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反滲透的清洗和維護(hù)一、 反滲透膜的清洗反滲透膜的清洗反滲透裝置在長(zhǎng)期運(yùn)行中,膜表面會(huì)逐漸積累各種污染物,如膠體、微生物、無(wú)機(jī)物垢、金屬氧化物等。這些物質(zhì)沉積在膜表面上,會(huì)引起反滲透裝置性能的下降。為了恢復(fù)膜的性能,需對(duì)膜進(jìn)行化學(xué)清洗和消毒。1.清洗的判斷標(biāo)準(zhǔn)反滲透系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,必須密切注意系統(tǒng)的脫鹽率、濃水量、透過(guò)水量以及膜組件給水側(cè)進(jìn)出口壓差的變化,盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,并根據(jù)原水分析報(bào)告預(yù)測(cè)可能發(fā)生的污染,調(diào)整預(yù)處理方法和變更操作條件。當(dāng)出現(xiàn)下列情形之一時(shí)需對(duì)膜元件進(jìn)行化學(xué)清洗:①標(biāo)準(zhǔn)化后鹽的透過(guò)率增加10%?15%;②標(biāo)準(zhǔn)化后透過(guò)液流量降低10%?15%;③進(jìn)水和濃水的壓差△p較基準(zhǔn)狀況上升了15%(基準(zhǔn)狀況為反滲透設(shè)備最初24?48h的操作參數(shù)或上次清洗后的操作參數(shù)),各段壓力差增加15%;④作為日常維護(hù),一般在正常運(yùn)行3?6個(gè)月后;⑤需長(zhǎng)期停用,在用保護(hù)液進(jìn)行保護(hù)前。2.膜污染特征和清洗藥劑(1)膜污染特征(1)膜污染特征反滲透膜面上常見(jiàn)的污染物有金屬氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、膠體、微生物、有機(jī)物等,不同的膜污染物表現(xiàn)出不同的特征,如表4—5所示。(2)膜清洗劑(2)膜清洗劑不同的膜生產(chǎn)廠商對(duì)上述污染物采用的清洗藥劑不完全相同。具體的清洗方式或?qū)S们逑磩﹨⒄漳S商的技術(shù)手冊(cè)。但一般來(lái)說(shuō),酸清洗除去無(wú)機(jī)沉淀物如金屬氧化物、碳酸鹽,pH值調(diào)至2?4;堿清洗除去有機(jī)物、微生物,一般pH值調(diào)至10?12。常用化學(xué)清洗試劑如下。①酸HCl、H2S04、H3P04、檸檬酸、草酸等。其中檸檬酸較常用,其缺點(diǎn)是與Fe2+形成難溶化合物,需要用氨水調(diào)節(jié)pH=4,使Fe2+形成易溶的鐵銨檸檬酸鹽來(lái)解決。②堿有P03-4、C02-3和OH-等,對(duì)污染物有松弛、乳化和分散作用,與表面活性劑一起對(duì)油、脂、污物和生物物質(zhì)有去除作用;另外對(duì)Si02—也有一定的效果。③螯合劑最常用的為EDTA,與Ca2+、Mg2-、Ba2+、Fe2+等形成易溶的絡(luò)合物,故對(duì)堿土金屬的硫酸鹽很有效,其他螯合劑有磷羧酸、葡萄糖酸等。④表面活性劑可降低膜的表面張力,起濕潤(rùn)、增溶、分散和去污作用,最常用的為非離子表面活性 劑,如TritonX-100,但應(yīng)注意目前復(fù)合膜與TritonX-100不相溶。⑤酶主要有蛋白酶等,有利于有機(jī)物的分解。表4—6列舉了一些常用的清洗劑配方。表4—7為建議使用的常見(jiàn)清洗劑。表4—8列出了常見(jiàn)污染物對(duì)膜性能的影響及處理方法。美國(guó)軍隊(duì)用反滲透化學(xué)藥品見(jiàn)表4—9。3.清洗裝置一般的清洗裝置由清洗箱、清洗泵、5?l0〃m保安過(guò)濾器、管2反滲透的清洗和維護(hù)道、閥門和控制儀表(壓力表、流量表、溫度計(jì))等組成。特殊要求時(shí),清洗箱可裝上加熱或冷卻裝置,清洗流程如圖4—8所示。(1)清洗箱(1)清洗箱清洗箱應(yīng)用耐腐蝕材料,如聚丙烯、玻璃鋼等制作。清洗箱的容積根據(jù)一次清洗的壓力容器的體積、清洗回路的管件和濾器等的容積來(lái)確定。【例4-1】反滲透裝置有8個(gè)08”壓力容器,每個(gè)壓力容器內(nèi)裝6個(gè)40”長(zhǎng)的膜元件,試計(jì)算清洗箱的體積。解:每個(gè)壓力容器的體積8個(gè)壓力容器的容積V8=0.194X8=1.552m3。假設(shè)使用DN80mm管徑30m清洗管道,管道內(nèi)儲(chǔ)水的體積總體積V=V8+Vp=1.552+0.151=1.703m3考慮到未預(yù)見(jiàn)因素,總體積乘以系數(shù)1.2,即總體積V總=1.703X1.2=2.04m3(2)清洗泵(2)清洗泵清洗泵通常是316不銹鋼離心泵或玻璃鋼泵。