化学水处理-双膜法培训资料.doc

制水工艺超滤反渗透混床生产水池自清洗过滤器超滤装置反渗透装置高压泵脱碳器 中间水箱保安过滤器混床阻垢剂加药装置除盐水箱酸、碱再生清洗装置氯化法、氯碱项目、锅炉制水指标：序号项目指标备注1电导率10S/cm252SIO280g/l3硬度04产水量600t/h255送水压力0.6MPa6PH7.5-8.5水处理的预处理 预处理的目的是使原水经过初步的处理，主要是去除水中各种悬浮物、胶体，以达到后 续水处理设备的进水要求。例如采用反渗透的除盐工艺预处理应做到如下要求： 防止膜表面上污染，即防止悬浮杂质、微生物、胶体物质等附着在膜表面上 或污堵膜元件水流通道。防止膜表面上结垢。反渗透装置运行中，由于水的浓缩，有难溶盐如 CaCO3 、CaSO4、 BaSO4 、SrSO4 、CaF2等沉积在膜表面上，因此要防止这些难溶盐生成。确保膜免受机械和化学损伤，以使膜具有良好的性能和足够长的使用寿命。 目前常用的预处理工艺主要有：混凝沉淀、氧化杀菌、多介质过滤、活性炭过滤或超滤、 离子交换软化或加药阻垢、温度与 pH 值的调节、还原剂处理、保安过滤。 特殊的预处理工艺还需降低水中金属离子的含量（如铁、锰、铜等）、微生物杀菌、去除 二氧化硅等。下面介绍几种常用的预处理技术。 一、水的过滤处理 过滤设备称为滤池或滤床，装填粒状滤料的钢制设备称为过滤器，滤层由一定厚度的滤料构成。滤料有粒状、粉状、纤维状多种，常用粒状滤料有石英砂、无烟煤、活性炭、磁铁 矿、石榴石、陶瓷、塑料球等。 过滤工艺主要有过滤和反洗两个过程。目前在国内常用的过滤设备是让水经过一定大小、形状的颗粒物，水中的悬浮物、胶体等杂质被这些颗粒物质截留下来，再通过反洗将颗粒上 的杂质冲洗带出过滤器以恢复其工作能力。过滤 在过滤器里，不同粒径的滤料由上到下、由大而小依次排列（当然多介质过滤器里是不同材料的滤料，通常是石英砂、无烟煤、锰砂等）。当水从上流经滤料时，水中部分的固体悬浮物进入上层滤料形成的微小孔眼，受到吸附和机械截留作用被滤料的表层所截留。同时，这些被截留的悬浮物之间又发生重叠和架桥等作用，就好象在滤层的表面形成一层薄膜，继续过滤着水中的悬浮物质，这就是所谓的滤料表面层的薄膜过滤。这种过滤作用不仅滤层表面有，当水进入中间滤层也有这种截留作用，为区别于表面层的过滤，称为渗透过滤作用。此外，由于滤料彼此之间紧密地排列，水中的悬浮颗粒流经滤料层中那些弯弯曲曲的孔道时，就有着更多的机会及时间与滤料表面相互碰撞和接触，于是，水中的悬浮物就在滤料表面粘 附，即接触过滤 。将水中细小颗粒杂质截留下来，从而使水得到进一步的澄清和净化，降低水的浊度。过滤还可使水中的有机物质、细菌、病毒等随着浊度的降低而被大量去除，并为 滤后的消毒创造了良好的条件。 2) 反洗 在过滤器的运行过程中，滤料表面会粘附越来越多的杂质，甚至造成滤料结成泥球。因此过滤器须定期反冲洗，恢复过滤器之功能。反冲洗对过滤运行至关重要，如果反冲洗强度较弱或者冲洗时间不够，滤层中的污泥得不到及时清除，当污泥积累较多时，滤料和污泥粘结在一起变成泥球，过滤过程严重恶化；如果反洗强度过大或历时太长，则细小滤料流失，甚至底部卵石错动而引起漏滤料现象，而且耗水量大。