（化学工程专业论文）自来水制备桶装纯净水的生产工艺研究.pdf

摘要 伴随着工业的发展，水资源的污染目益严重。几十年一贯制的水厂水处理 方式已无法满足人们对健康饮水的要求。进行水质深度净化的研究是十分有意 义的。 本课题的研究内容就是以天津市的市政供水为水源，设计投产的产量为 2 5 t h 的二级反渗透桶装纯净水生产系统。主要包括： 1 预处理采用自动清洗超滤工艺代替了传统的微絮凝过滤方式。采用低压操 作，操作压力控制在0 1 5 m p a 以下，自动清洗周期设置为3 0 分钟，同时定 期以5 的草酸溶液清洗膜单元，消除膜污染的影响，延长超滤膜的使用寿命。 2 在预处理中，在超滤之后还采用离子交换软化、活性炭过滤及微孔过滤工 艺，有效的去除了原水中的胶体、悬浮物，游离氯 o 0 5 p p m ，总铁 o 0 1 p p m ， 总硬度 2 p p m ，s d i 5 ，保证反渗透进水符合反渗透( r o ) 膜的要求。 3 在大量试验的基础上，对反渗透系统设计了灭菌消毒后处理工艺。同时， 针对间歇式操作对系统的影响提出预防细菌污染的措施。保证成品质量。 4 通过试验对系统的操作条件进行研究。在生产规模扩大时，将三条制水线 ( 6 t h 、2 5 t h 、1 5 h ) 进行改造，合理利用反渗透的一级、二级浓水， 并将灌装系统的冲淋废水回收利用，使系统的总产水能力提高到1 2 t h 的同 时，进水需求量由3 0 t h 减少至小于1 5 t h ，原水的总利用率达到8 0 ，节 约了水资源。 关键词：反渗透自来水净化自动清洗超滤 浓水回收利用 灌装冲淋水利用 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ei n d u s t r y ，t h ew a t e rr e s o u r c eh a sb e e np o l l u t e dm o r e a n dm o r es e r i o u s l y t h ew a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e su s e df o rs om a n yy e a r sn o l o n g e rs a t i s f yt h ep e o p l e sn e e df o rt h eh e a l t h yd r i n k i n gw a t e r s ot h es t u d yo f t h e f u r t h e rt r e a t m e n to f t a pw a t e ri su s e f u la n d b e n e f i c i a l t h i st h e s i si sa b o u tas y s t e mo f p r o d u c i n gb a r r e l e dp u r ew a t e rf r o m t h en a t i o n a l s u p p l y w a t e ri nt i a n j i n t h er a ww a t e ri sf i l t e r e dt h r o u g hat w o s t a g er e v e r s e o s m o s i s p r o c e s s ，w i t ha no u t p u to f 2 5 t h t h em a i nr e s u l t sa r e ： 1 ，i n s t e a do ft h em i c r o f l o c c u l a t i o n ，a na u t o m a t i cc l e a n i n gu fi s a d o p t e da st h e f i r s tp r e t r e a t m e n tp r o c e s s t h eo p e r a t i o np r e s s u r ei sc o n t r o l l e db e l o w0 15 m p a a n dt h ea c t i o nc y c l ei s3 0 m i n u t e s ，w ea l s o p e r i o d i c a l l yc l e a nt h eu fe l e m e n t s w i t h5 o x a l i ca c i dt oe l i m i n a t et h ei n f l u e n c eo ft h em e m b r a n o u s p o l l u t i o n 2 b e s i d e st h eu fe l e m e n t s ，w eu s et h ei o ne x c h a n g er e s i n ，a c t i v ec a r b o nf i l t e ra n d c a r t r i d g e f i l t e ri nt h e p r e t r e a t m