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科海思（北京）科技有限公司湖北分公司
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| 類型 | 高效 | 應用范圍 | 污水處理,給水處理 |
|---|
市政供暖循環水防垢系統SP3催化防垢濾料系統已經在世界各地成功的安裝和使用，包括成千上萬的換熱器，熱水 鍋爐，蒸汽鍋爐或者蒸汽蒸餾設備。
BEST BOILER TECHNOLOGIES
"Best" 意味著可以有效的保護健康和環境。
"Boiler" FILTERSORB SP3 系統已經在世界各地成功的安裝和使用，包括成千上萬的換熱器，熱水 鍋爐，蒸汽鍋爐或者蒸汽蒸餾設備。
* | FILTERSORB SP3可以減少或者*控制腐蝕。并且現有的鐵銹等沉積物也可以被溶解 |
第二 | FILTERSORB SP3減少水垢和排污量。如果使用得當，它可以清除鍋爐內的 污垢，然后這些污垢可以被沖洗排出。 |
第三 | FILTERSORB SP3阻止或者減少在熱交換過程中結構。 |
“ Technologies”包括Nucleation Assisted Crystallization ”(NAC) 核輔助結晶技術，SP3是在此基礎上設計，安裝，建造，維護，運營和服役的。這是一種綠色環保技術，它無需使用鹽，磁鐵，電力或者模板設備。NAC 是沃奇水處理的標志。
2.1 FILTERSORB SP3概述
2.1.1 定義
（S）CALE水垢（P）PREVENTION預防 （3）Ca(HCO3)2SOLUBLE可溶性
轉變暫時性硬水成為:
碳酸鈣 + 純水 + 二氧化碳
CaCO3 + H2O + CO2
SP3是一種不需要再生和任何化學藥劑就可以改變防垢效率的材料。它參與反應并且把硬度轉變為無效的和無害的晶體。
2.1.2 Nucleation Assisted Crystallization ”(NAC) 核輔助結晶技術
NAC（核輔助結晶）是不同于其他的水結晶的結晶工藝。是一種固態和水或者氣/溶液反應。
反應發生在SP3涂了鈣和陶瓷球的玻璃狀表面上。反應物被吸附在催化劑SP3碎玻璃狀表面的“活性位點”上。這些反應物通過物理吸附，非常“微弱”的附著在SP3表面。當反應物的濃度升高到彼此非常接近時，就會削弱反應物內部原始的分子鍵，伴隨著“卓有成效”的碰撞的巨大成功離子在瞬間被分開。
碳酸氫根離子以HCO3表示
Ca(HCO3)2 CaCO3+ H2O + CO2
不溶的碳酸鈣，純水和CO2氣體，并且在SP3表面與碳酸根CO32-離子作為集體，獲得兩個質子形成
H2O + CO2+ Ca2+
這些物質可以從SP3表面分離下來，在這個公式中CO2作為超飽和CO2與Ca開始核結晶過程，并終形成晶體。
2.1.3 FILTERSORB SP3功能
附著于催化劑SP3玻璃狀表面的反應物Ca(HCO3)2化學吸附/物理吸附）必須足夠強大以能夠盡快的分離反應物離子，但是又足夠處理所有的離子，并且這些產物可以從SP3表面“脫離”，它被稱之為脫附過程。
Nucleation 成核現象 Adsorption 吸附
Assisted 輔助 Desorption 脫附
Crystallization 結晶 in one process 在同一過程中
在SP3 Nucleation Assisted Crystallization ”(NAC)過程中會使用價格昂貴的陶瓷微球。催化劑表面的玻璃狀涂層是非常特殊的，但是它卻保證了可以提供大的表面積，因此它擁有高的反應效率。這也就意味著SP3催化劑必須具備物理支持，可以通過分布著耐高溫的陶瓷微球的玻璃狀表面來實現。工業上所有其他的有用材料都需擴展，并且在催化劑表面的活性位點都非常少。這大大降低了反應效率。
