水處理技術介紹

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1、水處理技術介紹 由于水在自然條件下含有各種的雜質(zhì)，特別是工業(yè)廢水的排放、天然水體的惡化等使水中雜質(zhì)非常復雜，因而需要對水中的各種雜質(zhì)進行去除以達到用水要求，水的凈化就是采用合理的工藝對原水中的各種雜質(zhì)進行不同程度處理，同時科學發(fā)展水處理技術不斷發(fā)展，為水的凈化提供了更多的選擇。本章主要介紹目前常用的水處理技術。 水凈化過程一般分為預處理、除鹽處理、后處理三個步驟： 1.1 水的預處理 預處理的目的是使原水經(jīng)過初步的處理，主要是去除水中各種懸浮物、膠體，以及達到后續(xù)水處理設備的進水要求。例如采用反滲透的除鹽工藝預處理應做到如下要求： 1.防

2、止膜表面上污染，即防止懸浮雜質(zhì)、微生物、膠體物質(zhì)等附著在膜表面上或污堵膜元件水流通道。 2.防止膜表面上結(jié)垢。反滲透裝置運行中，由于水的濃縮，有正經(jīng)難溶液鹽如CaCO3 CaSO4 BaSO4 SrO4 CaF2等沉積在膜表面上，因此要防止這些難溶鹽生成 3.確保膜免受機械和化學損傷，以使膜有良好的性能和足夠長的使用壽命。 目前常用的預處理工藝主要有：混凝沉淀、多介質(zhì)過濾、活性過濾、離子交換軟化或加藥阻垢、溫度與PH值的調(diào)節(jié)、保安過濾。 特殊的預處理工藝還需降低水中金屬離子的含量（如鐵、錳、銅等）、微生物殺菌、二氧化硅的去除等。下面主要介紹本水處理系統(tǒng)相關的預處理技術。 1.1.1

3、 多介質(zhì)過濾多介質(zhì)過濾器是必不可少的預處理設備，其作用是濾除原水中細小顆粒、懸浮物、膠本等雜質(zhì)。目前在國內(nèi)常用的過濾設備是讓水經(jīng)過一定大小、形狀的顆粒，水中的懸浮物、膠體等雜質(zhì)被這些顆粒物質(zhì)截留下來，再通過反洗將顆粒上的雜質(zhì)沖洗帶出過濾器以恢復工作能力。 1.1.1.1 過濾設備的工作過程1) 過濾 在多介質(zhì)過濾器里，不同粒徑，不同材料的濾料（通常是石英砂、錳砂等）由上到下、由小而大依次排列。當水從上流經(jīng)濾料時，水中部分的固體懸浮物進入上層濾料形成的微小孔眼，受到吸附和機械阻留作 2) 用被濾料的表層所截留。同時，這些被截留的懸浮物之間又發(fā)生重疊和架橋等作用，就好象在濾層的表面形成

4、一層薄膜，繼續(xù)過濾著水中的懸浮物質(zhì)，這就是所謂濾料表面層的薄膜過濾。這種過濾作用不僅濾層表面有，而當水進入中間濾層也有這種截留作用，為區(qū)別于表面層的過濾，稱為滲透過濾作用。此外，由于濾料彼此之間緊密地排列，水中的懸浮物顆粒流經(jīng)濾料層中那些彎彎曲曲的孔道時，就有著更多的機會及時間與濾料表面相互碰撞和接觸，于是，水中的懸浮物就在濾料表面粘附，即接觸過濾 。將水中細小顆粒雜質(zhì)截留下來，從而使水落石出得到進一步的澄清和凈化，把水的濁度降低。過濾還可使水中的有機物質(zhì)、細菌、病毒等隨著濁度的降低而被大量去除，并為濾后的消毒創(chuàng)造了良好的條件。 2)反洗 在過濾器的運行過程中,濾料表面會粘附越來越多的雜

