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水处理技术

2018/7/10 15:29:33      点击:

50多年来,我国水污染防治工作虽然经历了五个发展阶段,作了许多工作,在一定程度上控制了水污染发展趋势,但是我国面临的水污染形势十分严峻。我国城市普遍存在这水污染问题,1996年《中国环境公报》指出,在统计的138个城市河段中,133个受到不同的污染。70%以上的城市河段不宜作饮用水源,50%的城市地下水受到污染。长江、黄河、珠江、淮河、松花江、辽河、海河等七大水系的水质不断恶化,水污染程度在加剧,范围在扩大。湖泊水库普遍受氮磷和有机物的污染,个别湖水出现重金属污染。近年来,我国沿海水体富营养化日益严重,赤潮发生的频率逐年增高,范围逐年扩大。据海洋研究所的报告,从1993年至1997年我国已观察到的赤潮中,东海共发生132次,黄渤海共发生72次,南海发生61次。1999年7月,渤海在不到10天内连续发生两次大面积赤潮。我国水污染如此严重,这是长期以来城市排水工程欠帐太多之故,每年有近300亿立方米污水未经处理直接排放,使水环境的污染量大大超过了自净能力所能承受的程度,从而破坏了水的良性循环,导致水资源危机的加剧,进而影响城市的可持续发展。本篇文章来源:软水器 http://www.runxin99.com

水处理(水处理系统,水处理设备或水处理工程),简单的讲就是通过物理的或化学的手段,去除水中一些对生产、生活不需要或者有害的物质的过程。
水是为了适用于特定的用途而对水进行的沉降、过滤、混凝、絮凝,以及缓蚀、阻垢等水质调理的过程。由于社会生产、生活与水密切相关。因此,水处理领域涉及的应用范围十分广泛,构成了一个庞大的产业应用。
  常说的水处理包括:给水处理和排水处理两大类。给水处理一般是以将水处理可以应用为前提,是提供给工业使用或者居民使用为目的的水处理系统或水处理设备。排水处理是指将工业生产或者居民生活产生的工业废水和生活污水处理到能达标排放的污水处理系统或者废水处理系统。



第一章常用计量单位

1、长度单位:

千米(Km)=103米

                米(m)=103毫米

                毫米(mm)=103微米

                微米(μm)=103纳米

                纳米(nm)=10-9米

纳米技术是今天高科技领域的一个热门话题,科学家们研究发现,在纳米级的微细状态下,物质的构成和性能较通常状态有奇异的变化,导致了很多新材料新工艺的诞生。

2、重量单位:

吨(T)=103千克

千克(Kg)=103克

克(g)=103毫克

毫克(mg)=10-3微克

微克(μg)=10-6克

纳克(ng)=10-9克

3、体积单位:

方(m3)=103升

升(L)=103毫升

美制加仑(G)=3.78升

4、重量体积比(溶液浓度):

1 ppm=1mg/L    (百万分之一浓度)

1 ppb=1μg/L    (十亿分之一浓度)

1 ppt=1 ng/L     (万亿分之一浓度)

5、压力单位:

千克力/平方厘米(kg/cm2)=0.1兆帕斯卡(Mpa)

6、电导率

电导率是表示水中溶解离子导电能力的指标。没有离子的理想纯水,不会产生电流。电导 率用电导率仪测量,其单位为微西门子/厘米(μs/cm)。电导率也是测量水中离子浓度的简便方法,但不能精确反映离子种类。离子构成不同,电导值也不同;但电导的数值随离子浓度增加而增加。TDS(溶解固体总量)仪是利用变换因子将电导率值转换为TDS值。在水质分析中,可用不同离子对应的不同转换系数或溶解固体总量(TDS)对应的单一转换系数,估算电导率的数值。可用二氧化碳的ppm浓度的平方根乘以0.6求得其电导率;硅离子对电导率变化不产生影响。RO高纯水最精确的电导率数值是在线测量的。否则,高纯水暴露于空气之中,将改变其二氧化碳含量。导致电导率降低。

7、 电阻值 (MΩ.cm)

电导率(μs/cm)和 电阻值 (MΩ.cm)其数值互为倒数值,为水的纯度的测定方法单位之一。水中含有阴阳离子,离子为导电介质,通过测量水的电导率(电阻值)可以表明水中的所含离子的多少,由此间接反映了水的纯度的高低。通常,我们习惯用电导率反映纯水的纯度,用电阻率反映超纯水的纯度。电导国际单位为西门子(Siemens),代号为S,纯水的电导值很低,常用μS表示。电阻国际单位为欧姆,代号为Ω,超纯水的电阻值很大,常用MΩ表示。

5μs/cm=0.2MΩ.cm

1μs/cm=1MΩ.cm

0.5μs/cm=2MΩ.cm

0.2μs/cm=5MΩ.cm

0.1μs/cm=10MΩ.cm

18.25MΩ.cm=0.055μs/cm

8、TDS值

 指水中溶解性固形物总含量(Total Dissolved Solids缩写),通常用以测量源水的水质,测量工具即是TDS笔,测量原理实际上是通过测量水的电导率从而间接反映出TDS值。水中溶解的可溶性固形物越多,它的TDS值越大,水的电导率也越大,通常TDS值约为电导率测试值的1/2,中国长江流域城市自来水TDS值通常为100~200ppm,黄河流域自来水TDS值通常为300~600ppm。