舉例：板輔助結晶材料（TAC）擴展到原來尺寸的兩倍才會釋放活性位點去反應。
2.1.4 FILTERSORB SP3中毒
活性位點：因為在離子水平，Ca2+結晶方面可能會有微小的瑕疵，因此并不是介質的所有表面都是有效的。對于任何的催化劑表面，他們都期望有一個裂面，因為他們比那些粗糙擴展的有更高的效率。
關鍵：在任何情況下都要盡量避免SP3催化劑中毒。
Ø 高銅和高含量的鐵可能會造成這些影響，因為它們會附著在SP3表面的活性位點上。它大大降低了SP3的效率，特別是在高效的SP3催化劑位點上的Ca(HCO3)2雜質更強，將會和反應物離子產生巨大的競爭。
Ø 硫化氫類會毒害SP3介質，所以要防止水里面含硫。
Ø 商業系統建議3年更換一次。
2.2 設計基礎
2.2.1 基于科學事實
首先科學是基于如下對于世界的描述：
通過可以測量的事實，【數據】，以及可以試驗的構想去說明硬水是如何工作的。
事實 | 硬水 |
【數據】 | 碳酸鈣 CaCO3 |
并且設定鈣和鎂的化合物都用M表示 = 金屬鈣和鎂都位于第二列（元素周期表），有相識的性質”
可以試驗說明
O | 氧化物 | CaO=氧化鈣 MgO=氧化鎂 |
OH | 氫氧化物 | Ca(OH)2=氫氧化鈣 Mg(OH)2=* |
HCO3- | 碳酸氫根 | Ca(HCO3)2=碳酸氫鈣 Mg(HCO3)2=碳酸氫鎂 |
CO3 | 碳酸根 | CaCO3=碳酸鈣 MgCO3=碳酸鎂 |
H2O是一種中性的氧化物，因為它的PH是7,理論上，氧/水合質子離濃度與氫氧根離子濃度相當
2H2O ↔ (H3O+) + (OH-) 這是一個科學存在的事實
對于一個非常光滑的表面吸附強度是非常重要的，并且SP3擁有一個玻璃狀的表面。
水 ↔ 氧離子/水合質 + 子氫氧根離子
在這個反應中，水實際上是同時作為酸和堿存在的，一個水分子酸提 供一個質子給另一個水分子，使得該水分子變成一個氧鎓離子（水合質子）， 同時另一個水分子（堿）同時獲得一個質子！
因此，水是一種兩性氧化物： 它既是反應中質子的提供者，同時也是質子的接受者。
現在，碳酸氫根離子HCO3-可以作為一種碳酸根離子同時既是酸又是堿或者說既是堿又是酸，這種現象稱之為兩性。
HCO3-作為一種堿，接受來自酸的一個質子。
HCO3- + OH- H2O + CO2
HCO3-作為一種酸釋放一個質子給氫氧根離子堿基。
2.2.2 科學公理
1．水的化學行為，在自然規律作用下
（H+）氫離子 + （OH-）氫氧根離子 = 水（H2O）
2．每一個水垢發生的背后都有一個原因和影響的關系
l 可能有人會問，這些水垢來自哪里？
l 引起水垢的根本原因是什么？
原因
水 + 二氧化碳 + 鈣 + 鎂 + 氧化劑+ 氫氧根 +碳酸氫根，造成的水的硬度被稱作為暫時硬度。H2O + CO2+ Ca + Mg + O + OH + HCO3飽和后形成Ca(HCO3)2
暫時硬度的存在是一個科學事實。
2.2.3 試驗證明
SP3處理提供了一種可以試驗的說明，這種說明可以被測試驗證
鈣鎂化合物的溶解性以及他們的反應
溶劑： | 測試中溶解物質的液體。 |
溶質： | 測試中溶解在溶液瓶中的物質。 |
溶液： | 溶質溶解在測試水溶劑中的結果。 |
| 溶質 + 溶劑 = 澄清溶液 |
溶解度： | 測試粉（溶質）溶解的程度 上限 |
可溶性： | 材料或者測試粉將溶解在水中 |
不溶性： | 不溶解，不會溶解在SP3水中，例如硫酸鈣CaSO4和*MgSO4 |
注解：CO2(aq.)溶液有時候被稱作為碳酸H2CO3，但是這并不是真的存在的！
CO2(aq.) + H2O ↔ H+(aq.) + HCO3-(aq.)
