水处理基础知识

在自然渗透的过程中，渗透过程达到平衡点，此时的液 柱高差称为该浓溶液的渗透压。
反渗透 Reverse Osmosis
在浓溶液侧，施加一个大于渗透 压的压力，使浓溶液中的溶剂通 过半透膜向稀溶液流动，此种溶 剂的流动方向与原来渗透的方向 相反，这一过程称为反渗透。
附1、水分子
附2、氢键
附3、水合离子
HCO3- SO4=
HSiO3-
CO3=
OH-
阴离子交换膜
H+
-
阳离子交换膜
Ca++
Mg++
Na+
H+
Cathode阴极(-)
阳极 废水
高纯水
高纯水 阴极 废水
浓水进水
模块分解图
阴离子交换膜 浓水室
阳离子交换膜
阴极板
淡水室
第二部分
反渗透基本概念和原理
1. 半透膜 2. 渗透
3. 渗透压 4. 反渗透
150 (10.3)
产水量 gpd (m3/d)
9,000 (34)
稳定脱盐率 Cl-％
99.5
1. 单只元件的最小脱盐率98.0%。 2. 产水量和脱盐率是基于测试条件：2000ppm NaCl，压力为上表值，25ºC，15%
回收率。 3. 元件投运前必须进行稳定性处理，在此过程中，会出现一次性的通量下降。上
微生物污染的预防
一旦出现生物污染并产生生物膜，清洗就非常困难。因为生物膜 能保护微生物受水力的剪切力影响和化学品的消毒作用，此外，没 有被彻底清除掉的生物膜将引起微生物的再次快速的滋生。
➢ 加氯 ➢ 预防性消毒 ➢ 微滤或超滤
电渗析
电渗析原理
• 在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的透过性(即阳膜只 允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透过)，使水中的阴、阳离子 作定向迁移，从而达到水中的离子与水分离的一种物理化学过程。
电渗析原理图
EDI
• EDI(Electrodeionization)中文全称“连续电去离子技术”,其主 要用于替代传统的混床技术.
第四章节
膜元件结构及相关概念
1
反渗透膜
5
产水背压
2
膜元件
6
错流过滤
3
膜组件
7
浓差极化
4
膜装置
8
回收率
反渗透膜
允许溶剂分子透过而不允许 溶质分子透过的一种功能性的半透 膜称为反渗透膜。
聚酯材料增强无纺布，约120m厚； 聚砜材料多孔中间支撑层，约40m厚； 聚酰胺材料超薄分离层，约0.2m厚。
膜元件
• EDI工艺原理是: • 在电场的作用下,通过导电物质将离子化物质从产水中迁移出去,以
达到生产高纯水的过程.
淡水进水
浓水
EDI结构组成
Anode阳极 (+)
SO4= Cl- NO3-
HCO3-
HSiO3-
HSiO3-
CO3=
OH-
阴离子交换膜
阳离子交换膜
Ca++
Mg++
Na+
H+
Na+
Cl- NO3-
回收率
指膜系统中给水转化为产水或透析液的百分率。
公式： 回收率 =
透析液流量 进水流量
错流过滤和回收率
进水 进水
切向流速
浓水 产水 浓水
错流过滤
➢ 首先，切向流速能使原水中的污染物随浓水排出; ➢ 其次，切向流速能产生紊流破坏膜表面的浓差极化层; ➢ 因此，我们需要保证单只膜元件回收率不超过15%;
将反渗透或纳滤膜膜片与进水流道网格、产水流道材料、 产水中心管和抗应力器等用胶粘剂等组装在一起，能实现进水与 产水分开的反渗透或纳滤过程的最小单元称为膜元件。
膜元件示意图
膜组件
• 膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构成膜组件
膜装置
由膜组件、仪表、管道、阀 门、高压泵、保安滤器、就 地控制盘柜和机架组成的可 独立运行的成套单元膜设备 称为膜装置。
微粒
10-1 102 小假单胞菌
流感病毒
细菌
粘土 胶体硅
1 103 藻类
大肠杆菌
似隐孢菌素
卵母细胞
淤泥
反渗透
纳滤
超
滤
微
滤
颗粒过滤
离子交换柱（床）
离子交换柱（床）
离子交换
• 离子交换树脂 是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子材 料。是一类带有官能团的网状结构的高分子化合物，其结构有三部 分组成：不溶性的三维空间网状骨架，连接在骨架上的官能团和官 能团所带的相反电荷的可交换离子。