备注:TDS值与水的含盐量(也称矿化度)是不同的两种概念,TDS值通常大于水的含盐量,因为TDS不仅包括水的溶解盐量,还包括了溶解的有机物质。只有在水很干净有机物含量很低的前提下,才可用TDS值近似表示水的含盐量(或矿化度)。国标生活饮用水的TDS值要求为≤100ppm。

9、浊度

    由于水中含有悬浮及胶体状态的微粒而发生浑浊现象,其浑浊的程序即称为浑浊度(单位为“度”),1升的水中含有1mg的SiO2(二氧化硅)的浑浊程度即为1度,国标生活饮用水的浊度要求为小于5度。

10、PH值

PH值表示水中H+浓度的负对数值,也称为氢离子指数,PH值能够表示出溶液酸性、碱性的变化幅度的数量级的大小。

强酸性水溶液:PH<5.0

弱酸性水溶液:PH=5.0~6.4

中性水溶液: PH=6.5~8.0

弱碱性水溶液:PH=8.1~10

强碱性水溶液:PH>10

11.脱盐率和透盐率

脱盐率――通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质浓度的百分比。

脱盐率=(1-产水含盐量/进水含盐量)×100%

透盐率――进水中可溶性杂质透过膜的百分比.。

透盐率=100%-脱盐率

回收率=(产水量/进水流量)×100%


第二章水中的杂质

H2O=H++OH-

在自然界中,单纯由H2O分子构成的纯水是不存在的,水中通常含有以下各种杂质:

1、颗粒物质:水中不溶性的大于10μm的无机和有机杂质(其中大于40μm的肉眼可见),如自来水中常有的泥沙、金属氧化物或氢氧化物等。

2、离子物质:指溶于水后解离为阴、阳离子的物质,水中阴、阳离子的总和称作水的含盐量。水中铁锰(Fe2+、Mn2+)含量超标(>0.3mg/L),应通过锰砂过滤器或曝气装置去除铁锰离子,否则将会对RO膜形成不可清除的沉积污堵。

3、胶体:按大小,胶体是介于离子和颗粒物之间的物质,其尺寸在0.1μm~0.01μm,通常带有负电荷,易与有机物质结合。

4、有机物:物质可分为有机物和无机物两大类,碳氢类化合物属有机物,非碳氢类化合物为无机物。有机物通常可以燃烧,为构成生命的主要物质。天然有机物主要为水生生物产生的腐殖酸。近年来,工业废液、肥料、杀虫剂等人工合成有机物对水环境有很大污染。溶解于水中的有机物质,主要是多功能团芳香族类的大分子弱性有机酸,易吸附在RO膜滤层而导致RO膜性能的衰退。

5、气体:O2、CO2、NH3、N2等部分气体可溶于水,在水中反应后生成某些酸根离子,影响成品水的水质。超纯水若敞放于空气中,水质即迅速下降。

6、微生物:细菌、病毒、孢子等,其尺寸为微米级。

7、热原:纯水属极低营养环境之水体,但仍有少量细菌——革兰阴性类细菌可以生存,其及诱导菌类进入人体血液,会导致发热,高烧甚至死亡,故称为热原(又称为内毒素)。注射用水和生物细胞类实验用水要求必须去除热源。

注:内毒素(Endotoxin),又名脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS),主要是革兰氏阴性细菌(Gram-Negative Bacterial,GNB)合成的一种毒素,是细菌细胞壁的外部结构由O-特异性侧链、核心多糖、类脂A组成。其中核心多糖分为连接O-特异链的外核部分和连接类脂A的内核部分,内核部分含有庚糖的2-酮基-3-脱氧辛酸(KDO)两种特殊的糖类分子,而KDO和类脂A具有毒性[1]。这些成分性质稳定,耐热、毒性较外毒素弱,对组织器官无选择性[2]。人们已逐渐认识到感染状态所致的全身炎性反应综合征(SIRS)以及进一步恶化发展成为多器官功能障碍综合征(MODS)使严重感染患者走向死亡的主要途径,而该恶性进展的关键启动因子即为内毒素[4]。内毒素可直接和一系列宿主炎性细胞如单核细胞、中性粘细胞、内质细胞相互作用,刺激其释放肿瘤坏死因子(TNF)和白介素1(IL-1)等细胞因子。当机体接受大量的内毒素刺激时,将触发强力的炎症反应,最终导致败血性休克[3]。

8、消毒剂:原水经自来水公司处理后,水中会留有次氯酸钠等消毒剂,余氯为强氧化物质对RO膜有相当的破坏作用,故要以活性炭单元滤除余氯。可以使RO膜产水量加大脱盐率降低。

