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水处理设备介绍

文章来源:东北亚水网 作者:水处理设备维修 时间:2012-10-22 14:10:48

  水处理设备介绍

  水处理是指通过一系列水处理设备将被污染的工业废水或者其他类型的原水进行净化处理,以达到国家规定的水质标准。由于社会生产、生活与水密切相关,因此,水处理领域涉及的应用范围十分广泛,构成了一个庞大的产业应用。水处理是通过物理的、化学的手段,去除水中一些对生产、生活不需要的物质的过程。

  常说的水处理包括污水处理和纯水处理两种。本文仅对纯水处理中的各种水处理设备做详细的介绍。

  一、预处理部分:

  1.介质过滤器

  1.1 简介

  介质过滤器是利用一种或几种过滤介质,在一定是压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒状材料,从而有效的除去悬浮杂质使水澄清的过程,常用的滤料有石英砂,无烟煤,锰砂等,主要用于水处理除浊,软化水、除盐水的前级预处理等,出水浊度可以达到3NTU 以下。介质过滤器主要由过滤器体、配套管线和阀门构成。其中过滤器体主要包括以下组件:过滤器本体,布水组件,支撑组件,反洗气管,滤料,排气阀等。

  1.2 工作原理

  1.2.1 过滤过程

  当系统处于过滤状态时,未经过滤的水通过三层布水器,配合特殊设计的外壳,以接近平流的状态到达过滤器内的填料层。当水流过填料层时,杂质被截留在填料层内。过滤器底部蘑菇状的过滤集水器,将过滤后的水均匀地收集并流出。平流过滤,决定过滤器可以在高的流速下过滤,仍可达到较好的过滤效果。

  1.2.2 反洗过程

  随着杂质在填料中的不断聚积,水头损失将不断增大。当水头损失到达一定的设定限度时,或者经过一个预先设定好的时间段后,系统将自动转换至反洗状态,以清洗聚积起来的杂质。对系统来说,经常性的反洗以清除聚积起来的杂质是必须的。当系统处于反洗状态时,某个过滤器会将干净的、经过过滤的水通过一个三通反洗阀同时逆流入这个过滤器中。在这个逆流过程中,被反洗的过滤单元的填料层在水流的冲击下被冲起,杂质则通过一个三通的反洗口被排出。

  1.3 常见的介质过滤器

  1.3.1 多介质过滤器

  在水处理上使用的多介质过滤器,常见的有:无烟煤-石英砂-磁铁矿过滤器,活性炭-石英砂-磁铁矿过滤器,活性炭-石英砂过滤器等。

  滤层设计主要考虑因素:

  (1)不同滤料具有较大的密度差,保证反洗扰动后不会发生混层现象;

  (2)根据原水水质及产水用途选择滤料;

  (3)粒径要求下层滤料粒径小于上层滤料粒径,以保证下层滤料的有效性和充分利用。

  1.3.2 活性炭过滤器

  滤料为活性炭,用于去除色、味、余氯和有机物,其重要作用方式是吸附。活性炭是一种人工合成的吸附剂,由于其具有发达的细孔结构和巨大的比表面积,因此对水中的溶解性有机物,如苯类、酚类化合物等具有很强的吸附能力,而且对于用生物法和化学法很难去除的有机污染物,如色度、异臭、表面活性剂、合成洗涤剂和染料等都有较好的去除效果。颗粒活性炭对水中的Ag+、Cd2+、Cr2+、CrO42-等离子去除率达85%以上。通过活性炭滤床后,水中悬固小于0.1mg/L,COD 去除率一般为40%-50%,游离氯小于0.1mg/L。

  1.3.3 铁锰过滤器

  装填精制锰砂和石英砂二元滤料,用于去除水中铁、锰。一般只在含铁锰原水的预处理中使用。

  介质过滤器外观:

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  2.叠片式过滤器

  2.1 简介

  结构紧凑,占地面积小,过滤精度高,操作方便,目前超滤大型应用最多的前处理,已经逐步取代了多介质过滤器。

  2.2 工作原理

  薄薄的特定颜色的塑料叠片两边刻有大量一定微米尺寸的沟槽。一迭同种模式的叠片压在特别设计的内撑上。通弹簧和液体压力压紧时,叠片之间的沟槽交叉,从而制造出拥有一系列独特过滤通道的深层过滤单元,这个过滤单元装在一个超强性能工程塑料滤筒中形成过滤器。

