水處理純水處理

1、1凈化水處理基礎培訓凈化水處理基礎培訓Don FlanaganGlobal Water Treatment EngineerEnergy & Facilities Engineering Beckett Ridge Technical Center - CETLCincinnati, Ohio 全球水處理工程師全球水處理工程師能源與設備工程能源與設備工程Beckett Ridge 技術中心技術中心 CETL辛辛那提，俄亥俄州辛辛那提，俄亥俄州2課程任務與目標課程任務與目標l任務任務u通過應用學習，實踐和教學的方法，培訓人員可獲取凈化水通過應用學習，實踐和教學的方法，培訓人員可獲取凈化水

2、處理的應用知識、性能標準、微生物相關知識以及操作成本處理的應用知識、性能標準、微生物相關知識以及操作成本及損失改進等方面的內容。及損失改進等方面的內容。l目標目標u通過應用學習，實踐和教學的原理，培訓人員將會成功完成通過應用學習，實踐和教學的原理，培訓人員將會成功完成資格考試資格考試l先決條件先決條件u對學習水處理知識有興趣對學習水處理知識有興趣3焦點焦點l功能功能 u設備的用途是什么？設備的用途是什么？l性能標準性能標準u我如何衡量設備的性能？我如何衡量設備的性能？l微生物風險微生物風險u與設備有關的微生物風險是什么？與設備有關的微生物風險是什么？l微生物控制微生物控制u我如何維持設備處于規(guī)

3、定的微生物限制標準？我如何維持設備處于規(guī)定的微生物限制標準？l操作成本操作成本 / 損耗改進損耗改進u與設備有關的損耗有哪些？與設備有關的損耗有哪些？4培訓大綱培訓大綱l水質量水質量l水雜質水雜質 l預處理預處理l凈化凈化l后處理后處理l儲存與分發(fā)儲存與分發(fā)l降低微生物風險的設計原理降低微生物風險的設計原理5水質量水質量6預處理預處理水循環(huán)水循環(huán)圖圖 1水循環(huán)系統(tǒng)水循環(huán)系統(tǒng)凝固降雨地表水流湖海洋蒸騰作用蒸發(fā)作用地下水流地下水水位滲透河川7預處理預處理引入水引入水地下水與地表水的一般對比地下水與地表水的一般對比8預處理預處理引入水引入水l雜質雜質u懸浮固體懸浮固體 ( 0.1 m)混濁度混濁度

4、(濁度計濁度單位濁度計濁度單位 - NTU)u膠狀微粒膠狀微粒 ( 0.01 m 及及 0.1 m)泥沙密度指數泥沙密度指數 (SDI)u有機物有機物 (從死亡植物和動物身上分解出來的碳基分子從死亡植物和動物身上分解出來的碳基分子)總有機碳量總有機碳量 (ppm 或或 ppb)u溶解固體溶解固體 ( =90 以達到降低細菌目的以達到降低細菌目的次氯酸鈉次氯酸鈉進水進水2 PPM氯監(jiān)視器氯監(jiān)視器T=45 分鐘分鐘19預處理預處理氯化處理罐氯化處理罐l次氯酸鈉次氯酸鈉 (NaOCl) 在水中溶解時，會形成次氯酸在水中溶解時，會形成次氯酸 (HOCl) 和次氯酸鹽離子和次氯酸鹽離子 (OCL-) ：

5、NaOCl + H2O NaOH + HOClHOCl H+ + OCL- (離解離解)l次氯酸離解為次氯酸離子的比率由次氯酸離解為次氯酸離子的比率由pH值決定，值決定，pH = 7.4 (以一半以一半 HOCL 和一半和一半 OCl- 存在存在)。在大約。在大約pH = 5時，幾乎全部為時，幾乎全部為 HOCl 。l次氯酸比次氯酸離子的氧化和消毒作用強次氯酸比次氯酸離子的氧化和消毒作用強100倍。倍。20管道系統(tǒng)設計管道系統(tǒng)設計l結構材料結構材料u有防護或者無防護的水有防護或者無防護的水u表面光潔表面光潔u化學和化學和/或熱兼容性或熱兼容性l流動狀況流動狀況u紊流或層流紊流或層流雷諾數雷諾數

6、 (NRe)“經驗法規(guī)經驗法規(guī)”l生物膜形成生物膜形成l可清潔，消毒和疏導性可清潔，消毒和疏導性21管道系統(tǒng)設計管道系統(tǒng)設計 結構材料結構材料l PVC (聚氯乙烯聚氯乙烯)u僅用于含氯（保護的）部分僅用于含氯（保護的）部分u不能用于熱衛(wèi)生處理不能用于熱衛(wèi)生處理u監(jiān)視氧化劑監(jiān)視氧化劑 與過乙酸作用釋放的熱量足夠引起變形和泄漏與過乙酸作用釋放的熱量足夠引起變形和泄漏l PVDF (聚二氯乙烯聚二氯乙烯)u通常使用在凈化步驟后的無氯部分通常使用在凈化步驟后的無氯部分u進行熱衛(wèi)生處理時必須做好膨脹預防措施進行熱衛(wèi)生處理時必須做好膨脹預防措施u需要需要 100% 支撐支撐u難找到有資格的安裝人員難找到

