水处理基础知识

生产部 李锋 水处理基础知识 培训大纲 水处理工艺介绍 第一部分 水处理分类 污水处理 地下水 水源 地表水 海水 污水 自来水 饮用水 用途 自来水 工业纯水 工艺水 排放水 水处理 水处理 海水淡化 中水回用 游泳池 冷却水 水处理工艺选择 精滤 胶体 需去除杂质 微生物 颗粒 硬度 离子 可选择工艺 电渗析 脱气塔 石灰软化 蒸馏 臭氧 介质过滤 反渗透 超滤 沉淀池 纳滤 紫外线 微滤 EDI 离子交换 树脂软化 毛发过滤 二氧化氯 气体 介质过滤器 介质过滤器可以使用单一介质 也可根据不同需要采用多种介质 单一介质的过滤器也叫浅层介质过滤器 它的主要过滤介质一般为石英砂 花岗岩和火山砾等 多层介质过滤器也叫深层次介质过滤器 它的过滤介质是由一种以上过滤介质组成 一般石英砂 活性碳 无烟煤 锰砂及其他接触性介质 其他介质 纤维球 纤维束等 多介质过滤器 过滤介质 1 2mm无烟煤 0 5 1mm石英砂 1 2mm石英砂 通风口 空隙 进水口 出水口 侧管分配口 蘑菇状滤口 水帽 至少50 的现有砂高度空间 过滤介质 垫层 排污口 1 2 5 3 4 进水口 出水口 生产 反洗操作 排污口 1 2 5 3 4 进水口 工艺流程介绍 反洗操作 排污口 进水口 1 2 5 3 4 正洗操作 活性炭过滤器 吸附气体吸附有机物通常1g的活性炭的表面积有800 1200m2 因此可以说活性炭是理想的吸附材 去除余氯C Cl2 2H2O 4HCl CO2 膜法过滤 离子交换柱 床 离子交换柱 床 离子交换 离子交换树脂是一种不溶于酸 碱和有机溶剂的固态高分子材料 是一类带有官能团的网状结构的高分子化合物 其结构有三部分组成 不溶性的三维空间网状骨架 连接在骨架上的官能团和官能团所带的相反电荷的可交换离子 树脂按活性离子分类 如果活性离子是阳离子 和阳离子发生交换 就称为阳离子交换树脂 如果是阴离子 则称为阴离子交换树脂 离子交换树脂结构 骨架 接有功能基团 本身是惰性 功能基团 连接在骨架上 可与相反离子结合 待交换分子 在吸附阶段可与活性离子交换 与骨架上的功能基团结合 活性离子 与功能基团所带电荷相反的可移动的离子 电渗析 电渗析原理 在外加直流电场作用下 利用离子交换膜的透过性 即阳膜只允许阳离子透过 阴膜只允许阴离子透过 使水中的阴 阳离子作定向迁移 从而达到水中的离子与水分离的一种物理化学过程 电渗析原理图 EDI EDI Electrodeionization 中文全称 连续电去离子技术 其主要用于替代传统的混床技术 EDI工艺原理是 在电场的作用下 通过导电物质将离子化物质从产水中迁移出去 以达到生产高纯水的过程 EDI结构组成 淡水进水 HSiO3 CO3 OH H Cl SO4 NO3 HCO3 阴离子交换膜 阳离子交换膜 Na Ca Mg Na 阴离子交换膜 阳离子交换膜 高纯水 Ca Mg Na H 阳极废水 浓水 Anode阳极 Cathode阴极 阴极废水 高纯水 浓水进水 HSiO3 CO3 OH Cl NO3 HCO3 HSiO3 SO4 H 模块分解图 阴极板 阴离子交换膜 浓水室 阳离子交换膜 淡水室 反渗透基本概念和原理 第二部分 半透膜 只让溶剂通过而不让溶质通过的膜称为半透膜 半透膜与选择性透过膜的区别 半透膜与反渗透膜的区别 SemipermeableMembrane 半透膜示意图 渗透 稀溶液中的溶剂 水分子 自发地透过半透膜 反渗透膜或纳滤膜 进入浓溶液 浓水 侧的溶剂 水分子 的流动现象 Osmosis OsmoticPressure 在自然渗透的过程中 渗透过程达到平衡点 此时的液柱高差称为该浓溶液的渗透压 渗透压 反渗透 在浓溶液侧 施加一个大于渗透压的压力 使浓溶液中的溶剂通过半透膜向稀溶液流动 此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反 这一过程称为反渗透 ReverseOsmosis 附1 水分子 附2 氢键 附3 水合离子 膜元件结构及相关概念 第四章节 反渗透膜 允许溶剂分子透过而不允许溶质分子透过的一种功能性的半透膜称为反渗透膜 聚酯材料增强无纺布 约120 m厚 聚砜材料多孔中间支撑层 约40 m厚 聚酰胺材料超薄分离层 约0 2 m厚 膜元件 将反渗透或纳滤膜膜片与进水流道网格 产水流道材料 产水中心管和抗应力器等用胶粘剂等组装在一起 能实现进水与产水分开的反渗透或纳滤过程的最小单元称为膜元件 膜元件示意图 膜组件 膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构成膜组件 由膜组件 仪表 管道 阀门 高压泵 保安滤器 就地控制盘柜和机架组成的可独立运行的成套单元膜设备称为膜装置 膜装置 产水背压 如果产水管线在运行和系统停机时带压 膜元件就可能会遭遇静态的产水背压 