水處理技術(shù)介紹

1、水處理技術(shù)介紹 由于水在自然條件下含有各種的雜質(zhì)，特別是工業(yè)廢水的排放、天然水體的惡化等使水中雜質(zhì)非常復(fù)雜，因而需要對(duì)水中的各種雜質(zhì)進(jìn)行去除以達(dá)到用水要求，水的凈化就是采用合理的工藝對(duì)原水中的各種雜質(zhì)進(jìn)行不同程度處理，同時(shí)科學(xué)發(fā)展水處理技術(shù)不斷發(fā)展，為水的凈化提供了更多的選擇。本章主要介紹目前常用的水處理技術(shù)。水凈化過程一般分為預(yù)處理、除鹽處理、后處理三個(gè)步驟：1.1水的預(yù)處理 預(yù)處理的目的是使原水經(jīng)過初步的處理，主要是去除水中各種懸浮物、膠體，以及達(dá)到后續(xù)水處理設(shè)備的進(jìn)水要求。例如采用反滲透的除鹽工藝預(yù)處理應(yīng)做到如下要求：1.防止膜表面上污染，即防止懸浮雜質(zhì)、微生物、膠體物質(zhì)等附著在膜表面上

2、或污堵膜元件水流通道。2.防止膜表面上結(jié)垢。反滲透裝置運(yùn)行中，由于水的濃縮，有正經(jīng)難溶液鹽如CaCO3 CaSO4 BaSO4 SrO4 CaF2等沉積在膜表面上，因此要防止這些難溶鹽生成3.確保膜免受機(jī)械和化學(xué)損傷，以使膜有良好的性能和足夠長的使用壽命。目前常用的預(yù)處理工藝主要有：混凝沉淀、多介質(zhì)過濾、活性過濾、離子交換軟化或加藥阻垢、溫度與PH值的調(diào)節(jié)、保安過濾。特殊的預(yù)處理工藝還需降低水中金屬離子的含量（如鐵、錳、銅等）、微生物殺菌、二氧化硅的去除等。下面主要介紹本水處理系統(tǒng)相關(guān)的預(yù)處理技術(shù)。1.1.1多介質(zhì)過濾多介質(zhì)過濾器是必不可少的預(yù)處理設(shè)備，其作用是濾除原水中細(xì)小顆粒、懸浮物、膠本

3、等雜質(zhì)。目前在國內(nèi)常用的過濾設(shè)備是讓水經(jīng)過一定大小、形狀的顆粒，水中的懸浮物、膠體等雜質(zhì)被這些顆粒物質(zhì)截留下來，再通過反洗將顆粒上的雜質(zhì)沖洗帶出過濾器以恢復(fù)工作能力。1.1.1.1過濾設(shè)備的工作過程1)過濾在多介質(zhì)過濾器里，不同粒徑，不同材料的濾料（通常是石英砂、錳砂等）由上到下、由小而大依次排列。當(dāng)水從上流經(jīng)濾料時(shí)，水中部分的固體懸浮物進(jìn)入上層濾料形成的微小孔眼，受到吸附和機(jī)械阻留作2)用被濾料的表層所截留。同時(shí)，這些被截留的懸浮物之間又發(fā)生重疊和架橋等作用，就好象在濾層的表面形成一層薄膜，繼續(xù)過濾著水中的懸浮物質(zhì)，這就是所謂濾料表面層的薄膜過濾。這種過濾作用不僅濾層表面有，而當(dāng)水進(jìn)入中間濾

4、層也有這種截留作用，為區(qū)別于表面層的過濾，稱為滲透過濾作用。此外，由于濾料彼此之間緊密地排列，水中的懸浮物顆粒流經(jīng)濾料層中那些彎彎曲曲的孔道時(shí)，就有著更多的機(jī)會(huì)及時(shí)間與濾料表面相互碰撞和接觸，于是，水中的懸浮物就在濾料表面粘附，即接觸過濾。將水中細(xì)小顆粒雜質(zhì)截留下來，從而使水落石出得到進(jìn)一步的澄清和凈化，把水的濁度降低。過濾還可使水中的有機(jī)物質(zhì)、細(xì)菌、病毒等隨著濁度的降低而被大量去除，并為濾后的消毒創(chuàng)造了良好的條件。2)反洗在過濾器的運(yùn)行過程中,濾料表面會(huì)粘附越來越多的雜質(zhì),甚至造成濾料結(jié)成泥球,過濾器須定期反沖洗，恢復(fù)過濾器之功能。反沖洗對(duì)過濾運(yùn)行至關(guān)重要，如果反沖洗強(qiáng)度較弱或者沖洗時(shí)間不夠

