水处理之电渗析、反渗透领域精华知识
慧聪净水网环保水处理为您介绍一项水处理专业知识——电渗析、反渗透等领域水处理知识精华。
一、常见预处理设备有哪些？
预处理设备有：机械过滤器、高效纤维过滤器、活性炭过滤器、精密过滤器、超滤、微滤、钠离子软化器、除铁除锰过滤器、加药装置、原水箱、曝气池。
二、预除盐设备有哪些？
预除盐设备有电渗析装置、反渗透装置。
三、深除盐设备有哪些？
深除盐设备有阴离子交换器、阳离子交换器、混合离子交换器、蒸馏装置、EDI装置。
四、机械过滤器是如何选型的？其工作原理是什么？
机械过滤器的选型是根据系统总进水量来选择过滤器的大小以及组合方式的（一台机械过滤器不够可选择多个并联使用以及备用的数量），如根据反渗透系统水回收率的大小和系统产水量的比值得出系统总进水量。
机械过滤器内的填料是由许多不同粒径的精制石英砂严格按从大到小的次序配置而成，因而形成良好的石英砂级配。过滤器在刚投入使用时，过滤效果往往不是很好，是因为在刚开始时过滤器没有形成“架桥”，所谓“架桥”是指由水中悬浮物组成一道拦截网，该拦截网拦截与其粒径相当的悬浮物，继而拦截粒径较小的悬浮物，形成一个先拦截大颗粒物质、后拦截小颗粒物质的反粒度式过滤过程。
过滤器一旦形成“架桥”，过滤效果非常好，随着投入运行的时间加长，过滤精度越来越高，拦截网越来越厚，进出口压差越来越大，当压差达到1kg/c㎡应对过滤器进行反冲洗，在反冲洗的过程中最好配有压缩空气对石英砂擦洗，一般的工程经验是直径小于2500mm的机械过滤器不需用压缩空气;而直径大于2500mm的机械过滤器必需用压缩空气进行擦洗才能够达到满意的清洗效果;反冲洗流量一般为过滤器的设计容量的3-4倍。
老式的机械过滤器大都采用大的鹅卵石作为基础垫层，底部用凸形的钢板均匀地打上透水孔，使布水不均匀，容易产生中心过滤率大而边沿过滤率小;在滤器经过反洗时会发生石英砂混层的现象，这样就不可避免地会发生滤料泄露到下级管道和精密过滤器中，对精密过滤器和反渗透装置形成严重的威胁。
经过不断地实践和实验，不少厂家对机械过滤器进行了改进，布水装置采用多孔板加装特殊形式ABS水帽，该种ABS水帽具有双向出力不同的功能，即运行时出力较小、反洗出力可几倍增加，使过滤器在正洗时的布水更均匀，反洗时更彻底，出水品质大大提高。
为防止在运行或反洗时有细砂透过滤器，该种ABS水帽的透过间隙非常小，一般在0.1-0.2mm左右。值得注意的是，在过滤器填料填装的过程中，必须将过滤器内注入一定量的水来防止大的石英砂击碎ABS水帽;在安装水帽的过程中，不能穿硬的鞋以防止踩碎ABS水帽。机械过滤器设有反洗水进口限位蝶阀，控制和调节反洗水流量，反洗强度应使滤层膨胀15-25%，反洗压缩空气强度一般在10-18L/S㎡。如无压缩空气可考虑用罗茨风机。
五、精密过滤器是如何选型的？滤芯有几种方式？
精密过滤器的选型是和总进水量配套的，根据总进水量来选择精密过滤器的直径。对40"5um过滤精度的滤芯，单根产水量大致为2m3/h。滤芯的种类大致有聚丙烯滤芯、蜂房式滤芯、喷熔式滤芯、折叠式滤芯等。
六、水中含铁如何去除？
地下水中的铁一般是二价亚铁，因此必须将二价亚铁氧化为三价铁，氧化过程是通过曝气来完成的，曝气装置将水同氧气充分地接触而产生自然氧化;曝气后的水通过除铁除锰过滤器进行除铁过程。如果水中的铁大部分为三价铁则不必曝气而直接进入除铁除锰过滤器进行脱除。
七、有的水型经过阳离子交换器后为什么必须加除二氧化碳器？
水中的金属离子与阳树脂上的H+离子交换的结果使H+离子进入水中，因此阳离子交换器的出水是偏酸性的，使水中大部分的HCO3-转化为H2CO3而进一步转化为CO2气体，由于CO2气体的溶解度较低，一是为脱气提供了良好的条件，二是如果不进行脱气，则H2CO3将与阴离子交换树脂进行交换，加重了阴离子交换器的负担，缩短了阴离子交换器的产水周期。通常除二氧化碳器放在阳离子交换器后、阴离子交换器前，也有放在反渗透等一些预除盐系统之前，而有的地方却不用加除二氧化碳器，所有的这些要视用户的水质水型而定。
八、防腐的方式有几种？
防腐的方式有衬胶、环氧、衬塑、搪瓷等多种防腐方式。
九、反渗透装置主要是由那些设备组成？
反渗透装置主要由高压泵、高压泵出口闸阀（手动或电动）、高低压保护开关、进水流量计（也可不加）、产水流量计、浓水流量计、产水电导仪、膜组件（压力容器、反渗透膜元件）、浓水电动阀、浓水截止阀、进水压力表、段间压力表、浓水压力表、产水压力表、反渗透支架、反渗透控制盘、反渗透取样盘、爆破膜以及相应的管道、卡箍、弯头等。
十、电渗析有那些优缺点？
电渗析的优点为：
1、能耗低，占地面积小。
2、操作简单，噪音低。
