純 凈 水 設(shè) 備 生 產(chǎn) 工 藝

一、反滲透概述

RO（Reverse  Osmosis）反滲透技術(shù)是利用壓力差為動(dòng)力的膜分離過濾技術(shù),源于美國二十世紀(jì)六十年代寧航科技的研究,后逐漸轉(zhuǎn)化為民用,目前已廣泛運(yùn)用于科研、醫(yī)藥、食品、飲料、海水淡化等領(lǐng)域。

RO反滲透膜孔徑小至納米級(jí)(1納米=10^{-9（10億分之一米）}),在一定的壓力下,H₂O分子可以通過RO膜,而原水中的無機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)無法通過RO膜,從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴(yán)格區(qū)分開來。

一般性的自來水經(jīng)過RO膜過濾后的純水電導(dǎo)率可達(dá)到5μs/cm(RO膜過濾后出水電導(dǎo)=進(jìn)水電導(dǎo)×(1-除鹽率),一般進(jìn)口反滲透膜脫鹽率都能達(dá)到99%以上,5年內(nèi)運(yùn)行能保證97%以上。對(duì)出水電導(dǎo)要求比較高的,可以采用兩級(jí)反滲透,再經(jīng)過簡單的處理,出水電導(dǎo)能小于2μs/cm),符合國家實(shí)驗(yàn)室三級(jí)用水標(biāo)準(zhǔn)。再經(jīng)過原子級(jí)離子交換柱循環(huán)過濾或EDI設(shè)備,出水電阻率可以達(dá)到18.2兆歐,超過國家實(shí)驗(yàn)室一級(jí)用水標(biāo)準(zhǔn)(GB6682-2008)。

太空水、純凈水、蒸餾水等制備:酒類釀造及降度用水;醫(yī)藥、電子等行業(yè)用水的前期制備;化工工藝的濃縮、分離、提純及配水制備:鍋爐補(bǔ)給水除鹽軟水;海水、苦咸水淡化;造紙、電鍍、印染等行業(yè)用水及廢水處理。

1、單級(jí)反滲透,

單級(jí)反滲透適合電導(dǎo)率小于500μs/Cm的水質(zhì),出水電阻率可達(dá)0.2-0.1兆歐(電導(dǎo)率10-5μs/cm),單級(jí)反滲透的脫鹽率可達(dá)90%-99%）。

多介質(zhì)進(jìn)水壓力表多介質(zhì)出水壓力表

2、雙級(jí)反滲透

對(duì)于一些水質(zhì)較差的地區(qū)則采用雙級(jí)反滲透設(shè)備提高出水質(zhì),雙級(jí)反滲透適合電導(dǎo)率大于500μs/cm的水質(zhì)，出水電阻率可達(dá)05-0.2兆歐（電導(dǎo)率2-5μs/cm）。

雙級(jí)反滲透中*級(jí)的產(chǎn)水作為原水進(jìn)入第二級(jí),并且有連續(xù)流量的濃水循環(huán),使用這種工藝,二級(jí)的出水完全達(dá)到國家純凈水標(biāo)準(zhǔn),雙級(jí)系統(tǒng)常用于醫(yī)藥、醫(yī)療,、電子和純凈水行業(yè)。

二級(jí)反滲透的濃水循環(huán)回*級(jí)的原水箱,因?yàn)槎��?jí)的濃水比原水好,可以降低前一級(jí)的進(jìn)水含鹽量，同時(shí)也降低了產(chǎn)水含鹽量，提高了產(chǎn)水水質(zhì)。

*級(jí)反滲透的回收率與普通反滲透系統(tǒng)相當(dāng),*大不超過75%,二級(jí)反滲透進(jìn)水為一級(jí)反滲透的產(chǎn)水,只含有少量單價(jià)離子和氣體,故可以采用高回收率(可達(dá)75%-90%)。

二、系統(tǒng)說明

完整的反滲透(RO)水處理系統(tǒng)一般由預(yù)處理部分、膜處理部分和后處理部分組成。根據(jù)用戶的要求及當(dāng)?shù)厮�質(zhì)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì),有單級(jí)反滲透設(shè)備和雙級(jí)反滲透設(shè)備,主要零配件選用*產(chǎn)品,性能優(yōu)越、穩(wěn)定可靠,單級(jí)反滲透設(shè)備脫鹽率達(dá)97%以上。一級(jí)反滲透設(shè)備處理后的水進(jìn)入二級(jí)反滲透進(jìn)行再處理進(jìn)一步脫鹽,降低電導(dǎo)率,提高水的純度確保產(chǎn)品水達(dá)到國家的純水標(biāo)準(zhǔn)。

1、原水:可用市政自來水、江河水、地表水、地下水。

2、原水箱(池):城市自來水在一天當(dāng)中供水的水量和水壓是斷變化的,而純凈水的生產(chǎn)基本上穩(wěn)定,為此一般情況下根據(jù)凈水站的大小需設(shè)原水箱或水池,使原水在此暫存、緩沖。

