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AWAY
2023年純水
處理手冊(cè)
2023年純水處理手冊(cè)
許科信
2023年11月10日
浙江省浦江縣鄭家塢安平路141號(hào)
第一部理論簡(jiǎn)介
第一章前期處理
原水需要進(jìn)行必要的I前期的處理后,才能深入進(jìn)行除離子處
理。前期處理重要是出去比較大的機(jī)械雜質(zhì),懸浮物等。
1.1多介質(zhì)過(guò)濾器
多介質(zhì)過(guò)濾器是運(yùn)用一種或幾種過(guò)濾介質(zhì),在一定的壓力下
把濁度較高的水通過(guò)一定厚度的粒狀或非粒材料,從而有效的除
去懸浮雜質(zhì)使水澄清的過(guò)程,常用的濾料有石英砂,無(wú)煙煤,錦
砂等。可以有效日勺除去原水中比較大的I顆粒,膠狀物等。在多介
質(zhì)過(guò)濾器前一般還需要加入藥劑,如混凝劑,助凝劑,殺菌劑等,
可以明顯改善多介質(zhì)的過(guò)濾效果,對(duì)水中日勺細(xì)菌藻類(lèi)等均有一定
的清除效果。多介質(zhì)過(guò)濾器在使用過(guò)程中,會(huì)伴隨沉淀物H勺不停
增長(zhǎng)而壓差增大,或?qū)λ丈兹ノ圻^(guò)濾效果下降,因此需要有反洗
裝置。可以加入充氣管,加強(qiáng)反洗強(qiáng)度,增長(zhǎng)反洗效果。
1.2活性炭過(guò)濾器
活性炭過(guò)濾器的作用重要是清除大分子有機(jī)物、鐵氧化物、
余氯。這是由于有機(jī)物、余氯、鐵氧化物易使離子互換樹(shù)脂中毒,
而余氯、陽(yáng)離子表面活性劑等不僅會(huì)使樹(shù)脂中毒,還會(huì)破壞膜構(gòu)
造,使反滲透膜失效,對(duì)后系統(tǒng)影響比較大。活性炭過(guò)濾器一般
放在多介質(zhì)過(guò)濾器后使用。
活性炭時(shí)吸附原理是:在其顆粒表面形成一層平衡的;表面濃
度,再把有機(jī)物質(zhì)雜質(zhì)吸附到活性炭顆粒內(nèi),使用初期日勺吸附效
果很高。但時(shí)間一長(zhǎng),活性炭的吸附能力會(huì)不一樣程度地減弱,
吸附效果也隨之下降。假如水族箱中水質(zhì)混濁,水中有機(jī)物含量
高,活性炭很快就會(huì)喪失過(guò)濾功能。因此,活性炭應(yīng)定期清洗或
更換。
活性炭顆粒的大小對(duì)吸附能力也有影響。一般來(lái)說(shuō),活性炭
顆粒越小,過(guò)濾面積就越大。因此,粉末狀的活性炭總面積最大,
吸附效果最佳,但粉末狀時(shí)活性炭很輕易隨水流入水族箱中,難
以控制,很少采用。顆粒狀的活性炭因顆粒成形不易流動(dòng),水中
有機(jī)物等雜質(zhì)在活性炭過(guò)濾層中也不易阻塞,其吸附能力強(qiáng),攜
帶更換以便。
13保安過(guò)濾器
用在RO,EDI(電去離子技術(shù))等裝置前日勺保安過(guò)濾器構(gòu)造上和
袋式過(guò)濾器有相似之處。大部分采用圓桶狀不銹鋼外殼,筒體內(nèi)
裝有若干濾芯。根據(jù)過(guò)濾精度時(shí)不一樣需要而采用不一樣的濾芯。
濾芯時(shí)過(guò)濾精度可以比濾袋更高,能很好日勺保護(hù)后系統(tǒng)的裝置安
全。
第二章精密過(guò)濾
有關(guān)名詞:
酸度:水中能與強(qiáng)堿反應(yīng)的酸性物質(zhì)的含量。
堿度:水中能與強(qiáng)酸反應(yīng)的I堿性物質(zhì)的含量。
硬度:水歐I硬度分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度,二都之和
為水總硬度。
碳酸鹽硬度:指水中鈣、鎂離子與重碳酸根所構(gòu)成的鹽。由
于水受熱后,重碳酸鹽分解成碳酸鹽,溶解度減少后生成沉淀而
析出,因此又稱(chēng)臨時(shí)硬度。
非碳酸鹽硬度:重要是指鈣和鎂的硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物
等所形成日勺硬度。因水在常壓下加熱至沸也不會(huì)形成沉淀,故又
稱(chēng)永久硬度。
濁度:ISO國(guó)際原則將濁度定義為由于不透明度物質(zhì)的存在
而引起液體透明度的減少。
SDI值:也稱(chēng)淤泥密度指數(shù),與濁度相比,它是從不一樣的
角度來(lái)表達(dá)水質(zhì),但SDI值比濁度精確的可靠。濁度的測(cè)定是用
分光光度法或者目視比濁法來(lái)確定水中微粒雜質(zhì)H勺含量,不過(guò)不
能測(cè)出水中某些不感光的膠體微粒。
電導(dǎo)率:以數(shù)字表達(dá)溶液傳導(dǎo)電流日勺能力。電導(dǎo)率常用于間
接推測(cè)水中離子成分的總濃度。水溶液的電導(dǎo)率取決于離子的性
質(zhì)和濃度、溶液的溫度和粘度。溫度每增長(zhǎng)工℃,電導(dǎo)率增約
2%~2.5%。常以25c為原則。電導(dǎo)率的原則單位是S/m(西門(mén)子/
米),常用HS/cm
2.1反滲透
反滲透定義
反滲透(RO)又稱(chēng)逆滲透,一種以壓力差為推進(jìn)力,從溶液
中分離出溶劑的膜分離操作。對(duì)膜一側(cè)的料液施加壓力,當(dāng)壓力
超過(guò)它的滲透壓時(shí),溶劑會(huì)逆著自然滲透日勺方向作反向滲透。從
而在膜的低壓側(cè)得到透過(guò)的溶劑,即滲透液;高壓側(cè)得到濃縮的
溶液,即濃縮液。
1、基本原理:
把相似體積的稀溶液(如淡水)和濃液(如海水或鹽水)分
別置于一容器的兩側(cè),中間用半透膜阻隔,稀溶液中的溶劑將自
然的I穿過(guò)半透膜,向濃溶液側(cè)流動(dòng),濃溶液側(cè)的液面會(huì)比稀溶液
的液面高出一定高度,形成一種壓力差,到達(dá)滲透平衡狀態(tài),此
種壓力差即為滲透壓滲透壓H勺大小決定于濃液的種類(lèi),濃度和溫
度與半透膜的I性質(zhì)無(wú)關(guān)。若在濃溶液側(cè)施加一種不小于滲透壓的
壓力時(shí),濃溶液中口勺溶劑會(huì)向稀溶液流動(dòng),此種溶劑的I流動(dòng)方向
與本來(lái)滲透日勺方向相反,這一過(guò)程稱(chēng)為反滲透。
高濃度低濃度
反滲透
滲透與反滲透原理
在多種膜分離技術(shù)中,反滲透技術(shù)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)應(yīng)用最成功、
發(fā)展最快、普及最廣的一種。估計(jì)自1995年以來(lái),反滲透膜日勺
使用量每年平均遞增20%。國(guó)內(nèi)反滲透膜工業(yè)應(yīng)用的最大領(lǐng)域?yàn)?/p>
大型鍋爐補(bǔ)給水、多種工業(yè)純水,飲用水的市場(chǎng)規(guī)模次之,電子、
半導(dǎo)體、制藥、醫(yī)療、食品、飲料、酒類(lèi)、化工、環(huán)境保護(hù)等行
業(yè)時(shí)應(yīng)用也形成了一定規(guī)模。
反滲透膜分離過(guò)程在常溫下進(jìn)行,無(wú)相變,能耗低,可用于
熱敏感物質(zhì)時(shí)分離、濃縮;可有效的清除無(wú)機(jī)鹽和小分子有機(jī)化
合物物;具有較高的脫鹽率和較高的水回用率;膜分離裝置構(gòu)造
簡(jiǎn)樸,操作以便,便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化;不過(guò)需要在比較高的壓力下
進(jìn)行工作,需要配置高壓泵和耐高壓管路;反滲透膜分離裝置對(duì)
