化学水处理双膜法培训资料

制水工艺超滤＋反渗透＋混床

生产水池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≤10μS/cm25℃2SIO2≤80μg/l3硬度≈04产水量600t/h25℃5送水压力0.6MPa6PH7.5-8.5水处理预处理预处理目标是使原水经过初步处理，主要是去除水中各种悬浮物、胶体，以达成后续水处理设备进水要求。比如采取反渗透除盐工艺预处理应做到以下要求：预防膜表面上污染，即预防悬浮杂质、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。预防膜表面上结垢。反渗透装置运行中，因为水浓缩，有难溶盐如CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4、CaF2等沉积在膜表面上，所以要预防这些难溶盐生成。确保膜免受机械和化学损伤，以使膜具备良好性能和足够长使用寿命。现在惯用预处理工艺主要有：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值调整、还原剂处理、保安过滤。特殊预处理工艺还需降低水中金属离子含量（如铁、锰、铜等）、微生物杀菌、去除二氧化硅等。下面介绍几个惯用预处理技术。一、水过滤处理过滤设备称为滤池或滤床，装填粒状滤料钢制设备称为过滤器，滤层由一定厚度滤料组成。滤料有粒状、粉状、纤维状多个，惯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。现在在国内惯用过滤设备是让水经过一定大小、形状颗粒物，水中悬浮物、胶体等杂质被这些颗粒物质截留下来，再经过反洗将颗粒上杂质冲洗带出过滤器以恢复其工作能力。过滤在过滤器里，不一样粒径滤料由上到下、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，水中部分固体悬浮物进入上层滤料形成微小孔眼，受到吸附和机械截留作用被滤料表层所截留。同时，这些被截留悬浮物之间又发生重合和架桥等作用，就好象在滤层表面形成一层薄膜，继续过滤着水中悬浮物质，这就是所谓滤料表面层薄膜过滤。这种过滤作用不但滤层表面有，当水进入中间滤层也有这种截留作用，为区分于表面层过滤，称为渗透过滤作用。另外，因为滤料彼此之间紧密地排列，水中悬浮颗粒流经滤料层中那些弯弯曲曲孔道时，就有着更多机会及时间与滤料表面相互碰撞和接触，于是，水中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，从而使水得到深入澄清和净化，降低水浊度。过滤还可使水中有机物质、细菌、病毒等伴随浊度降低而被大量去除，并为滤后消毒创造了良好条件。2)反洗在过滤器运行过程中，滤料表面会粘附越来越多杂质，甚至造成滤料结成泥球。所以过滤器须定时反冲洗，恢复过滤器之功效。反冲洗对过滤运行至关主要，假如反冲洗强度较弱或者冲洗时间不够，滤层中污泥得不到及时去除，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；假如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发漏滤料现象，而且耗水量大。较理想反冲洗操作应该有效、经济且不会产生故障。反冲洗周期随入水浊度增加而缩短，要在运行中依照实践经验制订。反冲洗流速通常要高于运行流速，该值需要经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，所以需定时（通常1年）检验，必要时补充或更换滤料。影响过滤原因影响过滤原因很多。对于粒状滤料滤池来说，主要是滤速、滤料及滤层影响。过滤设备主要是经过滤料来截留水中杂质，因而滤料性能对过滤效果起决定性作用，滤料主要性能与过滤效果关系以下：1)滤料粒度滤料粒径太大，细小悬浮物轻易穿透滤层，出水水质差；粒径太小，杂质穿透能力差，滤层中污泥局部集中，滤层堵塞快，水流阻力大，过滤能耗高，过滤周期短，所以滤料粒径必须适宜，过大过小均不好。同时滤料不均匀性对设备清洗也有影响，因为滤料颗粒差异太大会使反冲洗操作发生困难，如为使冲洗流速达成粗大颗粒松动时，细小滤料可能被水流带出过滤设备而流失。反之，若确保细滤料不流失，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)滤层厚度滤层厚度过低，水中杂质轻易穿透滤层，反冲洗周期短，操作复杂，假如滤层厚度过高，会造成过滤设备体积庞大，投资高，同时反冲洗比较困难，所填滤层高度也不是越高越好。