第三章水的分类

在不同的场合,水有不同的种类区别,其水质亦有明显的差别。

1、地下水与地表水

地下水——有机物和微生物污染较少,而钙镁等离子则溶解较多,硬度较高易结水垢;有时铁/锰/氟离子超标,不能满足生产生活用水需求。

地表水——较地下水有机物和微生物污染较多,如果该地属石灰岩地区,其地表水往往也有较大的硬度,如四川的德阳、绵阳、广元、阿坝等地区。

2、硬水与软水

硬水——水中钙镁等金属离子的总浓度称为硬度,硬水对锅炉等生产用水影响很大,应对其进行软化/脱盐处理。硬度大于200mg/L的通常就称之为硬水。

软水——即硬度较小的水。

3、原水与净水

原水——通常是指水处理设备的进水,如常用的城市自来水(国际称为生活饮用水)/城郊地下水/野外地表水等,常以TDS值(水中溶解性总固体含量)检测其水质,中国城市自来水TDS值通常为100~400ppm。

净水——原水经过水处理设施处理后即称之为净水。

4、纯净水与蒸馏水

纯净水——原水经过反渗透和杀菌装置等成套水处理设施后,除去了原水中绝大部分无机盐离子、微生物和有机物杂质,可以直接生饮的纯水。

蒸馏水——以蒸馏方式制备的纯水,通常不用于饮用。

5、纯水和超纯水

纯 水——以反渗透、蒸馏、离子交换等方法制备的去离子水,其TDS值通常<5PPm,电导率通常<10μs/cm(电阻值>0.1MΩ.cm)。

超纯水——以离子交换、蒸馏、电除盐等方法将纯水进一步提纯去离子即得,其TDS值不可测,电导率通常<0.1μs/cm(电阻值>10MΩ.cm),其离子几乎完全去除。理论上最纯水电阻值为18.25 MΩ.cm。

6、纯化水和注射用水

纯化水——医药行业用纯水称之为纯化水,电导率通常要求<2μs/cm。

注射用水——纯化水经多效蒸馏/超滤法再次提纯去除热原后用以配制注射剂。


第四章水处理的基础知识

(一)、反渗透处理技术

1、 渗透基本原理

当纯水和盐水被理想半透膜隔开,理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过,此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧,这种现象称为渗透,若在膜的盐水侧施加压力,那么水的自发流动将受到抑制而减慢,当施加的压力达到某一数值时,水通过膜的净流量等于零,这个压力称为渗透压力,当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时,水的流向就会逆转,此时,盐水中的水将流入纯水侧,上述现象就是水的反渗透(RO)处理的基本原理。

2、反渗透简介 

 RO(Reverse Osmosis)反渗透技术是利用压力差为动力的膜分离过滤技术,源于美国二十世纪六十年代宇航科技的研究,后逐渐转化为民用,目前已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域。
  RO反渗透膜(材质为芳香族聚酰胺复合材料)孔径小至纳米级(1纳米=10-9米),在一定的压力下,H2O分子可以通过RO膜,而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜,从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。
  RO膜过滤后的纯水电导率 ≤5 μs/cm, 符合国家实验室三级用水标准。再经过原子级离子交换柱循环过滤,出水电阻率可以达到18.2M .cm,超过国家实验室一级用水标准(GB682—92)。

.脱盐率和透盐率

1原水水质2原水温度3原水PH质4操作压力5进水流量6回收率..    回收率/15/100(厂家数据)  30/100(建议使用数据)

RO膜在使用和保存中有如下注意事项:

脱盐率――通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质浓度的百分比。

脱盐率=(1-产水含盐量/进水含盐量)×100%

透盐率――进水中可溶性杂质透过膜的百分比.。

透盐率=100%-脱盐率

回收率=(产水量/进水流量)×100%

膜型号解释:

1812:  18表示膜的直径1.8英寸*2.54=4.572厘米;  12表示膜的长度12*2.54=30.48厘米3020:  30表示膜的直径3.0英寸*2.54=7.62厘米;    20表示膜的长度20*2.54=50.8厘米

 3、渗透预处理目的及考虑因素

使用反渗透系统时,尤其应注意原水预处理。为了避免堵塞反渗透系统,原水应经预处理以消除水中的悬浮物,降低水的浊度;此外,还应进行杀菌以防微生物的孽生长大。由于反渗透对原水中的悬浮物的要求很高,所以常用一种水质对受悬浮物污染情况的污染指数来对水质进行检测。此法实质上是测定反渗透系统受水中悬浮物的污堵的情况。进入反渗透系统水的污染指数以不大于5为宜,建议值一般小于3。预处理时还应该考虑到进水的pH值。各种半透膜都有其最适宜的运行pH值,故需按反渗透膜的要求,调节进水的pH值。预处理时还应该考虑到进水的温度。膜的透水量是随水温的增高而增大的,但温度过高会加快醋酸纤维素膜的水解速度,且使有机膜变软,易于压实。所以,对于有机膜来说,通常将温度控制在约20—40℃范围内为宜,复合膜温度控制在约5—45℃范围内

4、灭菌的必要性

在水处理工艺中,活性碳过滤器用于对有机物的吸附和对过量氯(余氯)的吸附去除,对前者去除能力较差,通常为50%,对后者则很强,可以完全脱除余氯,这是由于在对余氯吸附的同时,还有自身被氯化的作用。活性碳吸附水中营养物质,可以成为细菌微生物的温床,微生物对水的阻力影响较大,因此,应定期进行反洗处理。如果反洗不能奏效时,应进行灭菌处理。实际上,按照进水浊度安排合理的反冲洗制度更具有实际意义,由于微生物膜与微生物黏泥难于清净,采取空气擦洗是必要的。

