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脱盐水处理 工艺篇 动力车间 主要内容 水的物化性质 物理 水常温下是无色 无味的透明液体1 沸点 100 一个标准大气压时 凝固点 0 三相点 0 01 2 密度 3 98 为1g ml 20 0 9982g ml水的密度在3 98 时最大 温度高于3 98 时 水的密度随温度升高而减小 在0 3 98 时 水热缩冷涨 密度随温度的升高而增加 化学 水的分子式为H2O 相对分子质量为181 电导水是一种很弱的电解质 能电离出少量的氢和氢氧根离子 所以即使理想的纯水也有一定的导电能力 导电能力常用电导率来表示 25 时水的理论电阻率为18 2M cm 电导率0 055 S cm 2水的化学性质水能与金属和非金属作用放出氢2Na 2H2O 2NaOH H2 与许多金属和非金属的氧化物反应生成碱或酸CaO H2O Ca OH 2SO3 H2O H2SO4 溶液 饱和溶液 溶解度由两种或两种以上物质组成的均匀而稳定的体系叫做溶液 在一定的条件下 物质的溶解和结晶达到平衡时的溶液叫做饱和溶液 在一定温度下 饱和溶液中所含饱和物质的量 称为该物质在该温度下的溶解度 毫克 升 ppm 毫克 升是表示水中某种物质含量多少的单位 水的单位体积常用升表示 而水中含有的物质的多少通常采用克来表示 由于一升水的质量通常为1000克 故1毫克 升的杂质相当于水中含有百万分之一份杂质 故单位ppm在表示水中杂质时与此相当 含盐量水的含盐量 也称矿化度 是表示水中所含盐类质的数量 由于溶解盐类在水中一般以离子的形式存在 也可表示为水中各种阳离子和阴离子的量的和 其单位是mg L 电导率由于溶解盐类在水中多以阴离子和阳离子形态存在 当水中插入一对通电电极时 在电场作用下 带电离子会产生定向移动 使水具有导电的性质 导电性能的强弱就用电导率来表示 其单位是 S cm S m 西门子 米 水的浑浊度水中存在的悬浮物及胶体状态的微粒使水产生浑浊 其浑浊的程度称为浑浊度 浑浊度的单位是用 度 来表示的 相当于1L的水中含有1mg的SiO2时 所产生的浑浊程度 为1度 相关概念 水的硬度 H 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 把水中这些金属离子的总浓度称为水的硬度 通常就把钙镁的总硬度看做水的硬度 用mmol L表示 通常也表示成等分子数量的CaCO3的质量浓度 单位为mg LCaCO3 水的碱度 B 水的碱度是指水中能够接受 H 与强酸进行中和反应的物质含量 在天然水中 碱度主要由HCO3 的盐类组成 单位为mmol L 通常也表示成等分子数量的CaCO3的质量浓度 单位为mg LCaCO3 pH值水的pH值以水中氢离子浓度的负对数值表示 表示为pH Lg H 氢离子的浓度是水的酸碱性的标志 当H 的浓度为10 7mol L时 水呈中性 对应pH表示即为当pH为7时 水呈中性 当pH为0 7时 水呈酸性 为7 14时 水呈碱性 相关概念 水厂絮凝预处理杀菌剂 新鲜水罐 生产供水泵 多介质过滤器 换热器 保安过滤器 超滤装置还原剂 阻垢剂 超滤水箱 一级RO给水泵 保安过滤器 高压泵 一级反渗透装置片碱 一级RO产水箱 二级RO给水泵 保安过滤器 高压泵 二级反渗透装置 中间水箱 EDI供水泵 保安过滤器 EDI装置 除盐水箱 用户 预处理目的 去除原水中各种悬浮物 胶体 以达到后续水处理设备的进水要求 预处理效果的好坏直接影响设备的长周期的运行 混凝 砂滤处理 水厂预处理 原理 水中的悬浮物和胶体物质的粒径不同 沉降速度相差很大 大颗粒悬浮物在重力作用下容易沉降 