清洗泵的揚(yáng)程應(yīng)考慮保安過(guò)濾器的壓降、管道的阻力損失等,一般選用壓力為0.3—0.5MPa。膜廠商對(duì)不同規(guī)格的膜組件的清洗流速有一規(guī)定的范圍。如08”膜元件的清洗流量為6.8?9.1m3/h,壓力容器并聯(lián)4根,清洗泵流量為(6.8?9.1)X4=27.2?36.4m3/h。(3)保安過(guò)濾器(3)保安過(guò)濾器該過(guò)濾器用以除去清洗下來(lái)的沉淀物。大小由清洗流量而定。4.一般清洗步驟:一般清洗步驟:①用反滲透產(chǎn)水配置清洗液,檢查溶液的pH值,在清洗之前,要確定所有的藥劑都溶解并攪拌均勻。②溶液混合完畢后,以合適的流量和壓力開(kāi)始清洗,清洗液在最初的幾分鐘排入地溝,然后再循環(huán)。③清洗過(guò)程中要注意清洗液的升溫情況,觀察清洗液顏色的變化,如清洗液變色或變得較渾濁,則需重新配置清洗液。在酸清洗時(shí)要注意pH值,如pH值升高o.5個(gè)單位,則必須再加酸。④停泵,使元件浸泡在溶液中1h左右。⑤再循環(huán),時(shí)間為30?40min。⑥清洗完畢后,以反滲透產(chǎn)水或預(yù)處理出水沖洗出殘余的清洗液。⑦沖洗結(jié)束,按規(guī)定的運(yùn)行方式運(yùn)行,最初產(chǎn)水排放至少10min。5.反滲透設(shè)備的清洗范例:反滲透設(shè)備的清洗范例:的清洗范例參考下述的清洗條件、清洗順序、清洗藥劑量及藥液濃度后進(jìn)行實(shí)施。(1)清洗條件(1)清洗條件①酸洗a.檸檬酸洗凈2%水溶液;值2?4(用氨水溶液調(diào)整pH值);pH低壓,希望2kg/cm2以下;水溫常溫;時(shí)間1h/段,希望浸泡1夜。b.草酸洗凈2%水溶液;pH值2?4(用氨水溶液調(diào)整pH值);低壓,希望2kg/cm2以下;水溫常溫;時(shí)間1h/段,希望浸泡1夜。JS洗滌劑洗凈。②洗滌劑洗凈JS-200洗滌劑洗凈5%水溶液(原液為100%);pH值7?10(用氨水溶液調(diào)整pH值);低壓,希望2kg/cm2以下;水溫常溫,希望為30?40°C;時(shí)間3反滲透的清洗和維護(hù),1h/段,希望浸泡1夜。(2)清洗順序(2)清洗順序①第1日a.酸洗酸洗液為檸檬酸2%水溶液,pH值2—4(用氨水溶液調(diào)整pH值);草酸0.2%水溶液,pH值2?4(用氨水溶液調(diào)整)。清洗順序?yàn)檠h(huán)60min,浸泡30—60min,再循環(huán)30?60min,最后水洗。b.洗滌劑洗凈JS-200洗滌劑洗凈,5%水溶液,pH值7—10。清洗順序?yàn)檠h(huán)60min,浸泡30—60min,再循環(huán)30?60min,浸泡1夜。②第2日繼續(xù)用JS-200洗滌劑清洗,循環(huán)水洗60min。注:可能的話希望能在清洗前進(jìn)行事前浸泡。酸洗時(shí)也希望1夜浸泡。(3)清洗液量計(jì)算(支為例)(3)清洗液量計(jì)算(以8”膜元件18支為例)清洗液量計(jì)算每支膜元件酸洗液用量為40L,18支用量為720L。其中假定管道內(nèi)液量80L;每支膜元件壓力容器液量(包含膜元件內(nèi)的水量)為12L,18支為220L;洗凈水槽內(nèi)液量為420L。注:關(guān)于管道內(nèi)液量要考慮實(shí)際設(shè)備的管線以及支管分布情況后實(shí)測(cè)計(jì)算。(4)藥液使用量(支為例)(4)藥液使用量(以8”膜元件18支為例)藥液使用量①檸檬酸用量=720X2%=14.4kg,25kg/袋,需1袋。草酸用量=720X0.2%=1.44kg,25kg/袋,需1袋。②氨水溶液,用于酸洗凈時(shí)調(diào)整pH值,25%水溶液,20kg/罐o③了S-200”洗滌劑用量=720X5%=36L(將原液稀釋20倍)。④NaOH水溶液,用于洗滌劑洗凈時(shí)調(diào)整pH值25%水溶液,20kg/罐。⑤浸泡用藥液量5—10L/支(4"),20—401/支(8”)o注:酸洗凈所使用的氨液量可按0.1kg氨/lkg酸(以100%濃度換算)進(jìn)行估算。(5)冬季停機(jī)時(shí)的措施(包括防凍結(jié)措施)(5)冬季停機(jī)時(shí)的措施(包括防凍結(jié)措施)冬季停機(jī)時(shí)的措施①停機(jī)時(shí)將甘油10%水溶液及福爾馬林1%水溶液進(jìn)行置換后再停機(jī)。②對(duì)于野外露天裝置要將壓力容器用薄膜油布蓋住。③藥液使用量假定水槽容積為500L、管道容積為80L、壓力容器(含膜元件)容積為220Lo甘油需要量=800X10%=80kg,如果每罐22kg,需要4罐。福爾馬林800X1%/0.37=21.6kg。如水溶液濃度為37%,每罐20kg,需要1罐。6.清洗效果:清洗效果:成功的清洗應(yīng)能使膜組件進(jìn)出口壓差明顯減小(接近初期水平或上次清洗后的水平),脫鹽率、透水量均有所恢復(fù)。