e n tp r o c e s s a s ar e s u l t ，t h ec o l l o i da n dt h e s u s p e n d e d s o l i d sh a v eb e e ne f f i c i e n t l yr e m o v e d ，t h ef r e ec h l o r i n eh a sb e e nb e l o w o 0 5 p p m ，t h ec o m b i n e d i r o nl e v e l sh a sb e e nl e s st h a n0 0 1 p p m ，t h et o t a lh a r d n e s s h a sb e e nd r o p p e df r o m18 0 p p mt ol e s st h a n2 p p m ，t h es d ic a l lb er e a c hal e v e l b e l o w5 t h e r e f o rt h eq u m i t yo f t h ew a t e rf i t st h er e q u e s to f t h er oi n f l u e n t 3 b a s e do i lt h et e s t ，w ed e t e r m i n et h ep o s t - t r e a t m e n tp r o c e s st oa s s u r et h ep r o d u c t f r e ef r o mb a c t e r i a w ea l s og i v ea d v i c eo nh o wt op r e v e n tt h es y s t e mf r o mb e i n g a t t a c k e db yg e r m sw h e nt h es y s t e mw o r k s o c c a s i o n a l l y 4 w ec a r r yo u tt h ei n v e s t i g a t i o no nh o wt ok e e pt h es y s t e mi na g o o dc o n d i t i o n a s t h ei n c r e a s eo f p r o d u c t i o n ，w ec o m b i n et h en e wl i n e ( 6 t h ) w i t ht h et w o ( 2 5 t h a n d1 5 t h ) ，s ot h ec o n c e n t r a t e dw a t e ro ft h ef i r s ta n dt h es e c o n dr e v e r s eo s m o s i s s t a g ec a nb er e t r e a t e d t h ew a s h i n gw a t e ro f t h ef i l l i n gs y s t e mi sa l s oc a nb eu s e d i nt h e1 5 t hp r o c e s sa f t e rt r e a t e dw i t ha c t i v ec a r b o nw h i c hc a nr e m o v et h ec l o ， a st h er e s u l to ft h er e f o r m a t i o n ，t h et o t a lo u t p u tc a nr e a c h1 2 t h ，m e a n t i m e ，t h e f e e d w a t e rf a l lf r o mm o r et h a n3 0 t ht ol e s st h a n1 5 t h t h et o t a lr e c o v e r yc a nb e r e a c h e dt o8 0 k e y w o r d s ：r e v e r s eo s m o s i s ，p u r i f i c a t i o no f t a p w a t e r ， a u t o m a t i cc l e a n i n gu f r e c y c l i n go fc o n c e n t r a t e dw a t e r , r e u s eo ft h e w a s h i n g w a t e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：乖珥嘶翠 签字日期： 扬弓年竞月叠日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。 特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：。麓z 麓荦 导师签名：珏 签字日期；如亏年意月日 签字日期：猁年月z 日 天津丈学工程颈士毕业论文 第一鼙绪论 1 。