進(jìn)水規(guī)定較高,需要對(duì)原水進(jìn)行一定的預(yù)處理;分離過(guò)程中,易
產(chǎn)生膜污染,為延長(zhǎng)膜的使用壽命和提高分離效果,需要定期清
洗。
2、衡量反滲透性能的重要指標(biāo):
1.脫鹽率和透鹽率
鹽透過(guò)率二產(chǎn)水濃度/進(jìn)水濃度xlOO%
脫鹽率二(1-產(chǎn)水含鹽量/進(jìn)水含鹽量)xlOO%
透鹽率=100%_脫鹽率
膜元件日勺脫鹽率在其制導(dǎo)致形時(shí)就已確定,脫鹽率的高
下取決于膜元件表面超薄脫鹽層的致密度,脫鹽層越致密脫鹽率
越高,同步產(chǎn)水量越低。反滲透對(duì)不一樣物質(zhì)的脫鹽率重要由物
質(zhì)的構(gòu)造和分子量決定,對(duì)高價(jià)離子及復(fù)雜單價(jià)離子的脫鹽率可
以超過(guò)99%,對(duì)單價(jià)離子如:鈉離子、鉀離子、氯離子口勺脫鹽率
稍低,但也可超過(guò)了98%(膜使用時(shí)間越長(zhǎng),化學(xué)清洗次數(shù)越多,
反滲透膜脫鹽率越低。);對(duì)分子量不小于100時(shí)有機(jī)物脫除率也
可過(guò)到98%,但對(duì)分子量不不小于100的有機(jī)物脫除率較低。
2.產(chǎn)水量
產(chǎn)水量一一指反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水能力,即單位時(shí)間內(nèi)透
過(guò)膜水量,一般用噸/小時(shí)來(lái)表達(dá)。
滲透流率一一也是表達(dá)反滲透膜元件產(chǎn)水量的重要指標(biāo)。
指單位膜面積上透過(guò)液時(shí)流率。過(guò)高的滲透流率將導(dǎo)致垂直于膜
表面的水流速加緊,加劇膜污染。
3.回收率
回收率――指膜系統(tǒng)中給水轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)水或透過(guò)液的比
例。根據(jù)預(yù)處理H勺進(jìn)水水質(zhì)及用水規(guī)定而定的。膜系統(tǒng)H勺回收率
在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)確定,
回收率二(產(chǎn)水流量/進(jìn)水流量)xlOO%
反滲透(納濾)膜組件的回收率、鹽透過(guò)率、脫鹽率計(jì)算
公式如下。
回收率二產(chǎn)水量/進(jìn)水量xlOO%
鹽透過(guò)率二產(chǎn)水濃度/進(jìn)水濃度xlOO%
脫鹽率二(1-鹽通過(guò)率)xlOO%
3、影響反滲透產(chǎn)水率和脫鹽率的原因:
1.壓力的影響
進(jìn)水壓力影響反滲透的I產(chǎn)水量和脫鹽率。透過(guò)膜的產(chǎn)水量的
增長(zhǎng)和進(jìn)水壓力的增長(zhǎng)存在直線關(guān)系。增長(zhǎng)進(jìn)水壓力也增長(zhǎng)了脫
鹽率,但兩者之間日勺變化關(guān)系沒(méi)有線性關(guān)系。由于反滲透膜對(duì)進(jìn)
水中的溶解性鹽類(lèi)不也許絕對(duì)完全截留,總有一定量的透過(guò)量,
伴隨壓力的增長(zhǎng),由于膜透過(guò)水的I速率比傳遞鹽分時(shí)速率快,這
種透鹽率的增長(zhǎng)得到迅速的克服。不過(guò),通過(guò)增長(zhǎng)進(jìn)水壓力來(lái)提
高鹽分的排除率有上限限制。超過(guò)一定的壓力值,脫鹽率不在增
長(zhǎng),某些鹽分還會(huì)和水分子耦合一起透過(guò)膜。
2.回收率的影響
通過(guò)對(duì)進(jìn)水施加壓力,當(dāng)濃溶液和稀溶液的自然滲透流動(dòng)過(guò)
程被逆轉(zhuǎn)時(shí),實(shí)現(xiàn)反滲透過(guò)程。假如回收率增長(zhǎng),而進(jìn)水壓力不
變,殘留在原水中H勺含鹽量會(huì)更高,自然滲透壓會(huì)變高,將抵消
進(jìn)水壓力的推進(jìn)作用,從而減慢或停止反滲透過(guò)程,減少了產(chǎn)水
量。
3.進(jìn)水溫度的影響
溫度對(duì)反滲透膜的運(yùn)行壓力、脫鹽率、壓降影響最為明顯。
溫度上升,滲透性能增長(zhǎng),在一定水通量下規(guī)定的凈推進(jìn)力減少,
因此實(shí)際運(yùn)行壓力減少。同步溶質(zhì)透過(guò)速率也隨溫度日勺升高而增
長(zhǎng),鹽透過(guò)量增長(zhǎng),直接體現(xiàn)為產(chǎn)品水電導(dǎo)率升高。溫度對(duì)反滲
透各段的壓降也有一定的影響,溫度升高,水口勺粘度減少,壓降
減少,對(duì)于膜H勺通道由于污堵而使湍流程度增強(qiáng)的裝置,粘度對(duì)
壓降的影響更為明顯。反滲透膜產(chǎn)水電導(dǎo)對(duì)進(jìn)水水溫的變化十分
敏感,伴隨水溫的增長(zhǎng),水通量也線性的增長(zhǎng),進(jìn)水水溫每升高
1℃,產(chǎn)水通量就增長(zhǎng)2.5%?3.0%;其原因在于透過(guò)膜日勺水分子
粘度下降、擴(kuò)散性能增強(qiáng)。進(jìn)水水溫的升高同樣會(huì)導(dǎo)致透鹽率口勺
增長(zhǎng)和脫鹽率的下降,這重要是由于鹽分透過(guò)膜的擴(kuò)散速度會(huì)因
溫度的提高而加緊。
4.進(jìn)水PH的J影響
多種膜組件均有一種容許的pH值范圍,進(jìn)水pH值對(duì)產(chǎn)水量
幾乎沒(méi)有影響;不過(guò)雖然在容許范圍內(nèi),對(duì)脫鹽率有較大影響,
首先pH值對(duì)產(chǎn)品水的電導(dǎo)率也有一定的影響,這是由于反滲透
膜自身大都帶有某些活性基團(tuán),pH值可以影響膜表面的電場(chǎng)進(jìn)而
影響到離子的遷移,pH值對(duì)進(jìn)水中雜質(zhì)的形態(tài)有直接影響,如對(duì)
可離解的有機(jī)物,其截留率隨pH值的減少而下降;另首先由于
水中溶解的C02受pH值影響較大,pH值低時(shí)以氣態(tài)C02形式存
在,輕易透過(guò)反滲透膜,因此pH低時(shí)脫鹽率也較低,隨pH升高,
氣態(tài)C02轉(zhuǎn)化為HC0-3和CO2-3離子,脫鹽率也逐漸上升,
在pH7.5?8.5間,脫鹽率到達(dá)最高。
5.進(jìn)水鹽濃度的影響
滲透壓是水中所含鹽分或有機(jī)物濃度時(shí)函數(shù),含鹽量越高滲
透壓也增長(zhǎng),進(jìn)水壓力不變的狀況下,凈壓力將減小,產(chǎn)水量減
少。透鹽率正比于膜正反兩側(cè)鹽濃度差,進(jìn)水含鹽量越高,濃度
差也越大,透鹽率上升,從而導(dǎo)致脫鹽率下降。對(duì)同一系統(tǒng)來(lái)說(shuō),
給水含鹽量不一樣,其運(yùn)行壓力和產(chǎn)品水電導(dǎo)率也有差異,給水
含鹽量每增長(zhǎng)lOOppm(ppm=mg/kg或mg/L),進(jìn)水壓力需增長(zhǎng)約
0.007MPa,同步由于濃度H勺增長(zhǎng),產(chǎn)品水電導(dǎo)率也對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)。
4、反滲透系統(tǒng)管理:
膜系統(tǒng)的運(yùn)行與管理
1、系統(tǒng)的運(yùn)行及停止
(1)初始運(yùn)行時(shí)錯(cuò)確認(rèn)的事項(xiàng)
①保安過(guò)濾器(<5pm)
為防止金屬屑、異物、沙子和纖維進(jìn)入到膜元件內(nèi),謂在原水泵后安裝保安過(guò)濾器?