原水箱一般采用塑料水箱或不銹鋼水箱,也可以采用鋼筋水泥池。調(diào)節(jié)容量需考慮水處理系統(tǒng)的原水利用率、自來水供水的水量、水壓變化情況,一般按設(shè)計(jì)水量的1.5-2.5倍即可。

3、原水泵：將原水加壓送至預(yù)處理系統(tǒng),壓力一般控制在0.3-0.5MPa,確保水處理工藝要求的水壓,流量以設(shè)備產(chǎn)水量為依據(jù)。

4、預(yù)處理系統(tǒng)

為了提高反滲透系統(tǒng)的效率,必須對(duì)原水進(jìn)行有效的預(yù)處理。適宜的預(yù)處理取決于水源、原水組成和應(yīng)用條件,而且主要取決于原水的水源,例如井水、地表水和市政自來水要區(qū)別對(duì)待。通常井水水質(zhì)穩(wěn)定,污染可能性低,僅需要簡單的預(yù)處理,如多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器或者阻垢劑和5um保安過濾器即可。而地表水有發(fā)生膠體和微生物高度污染的可能性,所需要的預(yù)處理系統(tǒng)比較復(fù)雜。需要其它的預(yù)處理步驟包括氯殺菌、絮凝/助凝、澄清、袋式過濾器、多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾、脫氯、加酸或加阻垢劑等。

預(yù)處理的目的如下:

A、防止膜表面污染,即防止懸浮雜質(zhì)、微生物、膠體物質(zhì)等附著在膜表面上或污堵膜元件水流通道,使反滲透透水率很快下降,電耗增大。

B、防止膜表面結(jié)垢,反滲透、電滲析裝置運(yùn)行中,由于水的濃縮,有一些難溶性鹽類,如碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣、硫酸鎂、硫酸鋇等沉積在膜表面,因此必須預(yù)先軟化或加阻垢劑防止這些難溶性鹽生成。

C、防止膜受到機(jī)械和化學(xué)損傷,使膜保持良好的性能和足夠長的使用壽命,要求去除機(jī)械雜質(zhì)和有害氣體。

4.1絮凝和絮凝劑

絮凝處理的對(duì)象是原水中的小顆粒懸浮物和膠體。絮凝的原理是通過添加化學(xué)藥劑,使水中的

這些雜質(zhì)形成大顆粒絮狀物,然后在重力作用下沉淀,與水分離。絮凝過濾是指在水中加入絮凝劑,水與絮凝劑在流經(jīng)砂濾器的過程中反復(fù)接觸進(jìn)行絮凝反應(yīng),當(dāng)生成的絮狀體達(dá)到一定體積后則被截留在砂柱空障之間,這些被截留的絮狀體進(jìn)一步吸附所流過水中的細(xì)小雜質(zhì),從而使水質(zhì)得到澄清。絮凝過濾對(duì)膠體硅也有一定效果膠體和顆粒污堵可嚴(yán)重地影響反滲透及納濾元件的性能,如大幅度降低產(chǎn)水量,有時(shí)也會(huì)降低系統(tǒng)脫鹽率,膠體和顆粒污染的初期癥狀是系統(tǒng)壓差的增加常用的累凝劑種類較多,一般多為鋁鹽、鐵鹽或有機(jī)絮凝劑,當(dāng)單獨(dú)使用一種絮凝劑不能取得較好效果時(shí),還可添加助凝劑。投加助凝劑有兩個(gè)目的,一是改善絮體結(jié)構(gòu),使其顆粒更大,利于沉淀,二是調(diào)整原水PH值,使其達(dá)到*佳絮凝效果。

絮凝過濾只能使用在進(jìn)水濁度小于70度的原水中,這種進(jìn)水一般多為自來水或地下水,對(duì)于高濁度水源(如地表水,廢水等),需要跟其他水處理工藝聯(lián)合處理,才能達(dá)到反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水要求。正確選擇水體*適合的絮凝劑品種及其*佳投加量,*好通過一定的實(shí)驗(yàn)來確定。過量的投加絮凝劑也會(huì)造成膜元件污染,尤其是使用二價(jià)鐵鹽和鋁鹽時(shí),在使用這兩種絮凝劑時(shí)需定時(shí)檢測(cè)出水的Fe²⁺“和Al³⁺離子濃度,防止膜元件的膠體污染。使用離子型聚合物絮凝劑時(shí),也要防止陽離子型聚合物對(duì)普通帶負(fù)電的膜元件和陰離子型聚合物對(duì)帶正電膜元件的影響。