1 水对人体建瘴起着歪关耋要的传用 水是人类生命的源泉，是构成人体的熏要组成部分，根据科学测定， 藏年久体黧趣三分之二是隶分，褥，童俸蠹的承分更最嵩这8 0 。在人 蒋内，承怒一切物矮交抉躬嫫奔，是入钵憨套秘俸滚及满健滚豹重溪组 成成分：也是将新陈代谢过程中产生的有繇物质排出体外的主要载体。 瞬时，水搬是人体辑嚣七大营养素( 承、爨自震、鹱黪、碳承化会物、 矿物联、缭生素、纤维秦) 之酋，人体没裙水，则养料不熊吸收，废物 不麓瓣豫，盘液不能流动，俸溢笼法恒定，体恣各种囊琏活动都无法避 行。水对人体的生理功能主要包括以下几方面； 1 参与夭俸肉的薪陈代瀣，维持菠鬻釜瀵渤黥； 2 怒甥脆与钵波嬲熏要组成部分，维持毒拳滚乎餐，懿滋委喾疆嚣； 3 调节体温，维持体温恒定； 4 蹩关麓、瓤舞及体艟戆浏潺裁。 入可以1 7 灭不吃饭，傻4 8 小时不锭水将导致死亡。芷常人镣天 隶分懿获敬和捺瀵一簸莛平鬻酶，约兔2 0 0 0 毫升，醺此，入每天必矮 补充水”j ，水中的常爨、微量元素对人体的健康起着积极的作用。强人 体登辫的1 1 稀常鬣元索( 戴、碳、氢、鬣、锈、磷、锑、硫、镳、镁、 氯) ，蓠宠簧扶蛋爨壤、疆骑、糖、无瓿黧、缨囊素、承等魏覆来羚楚， 水中的钙、镁、钾、钠的浓度对人体健康肖着一定的影响，如：钙( c a ) 援不妫媾熬，久搭每羁簧於炎6 0 0 ，2 0 0 0 m g ，缺e a 可戬诱发麓盘莲、蛰 质疏松，爨发生络肠、真肠癌，但食用超避1 8 0 0 m g l 含c a 的水，则 有致毒作丽，当承率c a 浓度为1 0 0 t 5 0 m g l ，可使肾炎、关节炎粕多 关节擞的发病率增高，影响t h , 脏血液流通，造成局部缺斑性心脏瘸，饮 隶中攘荐e a 浓溲篾3 0 - 7 5 r a g l ；镁是天体多静重要酶鹣激活裁，辩蛋 白质懿孛阗我谢翻禧经、疑巍豹痤激嚣缝怒诞繁傣曩，窍转癌效暴，入 体每曰需量为2 0 0 - 4 0 0 r a g ，缺镁会产生慢性呼吸障碍症候群、急性腹泻、 馒蛙潆秘熊衰竭等，软m g 还与，膝凌缝失谤等骞关，饮承孛一般攘荐 3 0 5 0 m g l ( 欧共体、法国) ；钠( n a ) 与钾( 酗是维持侮泼渗逑压的主要 阳离予，辩神经胍岗的必奋趋健避作用，高钠的摄入对多数人是引起篙 血压和脑晓管病的相关因素，饮水巾一般要求n a 为2 0 - 2 0 0 m g l ：铡 在天体巍与镳过多竣潼少，或分稚范圈发囊改变，都会蹲致电解质的代 天津大学工程硕士毕业论文 谢紊乱，缺钾会出现神情萎靡、软弱无力、食欲不振、口苦腹胀，钾对 心血管有保护作用，对心肌细胞的作用尤为明显，血中长期k 偏低可 导致心血管系统病变，重症甚至抽搐，昏迷甚至死亡。钾在水中的建议 含量 1 0 m g l ( 欧共体1 9 8 0 年) 。氯( c 1 ) 化物在水中浓度2 5 0 m g l 时呈 味咸，对人体无影响，一般水中规定为2 5 2 5 0 m g l “。 同时，水中存在的人体岿需的微量元素有1 4 种，他们是f e 、z n 、 c u 、i 、m n 、s e 、f 、m o 、c o 、c r 、n i 、v 、s n 、s i 。这些微量元素在 人体的血液、肝、脾、骨、肌肉、脑、胰脏、甲状腺、肾上腺、视网膜、 胰岛组织、前列腺、心脏、头发、齿、指甲、肺中都有存在，肌体某个 部位的功能与微量元素特异功能密切相关。微量元素主要来源于食物、 饮水、空气和药物，在饮水中都有一定标准。同样，微量元素对人体有 着重要的生理功能： 1 促进酶的催化作用； 2 参与激素的分泌作用； 3 是遗传物质一核酸的构成部分； 4 参与新陈代谢一参与人体内演化还原系统的活动。【2 3 】 总之，水在保持人体健康的过程中起着至关重要的作用。水体的状 况与人体健康密不可分。 1 2 饮水水源受到严重污染 水是生命的第一要素，饮用水的水质状况则与人体健康密切相关， 世界卫生组织的专家对长寿地区水质进行的研究提出了高品质饮水的标 准： 1 不含有毒有害物质，如杂质、细菌、病毒、重金属、化学物质等； 含有适量的钾、镁、钠、钙等矿物质成分，呈离子状态； 2 p h 值为8 - 9 ，是弱碱性： 3 水分子团中水分子数较少( 5 - 7 个) ，是普通水分子团( 1 3 15 ) 的 一半左右，渗透性强； 4 含有氧分( 5 m g l 左右) ； 5 含有碳酸根离子( 2 0 3 0 m g l ) 。 我们的城市供水水质日益恶化，而水质污染吞噬着人类的健康和 生命，我国大多数的城市供水远远不能达到人们对健康饮水的需要。由 于工业废水和生活污水向水体排放量的不断增加，以及农田径流、大气 天津大学工程硕士毕业论文 沉降等非点源污染，致使世界范围的水源污染日益加剧。以我国为例， 纹1 9 9 3 年全萤王篷凌拳豹李器敖量麦2 1 9 5 1 0 8 t ，工婆浚隶孛c o d 为6 2 2 1 0 4 t ，氰化物2 4 8 0 t ，挥发酚4 9 9 6 t ，福油类7 1 3 9 9 t 。