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三滴水水處理科技有限公司
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石英砂過濾是去除水中懸浮物效手段之一，它是利用石英砂作為過濾介質。該濾料具有強度高，壽命長，處理流量大，出水水質穩定可靠的顯著優點，石英砂的功能主要是去除水中懸浮物、膠體、泥沙、鐵銹。采用水泵加壓，使原水通過過濾介質，去除水中的懸浮物，從而達到過濾的目的。
采用砂濾器+活性炭過濾器+一級反滲透+混床的工藝流程制備工業用純水，是一套既簡潔又實用的工藝，為加強對現有裝置的了解，我們編制了這套培訓資料，由于時間倉促和編者水平有限，文中難免有不足甚至錯誤之處，歡迎讀者批評指正。
一：石英砂過濾器
1、原理及作用
石英砂過濾是去除水中懸浮物效手段之一，它是利用石英砂作為過濾介質。該濾料具有強度高，壽命長，處理流量大，出水水質穩定可靠的顯著優點，石英砂的功能主要是去除水中懸浮物、膠體、泥沙、鐵銹。采用水泵加壓，使原水通過過濾介質，去除水中的懸浮物，從而達到過濾的目的。
懸浮物、膠體、顆粒污堵可嚴重影響反滲透的性能，如大幅度降低產水量；石英砂過濾器能有效的去除原水中的懸浮物、膠體、顆粒，當水流流過過濾介質的床層時，顆粒、懸浮物、膠體會附著在過濾介質的表面而截流下來，當反沖洗時又可以把這些截流下來的污染物排放出來；通常經過介質過濾器處理就可以達到SDI15≤5。
2、過濾器沖洗
2.1 沖洗的目的和方式
沖洗的目的是清除濾層中所截留的污物，使濾池恢復過濾能力。沖洗方法有以下幾種：
（1） 高速水流反沖洗
（2） 氣、水反沖洗；
（3） 表面助沖加高速水流反沖洗。
2.2 沖洗強度、濾層膨脹度和沖洗時間
2.2.1沖洗強度：水溫為20℃時，石英砂過濾器的沖洗強度一般為12~15L/s.㎡，水溫每增減1℃，沖洗強度相應增減1%。
2.2.2濾層膨脹度：
反沖洗時，濾層膨脹后所增加的厚度與膨脹前厚度之比，稱濾層膨脹度。石英砂過濾器的膨脹度一般為45%。
2.2.3沖洗時間
當沖洗強度或濾層膨脹度符合要求但沖洗時間不足時，也不能充分地清洗掉包裹在濾料表面上的污泥，同時，沖洗廢水也排除不盡而導致污泥重返濾層。如此長期下去，濾層表面將形成泥膜。因此，必要的沖洗時間要保證，根據經驗，石英砂過濾器的沖洗時間一般為5～7分鐘，但在生產實際操作中要根據廢水的具體情況而定，以沖洗干凈為原則。
二：活性炭過濾器
1、原理及作用
活性炭內孔表面積大，非常有利于進一步吸附中、小分子的有機物，一般用于吸附原水中的有機物、部分色素和有害物質，降低化學耗氧量COD。活性炭被廣泛應用于生活用水及食品工業、化工等工業用水的凈化，由于活性炭的比表面積很大，其表面又布滿了平均為20—30埃的微孔，因此，活性炭具有很高的吸附能力。此外，活性炭的表面有大量的羥基和羧基等官能團，可以對各種性質的有機物質進行化學吸附，以及靜電引力作用，因此，活性炭還能去除水中腐殖酸、富維酸、木質磺酸等有機物質，還可去除象余氯一類對反滲透膜有害的物質，防止反滲透膜被氧化。通常能夠去除63%～86%膠體物質，50%左右的鐵，以及47～60%的有機物質。