4.2殺菌消毒

自然界的水體均含有微生物,包括細(xì)菌、真菌、藻類、病毒、原生動(dòng)物等。含有微生物的原水

若不經(jīng)過殺菌處理直接進(jìn)入反滲透膜元件,微生物會(huì)在反滲透濃縮作用下,富集在膜元件表面,形成微生物膜,嚴(yán)重影響膜元件的產(chǎn)水量和脫鹽率,造成壓力降增加,出現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)象。而且膜元件出現(xiàn)微生物污染后,進(jìn)行清洗的效果都不是很好,所以對(duì)含微生物的原水,尤其是地表水、海水廢水,必須在預(yù)處理中采取殺菌措施。針對(duì)此類水源建議選用抗氧化反滲透膜元件,便于簡化預(yù)處理并且不存在膜元件被氧化的風(fēng)險(xiǎn)。常用的殺菌工藝包括物理殺菌和化學(xué)殺菌。

1、物理殺菌主要是采用紫外線殺菌

波長為254納米的紫外線殺菌效果*好。細(xì)菌受紫外線照射后,紫外光譜能量被細(xì)菌核酸所吸

其活力發(fā)生改變,菌體內(nèi)的蛋白質(zhì)和酶的合成發(fā)生障礙,導(dǎo)致微生物發(fā)生變異或死亡。

2.化學(xué)殺菌主要是采用投加殺菌劑達(dá)到殺菌的效果

化學(xué)殺菌劑分為氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑。氧化殺菌劑包括C1₂、C1O₂、O₃等:非氧化

性殺菌劑主要是一些有機(jī)物,如DBNPA、異噻唑啉酮、甲醛等。使用氧化性殺菌劑時(shí)一定要注意,普通聚酰胺復(fù)合膜耐氧化性較差,以余氯計(jì)常規(guī)膜元件所能承受的*高進(jìn)水余氧含量為0.1mg/L,因此在添加氧化殺菌劑的預(yù)處理中,還必須設(shè)置相應(yīng)工藝

去除殘余的氧化劑,通常采用活性炭吸附或投加還原劑(NaHSO₃)。

4.2.1臭氧殺菌

臭氧的生成原理：

臭氧可通過高壓放電、電化學(xué)、光化學(xué)、原子輻射等方法得到,原理是利用高壓電力或化學(xué)反應(yīng),使空氣中的部分氧氣分解后聚合為臭氧,是氧的同素異形轉(zhuǎn)變的一種過程。目前,臭氧已廣泛用于水處理,空氣凈化、食品加工、醫(yī)療、醫(yī)藥、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域,對(duì)這些行業(yè)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。臭氧的分子式為O₃。

O₃殺菌有以下3種形式：

1.臭氧能氧化分解細(xì)菌內(nèi)部葡萄糖所需的酶,使細(xì)菌滅活死亡。

2.直接與細(xì)菌、病毒作用,破壞它們的細(xì)胞器和DNA、RNA,使細(xì)菌的新陳代謝受到破壞,導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

3.透過細(xì)胞膜組織,侵入細(xì)胞內(nèi),作用于外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖,使細(xì)菌發(fā)生通透性畸變而溶解死亡。

臭氧殺菌的優(yōu)點(diǎn):臭氧殺菌為溶菌級(jí)方法,殺菌徹底,無殘留,殺菌廣譜,可殺滅細(xì)菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌等,并可破壞肉毒桿菌毒素。另外, O₃對(duì)霉菌也有極強(qiáng)的殺滅作用。O₃由于穩(wěn)定性差,很快會(huì)自行分解為氧氣或單個(gè)氧原子,而單個(gè)氧原子能自行結(jié)合成氧分子,不存在任何有毒殘留物,所以O(shè)₃是一種*的消毒劑。O₃為氣體,能迅速彌漫到整個(gè)滅菌空間,滅菌無死角。

4.2.2二氧化氯殺菌

對(duì)飲用水的殺菌消毒,二氧化氯是凈化飲用水的一種*有效的凈水劑,其中包括良好的除臭與脫色能力、低濃度下高效殺菌和殺病毒能力。

二氧化氯殺菌的特點(diǎn)

1.廣譜性:能殺死病毒、細(xì)菌、原生生物、藻類、真菌和各種孢子及孢子形成的菌體；

2.高效:0.1ppm下即可殺滅所有細(xì)菌繁殖體和許多致病菌,50ppm可完全殺滅細(xì)菌繁殖體、肝炎病毒、噬菌體和細(xì)菌芽孢;

3.受溫度和氨影響小:在低溫和較高溫度下殺菌效力基本一致:

4.PH適用范圍廣:能在PH2-10范圍內(nèi)保持很高的殺菌效率;

5.安全無殘留:不與有機(jī)物發(fā)生氯代反應(yīng),不產(chǎn)生三致物質(zhì)和其它有毒物質(zhì):

6.對(duì)人體無刺激等優(yōu)點(diǎn):低于500pm時(shí),其影響可以忽略,100m以下對(duì)人沒任何影響。

4.2.3沖擊式殺菌處理

沖擊處理方式是在有限的時(shí)間段內(nèi)以及水處理系統(tǒng)正常操作期間,向反滲透或納濾的進(jìn)水中加入殺菌劑,亞硫酸氫鈉常常被用于這種處理目的,在一般情況下,500-1000ppm的NaHSO₃,加入30