较理想的反冲洗操作应该有效、经济且不会产生故障。反冲洗的周期随入水浊度的增加而缩短，要在运行中根据实践经验制定。反冲洗流速一般要高于运行流速，该值需要通过观察反冲效果调速。过滤器运行较长时间时， 会有部分滤料被反冲水冲洗掉，因此需定期（一般 1 年）检查，必要时补充或更换滤料。 影响过滤的因素 影响过滤的因素很多。对于粒状滤料的滤池来说，主要是滤速、滤料及滤层的影响。 过滤设备主要是通过滤料来截留水中的杂质，因而滤料的性能对过滤效果起决定性作用， 滤料的主要性能与过滤效果的关系如下： 1) 滤料粒度 滤料的粒径太大，细小悬浮物容易穿透滤层，出水水质差；粒径太小，杂质的穿透能力差，滤层中的污泥局部集中，滤层堵塞快，水流阻力大，过滤能耗高，过滤周期短，所以滤 料的粒径必须合适，过大过小均不好。同时滤料的不均匀性对设备的清洗也有影响，因为滤料颗粒差别太大会使反冲洗操作发生困难，如为使冲洗流速达到粗大颗粒松动时，细小滤料可能被水流带出过滤设备而流失。反之，若保证细滤料不流失，必须降低冲洗流速，这时粗 大滤料又流动不起来，冲洗效果差。 2) 滤层厚度 滤层的厚度过低，水中杂质容易穿透滤层，反冲洗周期短，操作复杂，如果滤层厚度过高，会造成过滤设备体积庞大，投资高，同时反冲洗比较困难，所填滤层的高度也不是越高 越好。 3) 滤层的空隙率 滤层的孔隙是水流通道，又是贮泥空间，过大的孔隙率，悬浮杂质易穿透；过小的孔隙 率，则贮泥空间小，过滤周期短，水流阻力大。 4) 滤料的排列方式 滤层根据滤料装填种类的数量分为单层过滤器、双层过滤器、多层过滤器，单层滤料过滤器在水流反冲洗、水力分级以后，粒径小的滤料在上层，越往下层粒径越大。因此由上而下滤层的截污能力逐渐减弱，水流自上而下在滤层孔隙间流动过程中，杂质首先接触到的是上层的细滤料。由于下层滤料比上层要粗，其截留能力不及上层，会造成污泥绝大部分堆积在上层，导致局部阻力增长过快，所以其出水水质差，过滤周期短。双层滤料过滤器或多层过滤器中的滤料层是密度小颗粒大的在上，密度大颗料小的在下，这种滤床经水力反冲洗分层后，密度大的细滤料在底层，密度小的粗料在上层，滤料沿程从粗到细，截污能力沿程渐增，因而实现了整层滤料截污能力与残留杂质除去难度的佳匹配。这种滤床性能优越，截污容量大，过滤周期长，出水水质好，水头损失增长速度慢，但在实际应用中滤料的层数不是越多越好，层数太多一是设备投资大，二是增加反洗的难度，因而需要经济与技术的合理 搭配。 (iii) 过滤设备 1) 过滤器 过滤器由进水管、出水管、筒体、滤层、阀门和进出水压力表等组成。细砂过滤器为 6-8 m/h，单层机械过滤器为 8-10m/h，双层过滤器为 10-14 m/h。 反洗 反洗相关条件如下 滤层 冲洗强度（L/ m2。S） 膨胀率 冲洗时间(min) 细砂 10-12 40% 5-7 单层 12-15 45% 5-7 双层 13-16 50% 6-8 气水联合反洗 气水联合反洗时，颗粒相互冲撞和磨擦的作用强烈，因而反洗效率高。气洗强度一般为 10-25 L/ m2.S，水反冲洗强度一般为 10-16 L/ m2.S。 