5、質(zhì),甚至造成濾料結(jié)成泥球,過濾器須定期反沖洗，恢復過濾器之功能。反沖洗對過濾運行至關重要，如果反沖洗強度較弱或者沖洗時間不夠，濾層中的污泥得不到及時清除，當污泥集累較多時，濾料和污泥粘結(jié)在一起變成泥球，過濾過程嚴重惡化；如果反洗強度過大或歷時太長，則細小濾料流失，甚至底部卵石錯動而引起漏濾料現(xiàn)象，而且耗水量大。較理想的反沖洗操作應該有效、經(jīng)濟且不會產(chǎn)生故障。反沖洗的周期隨入水濁度的增加而縮短，要在運行中根據(jù)實踐經(jīng)驗制定。反沖洗流速一般要高于運行流速，該值需要通過觀察反沖效果調(diào)速。多介質(zhì)過濾器運行較長時間時，會有部分濾料被反沖水沖洗掉，因此需定期（一般1年）檢查，必要時補充或更換濾料。 1.1

6、.1.2濾床特性過濾設備在堆積的濾料層稱為濾層或濾床，裝填粒狀濾料的鋼制設備稱為過濾器，濾層由濾料構(gòu)成。濾料有粒狀、粉狀、纖維狀多種，常用粒狀濾料有石英砂、無煙煤、活性炭、磁鐵礦、柘榴石、陶瓷、塑料球等。 過濾設備主要是通過濾料來截留水中的雜質(zhì)，因而濾料的性能對過濾效果起決定性作用，濾料的主要性能與過濾效果的關系： 1)濾料粒度 濾料的粒徑太大，細小懸浮物容易穿透濾層，出水水質(zhì)差；粒徑太小，雜質(zhì)的穿透能力差，濾層中的污泥局部集中，濾層堵塞快，水流阻力大，過濾能耗高，過濾周期短，所以濾料的粒徑必須合適，過大過小均不好。同時濾料的不均勻性對設備的清洗也有影響，因為濾料顆粒差別太大會使反沖洗操

7、作發(fā)生困難，如為使沖洗流速達到粗大顆粒松動時，細小濾料可能被水流帶出過濾設備而流失。反之，若保證細濾料不流失，必須降低沖洗流速，這時粗大濾料又流化不起來，沖洗效果差。 2)濾層厚度 濾層的厚度過低，水中雜質(zhì)容易穿透濾層，反沖洗周期短，操作復雜，如果濾層厚度過高，會造成過濾設備體積龐大投資高，同時反沖洗比較困難，所濾層的高度也不是越高越好。 3)濾層的孔隙率 濾層的孔隙是水流通道，又是貯泥空間，過大的孔隙率，懸浮雜質(zhì)易穿透；過小的孔隙率，則貯泥空間小，過濾周期短，水流阻力大。 4)濾料的排列方式 濾層根據(jù)濾料裝填種類的數(shù)量分為單過濾器、雙層過濾器、多介質(zhì)過濾器，單層濾料過濾器在水流反

8、沖洗水力分級以后，粒徑小的濾料在上層，越往下層粒徑過大。因此由上而下濾層的截污能力逐漸減弱，水流自上而下地在濾層孔隙間行進過程中，雜質(zhì)首先接觸到的是截污能力最弱的細濾料，由于下層濾料比上層要粗，其截留能力不及上層，會造成污泥絕大部分堆積在上層，導致局部阻力增長過快，所以其出水水質(zhì)差，過濾周期短。雙層濾料過濾器或多介質(zhì)過濾器中的濾料層是密度小顆粒大的在上，密度大顆料小的在下，這種濾床水力反沖洗分層后，密度大的細濾料在底層，密度小的粗料在上層，濾料沿程從粗到細，截能力沿程漸增，因而實現(xiàn)了整層濾料截污能力與殘留雜質(zhì)除去難度的最佳匹配。這種濾床性能優(yōu)越，截污容量大，過濾周期長，出水水質(zhì)好，水頭損失增長

9、速度慢，但在實際應用中濾料的層數(shù)不是越多越好，層數(shù)太多一是設備投資大二是增加反洗的難度，因而需要經(jīng)濟與技術的合理拾配。 1.1.2活性炭吸附活性炭過濾器的作用是去除水中的游離氯和有機物。游離氯可以氧化反滲透膜，對反滲透造成不可恢復的破壞，而有機物不僅是微生物的餌料，而且當其濃縮到一定程度后，可以溶解有機膜材料，使膜性能劣化。 由于活性具有發(fā)達的細孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，對水中的溶解性的各種有機物有很強的吸附能力，對色度、異味、表面活性劑、合成洗滌劑有良好的除去效果，在去除游離氯時除發(fā)生物理吸附還發(fā)生化學吸附反應。 活性炭過濾器，是把活性炭作一種濾料，讓水以過濾的方式通過活性炭吸附層，水中