分鐘左右即可。

沖擊處理可以按固定的時(shí)間間隔周期性的進(jìn)行,例如每隔24小時(shí)一次,或懷疑出現(xiàn)生物滋生時(shí)處理一次。在這種沖擊處理期間所產(chǎn)的產(chǎn)水會(huì)含有所加入的亞硫酸氫鈉濃度的1-4%。根據(jù)產(chǎn)水的用途,可以決定應(yīng)將沖擊殺菌期間的產(chǎn)水回收還是排放掉,亞硫酸氫鈉對(duì)需氧的的細(xì)菌比對(duì)需氧的

微生物更有效,因此采用殺菌沖擊處理應(yīng)事先經(jīng)過仔細(xì)評(píng)估。

4.2.4周期性殺菌消毒

除了連續(xù)性的向原水加入殺菌劑外,也可以定期對(duì)系統(tǒng)消毒以控制生物污染。這種處理方法用

于存在中等生物污染危害的系統(tǒng)上,但在有高度生物污染危害的系統(tǒng),周期性殺菌消毒僅是進(jìn)行連續(xù)殺菌劑處理的輔助方法。

進(jìn)行預(yù)防性的殺菌比進(jìn)行糾正性的殺菌更為有效,因?yàn)楣铝⒏街�的�?xì)菌比厚實(shí)、老化的生物膜

更容易被殺死和清除掉。

一般的消毒間隔是每月一次,但有嚴(yán)格衛(wèi)生要求的系統(tǒng)(如制藥工藝用水)和高污染原水(例如廢水)也許會(huì)每天一次,當(dāng)然膜的壽命受到所用化學(xué)品種類、濃度的影響,經(jīng)過強(qiáng)烈的消毒,可能會(huì)縮短膜壽命。

4.2.5其他方法

1)微濾或超濾(MF/LF)

它們具有除去微生物,轉(zhuǎn)別是混類的優(yōu)勢(shì),藻類有時(shí)是難以由標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)過濾工藝過程除去的MF/UF必采用耐氯的材質(zhì)制成,經(jīng)受得起定期的殺毒。

2)硫酸銅

能夠用于控制生物生長,一般情況下,連續(xù)加入CuSO₄,的濃度為0.1-0.5mg/L,但不推薦廣泛的使用CUSO₄,原因如下：

·商品CuSO₄.可能含有雜質(zhì),它對(duì)RO膜有損壞可能;

·CUSO₄,和CU(OH)₂在一定PH范圍之外會(huì)產(chǎn)生沉淀,導(dǎo)致RO的污染,使得CuSO₄效果不佳;

·CU²⁺離子對(duì)環(huán)境有害;

·CuSO₄僅對(duì)有限的微生物有效(如藻類),但對(duì)大多類細(xì)菌效果甚微;

·某些國家的環(huán)保法規(guī)限制對(duì)銅鹽的排放總量,如果某一特定反滲透水廠需用它控制生物時(shí),就

難以更換成其它的化學(xué)品。

4.3袋式過濾器

液體袋式過濾器是一種新型的過濾系統(tǒng),內(nèi)部由沖孔板制作的網(wǎng)籃支撐著液體過濾袋,液體由

進(jìn)水口流入,經(jīng)液體過濾袋過濾后流出,雜質(zhì)則被攔截在液體過濾袋當(dāng)中液體過濾袋可更換或清洗。

液體袋式過濾器系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸合理，安裝及操作簡單、方便，占地面積小。過濾精度高。適用于任何細(xì)微顆�；驊腋∥�，過濾范圍可從5-200um。單位過濾面積的處理流量較大，過濾阻力較小，過濾效率高。一個(gè)液體過濾袋過濾功能相當(dāng)于濾芯5-10倍，可大大降低成本；設(shè)計(jì)流量可以滿足1-500m³/h要求，成本造價(jià)低。用途廣泛，可用于粗濾、中濾或精濾;在達(dá)到同樣過濾效果的情況下,比較起板框精濾機(jī)、濾芯式過濾器等設(shè)備具有投成本較低、使用壽命長和過濾成本低等優(yōu)點(diǎn)。過濾精度高,過濾處理量大,具有成本低、效率高特點(diǎn)。液體袋式過濾器免清洗,更換液體過濾袋可在30秒內(nèi)完成,方便快捷,省工省時(shí)。液體袋式過濾器規(guī)格齊全,有低壓式、側(cè)入式、頂入式、多袋式、臥式等。