5pm)o在運(yùn)行開(kāi)始前,請(qǐng)確認(rèn)濾芯確實(shí)安裝了而且沒(méi)有泄露。
②系統(tǒng)運(yùn)行前膜元件的沖洗
安裝時(shí)為防止裝置內(nèi)殘留異物(金屬屑、焊接屑和機(jī)油等)、粘結(jié)劑等進(jìn)入到膜元件中,
在安裝膜元件前要充分清洗管道。通過(guò)沖洗去除管道內(nèi)殘留的金屬屑、焊接屑;通過(guò)酸洗去
除管道內(nèi)的銹;堿洗去除機(jī)械油。一切雜質(zhì)都被去除后,最后再用清水沖洗。
③原水的SDh值
預(yù)處理產(chǎn)水的SDh值要做到5.0以下。要定期檢測(cè)SDI15值,發(fā)現(xiàn)超出正常值后要檢
查預(yù)處理的運(yùn)行。
④原水的殘留余域
通常要求運(yùn)行時(shí)原水的余氯含量為0mg/Lo原水中殘留余氯濃度若超出此要求會(huì)造成
膜元件脫鹽率下降。若原水中有殘留余氯,請(qǐng)用亞硫酸公鈉(SBS)中和。若殘留量為1mg/L,
對(duì)應(yīng)則需要SBS1.8-3mg/L,
⑤原水pH值
原水pH值若超出以下范圍,可能會(huì)導(dǎo)致膜元件性能下降。
表不同膜元件連續(xù)運(yùn)行的pH值范圍
膜型號(hào)pH值范圍
PROC2-11
ESPA,CPA、LFC、SWC、ESNA3-10
⑥原水溫度
運(yùn)行時(shí)原水溫度應(yīng)在40°C以下(最高不能超過(guò)45C)o若原水溫度超出此范圍,可
能會(huì)引起膜性能下降L
⑦低溶解度鹽類(lèi)
為防止膜表面鹽類(lèi)結(jié)垢,可以采用調(diào)節(jié)pH值、進(jìn)行軟化處理、添加阻垢劑等方法解決。
(2)系統(tǒng)的日常啟動(dòng)
①全部開(kāi)啟濃水及產(chǎn)水閥門(mén)。
②反滲透系統(tǒng)的沖洗。
供水時(shí)以低壓、低流量的給水排出殘留在膜元件及壓力容器中的空氣。給水泵啟動(dòng)后慢
慢打開(kāi)給水閥門(mén)調(diào)節(jié)流量。濃水管出口或流量計(jì)處不在有氣泡冒出時(shí)將流量升高,沖洗30
分鐘左右。在沖洗過(guò)程中要檢查閥門(mén)管道是否有泄漏。沖洗過(guò)程中濃水及產(chǎn)水應(yīng)全部排放。
沖洗過(guò)程中不要添加阻垢劑等藥品。但若原水中殘?zhí)镉嗦葎t要充分添加SBSo
在沖洗步驟中,要注意以下的運(yùn)行條件:
?壓力:<0.3MPa;
?單支壓力容器的濃水排放量:8英寸(8040)膜元件:7.2-12(11%
4英寸(4040)膜元件:1.8-2.501加
③高壓泵啟動(dòng)前,通過(guò)調(diào)節(jié)高壓泵和反滲透系統(tǒng)間的閥門(mén)控制好流量,否則瞬間的高
流量和高壓力可能會(huì)損傷膜元件。
④啟動(dòng)高壓泵后必須勻速提升壓力,并將給水閥門(mén)緩慢開(kāi)啟,使?jié)馑髁窟_(dá)到設(shè)計(jì)值。
⑤一邊調(diào)節(jié)高壓泵出口的給水閥門(mén),一邊慢慢關(guān)閉濃水閥門(mén)。在保持濃水流量的同時(shí),
要注意產(chǎn)水流量的上升,并隨時(shí)調(diào)節(jié)使其達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)水。添加阻垢劑等藥品的泵要在關(guān)閉濃
水閥門(mén)的同時(shí)開(kāi)啟,確認(rèn)添加藥品流速及測(cè)定原水pH值。
⑥一小時(shí)連續(xù)運(yùn)行后測(cè)定產(chǎn)水電導(dǎo)分析水質(zhì),并將產(chǎn)水引入產(chǎn)品水箱。
⑦記錄運(yùn)行初期數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)記錄格式請(qǐng)參見(jiàn)附錄7反滲透和納濾系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)參考記
錄表格。
2、停運(yùn)
①關(guān)閉高壓泵。
②沖洗。濃水閥門(mén)全部打開(kāi),并確認(rèn)產(chǎn)水閥門(mén)也全部打開(kāi)。起動(dòng)給水泵,逐漸打開(kāi)給
水閥門(mén),設(shè)定沖洗流量。運(yùn)行5分鐘沖洗。
③停止運(yùn)行。給水閥門(mén)逐漸關(guān)閉,全部關(guān)閉后停止給水泵。設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間停止運(yùn)行時(shí),
q注意事項(xiàng)
①起動(dòng)和停止時(shí),流量和壓力會(huì)有波動(dòng)。過(guò)大流量和壓力波動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致膜元件破裂。
故在起動(dòng)和停止操作時(shí)需緩慢增加或降低壓力和流量。
②原水中的殘留余筑。若原水中殘留余領(lǐng)會(huì)破壞膜元件的分離皮層。所以必須要用
SBS來(lái)中和。原水中的殘留余氯必須為0mg/L時(shí)設(shè)備才能運(yùn)行。
③產(chǎn)水側(cè)壓力(背壓)。產(chǎn)水側(cè)壓力高于原水側(cè)壓力0.05MPa以上時(shí),膜片會(huì)受到
物理性損傷。背壓通常發(fā)生在反滲透設(shè)備閥門(mén)開(kāi)閉的瞬間。例如,系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí),關(guān)閉原
水泵前,產(chǎn)水側(cè)閥門(mén)還在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)通常會(huì)發(fā)生背壓現(xiàn)象。充分確認(rèn)閥門(mén)的開(kāi)和關(guān)及壓力的
變動(dòng),保證運(yùn)行過(guò)程杜絕背壓現(xiàn)象發(fā)生。產(chǎn)水管道若高于膜堆中最下部膜殼5米以上時(shí),
系統(tǒng)停止時(shí)產(chǎn)水側(cè)的靜壓頭(0.05MPa)會(huì)從產(chǎn)水側(cè)施力給原水側(cè)。即發(fā)生背壓現(xiàn)麴,導(dǎo)
致膜受到傷害。因此要?jiǎng)?wù)必注意原水管道是否高于產(chǎn)水管道,同時(shí)要注意產(chǎn)水管道在腴殼上
部的高度。
3、反滲透系統(tǒng)的停運(yùn)保護(hù)
①殺菌。為防止微生物污染,一天一次注入亞硫酸氫鈉(NaHSO3)500mg/L水溶液
30-60分鐘,進(jìn)行間斷性殺菌。另外,裝置停止前也要用含有500mg/L亞硫酸氫鈉的反
滲透產(chǎn)水來(lái)替換原水。
②膜元件保存
?停運(yùn)30日以?xún)?nèi):用含有500mg/L亞硫酸氫鈉的反滲透產(chǎn)水替代原水,并保持壓
力容器內(nèi)充滿(mǎn)這種水并關(guān)閉閥門(mén)密封。
?停運(yùn)30日以上:用藥品清洗膜元件,然后用含有
500mg/L亞硫酸氫鈉的反滲透產(chǎn)水替代原水,并保持壓力容器內(nèi)充滿(mǎn)這種水,關(guān)
閉閥門(mén)密封。當(dāng)液體溫度在30°C以下時(shí),要每30天采用新的500mg/L亞硫酸氫
鈉溶液替換原有溶液。當(dāng)液體溫度在30℃以上時(shí),則每15天要更換一次。
③系統(tǒng)重新投入運(yùn)行時(shí),前10分鐘的產(chǎn)品水應(yīng)該排放,當(dāng)確認(rèn)產(chǎn)水中沒(méi)有殘留亞硫
酸笈鈉后,才可以使用產(chǎn)品水。
反滲透和納濾系統(tǒng)的清洗
1膜污染簡(jiǎn)介
反滲透系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),進(jìn)水中含有的懸浮物質(zhì),溶解物質(zhì)以及微生物繁殖等原因都會(huì)造成
膜元件污染。反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理應(yīng)盡可能的除去這些污染物質(zhì),盡量降低膜元件污染的可
能性。污染物的種類(lèi)、發(fā)生原因及處理方法請(qǐng)參見(jiàn)表。通常,造成膜污染的原因主要有
以下幾種:
?新裝置管道中含有?油類(lèi)物質(zhì)和焊接管道時(shí)的殘留物,以及灰塵且在裝膜前未清洗干
凈;
?預(yù)處理裝置設(shè)計(jì)不合理;