3)滤层空隙率滤层孔隙是水流通道，又是贮泥空间，过大孔隙率，悬浮杂质易穿透；过小孔隙率，则贮泥空间小，过滤周期短，水流阻力大。4)滤料排列方式滤层依照滤料装填种类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，粒径小滤料在上层，越往下层粒径越大。所以由上而下滤层截污能力逐步减弱，水流自上而下在滤层孔隙间流动过程中，杂质首先接触到是上层细滤料。因为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，造成局部阻力增加过快，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滤料层是密度小颗粒大在上，密度大颗料小在下，这种滤床经水力反冲洗分层后，密度大细滤料在底层，密度小粗料在上层，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，水头损失增加速度慢，但在实际应用中滤料层数不是越多越好，层数太多一是设备投资大，二是增加反洗难度，因而需要经济与技术合理搭配。(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6-8m/h，单层机械过滤器为8-10m/h，双层过滤器为10-14m/h。—反洗反洗相关条件以下滤层冲洗强度（L/m2。S）膨胀率冲洗时间(min)细砂10-1240%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作用强烈，因而反洗效率高。气洗强度通常为10-25L/m2.S，水反冲洗强度通常为10-16L/m2.S。3)滤料惯用滤料有石英砂、无烟煤、活性炭、锰砂，滤料主要特征有：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、化学稳定性过滤器通常有进水阀、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、加药阻垢技术反渗工作过程是原水在膜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一侧。伴随原水流程逐步增加，水分子不停从原水中取走，留在原水中含盐量逐步增大，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+、Sr2+、SiO2、SO42-、HCO3-等倾向于产生结垢离子深度积通常都小于其平衡常数，所以不会有结垢出现，但经浓缩后，各种离子浓度积都有可能大大超出平衡常数，所以会产生严重结垢。采取加药阻垢方法是现在惯用预防反渗透膜污染一个方法，其设备简单，操作轻易，因而通常反渗透预处理都采取加药阻垢方法。这种方法是经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浓度而沉降下来。大多数阻垢剂还有一定分散作用，预防颗粒聚集成足以沉积下来大颗粒，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主要部分，主要去除水中各种无机盐离子。现在除盐技术主要有三种，传统离子交换技术、反渗透技术和EDI技术。除盐处理依照用水要求不一样，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无机盐离子，再经过使用二级除盐处理对原水进行深入脱盐处理。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，初目标是为载人航天飞机提供人体废水净化后循环使用净化设备。这项技术在美国航天器中应用得到了令人满意成功。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其它应用投入大量人力和资金，进行了广泛研究。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应用。二、反渗透工作原理渗透是一个物理现象，当两种含有不一样盐类浓度溶液用一张半透膜隔开时会发觉，含盐量少一边溶剂分会自发地向含盐量高一侧流动，这个过程叫做渗透。渗透直到两侧液位差（即压力差）达成一个定值时，渗透停顿，此时压力差叫渗透压。渗透压只与溶液种类、盐浓度和温度关于，而与半透膜无关。通常说来，盐浓度越高，渗透压越高。渗透平衡时，假如在浓溶液侧施加一个压力，那么浓侧溶剂会在压力作用下向淡水一侧渗透，这个渗透因为与自然渗透相反，故叫反渗透。利用反渗透技术，我们能够用压力使溶质与溶剂分离。三、反渗透膜净水功效(1)电排斥机能：反渗透膜表面电性能够将溶于水中正负带电离子排斥开，而使不带电水分子在压力作用下透过。