5、预处理中灭菌应怎样做

水的常规灭菌处理为投药与紫外线灭菌。例如目前广泛作为饮料水的纯净水就是经反渗透脱盐后,再经紫外线杀菌处理的。小容量用水(小于10t/h),可以使用二氧化氯或臭氧杀菌。工业上生产中则以氯气或次氯酸钠为多见,也可使用二氧化氯或臭氧。外购的氯气用钢瓶贮存,用加氯机投加,电解食盐(或海水)得到的是次氯酸钠,无需专用投加设备,即可送入被处理水中。

臭氧用净化过的空气经高压放电装置制取,目前有中小型臭氧发生器用于小区供水或中央空调冷却水系统的灭菌,同样适用于反渗透装置的灭菌处理,多余的臭氧同样可以用活性碳吸收处理。二氧化氯可由氯酸钠制取,在饮用水处理和工业冷却水处理中使用的也很多。氯酸钠有爆炸危险,应谨慎使用。

在反渗透水处理工艺中,除了运转中的杀菌之外,还有设备停用中的杀菌问题。通常在停机48h以内可用原水冲洗,超过48h可用1.5%亚硫酸氢钠液保存,达到2周应使用甲醛消毒液杀菌或厂家提供的消毒液灭菌。万万不可用市售的84消毒液对膜元件杀菌!

6、如何减少故障和降低反渗透清洗频率

减少故障和降低反渗透清洗频率,应该采取以下措施。

a) 在取得水质全分析的基础上设计反渗透系统;

b) 在进行设计前确定RO进水SDI值;

c) 如果进水水质变化,需要作出相应的设计调整;

d) 必须保证足够的预处理;

e) 选择正确的膜元件,醋酸纤维素膜或者低污染膜元件对于处理比较复杂的地表水或污水可能更为适用;

f) 选择比较保守的水通量;

g) 选择合理的水回收率;

h) 设计足够的横向流速及浓水流速;

i) 对运行数据进行标准化。

7、膜元件长期停用保护措施如何

长期停用保护方法适用于停止使用30天以上,膜元件仍安装在压力容器中的反渗透系统中,保护措施的具体步骤如下:

a) 清洗系统中的膜元件;

b) 用反渗透产出水配制杀菌液,并用杀菌液冲洗反渗透系统。杀菌剂的选用及杀菌液的配制方法可参见膜公司相应技术文件或与膜公司当地代表处联系以获取有关技术建议;

c) 用杀菌液充满反渗透系统后,关闭相关阀门使杀菌液保留于系统中,此时应确认系统完全充满;

d) 如果系统温度低于27℃,应每隔30天用新的杀菌液进行前两个步骤,如果系统温度高于27℃,则应每隔15天更换一次保护液(杀菌液);

e) 在反渗透系统重新投入使用前,用低压给水冲洗系统1h,然后再用高压给水冲洗系统5—10min,无论低压冲洗还是高压冲洗时,系统的产水排放阀均应全部打开。在恢复系统至正常操作前,应检查并确认产品水中不含有任何杀菌剂。

8、膜元件长期停用保护措施如何

芳香族聚酰胺反渗透复合膜元件在任何情况下都不应该与含有残余氯的水接触,否则将给膜元件造成无法修复的损伤。在对RO设备及管路进行杀菌、化学清洗或或封入保护液时应绝对保证配制药液的水中不含任何残余氯。如果无法确定是否有残留氯存在,应进行化学测定。在有残留氯存在时,应使用亚硫酸氢钠还原残余氯,并保持足够的接触时间以保证还原完全。

短期保存方法适用于那些停止运行5—30天的反渗透系统。此时反渗透膜元件仍安装在RO系统的压力容器内。保存操作的具体步骤如下:

(1) 用给水冲洗反渗透系统,同时注意将气体从系统中完全排除;

(2) 将压力容器及相关管路充满水后,关闭阀门,防止气体进入系统;

(3) 每隔5天按上述方法冲洗一次。

O型圈破坏对膜的影响:

如果反渗透或纳滤系统中某一系列或某一支压力外壳的产水,出现含盐量(电导率)异常升高,这就明显地说明,“O”形圈有渗漏或该处的元件有故障。确定故障的关键在于所设计的膜系统应能够方便诊断和鉴别出任何性能有异常的膜元件或系统部件:每支压力容器应设置取样口,装置产水应分段以便于从出现问题的总产水中,追踪到有问题的压力容器,而每支压力容器又应允许从产水管内插入取样管探测产水电导率,以确定故障具体位置。“O形圈泄漏是最常见的水质下降的原因,但是如果已经辩别出某支元件有故障时,我们建议将它解剖开来,以确定问题所在,陶氏化学也提供各种膜故障分析的收费服务。

9.、多介质过滤器的滤料选择应注意什么

多介质过滤器(含双滤料过滤器)的过滤材料应有足够的化学稳定性,各介质的相对密度和粒径应有一定差别,由无烟煤与石英砂组成的双层滤料过滤器所用的无烟煤相对密度为1.4—1.6,粒径为0.8—1.8mm,石英砂相对密度为2.6—2.65,粒径为0.5—1.2mm;3层滤料过滤器除了以上两种滤料外还可以用锰砂、磁铁矿之类的重质矿石,其相对密度为4.7—5.0,粒径为0.5—4mm。