?添加化學(xué)藥品的量發(fā)生錯(cuò)誤或設(shè)備發(fā)生故障;
?人為操作失誤;
?停止運(yùn)行時(shí)未作低壓沖洗或沖洗條件控制得不正確;
?給水水源或水質(zhì)發(fā)生變化。
表反滲透膜污染的種類(lèi)、原因及處理方法
污染物種類(lèi)原因?qū)?yīng)方法
堆枳物膠體和懸浮粒子等膜面上的堆枳提高預(yù)處理的精度或采用UF/MF
結(jié)垢由于回收率過(guò)高導(dǎo)致無(wú)機(jī)鹽析田調(diào)整回收率,加阻垢劑
生物污染微生物吸附以及繁殖定期殺菌處理
有機(jī)物的吸附荷電荷性/疏水性有機(jī)物和膜之間的相互作用膜種類(lèi)的選擇需正確
污染物的累積情況可以通過(guò)日常數(shù)據(jù)記錄中的操作壓力、壓差上升、脫鹽率變化等參數(shù)
得知。膜元件受到污染時(shí),往往通過(guò)清洗來(lái)恢復(fù)膜元件的性能。清洗的方式一般有兩種,物
理清洗(沖洗)和化學(xué)清洗(藥品清洗)。物理清洗(沖洗)是不改變污染物的性質(zhì),用力
量使污染物排除膜元件,恢復(fù)膜元件的性能。化學(xué)清洗是使用相應(yīng)的化學(xué)藥劑,改變污染物
的組成或?qū)傩裕謴?fù)膜元件的性能。吸附性低的粒子狀污染物,可以通過(guò)沖洗(物理清洗)
的方式達(dá)到一定的效果,像生物污染這種對(duì)膜的吸附性強(qiáng)的污染物使用沖洗的方法很難達(dá)到
預(yù)期效果。用沖洗的方法很難除去的污染應(yīng)采用化學(xué)清洗。為了提高化學(xué)清洗的效果,清洗
前,有必要通過(guò)對(duì)污染狀況進(jìn)行分析,確定污染的種類(lèi)在
了解了污染物種類(lèi)時(shí),選擇合適的清洗藥劑就可以適當(dāng)?shù)幕謴?fù)膜元件的性能。
2物理清洗(沖洗)
2.1沖洗的作用
沖洗是采用低壓大流晶的進(jìn)水沖洗膜元件,沖洗掉附存在膜表面的污染物或堆積物。
圖沖洗時(shí)膜面的狀態(tài)示意圖
2.2沖洗的要點(diǎn)
2.2.1沖洗的流速。
裝置運(yùn)行時(shí),顆粒污染物逐漸堆積在膜的表面。如果沖洗時(shí)的流速和制水時(shí)的流速相等
或略低,則很難把污染物從膜元件中沖出來(lái)。因此,沖洗時(shí)要使用比正常運(yùn)行時(shí)更高的流速。
通常,單支壓力容器內(nèi)的沖洗流速為:
?8英寸膜元件:7.2-12m3/h:
?4英寸膜元件:1.8-2.5m3/h。
2.2.2沖洗的壓力。
正常高壓運(yùn)行時(shí),污染物被壓向膜表面造成污染。所以在沖洗時(shí),如果采用同樣的高壓,
污染物仍會(huì)被壓在膜表面上,清洗的效果不會(huì)理想。因此在沖洗時(shí),應(yīng)盡可能的通過(guò)低壓、
高流速的方式,增加水平方向的剪切力,把污染物沖出膜元件。壓力通常控制在0.3MPa
以下。如果在0.3MPa以下,很難達(dá)到一定的流量時(shí),應(yīng)盡可能控制進(jìn)水壓力,以不出產(chǎn)
水或少出產(chǎn)水為標(biāo)準(zhǔn)。一般進(jìn)水壓力不能大于0.4MPa。
2.2.3沖洗的頻度。
條件允許的情況L建議經(jīng)常對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行沖洗。增加沖洗的次數(shù)比進(jìn)行一次化學(xué)清洗更
有效果。一般沖洗的頻度推薦以一天一次為好。根據(jù)具體的情況,用戶(hù)可以自行控制沖洗的
頻度。
表沖洗的條件
腴尺寸流鼠,n?/h壓力,MPa頻明次/日時(shí)間,分鐘
8英寸7.2-12<0.3>110-15
4英寸1.8-2.5<0.3>110-15
2.3沖洗的步驟
①停止反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行。緩慢地降低操作壓力并停止裝置。如果快速停止裝宜,壓
力會(huì)急速下降,這可能會(huì)對(duì)管道、壓力容器以及膜元件造成損壞。
②調(diào)節(jié)閥門(mén):
?全開(kāi)濃縮水間門(mén):
?關(guān)閉進(jìn)水閥門(mén);
?全開(kāi)產(chǎn)水網(wǎng)門(mén)(如果運(yùn)行時(shí)產(chǎn)水閥門(mén)沒(méi)有全開(kāi)的情況)。
如果錯(cuò)誤的關(guān)閉產(chǎn)水閥門(mén),壓力容器中的后半部的膜元件可能發(fā)生產(chǎn)水背壓,造成膜元
件破損。
③沖洗作業(yè):
?啟動(dòng)低壓沖洗泵:
?在緩慢打開(kāi)進(jìn)水泵的同時(shí),查看濃縮水流量計(jì)的流量;
?調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門(mén),調(diào)節(jié)流量和壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值;
?10-15分鐘后慢慢地關(guān)閉進(jìn)水閥門(mén),停止進(jìn)水泵。
④恢更正常運(yùn)行。按日常啟動(dòng)程序后動(dòng)系統(tǒng)。
2.4注意事項(xiàng)
①進(jìn)水水泵需要滿(mǎn)足正常運(yùn)行時(shí)的進(jìn)水流量(進(jìn)水流量二產(chǎn)水流量+濃縮水流量),
同時(shí)必須考慮滿(mǎn)足沖洗流量的要求。
②濃縮水管路和閥門(mén)的選擇也要考慮沖洗時(shí)的大流量。制水時(shí),因?yàn)榛厥章矢撸瑵饪s
水流量相對(duì)很小。沖洗作業(yè)時(shí),要求低壓高流量,幾乎所有的進(jìn)水都從濃水管路排除,所以
設(shè)計(jì)濃水管路和閥門(mén)時(shí)不僅要考慮造水時(shí)的流量也要考慮符合沖洗時(shí)的流量需要。如果僅僅
考慮造水時(shí)的流狀來(lái)設(shè)計(jì)管路和閥門(mén),則在沖洗時(shí)濃水管路以及濃水閥門(mén)處的壓降升高,有
可能達(dá)不到要求的流量或超過(guò)沖洗要求壓力。當(dāng)然,也可以考慮另外設(shè)置沖洗專(zhuān)用管路。
③選定流量計(jì)時(shí)要考慮到可以讀取沖洗時(shí)的最大流量。
④對(duì)于多段反滲透系統(tǒng),如圖所示,為了能夠更有效的沖洗膜元件,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
有必要按可以分段沖洗進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
?如果進(jìn)行全段沖洗,前段的沖洗水和污染物會(huì)一起流入后一段中,容易造成后段的
堵塞。
?段數(shù)的增加同時(shí)也意味著沖洗水流經(jīng)的膜元件數(shù)量增加。為了能夠達(dá)到流量要求,
需要加大進(jìn)水壓力。由可能會(huì)超過(guò)沖洗壓力的允許值,導(dǎo)致膜表面的壓力升高,降
低沖洗的效果。
?進(jìn)行第一段沖洗時(shí),全開(kāi)第一段沖洗濃水排水管路的閥門(mén),關(guān)閉第一段濃水和第二
段進(jìn)水間閥門(mén)、第二段和第三段的進(jìn)水沖洗閥門(mén),
?進(jìn)行第二段沖洗時(shí),全開(kāi)第二段沖洗濃水排水管路的閥門(mén),關(guān)閉第一段,第三段的
進(jìn)水沖洗閥門(mén),關(guān)閉第一段濃水和第二段進(jìn)水間閥門(mén),關(guān)閉第二段濃水和第三段進(jìn)
水間閥門(mén)。
?進(jìn)行第三段沖洗時(shí),全開(kāi)第三段沖洗濃水排水管路的閥門(mén),關(guān)閉第一段,第三段的
進(jìn)水沖洗閥門(mén),關(guān)閉第二段濃水和第三段進(jìn)水間閥門(mén)。
圖可分段沖洗系統(tǒng)
3化學(xué)清洗
3.1化學(xué)清洗的目的
發(fā)生以卜情況時(shí),沖洗已經(jīng)不能使反滲透膜的性能恢復(fù),這時(shí)就需要進(jìn)行化學(xué)清洗。
①標(biāo)準(zhǔn)化條件下的產(chǎn)水量下降10-15%;
②進(jìn)水和濃水之間的系統(tǒng)壓差升高到初始值的1.5倍;
③產(chǎn)水水質(zhì)明顯下降。
3.2化學(xué)清洗的頻度
化學(xué)清洗的時(shí)機(jī)可以參考以上的標(biāo)準(zhǔn)。即使在沒(méi)有發(fā)生異常時(shí),為了能夠更好的保證系
統(tǒng)正常運(yùn)行,一般可以考慮每6個(gè)月進(jìn)行1次化學(xué)清洗。