所以，经反渗透法净化纯水不含如铅、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全部带电离子。俗称水碱（钙、镁盐类）以及使水产生苦咸味盐分等等均能够被除去。(2)超微过滤机能：反渗透膜中有众多微孔，这些微孔直径为0.0005微米，与水分子直径相当，水分子能够经过。小细菌和病毒直径分别0.2和0.02微米，杀虫剂666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有机污染物包含热源物质等均因不能经过反渗透膜，而与纯水分离。对于锅炉补给水、医用注射用水和超纯水等，二氧化硅含量相当主要。反渗透能够提供超微过滤机能除去二氧化硅。离子交换在去除细菌、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，而这些水合离子体积通常比水分子大10-25倍，所以，除了以上提及电排斥机能外，反渗透膜也能够经过其超微过滤机能除去溶解盐类。(3)自我清洗机能：通常滤水设备在除去污染物同时，将这些污染物留在其中。在此后过滤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。与此不一样，反渗透在净水过程中将污染物全部留在被排除废水中，以实现自我清洗机能。下列图简单地说明了反渗透膜净水过程。（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，成为净化水反渗透膜分离设备。1)精密过滤器其作用是截留原水中大于5微米颗粒，以确保反渗透膜不被大颗粒悬浮物划伤，因为反渗透膜厚度约为10微米左右，原水中较大颗粒经高压泵加速后极易划伤反渗透膜表面脱盐表皮层或可能击穿反渗透膜组件，因而通常反渗透设备前都要安装5微米精密过滤器。2)高压泵高压泵作用是为反渗透本体装置提供足够进水压力，确保反渗透膜正常运行。根据反渗透本身特征，需有一定推进力去克服渗透压等阻力，才能确保达成设计产水量。3)反渗透清洗、冲洗系统反渗透膜运行一定时间后都会有不一样程度各种污染，需要合理清洗液对反渗透膜进行清洗。冲洗系统则是定时对反渗透膜进行冲洗，就像我们天天需要洗脸一样以保持反渗透膜表面清洁。4)相关测量仪表反渗透设备主要仪表有压力表、流量计、电导率仪，压力表用于指示反渗透膜运行压降，依此取得膜堵塞情况信息。流量计用于指示产水量和浓水量，依此调整浓淡水百分比使反渗透系统达成佳回收率。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)反渗透膜维护与清洗¾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悬浮物质或难溶物质污染，常见有碳酸钙垢、硫酸钙垢、金属氧化物垢、硅沉积物及有机或生物沉积物。¾污染预防污染物性质及污染速度与给水条件关于，污染是慢慢发展起来。假如不在早期采取方法，污染将会在相当短时间内损坏膜元件性能。定时检测系统性能是确认膜元件发生污染好方法，不一样污染物会对膜元件性能造成不一样程度损害。确认污染原因，才能消除污染源。¾清洗清洗反渗透膜目标是去除在反渗透膜上沉积物，恢复反渗透膜工作效率。作为通常标准，当以下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10-15%。b为了维持正常产品水流量，经温度校正后给水压力增加了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%eRO各段间压差增加显著。清洗时将清洗溶液以低压大流量在膜高压侧循环，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将准备好清洗药剂酌量放入清洁好清洗箱中，用反渗透产品水进行配药，能够利用泵出口回路将药混合均匀。b关闭系统纯水及浓水出水阀门，打开清洗回路上浓纯水阀门及过滤器后清洗旁路。c清洗泵在系统内进行循环，早期循环液体提议排放。清洗大约需要一到二小时左右。d清洗完成后，排净水箱中药液并注满纯水。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反渗透膜结垢是多个多样，原因可能是复杂。不一样污垢应该用不一样清洗液和清洗方法清洗。通常应邀请专业反渗透供给商清洗。¾停运保护短期保留是指反渗透停运1-3天以内，采取方法为用给水进行正常冲洗和排气；使用1%亚硫酸氢钠溶液冲洗能够降低生物污染可能性。长久保留是指反渗透停运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）冲洗及保留。