应该注意的是,多介质过滤器虽然有一定的简化预处理系统作用,但是不能以一种过滤器代替必须设置的其他滤器,这主要取决于原水情况。如果使用自来水作原水,通常可以免除过滤器,直接配置活性炭过滤器即可;如果使用深井水作原水,深井水的铁、锰等变价离子含量很低,使用多介质过滤器即可;如果使用河床浅井水则还应布置细纱过滤器作前置过滤;如果使用地表水做原水,则混凝和多级过滤都是必要的。

(二)EDI电除盐

1、原理介绍

EDI(Elcctrodeionization)是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。它巧妙的将电渗析和离子交换技术相结合,利用两端电极高压使水中带电离子移动,并配合离子交换树脂及选择性树脂膜以加速离子移动去除,从而达到水纯化的目的。在EDI除盐过程中,离子在电场作用下通过离子交换膜被清除。同时,水分子在电场作用下产生氢离子和氢氧根离子,这些离子对离子交换树脂进行连续再生,以使离子交换树脂保持最佳状态。

EDI设施的除盐率可以高达99%以上,如果在EDI之前使用反渗透设备对水进行初步除盐,再经EDI除盐就可以生产出电阻率高达成18M .cm以上的超纯水。 EDI 膜堆是由夹在两个电极之间一定对数的单元组成。在每个单元内有两类不同的室:待除盐的淡水室和收集所除去杂质离子的浓水室。淡水室中用混匀的阳、阴离子交换树脂填满,这些树脂位于两个膜之间:只允许阳离子透过的阳离子交换膜及只允许阴离子透过的阴离子交换膜。树脂床利用加在室两端的直流电进行连续地再生,电压使进水中的水分子分解成 H+及 OH-,水中的这些离子受相应电极的吸引,穿过阳、阴离子交换树脂向所对应膜的方向迁移,当这些离子透过交换膜进入浓室后, H +和 OH-结合成水。这种 H+和 OH-的产生及迁移正是树脂得以实现连续再生的机理。

当进水中的Na+及 CI-等杂质离子吸咐到相应的离子交换树脂上时,这些杂质离子就会发生象普通混床内一样的离子交换反应,并相应地置换出 H+及 OH-。一旦在离子交换树脂内的杂质离子也加入到 H+及 OH-向交换膜方向的迁移,这些离子将连续地穿过树脂直至透过交换膜而进入浓水室。这些杂质离子由于相邻隔室交换膜的阻挡作用而不能向对应电极的方向进一步地迁移,因此杂质离子得以集中到浓水室中,然后可将这种含有杂质离子的浓水排出膜堆。

2、系统特点

⊙ 产水水质高而稳定。

⊙ 连续不间断制水,不因再生而停机。

⊙ 无需化学药剂再生。

⊙ 设想周到的堆叠式设计,占地面积小。

⊙ 操作简单、安全。

⊙ 运行费用及维修成本低。

⊙ 无酸碱储备及运输费用。

⊙ 全自动运行,无需专人看护。

纯水处理技术的发展主要经历了阴、阳离子交换器+混合离子交换器;反渗透+混合离子交换器;反渗透+电去离子装置等阶段。“预处理 + 反渗透 + 电去离子”整套除盐系统,有着其它处理系统无可比拟的优点,正被广泛应用于纯水、高纯水的制备中。

本公司设计的RO+EDI 系统将先进成熟的 RO 工艺和 EDI 工艺结合了起来,反渗透系统取代了传统的阳阴离子交换工艺,电除盐装置取代了传统的混合离子交换器,是无需化学药剂再生的纯水处理工艺。系统的回收率取决于进水的水质情况, EDI 的回收率由浓水排放量进行控制。

3、应用领域

⊙电厂化学水处理

⊙电子、半导体、精密机械行业超纯水

⊙制药工业工艺用水

⊙食品、饮料、饮用水的制备

⊙海水、苦咸水的淡化

⊙精细化工、精尖学科用水

⊙其他行业所需的高纯水制备

(三)超滤(UF)

1748 年, Schmidt 用棉花胶膜或璐膜分滤溶液,当施加一定压力时,溶液(水)透过膜,而蛋白质、胶体等物质则被截留下来,其过滤精度远远超过滤纸,于是他提出超滤一语。 1896 年, Martin 制出了第一张人工超滤膜。 20 世纪 60 年代,分子量级概念的提出,是现代超滤的开始,70年代和80年代是高速发展期,90 年代以后开始趋于成熟。

超滤Ultrafiltration 同反渗透技术类似,是以压力为推动力的膜分离技术,属分子量水平的过滤,简称 UF 。在从反 渗透到微滤的分离范围的谱图中,居于纳滤( NF )与微滤( MF )之 间,截留分子量范围为 500-500000 道尔顿(Dalton),超滤膜的孔径一般在 1 - 100nm 之间。
  超滤是以不对称多空性半透膜-超滤膜作为过滤介质,阻截溶液中各种大分子溶质、微粒、胶悬体,以达到分离纯化的目的。利用超滤器能有效地去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和有机物,适用于以分离、浓缩、净化为目的的各种生产工艺中。高科技的生物工程、制药工程、精细化工等行业的液料分离、精制及浓缩需要更加安全、高效的方法,传统的真空浓缩、透析、冻干、离心分离等方法均有所欠缺;超滤技术以其使用过程简单。