表的规范值为经过稳定处理后的性能数据。 4. 单只元件的产水量会在20％范围内变化。
HSRO-390FF的热消毒
➢ HSRO热消毒卷式元件在首次使用前应用热水进行热稳定处理。 ➢ 热消毒控制条件同热稳定处理。 ➢ 合适的热稳定（热消毒）步骤如下：
HSRO-390FF的热消毒
1. 在低压低流量条件下用适当质量的净化水冲洗。 2. 在很低压力下用热水作循环处理，水温小于等于45oC，温水循环，最大压力
HSRO-390FF膜元件
1
HSRO-390FF含义
第五章节
2
HSRO-390FF产品规范
3
HSRO-390FF热消毒
4
HSRO-390FF运行极限值
5
HSRO-390FF其它信息
HSRO-390FF命名
HSRO Heat Sanitizable Reverse Osmosis
390
热消毒元件 390平方英尺
结垢
➢ 【结垢】定义为部分盐类的浓度超过其溶度积在膜面上的沉淀，例 如碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、硫酸锶、氟化钙和磷酸钙等。
➢ 当难溶盐类在膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度极限时，它们就 会在反渗透或纳滤膜膜面上发生结垢，如果反渗透水处理系统采用 50%回收率操作时，其浓水中的盐浓度就会增加到进水浓度的两倍， 回收率越高，产生结垢的风险性就越大。
导致通量损失。 ➢ 该膜对氯(次氯酸盐)的短期攻击有一定抵抗力，但连续接触会破坏膜，故而应
避免。 ➢ 客户应全面负责不兼容的化学药品和润滑剂对元件产生的影响。使用不兼容的
药品将使有限质量保证失效。 ➢ 始终避免产品水侧产生背压。
膜污染及预防
1. 结垢 2. 污堵
第八章节
3. 生物污染 4. 膜降解
产水背压
➢ 如果产水管线在运行和系统停机时带压，膜元件就可能会遭遇静态 的产水背压。
➢ 为了避免膜元件因背压产生膜片复合层的剥离破坏，任何情况下， 净背压不得高于0.3bar(5psi)
➢ 什么情况下会出现产水背压？
自然渗透、突然停机、憋压、系统设计不合理等
错流过滤
浓差极化
在反渗透过程中，由于膜的选择渗透性，溶剂从高压侧透 过膜，而溶质被膜截留，其浓度在膜表面处升高，同时发生从膜表 面向水体的回扩散。当这两种传质过程达到动态平衡时，膜表面处 的浓度C2高于主体溶液浓度C1，这种现象叫浓差极化。 C2 /C1 称为浓差极化度。
半透膜
Semipermeable Membrane
只让溶剂通过而不让溶质通过的膜称为半透膜
•半透膜与选择性透过膜的区别？ •半透膜与反渗透膜的区别？
半透膜示意图
渗透 Osmosis
稀溶液中的溶剂(水分子)自发地透过半透膜(反渗透膜或纳滤膜)进 入浓溶液(浓水)侧的溶剂(水分子)的流动现象。
渗透压 Osmotic Pressure
污堵的预防
➢ 介质过滤 ➢ 其它过滤（微滤、超滤） ➢ 絮凝—助凝 ➢ 系统设计（回流）
微生物污染
微生物进入反渗透系统之后，找到了水中溶解性的有机营 养物，这些有机营养物伴随反渗透过程的进行而浓缩富集在膜表 面上，成为形成生物膜的理想环境与过程。膜元件的生物污染将 严重影响反渗透系统的性能，出现进水至浓水间压差的迅速增加 ，导致膜元件发生“望远镜”现象与机械损坏以及膜产水量的下 降，有时甚至在膜元件的产水侧也会出现生物污染，导致产品水 受污染。
水处理基础知识
生产部：李锋
培训大纲
1 水处理工艺介绍 2 反渗透、纳滤原理 3 膜元件相关概念 4 预处理选择及工艺介绍
第一部分
水处理工艺介绍
1. 工艺选择 2. 离子交换
3. 电渗析 4. EDI
水源
海水 地下水 地表水 游泳池 冷却水 自来水 污水
水处理分类
水处理
污水处理
海水淡化 中水回用 水处理
45psi(3bar)，膜两侧压差必须小于25psi(1.7bar)。 3. 将热水输入系统中，直至温度升至80oC。（升温小于4oC/min) 4. 当使用水温为45oC或高于45oC的温水或热水时，膜两侧的压差必须小于
25psi(1.7bar)。 5. 保温60～90分钟。 6. 让系统将温度降到45oC以下。（降温小于4oC/min) 7. 在很低压力下用适当质量的净化水冲洗，最大压力45psi(3bar)，膜两侧压差