3) 滤料 常用的滤料有石英砂、无烟煤、活性炭、锰砂，滤料的主要特性有：有效粒径、不均匀系数、球形度、滤料密度、滤料强度、床层孔隙率、化学稳定性过滤器一般有进水阀、产水阀、反洗进水阀、反洗排水阀、正洗排水阀、压缩空气进气 阀、排气阀共 7 个阀门。 二、加药阻垢技术 反渗的工作过程是原水在膜的一侧从一端流向另一端，水分子透过膜表面，从原水侧到达另一侧，而无机盐离子就留在原来的一侧。随着原水的流程逐渐增长，水分子不断从原水中取走，留在原水中的含盐量逐步增大，即原水逐步得到浓缩，而终成为浓水，从装置中 排出。浓水受浓缩后各种离子浓度将成培增加。自然水源中Ca2+ 、Mg2+ 、Ba2+ 、Sr 2+、SiO2 、SO42-、HCO3- 等倾向于产生结垢的离子深度积一般都小于其平衡常数，所以不会有结垢出现， 但经浓缩后，各种离子的浓度积都有可能大大超过平衡常数，因此会产生严重的结垢。 采用加药阻垢的方法是目前常用的防止反渗透膜污染的一种方法，其设备简单，操作容易，因而一般反渗透预处理都采用加药阻垢的方法。这种方法是通过延缓盐晶体成长来推迟沉淀过程，促使晶体不会形成一定大小和足够的浓度而沉降下来。大多数阻垢剂还有一定的分散作用，防止颗粒聚集成足以沉积下来的大颗粒，也就是说反渗透浓水中难溶盐或来不及 沉积在膜表面上，已随浓水排出反渗透设备之外。 （反渗透技术 除盐处理是水处理系统的主要部分，主要去除水中的各种无机盐离子。目前除盐技术主要有三种，传统的离子交换技术、反渗透技术和 EDI 技术。除盐处理根据用水要求的不同，有时需要使用二级除盐处理，即先使用一级除盐设备脱除水中大部分的无机盐离子，再通过 使用二级除盐处理对原水进行进一步脱盐处理。下面我们主要介绍反渗透净水技术。 一、反渗透技术概述 反渗透技术起源于美国，初目的是为载人航天飞机提供人体废水净化后循环使用的净化设备。这项技术在美国航天器中的应用得到了令人满意的成功。在此以后，美国原子能研究中心和净水工业界对该项净水技术的其它应用投入大量人力和资金，进行了广泛的研究。 至 90 年代，反渗透技术在海水淡化、电厂锅炉补水、电子工业生产用高纯水、科学研究用高 纯水、医疗用高纯水和饮用水等生产方面都得到了广泛的应用。 二、反渗透工作原理 渗透是一种物理现象，当两种含有不同盐类浓度的溶液用一张半透膜隔开时会发现，含盐量少的一边的溶剂分会自发地向含盐量高的一侧流动，这个过程叫做渗透。渗透直到两侧的液位差（即压力差）达到一个定值时，渗透停止，此时的压力差叫渗透压。渗透压只与溶液的种类、盐浓度和温度有关，而与半透膜无关。一般说来，盐浓度越高，渗透压越高。渗透平衡时，如果在浓溶液侧施加一个压力，那么浓侧的溶剂会在压力作用下向淡水一侧渗透， 这个渗透由于与自然渗透相反，故叫反渗透。利 用反渗透技术，我们可以用压力使溶质与溶剂分离。三、反渗透膜的净水功能 (1) 电排斥机能：反渗透膜表面的电性可以将溶于水中的正 负带电离子排斥开，而使不带电的水分子在压力作用下透过。因此，经反渗透法净化的纯水不含如铅、砷、镉、汞、铬、钙、镁、钠等各种金属离子，不含如氟、氯、硝酸根、亚硝酸根、硫酸根等各种阴离子和其它所有带电离子。俗称水碱（钙、镁盐类）以及使水产生苦咸味的盐分等等均可以被除去。 (2) 超微过滤机能：反渗透膜中有众多的微孔，这些微孔的直径为 0.0005 微米，与水分子的直径相当， 水分子可以通过。