如果清洗后沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果,應(yīng)及時(shí)與膜生產(chǎn)商和有關(guān)清洗公司聯(lián)系,對(duì)膜元件進(jìn)行取樣分析,重新確定清洗方案o應(yīng)該注意的是,反復(fù)進(jìn)行沒(méi)有效果的清洗是有害的。反滲透進(jìn)水預(yù)處理的目的第一章反滲透預(yù)處理反滲透系統(tǒng)一般包括預(yù)處理、反滲透裝置、后處理三部分。反滲透裝置對(duì)進(jìn)水水質(zhì)有特定要求,所以必須設(shè)計(jì)預(yù)處理。反滲透系統(tǒng)是一個(gè)整體,系統(tǒng)工藝的選擇應(yīng)4反滲透的清洗和維護(hù)考慮下列因素:進(jìn)水水質(zhì)、產(chǎn)水要求、產(chǎn)水量、工藝設(shè)備的可靠性、投資和運(yùn)行費(fèi)用、廢水排放和可靠的檢測(cè)手段。第一節(jié)反滲透進(jìn)水預(yù)處理的目的一、影響反滲透的因素為了確保反滲透系統(tǒng)的正常運(yùn)行,有兩類物質(zhì)需要在預(yù)處理過(guò)程中去除或進(jìn)行控制。一類是造成膜污染的物質(zhì)。這些物質(zhì)可以分為五種:①以微細(xì)顆粒或者膠體狀態(tài)存在于原水中的不溶性物質(zhì);②結(jié)垢性物質(zhì);③金屬氧化物;④有機(jī)物;⑤生物污染物。另一類是會(huì)引起膜化學(xué)損害的物質(zhì)。反滲透進(jìn)水中氯的濃度和pH值是使反滲透膜受到損傷的最重的因素,此外,微生物的侵蝕、游離氧也會(huì)損傷膜的性能。二、預(yù)處理的目的預(yù)處理的目的就是要將上述存在于進(jìn)水中的可能造成膜污染的物質(zhì)除去或降低至膜允許的范圍內(nèi)。預(yù)處理的方法主要取決于原水的水質(zhì)特點(diǎn)、膜的類型和反滲透系統(tǒng)回收率,對(duì)于水質(zhì)成分復(fù)雜的原水,為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,有時(shí)需要進(jìn)行小型試驗(yàn)來(lái)確定反滲預(yù)處理方式。預(yù)處理的合理配置是反滲透裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的前提,預(yù)處理的出水必須滿足反滲透的進(jìn)水要求,這樣可以做到少污染、少清洗,反滲透產(chǎn)水流量、脫鹽率等指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定,運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低,膜使用壽命長(zhǎng)等。良好的預(yù)處理對(duì)反滲透裝置長(zhǎng)期安全運(yùn)行是十分必要的。其目的通常為:①除去懸浮固體,降低濁度,去除膠體;②控制微生物的生長(zhǎng);③抑制與控制微溶鹽的沉積;④進(jìn)水溫度和pH值的調(diào)整;⑤有機(jī)物的去除;⑥金屬氧化物和硅的沉淀控制。三、預(yù)處理的目標(biāo)為了保證反滲透系統(tǒng)的水回收率、透過(guò)水質(zhì)量、透過(guò)水流量的穩(wěn)定,運(yùn)行費(fèi)用的最低化,膜使用壽命的最佳化等,必須進(jìn)行完善的預(yù)處理。具體的目標(biāo)為:①防止膜表面發(fā)生污染,即必須盡量去除懸浮固體、微生物、膠體物質(zhì)及有機(jī)物,從而防止這些物質(zhì)在膜表面沉積或污堵在膜元件水流通道;②防止膜表面發(fā)生結(jié)垢,即必須盡量抑制難溶鹽如CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4以及鐵、錳、鋁、硅化合物等在膜表面的沉積;③防止膜承受物理和化學(xué)損傷,即必須盡量避免高溫、極端的酸性水或堿性水、氧化劑等對(duì)膜的影響。四、反滲透進(jìn)水水源和水質(zhì)要求1.進(jìn)水水源水源種類很多,一般分地表水和地下水兩種。地表水是指雨雪、江河、湖泊以及海洋的水,這些水的特點(diǎn)都與它們的形成過(guò)程密切相關(guān)。地下水是指雨水、地表水經(jīng)過(guò)土壤和地層的滲透流動(dòng)而形成的水。地表水和地下水均可作為反滲透的水源。首先要對(duì)水質(zhì)做一全面的了解,必須在不同時(shí)期收集水樣,進(jìn)行分析,了解其變化。這對(duì)反滲透5反滲透的清洗和維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。對(duì)于水源做全分析,才能有效設(shè)計(jì)預(yù)處理和反滲透裝置,通常水質(zhì)全分析報(bào)告如表3—1所示。