  在过滤时,过滤叠片通过弹簧和流体压力压紧,压差越大,压紧力越强。保证了自锁性高效过滤。液体由叠片外缘通过沟槽流向叠片内缘,经过18-32 个过滤点,从而形成独特的深层过滤。过滤结束后通过手工或自动反冲洗。

  叠片过滤器的优点:

  􀂋 稳定的过滤效果

  􀂋 深层过滤,杰出的拦污能力

  􀂋 操作简单,维护方便

  􀂋 系统运行成本低,性能可靠,寿命可长达10 年以上

  3.精滤器

  3.1 简介

  精密过滤器也称滤芯过滤器或保安过滤器,主要去除水中细微颗粒。滤芯多半是聚丙烯熔喷纤维或是线绕的PP 棉,适用于小型的超滤装置,公称精度有1-100 微米之间。一般采用100 微米居多。

  3.2 工作原理(以PCF 孔隙调节型纤维过滤器为例)

  在过滤过程中对纤维丝施以回转机具压榨,使其纤维丝纵向之间孔隙变小,水中的悬浮物均被挡住留在纤维丝外,过滤后得到清洁的处理水。当过滤器内被截留的悬浮污物(杂质)增多,处理水量下降,压力达到设定值时,自动进入反冲洗过程;

  反洗时让过滤器的压榨机具放松,使过滤纤维的孔隙在舒张的状态下,用压缩空气和处理水反冲洗,将污物通过排放管排除,然后又自动进入过滤程序,从而实现去污存清的原理。

  原理示意图如下:

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  性能特点:

  1.过滤精度高,滤芯孔径均匀;

  2.过滤阻力小、通量大、截污能力强、使用寿命长;

  3.滤芯材料洁净度高,对过滤介质无污染;

  4.耐酸、碱等化学溶剂;

  5.强度大、耐高温,滤芯不易变形;

  6.价格低廉,运行费用低,易于清洗,滤芯可更换。

  4.超滤(UF)

  4.1 简介

  超滤:是以压力为推动力,利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。其分子切割量(CWCO)一般为6000 到50 万,孔径为100nm(纳米)。

  4.2 超滤的基本原理

  在一定的压力下,当原液流过膜表面时,超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液,而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧,成为浓缩液,因而实现对原液的的净化、分离和浓缩的目的。参见图一。

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  4.3 超滤的分类及特点

  分类主要对超滤膜的分类,主要分为卷式,板框式,管式和中空纤维式。其中,中空纤维式国内应用最为广泛的一种,其典型特点为没有膜的支撑物,是靠纤维管的本身强度来承受工作压压力的。又根据膜的致密层是在中空纤维的内表面或者外表面,可分为内压式和外压式。现在应用的大部分为内压式。主要优点为单位容积内装填的有有效膜面积大,且占地面积小。

  内压式中空纤维超滤膜的结构组件:

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  二、超纯水处理部分:

  5.反渗透(RO)

  5.1 简介

  反渗透是利用反渗透膜选择性的只能通过溶剂(通常是水)而截留离子物质的性质,以膜两侧静压差为推动力,克服溶剂渗透压,使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。

  5.2 分离机理

  反渗透膜的选择透过性与组分在膜中的溶解、吸附和扩散有关。因此除与膜孔的大小、结构有关外,还与膜的化学、物理性质有密切关系,即与组分和膜之间的相互作用密切相关。由此可见,反渗透分离过程中化学因素(膜及其表面特性)起主导作用。

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  5.3 反渗透的应用

  反渗透技术的大规模应用主要是苦咸水和海水淡,此外被大量用于纯水制备及生活用水处理以及难于用其他方法分离混合物。反渗透工业应用包括(1)海水脱盐;(2)饮用水生产;(3)纯水生产。