小的细菌和病毒的直径分别 0.2 和 0.02 微米，杀虫剂 666 的直径约为 0.0015 微米。因而，这些污染物和其它生物污染物以及众多的有机污染物包括热 源物质等均因不能通过反渗透膜，而 与纯水分离。对于锅炉补给水、 医用注射用水和超纯 水等，二氧化硅含量相当重要。反渗透可以提供超微过滤机能除去二氧化硅。 离子交换在清除细菌、 病毒、 热源物质、 二氧化硅等方面无法与反渗透相比。 另外，盐类在水中是以水合离子形式存在的，而这些水合离子的体积一般比水分子大 10-25 倍，因此，除了以上提及的电排斥机能外，反渗透膜也可以通过其超微过滤机能除去溶 解的盐 类。 (3) 自我清洗机能：一般滤水设备在除去污染物的同时，将 这些污染物留在其中。在此 后过滤的水都要经过这些污染物，从 而对水产生再次污染。同时，细菌也会在滤水器中繁殖，对水产生生物再污染。与此不同，反渗透在净水过程中将污染物全部留在被排除的废水中， 以实现自我清洗机能。下图简单地说明了反渗透膜的净水过程。（3）反渗透除盐系统 在水处理技术应用中将膜组件与精密过滤器、高压泵、阀、仪表及管路等装配在一起， 成为净化水的反渗透膜分离设备。 1) 精密过滤器 其作用是截留原水中的大于 5 微米的颗粒，以保证反渗透膜不被大颗粒的悬浮物划伤， 因为反渗透膜的厚度约为 10 微米左右，原水中较大的颗粒经高压泵加速后极易划伤反渗透膜 表面的脱盐表皮层或可能击穿反渗透膜组件，因而一般反渗透设备前都要安装 5 微米精密过 滤器。 2) 高压泵 高压泵的作用是为反渗透本体装置提供足够的进水压力，保证反渗透膜的正常运行。根据反渗透本身的特性，需有一定的推动力去克服渗透压等阻力，才能保证达到设计的产水量。 3) 反渗透清洗、冲洗系统 反渗透膜运行一定的时间后都会有不同程度的各种污染，需要合理的清洗液对反渗透膜进行清洗。冲洗系统则是定期对反渗透膜进行冲洗，就像我们每天需要洗脸一样以保持反渗 透膜表面的清洁。 4) 相关测量仪表 反渗透设备的主要仪表有压力表、流量计、电导率仪，压力表用于指示反渗透膜的运行压降，依此获得膜堵塞状况信息。流量计用于指示产水量和浓水量，依此调节浓淡水比例使 反渗透系统达到佳回收率。电导率仪用以监测产品水水质。 5) 自动控制阀门 反渗透在给水、浓水、产品水管道设有自动控制阀，对反渗透进行停机保护、反渗透入 水高低压力保护、产品水超标自动排放3) 反渗透膜的维护与清洗 污染 在正常运行一段时间后，反渗透膜元件会受到水中可能存在的悬浮物质或难溶物质的污染，常见的有碳酸钙垢、硫酸钙垢、金属氧化物垢、硅沉积物及有机或生物沉积物。 污染的防止 污染物的性质及污染速度与给水条件有关，污染是慢慢发展起来的。如果不在早期采取措施，污染将会在相当短的时间内损坏膜元件的性能。定期检测系统性能是确认膜元件发生污染的好方法，不同的污染物会对膜元件性能造成不同程度的损害。确认污染原因，才能消 除污染源。 清洗 清洗反渗透膜的目的是清除在反渗透膜上的沉积物，恢复反渗透膜的工作效率 。 作为一般的原则，当下列情形之一发生时应进行清洗。a 在正常压力下如产品水流量下降正常值的 10-15%。 