(四)紫外消解(UV)

1、原理介绍

紫外线是一种肉眼看不见的光波,存在于光谱紫外线端的外侧,故称之为紫外线,依据不同的波长范围,被割分为A 、 B 、 C 三种波段,其中的 C 波段紫外线波长在 240 - 260nm 之间为最有效的杀菌波段,波段中之波长最强点是 253.7nm 当紫外线设备产生的足够剂量的强紫外光照射到水、液体或空气时,其中的各种细菌、病毒、微生物、寄生虫或其它病原体在紫外光 UV-C 的辐射下,细胞组织中的 DNA 、 RNA 被破坏,从而阻止子细胞的再生 ,紫外线消毒设备在不使用任何化学药剂的情况下,较短时间内(通常为 0.2-5 秒)杀灭了水中、液体或空气中 99.9% 以  

上的细菌和病毒。科学试验证明,波长在240-280nm 的紫外线具备有高效杀菌功能。

现代紫外线消毒技术是基于现代防疫学、光学、生物学和物理化学的基础上,利用特殊设计的高效率,高强度和长寿命的C 波段紫外光发生装置,产生的强紫外 C 光照射流水(空气或固体表面),当水(空气或固体表面)中的各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其它病原体受到一定剂量的紫外 C 光辐射后,其细胞中的 DNA 结构受到破坏,从而在不使用任何化学药物的情况下杀灭水中的细菌、病毒,以及其它致病体,达到消毒和净化的目的。

 紫外线杀菌器以304 或 316L 不锈钢作主体材料,以高纯石英管作套管,配合高性能的石英紫外线低压汞消毒灯管,具有杀菌力强,寿命长、支行稳定可靠等优点,其杀菌效率≥ 99% ,进口灯管使用寿命≥ 9000 小时,该产品已广泛用于纯水处理。

2、紫外线杀菌器的维护、保养:

① 紫外线杀菌器使用的最佳条件为:水温: 5 ℃- 50 ℃进入处理设备饮用水的水质,其 1cm 的透射率为 95% - 100% 。如需要处理的水质低于国家标准时,如色度高于 15 度,浊度高于 5 度,含铁量高于 0.3 毫克 / 升,先采用其它净化和过滤等方法,使其净化达标后用紫外线杀菌设备。

② 定期检查,确保紫外线灯的正常运行。紫外线灯应持续处于开启状态,反复开关会严重影响灯管的使用寿命。

③ 定期清洗:根据水质情况,紫外线灯管和石英玻璃套管需要定期清洗,用酒精棉球或纱布擦试灯管,去除石英玻璃套管上污垢并擦净,以免影响紫外线的透过率,而影响杀菌效果。

④ 灯管的更换:进口灯管连续使用 9000 小时,或一年之后,应更换紫外线灯管,以确保高杀菌率。更换灯管时,先将灯管电源插座拔掉,抽出灯管,再将擦净的新灯管小心地插入杀菌器内,装好密封圈,检查有无漏水现象,再插上电源。注意勿以手指触及新灯管的石英玻璃,否则会因污点影响杀菌效果。

⑤ 预防紫外线辐射:紫外线对细菌有强大的杀伤力,对人体同样有一定的伤害,启动消毒灯时,应避免对人体直接照射,必要时可使用防护眼镜,不可直接用眼睛正视光源,以免灼伤眼膜。

(五)混床离子交换器

离子交换是通过离子交换树脂在电解质溶液中进行的,可去除水中的各种阴、阳离子,是目前制备高纯水工艺流程中不可替代的手段。当原水通过离子交换柱时,水中的阳离子和水中的阴离子与交换柱中的阳树脂的H+ 离子和阴树脂的 OH- 离子进行交换,从而达到脱盐的目的。阳、阴和混柱的不同组合可使水质达到更高的要求。

混合床离子交换器,简称混床,是将阴阳树脂按一定比例装置填在同一交换器中,运行前将它们混合均匀。此时被处理水在通过混合离子交换床后,所产生的H+ 和 OH- 离子立即生成溶解度很低的水。混合床串联在反渗透或一级复床除盐系统后面,用于纯水或高纯水的制备。

阳离子交换器内装001 × 7 型强酸性阳离子交换树脂(用 30% 盐酸作还原剂),当原水进入 H 型 阳离子交换树脂的交换器中,使水中的各种阳离子和离子交换树脂上的 H+ 发生反应 ,水中各种阳离子被吸附在离子交换树脂上,而离子交换剂上的 H+ 则到了水中,它和水中各种阴离子生成各种酸类。如 HCl 、 H2SO4 、 H2CO3 、 H2SiO3 等,此时阳床出水呈酸性。阳床出水中 HCO3 占阴离子总含量的 40-50% ,如不除去将会增大阴床的负荷,影响阴床的工作效率,缩短阴床运行周期,增加制水成本。当水的 PH 值低到 4.3 时,水中的碳酸化合物,基本以游离 CO2 的形式存在。在平衡条件下, CO2 溶解度只有 0.6mg/L ,而阳床出水 CO2 的溶解度约为 10mg/L ,很容易从中析出。脱碳就是利用这个原理来除 CO2 。由于空气中的 CO2 很少,即它的分压很小,约占大气压力的 0.03% ,所以当鼓入脱碳器的空气和阳床出水接触时,水中的 CO2 便会析出。因此,二氧化碳脱磷运行时要鼓入空气。脱碳器内装塑料拉稀环,主要为了增加水与空气的接触面积。经脱碳,一般可将水中的 CO2 降至 5mg/L 左右。

