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    水處理的常用方法

    發布時間:2020/7/9 9:00:23    瀏覽量:3220    返回下一條上一條

    沉淀物過濾法

    沉淀物過濾法的目的是將水源內之懸浮顆粒物質或膠體物質清除干凈。這些顆粒物質如果沒有清除,會對透析用水其它精密的過濾膜造成破壞或甚至水路的阻塞。

    這是最古老且最簡單的凈水法,所以這個步驟常用在水純化的初步處理,或有必要時,在管路中也會多加入幾個濾器(filter)以清除體積較大的雜質。

    濾過懸浮的顆粒物質所使用的濾器種類很多,例如網狀濾器,沙狀濾器(如石英沙等)或膜狀濾器等。只要顆粒大小大于這些孔洞之大小,就會被阻擋下來。

    對于溶解于水中的離子,就無法阻攔下來。如果濾器太久沒有更換或清洗,堆積在濾器上的顆粒物質會愈來愈多,則水流量及水壓會逐漸減少。

    人們就是利用入水壓與出水壓差來判斷濾器被阻塞的程度。因此濾器要定時逆沖以排除堆積其上的雜質,同時也要在固定時間內更換濾器。

    沉淀物過濾法還有一個問題值得注意,因為顆粒物質不斷被阻攔而堆積下來,這些物質?面或許有細菌在此繁殖,并釋放毒性物質通過濾器,造成熱原反應,所以要經常更換濾器,原則上進水與出水的壓力落差升高達到原先的五倍時,就需要換掉濾器。

    硬水軟化法

    硬水的軟化需使用離子交換法,它的目的是利用陽離子交換樹脂以鈉離子來交換硬水中的鈣與鎂離子,以此來降低水源內之鈣鎂離子的濃度。

    其軟化的反應式如下: 

    Ca2++2Na-EX→Ca-EX2+2Na+1 

    Mg2++2Na-EX→Mg-EX2+2Na+1 

    式中的EX表示離子交換樹脂,這些離子交換樹脂結合了Ca2+及Mg2+之後,將原本含在其內的Na+離子釋放出來。 

    樹脂基質(resin?matrix)內藏氯化鈉,在硬水軟化的過程中,鈉離子會逐漸被使用耗盡,則交換樹脂的軟化效果也會逐漸降低,這時需要作還原(regeneration)的工作,也就是每隔固定時間加入特定濃度的鹽水,一般是10%,其反應方式如下: 

    Ca-EX2+2Na+ (濃鹽水)→ 2Na-EX+Ca2+ 

    Mg-EX2+2Na+ (濃鹽水)→ 2Na-EX+Mg2+ 

    如果水處理的過程中沒有陽離子的軟化,不只是逆滲透膜上會有鈣鎂體的沉積以致降低功效甚至破壞逆滲透膜,長期飲用也容易得到硬水癥候群。

    硬水軟化器也會引起細菌繁殖的問題,所以設備上需要有逆沖的功能,一段時間後就要逆沖一次以防止太多雜質吸附其上。

    全自動鈉離子交換器采用離子交換原理,去除水中的鈣、鎂等結垢離子。當含有硬度離子的原水通過交換器內樹脂層時,水中的鈣、鎂離子便與樹脂吸附的鈉離子發生置換,樹脂吸附了鈣、鎂離子而鈉離子進入水中,這樣從交換器內流出的水就是去掉了硬度的軟化水。

    去離子法

    去離子法的目的是將溶解于水中的無機離子排除,與硬水軟化器一樣,也是利用離子交換樹脂的原理。

    在這使用兩種樹脂-陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂。

    陽離子交換樹脂利用氫離子(H+)來交換陽離子;而陰離子交換樹脂則利用氫氧根離子(OH-)來交換陰離子,氫離子與氫氧根離子互相結合成中性水,其反應方程式如下:

    M+x+xH-Re→M-M-Rex+xH+1

    A-z+zOH-Re→A-Rez+zOH-1

    上式中的的M+x表陽離子,x表電價數,M+x陽離子與陽離子樹脂上H-Re的氫離子交換,A-z則表陰離子,z表電價數,A-z與陰離子交換樹脂結合後,釋放出OH-離子。

    H+離子與OH-離子結合後即成中性的水。

    這些樹脂之吸附能力耗盡之後也需要再還原,陽離子交換樹脂需要強酸來還原;相反的,陰離子則需要強堿來還原。

    陽離子交換樹脂對各種陽離子的吸附力有所差異,它們的強弱程度及相對關系如下:

