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三滴水水处理科技有限公司
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石英砂过滤是去除水中悬浮物效手段之一，它是利用石英砂作为过滤介质。该滤料具有强度高，寿命长，处理流量大，出水水质稳定可靠的显著优点，石英砂的功能主要是去除水中悬浮物、胶体、泥沙、铁锈。采用水泵加压，使原水通过过滤介质，去除水中的悬浮物，从而达到过滤的目的。
采用砂滤器+活性炭过滤器+一级反渗透+混床的工艺流程制备工业用纯水，是一套既简洁又实用的工艺，为加强对现有装置的了解，我们编制了这套培训资料，由于时间仓促和编者水平有限，文中难免有不足甚至错误之处，欢迎读者批评指正。
一：石英砂过滤器
1、原理及作用
石英砂过滤是去除水中悬浮物效手段之一，它是利用石英砂作为过滤介质。该滤料具有强度高，寿命长，处理流量大，出水水质稳定可靠的显著优点，石英砂的功能主要是去除水中悬浮物、胶体、泥沙、铁锈。采用水泵加压，使原水通过过滤介质，去除水中的悬浮物，从而达到过滤的目的。
悬浮物、胶体、颗粒污堵可严重影响反渗透的性能，如大幅度降低产水量；石英砂过滤器能有效的去除原水中的悬浮物、胶体、颗粒，当水流流过过滤介质的床层时，颗粒、悬浮物、胶体会附着在过滤介质的表面而截流下来，当反冲洗时又可以把这些截流下来的污染物排放出来；通常经过介质过滤器处理就可以达到SDI15≤5。
2、过滤器冲洗
2.1 冲洗的目的和方式
冲洗的目的是清除滤层中所截留的污物，使滤池恢复过滤能力。冲洗方法有以下几种：
（1） 高速水流反冲洗
（2） 气、水反冲洗；
（3） 表面助冲加高速水流反冲洗。
2.2 冲洗强度、滤层膨胀度和冲洗时间
2.2.1冲洗强度：水温为20℃时，石英砂过滤器的冲洗强度一般为12~15L/s.㎡，水温每增减1℃，冲洗强度相应增减1%。
2.2.2滤层膨胀度：
反冲洗时，滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比，称滤层膨胀度。石英砂过滤器的膨胀度一般为45%。
2.2.3冲洗时间
当冲洗强度或滤层膨胀度符合要求但冲洗时间不足时，也不能充分地清洗掉包裹在滤料表面上的污泥，同时，冲洗废水也排除不尽而导致污泥重返滤层。如此长期下去，滤层表面将形成泥膜。因此，必要的冲洗时间要保证，根据经验，石英砂过滤器的冲洗时间一般为5～7分钟，但在生产实际操作中要根据废水的具体情况而定，以冲洗干净为原则。
二：活性炭过滤器
1、原理及作用
活性炭内孔表面积大，非常有利于进一步吸附中、小分子的有机物，一般用于吸附原水中的有机物、部分色素和有害物质，降低化学耗氧量COD。活性炭被广泛应用于生活用水及食品工业、化工等工业用水的净化，由于活性炭的比表面积很大，其表面又布满了平均为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羟基和羧基等官能团，可以对各种性质的有机物质进行化学吸附，以及静电引力作用，因此，活性炭还能去除水中腐殖酸、富维酸、木质磺酸等有机物质，还可去除象余氯一类对反渗透膜有害的物质，防止反渗透膜被氧化。通常能够去除63%～86%胶体物质，50%左右的铁，以及47～60%的有机物质。
2、活性碳过滤器冲洗
2.1 冲洗的目的和方式
冲洗的目的是清除滤层中所截留的污物，使滤池恢复过滤能力。冲洗方法有以下几种：
（4） 高速水流反冲洗
（5） 气、水反冲洗；
（6） 表面助冲加高速水流反冲洗。
2.2 冲洗强度、滤层膨胀度和冲洗时间
2.2.1冲洗强度：水温为20℃时，活性炭过滤器的冲洗强度一般为13～16L/s.㎡，水温每增减1℃，冲洗强度相应增减1%。由于活性炭的密度小，冲洗时要特别注意控制冲洗强度，防止因冲洗强度过大而把滤料带出系统，同时也要防止因冲洗强度不够而导致冲洗不干净，时间一长，容易造成滤层形成泥膜，严重时将造成滤层办结，从而影响到过滤效果。