 

阴离子交换器内装201 × 7 型强碱性阴离子交换树(用烧碱作还原剂),经脱碳器出来的酸性水,进入装有 OH 型阴离子交换树脂的交换器中,使水中的阴离子与离子交换树脂上的 OH 发生反应,水中各种阴离子被吸附在离子交换树脂上,而离子交换剂上的 OH+ 则到了水中。 由此可见, 经阳离子交换器→脱碳器→阴离子交换器处理后,水中各种离子几乎除去,一般可除去水中含盐量 99% 以上。

本工艺采用逆流再生方式,离子交换器工作时,水流自上而下,流过离子交换剂层。逆流再生时,再生液自下而上通过离子交换剂层。由于水流与再生液逆向流动,因此交换器下部的交换剂先与新鲜的再生液相接触,使其得到极高的再生度。而上部再生较差的树脂仍具有一定的交换容量。较顺流具有明显降低运行费用及出水水质良好的特点。

(六)臭氧杀菌简介

臭氧英文名为“ OZONE ”,化学分子式为 O3 ,比通常 O2 多了一个活泼氧原子,这使它具有某些独特功能,如杀菌消毒、除臭防霉、保鲜、清新空气等。臭氧氧化能力极强,仅次于氟,能迅速分解有害物质,而杀菌能力强于氯,是氯的 600-3000 倍。

臭氧杀菌机理以氧化作用破坏微生物膜的结构实现杀菌作用。臭氧首先作用于细胞膜,使膜构成成份受损伤而导致新陈代谢障碍,臭氧继续渗透穿透膜而破坏膜内脂蛋白和脂多糖,改变细胞的通透性,导致细胞溶解、死亡。

臭氧与有机物以三种不同的方式反应:一是普通化学反应;二是生成过氧化物;三是发生臭氧分解或生成臭氧化物。如有害物质二甲苯与臭氧反应后,生成无毒的水及二氧化碳。所谓臭氧分解是指臭氧在与极性有机化合物的反应,是在有机化合物原来的双键的位置上发生反应,把其分子分裂为二。由于臭氧的氧化力极强,不但可以杀菌,而且还可以除去水中的色味等有机物,这是它的优点,然而它的自发性分解性、性能不稳,只能随用随生产,不适于储存和输送,这是它的缺点。当然,如果从净化水和净化空气的角度来看,由于其分解快而没有残留物质存在,又可以说成是臭氧的一大优点。

臭氧水杀灭情况有些不同,其氧化反应有两种,微生物菌体既与溶解水中的臭氧直接反应,又与臭氧分解生成之羟基OH 的间接反应,由于羟基 OH 为极具氧化性的氧化剂,因此臭氧水的杀菌速度极快。

人工制取臭氧的方法主要分为空气放电法、紫外线辐射法和电解法。电解法主要分为化学电解和膜电解(PEM 电解法), PEM 电解技术是采用低压直流电导通特制的固态膜电极正负两极电解去离子水,使水在特制的阳极溶界面上失去电子使氢氧分离,氧在高密度电流作用下获得能量,并聚合成臭氧。 PEM 电解式臭氧技术与其它常规臭氧发生技术相比,具有:使用方便,安全系数高,使用寿命长,对不同环境的适应性能强,臭氧纯度高和相对浓度值高等特点。


第五章软水器的使用

一、软水器相关知识

(一)什么是硬度?

水中有些金属阳离子,同一些阴离子结合在一起,在水被加热的过程中,由于蒸发浓缩,容易形成水垢,附着在受热面上而影响热传导,我们把水中这些金属离子的总浓度称为水的硬度。如在天然水中最常见的金属离子是钙离子(Ca2+)和镁离子(Mg2+),它与水中的阴离子如碳酸根离子(CO32-)、碳酸氢根离子(HCO3-)、硫酸根离子(SO42-)、氯离子(CI-)、以及硝酸根离子(NO3-)等结合在一起,形成钙镁的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物、以及硝酸盐等硬度。水中的铁、锰、锌等金属离子也会形成硬度,但由于它们在天然水中的含量很少,可以略去不计。因此,通常就把Ca2+、Mg2+的总浓度看作水的硬度。

(二) 什么是软水(软化)?为什么要软化?