    Ba2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+>Cd2+>CU2+>Co2+>Zn2+>Mg2+>Ag1+>Cs1+>K1+>NH41+>Na1+>H1+

    陰離子交換樹脂與各陰離子的親合力強度如下:

    S02-4+>I->NO3->NO2->Cl->HCO3->OH->F-

    反滲透法

    反滲透法可以有效的清除溶解于水中的無機物,有機物,細菌,熱原及其它顆粒等。

    要了解'反滲透'原理之前,要先解釋'滲透(osmosis)的觀念。

    所謂滲透是指以半透膜隔開兩種不同濃度的溶液,其中溶質不能透過半透膜,則濃度較低的一方水分子會通過半透膜到達濃度較高的另一方,直到兩側的濃度相等為止。

    在還沒達到平衡之前,可以在濃度較高的一方逐漸施加壓力,則前述之水分子移動狀態會暫時停止,此時所需的壓力叫作滲透壓,如果施加的力量大于滲透壓時,則水份的移動會反方向而行,也就是從高濃度的一側流向低濃度的一側,這種現象就叫作'反滲透'。

    反滲透的純化效果可以達到離子的層面,對于單價離子的排除率可達90%-98%,而雙價離子可達95%-99%左右(可以防止分子量大于200道爾敦的物質通過)。

     反滲透水處理常用的半透膜材質有纖維質膜,芳香族聚醞胺類,polyimide或polyfuranes等,至于它的結構形狀有螺旋型,空心纖維型及管狀型等。

    至于這些材質中纖維素膜的優點是耐氯性高,但在堿性的條件下(pH≥8.0)或細菌存在的狀況下,使用壽命會縮短。

    polyamide的缺點是對氯及氯氨之耐受性差。如果反滲透前沒有作好前置處理則滲透膜上容易有污物堆積,例如鈣,鎂,鐵等離子,造成反滲透功能的下降;有些膜(如polyamide)容易被氯與氯氨所破壞,因此在反滲透膜之前要有活性碳及軟化器等前置處理。

    反滲透系統的調試工作顯得尤為重要。我們可以從以下幾個方面來掌握:

    運行條件

    運行前準備

    試車運行

    分離流程

    反滲透膜分離工藝設計中常見的流程有如下幾種:

    ①一級一段法這種方式是料液進入膜組件后,濃縮液和產水被連續引出,這種方式水的回收率不高,工業應用較少。另一種形式是一級一段循環式工藝,它是將濃水一部分返回料液槽,這樣濃溶液的濃度不斷提高,因此產水量大,但產水水質下降。

    ②一級多段法當用反滲透作為濃縮過程時,一次濃縮達不到要求時,可以采用這種多步式方式,這種方式濃縮液體體積可減少而濃度提高,產水量相應加大。

    ③兩級一段法當海水除鹽率要求把NaCl從35000?mg/L降至500mg/L時,則要求除鹽率高達98.6%如一級達不到時,可分為兩步進行。即第一步先除去NaCl?90%,而第二步再從第一步出水中去除NaCl?89%,即可達到要求。如果膜的除鹽率低,而水的滲透性又高時,采用兩步法比較經濟,同時在低壓低濃度下運行時,可提高膜的使用壽命。

    ④多級反滲透流程在此流程中,將第一級濃縮液作為第二級的供料液,而第二級濃縮液再作為下一級的供料液,此時由于各級透過水都向體外直接排出,所以隨著級數增加水的回收率上升,濃縮液體體積減少濃度上升。為了保證液體的一定流速,同時控制濃差極化,膜組件數目應逐漸減少。

    超過濾法

    超過濾法與逆滲透法類似,也是使用半透膜,但它無法控制離子的清除,因為膜之孔徑較大,約10-200A之間。

    只能排除細菌,病毒,熱原及顆粒狀物等,對水溶性離子則無法濾過。

    超過濾法主要的作用是充當逆滲透法的前置處理以防止逆滲透膜被細菌污染。

    它也可用在水處理的最後步驟以防止上游的水在管路中被細菌污染。

    一般是利用進水壓與出水壓差來判斷超過濾膜是否有效,與活性碳類似,平時是以逆沖法來清除附著其上的雜質。




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