飽和： | 意思是說物質在飽和溶液中的溶解達到上限，不能再溶解 v 硫酸鈣飽和水溶液將不會再溶解測試粉 v 鈣和鎂的氧化物或者氫氧化物溶解在H2CO3水溶液中直至得到飽和Ca(HCO3)2 |
這些是導致水垢和堿性溶液的主要原因
碳酸鈣和碳酸鎂都不溶于水，但是他們實際上溶于酸。
水的PH不變，并且水的堿度也不變。
2.3 使用方法
2.3.1 FILTERSORB SP3工作機制
注意要點：
l SP3濾料作為防垢介質的目標只是暫時水硬度（僅僅是碳酸氫鹽而已?。@是結垢的主要原因。
l SP3不會對*硬度起作用（如：硫酸鹽，氯化物，硅酸鹽，磷酸鹽等）
l SP 3可以替代離子交換樹脂，但其本身不是離子交換樹脂。
l SP3不交換給水的任何離子。
l 預防結垢的基本原則：SP3的功能是通過將造成水的暫時硬度的鈣和鎂的碳酸氫鹽轉換為亞微米的晶體（碳酸鈣和碳酸鎂），防止形成任何水垢，從而以中和碳酸氫鹽水的硬度。
與離子交換樹脂的功能對比：
| FILTERSORB SP3 | 離子交換樹脂 | ||
主要成分 | 改性陶瓷珠 | 樹脂 | ||
功能 | 輔助成核結晶 | 鈉離子交換 | ||
基本反應 |
|
| ||
再生 | 無需再生 | 應用一段時間后必須再生 | ||
鈣和鎂的碳酸氫鹽發生了什么變化？ | 鈣和鎂的碳酸氫鹽被轉換為鈣和鎂的碳酸鹽亞微米晶體，懸浮在水中 | 離子交換樹脂用鈉取代了鈣和鎂。因此鈣和鎂從水中去除，取而代之的是*。 |
注意：
1. 軟化水：通過用鈉置換水中的鈣和鎂，從而使得*溶解于處理后的水中。
2. 是否FILTERSORB SP3“軟化”了硬水？
沒有。它不會軟化硬水。它限制水的硬度以使其不形成水垢。
3. TDS（溶解總固體）是否發生了改變？
沒有。因為在SP3處理前后，鈣和鎂的濃度仍然相同，因此TDS沒有改變。
2.3.2 確定SP3使用量
1. 確定FILTERSORB SP3 的體積（L）
要求輸入參數：
A. 水的硬度（以mg/L或者ppm計）
B. 流量
對于他們的單位選擇以及正確的取值是非常重要的。（詳見具體計算）
SP3量的計算近似于直線函數，3L SP3可以處理1m³/h的流量，可以處理高達417.95ppm（mg/L）的臨時硬度。417.95ppm的值來自于標準25°dH（德國水的硬度單位）。
2. 對于給定SP3的量，來確定流量
相反的，對于處理所用的量的SP3介質也可以確定處理流量
要求輸入參數：
A.水的硬度（以mg/L或者ppm計）
B. FILTERSORB SP3 的體積
2.3.3 設置壓力容器或者測試柱
壓力容器（或測試柱）的體積應該下限是SP3介質體積的5-7倍，去制做SP3的浮動床，這樣SP3介質可以在流量的沖擊下自由移動。
流動方向： FILTERSORB SP3 必須是逆流設置。
2.3.4 測試程序和性能測定
l 如果它是地下水或地表水，則需要預處理系統；
l 根據每次測定，必須保持流量穩定；
l 系統必須是逆流工作；
l 必須保持進水40℃上限；
測試時間: 強烈建議運行這個測試兩天，每天間隔幾小時。
原因: SP3介質球有玻璃一樣的涂層。這個球在吸附一定量的水后會膨脹，表面的玻璃涂層會產生裂紋。這些裂紋增加了性能，因為他們充當成核位點的快速結晶過程。因此，建議運行這些水兩天，以使這些材料可以充分的發揮出佳性能。
2.3.4 FILTERSORB SP3處理水測試
由于FILTERSORB SP3的工作機制與傳統的離子交換樹脂有很大不同，人們卻總是想用相同的測試來確定水的硬度含量。
這里有一個關鍵點要注意（很多人把他們SP3處理后的水進行常規測試，因此無法看到任何硬度的變化）
1. 傳統的離子交換
對于常規的離子交換樹脂，硬度改變是Ca(HCO3)2 + IER = 2NaHCO3
硬度測試方法對傳統的離子交換處理水進行性能測試時，它測試的是硬水中陽離子鈣鎂的含量。他給與否定，因為鈣鎂離子被鈉離子取代了。
2. FILTERSORB SP3
現在要考慮SP3的工作機制，這個工作機制是：Ca(HCO3)2 + SP3 = CaCO3 + H2O + CO2
CaCO3是不形成水垢的亞微米形式。很明顯，鈣和鎂仍然在處理后的水中，保持和處理前相同的量（TDS不發生變化，沒有離子交換）。因此，那些為離子交換樹脂設計的硬度測試對于SP3將給出否定的結果。