7、有資格的安裝人員l 不銹鋼不銹鋼u304 SS 用于預處理系統(tǒng)，用于預處理系統(tǒng)， 316L SS 用于凈化、儲存和用于凈化、儲存和分發(fā)系統(tǒng)分發(fā)系統(tǒng)u可進行熱衛(wèi)生處理可進行熱衛(wèi)生處理u氧化劑兼容氧化劑兼容 過乙酸、臭氧、過氧化氫過乙酸、臭氧、過氧化氫22管道系統(tǒng)設計管道系統(tǒng)設計 流動狀況流動狀況l雷諾數，雷諾數，NRe 是慣性力與粘性力的比值是慣性力與粘性力的比值NRe = DV/u此處此處 D = 管道直徑管道直徑 V = 流動平均速度流動平均速度 = 液體密度液體密度 = 液體黏度液體黏度uNRe 2,100 層流層流uNRe 2,100 4,000 轉換臨界轉換臨界uNRe 4,000 湍

8、流湍流l“經驗法則經驗法則 ” 在水系統(tǒng)中將生物膜形成降低到最小的速在水系統(tǒng)中將生物膜形成降低到最小的速度為度為u1-2 m/s23管道系統(tǒng)設計管道系統(tǒng)設計 流動狀況流動狀況24管道系統(tǒng)設計管道系統(tǒng)設計 流動狀況流動狀況25管道系統(tǒng)設計管道系統(tǒng)設計 生物膜生長生物膜生長l 生物膜的形成生物膜的形成u聯合聯合 浮游浮游u黏附黏附 座生座生u群體形成群體形成u生物膜形成生物膜形成26管道系統(tǒng)設計管道系統(tǒng)設計 生物膜生長生物膜生長27管道系統(tǒng)設計管道系統(tǒng)設計 生物膜的生長生物膜的生長l邊界層厚度邊界層厚度 對對 生物膜厚度生物膜厚度u流量決定邊界層厚度流量決定邊界層厚度u邊界層厚度影響生物膜層厚度邊

9、界層厚度影響生物膜層厚度高流率高流率 邊界層變薄邊界層變薄變薄的邊界層變薄的邊界層 生物膜厚度變薄生物膜厚度變薄增稠增稠 邊界層變薄邊界層變薄脫落脫落 邊界層變厚邊界層變厚28湍流湍流/生物膜去除生物膜去除 用錯名稱用錯名稱l 剪切力不足以去掉管道內壁附著的生物體。一個直徑為剪切力不足以去掉管道內壁附著的生物體。一個直徑為 1m的微的微粒，其粘性力與本身重量的比率超過粒，其粘性力與本身重量的比率超過106，因此，剪切力必須達到，因此，剪切力必須達到重力的幾千倍才能去掉附著物。重力的幾千倍才能去掉附著物。l .PWS DesignShear Force on a 1.doc29生物膜控制可選擇方

10、式生物膜控制可選擇方式30預處理預處理過濾過濾l多介質過濾器多介質過濾器l筒式過濾器筒式過濾器31預處理預處理多介質過濾器多介質過濾器l功能功能u去除懸浮粒子去除懸浮粒子 ( 10 m)u機械過濾器機械過濾器u頂部介質密度最低，底部介質密度最高頂部介質密度最低，底部介質密度最高l性能標準性能標準u泥沙密度指數泥沙密度指數 5 或者濁度或者濁度 0.3 NTUu差壓差壓l操作成本操作成本 / 改進損失改進損失u進入下水道的廢水進入下水道的廢水 （回洗）（回洗）32預處理預處理多介質過濾器多介質過濾器無煙煤或綠砂無煙煤或綠砂細砂細砂粗砂粗砂砂礫砂礫正常運作正常運作33預處理預處理多介質過濾器多介質

11、過濾器PIPIDP=P (進進) - P (出出)34預處理預處理多介質過濾器多介質過濾器回洗回洗至至 排水管排水管35預處理預處理多介質過濾器多介質過濾器l微生物污染微生物污染u介質上的生物膜介質上的生物膜u弱的氯劑量控制弱的氯劑量控制l微生物控制微生物控制u安裝在系統(tǒng)的有氯部分安裝在系統(tǒng)的有氯部分u使用高氯劑量進行清潔使用高氯劑量進行清潔 (100-300 ppm)36預處理預處理筒式過濾器筒式過濾器5 20 毫米毫米l 功能功能u去除懸浮粒子去除懸浮粒子 ( 5 - 20 m)u機械式過濾器機械式過濾器u深度或者表面過濾器深度或者表面過濾器 (折疊型折疊型)l 性能標準性能標準u泥沙密度