2、活性碳過濾器沖洗
2.1 沖洗的目的和方式
沖洗的目的是清除濾層中所截留的污物，使濾池恢復過濾能力。沖洗方法有以下幾種：
（4） 高速水流反沖洗
（5） 氣、水反沖洗；
（6） 表面助沖加高速水流反沖洗。
2.2 沖洗強度、濾層膨脹度和沖洗時間
2.2.1沖洗強度：水溫為20℃時，活性炭過濾器的沖洗強度一般為13～16L/s.㎡，水溫每增減1℃，沖洗強度相應增減1%。由于活性炭的密度小，沖洗時要特別注意控制沖洗強度，防止因沖洗強度過大而把濾料帶出系統，同時也要防止因沖洗強度不夠而導致沖洗不干凈，時間一長，容易造成濾層形成泥膜，嚴重時將造成濾層辦結，從而影響到過濾效果。
2.2.2濾層膨脹度：
活性碳過濾器的膨脹度一般為50%。
2.2.3沖洗時間
活性炭過濾器的沖洗時間一般為6～8分鐘，但在生產實際操作中要根據廢水的具體情況而定，以沖洗干凈為原則。
三：一級反滲透
1、 原理
當純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水側的水會自發地通過半透膜流入鹽水一側，這種現象稱為滲透，若在膜的鹽水側施加壓力，那么水的自發流動將受到抑制而減慢，當施加的壓力達到某一數值時，水通過膜的凈流量等于零，這個壓力稱為滲透壓力，當施加在膜鹽水側的壓力大于滲透壓力時，水的流向就會逆轉，此時，鹽水中的水將流入純水側，上述現象就是水的反滲透（RO）處理的基本原理。
2、特點
2.1 反滲透膜能很好地脫除離子和有機物，反滲透比納濾膜有更高的脫除率，能脫除99%的鹽分和有機物。
2.2 反滲透膜能脫除99.9%的微生物。
2.3 反滲透膜元件使用壽命長，一般在3年以上。
2.4 反滲透膜能分離溶解性的鹽等無機分子和分力量大于100的 有機物。
2.5 通過使用專用的清洗劑能很好地解決污染和堵塞問題。
2.6 清洗間隔長；當SDI＜5時，一般一年清洗4次即可，但SDI≥5時，清洗次數要翻倍。
3、設備的使用條件
3.1 為保護設備正常運行，設備的進水應滿足如下要求：
a) 淤塞指數SDl15＜5；
b) 游離余氯：聚酰胺復合膜＜0.1 mg/L；乙酸纖維素膜0.2 mg/L～1.0 mg/L；
c) 濁度＜1.0 NTU；
d) 根據原水水質，正確設計預處理工藝，選用符合國家及行業標準的預處理設備、管路和閥門，原水水質指標的測定按照相應的國家標準和行業標準進行；
e) 根據反滲透膜元件要求合理控制進水的pH值、鐵離子、微生物、難溶鹽等參數；
3.2 操作溫度、操作壓力：
a) 操作溫度：溫度為影響產水量的主要指標，通常復合膜適用4℃～45℃；乙酸纖維素膜適用4℃～35℃。
b) 操作壓力：根據工藝要求，操作壓力一般不大于3.5MPa。
4、試運行
本運行試驗適用于卷式膜。
4.1按照設備安裝圖、工藝圖、電器原理圖、接線圖，對設備系統進行全面檢查，確認其安裝正確無誤，在微濾濾芯未放入保安濾器內，反滲透膜未放入膜殼內的情況下，打開電源開
關，啟動供水泵，對反滲透系統進行循環沖洗，檢查系統滲漏情況，壓力表及其他儀表工作情況和電氣安全及接地保護是否有效，沖洗直至清潔為止。將微濾濾芯放入保安過濾器的外殼內沖洗干凈，然后將反滲透膜元件裝入膜殼內。
4.2 運行試驗
