纯水系统教育训练.ppt

1、纯水系统教育訓練,上海彰華膜淨化有限公司 主 講 人: 日 期 :,教育訓練簡報目錄,系統流程圖 各項單元功能原理說明 問題討論,設計流程介紹,設 備 單 元 目 的,自動砂濾機 去除水中較大之顆粒 多層活性碳機 除氯及吸附有機物 TOC-UV/UV殺菌機 殺菌及去除TOC RO逆滲透機 去除水中96%離子/懸浮污泥/TOC 混床系統 提高純水電阻值 核子級純水機 維持超純水電阻值的穩定 1m 過濾器 去除水中較小之顆粒 0.1m 過濾器 去除水中極小之顆粒,原 理 說 明,活性碳之功用,一、去除流體中有機物及碳氫化合物 二、純水製程主要去除自來水中自由餘氯、 三鹵甲烷、重金屬等物質,活性碳吸

2、附(Adsorption),所謂吸附，係利用固體本身表面之作用力，將流體中之某些物質吸著並集中於固體表面上之一種程序。 活性碳吸附之方式 1.物理吸附： (1)凡得瓦爾力(van der waals force) (2)倫敦擴散力(London-dispersion force) (3)靜電吸引力(Classical electrostatic interaction force) 2.化學吸附： 化學吸附是吸附質與固體表面之間因親和力產生了分子軌域的重疊作用，使得吸附質與吸附劑之間產生了化學鍵結，其性質與化學鍵相似。,物理吸附與化學吸附之比較,物理吸附 化學吸附 1.自發反應,快速可逆反應

3、1.可能需活化,反應較慢 2.吸附熱較小,約15 kcal/mole 2.反應吸附熱較大,約20 (放熱) (放熱) kcal/mole 3.多層吸附,類似冷凝 3.單層吸附,具選擇性 4. 在較低溫度下進行 4.有時需在較高溫度下進行 (需加入活化能),活性碳之製造,活性碳可由多種不同含碳物製造,包括煤、木材、椰子殼及泥煤等。 製程 1.去水-將原料加熱至170。 2.碳化-無空氣之供應下，加熱至400600，即將 有機物質分解，去除焦油、甲醇等雜質。 3.活化-將碳粒與CO2，空氣及水蒸氣，750950之 高溫下，以去除不定形之殘餘物。,如何選用活性碳,一.比表面積 l決定了吸附容量 l一

4、磅的活性碳所具有的表面積，相當於六個足球場那麼大 l碘是最常用的標準被吸附物，而且經常被使用作為活性碳吸 附能力的一般量劑 l碘值的定義即為公克活性碳所吸附碘的毫克數，並用以估計 內表面積(平方米/公克)。 二.孔隙大小分佈 l與被吸附物粒徑大小相符,如何選用活性碳,三.粒徑大小 l直接影響吸附床之充填密度 l考慮系統操作流失 四.硬度 l影響吸附劑反沖洗及再生時之耗損 l耐磨值大抗磨性強 五.表面所帶官能基及極性 l酸化活性碳所具有氧化物官能基能使中性蒸餾水PH下降並 具親水性。 l鹼化活性碳所具有氧化物官能基則能使中性蒸餾水PH上升 並具疏水性。,活性碳之壽命,一、自由餘氯洩漏即壽命終止

5、二、自由餘氯達0.1ppm時,會造成RO膜水解,逆滲透(RO)的基本原理,滲透壓,逆滲透壓,Flow,Flow,使用壓力,半透膜,高濃度溶液,低濃度溶液,Time,Filtration rate,Filter Medium,Suspension Flow,Time,Cake,(a)傳統式dead end”過濾示意圖,(b)濾速變化圖,Suspension Flow,Time,Filtration rate,Filter Medium,Filtrate,Cake,(a)掃流式(crossflow)過濾示意圖,(b)濾速變化圖,超薄複合膜之剖面示意圖,0.2,40,120,Polyamide,Po

6、lysulfone,UltrathinBarrier Layer,MicroporousPolysulfone,ReinforcingFabric,經 驗 關 係 式,100 ppm TDS 1 PSI 滲透壓 1,000 ppm TDS 10 PSI 滲透壓 35,000 ppm TDS 350 PSI 滲透壓,螺旋纏繞式 逆滲透膜,Brine Channel Spacer,ProductWater,Membranes,Permeate Channel Spacer,Water Flow,Feed,Brine,Brine,Product Water,Brine Seal,影響逆滲透膜性能的因