12、指數泥沙密度指數 5 或者或者 濁度濁度 0.3 NTUu差壓差壓l 操作成本操作成本 / 改進損失改進損失u過濾筒的更換過濾筒的更換根據更換成本，一般用于低流量應用中根據更換成本，一般用于低流量應用中37預處理預處理筒式過濾器筒式過濾器 5 20 毫米毫米深度型筒式過濾器里微纖維截深度型筒式過濾器里微纖維截留的粒子留的粒子折疊型筒式過濾器折疊型筒式過濾器38預處理預處理筒式過濾器筒式過濾器 5 20 毫米毫米l微生物污染微生物污染u介質上的生物膜介質上的生物膜u弱的氯劑量控制弱的氯劑量控制l微生物控制微生物控制u安裝在系統(tǒng)的有氯部分安裝在系統(tǒng)的有氯部分u使用高氯劑量進行消毒使用高氯劑量進行消

13、毒 (100-300 ppm) u更換過濾筒更換過濾筒39預處理預處理降低硬度降低硬度 / 水垢控制水垢控制l水軟化劑水軟化劑l抗水垢劑抗水垢劑l注入酸液注入酸液 / 脫氣作用脫氣作用40預處理預處理水軟化劑水軟化劑l功能功能u去除水中的硬離子去除水中的硬離子鋁離子與鎂離子鋁離子與鎂離子l強酸陽離子交換樹脂強酸陽離子交換樹脂u鈉形式鈉形式l通常在系統(tǒng)的含氯部分通常在系統(tǒng)的含氯部分u離子交換樹脂上的氯副作用離子交換樹脂上的氯副作用減少樹脂使用壽命減少樹脂使用壽命l性能標準性能標準u低硬度低硬度 ( 5 ppm as CaCO3) 到無硬度到無硬度41預處理預處理水軟化劑水軟化劑Na+Na+Na+

14、Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+離子交換樹脂粒子離子交換樹脂粒子(鈉形式鈉形式, Na+)42預處理預處理水軟化劑水軟化劑 樹脂樹脂硫化SAC樹脂的化學結構43預處理預處理水軟化劑水軟化劑 樹脂樹脂凝膠類樹脂凝膠類樹脂大孔隙類樹脂大孔隙類樹脂44預處理預處理水軟化劑水軟化劑Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+硬度硬度 (Ca+, Mg+),及其它溶解固體的水進入軟化器及其它溶解固體的水進入軟化器Ca2+Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+Ca2+Ca2+Ca2+離子交換離子交換 / 進行軟化處理進行軟化處理Mg2+Ca2+Mg2+C

15、a2+樹脂軟化能力用盡樹脂軟化能力用盡1.2.3.Cl-Cl-Cl-Cl-CO3(2-)CO3(2-)CO3(2-)CO3(2-)軟化后的水軟化后的水Ca2+Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+Ca2+Ca2+Ca2+Mg2+Ca2+Cl-Cl-CO3(2-)CO3(2-)Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+CO3(2-)CO3(2-)Cl-Cl-Cl-45預處理預處理水軟化劑水軟化劑4.Na+Na+Na+Na+Mg2+Ca2+Mg2+用鹽水用鹽水(NaCl) 使樹脂再生使樹脂再生鹽水溶液鹽水溶液軟化能力用盡的樹脂軟化能力用盡的樹脂再生的樹脂再生的樹脂Na+Na+Na+Na+C

16、a2+廢水廢水Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Ca2+Mg2+Mg2+Ca2+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-46預處理預處理水軟化器水軟化器l微生物污染微生物污染u鹽水溶液鹽水溶液u脫氯前脫氯前弱氯劑量控制弱氯劑量控制u脫氯后脫氯后從上游設備攜帶來的細菌細胞從上游設備攜帶來的細菌細胞l微生物控制微生物控制u在再生時引入氯在再生時引入氯 (100 ppm)u再生，氯化，再生再生，氯化，再生l操作成本操作成本 / 損失改進損失改進u用于再生的鹽用于再生的鹽u排放的廢水排放的廢水 (回洗，慢速沖刷，快速沖刷回洗，慢速沖刷，快速沖刷)47預處理預處理

17、注入抗垢劑注入抗垢劑l 功能功能u抑制抑制RO薄膜上形成水垢薄膜上形成水垢u提高除垢能力提高除垢能力u阻礙結晶和歪曲晶體生長阻礙結晶和歪曲晶體生長u輕微提高再生水平，超出水垢形成成分的溶解界限輕微提高再生水平，超出水垢形成成分的溶解界限l 性能標準性能標準uRO % 恢復率恢復率, P, 流率流率l 微生物污染微生物污染u延長的添加頻率延長的添加頻率l 微生物控制微生物控制u添加頻率添加頻率 依賴于所使用的抗垢劑依賴于所使用的抗垢劑l 操作成本操作成本 / 損失改進損失改進u抗垢劑化學品成本抗垢劑化學品成本u沖洗用水沖洗用水48CO3CO3CO3CO3CaCO3CaCaCaCaCa預處理預處理

18、注入抗垢劑注入抗垢劑CO3晶體晶格晶體晶格49預處理預處理注入抗垢劑注入抗垢劑CO3CO3CO3CaCO3CaCaCaCaCO3CaCO3晶體生長被封鎖晶體生長被封鎖50預處理預處理注入抗垢劑注入抗垢劑CO3CO3CO3CaCO3CaCaCaCaCaCO3晶體生長被歪曲晶體生長被歪曲51預處理預處理注入抗垢劑注入抗垢劑-粒子散布方式，類似充電粒子散布方式，類似充電52預處理預處理注入鹽酸注入鹽酸/除氣作用除氣作用l功能功能u進入進入 RO 薄膜前調整水的薄膜前調整水的 pH 值約等于值約等于 5-6u將碳酸鹽及碳酸氫鹽轉為二氧化碳而改變堿度將碳酸鹽及碳酸氫鹽轉為二氧化碳而改變堿度l性能標準性能