城市地表水污染 普遍严重，统计的1 3 l 条流经城市的河流中，严重污染的2 6 祭，重度 污染黪l l 袈，中度污染的2 8 条。主要瓣污染物为石渣类、氨氮、挥发 辩受、b o d 及c o d 锄。我嗣上海黄清江水中有祝秘含量己知可达4 0 0 多种，吉林第二松花江测出有机物13 7 种pj ，可见水中有机污染物的种 类繁多( 随着微爨有机物富熬和检测技术的发展，水中发现的微赣有极 亿合魏静粪越来越多，其中不少对天体德痰有较大戆惫害) 。承污染弓| 起的对人体健黛的威胁主要有以下几个方面： 1 水中病原微生物引起的疾病：能引发人类发病的传染病共有1 4 8 耪，英孛1 5 耱蹩经拳传撵瓣鳃伤寒、纛琵、鼹米巴痰疾等，塞瘸毒奔 永佟播的传染病猁磊前已发现1 4 0 种阻上，自来水供承系统存在瘸毒已 引越各国深切关涟； 2 水中化学物质s l 起的痰病：永源灏染导致水中商毒害化学物质增 热，懿硝酸蕊、簸纯耪、汞、锤等，它翻避入天体，超量嚣可叛孳| 起各 种危害健康的痰瘸； 3 水中已检测出的有机化合物已达到2 2 0 0 多种。而水中存在的多种 有孝强饯台猕经辩学分褥确认为致瘗耱、霹疑蘩癌携、键癌或劈蘧狻，它 们对入体健康酌影响日盏引怒入们的关注。 4 水体中藻爽污染随着湖泊、水库的水质富营养化而日益严熏，引 起人们越来越多的关注。j 嚣蘩，鑫蓉零毒厂蘩鹣承楚瑾工艺疆去涂承巾豹悬浮穆、液体物 质、致病菌为主疆目标，对于水源中的谢机物质只有部分去除作用，并 且市政所供应的自来水存在以下问题： 一是氯消毒懿裂终用 7 1 ：现在邀赛备遥鼹氯游霉饮震拳仍然卡分普 遍，原因在于氯消毒确实能够有效控制永传染疾病的流行。但是氯加入 水中与很多有机物质进行化错反应，产生不同种类的氯化烃化含物。1 9 7 4 年谯荚国8 0 个城市开展饮z k 水质卫生调度中，各地熬发现水中含寿不 同瞧壤瓣有瓿德会耱终3 0 0 耱，箕孛三密擎烷( t h m s ) 含量突穗。现 己诚实，天然的腐殖质是形成t h m s 的未疆先驱物，麒中许多化合物为 致癌物或致突变物随若水源水污染的目盏严重，自涞水中所检测嗽的 氯化烃类物痿也j 荛逐澎增多，特鼷是当承孛含毒浚纯凌薅，氯滨擎烷静 毒馁比三氯甲靛更强。 8 1 3 天津大学工程硕士毕妲论文 二是输、酝水管网的二次污染：在囊来水厂对水源水进行有效处理 螽瑟经过管两方可弱这爰户家中，壶予巍采承中含鸯无祝穆、畜氍物帮 微擞物，水在管网中流动时，水中的化念物有些会发生复杂的分解或化 合作用，水和管内壁材质亦会发生化学作用，水中残存的微生物念利用 滚瘸求中的萤券妨进行繁壤劳在譬道蠹影液生甥貘，遴焉涎遗缨蘩既繁 殖诱导形成管道的腐蚀和结垢i 翱。 以上这些因索都会使水质恶化。特别应该指出，由于市政供水管网 的繇l 霹，饮用水中色、嗅、昧都受到了一定程度的影嗨，水中的铁食量 夯餐缀大懿瑶麓。 人们传统的概念认为将自来水烧开厨饮用就是安全可靠的，萁实， 将水烧开只能保证水中的细菌被高温灭杀，而对水中其它的污染诸如无 掇纛金属离予、蠢撬污染物等粼孟蹩戈力，毒姿耪袭鞠，垮承煮溺卡分 钟以上可将水中的大部分撵发性有机物如三氯甲烷等除去，然而大部分 情况下人们不会将水长时间煮沸，所以选不到净化效果；对于水中的重 金属、砷化合物、氟化物、旺硝酸盐等农密物质，特剐是菲挥发髅有辊 貔( 鲡h a a s 、农药、合袋洗涤裁) 会幽予煮开矗滚雅褥傻箕浓凌黼大， 致突变性增加i lo j ；水烧开飚，水中含飘鼹急剧下降丽不利于人体的新 陈代谢，故将水烧开并不是解决饮水污染的有效方法。 交照可霓，菠髑戆垂来农邑苓戆满足久涎鼹筵瘫饺窳懿嚣求。郡么， 是不是应该提高水厂的处理工艺，如采用先进的水旗深度处理技术以使 其满足优质饮水骚求呢? 虽然这是一个根本的解决办法，但是由于其昂 贵的造价和运行赞尾使褥在现在以至今聪糟当长的时惩内我们的灏情下 无法实现豹，溺时也是不登疆静、不经济鹃，原因在予： 1 目前我国擞耍的大型水厂所采用的加氯，消毒效果好，价格低， 处理成本低。如果改用二氧化氯或臭氧消毒，不仅要增加大量的投资， 瑟熬运嚣费蘑麓，难鞋誊获。 2 城市的市政供水中用于饮用的水量仅为1 - 2 ，而其余的9 8 9 9 的水均用于生活用水及工业用水等，目前的水处理完全可以达到其它 用途对水质的鼗求，因此j c 重全部供承进褥深度处理怒不经济的： 3 帮使承厂静出永能够遮羁优质饮永标准，那么缀过漫长豹输承管 道，特别是许多城市的管网历史悠久，不同程度地襻在锈蚀、老化， 内黩粘附着生物膜，存在豢二次污染的w 能性，到达用户时的水也就 戆以傈涯了。瑗在大援模凌委按浚东管阏馨是遥不甏及瓣。 4 天津大学工程硕士毕业论文 3 纯净水生产的背鬃： 就目前我国的实际情况，有效的提高饮水质量的办法应该是饮水、 用水分开，对饮水实施深度净化。在许多的新建住宅小区内，已实行两 套繁遭，分厦供承；丙对予大多数屠民，祸装杰魁楚不错的选择。这也 正怒桶装承市场褥以迅速藏长的原嚣所在。 桶装水大致可分为两大激，一类为禽有无机矿物质的各种天然矿泉 水和一些在水中添加无机盐必制得的人工矿化水，另一类为各种方法制 缛豹筑净泰。