然而，這里有一些簡單的現象，可以通過視覺來直觀的判斷出SP3的性能。
A. 視覺判斷
CO2： 如公式中所展示的，水的硬度的架構被打開，轉換為亞微米晶體，純水和二氧化碳：Ca(HCO3)2 + SP3 = CaCO3 + H2O + CO2，當硬水流經SP3時，處理后的水中有大量的二氧化碳氣泡冒出（可以通過肉眼觀察到）。
B. 肥皂水測試
一個簡單的肥皂水測試，可以用來觀察SP3性能，并且可以和軟水做對比。肥皂很難在硬水中形成泡沫，這是一種傳統的對軟化水檢測的基本方式。現在可以用相同的方式對SP3處理水進行測試。
C. FILTERSORB SP3形成碳酸鈣晶體
l 所形成的亞微米晶體顆粒仍然懸浮在處理后的水中，但不會在疏水管道中形成水垢等，因為晶體是電中性的，在其表面不會形成任何強烈的化學鍵結合。
l 亞微米碳酸鈣CaCO3晶體是非常穩定的，可以作為人體必需的礦物質被直接消耗掉，并且他們對環境是有益的。
l 所形成的的晶體對于溫度的變化也是非常穩定的，直到溫度達到360℃之前都會以穩定的碳酸鈣晶體形式存在，超過360℃之后才會分解為方解石形式。
l 亞微米碳酸鈣CaCO3晶體用肉眼看不到。
l 該晶體可以被過濾器表面過濾掉，在其表面可以觀察到類似的針狀晶體（文石類型）成增長模式（在我們的實驗室中，按照在SP3后面的20um的過濾器上可以觀察到）。這類似于生物礦化過程，如同珊瑚礁的形成。
l 亞微米碳酸鈣CaCO3晶體溶于酸。
D. 其他自制的測試
其他自己設計的可以觀測到其形象的測試。
2.3.5 FILTERSORB SP3應用技術參數
FILTERSORB SP3特性 | 操作參數與水中雜質 | ||
外觀 | 白色顆粒 | 工作溫度 | 3-90℃ |
組成 | 改性陶瓷聚合物 | PH | 6.5 - 9.5 |
密度（g/L） | 0.80 | 硬度上限 | 1400 ppm |
粒度（mm） | 0.55 - 0.75 | 鹽度上限 | 35000ppm |
體積變化 | 大60% | 鐵含量上限 | 0.5ppm* |
含水量 | 10 - 25% | 錳含量上限 | 0.05ppm |
| 游離氯上限 | 3ppm | |
銅含量上限 | 1.3ppm | ||
油脂 | 無要求 | ||
硫化氫 | 無要求 | ||
磷酸鹽 | 無要求 | ||
* FILTERSORB SP3也可以高效率的從水中去除鐵。請與我們溝通。
注意：請不要在含有不安全的微生物，或者不明水質水中使用，或者未充分消毒后使用。系統必須按照制造商的說明進行安裝維護。按照條件，需要對泥沙，鐵，硫化氫，錳和銅等進行預處理。在一些用銅管道安裝的新系統，請在用水6周后使用。
特別提示: FILTERSORB SP3對鐵，銅，錳，鉛，鋅等有很好的吸附能力，因此，在含有高含量的這類污染物的水中，FILTERSORB SP3球可能改變顏色，或者縮短使用壽命。研究表明，介質球發生顏色變化也可能是聚乙烯的罐子導致的。其他的任何變化，請與我們溝通，以便于分析處理。
2.4 SP3與離子交換的對比分析
綜合對比FILTERSORB SP3與離子交換樹脂，有如下結論：單
| FILTERSORB SP3 | 離子交換樹脂 | ||
主要成分 | 改性陶瓷珠 | 樹脂 | ||
功能 | 輔助成核結晶 | 鈉離子交換 | ||
基本反應 |
|
| ||
再生 | 無需再生 | 應用一段時間后必須再生 | ||
使用量 | 300-350BV/H（使用量極?。?/span> | 10-30BV/H | ||
運行成本 | 無 | 消耗NaCl再生 | ||
設備腐蝕 | *設備 | *可能腐蝕設備 | ||
設備體積 | 小 | 大 | ||
廢水量 | 無廢水產生 | 再生與沖洗過程中產生廢水 | ||
鈉鹽 | 不增加鍋爐水中鈉鹽 | 增加鍋爐水中鈉含量 | ||
鈣和鎂的碳酸氫鹽發生了什么變化？ | 鈣和鎂的碳酸氫鹽被轉換為鈣和鎂的碳酸鹽亞微米晶體，懸浮在水中 | 離子交換樹脂用鈉取代了鈣和鎂。因此鈣和鎂從水中去除，取而代之的是*。 |
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