2.2.2滤层膨胀度：
活性碳过滤器的膨胀度一般为50%。
2.2.3冲洗时间
活性炭过滤器的冲洗时间一般为6～8分钟，但在生产实际操作中要根据废水的具体情况而定，以冲洗干净为原则。
三：一级反渗透
1、 原理
当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧，这种现象称为渗透，若在膜的盐水侧施加压力，那么水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的压力达到某一数值时，水通过膜的净流量等于零，这个压力称为渗透压力，当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时，水的流向就会逆转，此时，盐水中的水将流入纯水侧，上述现象就是水的反渗透（RO）处理的基本原理。
2、特点
2.1 反渗透膜能很好地脱除离子和有机物，反渗透比纳滤膜有更高的脱除率，能脱除99%的盐分和有机物。
2.2 反渗透膜能脱除99.9%的微生物。
2.3 反渗透膜元件使用寿命长，一般在3年以上。
2.4 反渗透膜能分离溶解性的盐等无机分子和分力量大于100的 有机物。
2.5 通过使用专用的清洗剂能很好地解决污染和堵塞问题。
2.6 清洗间隔长；当SDI＜5时，一般一年清洗4次即可，但SDI≥5时，清洗次数要翻倍。
3、设备的使用条件
3.1 为保护设备正常运行，设备的进水应满足如下要求：
a) 淤塞指数SDl15＜5；
b) 游离余氯：聚酰胺复合膜＜0.1 mg/L；乙酸纤维素膜0.2 mg/L～1.0 mg/L；
c) 浊度＜1.0 NTU；
d) 根据原水水质，正确设计预处理工艺，选用符合国家及行业标准的预处理设备、管路和阀门，原水水质指标的测定按照相应的国家标准和行业标准进行；
e) 根据反渗透膜元件要求合理控制进水的pH值、铁离子、微生物、难溶盐等参数；
3.2 操作温度、操作压力：
a) 操作温度：温度为影响产水量的主要指标，通常复合膜适用4℃～45℃；乙酸纤维素膜适用4℃～35℃。
b) 操作压力：根据工艺要求，操作压力一般不大于3.5MPa。
4、试运行
本运行试验适用于卷式膜。
4.1按照设备安装图、工艺图、电器原理图、接线图，对设备系统进行全面检查，确认其安装正确无误，在微滤滤芯未放入保安滤器内，反渗透膜未放入膜壳内的情况下，打开电源开
关，启动供水泵，对反渗透系统进行循环冲洗，检查系统渗漏情况，压力表及其他仪表工作情况和电气安全及接地保护是否有效，冲洗直至清洁为止。将微滤滤芯放入保安过滤器的外壳内冲洗干净，然后将反渗透膜元件装入膜壳内。
4.2 运行试验
设备经试运行之后，开启总电源开关，将运行开关旋钮置于开启位置。反渗透装置开始运行，根据运行情况，供水泵开始运转，高压泵按控制时间启动，系统开始升压产水，调整系统调节阀，达到设计参数，设备运行试验一般不少于8h，运行期间检查供水泵、高压泵运转是否平稳，产水与排浓缩水情况是否正常，自动控制是否灵敏，电气是否安全，自动保护是否可靠。按规定检查渗透水的电导率，确定设备脱盐率、原水回收率是否达到要求。
为保证液压试验、运行试验的准确性，允许此两项试验在施工现场进行。
4.3设备保养：
4.3.1定期采水样化验（设备以市政自来水为原水为例）砂滤器：化验出水浊度≤5NTU 碳滤器：化验出水余氯含量＜0.1PPM 软水器：化验硬度＜30mg/L 保安过滤器：化验SDI＜5 反渗透：化验进水、纯水、浓水的微生物含量
4.3.2定期记录设备各运行参数各环节各时期化验结果
砂滤、碳滤、软化、保安过滤进出口、泵前泵后、一段、二段等压力原水、纯水各时期的电导在相同的压力情况下，纯水与浓水的流量、纯水的电导
4.3.3记录每次维修结果材料更换的时间与数量根据运行参数，对膜进行清洗的时间与结果
