的處理中，碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽都是比較常見的結垢成分，碳酸鹽和磷酸鹽一定程度上可以通過酸來調控，而硫酸鈣垢往往致密堅硬且酸堿難溶，在膜濃縮過程中很不受待見。

最常規理解：如果系統產生硫酸鈣結垢，廢水中其硫酸鈣溶液濃度已過飽和。在這類系統的測算中，免不了需要了解物質的溶解度及其影響因素。

結晶過程的產生取決于固體與其溶液之間的平衡關系，溶質從溶液中結晶出來，正常都涉及到兩個過程：晶核的產生和晶體的生長。溶液的過飽和度與結晶存在以下的關系：

曲線B：物質溶解度曲線；B曲線以下，屬于穩定區，不存在結晶問題。

曲線A：超溶解度曲線；A曲線以上，屬于不穩定區，溶液能自發的產生晶核，并伴隨晶體生長。

曲線A和B之間其實還存在一個介穩區，溶液也處于過飽和狀態，但是由于無法自發形成晶核，所以還不會產生晶體。

不難理解，B曲線很容易得到，那A曲線可以怎么得到呢？按我的理解，上圖可以給我們一些答案：B曲線條件下，緩慢降低溫度，有晶體析出時，即可找到對應的A曲線對應的點。

在實際過程中，超溶解度曲線的繪制往往會更加復雜一些?；谶@些特點，電滲析系統中硫酸鈣的結垢問題是否也需要多角度考慮？

綜合膜行業朋友的各類反饋：超溶解度曲線對ED而言，意義不明顯，目前均以B曲線參考為主，測算硫酸鈣的溶度積。

部分可參考性解釋如下：1.介穩區的區間有限，電滲析存在溫升，無法實現精度控制，而且也沒有必要；2. 電滲析遷移過程，膜表面與隔室間溶液存在濃度差，并非一個完全均一的溶液系統；3. 電滲析存在倒極功能，一定條件下的高頻電場可以產生靜電斥力、抑制晶體生長速率；4.工業水硫酸鹽系統大多為混鹽，無法得到唯一的參考曲線。

2、幾個重要的概念

在進行硫酸鈣系統沉淀、溶解等平衡測算時，主要涉及到混合溶液中其它離子對溶解度的影響，這里需要重新回憶大學無機化學的幾個概念：

離子活度：離子實際發揮作用的濃度稱為有效濃度，或稱為活度。即有時候結垢的陰陽離子沒有想象的那么容易“碰面”。

離子強度：離子強度是衡量溶液中存在離子所產生的電場強度的量度，水溶液中電解質的濃度會影響到其他鹽類的溶解度，而影響的強弱程度就稱為離子強度。

離子積和溶度積常數：前者大，析出沉淀；后者大，無沉淀析出；兩者相等，溶液飽和。

測算時，可參考的公式如下：

其中硫酸鈣在25℃條件下，溶度積KSP&39;常數與離子強度的參考曲線：

雖然上述3.2德拜-休克爾公式有應用前提條件，但以公式為基礎，硫酸鈣的KSP&39;常數與離子強度的關系曲線就不難理解。在低濃度時，溶解度隨離子強度增大，活度系數降低，故而硫酸鈣溶解度增加，在高鹽濃度況下，硫酸鈣形成離子對，短程靜電相互作用增強，使溶解度降低。

在實際的ED工藝測算中，含硫酸鈣的廢水系統，測算過程相對簡單化：1. 根據工藝要求，設定濃縮倍數，測算出濃水水質；2. 以濃水數據，測算出系統的濃水離子強度；3. 以離子強度數據為基礎，根據曲線得到濃水硫酸鈣的KSP&39;常數；3. 根據離子濃度，計算出硫酸鈣的離子積常數；4. 基于上述參數，核對工藝參數設定是否合理?進水Ca離子是否滿足要求？

3、案例測算說明

（1）電滲析初步按濃水TDS=180g/L考慮，濃縮倍數約5.47倍；

（2）測算出此條件下的濃水水質，再求離子強度=2.88mol/L（按公式3.3計算即可）；

（3）得到濃水硫酸鈣KSP&39;常數=31.2*10^(-4），查圖即可；

（4）濃水硫酸鈣離子積常數=4.67*10^(-4），按公式計算；

（5）為了提高穩定性，濃水最終按0.8ksp&39;考慮；

（6）即滿足濃水離子積常數＜0.8濃水KSP&39;常數，系統結垢風險極低。

一套流程下來，測算的過程是否與RO設計思路類似？

顯然在這類系統中，前期的評估我們更多地只考慮了鹽效應的影響，硫酸鈣的結垢對電滲析而言，系統還可以通過添加阻垢劑、高頻的倒極、單價選擇膜的選型、設備的拆洗等方式進行應對。此外，由于硫酸鈣的沉淀優先在陰膜表面產生，所以陰膜性能的優化也是一個選擇，組器的設計更是如此。

綜合上述簡易分析，不難理解，對于電滲析進水鈣離子而言，幾十ppm、幾百ppm、幾千ppm的系統，也未嘗不可處理，關鍵還是水質特性和處理目標。

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