冀中，天王矿纯东懿菱零王艺是采霜褒缝净末中秘入溶瓣 的觅机盐方法制得，其产品良莠不齐，很难给予评价；天然矿泉水是从 地下深处自然涌出的或经人工揭露的，涞受污染的地下矿水，含有一定 量熬矿甥盐、徽爨元素或二篾纯碳气体，在逶霉馈擞下，其毯学艘分、 流繁、东温等动态在天然渡鹚范屡内相辩稳定i l “。囱予是在特殊濑质条 件下经过深循环溶滤作用形成的，其中既含有一定量的矿物质和人体必 需的微量元素，又是在纯天然状态未受到任何污染的地下水，无疑是对 入傣魏痰+ 分窍蕤豹，毽疆怒鑫于矿囊窳戆形藏有箕特定瓣遮蒺条箨帮 特赇的规律，因此，它必然蹙到地理位潞、经济条件镣诸多因素的限制， 难以在寻常百娥家得到普及。 纯净东由此黩运嚣生，葵覆因在予宅不受东资源豹疆裁，稳露予天 然矿泉水而言罄及起来要容翁得多。根撵我国国家标准中豹定义，纯净 水烧指符合生活饮用水卫生标准的水为水源，采用蒸馏法、去离予法或 离子交换法、反渗透法及其他适当的加工方法制得盼，密封于容器中， 不念经楚添燕戆，可浚壹接钦耀懿零l 豫j 。不霹否试，在裁取纯净窳熬过 程巾，将对人体其有危害性的有毒有害物质去除的同时，也去除了对人 体具有一定功能的有益矿物质。正因如此，纯净水是甭适宜饮用一直是 争谂不体的话麓。主张纯净疼不琴l 予人锩键裹豹一方试蕊：拳中熬溶缮 性矿物质要眈食物牢的更容翳和更好地被人体吸收i ”j 。同时认为：新陈 代谢的主要金属元素与非主鬻元素的比例受水中主要微量元素数爨的重 大影响，如果所稀主要元素锝到满足，就缀少或没有非主要元素的吸收， 它麓会被撵溪簿 “，能够避兔锾羹旁害元素豹蔽投。纯净永不仅不缝补 充人体所需的各种矿物质及微量元素，而且因其具有极强的溶解性，在 人体内会将微量元素从组织中析出排出体外，其严重麟果将使人体的物 质平簿遭至l 酸螺，螽不能及拜雩於充，可致疼；主张缝冷零骞裂予入薄款 一方认为：入体从饮水中补究的矿物质及微量元素的总蓬与食物相比微 天津大学工程硕士毕业论文 乎獒微，饮水盼主要目的怒补充水分，参与人体的新陈代谢，并融将代 潦产生静废物稀滋俸磐，後麓楚洚承会爨耱有益予久体健康。瘦该说， 虽然以上两种观点都有一定的科学依据，但是一个不争的事实是如果水 中含有大量的游染物，对人体造成危害，则必定是不适宜的饮用水。因 此焱王监纯基簸发矮，污焱没毫褥裂蔽浚靛今天，瀵爨者选择缝诲隶是 明智之举。 1 。4 纯净水制备技术发熊现状 由于原水水质差别很大，对水净化的目的各不相同，因此水质净化 工装多种多样，根据我国国标g b l 7 3 2 3 中要求，纯净水的电昂率应 o 5 m p a ，总高度为2 m ，有效装填高 度1 3 m ， 炭滤器：4 ) 7 0 0 m m 不锈钢罐，壁厚6 m m ，有效装填高度2 m ，耐压0 6 m p a ， 装填果壳活性炭总量约为0 4 5 t ； 保安微过滤器；聚丙烯熔喷膜，过滤孔径为5 - 1 0 u m ，1 4 支组，共两组； r o 膜：韩国世韩公司r e 4 0 4 0 b e 聚酰胺螺旋卷式反渗透膜元件，单只 回收率1 6 ，脱盐率9 9 ，最大水通量0 3 5 t h ，总用量3 6 支， 一级2 4 支，二级1 2 支。排列组合方式见图2 4 、2 5 ；图中每只 自来水 图2 3 制水工艺流程图 表2 , 22 5 tr o 水处理系统使用泵技术参数一览 编号位置型号功率扬程流量 f k w 、r m 、m 3 h b l原水管道y 9 0 l 22 23 01 5 b 2超滤增压y $ 8 0 2 2 一b 3 41 12 56 b 3软化增压y 8 0 2 21 12 46 3 b 4超滤酸洗y 8 0 2 21 12 46 3 b 5一级高压1 0 0 l b 2 2 8 f t l 3 0 c31 0 1 56 b 6二级增压y $ 8 0 1 2o 。5 52 43 2 b 7二级高压1 1 2 m b 2 2 8 f t l 3 0 c41 2 3 56 天津大学工程硕士毕业论文 纯 源 图2 4 一级r o 膜组合图 图2 5 二级r o 膜组合图 工艺流程图中泵的有关参数见表2 2 2 4 水质检测项目及方法 实验中自行检测的水质项目及方法见表2 3 ，表中各项检测项目均 按照g b 5 7 5 0 - - 8 5 生活饮用水卫生标准检验法或g b 8 5 3 7 _ _ 9 5 天然 矿泉水标准检验法规定方法测定。成品水需要检测的其它项目送卫生 部门检测。图2 6 、2 7 分别为铁、亚硝酸盐标准曲线 l8 天津大学工程硕士毕业论文 表2 3 水质自检项目及检测方法【3 5 、3 6 】 项目检测方法 水温 水银温度计测定，精度为1 电导率 d d s 1 1 a 电导率仪测定 p h 值p h s 3 e 酸度计测定 浊度标准比色法 c o d 酸性高锰酸钾法 亚硝酸盐重氮化偶合分光光度法( 固体格式试剂) 氨氮 纳氏试剂分光光度法 臭氧碘量法 细菌总数平皿培养法 大肠菌群多管发酵法 总铁二氮杂菲分光光度法 总硬度e d t a 滴定法 图2 62 7 标准曲线 天津火学工程硕士毕业论文 第三章预处理单元实验分析及实际运行中问题分析 为能够使预处理方案得到充分论证，实际工作中首先在实验室中将 方案中的超滤、活性炭单元设计为小型实验装置，进行了试验测定，并 在此基础上安装了处理量为2 5 t h 的二级r o 纯水制备系统。 