表3-1水質(zhì)全分析報(bào)告示例項(xiàng)目名稱原水類型項(xiàng)目K+取樣時(shí)間mg/Lmmol/L項(xiàng)目Cl-水溫mg/Lmmol/LNaMg陽(yáng)離子CaFeFeBaSrMn+SO4陰離子NO2NO3HCO3CO3F2-22+2+2+3+2+2+OH2+PO43-NH4+Al3+£總?cè)芙夤腆w£pH值電導(dǎo)率(25°C)總硬度總堿度濁度色度分析:分析:2.反滲透進(jìn)水水質(zhì)要求校核:校核:游離CO2游離氯可溶SiO2膠體SiO2CODMn在反滲透水處理工程中,應(yīng)用最廣泛的膜有CA膜和芳香族聚酰胺膜兩大類。應(yīng)用的組器主要是卷式和中空纖維式組件。不同的反滲透組件對(duì)進(jìn)水的要求如表3—2所示。表3—2不同膜的進(jìn)水要求項(xiàng)目SDI15濁度含鐵量/(mg/L)游離氯/(mg/L)水溫/C水壓PH值鐵/(mg/L)化學(xué)耗氧量/(mg/L)卷式CA膜V4<1<0.10.2~125(40)2.5?3.05~6(6.5)<0.5<3中空纖維聚酰胺膜<3<0.5<0.1<0.125(40)2.4?2.6(2.8)4?11<0.5<3卷式復(fù)合膜<4(5)<1<0.1<0.125(40)1.0?1.6(4.1)2~11<0.5<3反滲透預(yù)處理的方法膠體物質(zhì)包括淤泥、微細(xì)砂粒、鐵的腐蝕產(chǎn)物、鐵的沉淀物、硬度的沉淀物、氫氧化鋁沉淀物、無(wú)機(jī)和有機(jī)膠體等。反滲透裝置進(jìn)水對(duì)這些物質(zhì)的含量用兩個(gè)指標(biāo)來(lái)控制:一個(gè)是濁度,一般卷式反滲透膜組件要求進(jìn)水濁度小于1NTU,最好達(dá)到0.2NTU;另一個(gè)是SDI(污泥密度指數(shù)),一般卷式反滲透膜組件要求進(jìn)水SDI<5。一、污泥密度指數(shù):污泥密度指數(shù):在反滲透系統(tǒng)中,用來(lái)衡量反滲透進(jìn)水水水質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)就是污泥密度指數(shù)SDI,也稱為污染指數(shù)FI。它是水中膠體和微粒濃度的一種量度。與普通的濁度儀相比,它是從不同的角度反映進(jìn)水水質(zhì)的情況。SDI值是進(jìn)水在207kPa的壓力下,通過(guò)0.45“m濾膜的淤塞速率推算出來(lái)的。進(jìn)入反滲透系統(tǒng)的料液通常用水中懸浮物作為控制指標(biāo)時(shí),最初用濁度JTU(杰克遜濁度單位)表示,后來(lái)用污染指數(shù)FI、指數(shù)PI和污泥密度指數(shù)SDI來(lái)控制。FI值是用直徑47mm的Millipore公司的HAWP047HA型膜過(guò)濾器測(cè)定的,該過(guò)濾器有效直徑為42.7mm,在0.21MPa壓力下首先測(cè)量最初500mL水的濾過(guò)時(shí)間(t1),然后測(cè)量加壓15min后的500mL濾過(guò)水的時(shí)間(t2),按下式計(jì)算PI值(%)。FI值為FI(15min,0.21MPa)=?常FI值為0—6.67。二、水的混凝與沉淀處理:水的混凝與沉淀處理:水中的懸浮物、膠體、離子的粒徑不同:粒徑最大的稱為懸浮物;其次是膠體;最小的是離子和分子溶解物質(zhì)。水中顆粒物的分類如表3—3所示。表3-3水中顆粒物的分類粒徑/m6反滲透的清洗和維護(hù)m分類特征常用處理方法10離子、小分子透明-710-610-510-410-310-210-1110膠體光照下散射超濾懸浮物渾濁精密過(guò)濾混凝、澄清、過(guò)濾肉眼可見(jiàn)自然沉降、過(guò)濾離子交換反滲透——4mm懸浮物是粒徑約在10以上的微粒,這類雜質(zhì)在水中是不穩(wěn)定的,很容易除去。膠體和懸浮物之間沒(méi)有一個(gè)明顯界限。小粒徑的懸浮物和膠體由于其比表面很大,常常吸附著大量離子而帶電,同類膠體因帶有同性電荷而互相排斥,在水中不能相互黏合,而顯穩(wěn)定,不易下沉。天然水中的膠體微粒大多數(shù)帶負(fù)電。1.混凝原理:混凝原理:通常用自然沉降法不能除盡水中的懸浮物,也不能單獨(dú)用普通的過(guò)濾法來(lái)清除天然水中的懸浮物和膠體,所以經(jīng)常采用的方法是先進(jìn)行混凝處理。混凝處理就是在水中投加一種稱混凝的化學(xué)藥品,這種化學(xué)藥品在水中會(huì)促使微小的顆粒變成大顆粒而下沉。當(dāng)這種混凝劑投入水中時(shí),首先發(fā)生的是它的電離和水解,因而生成Al(OH)3,以混凝劑A12(SO4)3為例,反應(yīng)式如下。