設備經試運行之后，開啟總電源開關，將運行開關旋鈕置于開啟位置。反滲透裝置開始運行，根據運行情況，供水泵開始運轉，高壓泵按控制時間啟動，系統開始升壓產水，調整系統調節閥，達到設計參數，設備運行試驗一般不少于8h，運行期間檢查供水泵、高壓泵運轉是否平穩，產水與排濃縮水情況是否正常，自動控制是否靈敏，電氣是否安全，自動保護是否可靠。按規定檢查滲透水的電導率，確定設備脫鹽率、原水回收率是否達到要求。
為保證液壓試驗、運行試驗的準確性，允許此兩項試驗在施工現場進行。
4.3設備保養：
4.3.1定期采水樣化驗（設備以市政自來水為原水為例）砂濾器：化驗出水濁度≤5NTU 碳濾器：化驗出水余氯含量＜0.1PPM 軟水器：化驗硬度＜30mg/L 保安過濾器：化驗SDI＜5 反滲透：化驗進水、純水、濃水的微生物含量
4.3.2定期記錄設備各運行參數各環節各時期化驗結果
砂濾、碳濾、軟化、保安過濾進出口、泵前泵后、一段、二段等壓力原水、純水各時期的電導在相同的壓力情況下，純水與濃水的流量、純水的電導
4.3.3記錄每次維修結果材料更換的時間與數量根據運行參數，對膜進行清洗的時間與結果
5、延長反滲透膜使用壽命的方法
5.1防止膜性能的損壞
新的反滲透膜元件通常浸潤1％NaHSO3和18%的甘油水溶液后貯存在密封的塑料袋中。在塑料袋不破的情況下,貯存1年左右,也不會影響其壽命和性能。當塑料袋開口后,應盡快使用,以免因NaHSO3在空氣中氧化,對元件產生不良影響。因此膜應盡量在使用前開封。
設備試機完后,我們采用過兩種方法保護膜。設備試機運行兩天(15～24h),然后采用2的*保養;或運行2～6h后,用1％的NaHSO3的水溶液進行保養(應排盡設備管路中的空氣,保證設備不漏,關閉所有的進出口閥)。兩種方法均可得到滿意的效果。種方法成本高些,在閑置時間長時使用,第二種方法在閑置時間較短時使用。
5.2設備的操作不當引起膜性能的損壞：
5.2.1設備中有殘余氣體在高壓下運行,形成氣錘會損壞膜
常有兩種情況發生:
A、設備排空后,重新運行時,氣體沒有排盡就快速升壓運行。應在2～4bar的壓力下將余下的空氣排盡后,再逐步升壓運行。
B、在預處理設備與高壓泵之間的接頭密封不好或漏水時(尤其是微濾器及其后的管路漏水)當預處理供水不很足時,如微濾發生堵塞,在密封不好的地方由于真空會吸進部分空氣。應清洗或更換微濾器,保證管路不漏。總之,應在流量計中沒有氣泡的情況下逐步升壓運行,運行中發現氣泡應逐漸降壓檢查原因。
5.2.2關機時的方法不正確
A、關機時快速降壓沒有進行*沖洗。由于膜濃水側的無機鹽的濃度高于原水,易結垢而污染膜。
B、用投加化學試劑的預處理水沖洗。因含化學試劑的水在設備停運期間可能引起膜污染。
在準備關機時,應停止投加化學試劑,逐步降壓至3bar左右用預處理好的水沖洗10min,直至濃縮水的TDS與原水的TDS很接近為止。
5.2.3消毒和保養不力導致微生物的污染
這是復合聚酰胺膜使用中普遍存在的問題,因為聚酰胺膜耐余氯性差,在使用中沒有正確投加氯等消毒劑,加上用戶對微生物的預防重視不夠,容易導致微生物的污染。目前許多廠家生產的純水微生物超標,就是消毒、保養不力造成的。