3 1 超滤的水处理作用试验及设计 3 1 1 超滤的水处理效果试验及分析 利用公司原有产品的外壳装入小型超滤膜进行试验，通过对其进 水、滤出水进行取样分析，证实超滤对降低c o d 、铁含量有着明显的 效果。其分析数据见表3 1 。 表3 1 超滤膜过滤去除水中c o d 、总铁效果 编号 l234 原水c o d ( r a g 1 ) 3 2 92 8 03 0 92 0 0 超滤出水c o d ( m g i ) 1 8 31 7 81 7 51 6 7 c o d 有效去除率( ) 4 4 43 6 44 3 41 6 5 原水总铁( r a g 1 ) o 6 30 4 1o 3 8o 2 5 超滤出水总铁( m g i ) o 0 8 0 0 5 8 6 8 8 0 0 1 自来水中的c o d 很大一部分来源于腐殖质和有机物胶体，其颗粒度 较大，可被超滤膜有效截留，从而使c o d 值降低，试验数据表明：当 进水的c o d 较高时，超滤的过滤效果更为明显； 2 市政管道供水中的铁含量比较高的主要原因：一部分来源于水处理场 所加的含铁絮凝剂未能完全沉淀，另一部分则是由于供水管网的锈蚀， 在水厂常规加氯处理中所加入的过量氯的强氧化作用，将水中以及供水 管道壁上的f e 2 + 及金属铁氧化成f e ”，并且在近中性溶液中形成胶体， 从而造成水体的发黄( 色) 及异味( 嗅) 。超滤对胶体的去除有着非常明 显的优势； 3 关于超滤对s d i 的作用【2 2 、2 4 、3 7 、3 8 ：所有的r o 膜均对进水的淤泥 密度指数( s d i ) 有明确的要求，如本系统中采用的r e 4 0 4 0 b e 膜， 要求进水的最高s d i 5 应 5 0 。s d i 是监测水中微米及亚微米级颗粒含 量的指标，主要是水中胶体和悬浮物等微粒的含量。方法一般为测定 天津大学工程硕士毕业论文 在一定压力和标准间隔时间内，一定体积的水样通过微孔过滤器的阻 塞率。由于在系统操作中受到条件的限制，s d i 不易测得，我们采取 在原水罐中加入一定的杂菌，测定超滤截菌率的方法致使s d i 的截留， 理由是：一般的杂菌其最小直径为0 2 1 一o 2 2 u r n ，而s d i 测定中使用的 微孔膜一般采用0 4 5 u m ，可以这样推测，如果使用的超滤膜对杂菌的 截留率达到9 8 ，则对o 4 5 u r n 以上的胶体、悬浮物的截留率应该达到 系统要求，而在实际工作中，超滤膜对杂菌的截留率都大于9 9 ，因 此，认定超率出水符合r o 膜进水s d i 指标要求。 3 1 2 超滤系统的设计及清洗 由于本系统中是将超滤作为第一级预处理，而市政供水由于是地表 水源，季节、天气、环境等诸多因素对水质均有较大影响。在设计中 对各秘污染因素充分考虑，设计了内压式自动水清洗超滤系统。系统 的组成包括自清洗单元、药洗单元、控制单元，超滤膜分为两组并联， 可适用于连续操作。在实际操作中； 1 自动清洗的连续运转般以3 0 m i n 为一周期，自动清洗采用气动阀 控制，顺序为a 组正冲3 0 s ，b 组正冲3 0 s ，两组同时等压冲洗( 浓水 淡水比为l ：1 ) 3 0 s ； 2 采用低压运行，进水压力控制在0 1 0 1 5 m p a ，一般夏季( 3 0 。c ) 控 制出水量6 t h ，浓淡水比例为( 浓淡) 1 6 ；冬季( 4 c ) 出水量为5t h ， 浓淡水比例( 浓淡) 1 5 。当进水压力需要升至0 1 5m p a 以上方可满 足水量需要时，则应进行药洗。 4 超滤加药清洗：用5 草酸，控制迸水压力0 1 m p a ，采用正冲2 - 3 h 次， 冲洗2 - 3 次。一般每次冲洗需要一个班次的工时。超滤药洗后，使用 原水冲至出水电导率恢复为进水电导率为止。 3 2 超滤系统连续运转清洗方式讨论 影响超滤膜过滤效果主要包括两种因素：一是超滤膜的浓差极化； 另一种是膜的污染。大量研究表明，超滤膜在超滤过程中所产生的浓 差极化现象和膜污染既有一定联系，又有区别。超滤膜的浓差极化是 指溶液在工作压力驱动下，溶质逐渐向膜表面积聚的结果。它使这部 分界面出的浓度逐渐增高，当高出主体溶液的浓度时，造成高浓度溶 质反向扩散，致使浓差极化层不断扩大，最后在膜表面上形成一层凝 胶层，使液体阻力明显增加，膜的渗透速率很快下降，以至超滤过程 无津大学工程硕士毕北论文 无法继续下去，尽管这样，这萃申浓差极化现象是可以被消除的，是可 逶麓。瑟骥污潦是瘗溶鬟与貘李孝辩之瘸稠互箨蔫掰弓 起翡，在貘表蟊 生成吸附沉积朦的结果，翻而是不可逆的，必须经过化学清洗，才有 可能恢复膜的透过性能。现在一般大型水处理系统经常采用的自动清 洗方式可分为以下几萃孛： 3 2 1 压缩空气及化学剂成冲h 试验为采用一定压力( o 6 m p a 左右) 的压缩空气对聚丙烯中空纤 维黢( 孑l 径为0 + 2 u m ) 进弦反洗，使膜嚣侧的压夔( t m p ) 缎撩在 o 0 7 0 1 0 0 m p a ，当t m p 超媳o 。