5、，濾層中的污泥得不到及時(shí)清除，當(dāng)污泥集累較多時(shí)，濾料和污泥粘結(jié)在一起變成泥球，過濾過程嚴(yán)重惡化；如果反洗強(qiáng)度過大或歷時(shí)太長，則細(xì)小濾料流失，甚至底部卵石錯(cuò)動(dòng)而引起漏濾料現(xiàn)象，而且耗水量大。較理想的反沖洗操作應(yīng)該有效、經(jīng)濟(jì)且不會(huì)產(chǎn)生故障。反沖洗的周期隨入水濁度的增加而縮短，要在運(yùn)行中根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)制定。反沖洗流速一般要高于運(yùn)行流速，該值需要通過觀察反沖效果調(diào)速。多介質(zhì)過濾器運(yùn)行較長時(shí)間時(shí)，會(huì)有部分濾料被反沖水沖洗掉，因此需定期（一般1年）檢查，必要時(shí)補(bǔ)充或更換濾料。1.1.1.2濾床特性過濾設(shè)備在堆積的濾料層稱為濾層或?yàn)V床，裝填粒狀濾料的鋼制設(shè)備稱為過濾器，濾層由濾料構(gòu)成。濾料有粒狀、粉狀、纖維狀

6、多種，常用粒狀濾料有石英砂、無煙煤、活性炭、磁鐵礦、柘榴石、陶瓷、塑料球等。過濾設(shè)備主要是通過濾料來截留水中的雜質(zhì)，因而濾料的性能對(duì)過濾效果起決定性作用，濾料的主要性能與過濾效果的關(guān)系：1)濾料粒度濾料的粒徑太大，細(xì)小懸浮物容易穿透濾層，出水水質(zhì)差；粒徑太小，雜質(zhì)的穿透能力差，濾層中的污泥局部集中，濾層堵塞快，水流阻力大，過濾能耗高，過濾周期短，所以濾料的粒徑必須合適，過大過小均不好。同時(shí)濾料的不均勻性對(duì)設(shè)備的清洗也有影響，因?yàn)闉V料顆粒差別太大會(huì)使反沖洗操作發(fā)生困難，如為使沖洗流速達(dá)到粗大顆粒松動(dòng)時(shí)，細(xì)小濾料可能被水流帶出過濾設(shè)備而流失。反之，若保證細(xì)濾料不流失，必須降低沖洗流速，這時(shí)粗大濾料

7、又流化不起來，沖洗效果差。2)濾層厚度濾層的厚度過低，水中雜質(zhì)容易穿透濾層，反沖洗周期短，操作復(fù)雜，如果濾層厚度過高，會(huì)造成過濾設(shè)備體積龐大投資高，同時(shí)反沖洗比較困難，所濾層的高度也不是越高越好。3)濾層的孔隙率濾層的孔隙是水流通道，又是貯泥空間，過大的孔隙率，懸浮雜質(zhì)易穿透；過小的孔隙率，則貯泥空間小，過濾周期短，水流阻力大。4)濾料的排列方式濾層根據(jù)濾料裝填種類的數(shù)量分為單過濾器、雙層過濾器、多介質(zhì)過濾器，單層濾料過濾器在水流反沖洗水力分級(jí)以后，粒徑小的濾料在上層，越往下層粒徑過大。因此由上而下濾層的截污能力逐漸減弱，水流自上而下地在濾層孔隙間行進(jìn)過程中，雜質(zhì)首先接觸到的是截污能力最弱的細(xì)

8、濾料，由于下層濾料比上層要粗，其截留能力不及上層，會(huì)造成污泥絕大部分堆積在上層，導(dǎo)致局部阻力增長過快，所以其出水水質(zhì)差，過濾周期短。雙層濾料過濾器或多介質(zhì)過濾器中的濾料層是密度小顆粒大的在上，密度大顆料小的在下，這種濾床水力反沖洗分層后，密度大的細(xì)濾料在底層，密度小的粗料在上層，濾料沿程從粗到細(xì)，截能力沿程漸增，因而實(shí)現(xiàn)了整層濾料截污能力與殘留雜質(zhì)除去難度的最佳匹配。這種濾床性能優(yōu)越，截污容量大，過濾周期長，出水水質(zhì)好，水頭損失增長速度慢，但在實(shí)際應(yīng)用中濾料的層數(shù)不是越多越好，層數(shù)太多一是設(shè)備投資大二是增加反洗的難度，因而需要經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的合理拾配。1.1.2活性炭吸附活性炭過濾器的作用是去除水