19、標準upH 5-6l操作成本操作成本 / 損失改進損失改進uHCl 化學品成本化學品成本53預處理預處理注入鹽酸注入鹽酸/除氣作用除氣作用54預處理預處理注入鹽酸注入鹽酸/除氣器除氣器l功能功能u從水中去掉二氧化碳從水中去掉二氧化碳 (CO2)l反相流操作反相流操作u水進入容器頂部并落下到包裝容器水進入容器頂部并落下到包裝容器u經過過濾的空氣從底部進入，將二氧化碳從水中引出來經過過濾的空氣從底部進入，將二氧化碳從水中引出來過濾空氣可防止細菌進入水系統(tǒng)過濾空氣可防止細菌進入水系統(tǒng)l性能標準性能標準upH 值應提高值應提高u隨著隨著 CO2 的排除，傳導性可能會降低的排除，傳導性可能會降低l操作成

20、本操作成本 / 損失改進損失改進u空氣過濾器更換空氣過濾器更換u鼓風電氣設備及用電鼓風電氣設備及用電55凈化凈化: 反滲透（反滲透（RO）除氣器除氣器空氣過濾器空氣過濾器鼓風機鼓風機空氣空氣 + CO2排氣口排氣口水水空氣空氣 帶帶 CO2 的水的水不帶不帶 CO2 的水的水56預處理預處理脫氯脫氯: 碳過濾器碳過濾器l功能功能u從水中脫氯從水中脫氯u有機吸收揮發(fā)物來降低有機吸收揮發(fā)物來降低TOC (30 70 %)l機制機制u吸收氧化劑（氯）及有機分子吸收氧化劑（氯）及有機分子l微生物污染微生物污染u從上游設備攜帶來的細菌細胞從上游設備攜帶來的細菌細胞u在碳床前幾英寸位置脫氯在碳床前幾英寸位

21、置脫氯l微生物控制微生物控制u蒸汽或者熱水蒸汽或者熱水 這是唯一可行的清潔方法這是唯一可行的清潔方法l操作成本操作成本 / 損失改進損失改進u排放的廢水（回洗）排放的廢水（回洗）u清潔用的蒸汽清潔用的蒸汽u更換碳（更換碳（1次次/半年）半年）57預處理預處理脫氯脫氯: 碳過濾器碳過濾器58預處理預處理脫氯脫氯: 碳過濾器碳過濾器HOCl + C*C*O + H+ + Cl-次氯酸與活性碳的反應方程式：次氯酸與活性碳的反應方程式：OCl- + C*C*O + Cl-次氯酸離子與活性碳的反應方程式：次氯酸離子與活性碳的反應方程式：當游離的氯成分被吸入碳塊時，會隨之與碳進行化學反應，當游離的氯成分被

22、吸入碳塊時，會隨之與碳進行化學反應， 形成氧化物并殘留在表形成氧化物并殘留在表面。作用點就被氧化不能再用，除非碳塊被再活化，其表面的氧化物被釋放為面。作用點就被氧化不能再用，除非碳塊被再活化，其表面的氧化物被釋放為 CO 或或者者 CO2 氣體。氣體。將碳塊放置于高溫和高壓下，就可以實現再活化。將碳塊放置于高溫和高壓下，就可以實現再活化。59預處理預處理脫氯：焦亞硫酸氫鈉脫氯：焦亞硫酸氫鈉l功能功能u從水中脫氯從水中脫氯l添加焦亞硫酸氫鈉添加焦亞硫酸氫鈉u與氧化劑（氯）進行化學反應與氧化劑（氯）進行化學反應l微生物污染微生物污染u2-3% 濃度濃度u過大的添加頻率過大的添加頻率l微生物控制微生

23、物控制u10% 濃度濃度u采用一個星期添加的頻率采用一個星期添加的頻率l操作成本操作成本 / 損失改進損失改進u焦亞硫酸氫鈉化學品成本焦亞硫酸氫鈉化學品成本60預處理預處理脫氯：焦亞硫酸氫鈉脫氯：焦亞硫酸氫鈉亞硫酸氫鈉亞硫酸氫鈉:Na+ + H+ + SO32-NaHSO3焦亞硫酸氫鈉焦亞硫酸氫鈉:Na2S2O5 + H2O2NaHSO32Na+ + 2H+ +2SO32-次氯酸與亞硫酸離子的反應：次氯酸與亞硫酸離子的反應：SO32- + HOClSO42- + H+ + Cl-SO32- + OCl-SO42- + Cl-次氯酸離子與亞硫酸離子的反應：次氯酸離子與亞硫酸離子的反應：61預處理