5、延长反渗透膜使用寿命的方法
5.1防止膜性能的损坏
新的反渗透膜元件通常浸润1％NaHSO3和18%的甘油水溶液后贮存在密封的塑料袋中。在塑料袋不破的情况下,贮存1年左右,也不会影响其寿命和性能。当塑料袋开口后,应尽快使用,以免因NaHSO3在空气中氧化,对元件产生不良影响。因此膜应尽量在使用前开封。
设备试机完后,我们采用过两种方法保护膜。设备试机运行两天(15～24h),然后采用2的*保养;或运行2～6h后,用1％的NaHSO3的水溶液进行保养(应排尽设备管路中的空气,保证设备不漏,关闭所有的进出口阀)。两种方法均可得到满意的效果。种方法成本高些,在闲置时间长时使用,第二种方法在闲置时间较短时使用。
5.2设备的操作不当引起膜性能的损坏：
5.2.1设备中有残余气体在高压下运行,形成气锤会损坏膜
常有两种情况发生:
A、设备排空后,重新运行时,气体没有排尽就快速升压运行。应在2～4bar的压力下将余下的空气排尽后,再逐步升压运行。
B、在预处理设备与高压泵之间的接头密封不好或漏水时(尤其是微滤器及其后的管路漏水)当预处理供水不很足时,如微滤发生堵塞,在密封不好的地方由于真空会吸进部分空气。应清洗或更换微滤器,保证管路不漏。总之,应在流量计中没有气泡的情况下逐步升压运行,运行中发现气泡应逐渐降压检查原因。
5.2.2关机时的方法不正确
A、关机时快速降压没有进行*冲洗。由于膜浓水侧的无机盐的浓度高于原水,易结垢而污染膜。
B、用投加化学试剂的预处理水冲洗。因含化学试剂的水在设备停运期间可能引起膜污染。
在准备关机时,应停止投加化学试剂,逐步降压至3bar左右用预处理好的水冲洗10min,直至浓缩水的TDS与原水的TDS很接近为止。
5.2.3消毒和保养不力导致微生物的污染
这是复合聚酰胺膜使用中普遍存在的问题,因为聚酰胺膜耐余氯性差,在使用中没有正确投加氯等消毒剂,加上用户对微生物的预防重视不够,容易导致微生物的污染。目前许多厂家生产的纯水微生物超标,就是消毒、保养不力造成的。
主要表现为:出厂时,RO设备没有采用消毒液保养;设备安装好后没有对整个管路和预处理设备消毒;间断运行不采取消毒和保养措施;没有定期对预处理设备和反渗透设备消毒;保养液失效或浓度不够。
5.2.4余氯监测不力
如投加NaHSO3的泵失灵或药液失效,或活性炭饱和时因余氯损坏膜。
5.3清洗不及时与清洗方法不正确导致的膜性能的损坏
设备在使用过程中,除了性能的正常衰减外,由于污染而引起设备性能的衰减更为严重。通常的污染主要有化学垢,有机物及胶体污染,微生物污染等。不同的污染表现出的症状是不同的。不同的膜公司所提出的膜污染的症状也是有一定的差异,如表1所示。
在工程中我们发现,污染时间的长短不一样,其症状也不一样。如:膜发生碳酸钙垢污染,污染时间为一个星期时,主要表现为脱盐率的迅速下降,压差缓慢增大,而产水量变化不明显,用柠檬酸清洗能*恢复性能。污染时间为一年(某纯水机),盐通量由最初的2mg/L上升为37mg/L(原水为140mg/L～160mg/L),产水量由230L/h下降为50L/h,用柠檬酸清洗后,盐通量降为7mg/L,产水量上升至210L/h。
再者污染往往不是单一的,其表现的症状也有一定的差别,使得污染的鉴别更困难。
鉴别污染类型要综合原水水质,设计参数,污染指数,运行记录,设备性能变化及微生物指标等加以判断:
(1)胶体污染:发生胶体污染时,通常伴随着以下两个特性:
A、前处理中微滤器堵塞得很快,尤其是压差增大很快；
B、SDI值通常在2.5以上。
(2)微生物污染:发生微生物污染时,RO设备的透过水和浓缩水中的细菌总数都比较高,平时一定没有按要求进行保养和消毒。
(3)钙垢:可依据原水水质及设计参数进行判断。对碳酸盐型水而言,如果回收率为75%时,设计时投加了阻垢剂,浓缩液的LSI应小于1;不投加阻垢剂时浓缩液的LSI应小于零,一般不会产生钙垢。
