常見純水機(jī)處理工藝
純水機(jī)是現(xiàn)在使用最多的自來水處理設(shè)備,由于自來水中富含大量的有機(jī)物質(zhì)、金屬離子、大顆粒物質(zhì),導(dǎo)致很多的實(shí)驗(yàn)室都無法直接使用自來水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室分析儀器有很多都是非常精密的設(shè)備,一旦水質(zhì)中富含鈣鎂離子過多,會(huì)堵塞實(shí)驗(yàn)室儀器,造成設(shè)備損壞和維護(hù),這些都是無形增加成本和影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。
由于現(xiàn)代工業(yè)廢水、生活廢水無節(jié)制的排放及農(nóng)業(yè)污染,現(xiàn)在的地表水不僅含有泥砂、動(dòng)植物腐朽物。還有大量漂白水、農(nóng)藥、重金屬、石灰質(zhì)、鐵質(zhì)等等危害人體健康的物質(zhì),這些污染物在人體內(nèi)長期蓄積對人體健康危害極大,可致癌、致突變、致畸變,這是看不崢的殺手。而傳統(tǒng)的自來水生產(chǎn)工藝不但無法去除其中中的有機(jī)化合物、如果自來水生產(chǎn)中加氯,反而會(huì)生成三氯甲烷等新的更為強(qiáng)烈的有機(jī)污染,致使自來水的致突變性比天然水更為強(qiáng)烈,再則自來水出廠后需經(jīng)漫長的輸水管路系統(tǒng),特別是高層住宅樓頂水箱,存在著較為嚴(yán)重的“二次污染”。這樣式的水,當(dāng)然不能生喝,即使煮沸,也只能殺菌而不能去除有害化學(xué)物質(zhì)。進(jìn)而,喝純凈水,不但能為健康除害,而且還有益于健康長壽。因?yàn)樗郊?,作為載體的功能越能發(fā)揮,溶解體內(nèi)各種代謝物質(zhì)的能力越強(qiáng),越容易被人體吸收利,有利于生津止渴,解除疲勞。因此,為維護(hù)健康,提高人們的健康水平,發(fā)展純水事業(yè),生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飲用水純水處理是將自來水經(jīng)過二次的凈化,把自來水中的氯化物、細(xì)菌等有害物質(zhì)進(jìn)一步地過濾,達(dá)到滅菌、消毒的效果。
1、純水處理的方法
1.1薄膜微孔過濾(MF)純水處理
薄膜微孔過濾法包括三種形式:深層過濾、篩網(wǎng)過濾、表面過濾。 深層過濾是以編織纖維或壓縮材料制成的基質(zhì),利用隋性吸附或是捕捉方式來留住顆粒,如常用的多介質(zhì)過濾或砂濾;深層過濾是一種較為經(jīng)濟(jì)的方式,可去除98%以上的懸浮固體,同時(shí)保護(hù)下游的純化單元不會(huì)被堵塞,因此通常做為預(yù)處理。
表面過濾則是多層結(jié)構(gòu),當(dāng)溶液通過濾膜時(shí),較濾膜內(nèi)部孔隙大的顆粒將被留下來,并主要堆積在濾膜表面上,如常用的PP纖維過濾。表面過濾可去除99以上的懸浮固體,所以也可作為預(yù)處理或澄清用。
篩網(wǎng)濾膜基本上是具有一致性的結(jié)構(gòu),就象篩子一般,將大于孔徑的顆粒,都留在表面上(這種濾膜的孔量度是非常精準(zhǔn)的),如超純水機(jī)終端使用的用點(diǎn)保安過濾器;篩網(wǎng)過濾微孔過濾一般被置于純化系統(tǒng)中的最終使用點(diǎn),以去除最后的殘留微量樹脂片、碳屑、膠體和微生物。
1.2活性炭吸附純水處理