1 3 8m p a 残连续5 0 0 h 未霜药荆藏洗时， 交替使用两种不同的化学剂( 酸性、碱性) 进行反洗，药洗通常可是 t m p 降低到0 7m p a 以下。实验中发现，用压缩空气反洗后，出水中 耱经海2 - 5 u m 黪鬏粒籀显增多，谖明爰洗对簇莛毒损经懿。 3 2 2 气水双洗l ” 一些研究试验中，对0 1 u m 聚乙烯中空纤维膜进行每隔3 0 m i n 进 行爱两拳 孛洗麓瓣鳋郏溱气，每隔2 3 轰褥缱震5 0 p p m 次氯酸逛罩予爱冲 洗，效果明显。该清洗方法克服了压缩空气反洗中鲋膜的损伤。 在一些城市自来水净化处理中采用的中空纤维造续过滤系统中， 由于水量很大，多采用此羊申方式。它的特点是在爱淡液( 净水) 由膜 静囊承翻逶入终压簇酶雨翻，由内囱舞发向渗透清流的同时，旋貘的 避水口，鼓入压缩空气对中空纤维膜外照进行空气振荡和气泡擦洗。 与殷向清洗共同作用，可实现在线清洗，连续生产。 3 。2 ，3 壹动承瀵洗系统 正如本系统所采用的，对于内压式膜清洗时的糯力不能过大，否 则会使膜表面发生形变，因此采用正向的水冲洗和簿压冲洗结合，可 以将隧羞在膜袭嚣魏凝骏鼷冷戤，达到潼洗基懿。逡麓怼系统遴行鸯鬟 药演洗，清除簸污染。 3 ，3 软化系统的设计依据及实际效果 对软化系统设计的基本臻求包括：使用的树脂具有较高的交捩屠、 鞍黼的机械强魔，以保证树脂能够长期擞复使用、树脂的再生性能好， 软化系统能够满足整体设备连续运转需器。为了验涟设计效果，在实 验爨中祓了篱攀的枣登试验，选取茬高为2 5 c m ，壹经为1 0 c m 魏模叛 22 天津大学工程硕士毕业论文 交换柱，装入1 0 1 一n a 型树脂2 5 0 9 ，装入家用净水器的外壳中，进行软 化试验，数据见表3 2 表3 2 树脂交换软化效果试验结果 1 畦理水量( l ) 趟承 04 06 08 01 0 01 2 01 4 01 6 01 8 02 0 0 硬度( p p m 1 号进水 2 2 2 2l o) 2 0 2 号进水 2 2 2 2 2 2 2 282 4 注：1 号进水总硬度为4 9 5 p p m ；2 号进水总硬度为1 8 0 p p m 。 从试验中可以得出结论：当树脂对进水的软化交换一旦接近饱和， 则出水的总硬度会很快增长，设备中的设计应保证出水的总硬度 2 p p m 。在实际应用中，对离子交换树脂使用效果有影响的主要因素 还包括： 1 树脂的粒度：树脂的粒度对交换速度及压力降有明显的影响，在实际 应用中，选定最合适的粒度2 0 8 0 目； 2 交换柱：树脂装在柱中，溶液在流动状态下与树脂反复交换。树脂在 柱中类似于蒸馏塔中的塔板一样，其交换重复次数与柱的高度有关， 树脂层越高，流速越慢，交换量就越大。根据一些试验的资料，在较 大型柱的设计中，柱高与柱径之比以4 1 为宜，如果交换柱过高，会 影响树脂的利用率，也增加压头损失。布水的形式对交换的影响也很 大，在应用上要求良好的状态，即水流均匀，避免短路，提前泄漏。 所以，这就要求进出水都有布水装置，一般采用多孔板，滤帽或大阻 力的配水多孔管。 3 原液的影响：主要有( 1 ) 杂质的干扰，原水中的悬浮物、胶体物质 等会堵塞或覆盖树脂，因此要求用微孔过滤器、砂滤、吸附树脂或其 它机械过滤方法除去：( 2 ) 浓度：由于离子交换树脂的交换容量不大， 一般在低浓度下比较有利。( 3 ) 干扰离子：原液中所含同类型离子种 类太多或浓度太大( 1 0 0 0 2 0 0 0 m g 1 ) ，就会使体系复杂化，严重影响树 脂工作，特别是在高价金属离子如：f e ”、a i ”等离子以及各种络合离 子如f e ( c n ) 。3 2 等存在下，最好先用其它简便方法预先除去。另外， 氧化剂、还原剂都会干扰树脂的使用。 4 p h 值：原液的p h 影响离子存在形式，因此，对树脂使用的影响很 大 2 6 1 。 23 天津丈学王程疆毕壁论文 在实际操作中，选用粒度在2 0 8 0 目之间的树脂，同时选择适当的 柱高与秘经比树脂交换柱选用校离柱径圪为2 2 ，处理量为5 t h 。采用 1 0 l 委瓣藤，在设计跨设立嚣拿獯立匏较纯耱稽柱，可遽行转换攥俸， 以满足设备连续运转的需要，进水中所存在的机械杂质、悬浮物、以及 胶体中的f e ”在进行软化处理之前已经过超滤，可有效降低对n a 型树 疆麴影拣，提蹇秘聪秀生效率，敞少n a 型软纯捉驻憨中毒。遂承为天 津市市政供水，所以，p h 以及交换离子浓度均能够符合瓣求。 实际操作中。幽于考虑到原水的不稳定性以及操作人员交接班次蹿 原因，阂此在工艺中隳求每日定融进行软化椴的再生，即规定再生周期 为浚注蠢效运行露阕1 2 ，l 、器重，凑技术久爨缀踩硷溅爨承总硬度，绦谖 r o 进水硬度指标。