我们都知道,普通的水中含有多种可溶解的化合物,有些物质的溶解度随着温度的变化有较明显的变化,其中的碳酸钙、碳酸镁类的物质,其溶解度随着温度的升高 而下降。当温度升高时,原来溶解于水中的碳酸钙、碳酸镁析出形成沉淀物,这些沉淀物可以是以絮状、粉末状,或沉积在容器、管道表面,形成水垢。用来衡量钙镁离子总量的指标是硬度,总的说来,水的硬度主要由钙(Ca2 +)、镁(Mg2+)离子构成的,其具体指标是同类离子折合为碳酸钙来计时的数值,目前标准单位是mmol/L(毫摩尔每升)。传统的单位有mgN/L (毫克当量每升)、德国度、美制(英制)等,目前在国内常用的硬度单位是mg/L(毫克每升)、mmol/L(毫摩尔每升)、mgN/L(毫克当量每 升),偶尔会有用户使用德国度,用德国度除以2.8即可换算为国标的数值mmol/L(毫摩尔每升), 
    钙镁离子含量较多的水称为硬水,钙镁离子含量较少的水称为软水。硬水与软水只是通俗上的叫法,并没有标准的量的概念,在生活中,行内一般把硬度低于3mmol/L的水称为较软的水,3-6称为普通水,6-8称为较硬的水,10以上称为高硬水。(工业上采用截然不同的标准,工业上一般只有硬度<1的水称作软水,1-10之间都经常笼统地称为硬水,硬度>10的水也多称为高硬水)

(三) 离子交换法的工作原理是什么?

为了使初入行员工学习,易于理解接受,以下的说法是尽量通俗的说法,与标准工具书的说法可能不尽一致(但不会出现技术性错误)。离子交换树脂是一种聚合物,带有相应的功能基团。一般情况下,常规的钠离子交换树脂带有大量的钠离子。当水中的钙镁离子含量高时,离子交换树脂可以释放出钠离子,功能基团与钙镁离子结合,这样水中的钙镁离子含量降低,水的硬度下降。硬水就变为软水,这是软化水设备的工作过程。当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后,树脂的软化能力下降,可以用氯化钠溶液流过树脂,此时溶液中的钠离子含量高,功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合,这样树脂就恢复了交换能力,这个过程叫作“再生”。

(四) 软化水设备的标准工作流程

工作(有时叫做产水,下同)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接近,只是由于实际工艺的不同或控制的需要,可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的(其中,全自动软化水设备会增加盐水重注过程)。

反洗:工作一段时间后的设备,会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物,把这些污物除去后,离子交换树脂才能完全曝露出来,再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部入,从顶部流出,这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般需要5-15分钟左右。

吸盐(再生):即将盐水注入树脂罐体的过程,传统设备是采用盐泵将盐水注入,全自动的设备是采用专用的内置喷射器将盐水吸入(只要进水有一定的压力即 可)。在实际工作过程中,盐水以较慢的速度流过树脂的再生效果比单纯用盐水浸泡树脂的效果好,所以软化水设备都是采用盐水慢速流过树脂的方法再生,这个过 程一般需要30-60分钟左右,实际时间受用盐量的影响。

慢冲洗(置换):在用盐水流过树脂以后,用原水以同样的流速慢慢将树脂中的盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗,由于这个冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁 离子被钠离子交换,根据实际经验,这个过程中是再生的主要过程,所以很多人将这个过程称作置换。

快冲洗:为了将残留的盐彻底冲洗干净,要采用与实际工作接近的流速,用原水对树脂进行冲洗,这个过程的最后出水应为达标的软水。一般情况下,快冲洗过程为5-15分钟。

软水机是应用离子交换技术,通过树脂上的功能离子与水中的钙、镁离子进行交换,从而吸附水中多余的钙、镁离子,达到去除水垢(碳酸钙或碳酸镁)的目的。

软水器中装有软化剂树脂,这种人造的离子交换树脂上有软性矿物质钠,可以与溶解在水中的钙、镁等硬性矿物质发生离子交换反应,而钠不会以水垢的形式堆积在物体表面上,所以对与它接触的物体危害很小。树脂是一种多孔的、不可溶性交换材料。在现代的软水机中装有千百万颗微细的塑料球(珠),所有小球都含有许多吸收正离子的负电荷交换位置。当树脂处在新生状态时,这些电荷交换位置被带正电荷的钠离子占据。树脂优先结合带较强电荷的阳离子,钙和镁离子的电荷比钠离子强,当含有钙、镁离子的水经过树脂贮槽时,钙、镁离子与树脂小珠接触,从交换位置上取代钠离子。经过离子交换后,钙、镁离子就被吸附在软水机内的树脂上,流出的水就变软了。最后,所有树脂都吸附满钙、镁离子后,就不能再进行工作了,而需要再生处理。

软水器树脂的再生是用氯化钠和水的稀溶液进行的。在再生过程中,首先停止软水器的工作水流,从盐水槽引出的盐水与另外的稀释水流混合,稀盐水溶液流经树脂,与附有钙、镁离子的树脂接触。尽管钙和镁离子带有的电比钠离子强,但浓盐溶液含有千百万个较弱电荷的钠离子,有取代数目较少的钙和镁离子的能力。这样,当钙、镁离子被取代交换后,树脂就再生了,便为下一次软化工作做好了准备。如此循环往复。    

(五) 硬度单位

硬度的常用单位是mmol/L或mg/L。过去常用的mg•N/L现用[H+]mmol/L代替,即1mg•N/L=1[H+]mmol/L=0.5 mmol/L。由于硬度并非是由单一的金属离子或盐类形成的,因此,为了有一个统一的比较标准,有必要换算为另一种盐类。通常用CaO或者是CaCO3的质量浓度来表示。