活性炭吸附是利用活性炭的多孔性質(zhì),使水中一種或多種有害物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。活性炭吸附對于去除水中有機(jī)物、膠體、微生物、余氯、嗅味等具有良好的效果。同時(shí)由于活性炭具有一定的還原作用,因此對于水中的氧化劑也具有良好的去除作用。
由于活性炭的吸附功能具有一飽和值,當(dāng)達(dá)到飽和吸附容量時(shí),活性炭濾池的吸附功能將大大降低,因此需要注意分析活性炭的吸附能力,及時(shí)更換活性炭或通過高壓蒸汽進(jìn)行消毒恢復(fù)。但同時(shí)活性炭表面吸附的有機(jī)物有可能成為細(xì)菌繁殖的營養(yǎng)源或溫床,因此活性炭濾池內(nèi)微生物的繁殖問題也值得引起注意。定期的消毒對于控制細(xì)菌繁殖是有必要的。值得注意的是,在使用活性炭的初期(或新更換過活性炭運(yùn)行初期),少量的極細(xì)微的粉末活性炭有可能隨水流進(jìn)入到反滲透系統(tǒng),而造成反滲透膜流道的污堵,引起操作壓力升高、產(chǎn)水量下降和系統(tǒng)的壓降上升,而且這種破壞作用很難用常規(guī)的清洗方法恢復(fù)。所以必須將活性炭沖洗干凈,去除細(xì)小粉末后才能將過濾水送至后續(xù)RO 系統(tǒng)。活性炭的作用很大,但是使用中也要注意消毒以及新活性炭一定要沖洗干凈。
2、 反滲透(RO)純水處理
反滲透是指在濃溶液側(cè)施加一個(gè)大于滲透壓的壓力時(shí),濃溶液中的溶劑會(huì)向稀溶液流動(dòng),此種溶劑的流動(dòng)方向與原來滲透的方向相反,這一過程稱為反滲透;這種原理被用于液體分離領(lǐng)域,用于提純、除雜,處理液體物質(zhì)。
反滲透膜工作原理:對透過物質(zhì)具有選擇性的薄膜稱為半透膜,一般將只能透過溶劑而不能透過溶質(zhì)的薄膜稱之為理想半透膜。當(dāng)把相同體積的稀溶液(例如淡水)和濃溶液(例如鹽水)分別置于半透膜的兩側(cè)時(shí),稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發(fā)地向濃溶液一側(cè)流動(dòng),這一現(xiàn)象稱為滲透。當(dāng)滲透達(dá)到平衡時(shí),濃溶液一側(cè)的液面會(huì)比稀溶液的液面高出一定高度,即形成一個(gè)壓差,此壓差即為滲透壓。反滲透是滲透的一種反向遷移運(yùn)動(dòng),是一種在壓力驅(qū)動(dòng)下借助于半透膜的選擇截留作用將溶劑中的溶質(zhì)與溶劑分開的分離方法,它已廣泛應(yīng)用于各種溶液的提純與濃縮,其中最普通的應(yīng)用實(shí)例便是在水處理工藝中,用反滲透技術(shù)將原水中的無機(jī)離子、細(xì)菌、病毒、有機(jī)物及膠體等雜質(zhì)去除,以獲得高質(zhì)量的純水。
3、 離子交換(IX)純水處理
離子交換純水設(shè)備是通過陰、陽離子交換樹脂對水中的各種陰、陽離子進(jìn)行置換的一種傳統(tǒng)水處理工藝,陰、陽離子交換樹脂按不同比例進(jìn)行搭配可組成離子交換陽床系統(tǒng),離子交換陰床系統(tǒng)及離子交換混床(復(fù)床)系統(tǒng),而混床(復(fù)床)系統(tǒng)又通常是用在反滲透滲出等水處理工藝之后用來制取超純水,高純水的終端工藝,他是目前用來制備超純水、高純水不可替換的手段之一。其出水電導(dǎo)率可低于1uS/cm以下,出水電阻率達(dá)到1MΩ.cm以上,根據(jù)不同的水質(zhì)及使用要求,出水電阻率可控制在1~18MΩ.cm之間。被廣泛應(yīng)用在電子、電力超純水,化工,電鍍超純水,鍋爐補(bǔ)給水及醫(yī)藥用超純水等產(chǎn)業(yè)超純水,高純水的制備上。