4多介質(zhì)過濾器

多介質(zhì)過濾器:也稱壓力過濾器,如只裝一種石英砂濾料,則稱為砂濾器,內(nèi)部裝有兩種或兩種以上(石英砂和無煙煤等)過濾介質(zhì),也稱多介質(zhì)過濾器。其主要作用是去除粒度大于20um的機(jī)械雜質(zhì)，經(jīng)過混凝的小分子有機(jī)物和部分膠體，使出水濁度小于0.5NTU,COD_Mn小于1.5mg/L，含鐵量小于0.05mg/,SDl≤5。

石英砂過濾器是利用石英砂濾料去除原水中的懸浮物屬于普通快濾設(shè)備。

當(dāng)懸浮物顆粒流過機(jī)械過濾的濾料層時(shí),濾料縫隙對(duì)懸浮物起篩濾作用,使懸浮物易于截留在

濾料表面。當(dāng)在濾料表層截留了一定量的污物形成濾膜,隨時(shí)間推移過濾器的產(chǎn)水量將會(huì)逐漸下降。此時(shí)需要利用逆向水流反洗濾料,使過濾器內(nèi)石英砂層懸浮松動(dòng),從而使粘附于石英砂表面的截留物剝離并被水流帶走,恢復(fù)過濾功能。反洗一般需要*鐘以上,大直徑的過濾器還需要設(shè)置輔助氣源擦洗。必須避免頻繁的開機(jī)和停機(jī),因?yàn)槊看瘟魉俚募眲∽兓瘯?huì)將原先以沉積在介質(zhì)上的物質(zhì)又釋放出來。過濾器內(nèi)裝石英砂填料,石英砂濾層高度120mm,這樣可以充分發(fā)揮整個(gè)濾層的效率、提高截污能力保證良好的過濾效果。

過濾是一種凈化水的有效而主要的處理工藝過程,在純凈水制備中,是一種不可缺少的工序。在以自來水(或井水)為水源的預(yù)處理系統(tǒng)中,多采用多介質(zhì)過濾器。

    一般的地下水水源呈還原態(tài),此類原水中二價(jià)鐵離子和錳離子含量較高,易造成反滲透膜的膠體氫氧化物污堵。因?yàn)殍F氧化發(fā)生的PH值更低,使得鐵出現(xiàn)污堵的機(jī)會(huì)比錳污堵要高的多,對(duì)反滲透來講,在控制住鐵的污堵時(shí)錳同樣去除。反滲透對(duì)進(jìn)水中鐵的要求為在溶氧>5mg/L時(shí),鐵錳含量高時(shí),應(yīng)防止整個(gè)系統(tǒng)與空氣或任何氧化劑接觸,防止鐵氧化后生成難溶性的膠體氫氧化物顆粒。去除鐵、錳的常用方法有:先氧化后介質(zhì)過濾(曝氣加過濾除鐵)、同步氧化過濾(錳砂過濾器除鐵)等。

常見的處理工藝為:原水一曝氣池曝氣一多介質(zhì)過濾器(錳砂濾料)一多介質(zhì)過濾器(石英砂

濾料)一產(chǎn)水。

4.5活性炭過濾器

活性炭是用木質(zhì)、煤質(zhì)、果殼(核)等含碳物質(zhì)通過化學(xué)法或物理法活化制成的。它有非常多

的微孔和巨大的表面積,因而具有很強(qiáng)的物理吸附能力,能有效地吸附水中的有機(jī)污染物。

此外在活化過程中活性炭表面的非結(jié)品部位上形成一些含氧官能團(tuán),這些官能團(tuán)使活性炭具有化學(xué)吸附和催化氧化,還原的性能,能有效地去除水中一些金屬離子�；钚蕴窟^濾器主要去除水中的部分有機(jī)物和游離余氯。原水為自來水公司自來水,且投加氧化劑殺菌,含有一定的余氯,余氯

如果直接進(jìn)入RO系統(tǒng),則會(huì)氧化RO膜,對(duì)RO膜造成不可逆的破壞。過多的有機(jī)物非常容易滋生

細(xì)菌,產(chǎn)生對(duì)膜的微生物污染�；钚蕴靠梢晕�附余氯和部分有機(jī)物,保護(hù)RO膜。

活性炭過濾器出水余氯≤0.1ppm,SDI≤4。

連續(xù)運(yùn)行時(shí)間：

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間24小時(shí),隨后應(yīng)對(duì)活性炭過濾器進(jìn)行反洗:并應(yīng)依據(jù)季節(jié)不同、水質(zhì)的變化等調(diào)整反洗周期,確保出水水質(zhì)SDl≤4。

反洗流量

反洗的目的在于使活性炭反向松動(dòng),并將濾層上所截留的雜質(zhì)沖走,達(dá)到清潔濾層的作用,通�？刂品聪�8.0L/m²·S左右,以活性炭不被沖跑為宜。

反洗時(shí)間的長短和填料層的截污量有關(guān)。反洗時(shí)間可根據(jù)反洗排水濁度而定。一般情況下反沖洗濁度應(yīng)小于1NTU,即I度,且時(shí)間不少于10分鐘,可根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