3.3清洗藥劑的選擇
可以使用的常規(guī)化學(xué)清洗試劑請(qǐng)參見(jiàn)表選用哪個(gè)試劑進(jìn)行化學(xué)清洗,可以按以E
方法判斷。
?按反滲透進(jìn)水水質(zhì)判斷:
?進(jìn)行全系統(tǒng)膜元件清洗之前,可以從系統(tǒng)中取出一、兩支膜元件,通過(guò)進(jìn)行清洗試
驗(yàn),選擇最佳的清洗藥品。
3.4污染物的種類(lèi)及其影響
-?般無(wú)機(jī)物結(jié)垢的污染,用酸清洗;有機(jī)物及微生物的污染,用堿清洗。污染物的種類(lèi)
以及發(fā)生污染時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行的變化列在表中。
表污染的種類(lèi)和系統(tǒng)顯示現(xiàn)象
污染物質(zhì)可能發(fā)生的位置系統(tǒng)壓降進(jìn)水壓力透鹽率
金屬氧化物污染第一段,最前端膜迅速增加迅速增加迅速增加
膠體污染第一段,最前端膜逐漸增加逐漸增加輕微增加
無(wú)機(jī)物結(jié)垢后段,最末段膜逐步增加輕微增加亞署增加
二氧化硅后段,最末段膜通常增加增加通常增加
生物污染任意位置,通常前段明顯增加明顯增加通常增加
有機(jī)物污染(溶解性天然有機(jī)物)所有段逐漸增加增加降低
阻垢劑污染前、后段均可能通常增加增加通常增加
膜氧化第一段最嚴(yán)重通常降低降低降低
膜水解(超出pH使用范圍)所有段通常降低降低增加
膜而磨損(活性炭粉利沙粒等)第一段最嚴(yán)政通常降低降低增加
。型圈泄漏(內(nèi)連接管或適配器)無(wú)規(guī)則通常降低通常降低增加
膜元件泄漏(產(chǎn)水背壓)最末段膜元件降低降低增加
3.5美國(guó)海德能公司推薦的常規(guī)清洗化學(xué)試劑
表中:HCI—鹽酸;
STPP—三聚磷酸鈉;
Na-EDTA—乙二胺四乙酸鈉;
NaOH—?dú)溲趸c;
SDS一十二烷基堿酸鈉;
Na-DDBS—十二烷基苯磺酸械
表污染物質(zhì)和清洗藥品
污染物常規(guī)化學(xué)清洗增強(qiáng)化學(xué)清洗
20wt%檸檬酸pH4.0
碳酸解垢HCLpH2.5
(用氨水體調(diào)節(jié)pH值)
2.0wt%STPP和0.8
硫酸鈣,雕銀,雕螭垢HCI,pH2.5
wt%Na-EDTA(pH10)
金屬氧化物2.0wt%檸檬酸,pH4.01.0wt%的亞硫酸氫鈉,pH11.5
金屬徽化物(憫水調(diào)節(jié)pH值)(Fe、Mn采用0.2wt%的草酸,pH2)
2.0wt%的檸檬吼pH4.0
無(wú)機(jī)膠體污染HCLpH2.5
(用財(cái)體調(diào)節(jié)pH值)
2.0wt%STPP和0.8
無(wú)機(jī)有機(jī)混合膠體污染0.1wt%NaOH^H0.03wt%SDS,pH11.5
wt%Na-EDTA,pH10
法無(wú)0.1wt%NaOH,pH11.5
2.0wt%STPP和0.82.0wt%STPP和0.25wt%Na-DDBS.pH10
生物污染
wt%Na-EDTA,pHIO.O或0.1wt%NaOH和0.03wt%SDS,pH11.5
2.0wt%STPP和0.82.0wt%STPP和0.25wt%Na-DDBS.pH10
溶解有機(jī)污染物
wt%Na-EDTA,pH10.0或0.1wt%NaOH和0.03wt%SDS,pH11.5
藥品清洗時(shí)pH值的范圍受到清洗液水溫的限制。下表給出了在不同溫度下清洗相
膜元件時(shí)的pH值的限定范瞇超出這一范用膜元件可能會(huì)造成祠恢復(fù)的損壞。
表清洗液pH值和水溫的關(guān)系1
清洗液pH值
膜型號(hào)
oor30-35r35-40V
CPA1-122-11.52-10
ESPA1-122-11.52-10
PROC101-121-121-12
LFC2-122-11.52-10
SWC2-122-112-10
ESNA2-122-11.53-10
在清洗過(guò)程中,污染物會(huì)消耗清洗藥品,pH值會(huì)因此發(fā)生變化,藥品的清洗能力會(huì)降
低。因此要隨時(shí)監(jiān)測(cè)pH值的變化,及時(shí)調(diào)節(jié)pH值。一般測(cè)定pH值偏離于設(shè)定pH值0.5
以上H
3.6在線化學(xué)清洗
3.6.1化學(xué)清洗設(shè)備
在線清洗是膜元件保留在壓力容器中進(jìn)行,如圖所示。清洗設(shè)備一般包含清洗水槽,
過(guò)濾器、循環(huán)泵、壓力表、溫度計(jì)、壓力表、閥門(mén)、取樣點(diǎn)以及管線。清洗水槽的容積要保
證滿(mǎn)足連接軟管、管路和反滲透壓力容器內(nèi)置換用水水球的要求。
產(chǎn)水循環(huán)
渚洗用水槽循環(huán)裝過(guò)港器
圖化學(xué)清洗裝置示意圖
1從表中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)最高清洗pH值是12,但是這并非是由于反發(fā)透膜分離皮層不能承受更前的pH值.例如:PROC10
的平膜&pH=13的堿溶液中加溫到35C進(jìn)行清洗也不會(huì)影響性能,但是其支摔材料一無(wú)紡織布卻不能長(zhǎng)時(shí)間耐受.
3.6.2化學(xué)清洗系統(tǒng)規(guī)格和注意小項(xiàng)
表化學(xué)清洗系統(tǒng)規(guī)格和注意事項(xiàng)1
設(shè)備及工具規(guī)格及注意事項(xiàng)
①FRP或聚乙烯:②藥劑容易添加的高度,保證添加口的寬度,容易混
清洗用水槽合:③藥品液的出口盡可能的設(shè)計(jì)在清洗槽的底部;④設(shè)有液位計(jì):⑤
清洗液體枳刻度。
①離心泵;②SUS316以上材質(zhì);③循環(huán)泵的出口處設(shè)有排氣口,兼
循環(huán)清洗系
用為取樣口:④循環(huán)泵的壓力為0.5MPa。
保女過(guò)濾器除去化學(xué)清洗中產(chǎn)生的5微米以上的粒子。
流最計(jì)測(cè)定清洗流量。
壓力表①測(cè)定RO進(jìn)水壓力:②范圍0-0.6MPa.
溫度計(jì)測(cè)定水的溫度.
閥門(mén)①調(diào)節(jié)沖洗流量;②球閥。
取樣設(shè)置在供給水和濃水管路,測(cè)定pHtfi、TDS或電導(dǎo)率。
配管①軟管:②聚氯乙稀(PVC)
提攜式計(jì)量器①pH計(jì):②TDS計(jì)(或電導(dǎo)儀)
秤稱(chēng)量藥品(粉末狀)。
量筒稱(chēng)眼藥品體積(液體藥品)。
取樣瓶取樣用。
3.6.3清洗系統(tǒng)用水體積
計(jì)算反滲透膜元件、保安過(guò)油器以及管路的體積,估兒所需清洗液的體積,保證清洗液
暴。反滲透膜元件清洗時(shí)所需清洗液的體積的計(jì)兌法表示在表中。
表反滲透膜元件所需清洗液的體積
膜元件反滲透膜元件膜清洗液計(jì)算方法
8英寸34-68升x膜元件數(shù)最
4英寸9.5-19升x股元件數(shù)最
3.6.4清洗用水的水質(zhì)
清洗用水是用于溶解化學(xué)試劑,因此要求使用反滲透的產(chǎn)水。如果沒(méi)有反滲透的產(chǎn)水,
所使用的水必須沒(méi)有硬度、游離奴和鐵。
3.6.5清洗前的注意事項(xiàng)和準(zhǔn)備工作
①使用藥品前,仔細(xì)閱讀從藥品公司處得到的藥品安全表格(MSDS)和藥品所明;
②操作時(shí),穿戴安全眼鏡、防護(hù)手套和工作服;
③使用前校正pH計(jì):
化學(xué)諦洗用設(shè)備使用酸和堿等化學(xué)藥品,設(shè)備材質(zhì)需要選抒耐腐蝕
④估算所用清洗液體積;
⑤保證清洗液進(jìn)入系統(tǒng)前,所有的清洗藥品完全溶解和混合;
⑥清洗液的溫度和pH值范圍符合規(guī)定值。
3.6.6清洗方法1
一般的化學(xué)清洗步驟如下所示。具體的事項(xiàng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工作條件及清洗的要求確定。
①?zèng)_洗膜元件。沖洗的方法請(qǐng)參見(jiàn)2.2。用反滲透產(chǎn)水或離f交換水
進(jìn)行兒分鐘沖洗。
②配置藥品。保證藥品完全溶解。
③循環(huán)。用低流址置換膜元件中的水,排放一部分清洗液后,進(jìn)行循環(huán)。循環(huán)流量以
表的范圍為準(zhǔn)。污染嚴(yán)重時(shí),如果選擇大流量循環(huán),則有可能會(huì)產(chǎn)生壓差過(guò)高的問(wèn)題,