原水中含有的鹽類如Ca(HCO3)2、 MgSO4等鈣鎂鈉鹽類,在流經(jīng)交換樹脂層時(shí),陽離子Ca2+、Mg2+等被陽樹脂的活性基團(tuán)置換,陰離子HCO3-、SO42-等被陰樹脂的活性基團(tuán)置換,從而水就得到超純化。如原水中的重碳酸鹽含量較高,應(yīng)在陰、陽離子交換柱中間設(shè)脫氣塔,除去CO2氣體,減輕陰床的負(fù)荷。
4、 紫外線(UV)超純水處理
細(xì)胞繁殖的主要過程是:DNA的長鏈打開,打開后每條長鏈長的腺嘌呤單元尋找胸腺嘧啶單元連合,每條長鏈都可以復(fù)制出與剛分離的另一條長鏈同樣的鏈條,恢復(fù)原來分裂前的完整DNA,成為新的細(xì)胞基礎(chǔ)。而波長在240-280nm的紫外線能打破DNA生產(chǎn)蛋白質(zhì)及復(fù)制的能力,其中波長為265nm的紫外線對細(xì)菌病毒的殺傷能力最強(qiáng)。細(xì)菌病毒的DNA,RNA受破壞后其生產(chǎn)蛋白質(zhì)的能力和繁殖能力均已喪失。因細(xì)菌、病毒一般生命周期很短,不能繁殖的細(xì)菌、病毒就會(huì)迅速死亡。紫外線就是以阻止自來水的的微生物存活以至于達(dá)到殺菌、消毒的處理效果。
目前能夠輸出足夠的紫外線強(qiáng)度(UVC)強(qiáng)度用于工程消毒的只有人工汞(合金)燈光源。紫外線殺菌燈燈管是由石英玻璃制成,汞燈根據(jù)點(diǎn)亮后的燈管內(nèi)汞蒸氣壓的不同和紫外線輸出強(qiáng)度的不同,分為三種:低壓低強(qiáng)度汞燈、中壓高強(qiáng)度汞燈和低壓高強(qiáng)度汞燈。
殺菌效果是由微生物所接受的照射劑量決定的,同時(shí),也受到紫外線的輸出能量,與燈的類型,光強(qiáng)和使用時(shí)間有關(guān),隨著燈的老化,它將喪失30%-50%的強(qiáng)度。
紫外照射劑量是指達(dá)到一定的細(xì)菌滅活率時(shí),需要特定波長紫外線的量:照射劑量(J/m2)=照射時(shí)間(s)×UVC強(qiáng)度(W/m2)照射劑量越大,消毒效率越高,由于設(shè)備尺寸要求,一般照射時(shí)間只有幾秒,因此,燈管的UVC輸出強(qiáng)度就成了衡量紫外光消毒設(shè)備性能最主要的參數(shù)。
5、 超過濾(UF)純水處理
超濾技術(shù)是一種廣泛用于水的凈化,溶液分離、濃縮,以及從廢水中提取有用物質(zhì),廢水凈化再利用領(lǐng)域的高新技術(shù)。特點(diǎn)是使用過程簡單,不需加熱,能源節(jié)約,低壓運(yùn)行,裝置占地面積小。
超過濾(UF)純水處理原理:超過濾是一種以篩分為分離原理,以壓力為推動(dòng)力的膜分離過程,過濾精度在0.005-0.01μm范圍內(nèi), 可有效去除水中的微粒、膠體、細(xì)菌墊層及高分子有機(jī)物質(zhì)??蓮V泛應(yīng)用于物質(zhì)的分離、 濃縮、提純。超濾過程無相轉(zhuǎn)化,常溫操作,對熱敏性物質(zhì)的分離尤為適宜,并具有良好的耐溫、耐酸堿和耐氧化性能,能在60℃ 以下,pH為2-11的條件下長期連續(xù)使用。
中空纖維超濾膜是超濾技術(shù)中最為成熟與先進(jìn)的一種形式。中空纖維外徑0.5-2.0mm,內(nèi)徑0.3-1.4mm,中空纖維管壁上布滿微孔,孔徑以能截留物質(zhì)的分子量表達(dá),截留分子量可達(dá)幾千至幾十萬。原水在中空纖維外側(cè)或內(nèi)腔加壓流動(dòng),分別構(gòu)成外壓式與內(nèi)壓式。超濾是動(dòng)態(tài)過濾過程,被截留物質(zhì)可隨濃縮小排除,不致堵塞膜表面,可長期連續(xù)運(yùn)行。