正洗時(shí)間:

按正洗出水濁度在度左右,通常正洗10-20分鐘左右。

市售活性炭有粉末活性炭、不定形活性炭、圓柱形活性炭和球形活性炭4種。在純凈水生產(chǎn)中常用的是果殼(核)不定形顆粒活性炭。

5、結(jié)垢控制

當(dāng)難溶鹽類在膜元件內(nèi)不斷被濃縮且超過其溶解度極限時(shí),它們就會(huì)在反滲透膜膜面上發(fā)生結(jié)垢,如果反滲透系統(tǒng)采用50%回收操作時(shí),其濃水中的鹽度會(huì)增加到進(jìn)水濃度的兩倍,回收率越高,產(chǎn)生結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)性就越大。在這種情況下,采取考慮周全的結(jié)垢控制措施尤為重要。為了防止膜面上發(fā)生無機(jī)鹽結(jié)垢,在預(yù)處理過程中應(yīng)采取如下措施

5.1強(qiáng)酸陽樹脂軟化

為了防止在膜處理中產(chǎn)生水垢,特別是北方地下水硬度較大,在制備純水的預(yù)處理過程中,需要使用離子交換樹脂將水軟水,即采用陽離子交換樹脂將水中鈣鎂離子置換為鈉離子。軟水器分為手動(dòng)軟水器與全自動(dòng)軟水器。

全自動(dòng)軟水器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工操作已成為軟化水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。通常一個(gè)全自動(dòng)軟水器的循環(huán)過程由下列具體步驟組成:A、運(yùn)行,B、反洗:C、再生:D.置換:E、正洗:F、鹽箱補(bǔ)水,全自動(dòng)軟水器引進(jìn)美國*新技術(shù),控制方式采用美國Fleck及Autotrol多路閥及控制器,控制方式有時(shí)間控制和流量控制兩種。時(shí)間控制是根據(jù)小時(shí)產(chǎn)水量和周期制水量來設(shè)定再生周期般適合于用水量比較穩(wěn)定的場(chǎng)合。流量型控制是根據(jù)周期制水量來啟動(dòng)再生程序,設(shè)備運(yùn)行時(shí)由專用流量計(jì)統(tǒng)計(jì)總產(chǎn)水量。當(dāng)總產(chǎn)水量達(dá)到設(shè)定的周期制水量時(shí),控制器啟動(dòng)再生程序進(jìn)行自動(dòng)再生,設(shè)備的再生與運(yùn)行時(shí)間無關(guān)。全自動(dòng)軟水器選用優(yōu)質(zhì)樹脂交換罐及鹽箱,結(jié)合國內(nèi)各地區(qū)水質(zhì)的特點(diǎn)及水處理設(shè)備實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)而成。

工作原理

水的硬度主要是鈣(Ca²⁺)、鎂(Mg²⁺)離子構(gòu)成的。當(dāng)含有硬度離子的原水通過軟水器內(nèi)樹脂層時(shí),水中的鈣鎂離子被樹脂交換吸附,同時(shí)等物質(zhì)量釋放出鈉(Na⁺)離子。從軟水器內(nèi)流出的水就是去掉了硬度離子的軟化水當(dāng)樹脂吸收一定量的鈣、鎂離子之后,就必須進(jìn)行再生。再生過程就是用鹽箱中的食鹽水沖洗樹脂層,把樹脂上的硬度離子再置換出來,隨再生廢液排出罐外,樹脂就又恢復(fù)了軟化交換的能力。

軟化水設(shè)備

軟水器由樹脂罐(主罐和輔罐)、水力控制閥和鹽箱三個(gè)主要部分組成。其基本原理是:水力控制閥內(nèi)的兩個(gè)渦輪在水流的推動(dòng)下,分別帶動(dòng)兩組齒輪,巧妙地根據(jù)累積流量的變化,驅(qū)動(dòng)不同通道的閥門開閉,自動(dòng)完成軟水器的運(yùn)行、再生、清洗、排污以及鹽箱補(bǔ)水的循環(huán)過程,并在兩個(gè)罐之間自動(dòng)切換,一用一備,確保不間斷地供應(yīng)。

5.2加酸

大多數(shù)地表水和地下水中的CaCO₃幾乎成飽和狀態(tài),由下式可知CaCO₃的溶解度取決于PH值：Ca²⁺+HCO_3-←→H⁺+CACO₃。

因此，通過加入酸中的H⁺,化學(xué)平衡可以向左側(cè)轉(zhuǎn)移，使碳酸鈣維持溶解狀態(tài)，所用酸的品質(zhì)必須是食品級(jí)。在大多數(shù)國家和地區(qū)，硫酸比鹽酸更易于使用，但是另一方面，進(jìn)水中硫酸根的含量增加了，就硫酸鹽垢而言，問題會(huì)嚴(yán)重。