從而損壞膜元件(單支腴元件最大壓降0.07MPa)。此時(shí),采用以下方法進(jìn)行操作比較可
靠:
?循環(huán)運(yùn)行開(kāi)始5分鐘,按設(shè)定流量1/3的量進(jìn)行循環(huán);
?循環(huán)5-10分鐘間,按設(shè)定流量2/3的循環(huán)流量循環(huán);
?10分鐘后按流量要求循環(huán)。
循環(huán)的時(shí)間要根據(jù)具體情況決定。一般已1小時(shí)為準(zhǔn)。這期間要隨時(shí)檢測(cè)pH值是否變
化。壓力應(yīng)該盡量保持較低的水平,盡可能的沒(méi)有產(chǎn)水出現(xiàn)。同時(shí)監(jiān)測(cè)壓差是否有變化。
表清洗循環(huán)流量
膜元件尺寸單支壓力容器進(jìn)水流ht,m3/h
8英寸5.5-9.1
4英寸1.4-2.3
④浸泡及再循環(huán)。緩慢關(guān)閉反滲透膜元件入口的閥門(mén),循環(huán)量接近零時(shí),關(guān)閉循環(huán)泵。
為了防止液體流出壓力容器,浸泡時(shí)可以關(guān)閉相關(guān)的閥門(mén)。次泡的時(shí)間根據(jù)污染的程度決定。
一般在1-12小時(shí)范【機(jī)浸泡后打開(kāi)相關(guān)閥門(mén)再進(jìn)行循環(huán)。
⑤沖洗。用反滲透產(chǎn)水或離子交換水沖洗膜元件和清洗裝置中的藥液。這時(shí)系統(tǒng)從循
環(huán)狀態(tài)替換到排放狀態(tài)。用供給水沖洗膜系統(tǒng)。沖洗的時(shí)間大約為20-60分鐘。可以通過(guò)
測(cè)定排水的pH值和電導(dǎo)率來(lái)判斷沖洗是否徹底,pH值和電導(dǎo)率的數(shù)值和進(jìn)水的數(shù)值相近,
并不再發(fā)生變化時(shí)就可以停止沖洗。
⑦試運(yùn)行。正常啟動(dòng)系統(tǒng),初期產(chǎn)水要排放掉,直至產(chǎn)水的水質(zhì)達(dá)到要求為止。為了
得到穩(wěn)定的反滲透產(chǎn)水水質(zhì),恢復(fù)的時(shí)間有時(shí)要幾小時(shí)到幾天時(shí)間。尤其采用堿性溶液清洗
(高pH值)后,水質(zhì)恢復(fù)需要較長(zhǎng)的時(shí)間。
3.7離線清洗
離線清洗是指從大系統(tǒng)中取出一支膜元件,用特定的清洗裝置進(jìn)行化學(xué)清洗。離線清洗
主要有三個(gè)優(yōu)點(diǎn):
?對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)問(wèn)題的腴元件進(jìn)行有針對(duì)性的檢測(cè);
?對(duì)大系統(tǒng)進(jìn)行清洗前,檢驗(yàn)單支膜元件的清洗效果試驗(yàn):
?用于小系統(tǒng)清洗,單支膜的清洗方式可以增加清洗的效果。
單支膜元件的清洗系統(tǒng)示意圖顯示在圖中。
3.8系統(tǒng)消毒
雖然可以使用疑對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行消毒,但是氯對(duì)反滲透膜有破壞作用,因此使用廢作為殺菌
劑時(shí),一定要防止消毒液進(jìn)入反滲透系統(tǒng)。或者是取出反滲透膜元件,在殺菌作業(yè)后,可以
使用SBS中和系統(tǒng)中的余氯。一般1mg/L的余氯需用1.8-3.0mg/L。
清洗槽清洗泵過(guò)濾器
圖離線清洗系統(tǒng)示意圖
第三章離子互換
3.1離子互換器
離子互換器分為:鈉離子互換器、陰陽(yáng)床、混合床等種類(lèi)。
離子互換柱(器)外殼一般采用硬聚氯乙烯(PVC)、硬聚氯乙烯復(fù)合
玻璃鋼(PVC-FRP)、有機(jī)玻璃(PMMA)、有機(jī)玻璃復(fù)合透明玻璃鋼
(PMMA-FRP)、鋼襯膠(JR)、不銹鋼襯膠等材質(zhì)。
1、鈉離子互換器
鈉離子互換器即水軟化器,是應(yīng)用離子互換技術(shù),通過(guò)樹(shù)脂
上的功能離子與水中的鈣、鎂離子進(jìn)行互換,從而吸附水中多出
的鈣、鎂離子,到達(dá)清除水垢(碳酸鈣或碳酸鎂)日勺目的。
水軟化器中裝有軟化劑樹(shù)脂,這種人造的離子互換樹(shù)脂上有
軟性礦物質(zhì)鈉,可以與溶解在水中的鈣、鎂等硬性礦物質(zhì)發(fā)生離
子互換反應(yīng),而鈉不會(huì)以水垢的形式堆積在物體表面上,因此對(duì)
與它接觸的物體危害很小。樹(shù)脂是一種多孔的、不可溶性互換材
料。在現(xiàn)代的水軟化器中裝有千百萬(wàn)顆微細(xì)日勺塑料球(珠),所
有小球都具有許多吸取正離子的負(fù)電荷互換位置。當(dāng)樹(shù)脂處在新
生狀態(tài)時(shí),這些電荷互換位置被帶正電荷歐I鈉離子占據(jù)。樹(shù)脂優(yōu)
先結(jié)合帶較強(qiáng)電荷的陽(yáng)離子,鈣和鎂離子的電荷比鈉離子強(qiáng),當(dāng)
具有鈣、鎂離子的水通過(guò)樹(shù)脂貯槽時(shí),鈣、鎂離子與樹(shù)脂小珠接
觸,從互換位置上取代鈉離子。通過(guò)離子互換后,鈣、鎂離子就
被吸附在水軟化器內(nèi)的樹(shù)脂上,流出的水就變軟了。最終,所有
樹(shù)脂都吸附滿(mǎn)鈣、鎂離子后,就不能再進(jìn)行工作了,而需要再生
處理。
水軟化器樹(shù)脂的再生是用氯化鈉和水的稀溶液進(jìn)行的。在再
生過(guò)程中,首先停止水軟化器口勺工作水流,從鹽水槽引出的鹽水
與此外的稀釋水流混合,稀鹽水溶液流經(jīng)樹(shù)脂,與附有鈣、鎂離
子的樹(shù)脂接觸。盡管鈣和鎂離子帶有日勺電比鈉離子強(qiáng),但濃鹽溶
液具有千百萬(wàn)個(gè)較弱電荷的鈉離子,有取代數(shù)目較少H勺鈣和鎂離
子的能力。這樣,當(dāng)鈣、鎂離子被取代互換后,樹(shù)脂就再生了,
便為下一次軟化工作做好了準(zhǔn)備。如此循環(huán)往復(fù)。
2、復(fù)床和混床
復(fù)床和混床都是運(yùn)用陰陽(yáng)離子互換樹(shù)脂與水中的離子進(jìn)行
互換,得到除離子的目日勺。
陰陽(yáng)離子互換床也就是復(fù)床,它是由陽(yáng)、陰離子互換器
串聯(lián)使用;混床是將陰陽(yáng)離子互換樹(shù)脂按一定混合比例裝填
在同一種離子互換器內(nèi),由于混合離子互換后進(jìn)入水中日勺H
離子與0H離子立即生成電離度很低H勺水分子,可以使互換
反應(yīng)進(jìn)行得十分徹底。混床一般設(shè)置于一級(jí)復(fù)床之后,對(duì)水
質(zhì)的深入純化處理。當(dāng)水質(zhì)規(guī)定不高時(shí),也可以單獨(dú)使用。
3、拋光混床
拋光混床(MBI)又稱(chēng)一次性混床,一般用于超純水處理系
統(tǒng)末端,來(lái)保證系統(tǒng)出水水質(zhì)可以維持用水原則。一般出水水質(zhì)
都能到達(dá)18兆歐以上,以及對(duì)TOC、SI02均有一定日勺控制能力。
拋光樹(shù)脂出廠的離子型態(tài)都是H、0H型,裝填后及可使用無(wú)需再
生。一般用于半導(dǎo)體行業(yè)。
3.2離子互換樹(shù)脂
離子互換原理:有關(guān)離子互換過(guò)程時(shí)機(jī)理諸多,其中,
最適于水處理工藝日勺,是將離子互換樹(shù)脂看作具有膠體型構(gòu)造的
物質(zhì),這種上觀點(diǎn)認(rèn)為,在離子互換樹(shù)脂日勺高分子表面上有許多
和膠體表面相似日勺雙電層。也就是說(shuō)這里有兩層離子,緊鄰高分
子表面的一層離子稱(chēng)為內(nèi)層離子,在其外面是一層符號(hào)相反的離
子層。與膠體日勺命名法相似,我們常把和內(nèi)層離子符號(hào)相似的離
子稱(chēng)作同離子,符號(hào)相反的稱(chēng)反離子。因此離子互換就是樹(shù)脂中
原有反離子和溶液中它種反離子互相互換位置。根據(jù)膠體構(gòu)造的I
概念,雙電層中時(shí)反離子按其活動(dòng)性的大小可劃分為固定層和擴(kuò)
散層。那些活動(dòng)性能差,緊緊地被吸附在高分子表面日勺離子層,
稱(chēng)為固定層,在其外側(cè),那些活動(dòng)性較大,向溶液中逐漸擴(kuò)散的
反離子層,稱(chēng)為擴(kuò)散層,由于這些反離子像地球上的大氣同樣,
籠罩在高分子表面上,故又稱(chēng)為離子氛。內(nèi)層離子依托化學(xué)鍵結(jié)
合在高分子的骨架上,固定層中的反離子依托異電荷的吸引力被
固定著。而在擴(kuò)散層中H勺反離子,由于受到異電荷的吸引力較小,