9、中的游離氯和有機(jī)物。游離氯可以氧化反滲透膜，對(duì)反滲透造成不可恢復(fù)的破壞，而有機(jī)物不僅是微生物的餌料，而且當(dāng)其濃縮到一定程度后，可以溶解有機(jī)膜材料，使膜性能劣化。由于活性具有發(fā)達(dá)的細(xì)孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，對(duì)水中的溶解性的各種有機(jī)物有很強(qiáng)的吸附能力，對(duì)色度、異味、表面活性劑、合成洗滌劑有良好的除去效果，在去除游離氯時(shí)除發(fā)生物理吸附還發(fā)生化學(xué)吸附反應(yīng)?；钚蕴窟^濾器，是把活性炭作一種濾料，讓水以過濾的方式通過活性炭吸附層，水中的雜質(zhì)從液相轉(zhuǎn)移到固相活性炭的表面上?；钚蕴窟^濾器工作過程與多介質(zhì)過濾器類似，主要技術(shù)條件如下：1.活懷炭過濾器的水流速度 5-15m/h2.活性炭過濾器的層高 1000-20

10、00mm，一般不低于1000mm3.活性炭濾料主要采用木質(zhì)炭，粒徑一般為2-3 mm4.反洗方式，反洗流速20-30 m/h，反洗時(shí)間4-10min，3-6天反洗一次，濾層膨脹率為30-50%5.活性炭使用壽命一般為2-3年，飽和炭需再生或更換。6.常用果殼活性濾料的比密度為0.41.1.3加藥阻垢技術(shù)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，水分子不斷從原水中取走，留在原水中的含鹽量逐步增大，即原水逐步得到濃縮，而最終成為濃水，從裝置中排出。濃水受濃縮后各種離子濃度將成培增加。自然水源中Ca2

11、、Mg2、Ba2、Sr 2、SiO2 、SO42-、O3-等傾向于產(chǎn)生結(jié)垢的離子深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有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。采用加藥阻垢的方法是目前常用的防止反滲透膜污染的一種方法，其設(shè)備簡單，操作容易，因而一般反滲透預(yù)處理都采用加藥阻垢的方法。這種方法是通過延緩鹽晶體成長來推遲沉淀過程，促使晶體不會(huì)形成一定大小和大小和足夠的濃度而沉降下來。大多數(shù)阻垢劑還有一定的分散作用，防止顆粒聚集成足以沉積下來的大顆粒，也就是說反滲透濃水中難溶鹽或來不及沉積在膜表面上，已隨濃水排出反滲透設(shè)備之外。1.1.3.1阻垢劑的選擇1)

12、常用阻垢劑許多常用的含有（-COOH）或（PO4）基團(tuán)分子組成，低分子重量的聚丙烯酸酯分子含有多個(gè)（-COOH）基團(tuán)，它們能極好阻止碳酸鹽垢的形成，但作為分散劑作用上有定局限。2)六偏磷酸鈉（SHMP）它是低成本的阻垢劑，缺點(diǎn)是不穩(wěn)定，混合溶解困難，如果它每三天不再混合一次，則六偏磷酸鹽會(huì)水解成磷酸鹽，在PH中性或堿性狀態(tài)下，會(huì)與鈣離子形成磷酸鈣沉淀，該傳統(tǒng)阻垢劑已日益被其它阻垢劑代替。3)有機(jī)磷酸鹽它是在SHMP基礎(chǔ)上改進(jìn)，它更穩(wěn)定，類似SHMP具用穩(wěn)定和分散作用。但又與SHMP不同，其官能基團(tuán)相互吸引。4)高分子量的聚丙烯酸酯它是最好的分散劑，不過，其阻垢性能方面不如低分子重量的聚丙烯酸酯