24、預處理脫氯：紫外光脫氯：紫外光 （UV）l功能功能u將游離氯分離為氯化物離子和將游離氯分離為氯化物離子和/或鹽酸或鹽酸u間接利益：高效降低微生物含量間接利益：高效降低微生物含量u185 nm 波長波長u劑量劑量 300-1,800M W-s/cm2 (10-60 x 消毒劑量消毒劑量)l使用紫外光的有利位置使用紫外光的有利位置u后過濾階段，在后過濾階段，在RO或或DI床入口前床入口前l(fā)性能標準性能標準u游離氯破壞率游離氯破壞率 (高達高達 99%) ，游離氯的殘留濃度，游離氯的殘留濃度 0.1 ppmu微生物含量降低微生物含量降低62預處理預處理脫氯：紫外光脫氯：紫外光 （UV）l微生物風險微

25、生物風險uUV 燈失效燈失效u石英套管會形成水垢石英套管會形成水垢/生物膜生物膜l微生物控制微生物控制u替換失效的替換失效的 UV 燈燈u清潔清潔 UV 燈外殼和石英套管燈外殼和石英套管l操作成本操作成本 / 損失控制損失控制u用電損耗用電損耗u更換燈泡更換燈泡 (1次次/年年)u更換石英套管更換石英套管 (1次次/2年年)l北卡羅來納州格林斯博羅與多佛，北卡羅來納州格林斯博羅與多佛，DE廠廠63預處理預處理脫氯：紫外光脫氯：紫外光 （UV）l次氯酸的脫氯過程推測如下：光轉化作用使弱的次氯次氯酸的脫氯過程推測如下：光轉化作用使弱的次氯酸轉化為強的鹽酸，并釋放出氧氣：酸轉化為強的鹽酸，并釋放出氧

26、氣：2 HOCl + UV 2HCl + O264UV 光譜光譜65預處理預處理紫外光（紫外光（UV）66預處理預處理降低降低TOC: 紫外光（紫外光（UV）l功能功能u促進有機成分的破壞促進有機成分的破壞u間接利益間接利益 高效降低微生物含量高效降低微生物含量u185 nm 波長波長u劑量劑量 90-600M W-s/cm2 (3-20 x 消毒劑量消毒劑量)l使用紫外光的有利位置使用紫外光的有利位置u后過濾階段，在后過濾階段，在DI床入口前床入口前l(fā)性能標準性能標準uTOC 破壞破壞 (0.5 ppm 可完成的可完成的)u微生物含量降低微生物含量降低67預處理預處理降低降低TOC: 紫外光

27、（紫外光（UV）l微生物風險微生物風險uUV 燈失效燈失效u石英套管會形成水垢石英套管會形成水垢/生物膜生物膜l微生物控制微生物控制u替換失效的替換失效的 UV 燈燈u清潔清潔 UV 燈外殼和石英套管燈外殼和石英套管u將水中的粒子降低到最少（屏蔽微生物）將水中的粒子降低到最少（屏蔽微生物）l操作成本操作成本 / 損失控制損失控制u用電損耗用電損耗u更換燈泡更換燈泡 (1次次/年年)u更換石英套管更換石英套管 (1次次/2年年)lHunt Valley, MD 廠廠68凈化作用凈化作用69凈化作用凈化作用70凈化凈化: 去離子作用去離子作用陽離子交換器陽離子交換器l功能功能u用用H +離子交換水

28、中的陽離子離子交換水中的陽離子l強酸性陽離子交換樹脂強酸性陽離子交換樹脂u氫離子形式氫離子形式u溫度溫度 120 CupH 值影響值影響l再生再生u 6% 鹽酸鹽酸 (HCl) 溶液溶液l性能標準性能標準upH 值值71凈化凈化: 去離子作用去離子作用陽離子交換器陽離子交換器H+離子交換樹脂顆粒離子交換樹脂顆粒(氫離子的形式氫離子的形式, H+)H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+72凈化凈化: 去離子作用去離子作用陽離子交換器陽離子交換器Ca2+Mg2+K+Na+H+SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2Mg2+Ca2+Na+K+Na+Mg2+Ca2+SO4

29、2-NO32-Cl-HCO3-SiO2H+H+H+H+H+H+H+73凈化凈化: 去離子作用去離子作用陽離子交換器陽離子交換器含有陽離子和陰離子的含有陽離子和陰離子的水進入陽離子交換器水進入陽離子交換器Mg2+Ca2+離子交換離子交換樹脂去離子能力用盡樹脂去離子能力用盡1.2.3.去離子水去離子水SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2Mg2+Ca2+Na+K+Na+Mg2+Ca2+SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2Mg2+Ca2+Na+K+Na+Mg2+Ca2+H+H+H+H+H+H+H+H+Ca2+Na+K+SO4 2-HCO3-Cl-NO32-Ca2+Na+Mg2+K+

30、Ca2+SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2H+H+H+H+H+H+H+74凈化凈化: 去離子作用去離子作用陽離子交換器陽離子交換器4.使用鹽酸（使用鹽酸（HCl）再生樹脂）再生樹脂6% HCl 溶液溶液樹脂去離子能力用盡樹脂去離子能力用盡再生的樹脂再生的樹脂廢水廢水H+Cl-H+Cl-H+Cl-H+Cl-H+Na+Mg2+Ca2+K+Cl-Cl-Cl-Cl-Ca2+Na+Mg2+K+Ca2+H+H+H+H+H+H+H+Ca2+Cl-Cl-Cl-Cl-75凈化凈化: 去離子作用去離子作用陽離子交換器陽離子交換器l微生物污染微生物污染u從預處理帶來的細菌細胞從預處理帶來的細菌細胞u樹脂