熱運(yùn)動(dòng)比較明顯,因此這些反離子有自高分子表面向溶液中漸漸
擴(kuò)散的現(xiàn)象。當(dāng)離子互換劑碰到具有電解質(zhì)的水溶液時(shí),電解質(zhì)
對(duì)其雙電層有如下幾種作用:
⑴互換作用。擴(kuò)散層中反離子在溶液中的活動(dòng)較自由,離
子互換重要在此種反離子和溶液中其他反離子之間進(jìn)行,但并不
局限于此。因動(dòng)平衡的關(guān)系,溶液中的反離子會(huì)先互換至擴(kuò)散層,
然后再與固定層中日勺反離子互換位置。
在擴(kuò)散層中處在不一樣位置離子的能量是不相等的,那些和內(nèi)層
離得最遠(yuǎn)H勺反離子能量最大,因此它們最活潑,最易和其他反離
子互換;和內(nèi)層離得較近歐1反離子能量最小,活動(dòng)性較差。這和
多元酸或多元堿的多級(jí)電離狀況相似。
⑵壓縮作用。當(dāng)溶液中鹽類(lèi)濃度增大時(shí),可以使擴(kuò)散層壓
縮,從而使擴(kuò)散層中部分反離子變成固定層中的反離子,擴(kuò)散層
的活動(dòng)范圍變小。這闡明了為何當(dāng)再生溶液的濃度太大時(shí),不僅
不能提高再生效果,有時(shí)反使再生效果減少。
3.2.1離子互換除鹽原理
水的離子互換除鹽就是次序用H型陽(yáng)離子互換樹(shù)脂將水中
多種陽(yáng)離子互換成H+,用0H型陰離子互換樹(shù)脂將水中多種陰離
子互換成0H-,進(jìn)入水中的H+和0H.離子構(gòu)成水分子H20;或者讓
水通過(guò)陽(yáng)陰混合離子互換樹(shù)脂層,水中陽(yáng)、陰離子幾乎同步被H+
和0H-離子所取代。這樣,當(dāng)水通過(guò)離子互換處理后,就可除盡
水中多種日勺無(wú)機(jī)鹽類(lèi)。該工藝中發(fā)生的H離子互換反應(yīng)和0H離
子互換反應(yīng)以及樹(shù)脂再生過(guò)程中發(fā)生時(shí)反應(yīng)如下:
(1)氫離子互換反應(yīng)式:
(HC03)(HC03)
2RH+Ca(Mg,Na2)CI2玲R2Ca(Mg,Na2)+H2CI2
S04S04
再生反應(yīng)式為:
2HCICI2
R2Ca(Mg,Na2)+玲2RH+Ca(Mg,Na2)
H2SO4S04
⑵氫氧根離子互換反應(yīng)式為:
S04S04
CI2CI2
2R0H+H2C03玲R2(HCO3)2+2H2O
SiO3(HsiO3)2
⑶再生反應(yīng)式:
S04S04
CI2CI2
R2(HCO3)2+2NaOH玲2ROH+Na2CO32-
(HSiO3)2SiO3
進(jìn)入離子互換器日勺水中一般都具有大量的I碳酸氫鹽。它是天然水
中堿度的重要構(gòu)成部分。當(dāng)水經(jīng)H離子互換后,碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化成
了碳酸,連同水中本來(lái)具有的|碳酸,可用除碳器一起除去。這樣
可以減輕陰離子互換器的承擔(dān)減少消耗。
水中碳酸日勺平衡關(guān)系如下式所示:
H++HC03-=H2CO3=C02+H20
水中H+濃度越大,平衡越易向右移動(dòng)。當(dāng)水的pH值低于4.3
時(shí),水中的碳酸幾乎所有以游離的C02形式存在。水中游離日勺C02
可以看作是溶解在水中的氣體,它在水中的溶解度符合亨利定律,
只要減少水面上C02的分壓就可除去C02o除碳器就是運(yùn)用這個(gè)
原理除去C02的。
3.2.2樹(shù)脂層中的離子互換過(guò)程
1、陽(yáng)床工作特性
陽(yáng)床日勺作用是除去水中H+離子以外日勺所有陽(yáng)離子。當(dāng)其運(yùn)
行出水鈉離子濃度升高時(shí),樹(shù)脂失效,須進(jìn)行再生。
陽(yáng)床運(yùn)行時(shí),水由上而下通過(guò)強(qiáng)酸性H型樹(shù)脂層,因樹(shù)脂層
對(duì)多種陽(yáng)離子的選擇性不一樣,被吸著的離子在樹(shù)脂層中產(chǎn)生分
層,其分布狀況如下圖5-1所示。在運(yùn)行過(guò)程中,Ca+、Mg+、
Na+三層樹(shù)脂層的高度均會(huì)不停向下擴(kuò)展,直到樹(shù)脂失效。實(shí)際
上各層界面并不是很明顯的,有程度不一樣的混層現(xiàn)象發(fā)生。陽(yáng)
床失效的I監(jiān)督最佳采用鈉度計(jì)(pNa計(jì)),當(dāng)陽(yáng)床出水含鈉量不
小于500ug/L時(shí),闡明陽(yáng)床已經(jīng)失效。
2、陰床工作特性
陰床中強(qiáng)堿性0H型互換樹(shù)脂可以和水中除0H-離子外的多種
陰離子進(jìn)行互換,把它們從水中除去。由于樹(shù)脂對(duì)離子的I選擇性
不一樣,陰床運(yùn)行中被吸著的離子也會(huì)發(fā)生分層,陰床運(yùn)行時(shí),
一般出水pH值為7?9之間,SiO2含量不不小于100ug/L,電導(dǎo)
率不不小于10uS/cm。由于陰床設(shè)在陽(yáng)床的背面,因此陰床的出
水水質(zhì)受陽(yáng)床出水水質(zhì)H勺影響很大。陽(yáng)床未失效時(shí),陰床的出水
特性如圖5—4(a)所示。當(dāng)運(yùn)行通過(guò)水量到b點(diǎn)時(shí),Si02含量
上升,pH值下降,電導(dǎo)率先微降后再上升。電導(dǎo)率日勺變化是由于
H+和0H-要比其他離子易導(dǎo)電,當(dāng)出水中這兩種離子的I總含量很
小時(shí),有一電導(dǎo)率最低點(diǎn)。在b點(diǎn)前由于0H—含量較大使水的
電導(dǎo)率較大;在b點(diǎn)之后由于H+含量增長(zhǎng)而使水的電導(dǎo)率增大。
陽(yáng)床失效時(shí)漏鈉量增大,這些鈉離子通過(guò)陰床后轉(zhuǎn)化成氫氧化
鈉,使陰床出水pH值迅速上升,持續(xù)測(cè)定陰床出水pH值,可以
辨別是陽(yáng)床還是陰床失效。陰床失效的監(jiān)督最佳用SiO2含量和
電導(dǎo)率來(lái)判斷,當(dāng)然用出水pH值也可以進(jìn)行分析判斷。
3.2.3離子互換樹(shù)脂的性能
離子互換樹(shù)脂是高分子化合物,囚此它們的構(gòu)造和性能囚制
造工藝的不一樣而不一樣,為此,對(duì)于商品離子互換樹(shù)脂口勺性能,
必須用一系列指標(biāo)加以闡明。同一類(lèi)型的離子互換樹(shù)脂,其交聯(lián)
劑加入量的多少,對(duì)產(chǎn)品的物理化學(xué)性能有很大的影響,一般加
交聯(lián)劑多(即交聯(lián)度大)日勺樹(shù)脂,由于許多苯乙烯鏈都被交聯(lián)成
網(wǎng)狀,因此其產(chǎn)品有網(wǎng)孔小、機(jī)械強(qiáng)度大和穩(wěn)定性很好等特點(diǎn),
其特點(diǎn)是互換容量較小。
1、物理性能
L外觀
⑴顏色。離子互換樹(shù)脂是一種透明或半透明的物質(zhì),依其構(gòu)
成的不一樣,展現(xiàn)的顏色也各異,苯乙烯系均呈黃色,其他也有
黑色及赤褐色的。樹(shù)脂的顏色稍深。樹(shù)脂在使用中,由于可互換
離子時(shí)轉(zhuǎn)換或受雜質(zhì)的污染等原因,其顏色會(huì)發(fā)生變化,但這種
變化不能確切表明它發(fā)生了什么變化,因此只可以作為參照。
⑵形狀。離子互換樹(shù)脂一般均呈球形。樹(shù)脂呈球狀顆粒數(shù)占
顆粒總數(shù)的百分率,稱(chēng)為圓球率。對(duì)于互換柱水處理工藝來(lái)說(shuō),
圓球率愈大愈好,它一般應(yīng)達(dá)90%以上。
樹(shù)脂圓球率的測(cè)定措施,是先將樹(shù)脂在60c烘干、稱(chēng)重,然后
慢慢倒在傾斜10。的玻璃上端,讓樹(shù)脂分散地向下自由滾動(dòng),將
滾動(dòng)下來(lái)的樹(shù)脂再稱(chēng)重,后者與前者比值的百分?jǐn)?shù)即為圓球率。
2.粒度
樹(shù)脂顆粒的大小對(duì)水處理的工藝過(guò)程有較大的影響。顆粒大,
互換速度就慢;顆粒小,水通過(guò)樹(shù)脂層H勺壓力損失就大。假如各
個(gè)顆粒的大小相差很大,則對(duì)水處理日勺工藝過(guò)程是不利H勺。這首
先是由于小顆粒堵塞了大顆粒間的孔隙,水流不勻和阻力增大;
另一方面,在反洗時(shí)流速過(guò)大會(huì)沖走小顆粒樹(shù)脂,而流速過(guò)小,
又不能松動(dòng)大顆粒。用于水處理的樹(shù)脂顆粒粒徑一般為0.3?