主要表現為:出廠時,RO設備沒有采用消毒液保養;設備安裝好后沒有對整個管路和預處理設備消毒;間斷運行不采取消毒和保養措施;沒有定期對預處理設備和反滲透設備消毒;保養液失效或濃度不夠。
5.2.4余氯監測不力
如投加NaHSO3的泵失靈或藥液失效,或活性炭飽和時因余氯損壞膜。
5.3清洗不及時與清洗方法不正確導致的膜性能的損壞
設備在使用過程中,除了性能的正常衰減外,由于污染而引起設備性能的衰減更為嚴重。通常的污染主要有化學垢,有機物及膠體污染,微生物污染等。不同的污染表現出的癥狀是不同的。不同的膜公司所提出的膜污染的癥狀也是有一定的差異,如表1所示。
在工程中我們發現,污染時間的長短不一樣,其癥狀也不一樣。如:膜發生碳酸鈣垢污染,污染時間為一個星期時,主要表現為脫鹽率的迅速下降,壓差緩慢增大,而產水量變化不明顯,用檸檬酸清洗能*恢復性能。污染時間為一年(某純水機),鹽通量由最初的2mg/L上升為37mg/L(原水為140mg/L～160mg/L),產水量由230L/h下降為50L/h,用檸檬酸清洗后,鹽通量降為7mg/L,產水量上升至210L/h。
再者污染往往不是單一的,其表現的癥狀也有一定的差別,使得污染的鑒別更困難。
鑒別污染類型要綜合原水水質,設計參數,污染指數,運行記錄,設備性能變化及微生物指標等加以判斷:
(1)膠體污染:發生膠體污染時,通常伴隨著以下兩個特性:
A、前處理中微濾器堵塞得很快,尤其是壓差增大很快；
B、SDI值通常在2.5以上。
(2)微生物污染:發生微生物污染時,RO設備的透過水和濃縮水中的細菌總數都比較高,平時一定沒有按要求進行保養和消毒。
(3)鈣垢:可依據原水水質及設計參數進行判斷。對碳酸鹽型水而言,如果回收率為75%時,設計時投加了阻垢劑,濃縮液的LSI應小于1;不投加阻垢劑時濃縮液的LSI應小于零,一般不會產生鈣垢。
(4)可用1/4英寸的PVC塑料管插入組件中測試組件不同部位的性能變化進行判斷。
(5)根據設備性能的變化判斷污染的類型。
(6)可用酸洗(如檸檬酸、稀HNO3),根據清洗的效果和清洗液判斷鈣垢,通過清洗液成分分析進一步證實。
(7)對清洗液進行化學分析:取原水、清洗原液、清洗液,三個樣分析。
在確定了污染的類型后,可按表1中的方法清洗,然后消毒使用。在不能確定污染的類型時,通常采用清洗(3)+消毒+0.1％HCl(PH為3)的步驟清洗。
采用清洗液(1)+清洗液(3)+消毒的步驟效果亦很好。
6、反滲透膜的化學清洗
6.1、清洗的目的：
恢復半透膜良好的透水性和除鹽能力，保護膜的性能，延長膜的使用壽命。
6.2、清洗的條件：（在同一種原水下）
⑴標準透水率下降10％～15％；
⑵標準系統壓差增加10％～15％；
⑶脫鹽率下降1％～2％
6.3、清洗方式：
A、在線清洗；
B、離線清洗。
所謂在線清洗，即是利用清洗設備對整個RO系統內的膜元件進行整個清洗。
所謂離線清洗，即是將每一支膜取出分別進行清洗。
在線清洗的優點是操作簡單、用時短，缺點是清洗不*。
離線清洗的優點是清洗*，缺點是用時長，操作復雜。
具體使用哪種清洗方式，廠家可根據實際情況而定。
我們曾對泰山城建熱電有限公司的兩套RO半透膜分別進行過離線清洗和多次的在線清洗。