而微小粒径的以及胶体杂质能在水中长期保持分散悬浮状态 为了除去水中微小粒径的悬浮物及胶体 需要对原水进行混凝处理 通过在原水中投加絮凝剂 使之与水中悬浮物及胶体生成较大絮凝体 快速沉降下来 然后通过后继过滤设施过滤去除 水中的胶体是一些低分子物质的聚合体 小粒径 大比表面积 胶体颗粒表面通常带有负电荷 混凝处理是向水中投加混凝剂 阳离子聚会物 使胶体失稳而聚集在一起沉降下来 同样也吸附胶体 通过聚会物的长链将胶体聚集在一起 在沉降过程中悬浮于水中的胶体颗粒因吸附而随这些沉淀物一起沉降 原水预处理 超滤是一种以膜两侧压差为推动力 以筛分原理为基础理论的溶液分离过程 在压力的作用下超滤膜截留水中胶体颗粒 而水和小的溶质透过膜 超滤 超滤 在超滤分离过程中 相对分子质量小于300 500的溶质易透过膜 有时膜孔径既比溶剂分子大 又比溶质分子大 本不应具有截留功能 但却仍有明显的分离效果 主要是膜的化学性质 超滤膜组件是超滤装置基本工作单元 超滤膜是多孔膜 过滤过程是种动态过程 在超滤进行时 由水泵提供推动力 在膜表面产生两个分力 一个是垂直于膜面的切向力 使水分子透过膜面 另一个是与膜面平行的切向力 把膜面截留物冲掉 在超滤膜表面不易产生浓差极化和结垢 透水速率衰减较慢 运行周期相对较长 一般当超滤膜透水速率下降时 只要减低膜面的垂直方向应力 增加切向流速 进行短时间冲洗 3 5min 即可恢复 超滤膜 操作压力 流速浓差极化在膜面上形成的边界层 或凝胶层 使液体阻力增加 提高料液流速对防止浓差极化 提高设备处理能力有利 但增大压力使工艺过程耗能增加 结果导致费用增大 一般湍流体系中流速为1 3m s 在层流体系中通常流速小于1m s 温度高温可以减少料液的粘度 从而增加传质效率 提高透过通量 操作时间随着超滤过程的进行 浓度极化在膜表面上形成了浓缩的凝胶层 使超滤透过通量下降 浓度预处理 影响超滤过程的因素 在超滤分离法中 原水带到膜表面的溶质 被膜截留而增多 在膜表面处的溶质浓度变得比原水浓度高得多 这种现象称为浓差极化 当膜面上溶质浓度增加到一定值时 在膜面上会形成一层称为凝胶层的非动层 这个凝胶层对膜的透过通量有很大阻力 使膜的通量急剧下降 在超滤过程中 进水溶液中的大分子不断在膜表面被截留 加之这些大分子在水溶液中的扩散系数较小 在膜表面大分子溶质累积速度就加快 所以在膜表面处的溶质浓度变得比进水溶质浓度高 导致浓差极化现象加剧 防止浓差极化主要是控制运行条件 常用的方法有以下几中 加快平行于膜面的水流速度 开大错流量 适当提高进水温度 高温下运行有利于降低粘度 提高凝胶物质的再扩散速度 还能提高积聚物的临界凝胶浓度 工作温度自15 提高到25 水通量几乎增大1倍 定期清洗超滤膜 浓差极化 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 含盐量少的一侧的溶剂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 如果在浓溶液侧施加一个压力 那么浓溶液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 叫反渗透 渗透与反渗透 膜组件是反渗透膜分离设备的基本工作单元 一般由膜 支撑物和容器组成系统组成 精密过滤器高压泵相关测量仪表自动控制阀门反渗透测量仪表 反渗透装置 脱盐率 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透盐率 进水中可溶性杂质透过膜的百分比 脱盐率 1 产水含盐量 进水含盐量 100 以电导率计算一级入水电导667 s cm一级产水电导15 s cm二级产水电导2 s cm一级脱盐率 1 15 667 