寝3 3 为生产跟踪记录 表3 3 软使系统运露记最 l 运行露期 4 34 、54 t o4 i 74 2 4 4 3 05 ，85 1 55 2 25 2 9 i ( 7 1 日) l 再生前总 硬度 2 2 22 2 2 22 2 2 l p p m ) 关予树脂的再生，在实际生产中+ 采用1 0 的n a c l 溶液做再生粼， 再生方式为同柱逆流樽生，从袭3 3 可以显永出，再生运行可以满愆设 备嚣要。 3 4 保安过滤器的作用 理农，羧羲爱渗透隶楚溪系绞孛翅在r o 貘缀捧遂窳蔻设霆镞邋 滤步骤，即所谓保安过滤器，露的是为了将反渗透进水中可能存在的诸 如活性淡细微颗粒、树脂细小颗粒等会造成r o 膜损坏的杂质进行过滤， 颤傈护骥组件。 一般采蔫静徽过滤为聚雨烯络磺膜，其蒸本结梅是夜热纤维定向缠 绕时形成致密的微孔，由于孔道黧弯曲状，增加了过滤面积，并且滤芯 的微孔内层小外层大，增大了容溜量。即使如此，由于熔喷滤芯的的乎 趱魏经麓5 - 1 0 n m ，决定了其露羧避零囊撂辍浚骞餮显僚簇，只麓去豫 颗粒性物质，特别是成用在超滤过滤之后，本系统降微滤用于r o 膜之 前，主鼹是防止炭滤、软化等步骤中可能发生的渗漏，颗粒炭、树脂糙 进入r o 膜。在小型家用过滤器驰模投实验数摄见表3 4 24 天津大学工程硕士毕业论文 由于试验是间歇式进行的，不可避免的会有一些污染物在微滤器中 积存，造成出水中的c o d 、n o ：- n 均有一些升高，该试验提醒我们在 设备整体设计中一定要对此问题加以重视，不能因设备的不连续操作而 造成对r o 膜组件的损坏。实际设计中，保安过滤器后装配放水阀，便 于随时监测r o 进水水质，并且，在设备停机时，将其中的残留水放空。 表3 4 微滤对水质的影响试验数据 项目 p h 总硬度 n 0 ， c o d m 。 ( m g l ) n ( m g l )( m g l ) 进水 8 2 41 3 9o 1 7 51 2 3 l出水 8 1 91 3 9o 1 8 51 3 6 3 5 预处理方案中的问题讨论 本系统在设计中针对间歇操作对系统可能产生的不良影响设计了防 范措施。如果整套系统在实际操作中出现停机，则会产生以下不良影响： 1 微生物的大量繁殖会使整个系统受到污染。考虑到各个环节的维修以 及单元操作的便利，如工艺流程图所示，系统中设置了许多阀门可直接 排水，因此，整个系统在实际上是与大气相通的。停机时，不可避免地 受到大气中的各种细菌的污染，在停滞的水中大量繁殖，造成系统的受 污染。 2 长时间的停机有可能因停留其间的细菌作用而产生其它的影响，如超 滤系统中截留面一侧细菌繁殖污染，藻类繁殖过旺而产生绿苔；软化树 脂中出现c a 2 。、m 9 2 。等离子的反释放：炭滤系统中的n o ：。浓度的大幅提 高；微过滤装置受到厌氧细菌的侵袭产生硫化氢而发臭等。 因此，在实际生产中应尽量保持系统的连续运转，可以采用将产水 的一部分回流至反渗透迸水口，或者，调节反渗透进水压，降低水处理 量，延长运转时间。如果不能保证设备的连续运转，则应做到以下几点： 1 在停机时尽量将各个预处理设备中残留的水放空，尽量使设备中不存 水，保持良好通风条件，保证各设备接通大气，防止厌氧菌的繁殖而使 系统受到异味污染。 2 是在重新开机时，按照进水次序逐个设备进行冲洗，同时对水质进行 监测，特别是色、嗅、味、n 0 2 等指标，保证反渗透进水符合要求。 3 如果停机时间较长，在停机时段内，应该对系统进行定时的保养性开 机 4 为保证出水水质，应在生产工艺中重视灭菌、消毒措施。 天津大学工程硕士毕业论文 第四耄反渗透系统运行及分析 由于反渗透水处理技术近年来发展迅速，已经成为一项相对成熟的 应用技术，在本装置的设计中采用了许多经验性的数据，因此，在本篇 文鬻孛仅对设镶运行中的一媸阕题进行了跟踪检测秘讨论，具体蠢以下 几个方嚣： 4 1 反渗透膜组件的选择及设计分析 4 1 ，1r 0 膜静选择 由于本套系统的水源为天津市市政供水，因此在选择以超滤、树脂 软化、活性炭、熔喷保安过滤懿预处理工艺尽量减少对ro 膜熬游荣戆 墓确上，为豫诚产承汞质以及在设备运行中尽量减少运行费蔫、降低能 耗、减少清洗颇度等方面的考虑，采用了芳香族聚酰胺ro 膜( c p a ) 其主器理由在于： l 。菸疆薤率魄戆酸绎维类貘( c a b ) 更麓，c p a 为9 9 ，c a b 兔9 5 9 8 ； 2 膜的耐久性强，使用期限内脱盐率下降极少，从而使用寿命曼长； 3 所需给水压力低，从而可将反渗透给水泵耗电费用下降6 0 ； 4 。运行的p h 藏围宽( c p a 必4 - 0 ，嚣c a b 为5 - 8 ) ： 5 。膜清洗对翡p h 范围宽( c p a ：3 - 1 0 ，c a b ；4 。7 ) ，允许的淑度上 限黼( c p a 为4 5 ，c a b 为3 5 ) ，从丽愿便于清洗。 4 。 ，2 簇缓 睾浚谤分褥 为了使反渗透装置达到一定的回收率，同时保持避水在装置内的每 一个组件中处于大致相同的流动状态，必须将装置内的组件分为多段锥 形捺歹l 。段表势联，錾阕枣袋。嚣谓袋怒攘簇缰彳孛静浓承滚经下一维貘 组 牛处理，流经1 1 组膜组件，即称为n 阪。所谓级跫指膜组件的产品水 再经膜组件处理，产品水经n