7、素,進流水 壓力 進流水 溫度 進流水 濃度 增加 回收率,進流水壓力對 流通量 與脫鹽率 之影響,Salt Rejection,Permeate Flux,進 流 水 壓 力,Assuming temperature, recovery and feed concentration are constant,進流水溫度對 流通量 與脫鹽率 之影響,Salt Rejection(constant flux),Permeate Flux(constant pressure),進 流 水 溫 度,Assuming feed pressure, recovery and feed concentra

8、tion are constant,進流水 pH 對 流通量 與脫鹽率 之影響,Salt Rejection,Permeate Flux,Assuming temperature, recovery, feed concentration and pressure are constant,增加回收率對 流通量 與脫鹽率 之影響,Salt Rejection,Permeate Flux,回 收 率,Assuming temperature, feed pressure and concentration are constant,BW30-400,BW30-330,FilmTec BW 膜切面

9、比較 紋路較規則且增加膜葉數目 紋路較不規則,RO藥洗資料,RO藥洗時機 l 正常流量減少10% l 壓降上升15% l 正常鹽類通過量增加5%(去除率下降),RO藥洗方法之選定 l 錯誤之選定會導致更嚴重問題 l 結垢使用酸洗 l 生物堵塞用鹼洗 l 通常需要酸洗及鹼洗,污泥堵塞(Foulant)或結垢(Scalant)之判定 l 分析正常情形之設備功能(壓力、流量) l 分析進水水質 l 核對先前藥洗後之功能 l 分析濾蕊 l 檢查進水管路 l 檢查RO膜尾部是否結垢 l 藥洗及分析藥洗後溶液內之成份 l 解剖檢驗,導致原因 l硬度 l高PH值 l高鹼度 l高回收率,現象 l膜重量變重 l

10、產水量降低 l去除率變差 l高壓力損失,碳酸鈣結垢( CaCO3-Scalant),碳酸鈣結垢藥洗方法 l 0.2% (wt)鹽酸 l 2.0% (wt)檸檬酸(最佳) l 0.5% (wt)磷酸,現象 l臭味 l發霉或RO膜變色 l低產水流量 l較好之鹽去除率 l高壓力損,導致原因 l膜之錯誤保存 l進水水質中存有生物物質 l 活性碳床不妥之保養,生物堵塞(Biological Fouling),生物堵塞(Biological Fouling)藥洗方法 l 0.1% (wt)氫氧化鈉 及0.5%1.0%(wt)Na-EDTA lPH = 12 , 溫度 30,離子交換樹脂之基本原理,離子交換

11、樹脂之定義,1. 所謂離子交換樹脂(ion exchange resins)是指一種不溶 於溶劑的化學聚合物. 2. 此種聚合物含有一些固定於物質內的電荷.由帶有相反電荷的離子中和而保持電中性. 3. 這些離子可自由進入溶劑中而由其他離子所替代,此種替代過程稱之為離子交換(ion exchange).若此游離子為陽離子則稱為陽離子交換樹脂(cation exchanger).若為陰離子,則稱為陰離子交換樹脂(anion exchanger).,Column Operation Selectivity,Na+, Ca+2, Al+3,Al,Ca,Na,H,H,In general, select

12、ivity increases - primarily with increasing valence - secondarily with atomic number,Fe+3 Al+3 Ca+2 Mg+2 K+ Na+ H+ R-H + Na+ R-Na + H+ R-OH + Cl- R-Cl + OH-,Selectivity scales SAC,SAC resin, 8% DVB Monovalent Selectivity H1.0 Li0.85 Na1.5 NH4 1.9 K2.5Cs2.7Cu5.3Ag7.6,SAC resin, 8% DVB Divalent Select

13、ivity Mn2.3 Mg2.5Fe2.6Zn2.7Cu2.9Ca3.9 Sr4.9Pb7.5Ba8.7,Selectivity scales SBA,Quaternary ammonium resin IonType 1Type 2 OH1.01.0 SiO21.4 F1.60.3 HCO36.01.2 Cl222.3 NO2243 CN283 NO3658 HSO48515 I17517,Note : this is only typical : Different SBA resins have different affinity scales,離子交換樹脂(IER)的類別,酸性離子