(4)可用1/4英寸的PVC塑料管插入组件中测试组件不同部位的性能变化进行判断。
(5)根据设备性能的变化判断污染的类型。
(6)可用酸洗(如柠檬酸、稀HNO3),根据清洗的效果和清洗液判断钙垢,通过清洗液成分分析进一步证实。
(7)对清洗液进行化学分析:取原水、清洗原液、清洗液,三个样分析。
在确定了污染的类型后,可按表1中的方法清洗,然后消毒使用。在不能确定污染的类型时,通常采用清洗(3)+消毒+0.1％HCl(PH为3)的步骤清洗。
采用清洗液(1)+清洗液(3)+消毒的步骤效果亦很好。
6、反渗透膜的化学清洗
6.1、清洗的目的：
恢复半透膜良好的透水性和除盐能力，保护膜的性能，延长膜的使用寿命。
6.2、清洗的条件：（在同一种原水下）
⑴标准透水率下降10％～15％；
⑵标准系统压差增加10％～15％；
⑶脱盐率下降1％～2％
6.3、清洗方式：
A、在线清洗；
B、离线清洗。
所谓在线清洗，即是利用清洗设备对整个RO系统内的膜元件进行整个清洗。
所谓离线清洗，即是将每一支膜取出分别进行清洗。
在线清洗的优点是操作简单、用时短，缺点是清洗不*。
离线清洗的优点是清洗*，缺点是用时长，操作复杂。
具体使用哪种清洗方式，厂家可根据实际情况而定。
我们曾对泰山城建热电有限公司的两套RO半透膜分别进行过离线清洗和多次的在线清洗。
在这里主要介绍一下在线加热清洗这种方式。根据我们的经验和技术数据统计发现：在线加热清洗即可达到离线清洗的效果，又避免了离线清洗的繁琐，具有一定的实际意义和可操作性。
具体方法简单介绍如下：
将RO内的水放干净后，引用锅炉给水（温度较高）配好清洗溶液，使溶液水温控制在30°左右，也可以用加热器对清洗液进行加热。*行酸洗，清洗循环水温不超过30°一般在28°左右，循环20分钟，冲洗干净后再配置碱洗溶液，温度控制在26±1°，进行循环，时间40分钟。根据清洗回水的水质情况决定是否重新清洗，最后再进行一次酸洗，整个清洗过程结束。
2套125吨清洗前后数据对照表
（一）
（二）
从表中统计数据可看出：清洗后2套RO产水流量平均提高25T，压差下降2kg，产水率提高7.5%，效果明显。清洗过程中应注意的五点：
1、温度的控制：酸洗：28～30°，碱洗:26～28°;
2、PH值的控制：PH 1.2 ～1.5，碱洗：PH 12
3、时间的控制：碱洗40分；酸洗：20分
4、清洗顺序：酸洗→碱洗→酸洗
5、用此药剂清洗主要针对钙镁水垢。清洗药剂需根据原水水质及结垢情况配制。
6、以上操作可根据清洗效果重复进行。
（三）反渗透设备停运保养
生产中的反渗透每次启停更换时都必需进行冲洗，其目的是冲去膜表面上的积盐，尤其是停运时冲洗尤为重要；反渗透长期或短期停运必须采取必要的保养具体方法如下：
（1）、停运1～3天
每天定期对RO系统进行低压（0.2KG～0.4KG）大流量冲洗，时间15分钟，时间15分钟。冲洗用除盐水为好。
（2）、停运7天以上
先用除盐水冲法，再用0.5％的亚硫酸氢钠溶液进行浸泡，封存。
（3）、如系统停运10天以上，用0.5％的福尔马林溶液封存，每30天更换一次。
四、混床
1 原理及作用
混合离子树脂交换器是保证系统出水达标的关键设备，它以阴、阳离子同时装填于交换器内，经N2或无油压缩空气将两种树脂均匀混合，混合的树脂被看作是有无数“阴—阳”复床运行，因此具有体积小、出水水质优质等特点。混合离子交换器运行流速为20米/小时，内装填均粒阳离子交换树脂及阴离子交换树脂。
2操作
2.1注意事项
2.1.1每班应每两小时测量的出水情况，以保证混床出水在合格的范围内，当发现不合格时应及时进行再生处理，同时启动备用离子交换系统。
2.1.2混床的出水电导率应为≤1μs/cm，PH=5～7
3再生