在這里主要介紹一下在線加熱清洗這種方式。根據我們的經驗和技術數據統計發現：在線加熱清洗即可達到離線清洗的效果，又避免了離線清洗的繁瑣，具有一定的實際意義和可操作性。
具體方法簡單介紹如下：
將RO內的水放干凈后，引用鍋爐給水（溫度較高）配好清洗溶液，使溶液水溫控制在30°左右，也可以用加熱器對清洗液進行加熱。*行酸洗，清洗循環水溫不超過30°一般在28°左右，循環20分鐘，沖洗干凈后再配置堿洗溶液，溫度控制在26±1°，進行循環，時間40分鐘。根據清洗回水的水質情況決定是否重新清洗，最后再進行一次酸洗，整個清洗過程結束。
2套125噸清洗前后數據對照表
（一）
（二）
從表中統計數據可看出：清洗后2套RO產水流量平均提高25T，壓差下降2kg，產水率提高7.5%，效果明顯。清洗過程中應注意的五點：
1、溫度的控制：酸洗：28～30°，堿洗:26～28°;
2、PH值的控制：PH 1.2 ～1.5，堿洗：PH 12
3、時間的控制：堿洗40分；酸洗：20分
4、清洗順序：酸洗→堿洗→酸洗
5、用此藥劑清洗主要針對鈣鎂水垢。清洗藥劑需根據原水水質及結垢情況配制。
6、以上操作可根據清洗效果重復進行。
（三）反滲透設備停運保養
生產中的反滲透每次啟停更換時都必需進行沖洗，其目的是沖去膜表面上的積鹽，尤其是停運時沖洗尤為重要；反滲透長期或短期停運必須采取必要的保養具體方法如下：
（1）、停運1～3天
每天定期對RO系統進行低壓（0.2KG～0.4KG）大流量沖洗，時間15分鐘，時間15分鐘。沖洗用除鹽水為好。
（2）、停運7天以上
先用除鹽水沖法，再用0.5％的亞硫酸氫鈉溶液進行浸泡，封存。
（3）、如系統停運10天以上，用0.5％的福爾馬林溶液封存，每30天更換一次。
四、混床
1 原理及作用
混合離子樹脂交換器是保證系統出水達標的關鍵設備，它以陰、陽離子同時裝填于交換器內，經N2或無油壓縮空氣將兩種樹脂均勻混合，混合的樹脂被看作是有無數“陰—陽”復床運行，因此具有體積小、出水水質優質等特點。混合離子交換器運行流速為20米/小時，內裝填均粒陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂。
2操作
2.1注意事項
2.1.1每班應每兩小時測量的出水情況，以保證混床出水在合格的范圍內，當發現不合格時應及時進行再生處理，同時啟動備用離子交換系統。
2.1.2混床的出水電導率應為≤1μs/cm，PH=5～7
3再生
混合床是一個交換柱內即有強酸性陽離子交換樹脂，同時也有強堿性陰離子交換樹脂，是在混合均勻的情況下使經過處理的水順流通過，而得到純度較高純水的方法。（樹脂在柱內的高度為交換柱的有效高度的2/3，在此2/3的樹脂層內，其中有1/3為強酸性陽離子交換樹脂在下部，強堿陰離子交換樹脂為2/3在上部。）陰陽樹脂的比例為2/1（體積比）。在陰陽樹脂交界處略向下一些有一進酸管，用以陽樹脂再生進酸時，控制酸的界面在陰陽樹脂截面處之下。
具體操作如下：
（1） 逆洗分層
水從底部進入，上口排出，樹脂均勻地松弛膨脹開來，可加大水流速以沖不出樹脂為原則，洗至出水清亮度。
反洗的目的為使陰陽樹脂分層，陽樹脂比重為1.23～1.28，而陰樹脂比重為1.06`1.11，兩種樹脂比重差別比較大，所以通過逆洗就很容易分層，通過逆洗也可排出一些雜質異物，保證下一周期的正常運行。逆洗畢，放水，放到樹脂層表面10厘米以上。