b 为了维持正常的产品水流量，经温度校正后的给水压力增加了 10-15%。 c 产品水质降低 10-15%：透过率增加 10-15%。 d 使用压力增加 10-15% e RO 各段间的压差增加明显。 清洗时将清洗溶液以低压大流量在膜的高压侧循环，此时膜元件仍装在压力容器内而且 需要用专用清洗系统完成此项工作。 a 将准备好的清洗药剂酌量放入清洁好的清洗箱中，用反渗透产品水进行配药， 可以利用泵出口的回路将药混合均匀。 b 关闭系统的纯水及浓水出水阀门，打开清洗回路上的浓 纯水阀门及过滤器后 的清洗旁路。 c 清洗泵在系统内进行循环，初期循环液体建议排放。清洗大概需要一到二小 时左右。 d 清洗完成后，排净水箱中的药液并注满纯水。 e 用泵将纯水从清洗箱中打入压力容器中并排放几分钟。 f 在浓水排放阀打开的状态下运行系统，直到产品水清洁、无泡沫或无清洗剂 g 反渗透膜结垢是多种多样的，原因可能是复杂的。不同的污垢应该用不同的 清洗液和清洗方法清洗。一般应邀请专业反渗透供应商清洗。 停运保护 短期保存是指反渗透停运 1-3 天以内，采用的方法为用给水进行正常的冲洗和排气；使 用 1%的亚硫酸氢钠溶液冲洗可以减少生物污染的可能性。 长期保存是指反渗透停运 30 天以上，应使用杀菌剂（0.15%异噻唑啉，1%亚硫酸氢钠或 0.1-1.0%甲醛）冲洗及保存。如果温度高于 28，每 15 天使用杀菌剂一次；如果温度低于 27， 每 30 天使用杀菌剂一次。 六、反渗透技术相关术语 1) 脱盐率 反渗透从源水中脱去盐分的比率，是反渗透脱盐能力的指标。脱盐率分系统 脱盐率与单只膜脱盐率，系统脱盐率指整个 RO 系统的脱盐率，该值与膜本身的性能 和系统设计有关；单只膜脱盐率是膜出厂前的脱盐率测试值。 2) 回收率 反渗透产品水量与原水量的比值，是反渗透的节水指标。反渗透的回收率可 以调节，但回收率越高，浓水侧浓度越高，浓水流动速率越低，不利于膜的保护。 3) 膜前压力 即膜的浓水入水压力，在透过水量是定值时，是反渗透的节能指标。此压 力可通过给水高压泵后的节流阀调节。 4) 膜后压力 反渗透浓水的出水侧压力。可通过浓水排放节流阀调节。 5) 膜的背压 反渗透纯水侧的压力。该值越高，用于脱盐的有效压力就越低。而且，该 值不能太高，一般不能超过 0.1MPa，更不能高于浓水侧压力，否则反渗透膜可能破 裂。由此原因引起的膜损坏多发生在后一支膜。6) 单位膜面积产水量与总产水量 单位膜面积产水量是膜透水性能的指标，总产水量是 反渗透设备每小时的总产纯水量。一、混床除盐工作原理 混和离子交换除盐，就是把阴、阳离子交换树脂放在同一个交换器中，在运行前，先把 他们分别再生成 OH 型和 H 型，然后混合均匀。所以，混床可以看作是由许许多多阴、阳树 脂交错排列而组成的多级式复床。 在混床中，由于运行时阴、阳树脂是相互混匀的，所以其阴、阳离子的交换反应几乎是 同时进行的。或者说，水中阴离子交换和阳离子交换是多次交错进行的，因此经H离子交换所产生的H+ - 和经OH-离子交换所产生的OH都不会积累起来。而是马上相互中和生成H2O，这就 使交换反应进行得十分彻底，出水水质很好。 混床中树脂失效后，应先将两种树脂分离，然后分别进行再生和清洗。