Al2(SO4)3Al+H2OAl(OH)+H2OAl(OH)2+H2O+2+3+2Al+3SO4Al(OH)+H+2+3+2++Al(OH)2+HAl(OH)3+H+這個(gè)過(guò)程很快,通常在30s以內(nèi)就完成了。Al(OH)3是溶解度很小的化合物,它從水中析出時(shí)形成膠體,這些膠體在近乎中性的天然水中帶正電荷。隨后,它們?cè)陔x子(如S04)的作用下漸漸凝聚成粗大的絮狀物(通常稱為凝絮或磯花),然后在重力的作用下沉降。這是鋁鹽處理時(shí)它本身發(fā)生的變化。為什么加混凝劑能去除水中的懸浮物和膠體呢?這是因?yàn)樵诨炷齽┍旧硭l(fā)生的凝聚過(guò)程中還伴隨著許多其他物理化學(xué)作用,其實(shí)際情況很復(fù)雜,現(xiàn)分析如下。①吸附作用。當(dāng)Al(OH)3形成膠體時(shí),會(huì)吸附水中原有的膠體雜質(zhì)。這是混凝處理所以能除去水中膠體雜質(zhì)的重要原因。②中和作用。在上述吸附過(guò)程中,如膠體和混凝劑帶的電荷相反,則由于異性電荷相吸與中和作用,更促使它們黏結(jié)并析出。實(shí)際情況是:天然水中的膠體大都帶負(fù)電,混凝劑形成的膠體帶正電,所以有中和作用。此外,在剛投入混凝劑時(shí)生成的Al也有中和天然水中帶負(fù)電膠體的作用。③表面接觸作用。當(dāng)水中懸浮物量較多時(shí),凝絮的核心可以是某些懸浮物,即凝絮在懸浮物的表面上形成。④網(wǎng)捕作用。凝絮在水中下沉的過(guò)程中,好像一個(gè)過(guò)濾網(wǎng)在下沉,又可以把懸浮物帶走,凝絮過(guò)濾網(wǎng)主要是由于氫氧化物的膠體在聚沉過(guò)程中相互結(jié)成長(zhǎng)鏈,起了架橋作用,組成了許多網(wǎng)眼,包裹著懸浮物和一些水分而形成的。3+2-由此可見(jiàn),用A12(SO4)3處理水是一種較復(fù)雜的過(guò)7反滲透的清洗和維護(hù)程,常常混合各種聚沉反應(yīng),故稱混凝處理。2.影響混凝效果的因素:影響混凝效果的因素:影響凝絮效果的因素很多,主要因素分析如下。(1)水的pH值水中pH值對(duì)混凝劑的溶解度、水解、膠體凝聚速度、效果等都有直接的影響。不同的水質(zhì),不同的混凝劑,最優(yōu)的pH值都不同。(2)混凝劑的用量混凝過(guò)程不是一種單純的化學(xué)反應(yīng),故所需加藥量不能根據(jù)計(jì)算來(lái)確定,在不同的具體情況下應(yīng)該做專門的試驗(yàn)以求得最優(yōu)加藥量,在實(shí)際運(yùn)行中再根據(jù)處理效果進(jìn)行調(diào)整。(3)水溫長(zhǎng)溫對(duì)不同的混凝劑混凝效果的影響有大有小,如鋁鹽作為混凝劑時(shí),水溫影響很大。當(dāng)水溫很低時(shí),產(chǎn)生的凝絮細(xì)而松,沉降很慢,效果差;而用鐵鹽作混凝劑時(shí),水溫對(duì)混凝效果的影響不大。(4)水中雜質(zhì)水中離子量的多少和種類、濁度高低、水中TOC(總有機(jī)碳)以及色度的大小等,對(duì)混凝效果有直接影響。(5)水力條件混凝劑的加入點(diǎn)、水和混凝劑的混合速度、在加藥點(diǎn)和澄清設(shè)備中形成的水力條件等對(duì)混凝效果均有影響。綜上所述,影響混凝效果的因素很多,如何在這許多因素中找出最優(yōu)條件,使混凝處理的效果較好,比較復(fù)雜。為達(dá)到這個(gè)目的,可先在實(shí)驗(yàn)室做模擬試驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō),需要探求的通常是加藥量和pH值。3.混凝劑和助凝劑的種類(1)混凝劑常用的混凝劑有鋁鹽和鐵鹽兩類。①鋁鹽。可用做混凝劑的鋁鹽有許多,如硫酸鋁[A12(504)s-18H20]、明磯[A12(S04)s-K2S04?24H20]、聚合氯化鋁(PAC)等。②鐵鹽。常用做混凝劑的鐵鹽,一般為硫酸亞鐵(FeS04-7H20)、氯化鐵(FeCl3-6HzO)和硫酸鐵[Fe2(S04-)s]等。(2)助凝劑助凝劑是為了提高混凝效果而投加的輔助藥劑。除高分子絮凝劑,助凝劑單獨(dú)使用的情況很少。常用的助凝劑有:用來(lái)調(diào)節(jié)pH值和堿度的石灰;作為氧化劑的氯;用來(lái)增加凝絮牢固性的水玻璃(NasO?xSi02-yHzO);用做高分子吸附劑的聚丙烯酰胺(PAM)等。4.沉淀處理設(shè)備沉淀處理用的設(shè)備,可分成沉淀池和澄清池兩類。沉淀或澄清設(shè)備就是利用凝聚沉降的原理把原水中的微小懸浮物和膠體雜質(zhì)經(jīng)過(guò)混凝處理后,從水中分離出來(lái)的裝置。(1)沉淀池沉淀池是一個(gè)用來(lái)使渾水中的懸浮物進(jìn)行沉降分離的池,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,當(dāng)原水中懸浮物的量很大時(shí),可用沉淀池作預(yù)處理沉淀處理。