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2.2.5：脱气工艺（除碳塔和脱气膜）。
2.2.5：脱气工艺（除碳塔和脱气膜）。
在纯水制备过程中，溶解二氧化碳和溶解氧会对末端出水和系统的稳定运行产生一定的影响。 其中，二氧化碳主要影响采出水的电导率，通过碳酸盐平衡产生不溶性盐结构问题，而溶解氧则更多是由于半导体超纯水行业对溶解氧的严格要求。
溶解二氧化碳对纯水系统的影响：
二氧化碳在水中主要以三种形式存在：CO2、HCO3（-）CO3（2-），其动态平衡如下。
co2+h20⇆hco3(-)h(+)
hco3(-)co3(2-)+h(+)
在这个平衡系统中，随着pH值的变化，不同的离子占主导地位。
1）当pH值为4时，水中所有的CO3（2-）和HCO3（-）都会转化为CO2，并以气体的形式逸出。
2） 当 4 pH 8在35时，随着pH值的增加，平衡向公式右侧移动，CO2浓度降低，HCO3-浓度增加，当pH=8时3-8.4、98%以上的碳酸化合物以HCO3-形式存在。
3） 当 8在pH值为12时，随着pH值的不断升高，平衡向式右侧移动，CO2逐渐消失，HCO3（-）浓度降低，CO3（2-）浓度增加。
4）在pH值为12时，水中的碳酸化合物几乎完全以CO3（2-）的形式存在。
注：碳酸盐的平衡体系不仅影响纯水制备过程中的电导率和脱盐率，而且由于碳酸盐的结垢问题，对整个体系的极限率影响很大，后面会补充。
可以参考上一篇文章：水处理基础知识**RO装置的限率。
当原水中不含碳酸盐和碳酸氢根离子时，溶解的二氧化碳主要存在于空气中二氧化碳的上述平衡状态，溶解二氧化碳的浓度约为045mg/l(ppm)。计算过程如下，在室温（25）下，在一个大气压下，当二氧化碳形成饱和碳酸溶液时，ka=43*10（-7），二氧化碳的溶解度为0145mg，对应浓度为0033mol/l。根据亨利定律，气体在水中的溶解度与该气体在溶液表面的分压成正比。 CO2 占 0031%，所以对应的溶解二氧化碳浓度为0033*0.031%*44=0.45ppm。
注：溶解度定义，每100ml溶液中溶质的质量，尺寸为mg。
这个公式太麻烦了。
碳酸盐的平衡体系在纯水的制备中极其复杂和重要，当水质要求较高时，其效果更加显著，这种平衡将在后面多次提及。 我尽量使每个介绍的上下文易于理解，并防止过度重复。
溶解氧对纯水系统的影响：
与二氧化碳的复杂动态平衡相比，氧气的化学性质更稳定，纯水制备的一般工艺对其影响不大。 然而，随着半导体工业的快速发展，特别是超大型集成电路的发展，溶解氧会引起二氧化硅薄膜的生长、互连线的腐蚀，甚至微生物的生长。
倒数第二项是溶解氧指数。
脱气工艺：鉴于以上情况，随着纯水制备的不断发展，相应的脱气工艺也在不断发展，从最常见的热脱气、鼓风脱气、真空脱气到目前膜脱气的快速发展。 其中，热脱气主要用于电力等大型行业锅炉循环水的脱氧，鼓风脱气是传统两床三塔工艺中的脱碳塔，真空脱气和膜脱气主要用于反渗透工艺后的脱氧脱碳。
热脱气：通过加热去除给水中溶解的气体（主要是氧气），又称热脱氧，主要用于锅炉和电力系统。 其基本原理是溶解在水中的气体量随温度的升高而减少，同时水蒸气的分压随温度的升高而增加，当水温达到100时，空气的分压降低到零，根据亨利定律，水中溶解气体的量也应减少到零。 根据这一原理，除氧器首先将水分散成水滴或水膜，然后通入蒸汽，将待脱氧的水加热到一定温度，并依靠蒸汽变相降低溶解气体在水面上的分压，使水中的气体得到溶解， 除氧器与残余气体一起排出，达到脱氧的目的。
鼓风脱气（脱气塔、除碳塔）：脱碳器是通过鼓风脱气的方式从水质中除去游离二氧化碳的装置，水从设备上部引入，通过喷淋装置流过填料层表面，空气从下部风口进入，反向通过填料层。 水中的游离二氧化碳迅速溶解到空气中，并从顶部排出。 在水处理过程中，一般设置在阳离子交换器和反渗透设备后面，在正常制备下，经脱碳剂脱气后水中残留的二氧化碳不超过5mg l。
在双层、三塔（双层）工艺中，原水通过阳离子交换器（正床，一般为氢离子或钠离子交换器）后pH值呈酸性，更有利于CO2气体根据碳酸盐的平衡体系逸出，从而更好地达到除碳的效果。 除碳塔给水后，除去部分阴离子（HCO3基），适当降低负床处理压力，获得较好的协同效应和效果。
鼓风脱气在去除二氧化碳的同时，会在一定程度上提高溶解氧的浓度。 随着反渗透法在纯水制备工艺中相对于双层工艺的优势越来越明显，传统的除碳塔工艺越来越少见。
真空脱气：真空脱气机 根据亨利定律，气体在水中的溶解度与水的温度和压力有关。 在一定温度下，它与气体的压力成正比，在一定压力下，水温降低，气体溶解度增加，水温升高，气体溶解度降低。 当水面压力降低时，溶解在水中的气体可以在较低的水温下析出，从而去除水中的气体。 真空脱气机是通过产生真空将水中的游离气体和溶解气体释放出来，然后通过自动排气阀将系统排出，然后将脱气后的水注入系统。 这些低气水是不饱和的，对气体具有高度的吸收性，这些气体将吸收系统中的气体，以实现气水平衡。 真空脱气机每 20 到 30 秒重复一次这样的循环。 该循环从系统中去除大部分气体。
膜脱气（脱气膜）：超纯水设备的膜脱气工艺采用膜分离和真空脱气的分离技术原理，主要用于去除水中的二氧化碳和氧气。 其基本原理是脱气膜中充满了大量的中空纤维，纤维壁上有微小的孔隙，水分子不能通过，但气体分子却能通过。 工作时，水流在一定压力下通过中空纤维内部，在真空泵的作用下，中空纤维外部不断被抽走，形成一定的负压，使水中的气体通过中空纤维不断从水中溢出， 从而达到去除水中气体的目的，脱气膜上装有大量的中空纤维，扩大了气液界面的面积，使脱气速度加快。膜脱气装置的脱气效率可高达9999%，出水二氧化碳和氧气浓度可小于2ppb。
在超纯水生产过程中，脱气膜一般放置在二次RO和EDI之间（必要时在抛光组后端安装二次脱气膜装置），当使用反渗透RO和电去离子（EDI）或连续电海水淡化（CDI）系统时，水中溶解的CO2是水中电导率高的主要原因。 采用脱气膜技术，无需添加任何化学品，不引入任何污染物，即可从水中去除大量CO2，去除率达98%以上。 如果在EDI之前去除CO2，则可以使用电去离子（EDI）来生产更高质量的采出水。