31、上形成的生物膜樹脂上形成的生物膜u在流速低區(qū)域（在側邊上）滋生微生物在流速低區(qū)域（在側邊上）滋生微生物l微生物控制微生物控制u使用使用 6% HCl 再生再生u樹脂替換樹脂替換l操作成本操作成本 / 損失改進損失改進u廢水排放到下水道（回洗，慢速沖洗，快速沖洗）廢水排放到下水道（回洗，慢速沖洗，快速沖洗）u鹽酸化學品成本鹽酸化學品成本u樹脂替換（樹脂替換（1次次/3-4年）年）76凈化凈化: 去離子作用去離子作用陰離子交換器陰離子交換器l功能功能u用用 OH- 離子替換陰離子離子替換陰離子l強堿性陰離子交換樹脂強堿性陰離子交換樹脂u氫氧離子形式氫氧離子形式u溫度溫度 70 CupH 值影響值影

32、響l再生再生 u4% 氫氧化鈉（氫氧化鈉（NaOH）l性能標準性能標準u傳導性傳導性upH 值值77凈化凈化: 去離子作用去離子作用陰離子交換器陰離子交換器OH-離子交換樹脂顆粒離子交換樹脂顆粒(氫氧離子形式氫氧離子形式, OH-)OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-78凈化凈化: 去離子作用去離子作用陰離子交換器陰離子交換器SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2H+H+H+H+H+H+H+H+ + OH-=H2O79凈化凈化: 去離子作用去離子作用陰離子交換器陰離子交換器含有含有 H+

33、 和陰離子的水和陰離子的水進入陰離子交換器進入陰離子交換器離子交換離子交換樹脂去離子能力用盡樹脂去離子能力用盡1.2.3.SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2H+H+H+H+H+H+H+SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2H+H+H+H+H+H+NO32-OH-OH-OH-OH-OH-HCO3-Cl-OH-OH-OH-SiO2HCO3-NO32-SO4 2-Cl-H+H+H+H+SiO2SO4 2-OH-OH-OH-OH-80凈化凈化: 去離子作用去離子作用陰離子交換器陰離子交換器4.用堿用堿 (NaOH) 再生樹脂再生樹脂4% NaOH 溶液溶液樹脂去離子能力用盡樹脂去離

34、子能力用盡再生的樹脂再生的樹脂廢水廢水Na+OH-Na+OH-Na+OH-Na+OH-HCO3-NO32-SO4 2-Cl-SiO2OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-Na+Na+Na+Na+Cl-HCO3-SiO2SO4 2-NO32-81凈化凈化: 去離子作用去離子作用陰離子交換器陰離子交換器l微生物污染微生物污染u從預處理階段帶來的細菌細胞從預處理階段帶來的細菌細胞u樹脂上形成的生物膜樹脂上形成的生物膜u在流速低區(qū)域（在側邊上）滋生微生物在流速低區(qū)域（在側邊上）滋生微生物l微生物控制微生物控制u用用 4% NaOH 再生再生u使用鹽水使用鹽水+堿來清洗堿來清洗u替換樹脂替換樹

35、脂l操作成本操作成本 / 損失改進損失改進u排放到下水道的廢水排放到下水道的廢水 (回洗，慢速沖洗，快速沖洗回洗，慢速沖洗，快速沖洗)u氫氧化鈉化學品成本氫氧化鈉化學品成本u樹脂更換樹脂更換 (1次次/3-4年年)82凈化凈化: 去離子作用去離子作用混合床混合床l功能功能u消除離子滲漏及調整消除離子滲漏及調整pH值值l強酸性陽離子交換樹脂和強堿性陰離子交換樹脂強酸性陽離子交換樹脂和強堿性陰離子交換樹脂溫度溫度 70 C （強堿性陰離子交換樹脂決定）（強堿性陰離子交換樹脂決定）不耐氯不耐氯再生再生l性能標準性能標準u傳導性傳導性upH 值值83凈化凈化: 去離子作用去離子作用混合床混合床l微生物

36、污染微生物污染u從預處理階段帶來的細菌細胞從預處理階段帶來的細菌細胞u樹脂上形成的生物膜樹脂上形成的生物膜l微生物控制微生物控制u用酸和堿再生用酸和堿再生u更換樹脂更換樹脂l操作成本操作成本 / 損失改進損失改進u排放到下水道的廢水排放到下水道的廢水 (回洗，慢速沖洗，快速沖洗回洗，慢速沖洗，快速沖洗)u鹽酸和氫氧化鈉化學品成本鹽酸和氫氧化鈉化學品成本u樹脂更換樹脂更換 (1次次/3-4年年)84凈化凈化: 反滲透反滲透過濾譜過濾譜85凈化凈化: 反滲透反滲透預過濾器預過濾器l 功能功能u去除去除 1 - 5 1 - 5 m 大小的懸浮物質大小的懸浮物質l 筒式過濾筒式過濾l 性能標準性能標準

