除碳器 耐酸耐腐蚀 运行成本低 循环水 食品可用 兴鑫凯

除碳器是水处理系统中用于去除水中二氧化碳（CO₂）的专用设备，通过物理或化学方法降低水中 CO₂含量，以避免其对后续处理工艺（如离子交换、膜分离）的影响或防止设备结垢。以下从工作原理、结构分类、性能特点、应用场景等方面展开详细说明：

一、工作原理

除碳器的核心原理是利用 CO₂在水中的溶解平衡特性，通过改变环境压力或气相条件，使 CO₂从水中逸出，具体机制如下：

亨利定律应用：

CO₂在水中的溶解度与气相中 CO₂分压成正比（亨利定律）。除碳器通过降低气相 CO₂分压（如鼓入空气或抽真空），促使水中 CO₂向气相转移。

气液接触脱除：

水流经除碳器时被分散成水滴或薄膜，与逆向流动的空气（或其他气体）充分接触，CO₂从水中逸出并被气流带走，反应式可表示为：\(\text{HCO}_3^- + \text{H}^+ \rightleftharpoons \text{CO}_2 \uparrow + \text{H}_2\text{O}\)

二、结构分类与特点1. 按工作压力分类类型结构特点除碳效率典型应用

大气式除碳器	常压运行，顶部设风机鼓入空气，底部填充填料（如聚丙烯多面球、瓷环），水流自上而下喷淋。	80%-95%	普通锅炉补给水、反渗透（RO）预处理、循环水系统。
真空除碳器	密闭容器内维持负压（通常 - 0.06 至 - 0.08 MPa），利用真空抽吸作用加速 CO₂逸出，无需鼓风。	95%-99%	高纯度水制备（如电子工业、核电站），需深度除碳场景。

2. 按填料类型分类

填料塔除碳器：

填充规整填料（如波纹板）或散堆填料（如多面球），增大气液接触面积，提升除碳效率，是常见的结构形式。

膜式除碳器：

采用疏水性中空纤维膜，水在膜内侧流动，外侧抽真空或通入惰性气体，CO₂通过膜孔扩散至气相，适合小流量高精度除碳。

三、性能特点与优势

高效脱碳能力：

大气式除碳器可将水中 CO₂含量从 50-100 mg/L 降至 5-10 mg/L，真空除碳器可进一步降至 1 mg/L 以下。

能耗低、运行成本低：

大气式除碳器主要能耗为风机（功率与处理量正相关），真空除碳器需真空泵，但无需持续鼓风，整体能耗低于化学除碳法。

操作维护简单：

填料更换周期长（通常 2-5 年），无复杂化学反应，仅需定期检查风机、喷淋装置及填料污染情况。

适应性广：

可处理 pH 值≤8.3 的水（pH＞8.3 时 CO₂主要以 HCO₃⁻形式存在，需先调酸促进 CO₂释放）。

四、关键参数与选型要点

处理水量与水质：

根据设计流量选择设备直径（通常流速 5-15 m/h），原水 CO₂含量越高，需增大填料层高度或气水比。

水温与气压：

水温升高可降低 CO₂溶解度（如 20℃时 CO₂溶解度约为 40℃时的 2 倍），因此高温水除碳效率更高；海拔越高，大气压力越低，除碳效率略有提升。

气水比：

大气式除碳器气水比一般为 15-30 m³/m³（空气：水），真空除碳器气水比可降至 5-10 m³/m³。

填料特性：

选择比表面积大、孔隙率高的填料（如聚丙烯多面球比表面积 110-160 m²/m³），同时需考虑耐腐蚀性（水中 CO₂呈弱酸性）。

五、维护与运行管理

日常维护：

填料污染：若水中悬浮物或有机物含量高，填料可能被堵塞，需定期用清水或稀酸冲洗（如 1% 盐酸）。

风机异常：检查风机风量是否稳定，避免因风量不足导致除碳效率下降。

特殊工况处理：

高硬度水：若水中 Ca²⁺、Mg²⁺含量高，除碳后 pH 值上升可能导致碳酸钙结垢，需在除碳器后投加阻垢剂。

含油废水：油类物质易黏附填料，降低气液接触面积，需前置除油处理（如气浮、纤维束过滤）。

六、应用场景

工业锅炉水处理：

去除锅炉补水中的 CO₂，防止其溶于水形成碳酸，腐蚀锅炉管道或产生水垢（如电站、供热系统）。

反渗透（RO）预处理：

RO 膜对 CO₂的脱除率低（约 20%-30%），除碳后可降低水中 HCO₃⁻含量，减少膜表面碳酸盐结垢风险。

循环水系统：

冷却水中的 CO₂逸出会导致 pH 值升高，除碳可配合加药处理，控制循环水的结垢倾向（如化工、冶金行业）。

纯水与超纯水制备：

电子工业、制药行业的高纯度水需深度除碳，常采用 “真空除碳器 + 离子交换” 组合工艺，避免 CO₂影响水质电导率。

污水处理与回用：

生物处理后的废水中 CO₂含量高，除碳可提升后续深度处理（如臭氧氧化、活性炭吸附）的效率。

七、与其他除碳技术的对比技术类型优势局限性典型联用场景

物理除碳器	成本低、无化学污染，适合大规模水处理。	对低浓度 CO₂去除效率有限（＜50 mg/L 时需真空工艺）。	与 RO 联用预处理，降低膜结垢风险。
化学除碳法	（如投加 NaOH）除碳彻底，可处理高 pH 值水。	需消耗化学药剂，增加运行成本和污泥量。	应急处理或小规模高浓度 CO₂废水。
膜法除碳	（如中空纤维膜）占地小、自动化程度高，适合小流量高精度除碳。	膜组件成本高，易受悬浮物污染，需严格预处理。	电子工业超纯水制备的末端除碳。

八、发展趋势与创新

高效节能型除碳器：

开发新型填料（如 3D 打印多孔材料）提升气液传质效率，同时优化风机叶轮设计，降低能耗 30% 以上。

智能化集成系统：

结合在线 CO₂传感器与 PLC 控制，实时调节风量或真空度，实现除碳效率与能耗的智能平衡。

复合功能设备：

将除碳器与过滤、脱气功能集成（如 “除碳 + 脱氧” 一体化设备），减少占地面积，适用于紧凑型水处理车间。