混合床是一个交换柱内即有强酸性阳离子交换树脂，同时也有强碱性阴离子交换树脂，是在混合均匀的情况下使经过处理的水顺流通过，而得到纯度较高纯水的方法。（树脂在柱内的高度为交换柱的有效高度的2/3，在此2/3的树脂层内，其中有1/3为强酸性阳离子交换树脂在下部，强碱阴离子交换树脂为2/3在上部。）阴阳树脂的比例为2/1（体积比）。在阴阳树脂交界处略向下一些有一进酸管，用以阳树脂再生进酸时，控制酸的界面在阴阳树脂截面处之下。
具体操作如下：
（1） 逆洗分层
水从底部进入，上口排出，树脂均匀地松弛膨胀开来，可加大水流速以冲不出树脂为原则，洗至出水清亮度。
反洗的目的为使阴阳树脂分层，阳树脂比重为1.23～1.28，而阴树脂比重为1.06`1.11，两种树脂比重差别比较大，所以通过逆洗就很容易分层，通过逆洗也可排出一些杂质异物，保证下一周期的正常运行。逆洗毕，放水，放到树脂层表面10厘米以上。
（2）强碱性阴离子交换树脂再生
再生剂为5％的NaOH，用量为树脂体积的3～5倍，从上口进入，控制一定流速，维持液面顺流通过，通过阳树脂而排出，再生时间不少于1小时。
（3）淋洗阴树脂
当碱液淋洗完后，进行淋洗附在阴树脂上的碱液，淋洗先用纯水正淋洗，自上而下顺流通过，慢速淋洗，大约10分钟左右改为反洗，水通过阳树脂（Na交换水）洗阴树脂，可洗至pH=7～8。反洗时间约为20分钟左右。淋洗完排水可排到阴阳树脂交界处以下1-2厘米，准备阳树脂再生。
（4）强酸性阳离子交换树脂再生
再生剂为5％盐酸，用酸量为阳树脂体积的2～3倍。酸液从酸再生管加入，从下口排出。此法应严格控制酸的液面。始终在阴阳树脂交界处（下一点），切不可上溢到阴树脂曾，否则会使刚再生为OH型的阴树脂变为Cl型而失效。维持一定流速，在半小时内流完。
（5）淋洗阳树脂
仍从进酸管进水，控制液面在阴阳树脂交界处，淋洗水量为阳树脂体积的4～6倍，慢流速洗至pH=2～3。如测定酸度可控制在5毫克当量/升以下。如用纯水淋洗可洗至pH=6～7。
（6）正洗
淋洗阳树脂后可进行一次正洗，水从上口进入下口排出，洗水PH大约为8左右，即正洗5～10分钟。正洗毕，排水，保持液面在树脂层表面以上15厘米左右。
（7） 混合
混合的目的是使两种树脂充分混合均匀，混合的办法有两种，一是用压缩空气自底部进入，上口排出；二是用真空泵进行混合，自上口抽气，打开下口阀门进气，用空气拌动阴阳树脂达到充分混合的目的。
混合毕应立即排水（将树脂表面15厘米以上的水层排掉），因为混合后两种树脂悬浮于水中，若任其自由落层，阳树脂重阴树脂轻，必然会出现再次分层的现象，所以采用立即排水的方法，借助排水向下的动力，迫使树脂来不急分层而落层。水放至树脂层表面时即可停止。
（8）运行、
以原水（或复床水或反渗透）缓慢的注入交换柱中，注满后即可打开下口进行运行出水。数小时后再运行，出水水质将大为提高。
（9）新树脂预处理方法：、
a) 工业性生产的离子交换树脂出厂时难免有一些杂质，使用前应先用清水冲洗，洗至水质清亮为止。
b) 用4％HCl，4％NaOH交替处理，在酸碱之间用大量淋洗，如此反复处理三次。即：酸 水，碱 水，反复进行，每次酸碱用量为树脂体积的2倍，在交换柱中动态进行。如在容器中处理应采用少量多次的方法。
c) 次处理，阳树脂应用酸转成H型，所用酸量加倍，水洗用纯水；阴树脂应用碱转成OH型，所用碱量应加倍，水洗用纯水。
d) 为医药食品等工业，处理前用乙醇浸泡，然后再用酸碱处理。
处理后的新树脂经过一个周期运行后的次再生，酸碱用量应为正常用量的1.5～2倍。
4离子交换树脂的存贮
离子交换树脂应在下述形态下保存，阳树脂钠（Na）型,阴树脂氯（Cl）型。
离子交换树脂在存储与运输过程中应保持水份，防止脱水。脱水后的干树脂不得直接进入水中，应*入浓度大于10％的食盐溶液中，使其缓慢且充分膨胀后，方能逐渐用水稀释。
离子交换树脂存贮运输过程中湿度不得超过40℃。以防止微生物繁殖，导致树脂霉变。
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