37、u差壓差壓u微生物活性微生物活性l 操作成本操作成本 / 損失改進損失改進u過濾器更換過濾器更換86凈化凈化: 反滲透反滲透預過濾器預過濾器l微生物污染微生物污染u從上游設備帶來的細菌細從上游設備帶來的細菌細u在筒內和外殼形成的生物膜在筒內和外殼形成的生物膜l微生物控制微生物控制u安裝在系統(tǒng)的含氯部分安裝在系統(tǒng)的含氯部分u清潔消毒清潔消毒拆除過濾器拆除過濾器若為若為 SS 外套：熱水或者熱消毒外套：熱水或者熱消毒u替換新的過濾器替換新的過濾器微生物活性微生物活性差壓差壓時間時間 (每每 2 個月個月)87凈化：反滲透凈化：反滲透泥沙密度指數泥沙密度指數 (SDI)l 美國材料測試學會（美國材料

38、測試學會（ASTM） 測試測試 D 4189-82l Millipore 可供設備可供設備l 操作過程操作過程u將過濾薄膜置于支承件上，小心地將水壓排將過濾薄膜置于支承件上，小心地將水壓排出，上緊出，上緊O環(huán)密封件并將支承件垂直安置環(huán)密封件并將支承件垂直安置u調整給水壓力為調整給水壓力為 30 psi 并測量初始濾過并測量初始濾過 500 mL 水樣品的所需時間，記為水樣品的所需時間，記為t0（持續(xù)調整（持續(xù)調整使給水壓力保持一個常量）使給水壓力保持一個常量）u給水壓力為給水壓力為 30 psi 下持續(xù)過濾操作下持續(xù)過濾操作 15 分鐘分鐘u經過經過 15 分鐘后，測量過濾分鐘后，測量過濾 5

39、00 mL 水樣品所水樣品所需時間，記為需時間，記為t1。過濾薄膜應留待作進一步。過濾薄膜應留待作進一步分析。分析。u計算計算: SDI=1-t0/t1*100/1588凈化：反滲透凈化：反滲透滲透作用滲透作用滲透作用定義：滲透作用定義：“水分子通過一個半透膜，例如活細胞壁，進入濃度較高的另一側，以達水分子通過一個半透膜，例如活細胞壁，進入濃度較高的另一側，以達到半透膜兩側濃度平衡的趨勢。到半透膜兩側濃度平衡的趨勢?！钡蜐舛鹊蜐舛塞}水鹽水溶液溶液高濃度高濃度鹽水鹽水溶液溶液水水半透膜半透膜水水半透膜半透膜時間時間 = 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)89凈化：反滲透凈化：反滲透滲透作用滲透作用純水純水1000

40、 ppm鹽水鹽水水水水水半透膜半透膜時間時間 = 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)純水純水 82 C 的純水的純水 及及 微生物含量處于微生物含量處于RMS限定標準內限定標準內l 微生物污染微生物污染u溫度溫度 82 Cl 微生物控制微生物控制u在分發(fā)系統(tǒng)維持溫度在分發(fā)系統(tǒng)維持溫度 82 Cu在分發(fā)系統(tǒng)定期性循環(huán)消毒，溫度在分發(fā)系統(tǒng)定期性循環(huán)消毒，溫度 82 Cl 操作成本操作成本 / 損失改進損失改進u加熱（蒸汽）成本加熱（蒸汽）成本u冷卻成本冷卻成本125后處理后處理儲存罐儲存罐: 室溫室溫/臭氧化狀態(tài)臭氧化狀態(tài)l 功能功能u在室溫（大約在室溫（大約20到到35C）以）以 0.25 0.5 ppm 殘留臭

41、氧濃度來儲存純水殘留臭氧濃度來儲存純水l 性能標準性能標準u凈化水微生物含量處于凈化水微生物含量處于 RMS 限定標準限定標準l 微生物污染微生物污染u細胞突破進入在儲存罐短暫滯留的未防護的純水細胞突破進入在儲存罐短暫滯留的未防護的純水l 微生物控制微生物控制u臭氧用做氧化殺菌劑臭氧用做氧化殺菌劑 儲存罐中維持殘留濃度儲存罐中維持殘留濃度 0.25 - 0.50 ppm 可滿足滅殺要求可滿足滅殺要求 將濃度升高到將濃度升高到 0.5 1.0 ppm 作分發(fā)系統(tǒng)定期循環(huán)的消毒工作作分發(fā)系統(tǒng)定期循環(huán)的消毒工作l 操作成本操作成本 / 損失控制損失控制u電氣成本電氣成本 (臭氧產生設備，氧氣產生設備