6、 EDI純水處理
EDI超純水處理設(shè)備的工作原理:電去離子(EDI)系統(tǒng)主要是在直流電場的作用下,通過隔板的水中電介質(zhì)離子發(fā)生定向移動(dòng),利用交換膜對離子的選擇透過作用來對水質(zhì)進(jìn)行提純的一種科學(xué)的水處理技術(shù)。電滲析器的一對電極之間,通常由陰膜,陽膜和隔板(甲、乙)多組交替排列,構(gòu)成濃室和淡室(即陽離子可透過陽膜,陰離子可透過陰膜)。淡室水中陽離子向負(fù)極遷移透過陽膜,被濃室中的陰膜截留;水中陰離子向正極方向遷移陰膜,被濃室中的陽膜截留,這樣通過淡室的水中離子數(shù)逐漸減少,成為淡水,而濃室的水中,由于濃室的陰陽離子不斷涌進(jìn),電介質(zhì)離子濃度不斷升高,而成為濃水,從而達(dá)到淡化,提純,濃縮或精制的目的。
EDI超純水處理設(shè)備的優(yōu)點(diǎn):
6.1無需酸堿再生:在混床中樹脂需要用化學(xué)藥品酸堿再生,而EDI則消除了這些有害物質(zhì)的處理和繁重的工作。保護(hù)了環(huán)境。
6.2連續(xù)、簡單的操作:在混床中由于每次再生和水質(zhì)量的變化,使操作過程變得復(fù)雜,而EDI的產(chǎn)水過程是穩(wěn)定的連續(xù)的,產(chǎn)水水質(zhì)是恒定的,沒有復(fù)雜的操作程序,操作大大簡便化。
6.3降低了安裝的要求:EDI系統(tǒng)與相當(dāng)處理水量的混床相比,有較不的體積,它采用積木式結(jié)構(gòu),可依據(jù)場地的高度和窨靈活地構(gòu)造。模塊化的設(shè)計(jì),使EDI在生產(chǎn)工作時(shí)能方便維護(hù)。
7、 臭氧滅菌超純水處理
臭氧(O3)的消毒原理是:臭氧在常溫、常壓下分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,很快自行分解成氧氣(O2)和單個(gè)氧原子(O);后者具有很強(qiáng)的活性,對細(xì)菌有極強(qiáng)的氧化作用,將其殺死,多余的氧原子則會(huì)自行重新結(jié)合成為普通氧原子(O2),不存在任何有毒殘留物,故稱無污染消毒劑,它不但對各種細(xì)菌(包括肝炎病毒,大腸桿菌,綠濃桿菌及雜菌等)有極強(qiáng)的殺滅能力,而且對殺死霉素也很有效。
7.1臭氧的滅菌機(jī)制及過程類屬于生物化學(xué)過程, 氧化分解了細(xì)菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必須的葡萄糖氧化酶。
7.2直接與細(xì)菌、病毒發(fā)生作用,破壞其細(xì)胞器和核糖核酸,分解DNA、RNA,蛋白質(zhì)、脂質(zhì)類和多糖等大分子聚合物,使細(xì)菌的物質(zhì)代謝生產(chǎn)和繁殖過程到破壞。
7.3滲透胞膜組織,侵入細(xì)胞膜內(nèi)作用于外膜脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖,使細(xì)胞發(fā)生通透畸變,導(dǎo)致細(xì)胞溶解死亡。并且將死亡菌體內(nèi)遺傳基因、寄生菌種、寄生病毒粒子、噬菌體、枝原體及熱原(細(xì)菌病毒代謝產(chǎn)物、內(nèi)毒素)等溶解變性滅亡。
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