沉淀池有間歇式和連續(xù)式之分。間歇式沉淀池占地面積較大,只適用于小型水處理。連續(xù)式沉淀池的型式有多種,較常用的有平流式沉淀池、斜管式沉淀池和斜板式沉淀池:(2)澄清池原水進(jìn)行沉淀處理時(shí),在反應(yīng)階段使水中保持若干先前生成的泥渣,可以大大改善8反滲透的清洗和維護(hù)沉淀過(guò)程。為此,現(xiàn)代沉淀處理設(shè)備在運(yùn)行中都有泥渣參與。此類帶有泥渣運(yùn)行的沉淀設(shè)備稱為澄清池。三、水的過(guò)濾處理過(guò)濾的目的就是進(jìn)一步除去水中的懸浮物、膠體等。當(dāng)原水懸浮物含量較低,如以城市自來(lái)水為水源時(shí),可以不加設(shè)沉淀設(shè)備,而采用接觸混凝過(guò)濾的處理方法,即把混凝劑(與助凝劑)直接加到過(guò)濾器的進(jìn)水管道中。過(guò)濾設(shè)備通常有濾料過(guò)濾、活性炭過(guò)濾和微孔過(guò)濾等。1.濾料過(guò)濾(1)過(guò)濾分類過(guò)濾設(shè)備可以是重力式過(guò)濾和壓力式過(guò)濾。重力式過(guò)濾(見(jiàn)圖3—1)是水流對(duì)大氣敞開(kāi),它流經(jīng)濾料是靠其自身的重力來(lái)完成的。壓方式過(guò)濾可根據(jù)過(guò)濾用的壓力容器型式不同分為立式過(guò)濾。(見(jiàn)圖3—2)和臥式過(guò)濾。臥式過(guò)濾器一般應(yīng)用于處理量大的系統(tǒng)。(2)濾料做濾料的物質(zhì),應(yīng)具備以下條件:化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不影響出水水質(zhì);機(jī)械強(qiáng)度良好,使用中不碎裂,粒度適當(dāng)。常用的濾料有石英砂、無(wú)煙煤、大理石等。在水處理中,常用的有單濾料過(guò)濾和雙濾料過(guò)濾。(3)壓力式過(guò)濾壓力式過(guò)濾有多種過(guò)濾型式,有順流、雙流、逆流過(guò)濾等,下面著重介紹常規(guī)的順流式過(guò)濾器。①結(jié)構(gòu)過(guò)濾器通常有進(jìn)水裝置、配水系統(tǒng)等主要裝備,有時(shí)還有用來(lái)進(jìn)壓縮空氣的裝置。在過(guò)濾器外設(shè)有各種必要的管道和閥門等。②運(yùn)行過(guò)濾器的運(yùn)行是成周期性的,每個(gè)周期可分為過(guò)濾、反洗和正洗三個(gè)步驟。反洗的目的是清除濾層中積累的污物,以恢復(fù)濾層的截污能力。它是過(guò)濾器運(yùn)行的一個(gè)重要步驟。為了使反洗的效果良好,在反洗時(shí)還通常采用壓縮空氣。普通通過(guò)濾器的運(yùn)行流速約8?10m/h,當(dāng)它運(yùn)行到水流通過(guò)濾層的壓力降達(dá)到容許極限時(shí),停止過(guò)濾運(yùn)行,開(kāi)始反洗。此時(shí)將過(guò)濾器內(nèi)的水排放到濾層的上緣為止,然后送入強(qiáng)度為18—25L/(m2?s)的壓縮空氣,吹洗3?5min后,在繼續(xù)供給空氣的情況下,向過(guò)濾器內(nèi)送入反洗水,其強(qiáng)度應(yīng)使濾層膨脹率約達(dá)40%?50%。最后,用水正洗直至出水合格,方可開(kāi)始正式過(guò)濾運(yùn)行。這種過(guò)濾器,除了可以按照水通過(guò)濾層的壓力降來(lái)確定是否需要清洗外,也可按照一定的運(yùn)行時(shí)間,來(lái)進(jìn)行清洗。其容許的運(yùn)行周期,應(yīng)通過(guò)調(diào)整試驗(yàn)求得。過(guò)濾器不應(yīng)經(jīng)常在將要有懸浮物穿過(guò)的時(shí)候方進(jìn)行清洗,應(yīng)稍提前進(jìn)行,否則濾層不易清洗干凈,長(zhǎng)此下去會(huì)使濾料產(chǎn)生結(jié)塊。一般容許壓力降約為5mH20。2.活件炭討濾活性炭過(guò)濾主要是用來(lái)除去水中的有機(jī)物和殘余氯,也能除去水中的臭味、色度等。通常,活性炭宜選用優(yōu)質(zhì)果核殼類,以確保機(jī)械強(qiáng)度好且吸附速度快、吸附容量大。活性炭過(guò)濾器結(jié)構(gòu)型9反滲透的清洗和維護(hù)式與壓力式過(guò)濾器相似,活性炭過(guò)濾器一般運(yùn)行流速為8-15m/h。由于活性炭過(guò)濾器內(nèi)濾料的多孔結(jié)構(gòu)以及活性炭吸附的有營(yíng)養(yǎng)的有機(jī)物,為細(xì)菌提供繁殖的環(huán)境,因此,活性炭過(guò)濾器需要定期殺菌消毒或化學(xué)處理。3.微孔過(guò)濾對(duì)于反滲透進(jìn)水,除了需要對(duì)原水進(jìn)行常規(guī)的濾料過(guò)濾外,還必須使用微孔濾芯,以除去水中微量的懸浮雜質(zhì)。