为了避免膜元件因背压产生膜片复合层的剥离破坏 任何情况下 净背压不得高于0 3bar 5psi 什么情况下会出现产水背压 自然渗透 突然停机 憋压 系统设计不合理等 错流过滤 浓差极化 在反渗透过程中 由于膜的选择渗透性 溶剂从高压侧透过膜 而溶质被膜截留 其浓度在膜表面处升高 同时发生从膜表面向水体的回扩散 当这两种传质过程达到动态平衡时 膜表面处的浓度C2高于主体溶液浓度C1 这种现象叫浓差极化 C2 C1称为浓差极化度 回收率 指膜系统中给水转化为产水或透析液的百分率 公式 回收率 透析液流量 进水流量 错流过滤和回收率 首先 切向流速能使原水中的污染物随浓水排出 其次 切向流速能产生紊流破坏膜表面的浓差极化层 因此 我们需要保证单只膜元件回收率不超过15 进水 浓水 产水 进水 浓水 错流过滤 切向流速 第五章节 HSRO 390FF膜元件 HSRO 390FF命名 HSROHeatSanitizableReverseOsmosis热消毒元件390390平方英尺FF FullFit 充满外壳卫生型元件 膜元件直径 25 2 5英寸 40 4 0英寸 80 8 0英寸膜元件长度 21 21英寸 40 40英寸 HSRO 390FF产品规范 单只元件的最小脱盐率98 0 产水量和脱盐率是基于测试条件 2000ppmNaCl 压力为上表值 25 C 15 回收率 元件投运前必须进行稳定性处理 在此过程中 会出现一次性的通量下降 上表的规范值为经过稳定处理后的性能数据 单只元件的产水量会在20 范围内变化 HSRO 390FF的热消毒 HSRO热消毒卷式元件在首次使用前应用热水进行热稳定处理 热消毒控制条件同热稳定处理 合适的热稳定 热消毒 步骤如下 HSRO 390FF的热消毒 在低压低流量条件下用适当质量的净化水冲洗 在很低压力下用热水作循环处理 水温小于等于45oC 温水循环 最大压力45psi 3bar 膜两侧压差必须小于25psi 1 7bar 将热水输入系统中 直至温度升至80oC 升温小于4oC min 当使用水温为45oC或高于45oC的温水或热水时 膜两侧的压差必须小于25psi 1 7bar 保温60 90分钟 让系统将温度降到45oC以下 降温小于4oC min 在很低压力下用适当质量的净化水冲洗 最大压力45psi 3bar 膜两侧压差小于25psi 1 7bar HSRO 390FF运行极限值 膜的类型 聚酰胺复合膜最高运行温度 45oC最高热消毒温度 1 75bar 25psi 85oC最高运行压力 600psi 41bar 最大压差 15psi 1 0bar 连续运行pH范围 2 11短时清洗pH范围 30分钟 1 12最大给水污染指数 SDI5最大给水浊度 1NTU游离氯容忍量 0 1ppm HSRO 390FF其它信息 元件一旦浸湿 即应始终保持湿润 如果不严格遵守技术公告中的设计导则和运行极限值 有限质量保证将失效 在系统停机 运输 贮存期间 为了防止微生物滋长 将膜元件浸没于保存液中 标准的保存液含1 5 重量 的亚硫酸氢钠 食品级 元件至少需使用6小时后方可用甲醛消毒杀菌 如果在6小时内使用甲醛 可能导致通量损失 该膜对氯 次氯酸盐 的短期攻击有一定抵抗力 但连续接触会破坏膜 故而应避免 客户应全面负责不兼容的化学药品和润滑剂对元件产生的影响 使用不兼容的药品将使有限质量保证失效 始终避免产品水侧产生背压 膜污染及预防 第八章节 结垢 结垢 定义为部分盐类的浓度超过其溶度积在膜面上的沉淀 例如碳酸钙 硫酸钡 硫酸钙 硫酸锶 氟化钙和磷酸钙等 当难溶盐类在膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度极限时 它们就会在反渗透或纳滤膜膜面上发生结垢 如果反渗透水处理系统采用50 回收率操作时 其浓水中的盐浓度就会增加到进水浓度的两倍 回收率越高 产生结垢的风险性就越大 结垢的预防 加酸H CaCO3 Ca2 HCO3加阻垢剂树脂软化石灰软化Ca HCO3 2 Ca OH 2 2CaCO3 2H2O 污堵 污堵 定义为有机物和胶体在膜面上的沉积 胶体和颗粒污堵可严重地影响反渗透及纳滤元件的性能 如大幅度降低产水量 有时也会降低系统脱盐率 胶体和颗粒污染的初期症状是系统压差的增加 污堵的预防 介质过滤其它过滤 微滤 超滤 絮凝 助凝系统设计 回流 微生物污染 微生物进入反渗透系统之后 找到了水中溶解性的有机营养物 这些有机营养物伴随反渗透过程的进行而浓缩富集在膜表面上 成为形成生物膜的理想环境与过程 膜元件的生物污染将严重影响反渗透系统的性能 出现进水至浓水间压差的迅速增加 导致膜元件发生 望远镜 现象与机械损坏以及膜产水量的下降 有时甚至在膜元件的产水侧也会出现生物污染 导致产品水受污染 微生物污染的预防 一旦出现生物污染并产生生物膜 清洗就非常困难 因为生物膜能保护微生物