  6.阴、阳离子交换器

  6.1 简介

  交换器外观与多介质相似,内部一般采用衬胶防腐,填料为各种阴阳离子交换树脂,现多采用强碱性阴离子交换树脂与强酸性离子交换器。

  6.2 工作原理

  6.2.1 强酸阳离子交换树脂(001×7)工作原理

  当树脂与水接触时,水中的阳离子与树脂上的可交换离子H+发生交换作用,从而达到除去水中阳离子的目的,同时氢离子被交换下来。

  6.2.2 强碱阴离子交换树脂(201×7)工作原理

  当树脂与水接触时,水中的阴离子与树脂上的可交换离子OH-发生交换作用,从而达到除去水中阳离子的目的,同时氢氧根离子被交换下来。

  7.混合离子交换器

  7.1 简介

  适用于制取高纯水,一般设置于阴、阳离子交换器之后,也可设置在电渗析或反渗透之后串联使用。该设备可用于电子、医药、造纸、化工、原子能等工业和糖液、甘油、多乙醇等的提纯。

  7.2 工作原理

  混床是由阴阳交换树脂按照2:1 的比例充分混匀的情况下装入交换器中。从上面阴阳树脂的工作原理,我们可以看出水中的阴阳离子被吸附到树脂上,而交换下来H+和OH-发生化学反应,又重新生成水。这就是制取超纯水的工作原理。

  8.电混床(EDI)

  8.1 简介

  EDI,electrodeionization,意为“电去离子”,是一种不耗酸、碱而制取纯水的新技术,俗称“电混床”、“填充床电渗析”。它依靠电能,连续制取高/超纯水,无需消耗酸碱, 是替代传统混床的新一代绿色环保的深度脱盐技术。

  8.2 工作原理

  在EDI 设备中,进水中的各种离子通过树脂层交换后被脱除,水得到了纯化。此时是利用离子交换原理来脱除水中的离子。由于膜堆两边加有电压,水分子被电解为氢离子和氢氧根离子去持续再生树脂,同时,被氢离子和氢氧根离子交换下的离子在电流的作用下,被迁移至浓水室而排放,从而实现连续使用的目的。

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  8.3 EDI 与混床技术相比较的优点

  8.3.1 无害化学

  􀂾 用电连续再生,无需带腐蚀性的化学品。

  􀂾 如果前级RO 系统运作正常则极少需要清洗。如出现异常现象,EDI 的内部设计足以应付周期性的化学清洗。

  􀂾 EDI 不需要化学品再生装备如合金阀门、管道、水泵和化学药剂存储设备等的投资,节省了其安装、更新、维护的费用。

  8.3.2 连续再生

  􀂾 连续再生,不再需要备用的离子交换设备。每个模块都可以独立进行化学清洗,剩余的模块可以承担短期的高流量。

  8.3.3 启动/操作简单

  􀂾 不再需要繁琐的混床再生步骤。

  􀂾 EDI 设备阀门少,自动运行,操作简便。

  􀂾 操作只需简单的分析指导和控制。

  8.3.4 模块更换方便

  􀂾 模块的一般寿命高于3-5 年。

  􀂾 备用模块储存方便,更换EDI 模块简单、快捷。

  三、辅助设备:

  9.絮凝

  原水中存在尺寸小于5 微米的细小胶体离子(如胶体铁、胶体硅),并带有电荷互相排斥,很难沉淀或直接预过滤去除。为此,在预过滤前需加入絮凝剂,中和胶体悬浮物电性,使分散的胶体粒子凝结成大的团子以去除。常用的絮凝剂有三氯化铁、硫酸铝、明矾等,使用三氯化铁时,pH=6-8.4 为宜,硫酸铝=5-7.5为宜。为了提高絮凝效果,可添加少量高分子助凝剂,如聚丙烯酰胺。

  10.脱碳器

  10.1 简介

  本装置是一种鼓风式的常压钢制结构设备。一般设置在阳离子交换器或者反渗透的后面,用空气排除酸性水中分解出来的游离CO2。

  10.2 工作原理

  酸性水自设备上部引入,经机械喷淋后,流过表面积大的填料层,空气自下部逆向上穿过填充物层,将水中游离CO2 迅速析出并与空气混合,由顶部排出。一般情况下,水经本装置后残留CO2 不会超过5mg/L。

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