CACO₃在濃水中更具有溶解的傾向,而不是沉淀,對(duì)于苦咸水而言,可根據(jù)朗格利爾指數(shù)(LSI),對(duì)于海水可根據(jù)斯蒂夫和大衛(wèi)飽和指數(shù)(S&DSI)，表示這種趨于溶解的傾向。在飽和PHS的條件下,水中CaCO₃處于溶解與沉淀之間的平衡狀態(tài)。

LSI和S&DSI的定為：

LSI=pH-pH_s (TDS≤10,000mg/L)

s&Dsl=pH-pH_s(TDS>10,000mg/L)

僅采用加酸控制碳酸鈣結(jié)垢時(shí),要求濃水中的LSI或S&DSI指數(shù)必須為負(fù)數(shù),加酸僅對(duì)控制碳酸鈣鹽垢有效。

5.3弱酸陽樹脂脫堿度

采用弱酸陽離子交換樹脂脫堿度主要是大型苦咸水處理系統(tǒng),它能夠?qū)崿F(xiàn)部分軟化以達(dá)到節(jié)約再生劑的目的,在這一過程中,僅僅與重碳酸根相同量的暫時(shí)硬度中的Ca²⁺、Ba²⁺和Sr²⁺等為H⁺所取代面被除去,這樣原水的PH值會(huì)降低到4-5,由于樹脂的酸性基團(tuán)為羥基,當(dāng)PH達(dá)到4.2時(shí)羥基不再解離,離子交換過程也就停止了。因此,僅能實(shí)現(xiàn)部分軟化,即與重碳酸根相結(jié)合的結(jié)垢陽離子可以被除去。因此這一過程對(duì)于重碳酸根含量高的水源較為理想,重碳酸根也可轉(zhuǎn)化為CO₂

HCO₃^-,+H⁺←→H₂0+CO₂

在大多數(shù)情況下,并不希望產(chǎn)水中出現(xiàn)CO₂,這時(shí)可對(duì)原水或產(chǎn)水進(jìn)行脫氣來實(shí)現(xiàn),但當(dāng)存在生物污染嫌疑時(shí)(地表水,高T0C或高菌落總數(shù)),對(duì)產(chǎn)水脫氣更為合適。在膜系統(tǒng)中高CO₂濃度可以抑制細(xì)菌的生長,當(dāng)希望系統(tǒng)運(yùn)行在較高的脫鹽率時(shí),采用原水脫氣較合適,脫除CO₂將會(huì)引起PH的增高,井水PH>6時(shí),膜系統(tǒng)的脫除率比進(jìn)水PH<5時(shí)要高。

采用弱酸脫堿度的優(yōu)點(diǎn)如下：

·再生所需的酸量不大于105%的理論耗酸量,這樣會(huì)降低操作費(fèi)用和對(duì)環(huán)境的影響

·通過脫除重碳酸根,水中的TDS減低,這樣產(chǎn)水TDS也較低

本法的缺點(diǎn)：

·殘余硬度·處理過程中水會(huì)發(fā)生PH變化

5.4石灰軟化

通過水中加入氫氧化鈣可除去碳酸鹽硬度

Ca(HCO₃)₂+Ca(OH)₂→2CaCO₃,+2H₂0

Mg(HCO₃)₂,+2Ca(0H)_2→Mg(OH)₂,+2CaC0₃,+2H₂0

非碳酸鈣度可以通過加入碳酸鈉(純堿)得到進(jìn)一步地降低。

CaCl₂+Na₂CO₃→2NaC1+CaCO₃

石灰一純堿處理也可以降低二氧化硅的濃度,當(dāng)加入鋁酸鈉和三氯化鐵時(shí),將會(huì)形成CaCO₃以及硅酸、氧化鋁和鐵的復(fù)合物。通過加入石灰和多孔氧化鎂的混合物,采用60-70c熱石灰硅酸脫除工藝,可將硅酸濃度降低到1mg/L以下。

采用石灰軟化,也可以顯著地降低鋇、鍶和有機(jī)物,但是石灰軟化處理需要使用反應(yīng)器,以便形成高濃度作晶核的可沉淀顆粒,通常需要采用上升流動(dòng)方式的固體接觸澄清器,本過程的出水還需設(shè)置多介質(zhì)過濾器,并在進(jìn)入RONF之前應(yīng)調(diào)節(jié)PH值,使用含鐵累凝劑,不論是否同時(shí)使用或不使用高分子助凝劑(陰離子或非離子型),均可提高石灰軟化的固一液分離作用。僅當(dāng)產(chǎn)水量大于200m³/hr的苦咸水系統(tǒng)才會(huì)考慮選擇石灰軟化預(yù)處理工藝。