13、。5)混合阻垢劑比單一化學(xué)阻垢劑具有的優(yōu)點(diǎn)是：使用單一化學(xué)阻垢劑，如果加入量太大，就可能導(dǎo)致阻垢劑與水中多價(jià)陽離子形成結(jié)垢析出；而對(duì)混合阻垢劑，一種阻垢劑會(huì)阻止另一種阻垢劑的沉積，同時(shí)每種阻垢劑的單獨(dú)成分濃度也小一些。1.1.3.2阻垢劑加藥量阻垢劑的加藥量與原水水質(zhì)、阻垢劑的類型、水的PH值、溫度等有關(guān)，因而很難準(zhǔn)確計(jì)算阻垢劑的加藥量，一般原水中投加的阻垢劑量為3-5mg/l,當(dāng)加藥量過大,有的阻垢會(huì)在反滲透膜中濃縮后結(jié)垢污染反滲透膜,如果藥量過小則,難以防止難溶鹽在反滲透膜表面結(jié)垢。實(shí)際應(yīng)用中一般根據(jù)產(chǎn)家的阻垢劑使用說明向原水加適量的阻垢劑。1.2除鹽處理除鹽處理是水處理系統(tǒng)的主要部分，主

14、要去除水中的各種無機(jī)鹽離子。目前除鹽技術(shù)主要有三種，傳統(tǒng)的離子交換技術(shù)、反滲透技術(shù)和EDI技術(shù)。除鹽處理根據(jù)用水要求的不同，有時(shí)需要使用二級(jí)除鹽處理，即先使用一級(jí)除鹽設(shè)備脫除水中大部分的無機(jī)鹽離子，再通過使用二級(jí)除鹽處理對(duì)原水進(jìn)行進(jìn)一步脫鹽處理。 反滲透技術(shù)簡介滲透及滲透壓 滲透現(xiàn)象在自然界是常見的，比如將一根黃瓜放入鹽水中，黃瓜就會(huì)因失水而變小。黃瓜中的水分子進(jìn)入鹽水溶液的過程就是滲透過程。如圖1所示,如果用一個(gè)只有水分子才能透過的薄膜將一個(gè)水池隔斷成兩部分,在隔膜兩邊分別注入純水和鹽水到同一高度。過一段時(shí)間就可以發(fā)現(xiàn)純水液面降低了，而鹽水的液面升高了。我們把水分子透過這個(gè)隔膜遷移到鹽水中的

15、現(xiàn)象叫做滲透現(xiàn)象。鹽水液面升高不是無止境的，到了一定高度就會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)。這時(shí)隔膜兩端液面差所代表的壓力被稱為滲透壓。滲透壓的大小與鹽水的濃度直接相關(guān)。 反滲透現(xiàn)象和反滲透凈水技術(shù)在以上裝置達(dá)到平衡后,如果在鹽水端液面上施加一定壓力，此時(shí)，水分子就會(huì)由鹽水端向純水端遷移。液劑分子在壓力作用下由稀溶液向濃溶液遷移的過程這一現(xiàn)象被稱為反滲透現(xiàn)象。 如果將鹽水加入以上設(shè)施的一端，并在該端施加超過該鹽水滲透壓的壓力，我們就可以在另一端得到純水。這就是反滲透凈水的原理。 反滲透設(shè)施生產(chǎn)純水的關(guān)鍵有兩個(gè)，一是一個(gè)有選擇性的膜，我們稱之為半透膜，二是一定的壓力。 簡單地說，反滲透半透膜上有眾多的孔，這些孔

16、的大小與水分子的大小相當(dāng)，由于細(xì)菌、病毒、大部分有機(jī)污染物和水合離子均比水分子大得多，因此不能透過反滲透半透膜而與透過反滲透膜的水相分離。 在水中眾多種雜質(zhì)中,溶解性鹽類是最難清除的.因此,經(jīng)常根據(jù)除鹽率的高低來確定反滲透的凈水效果.反滲透除鹽率的高低主要決定于反滲透半透膜的選擇性。目前，較高選擇性的反滲透膜元件除鹽率可以高達(dá)99.7%。反滲透與離子交換的比較反滲透優(yōu)點(diǎn):* 連續(xù)運(yùn)行，產(chǎn)品水水質(zhì)穩(wěn)定 * 無須用酸堿再生 * 不會(huì)因再生而停機(jī) * 節(jié)省了反沖和清洗用水 * 以高產(chǎn)率產(chǎn)生超純水（產(chǎn)率可以高達(dá)95%） * 無再生污水，不須污水處理設(shè)施 * 無須酸堿儲(chǔ)備和酸堿稀釋運(yùn)送設(shè)施 * 減小車間建筑面積 * 使用安全可靠，避免工人接觸酸堿