（2）強堿性陰離子交換樹脂再生
再生劑為5％的NaOH，用量為樹脂體積的3～5倍，從上口進入，控制一定流速，維持液面順流通過，通過陽樹脂而排出，再生時間不少于1小時。
（3）淋洗陰樹脂
當堿液淋洗完后，進行淋洗附在陰樹脂上的堿液，淋洗先用純水正淋洗，自上而下順流通過，慢速淋洗，大約10分鐘左右改為反洗，水通過陽樹脂（Na交換水）洗陰樹脂，可洗至pH=7～8。反洗時間約為20分鐘左右。淋洗完排水可排到陰陽樹脂交界處以下1-2厘米，準備陽樹脂再生。
（4）強酸性陽離子交換樹脂再生
再生劑為5％鹽酸，用酸量為陽樹脂體積的2～3倍。酸液從酸再生管加入，從下口排出。此法應嚴格控制酸的液面。始終在陰陽樹脂交界處（下一點），切不可上溢到陰樹脂曾，否則會使剛再生為OH型的陰樹脂變為Cl型而失效。維持一定流速，在半小時內流完。
（5）淋洗陽樹脂
仍從進酸管進水，控制液面在陰陽樹脂交界處，淋洗水量為陽樹脂體積的4～6倍，慢流速洗至pH=2～3。如測定酸度可控制在5毫克當量/升以下。如用純水淋洗可洗至pH=6～7。
（6）正洗
淋洗陽樹脂后可進行一次正洗，水從上口進入下口排出，洗水PH大約為8左右，即正洗5～10分鐘。正洗畢，排水，保持液面在樹脂層表面以上15厘米左右。
（7） 混合
混合的目的是使兩種樹脂充分混合均勻，混合的辦法有兩種，一是用壓縮空氣自底部進入，上口排出；二是用真空泵進行混合，自上口抽氣，打開下口閥門進氣，用空氣拌動陰陽樹脂達到充分混合的目的。
混合畢應立即排水（將樹脂表面15厘米以上的水層排掉），因為混合后兩種樹脂懸浮于水中，若任其自由落層，陽樹脂重陰樹脂輕，必然會出現再次分層的現象，所以采用立即排水的方法，借助排水向下的動力，迫使樹脂來不急分層而落層。水放至樹脂層表面時即可停止。
（8）運行、
以原水（或復床水或反滲透）緩慢的注入交換柱中，注滿后即可打開下口進行運行出水。數小時后再運行，出水水質將大為提高。
（9）新樹脂預處理方法：、
a) 工業性生產的離子交換樹脂出廠時難免有一些雜質，使用前應先用清水沖洗，洗至水質清亮為止。
b) 用4％HCl，4％NaOH交替處理，在酸堿之間用大量淋洗，如此反復處理三次。即：酸 水，堿 水，反復進行，每次酸堿用量為樹脂體積的2倍，在交換柱中動態進行。如在容器中處理應采用少量多次的方法。
c) 次處理，陽樹脂應用酸轉成H型，所用酸量加倍，水洗用純水；陰樹脂應用堿轉成OH型，所用堿量應加倍，水洗用純水。
d) 為醫藥食品等工業，處理前用乙醇浸泡，然后再用酸堿處理。
處理后的新樹脂經過一個周期運行后的次再生，酸堿用量應為正常用量的1.5～2倍。
4離子交換樹脂的存貯
離子交換樹脂應在下述形態下保存，陽樹脂鈉（Na）型,陰樹脂氯（Cl）型。
離子交換樹脂在存儲與運輸過程中應保持水份，防止脫水。脫水后的干樹脂不得直接進入水中，應*入濃度大于10％的食鹽溶液中，使其緩慢且充分膨脹后，方能逐漸用水稀釋。
離子交換樹脂存貯運輸過程中濕度不得超過40℃。以防止微生物繁殖，導致樹脂霉變。
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