膜法过滤
离子和分子
大分子
微米 纳米
10-3
10-2
1
10
离子
硝酸根、硫酸根 氰化物、硬度、砷 磷酸根、重金属
富里酸
非挥发有机物/色度/消毒副产物/致癌前躯物
蛋白质 酶制品
腐殖酸
氨基酸
小红细胞
合成有机化合物
杀虫剂，表面活性剂 挥发性有机物， 染料 二垩英，生物耗氧量 质炎病毒
用途
自来水 饮用水 工艺水 工业纯水 排放水
水处理工艺选择
需去除杂质
颗粒 胶体 微生物 离子 硬度 气体
可选择工艺
介质过滤 超滤 沉淀池
纳滤 反渗透 紫外线
精滤 脱气塔 石灰软化
蒸馏 电渗析
臭氧
微滤 离子交换 树脂软化 毛发过滤
EDI
二氧化氯
介质过滤器
➢介质过滤器可以使用单一介质，也可根据不同需要采用多种介质。 ➢单一介质的过滤器也叫浅层介质过滤器，它的主要过滤介质一般为石英砂、花岗岩和火山砾等。 ➢多层介质过滤器也叫深层次介质过滤器，它的过滤介质是由一种以上过滤介质组成，一般石英砂、活性 碳、无烟煤、锰砂及其他接触性介质。 ➢其他介质：纤维球 、纤维束 等
HSRO-390FF 其它信息
➢ 元件一旦浸湿，即应始终保持湿润。 ➢ 如果不严格遵守技术公告中的设计导则和运行极限值，有限质量保证将失效。 ➢ 在系统停机、运输、贮存期间，为了防止微生物滋长，将膜元件浸没于保存液
中。标准的保存液含1.5%(重量)的亚硫酸氢钠(食品级)。 ➢ 元件至少需使用6小时后方可用甲醛消毒杀菌。如果在6小时内使用甲醛，可能
膜元件直径 －25：2.5英寸 －40：4.0英寸 －80 ： 8.0英寸
FF (Full Fit) 充满外壳卫生型元件
膜元件长度 －21：21英寸 －40：40英寸
HSRO-390FF产品规范
产品名称 HSRO-390-FF
有效膜面积 ft2 (m2)
390 (36)
运行压力 psi (bar)
• 树脂按活性离子分类，如果活性离子是阳离子（和阳离子发生交换 ）就称为阳离子交换树脂；如果是阴离子，则称为阴离子交换树脂 。
离子交换树脂结构
骨架：接有功能基团，本身是惰性
功能基团：连接在骨架 上，可与相反离子结合
活性离子：与功能基团所带电荷相反的可移动 的离子
待交换分子：在吸附阶段可与活性离子交换， 与骨架上的功能基团结合
小于25psi(1.7bar) 。
HSRO-390FF运行极限值
➢ 膜的类型………………………… 聚酰胺复合膜 ➢ 最高运行温度………………………………45oC ➢ 最高热消毒温度(1.75bar，25psi) …… 85oC ➢ 最高运行压力……………………600psi(41bar) ➢ 最大压差 ……………………… 15psi(1.0bar) ➢ 连续运行pH范围 …………………………2－11 ➢ 短时清洗pH范围(30分钟) ………………1－12 ➢ 最大给水污染指数…………………………SDI 5 ➢ 最大给水浊度………………………………1NTU ➢ 游离氯容忍量 …………………………< 0.1ppm
多介质过滤器
进水口
蘑菇状滤口 （水帽）
通风口
侧管分配口
空隙
至少50％的现有砂高度空间
1-2mm 无烟煤 过滤介质
0.5－1 mm 石英砂 1－2mm石英砂
过滤介质
垫层
出水口
进水口 反洗水进水口
出水口
V1
V4
V3
V5
V2
步骤
正常操作 反洗 正洗
排污口
阀门开
V1
V2
V3 V4
V5
时间 (min.)
15 10
出水口
进水口
1 3 2
生产
4 5
排污口
反洗操作
进水口
1 3 2
工艺流程介绍
反洗操作
4
5
排污口
进水口
1 3 2
正洗操作
4 5
排污口
活性炭过滤器
➢ 吸附气体 ➢ 吸附有机物
通常 1g的活性炭的表面积有800~1200m2. 因此 可以说活性炭是理想的吸附材. ➢ 去除余氯
C+Cl2 +2H2O→4HCl+CO2
结垢的预防
➢ 加酸 ➢ 加阻垢剂
H++CaCO3 ←→Ca2++HCO3
➢ 树脂软化
➢ 石灰软化 Ca(HCO3)2+Ca(OH)2 ←→2CaCO3+2H2O
污堵
【污堵】定义为有机物和胶体在膜面上的沉积。
胶体和颗粒污堵可严重地影响反渗透及纳滤元件的性能，如大幅 度降低产水量，有时也会降低系统脱盐率，胶体和颗粒污染的初期 症状是系统压差的增加。