97 7 二级脱盐率 1 2 15 86 7 回收率回收率 指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分比 膜系统的回收率在设计时就已经确定 是基于预设的进水水质而定的 回收率 产水流量 进水流量 100 即我们所说的产水率 一级产水量67m3 h 浓水流量23m3 h二级产水量65m3 h 浓水流量8m3 h一级RO产水率 67 67 23 74 4 二级RO产水率 65 65 8 89 0 相关术语 反渗透膜出水量与温度关系一般地说温度每升高一摄氏度 同样的反渗透膜在压力不变的情况下 出水量将增加3 4 25 时产水率为1 0 12 时为0 66 换句话说 同样数量的反渗透膜 在12 时出水量是20吨 在25 时出水量将为约30吨 反渗透出水量与相关物理量的关系 反渗透设备出水量与加在反渗透膜上的有效压力成正比关系通过增加压力来提供反渗透膜的出水量一般是有限度的 在增加压力来提供出水量的同时也减低了反渗透膜的寿命 对于一般水质 压力选择在9 1 14Kgf cm2 反渗透出水量与相关物理量的关系 脱盐率是RO系统最常监测的指标之一 不仅表明RO膜的性能 而且影响RO出水质量 脱盐率下降可能相应会有其它RO膜性能的变化 如标准渗透水流量或标准压差等 这取决于引起膜性能变化的原因 当RO的标准系统脱盐率下降时 采取如下步骤 校正仪表 以避免因仪表原因而误认为膜性能的变化 查出脱盐率下降的部位 根据查出的原因 采取相应的措施 系统脱盐率下降 如果未按预定的回收率运行 可能会造成严重的后果 假定流量表不准 本来浓水流量应为25m3 h 给水流量为100m3 h 结果浓水流量仅有12 5m3 h 这样系统回收率由75 增至87 5 浓缩系统由4倍升为7倍 浓水浓度越高 结垢倾向越大 同时 较低的浓水流速 降低水的紊动状态 增加浓差极化 这又反过来增加结垢倾向 浓水浓度过高 会导致一种或几种难溶盐过饱和 从而在膜上结垢析出 结垢是难溶盐在膜表面上的沉积 污染是悬浮物和有机物等在膜表面上聚集 严重的结垢和污染会导致脱盐率下降 而这又最可能发生在系统最后一个膜元件上 因为该处水浓度最高 结垢和污染减少膜元件的水流空间 因而降低水流紊动效果 导致浓差极化的增加 膜表面浓度越大 渗透水浓度越高 系统回收率过高 系统污染或结垢 残余氯或其它氧化剂与膜接触时 会引起反渗透膜的退化 水中少量漏进的氧化剂 首先与第一个膜接触 引起该膜性能改变 脱盐率下降 氧化剂使用不当 系统脱盐率下降 EDI工作原理 EDI技术是将电渗析和离子交换相互结合在一起的工艺 利用混合离子交换树脂吸附水中的阴阳离子 同时这些被吸附的离子又在直流电压的作用下 分别透过阴阳离子交换膜而被除去 这一过程中离子交换树脂被电连续再生 不需要进行酸 碱再生 可以生产出电阻率高达18M cm的纯水 直流电是使离子从淡水室进入浓水室的推动力 EDI 离子交换膜用竖线表示 并标明它们允许通过的离子种类 这些离子交换膜是不允许水穿过的 因此 它们可以隔绝淡水和浓水水流 离子交换膜和离子交换树脂的工作原理相近 可以使特定的离子迁移 阴离子交换膜只允许阴离子透过 阳离子交换膜只允许阳离子透过 在一对阴阳离子交换膜之间充填混合离子交换树脂就形成了一个EDI单元 阴阳离子交换膜之间由混合离子交换树脂占据的空间被称为淡水室 将一定数量的EDI单元罗列在一起 使阴离子交换膜和阳离子交换膜交替排列 并使用网状物将每个EDI单元隔开 形成浓水室 在给定的直流电压的推动下 在淡水室中 离子交换树脂中的阴阳离子分别在电场作用下向正负极迁移 并透过阴阳离子交换膜进入浓水室 同时给水中的离子被离子交换树脂吸附而占据由于离子电迁移而留下的空位 通过这