纯水制备预处理要求.ppt

第二章纯水制备预处理要求,2.1水中有害成分对纯水制备的影响2.2纯水装置对进水的水质要求2.3纯水预处理技术,2.1水中有害成分对纯水制备的影响,产生堵塞现象使浓水室和淡水室中的水压不相等，严重时会使膜面破裂。悬浮物、细菌粘附在膜面上，成为离子迁移的一层障碍，使膜面电阻增大，降低效率，致水质恶化。带极性有机物被膜吸附后，会改变膜的极性，使膜的选择性透过性能降低，膜电阻增大。高价金属离子（如铁、锰等）与膜结合，会使离子交换膜中毒，游离氯使膜产生氯化，进水硬度高时会导致极化和沉淀结垢。,（1）悬浮物和胶体物质：堵塞反渗透膜，使透水率很快下降，脱盐率下降。（2）氧化剂如游离氯：复合膜和芳香聚酰胺膜对游离氯较为敏感，大于0.1mg/L的游离氯就能使其性能恶化。而醋酸纤维膜对游离氯的耐受能力较强，可达0.51.0mg/L，通常游离氯的进水含量控制在0.20.5mg/L。(我国饮用水标准规定出厂水游离性余氯在接触30min后不应低于0.3mg/L，管网末端不低于0.05mg/L)（3）铁锰铝等金属氧化物：含量高时，在膜表面易形成氢氧化物胶体，产生沉淀现象，导致膜部分或全部被堵塞。故应在预处理工艺中除铁锰铝等，使之达到规定的指标。,（4）硫酸根（SO42-）和二氧化硅（SiO2）：易产生硫酸钙和二氧化硅沉淀，在膜表面沉积水垢，缺少有效的清除方法。这样膜就会受到污染，水通量降低，压差明显上升，反渗透装置的效率迅速下降。（5）细菌及其他微生物：微生物污染会形成致密的凝胶层，会吸附高浓度离子，使浓差极化更严重，降低流动混合效果，同时由于酶的作用也会促进膜的降解和水解，表现为水通量逐渐下降，脱盐率逐渐下降和压降逐渐增大。醋酸纤维膜易受细菌的侵蚀而降解，并使膜的醋酸化程度减少，脱盐率大大下降；复合膜和聚酰胺膜不易受微生物侵蚀，但微生物如积聚繁殖，组件内部通道堵塞，水通量下降，缩短膜的使用寿命。,2.2纯水装置对进水水质的要求,淤塞密度指数SDI（与污染指数FI等同）：SDI是测定在标准压力和标准时间间隔内，一定体积水样通过一特定微孔膜滤器的阻塞率。测定是向47的0.45um的微孔滤膜上连续加入一定压力（30Psi，相当于2.1/2）的被测定水，记录下滤得500ml水所需的时间T0（秒）和15分钟后再次滤得500ml水所需的时间Tt(秒)，按下式求得阻塞系数PI（%）PI(%)=(1-T0/Tt)100SDI15=PI/15,SDI,13,2.3.1预处理常用工艺手段,（1）氧化：氧化是利用强氧化剂氧化分解水中有机污染物的一种化学处理方法。同时有些氧化剂还可去除水中的色、味、臭及铁、藻类等。将氧化与混凝、过滤、吸附等处理手段结合使用，可以达到良好的预处理效果。(常用氧化剂有氯系氧化剂和氧系氧化剂：氯、次氯酸钠(NaClO)、漂粉精(Ca(ClO)2）)、二氧化氯(ClO2)等；氧系氧化剂：臭氧（O3）和双氧水(H2O2)。,2.3纯水预处理技术,14,（2）混凝与接触混凝过滤：混凝的处理对象主要是细颗粒的悬浮物和胶体。通过加入化学药剂，使水中这类杂质形成大颗粒絮状物，使之在重力作用下沉淀，与水分离。接触混凝过滤是指在水中加入混凝剂，水与混凝剂在流经砂柱缝隙的过程中反复接触碰撞进行混凝、反应，当生成的絮状体达到一定体积后则被截留在砂柱的空隙中，这些被截留的絮状体进一步吸附所流过水中的细小矾花，使水质得到澄清。,15,(3)吸附：吸附法是利用多孔性固体物质，使水中一种或多种有害物质被吸附在固体表面而去除的方法。