42、臭氧產生設備，氧氣產生設備)u臭氧系統(tǒng)維修臭氧系統(tǒng)維修126后處理后處理臭氧化臭氧化 儲罐及回路明細儲罐及回路明細127后處理后處理臭氧化臭氧化l功能功能u產生和注入臭氧，維持室溫水系統(tǒng)的微生物控制產生和注入臭氧，維持室溫水系統(tǒng)的微生物控制l性能標準性能標準u臭氧濃度處于臭氧濃度處于 0.25 0.5 ppm 及微生物含量處于及微生物含量處于 RMS 限定標準內限定標準內l微生物污染微生物污染u穿透進入未防護水的細胞穿透進入未防護水的細胞l微生物控制微生物控制u臭氧用做氧化殺菌劑臭氧用做氧化殺菌劑儲存罐中維持殘留濃度儲存罐中維持殘留濃度 0.25 - 0.50 ppm 可滿足滅殺要求可滿足滅殺

43、要求l操作成本操作成本 / 損失控制損失控制u電氣成本電氣成本 (臭氧產生設備，氧氣產生設備臭氧產生設備，氧氣產生設備)128后處理后處理臭氧化臭氧化l臭氧是什么？臭氧是什么？uO3 氧氣的同素異形體氧氣的同素異形體u反應性非常高，不穩(wěn)定反應性非常高，不穩(wěn)定u在在 20C (70F)下半衰期約下半衰期約 20 分鐘分鐘u非常強效及迅速起反應的氧化劑產生非常強效及迅速起反應的氧化劑產生u會氧化所有的細菌，內毒素，霉菌，酵母會氧化所有的細菌，內毒素，霉菌，酵母孢，病毒和有機物質孢，病毒和有機物質u暴露限定值暴露限定值 (美國環(huán)保署推薦美國環(huán)保署推薦)u0.1 ppm 可超過可超過 8 小時小時u0

44、.3 ppm 最長為最長為 15 分鐘分鐘129后處理后處理臭氧化臭氧化l 工作原理工作原理u溶液中的細菌溶液中的細菌130后處理后處理臭氧化臭氧化l 工作原理工作原理u溶液中的臭氧靠近細菌溶液中的臭氧靠近細菌131后處理后處理臭氧化臭氧化l 工作原理工作原理u臭氧與細菌細胞壁的有機成分結臭氧與細菌細胞壁的有機成分結合合132后處理后處理臭氧化臭氧化l 工作原理工作原理u臭氧自由基破壞細胞壁聯結臭氧自由基破壞細胞壁聯結133后處理后處理臭氧化臭氧化l 工作原理工作原理u因為臭氧摧毀細胞壁的完整性，因為臭氧摧毀細胞壁的完整性，細菌細胞結構開始損壞細菌細胞結構開始損壞134后處理后處理臭氧化臭氧化

45、l 工作原理工作原理u幾毫秒內，滅殺工作完成，臭氧幾毫秒內，滅殺工作完成，臭氧繼續(xù)氧化其它細菌和任何釋放的繼續(xù)氧化其它細菌和任何釋放的有機物有機物135后處理后處理紫外光紫外光 破壞臭氧破壞臭氧l功能功能u254 nm 紫外光紫外光u劑量劑量 3-5 x (90,000 150,000 W-s/cm2)u點源可破壞在分發(fā)回路入口處的臭氧點源可破壞在分發(fā)回路入口處的臭氧u間接利益間接利益 高效降低微生物含量高效降低微生物含量l性能標準性能標準u臭氧水平臭氧水平u微生物數量微生物數量136后處理后處理紫外光紫外光 破壞臭氧破壞臭氧l微生物污染微生物污染u在臭氧化的水系統(tǒng)中非常低微生物污染風險在臭氧

46、化的水系統(tǒng)中非常低微生物污染風險l微生物控制微生物控制u更換紫外光燈泡更換紫外光燈泡u對紫外光外殼和石英套管進行清潔消毒對紫外光外殼和石英套管進行清潔消毒l操作成本操作成本 / 損失改進損失改進u用電成本用電成本u燈泡更換（燈泡更換（1次次/年）年）u石英套管的更換（石英套管的更換（1次次/2年）年）137設計原理設計原理(為最少化降低微生物生長為最少化降低微生物生長)138設計原理設計原理l消毒消毒/清潔設計清潔設計l有防護或無防護的水有防護或無防護的水l結構所用材料結構所用材料l連接類型連接類型l表面拋光表面拋光139設計原理設計原理l消毒消毒/清潔設計清潔設計u可排水性可排水性 低排水出

47、口的無滯留的傾斜管道低排水出口的無滯留的傾斜管道u可清潔性可清潔性 就地清潔就地清潔 (CIP) 或可拆出清潔或可拆出清潔u可消毒性可消毒性 可加熱或用化學品就地消毒可加熱或用化學品就地消毒 (SIP)140設計原理設計原理降低到最少降低到最少 預處理預處理后處理后處理凈化凈化有防護有防護(氯氣氯氣)無防護無防護有防護有防護(臭氧或加熱臭氧或加熱)高風險高風險141設計原理設計原理l有防護的水有防護的水 含氯的源水含氯的源水u氯可抑制微生物生長氯可抑制微生物生長 控制級別控制級別u在含氯的水中，很有可能也會有微生物存活在含氯的水中，很有可能也會有微生物存活l無防護的水無防護的水u在進入凈化過程，為了保護在進入凈化過程，為了保護DI樹脂或樹脂或RO薄膜，氯氣通過氧化薄膜，氯氣通