5.5預(yù)防碳酸鈣結(jié)垢

苦咸水水源

對(duì)于濃水含鹽量TDS≤10000mg/L的苦咸水,朗格利爾指數(shù)作為表示CaCO₃結(jié)垢可能性的指標(biāo)。

LSIc=pHC-pHs

式中pHc為濃水PH值

PH為CaCO₃飽和時(shí)的PH值

當(dāng)LSIc≥0,就會(huì)出現(xiàn)CaCO₃結(jié)垢。

【LSlc的調(diào)節(jié)】

大多數(shù)天然水未經(jīng)過處理時(shí),LSlC將會(huì)是正值,為了防止CaCO₃結(jié)垢,除非在膜系統(tǒng)進(jìn)水中投加阻垢劑或采取前面介紹的預(yù)防性清洗措施,否則必須確保LSlc為負(fù)值。

控制CaCO₃結(jié)垢的條件為：

LSlc<0.不需要投加阻垢劑

LSlc≤18-2.0,單獨(dú)投加阻垢劑或完全采用化學(xué)軟化

LSlc＞18-2.0，加酸至LSlc達(dá)1.8-2.0，然后再投加阻垢劑;或完全采用化學(xué)軟化。

海水水源

當(dāng)濃水含鹽量TDS>10000mg/L的高鹽度苦咸水或海水水源,斯蒂夫和大衛(wèi)飽和指數(shù)作為表示CaCO-₃結(jié)垢可能性指標(biāo)。

S&DSlc=pHc-pHs

式中pHc為濃水PH值

pHs為飽和時(shí)的PH值

當(dāng)S&DSlc≥0,就會(huì)出現(xiàn)CaCO₃結(jié)垢

S&DSlc的調(diào)節(jié)

大多數(shù)天然高含鹽量水源未經(jīng)過處理時(shí),S&DSlc一般是正值,為了防止CaCO₃結(jié)垢,必須通過加酸使S&DSc變?yōu)樨?fù)值,如果通過投加阻垢劑防止CaCO₃沉淀的話,S&DSlc值可以為正值,*大允許值所需要的阻垢劑投加量,請(qǐng)參考阻垢劑制造商的技術(shù)資料。如果上述條件不能滿足,就必須采取以下措施:

降低回收率,直到S&DSlc值滿足上述任一條件的規(guī)定;

采用石灰或石灰一純堿軟化方法,脫除進(jìn)水中的鈣硬和堿度,直到S&DSlc值滿足上述任一條件的規(guī)定;

在進(jìn)水中加酸,直到S&DSlc值滿足上述任一條件的規(guī)定。

針對(duì)海水淡化系統(tǒng),通常投加硫酸,其加入量為10mg/L,以達(dá)到PH7,使?jié)馑甋&DSlc保證負(fù)值。

5.6添加阻垢劑

阻垢劑可以用于控制碳酸鹽垢、硫酸鹽垢以及氟化垢,通常有三類阻垢劑:六偏磷酸鈉(SHMP)、有機(jī)磷酸鹽和多聚丙烯酸鹽。

加藥泵

阻垢劑加藥裝置的作用是在經(jīng)過預(yù)處理后的原水進(jìn)入反滲透系統(tǒng)之前,加入高效率的阻垢劑

以防止反滲透濃水側(cè)產(chǎn)生結(jié)垢。

反滲透的工作過程是原水在膜的一側(cè)從一端流向另一端,水分子透過膜表面,從原水側(cè)到達(dá)另

一側(cè),而無機(jī)鹽離子就留在原來的一側(cè)。隨著原水的流程逐漸增長,水分子不斷從原水取走,留在原水中的含鹽量逐步增大,即原水逐步得到濃縮,而*終成為濃水,從裝置中排出。濃水受濃縮各種離子濃度將成倍增加。自然水中Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、HCO₃^-、SO₄^2-、SiO₂等傾向于產(chǎn)生結(jié)垢的離子濃度積一般都小于其平衡常數(shù),所以不會(huì)有結(jié)垢出現(xiàn),但經(jīng)濃縮后,各種離子的濃度積都可能大大超過平衡常數(shù),因此會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象。

判斷水結(jié)垢的標(biāo)準(zhǔn)是:a)對(duì)于碳酸鹽以朗格利爾為基準(zhǔn)，通當(dāng)LSI<0時(shí)不結(jié)垢, LSI>O時(shí)結(jié)垢:b)對(duì)于硫酸鹽垢,是以飽和指數(shù)*來確定的,水中陽、陰離子的濃度積與飽和平衡常數(shù)的比值即為飽和指數(shù)。當(dāng)飽和指數(shù)小于1時(shí)不結(jié)垢,反之就會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢。

加藥泵為原裝進(jìn)口計(jì)量泵,其特點(diǎn):(1)計(jì)量準(zhǔn)確,管理簡單(2)運(yùn)行經(jīng)濟(jì),可靠(3維護(hù)方便,故障率低。

加藥箱

盛裝阻垢劑,阻垢劑為合成化學(xué)藥劑,可根據(jù)原水水質(zhì)進(jìn)行合理配制,能有效去除水中鈣鎂等金屬離子,防止產(chǎn)生結(jié)垢。