去除对象包括：水中有机物、胶体物质、微生物、余氯、嗅味等。常用吸附剂有粉末或粒状活性炭、大孔吸附剂、吸附树脂等。(4)精密过滤：指为去除水中通常砂滤所不能去除的微细悬浮物或胶体粒子而进行的过滤处理,又称为微孔过滤。通常采用成型滤材，如滤布、滤网、滤纸、滤片等，去除粒径微细的颗粒。,16,（5）超过滤：以超滤膜为核心，是近年来迅速发展的新技术，属于膜分离范畴。超滤不能去除低分子量的盐类，但能有效地去除大部分胶体、大分子化合物、微生物等分子量为500500000的溶质。其用于预处理时，一般是作为预处理的终端。（6）杀菌：水中存在的微生物，会对后续处理设备产生不良影响。杀菌方法：氯杀菌、二氧化氯杀菌、臭氧杀菌、紫外线杀菌）,17,2.3.2水中铁、锰成分的去除,地表水中含有溶解氧，铁锰主要以不溶解的Fe(OH)3和MnO2形态存在，所以铁锰含量不高。地下水中由于缺少溶解氧，以致高价的铁和锰还原称为溶解的2价铁和2价锰，因而铁锰含量较高。在我国地下水的含铁量一般小于510mg/L，含锰量约在0.52.0mg/L。我国饮用水水质标准规定，铁0.3mg/L，锰0.1mg/L。,18,2.3.2.1地下水除铁一、为什么要除铁含Fe2+的地下水有铁腥味，在地表时间略长，水质即发浑，洗涤织物及器具时会留下锈色斑点;Fe2+污染离子交换树脂，使树脂中毒而降低交换能力；作锅炉补给水时，容易在锅炉受热面上结成铁垢；冷却水中铁含量超过0.5mg/L时，会促使铁细菌繁殖,堵塞管道,降低热交换器的换热能力。二、地下水除铁方法一般常用的是氧化方法,氧化剂有氧、氯和高锰酸钾等。,19,1曝气自然氧化除铁法（1）基本原理4Fe2+O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+（2）曝气自然氧化除铁法的适用范围及处理效果适用于水中含铁浓度在510mg/L，pH在6.57.0范围内，处理后水中铁可降至0.3mg/L以下。（3）曝气装置常用的有莲蓬头曝气装置和跌水曝气装置。,20,1)莲蓬头曝气装置,一般直接置于重力式过滤池的上面;安装高度为1.52.5米（当原水中二价铁含量小于5mg/L时，喷头距水面高度为1.5m即可；当二价铁含量大于10mg/L时，高度为2.5m较好）。每个莲蓬头的服务面积为1.01.5平方米。优点：结构简单、操作方便；缺点：喷淋时水易散失，喷头孔易被铁沉积物堵塞，影响喷水效果。,21,2）跌水曝气是将地下水提至地面后经溢流堰或者水管，自高处自由下落，使水变薄变细，水在下落过程中，可与空气充分接触，达到曝气目的。跌水级数可采用13级，每级跌水高度为0.51.0米，单宽流量为2050米3/时米。,22,2天然锰砂曝气接触氧化除铁工艺当处理含铁量较高的地下水时，可采用：含铁地下水曝气天然锰砂滤池。用天然锰砂作滤料除铁时，对水中二价铁的氧化反应有很强的接触催化作用，它能大大加快二价铁的氧化反应速度。经典理论认为天然锰砂除铁的催化机理为，天然锰砂中含有MnO2，它是Fe2+氧化成Fe3+的良好催化剂，其催化反应为：4MnO2+3O22Mn2O7Mn2O7+6Fe2+3H2O2MnO2+6Fe3+6OH-4Fe3+12OH-4Fe(OH)3,23,近年，通过实验研究发现，旧天然锰砂的接触氧化活性比新天然锰砂强，当旧天然锰砂的反洗过度，催化活性会大降低，这表明锰砂表面的铁质滤膜具有催化作用，称为铁质活性滤膜。