目前,常用的濾芯結(jié)構(gòu)型式有纏繞式濾芯、折疊式濾芯和噴熔式濾芯。濾芯還有多種材質(zhì)和孔徑規(guī)格(0.1—70pm)。在反滲透裝置前常用聚丙烯5pm孔徑的濾芯。濾芯適用處理懸浮物含量較低的水(如濁度<1NTU)。建議單個(gè)濾芯出水為0.5m/h時(shí),使用壓差最好小于0.05MPa,以免影響出水質(zhì)量。采用MF(微濾)或UF(超濾)法預(yù)處理后的水質(zhì)優(yōu)于常規(guī)預(yù)處理。,有資料介紹,采用MF或UF預(yù)處理系統(tǒng),允許反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行通量提高20%-30%,并且可減少反滲透膜的清洗次數(shù),提高膜的壽命(較澄清、多介質(zhì)過(guò)濾、砂濾、活性炭預(yù)處理系統(tǒng))。結(jié)合微絮凝技術(shù),MF對(duì)TOC(總有機(jī)碳)也有較高的去除率。四、離子交換軟化法利用離子交換劑活性基團(tuán)中的H、Na等陽(yáng)離子與水中的硬度成分Ca、Mg等進(jìn)行離子交換,從而去除以達(dá)到軟化的目的。鈉離子交換軟化處理的交換過(guò)程,可以用下式表示。2RNa+Ca——R2Ca+2Na2RNa+Mg——R2Mg+2Na2+2+—I—I—I—+2+2+3即水通過(guò)鈉離子交換器后,水中的Ca、被置換成Na,Mg水通過(guò)一級(jí)交換后,殘余硬度一般小于0.03mmol/L。當(dāng)鈉離子交換樹脂失效后,為恢復(fù)其交換能力,就要進(jìn)行再生處理,再生劑為食鹽。再生過(guò)程的反應(yīng)如下。R2Ca+2NaCl===2RNa+CaCl2R2Mg+2NaCl===2RNa+MgCl2經(jīng)過(guò)上述處理,樹脂即可恢復(fù)原來(lái)的交換性能。根據(jù)處理水量、進(jìn)水水質(zhì)以及對(duì)出水水質(zhì)要求,軟化系統(tǒng)可采用順流再生固定床、逆流再生固定床、浮動(dòng)床、移動(dòng)床等。需經(jīng)常間歇運(yùn)行或供水量不穩(wěn)定的場(chǎng)合,不宜采用浮動(dòng)床和移動(dòng)床。在裝填強(qiáng)酸性樹脂的一級(jí)鈉離子交換軟化水系統(tǒng)中,有關(guān)床型適用的進(jìn)水質(zhì)見(jiàn)表3—4。按再生操作時(shí)壓脂層面的頂壓方式,逆流再生固定床的工藝可分為氣頂壓法、水頂壓法、低流速法與無(wú)頂壓法四種,目前使用較為廣泛的是氣頂壓法與無(wú)頂壓法。圖3—3為逆流再生固定床無(wú)頂壓法的工藝程序。五、化學(xué)軟化法在水中加入一些藥劑,從而把水中的Ca、Mg轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶鹽,并使其沉淀析出,如石灰軟化法、石灰一純堿軟化法等。藥劑軟化大多數(shù)是和凝聚、沉淀或澄清過(guò)程同時(shí)進(jìn)行的。石灰軟化法是將石灰乳Ca(OH)2加入水中,與水中的碳酸化合物反應(yīng),生成難溶的CaCO3,或者是其他難10反滲透的清洗和維護(hù)溶的堿性物質(zhì)。同時(shí)可大量地減少鋇、鍶及有機(jī)物。但石灰軟化法除去硬度不完全,用于原水中碳酸鹽硬度較高、非碳酸鹽硬度較低的場(chǎng)合。石灰-純堿軟化法可除去水中的碳酸鹽和非碳酸鹽硬度,同時(shí)可減低硅濃度。也可采取加入軟化劑如Na2HP04等對(duì)水進(jìn)行軟化。六、殺菌處理微生物主要是隨著原水進(jìn)入系統(tǒng)的。進(jìn)入反滲透系統(tǒng)的微生物會(huì)在膜元件及管道內(nèi)繁殖生長(zhǎng),形成生物黏泥,造成膜的生物污染。生物污染會(huì)嚴(yán)重影響膜的性能,其表現(xiàn)特征主要為水通量逐漸下降,運(yùn)行壓差逐漸增加;對(duì)于CA膜,微生物(如細(xì)菌)的侵蝕會(huì)使醋酸纖維素高分子中的乙酰基破壞,引起膜脫鹽率的下2+2+2+2++降;對(duì)于復(fù)合膜,雖然不會(huì)被細(xì)菌侵蝕,但細(xì)菌黏泥會(huì)造成膜元件的污堵。由于生物黏泥的附著力較大,因此,一旦發(fā)生生物污染就較難進(jìn)行清洗。為了防止細(xì)菌污染,通常采用對(duì)原水進(jìn)行殺菌處理,常用的殺菌劑有C12、NaOCl、O3等。為了保證足夠的接觸時(shí)間,殺菌劑的加人點(diǎn)應(yīng)盡可能靠前,以便使水在進(jìn)入膜組件前完成殺菌過(guò)程。應(yīng)注意的是CA膜要求有0.2?1.0mg/L的余氯量;但當(dāng)使用復(fù)合膜時(shí),加氯消毒后,給水在進(jìn)入膜組件前應(yīng)除去殘余氯,使余氯量<0.1mg/L。