樹(shù)脂粒度的表達(dá)法和過(guò)濾介質(zhì)的粒度同樣,可以用有效
1.2mmo
粒徑和不勻系數(shù)表達(dá)。
3.密度
離子互換樹(shù)脂日勺密度是水處理工藝中日勺實(shí)用數(shù)據(jù)。例如在估
算設(shè)備中樹(shù)脂的裝載量,需要懂得它的密度。離子互換樹(shù)脂的密
度有如下幾種表達(dá)法。
(1)干真密度。干真密度即在干燥狀態(tài)下樹(shù)脂自身的密度:干
真密度=g/mL
此值一般為1.6左右,在實(shí)用意義不大,常用在研究樹(shù)脂性能方面。
(2)濕真密度。濕真密度是指樹(shù)脂在水中通過(guò)充足膨脹后,樹(shù)
脂顆粒的密度:濕真密度=g/mL
(3)濕視密度.濕視密度是指樹(shù)脂在水中充足膨脹后的堆積密
度:濕視密度=g/mL
濕視密度用來(lái)計(jì)算互換器中裝載樹(shù)脂時(shí)所需濕樹(shù)脂日勺質(zhì)量,此值
一般在0.60?0.85之間。陰樹(shù)脂較輕,偏于下限;陽(yáng)樹(shù)脂較重,
偏于上限。
4.含水率
離子互換樹(shù)脂的含水率是指它在潮濕空氣中所保持的水量,它可
以反應(yīng)交聯(lián)度和網(wǎng)眼中的孔隙率。樹(shù)脂的含水率愈大,表達(dá)它日勺
孔隙率愈大,并聯(lián)度愈小。
5.溶脹性
當(dāng)將干的離子互換樹(shù)脂浸入水中時(shí),其體積常常要變大,這種現(xiàn)象
稱(chēng)為溶脹。
影響溶脹率大小日勺原因有如下幾種:
(1)溶劑。樹(shù)脂在極性溶劑中日勺溶脹性,一般比在非極性溶劑中
強(qiáng)。
(2)交聯(lián)度。高交聯(lián)度樹(shù)脂的溶脹能力較低。
(3)活性基團(tuán)。此基團(tuán)愈易電離,樹(shù)脂日勺溶脹性愈強(qiáng)。
(4)互換容量。高互換容量離子互換樹(shù)脂的I溶脹性要比低互換
容量歐I強(qiáng)。
(5)溶液深度。溶液中電解質(zhì)濃度愈大,由于樹(shù)脂內(nèi)外溶液的
滲透壓差減小,樹(shù)脂的溶脹率愈小。
(6)可互換離子的本質(zhì)。可互換的水合離子半徑愈大,其溶脹
率愈大,故對(duì)于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性離子互換樹(shù)脂,溶脹率大小日勺次序
為:
H+>Na+>NH4+>K+>Ag+
0H->HCO3^CO32->SO42->CI-
一般,強(qiáng)酸性陽(yáng)離子互換樹(shù)脂由Na轉(zhuǎn)變成H型,強(qiáng)堿性陰離子
互換樹(shù)脂由CI型轉(zhuǎn)變成0H型,其體積均增長(zhǎng)約5%。由于離子
互換樹(shù)脂具有這樣日勺性能,因而在其互換和再生R勺過(guò)程中會(huì)發(fā)生
脹縮現(xiàn)象,多次日勺脹縮就輕易促使樹(shù)脂顆粒碎裂。
6.耐磨性
互換樹(shù)脂顆粒在運(yùn)行中,由于互相磨軋和脹縮作用,會(huì)發(fā)生碎裂
現(xiàn)象,因此其耐磨性是一種影響其實(shí)用性能的I指標(biāo)。一般,其機(jī)
械強(qiáng)度應(yīng)能保證每年的樹(shù)脂耗損量不超過(guò)3%?7%。
7.溶解性
離子互換樹(shù)脂是一種不溶于水的高分子化合物,但在產(chǎn)品中免不
了會(huì)具有少許低聚物。因這些低聚物較易溶解,因此其應(yīng)用的最
初階段。這些物質(zhì)會(huì)逐漸溶解。離子互換樹(shù)脂在使用中,有時(shí)也
會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變成膠體漸漸溶入水中H勺現(xiàn)象,即所謂膠溶。促使膠溶
日勺原因有:樹(shù)脂日勺交聯(lián)度小、電離能力大、離子的水合半徑大,
有時(shí)尚有受高溫或被氧化的影響。尤其是強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂,它會(huì)因
化學(xué)降解而產(chǎn)生膠溶現(xiàn)象。因此在運(yùn)行中要親密注意其運(yùn)行條件:
如離子互換樹(shù)脂處在蒸儲(chǔ)水中要比在鹽溶液中易膠溶,Na型比
Ca型易膠溶。離子互換器備用后剛投入運(yùn)行時(shí),有時(shí)發(fā)生出水帶
色的現(xiàn)象,就是膠溶的緣故。
8.耐熱性
多種樹(shù)脂所能承受的溫度均有程度,超過(guò)此溫度,樹(shù)脂熱分解日勺
現(xiàn)象就很?chē)?yán)重。由于多種樹(shù)脂的耐熱性能不一,因此對(duì)每種樹(shù)脂
能承受的最高溫度,應(yīng)由鑒定試驗(yàn)來(lái)確定,一般陽(yáng)樹(shù)脂可耐100℃
或更高的溫度;陰樹(shù)脂,強(qiáng)堿性的約可耐60C,弱堿性的可耐
80℃以上。一般,鹽型要比酸型或堿型穩(wěn)定。
9.抗凍性
根據(jù)對(duì)多種樹(shù)脂在一20C的抗凍性試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)大孔型樹(shù)脂的搞凍
性?xún)?yōu)于凝膠型樹(shù)脂,實(shí)際上冰對(duì)大孔型樹(shù)脂沒(méi)有影響。凝膠型陽(yáng)
樹(shù)脂日勺抗凍性不如陰樹(shù)脂。無(wú)論陰、陽(yáng)樹(shù)脂,機(jī)械強(qiáng)度好日勺(磨
后圓球率高),抗凍性能也好。進(jìn)行濾干外部水分口勺001x7陽(yáng)樹(shù)
脂10周期(凍干24h,再完全解凍24h為1周期)時(shí)測(cè)定,發(fā)現(xiàn)
磨后圓球率有所下降,裂球率提高,冰凍對(duì)浸在水中日勺001x7陽(yáng)
樹(shù)脂日勺磨后圓球率幾乎無(wú)影響;201x7陰樹(shù)脂不管濾干外部水分、
還是浸在水中冰凍,磨后圓球率和裂球率均變化不大,表明陰樹(shù)
脂韌性較強(qiáng)。
10.耐輻射性能
在有核反應(yīng)堆的企業(yè)中,所用離子互換劑日勺抗輻射性是很重要的。
一般而論,無(wú)機(jī)離子互換劑的耐輻射性能很好,而樹(shù)脂均易降解,
其中又以陰樹(shù)脂為嚴(yán)重。
1L導(dǎo)電性
干燥的離子互換樹(shù)脂不導(dǎo)電,純水也不導(dǎo)電,但用純水潤(rùn)濕的離
子互換樹(shù)脂可以導(dǎo)電,因此這種導(dǎo)電屬于離子型導(dǎo)電。這種導(dǎo)電
在離子互換膜及樹(shù)脂的催化作用上很重要。
2、互換容量
離子互換樹(shù)脂的互換容量表達(dá)其可互換離子量的多少。其表達(dá)單
位有如下兩種:一是質(zhì)量表達(dá)法,即單位質(zhì)量離子互
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