假如温度高于28℃，每15天使用杀菌剂一次；假如温度低于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比率，是反渗透脱盐能力指标。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系统脱盐率，该值与膜本身性能和系统设计关于；单只膜脱盐率是膜出厂前脱盐率测试值。2)回收率反渗透产品水量与原水量比值，是反渗透节水指标。反渗透回收率可以调整，但回收率越高，浓水侧浓度越高，浓水流动速率越低，不利于膜保护。3)膜前压力即膜浓水入水压力，在透过水量是定值时，是反渗透节能指标。此压力可经过给水高压泵后节流阀调整。4)膜后压力反渗透浓水出水侧压力。可经过浓水排放节流阀调整。5)膜背压反渗透纯水侧压力。该值越高，用于脱盐有效压力就越低。而且，该值不能太高，通常不能超出0.1MPa，更不能高于浓水侧压力，不然反渗透膜可能破裂。由此原因引发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指标，总产水量是反渗透设备每小时总产纯水量。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，混床能够看作是由许许多多阴、阳树脂交织排列而组成多级式复床。在混床中，因为运行时阴、阳树脂是相互混匀，所以其阴、阳离子交换反应几乎是同时进行。或者说，水中阴离子交换和阳离子交换是数次交织进行，所以经H离子交换所产生H+-和经OH-离子交换所产生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，两种树脂湿真密度差应大于15%，为了适应高流速运行需要，混床使用树脂应该机械强度高、颗粒大小均匀。确定混床中阴、阳树脂百分比标准是使两种树脂同时失效，以取得树脂交换容量大利用率。因为不一样树脂工作交换容量不一样，进水水质条件和对出水水质要求差异，所以应依照详细情况确定混床中阴、阳树脂百分比。通常来说，混床中阳树脂工作交换量为阴树脂2-3倍。所以，假如单独采取混床除盐，则阴、阳树脂体积比应为（2-3）：1；若用于一级复床之后，因其进水pH在7-8之间，所以阳树脂百分比应比单独混床时高些，现在国内采取强碱阴树脂与强酸阳树脂体积比通常为2：1。、混床操作规程混床系统工作流程为：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）制水混床运行制水具备很高流速，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。混床运行失效标准，通常是按要求失效水质标准控制，即当其用于一级除盐设备之后时，出水电导率为0.2μS/cm或20μg/L；也可按预定运行时间或产水量控制，即在前级除盐装置出水电导率≤10μS/cm，SiO2≤100μg/L水质条件下，混床产水比按10000-15000m/m树脂计，来估量运行时间或产水量。另外，也有按出口压力差控制。（2）反洗分层混床除盐装置运行操作中关键问题之一，就是怎样将失效阴阳树脂分开，方便分别通入再生液进行再生。现在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水力将树脂悬浮起来，使树脂层达成一定膨胀率，利用阴阳树脂湿真密度差，达成分层目标。阴树脂密度较阳树脂小，分层后阴树脂在上，阳树脂在下。所以只要控制适当，能够做到两层树脂之间有一显著分界面。反洗开始时，流速宜小，待树脂层松动后，逐步加大流速到10m/h左右，使整个树脂层膨胀率在50%-70%，维持10-15min，通常即可达成很好分离效果。两种树脂是否能分层显著，除与阴、阳树脂湿真密度差、反洗水流速关于外，还与树脂失效程度关于，树脂失效程度大轻易分层，不然就比较困难，这是因为树脂在吸着不同离子后，浓度不一样，沉降速度不一样所致。对于阳树脂，不一样离子型密度排列次序为：H++2++＜NH4＜Ca＜Na＜K+阴树脂不一样离子型密度排列次序为：OH--2---2-＜Cl＜CO＜HCO＜NO＜SO3334由上述排列次序可知，失效程度大者轻易分层，反之困难。新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、阳树脂湿真密度差，这对提升阴、阳树脂分层效果有利。（3）再生依照进酸、进碱和清洗步骤不一样，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、阳树脂两步法和碱、酸分别经过阴、阳树脂两步法。在大