脫除余氯的方法有活性炭吸附及加還原劑NaHS03。當(dāng)水流過(guò)活性炭過(guò)濾器時(shí),氯在活性碳層的上部約10?20cm即被炭吸附,并與炭反應(yīng)生成CO2和HCl。NaHS03則按以下反應(yīng)進(jìn)行脫氯。NaHS03+C12+H20—NaHSO4+2HCl該反應(yīng)完成僅需數(shù)秒,因此,NaHSO3的加入點(diǎn)通常設(shè)在保安過(guò)濾器前。為了保證反應(yīng)完全,NaHS03的加入量應(yīng)不少于化學(xué)計(jì)量的兩倍,lmg/LCl2要求1.465mg/L的NaHS03。七、金屬氧化物的處理該物質(zhì)主要有NaOH、Al(OH)3、Mn(OH)2,它們的存在會(huì)引起膜的污垢。反滲透裝置進(jìn)水對(duì)鐵的允許濃度隨pH值和溶解氧量而有所不同,一般為0.05一0.1mg/L。對(duì)于地表水,經(jīng)加氯、澄清、過(guò)濾后,水中的鐵、錳含量一般是合格的。在一些地下水中,由于缺氧,金屬氧化物以低價(jià)狀態(tài)存在,如Fe和Mn,鐵污染的產(chǎn)生比錳頻繁。Fe3+2+2+2+本身不會(huì)影響反滲透膜組件的性能,且脫除率很高,但一經(jīng)接觸空氣,就會(huì)氧化為Fe,繼而產(chǎn)生不溶性氫氧化物的膠體。通常采用以下兩種方法去除。方法一:用空氣、氯或KMn04等使Fe氧化成Fe,然后通過(guò)過(guò)濾方法去除。反應(yīng)式如下。4Fe十O2+10H20=4Fe(OH)3+8H2+3+2++2+2+3+方法二:用錳砂濾器將Fe氧化成Fe,同時(shí)將鐵的沉淀物除去。天然錳砂的主要成分是MnO2,它是Fe氧化成Fe良好的催化劑。在用錳砂除鐵時(shí),需將原水充分曝氣。3+當(dāng)采用自來(lái)11反滲透的清洗和維護(hù)水作為反滲透原水時(shí),應(yīng)注意城市自來(lái)水一般采用明磯[KAl(SO4)2]作為混凝劑,在混凝過(guò)程中,如pH值過(guò)高或過(guò)低(Al在pH值6.5?7.5時(shí)溶解度最小),則其處理后的水中含有較多的Al,因而在調(diào)節(jié)pH值防止CaCO3結(jié)垢的過(guò)程中或反滲透除鹽過(guò)程中,均有可能因超過(guò)溶解度而出現(xiàn)Al(OH)3沉淀。八、有機(jī)物的去除方法原水中的有機(jī)物呈懸浮、膠體和溶解三種形態(tài),懸浮、膠體形態(tài)的有機(jī)物可通過(guò)前述的方法除去或降低,這里僅指溶解性有機(jī)物。有機(jī)物不僅是微生物的養(yǎng)料,而且當(dāng)其濃縮到一定程度后,還可以溶解膜材料,使膜性能劣化。有機(jī)物的種類較多,有些低分子有機(jī)物如乙醇等可透過(guò)膜,因此對(duì)膜無(wú)影響;腐殖酸分子量大,不透過(guò)膜,對(duì)膜的污染也較少;而單寧酸易吸附在膜上,是強(qiáng)污染物。不同種類的有機(jī)物,據(jù)其特性可采用不同的方法來(lái)去除。常規(guī)方法有:①低分子易揮發(fā)有機(jī)物,可以脫氣法除去;②采用高分子陽(yáng)離子絮凝劑除去極性大分子;③非極性、小低分子量的有機(jī)物可以活性炭吸附除去(活性炭吸附是一種短期有效的方式,缺點(diǎn)是活性碳飽和后再生困難,且極易成為細(xì)菌繁殖的溫床);④采用低污染反滲透膜是防御水體中有機(jī)物污染的有效辦法。總之,除去溶解性有機(jī)物的方法有:①用陽(yáng)離子混凝劑除去負(fù)電子性大分子有機(jī)物;②投加氧化劑如Cl2、ClO2等氧化、分解有機(jī)物;③采用活性炭吸附;④用超濾除去一定分子量的有機(jī)物等。活性炭在水處理中有何作用?活性炭在水處理中有何作用?活性炭被廣泛應(yīng)用于生活用水及食品工業(yè)、化工、電力等工業(yè)用水的凈化、脫氯、除油和去臭等。一般在除鹽水處理過(guò)程中,于陽(yáng)離子交換器的前面(少數(shù)的也有設(shè)在后面的)設(shè)置活性炭過(guò)濾器。由于活性炭3+3+的比表面積很大,其表面又布滿了平均直徑辦20-30埃的微孔,因此,活性炭具有很高的吸附能力。此夕卜,活性炭的表面有大量的羥基和羧基等官能團(tuán),可以對(duì)各種性質(zhì)的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)吸附、以及靜電引力作用,因此,活性炭還能去除水中對(duì)于陰離子交換劑有害的腐殖酸、富維酸、本質(zhì)磺醉等有機(jī)物質(zhì),還可以去除象余氯一類對(duì)陽(yáng)離子交換劑有害的物質(zhì),從而提高了除鹽水處理能力。通常,能夠去除63%?86%膠體物質(zhì);50%左右

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