10、的雜質(zhì)從液相轉(zhuǎn)移到固相活性炭的表面上。 活性炭過濾器工作過程與多介質(zhì)過濾器類似，主要技術條件如下： 1.活懷炭過濾器的水流速度 5-15m/h 2.活性炭過濾器的層高 1000-2000mm，一般不低于1000mm 3.活性炭濾料 主要采用木質(zhì)炭，粒徑一般為2-3 mm 4.反洗方式，反洗流速20-30 m/h，反洗時間4-10min，3-6天反洗一次，濾層膨脹率為30-50% 5.活性炭使用壽命一般為2-3年，飽和炭需再生或更換。 6.常用果殼活性濾料的比密度為0.4 1.1.3 加藥阻垢技術反滲透的工作過程是原水在膜的一側(cè)從一端流向另一端，水分子透過膜表面，從原水側(cè)到達

11、另一側(cè)，而無機鹽離子就留在原來的一側(cè)。隨著原水的流程逐漸增長，水分子不斷從原水中取走，留在原水中的含鹽量逐步增大，即原水逐步得到濃縮，而最終成為濃水，從裝置中排出。濃水受濃縮后各種離子濃度將成培增加。自然水源中Ca2＋ 、Mg2＋ 、Ba2＋ 、Sr 2＋　、SiO2 、SO42-、ＨＣO3-等傾向于產(chǎn)生結(jié)垢的離子深度積一般都小于其平衡常數(shù)，所以不會有結(jié)垢出現(xiàn)，但經(jīng)濃縮后，各種離子的濃度積都有可能大大超過平衡常數(shù)，因此會產(chǎn)生嚴重的結(jié)垢。 采用加藥阻垢的方法是目前常用的防止反滲透膜污染的一種方法，其設備簡單，操作容易，因而一般反滲透預處理都采用加藥阻垢的方法。這種方法是通過延緩鹽晶體成長

12、來推遲沉淀過程，促使晶體不會形成一定大小和大小和足夠的濃度而沉降下來。大多數(shù)阻垢劑還有一定的分散作用，防止顆粒聚集成足以沉積下來的大顆粒，也就是說反滲透濃水中難溶鹽或來不及沉積在膜表面上，已隨濃水排出反滲透設備之外。 1.1.3.1阻垢劑的選擇1)常用阻垢劑 許多常用的含有（-COOH）或（PO4）基團分子組成，低分子重量的聚丙烯酸酯分子含有多個（-COOH）基團，它們能極好阻止碳酸鹽垢的形成，但作為分散劑作用上有定局限。 2)六偏磷酸鈉（SHMP） 它是低成本的阻垢劑，缺點是不穩(wěn)定，混合溶解困難，如果它每三天不再混合一次，則六偏磷酸鹽會水解成磷酸鹽，在PH中性或堿性狀態(tài)下，會與鈣

13、離子形成磷酸鈣沉淀，該傳統(tǒng)阻垢劑已日益被其它阻垢劑代替。 3)有機磷酸鹽 它是在SHMP基礎上改進，它更穩(wěn)定，類似SHMP具用穩(wěn)定和分散作用。但又與SHMP不同，其官能基團相互吸引。 4)高分子量的聚丙烯酸酯 它是最好的分散劑，不過，其阻垢性能方面不如低分子重量的聚丙烯酸酯。 5)混合阻垢劑 比單一化學阻垢劑具有的優(yōu)點是：使用單一化學阻垢劑，如果加入量太大，就可能導致阻垢劑與水中多價陽離子形成結(jié)垢析出；而對混合阻垢劑，一種阻垢劑會阻止另一種阻垢劑的沉積，同時每種阻垢劑的單獨成分濃度也小一些。 1.1.3.2 阻垢劑加藥量阻垢劑的加藥量與原水水質(zhì)、阻垢劑的類型、水的PH值