铁质活性滤膜的化学组成经测定为Fe(OH)32H2O，其催化反应机理为：铁质活性滤膜首先以离子交换方式吸附水中的二价铁离子：Fe(OH)32H2O+Fe2+=Fe(OH)2（OFe）2H2O+H+当水中有溶解氧时，被吸附的二价铁离子在活性滤膜的催化下迅速地氧化并水解，从而使催化剂得到再生：Fe(OH)2（OFe）2H2O+1/4O2+5/2H2O=2Fe(OH)32H2O+H+反应生成物又作为催化剂参与反应，因此，铁质活性滤膜接触氧化除铁是一个自催化过程。,24,曝气氧化除铁工艺系统如下图,25,CT型压力式地下水除铁装置-接触催化除铁工艺,26,2.3.2.2地下水除锰一、为什么要除锰地下水中的锰多以Mn（HCO3）2的形式存在，含锰高的水有异味，作为工业用水时，会产生灰色、黑色、棕色斑痕，对离子交换树脂也有毒害作用。因此，需要去除地下水中的锰。二、除锰的方法和工艺以氧化法为主，即将水中的二价锰氧化成四价锰，四价锰能从水中析出，再用固液分离的方法将之去除，从而达到除锰的目的。氧化剂有氧、氯和高锰酸钾等。用空气中的氧为氧化剂最经济,27,1、曝气接触氧化法除锰水中的二价锰被溶解氧化为四价锰，只在水的pH9.0时氧化速度才比较快，自然氧化法除锰难以在生产中应用。研究和实际运行发现，可采用曝气接触氧化工艺除锰，在长期运行的曝气、反应沉淀、石英砂过滤处理的流程中，在石英砂滤料表面自然形成了锰质滤膜，具有催化作用，水中的二价锰在锰质滤膜的催化作用下能迅速被溶解氧氧化而从水中去除，称为曝气接触氧化法除锰。机理不明确。曝气接触氧化法催化除锰机理过去认为是二氧化锰，现有研究认为是多种锰氧化物共同起作用，需待进一步研究。,28,2、地下水除铁除锰工艺锰和铁的化学性质相近，所以在含锰地下水中常含有铁。当地下水的含铁量和含锰量均较低时，一般可采用单级曝气过滤工艺。此时，铁、锰可在同一滤池到滤层中去除，上部滤层为除铁层，下部滤层为除锰层。,29,铁的氧化还原电位比锰要低，二价铁对高价锰（如四价锰）便成为还原剂，因此，二价铁能大大阻碍二价锰的氧化。故在地下水中铁锰共存且含量均较高时，则除铁层范围会增大，剩余的滤层不能有效截留水中的锰，因而存在部分锰泄漏，滤后水不符合水质要求。此时，为了防止锰的泄漏，可采用两级曝气、过滤处理工艺，即第一级除铁，第二级除锰。其工艺流程如下：,30,3、其他除铁锰工艺技术近年来，国内外在进行生物法除铁除锰的研究。某些微生物（如铁细菌)可加速水中溶解氧对二价铁和二价锰的氧化。推荐的生物法除铁除锰工艺见下图：该工艺系统适用于地下水同时含有二价铁和二价锰的情况，水中二价铁对于除锰细菌的代谢是不可缺少的。通过微曝气控制水中的溶解氧和曝气后水的pH不过高，以免二价铁氧化为三价铁，对生物除锰不利。,31,2.3.3除氯技术一、为什么要除氯大数多工业用水取自市政管网,为维持杀灭细菌的效果，管网水中始终要保持余氯量在0.51mg/L。余氯具有受热后，具有较强的腐蚀性，对锅炉造成破坏；余氯会破坏强酸阳离子交换树脂，使其强度变差，容易破碎，交换容量下降。采用离子交换树脂除盐处理之前需要预处理除氯。,32,二、除氯方法1、化学药剂脱氯法化学药剂脱氯法是利用投加还原性药剂如二氧化硫和亚硫酸钠等，将余氯还原。SO2+HOCl+H2O3H+Cl-+SO42-Na2SO3+HOClNa2SO4+HCl,33,2、活性炭脱氯法活性炭脱除活性余氯，采用较高的流速（50m/h），