再生清洗后，再 将两种树脂混合均匀，又投入运行。三、混床树脂 为了便于混床中阴、阳树脂分离，两种树脂的湿真密度差应大于 15%，为了适应高流速 运行的需要，混床使用的树脂应该机械强度高、颗粒大小均匀。 确定混床中阴、阳树脂比例的原则是使两种树脂同时失效，以获得树脂交换容量的大利用率。由于不同树脂的工作交换容量不同，进水水质条件和对出水水质要求的差异，所以 应根据具体情况确定混床中阴、阳树脂的比例。 一般来说，混床中阳树脂的工作交换量为阴树脂的 2-3 倍。因此，如果单独采用混床除 盐，则阴、阳树脂的体积比应为（2-3）：1；若用于一级复床之后，因其进水 pH 在 7-8 之间，所以阳树脂的比例应比单独混床时高些，目前国内采用的强碱阴树脂与强酸阳树脂的体积比 通常为 2：1。 、混床操作规程 混床系统的工作流程为：产水(运行)反洗分层再生树脂混合正洗产水，如此为 一个运行周期。 （1）制水 混床的运行制水具有很高的流速，通常对凝胶型树脂可取 40-60m/h，如用大孔型树脂可 高达 100m/h 以上。 混床的运行失效标准，通常是按规定的失效水质标准控制，即当其用于一级除盐设备之 后时，出水电导率为 0.2S/cm 或 20g/L；也可按预定的运行时间或产水量控制，即在前级除 盐装置出水电导率10S/cm，SiO2100g/L 的水质条件下，混床产水比按 10000-15000m/m 树脂计，来估计运行时间或产水量。此外，也有按出口压力差控制的。 （2）反洗分层 混床除盐装置运行操作中的关键问题之一，就是如何将失效的阴阳树脂分开，以便分别通入再生液进行再生。目前都是用水力筛分法对阴阳树脂进行分层。这种方法就是借反洗的水力将树脂悬浮起来，使树脂层达到一定的膨胀率，利用阴阳树脂的湿真密度差，达到分层的目的。阴树脂的密度较阳树脂的小，分层后阴树脂在上，阳树脂在下。所以只要控制适当， 可以做到两层树脂之间有一明显的分界面。 反洗开始时，流速宜小，待树脂层松动后，逐渐加大流速到 10m/h 左右，使整个树脂层 的膨胀率在 50%-70%，维持 10-15min，一般即可达到较好的分离效果。 两种树脂是否能分层明显，除与阴、阳树脂的湿真密度差、反洗水流速有关外，还与树脂的失效程度有关，树脂失效程度大的容易分层，否则就比较困难，这是由于树脂在吸着不 同离子后，浓度不同，沉降速度不同所致。 对于阳树脂，不同离子型的密度排列顺序为： H + + 2+ + NH4 Ca Na K+ 阴树脂不同离子型的密度排列顺序为： OH - - 2- - - 2- ClCO HCO NO SO 3 3 3 4 由上述排列顺序可知，失效程度大者容易分层，反之困难。 新的 H 型和 OH 型树脂有时还有抱团现象（即相互粘结成团），也使分层困难。为此，可 在分层前先通入 NaOH 溶液以破坏抱团现象，同时还可使阳树脂转变为 Na 型，将阴树脂再 生成 OH 型，从而加大阴、阳树脂的湿真密度差，这对提高阴、阳树脂的分层效果有利。 （3）再生 根据进酸、进碱和清洗步骤的不同，可分为两步法和同时再生法。 1 两步再生法 两步法指再生时酸、碱再生液不是同时进入交换器，而是分先后进入。它又分为碱液流过阴、阳树脂的两步法和碱、酸分别通过阴、阳树脂的两步法。在大型