14、、溫度等有關，因而很難準確計算阻垢劑的加藥量，一般原水中投加的阻垢劑量為3-5mg/l,當加藥量過大,有的阻垢會在反滲透膜中濃縮后結(jié)垢污染反滲透膜,如果藥量過小則,難以防止難溶鹽在反滲透膜表面結(jié)垢。實際應用中一般根據(jù)產(chǎn)家的阻垢劑使用說明向原水加適量的阻垢劑。 1.2 除鹽處理除鹽處理是水處理系統(tǒng)的主要部分，主要去除水中的各種無機鹽離子。目前除鹽技術主要有三種，傳統(tǒng)的離子交換技術、反滲透技術和EDI技術。除鹽處理根據(jù)用水要求的不同，有時需要使用二級除鹽處理，即先使用一級除鹽設備脫除水中大部分的無機鹽離子，再通過使用二級除鹽處理對原水進行進一步脫鹽處理。 　 反滲透技術簡介

15、 滲透及滲透壓 滲透現(xiàn)象在自然界是常見的，比如將一根黃瓜放入鹽水中，黃瓜就會因失水而變小。黃瓜中的水分子進入鹽水溶液的過程就是滲透過程。如圖1所示,如果用一個只有水分子才能透過的薄膜將一個水池隔斷成兩部分,在隔膜兩邊分別注入純水和鹽水到同一高度。過一段時間就可以發(fā)現(xiàn)純水液面降低了，而鹽水的液面升高了。我們把水分子透過這個隔膜遷移到鹽水中的現(xiàn)象叫做滲透現(xiàn)象。鹽水液面升高不是無止境的，到了一定高度就會達到一個平衡點。這時隔膜兩端液面差所代表的壓力被稱為滲透壓。滲透壓的大小與鹽水的濃度直接相關。 反滲透現(xiàn)象和反滲透凈水技術

16、在以上裝置達到平衡后,如果在鹽水端液面上施加一定壓力，此時，水分子就會由鹽水端向純水端遷移。液劑分子在壓力作用下由稀溶液向濃溶液遷移的過程這一現(xiàn)象被稱為反滲透現(xiàn)象。 如果將鹽水加入以上設施的一端，并在該端施加超過該鹽水滲透壓的壓力，我們就可以在另一端得到純水。這就是反滲透凈水的原理。 反滲透設施生產(chǎn)純水的關鍵有兩個，一是一個有選擇性的膜，我們稱之為半透膜，二是一定的壓力。 簡單地說，反滲透半透膜上有眾多的孔，這些孔的大小與水分子的大小相當，由于細菌、病毒、大部分有機污染物和水合離子均比水分子大得多，因此不能透過反滲透半透膜而與透過反滲透膜的水相分離。 在水中眾多種雜質(zhì)

17、中,溶解性鹽類是最難清除的.因此,經(jīng)常根據(jù)除鹽率的高低來確定反滲透的凈水效果.反滲透除鹽率的高低主要決定于反滲透半透膜的選擇性。目前，較高選擇性的反滲透膜元件除鹽率可以高達99.7%。 反滲透與離子交換的比較 反滲透優(yōu)點: * 連續(xù)運行，產(chǎn)品水水質(zhì)穩(wěn)定 * 無須用酸堿再生 * 不會因再生而停機 * 節(jié)省了反沖和清洗用水 * 以高產(chǎn)率產(chǎn)生超純水（產(chǎn)率可以高達95%） * 無再生污水，不須污水處理設施 * 無須酸堿儲備和酸堿稀釋運送設施 * 減小車間建筑面積 * 使用安全可靠，避免工人接觸酸堿 * 減低運行及維修成本 * 安裝簡單、安裝費用低廉 反滲透的弱點及解決方法: 反滲透設備的系統(tǒng)除鹽率一般為98-99%.這樣的除鹽率在大部分情況下是可以滿足要求的.在電子工業(yè)、超高壓鍋爐補給水、個別的制藥行業(yè)對純水的要求可能更高。此時單級反滲透設備就不能滿足要求。以下方法則可以對反滲透水進行進一步純化以達到要求： 雙級反滲透 將單級反滲透純水再進行一次反滲透處理以提高純水的純度。 反滲透與EDI結(jié)合可以用較小的廠房，較低的運行費用產(chǎn)生超純水。 反滲透與離子交換結(jié)合可以減小的廠房使用面積并降低低的運行費用。