14、交換樹脂 強酸性 IER 弱酸性 IER,鹼性離子交換樹脂 第一類型強鹼 IER 第二類型強鹼 IER 弱鹼性 IER,離子交換樹脂交換容量,定義: 測量每單位體積的離子交換樹脂可交換的離子量 單位: 毫當量/毫升(MEQ/ML) 或當量升(EQ/L) 全部交換量 定義:理論上離子交換樹脂可以提供全部的交換位置 操作交換容量 定義: 在一定操作條件下實際的交換容量 低於全部交換容量,影響新離子交換樹脂全部交換容量的因素,離子交換樹脂類別 交連程度本體的孔隙度 構造(凝膠型或大孔型),影響離子交換樹脂操作交換容量的因素,再生的程度 進水中離子種類及濃度 顆粒大小的分布對反應速率的影響 離子交換樹

15、脂構造(凝膠型或大孔型) 操作的溫度,離子交換樹脂構造分類,凝膠型樹脂 (GEL) 大孔樹脂 (MACROPOROUS),顆粒大小的影響,小顆粒易被沖掉 大顆粒有較長擴散路徑 顆粒大小不均的影響為 壓差 離子交換樹脂床的膨漲 交換容量,離子交換樹脂的反應速率,反應速率包括表面速率和擴散速率 凝膠型及大孔離子交換樹脂有相等的表面交換速率 大孔離子交換樹脂的擴散速率較凝膠型慢 顆粒小比顆粒大的擴散速率快,再生效率,是離子交換樹脂放出抓到離子的能力 直接影響到操作費用 決定再生廢液的量 和離子親和力有關,影響離子交換樹脂穩定的因素,溫度 氧化 污染 滲透壓差,溫度對離子交換樹脂的影響,陽離子 60

16、oC 以下- 沒影響 60 oC 以上- 官能基損失 陰離子 (50oC) 以下- 沒影響 (50 oC) 以上- 官能基損失 OH Form Type I - 50 oC Type II - 35 oC 弱鹼陰離子 自由基 - 60 oC,離子交換樹脂氧化的影響,陽離子 本體交連結構破壞 水份含量增加 交換容量減低 密度減少 陰離子 強鹼官能基衰退成弱鹼 弱鹼官能基變成弱酸的官能基 交換容量減低 水洗時間增長,污染物(C)及污黏物(F)的影響,離子洩漏增加 反應動能減慢 嚴重時減低交換容量 陽離子污染 鐵離子(C) 無機物沉澱(C) 陽性聚合電解質(F) 陰離子污染 高分子有機酸(F) 陰性

17、聚合電解質(F) 氫氧化鐵(C),滲 透 壓,25% 氫氧化鈉,除礦水,(Cl - Form) 陰離子樹脂 大小: 1.0,(OH - Form) 大小: 0.8,(Cl - Form) 陰離子樹脂 大小: 1.15,*在膨脹收縮過程中可能導致離子交換樹脂破裂,離子交換樹脂不穩定,交換容量減少 顆粒有裂痕或破碎 密度減少 反應速率降低,離子交換樹脂老化,陽離子老化現象 氧化且破壞交連結構 含水量增加，密度 降低, 交換容量減少 陰離子老化現象 污染和氧化強鹼官能基成弱鹼官能基 較長水洗時間, 較低交換容量,離子交換樹脂更換,在正常操作下: 陽離子生命期為3到5年 每年補充用量約 5-10 % 交換容量下降且水分含量增加需更換 陰離子生命期為1.5到4年 每年補充用量約 10-15 % 交換容量下 30 %需更換,紫外線在純水系統 之應用,殺 菌,微生物 / DNA,Typical Bacterium,DNA,DNA 吸收UV之曲線,相對強度,波 長 (nm),0.0,200,220,235,250,265,280,295,310,紫外線強度與時間之關係,石英管的影響,石英管,UV,石英管,UV,新石英管,舊石英管,曝光過度,100%,60%,100%,100%,去 除 TOC,UV去除TOC之機制,