3、出水水质稳定，在脱盐过程中无相的变化。
4、污染环境小。
5、适用范围较广为200-40000mg/h。
电渗析的缺点为：
1、安装较为复杂。
2、脱盐效果不太彻底一般为75%。
3、水回收率低一般为50%。
十一、阴阳异相离子交换膜有那些品牌？它们有那些特性？
阴阳异相离子交换膜主要有上海化工厂双花牌异相离子交换膜、临安异相离子交换膜、北京顺义异相离子交换膜等;质量好的异相离子交换膜必须具备以下几个特性：
1、选择透过性强。
选择透过性是衡量膜性能的主要指标，它直接影响电渗析器的电流效率和脱盐效果，其选择透过性大于85%。
2、膜电阻小。
电渗析器由几百对离子交换膜组成，因此膜电阻在总电阻中占很大比重，如电阻小则操作电压低、电流效率高。
3、较强的化学稳定性。
在阴阳离子迁移的过程中，浓水室会形成浓度较大的离子溶液;在发生极化时，膜两侧滞留层PH值也要发生变化，特别是极水参加化学反应会产生氧化性极强的氧气和氯气，这样就必须要求膜具有较强的化学稳定性以延长电渗析器的使用寿命。
4、较强的机械强度和尺寸稳定性。
5、较低的扩散性能。
6、对强电解质具有很高的脱除效果。
十二、电渗析的电极是由什么材料做成的？规格有那些？各有什么优缺点？
电渗析的电极分为几种：钛镀铂电极、钛涂钌电极、石墨电极、不锈钢电极;电极根据电渗析本体尺寸的不同而有所不同，常见的工程用电极规格有：800×1600mm、400×1600mm、400×800mm、340×640mm等。
不同的电极材料有着不同的特点：
钛镀铂电极：耐腐蚀性相当好，可以在非常苛刻的条件下使用，但铂的价格昂贵，资源较少，限制着其在国内的推广。
钛涂钌电极：是在钛基体上涂敷钌（Ru）、铱（Ir）、钛（Ti）的化合物，经高温处理后形成其混合氧化物;由于钌（Ru）、铱（Ir）、钛（Ti）的离子半径非常接近，点阵结构和空间群属于同一类型，因此在热处理的共氧化中能形成RuO2-IrO2-TiO2的固溶体，具有优越的耐腐蚀性能，很适合作为电极材料。
石墨电极：石墨电极很容易被腐蚀，其原因主要有化学腐蚀和机械磨损;石墨作为阳极时，由于阳极氧化，石墨被氧化为CO2或CO，使其晶体结构被破坏而损坏;在电渗析装置中石墨电极损耗主要由于机械作用而造成的，高流速的极水对石墨有很强的冲刷作用，另一方面电极反应所产生的气体对石墨有冲击作用，加上电化学腐蚀，往往造成石墨颗粒剥落污染水质甚至堵塞极水通道;随着钛涂钌电极的出现，石墨电极已逐渐被淘汰。
不锈钢电极：一般说来，不锈钢只用作为阴极而不能作为阳极使用，否则因为天然水中多含有氯离子，会导致不锈钢的阳极溶解生成二价的铁、镍和铬离子。
正确选择电极的材料对于延长电极的使用寿命、降低系统投资和运行费用具有重要的意义，对于不同水质可选用不同材料的电极：
1、以氯化物为主要成分的天然水，可优先选用钛涂钌电极。
2、以硫酸盐为主要成分的天然水，可优先选用铅板、不锈钢、钛涂钌电极。
3、以重碳酸钙为主要成分的天然水，可优先选用不锈钢、钛涂钌电极。
4、混合离子的天然水，可优先选用钛涂钌、石墨以及钛涂铂电极。
十三、淡水室、浓水室、极水室是如何区分的？
一张阳膜、一张隔板、一张阴膜组成一个膜对，阳膜、阴膜中间构成水室，在电场作用下，水室中的离子产生定向移动，当水室中离子经过牵引和膜的选择透过性而离开该水室时，该水室称为淡水室;相反，离子经过牵引和膜的选择透过性而进入该水室时，该水室成为浓水室;阳膜、阴膜或隔板与电极之间产生的水室成为极水室。
十四、电渗析装置由那些部分组成？各部分的特点和功能是什么？
电渗析装置是由几部分组成的，阴膜，阳膜，隔板，电极，夹紧装置，防漏胶板，酸洗系统，流量计，压力表，ABS管材管件，阀门，可控硅整流柜。
阴膜、阳膜对水中离子具有的选择透过性使系统有浓水，淡水，极水之分，即是装置的脱盐部分。
隔板的主要材料为聚丙烯，起着支撑阴羊膜并与之形成浓淡水室的作用。
电极主要形成离子交换膜所需的电场。电极由布水头、多孔板、PVC边框组成。
夹紧装置主要是固定阴阳离子交换膜、电极、隔板等使之成为一个整体。
防漏胶板是在电极和隔板之间的，起着防止系统在电极边漏水的现象。
酸洗系统是整个装置中不可缺少的部分。当电渗析装置产生脱盐率下降、产水量下降、操作压力升高等不正常现象时应判断系统是由于何种原因如结垢、无机物污堵、有机物污堵等构成的而采取相应的化学药剂进行化学清洗。
可控硅整流柜是装置的能量馈入部位，是将工频交流电通过可控硅整流器件整流为电压可调的直流电压，加在电极上在膜堆内形成直流电场以牵引溶液中的阴阳离子产生定向移动。可控硅整流柜的主要参数为：整流电压、工作电流以及整流功率。流量计、压力表、ABS管材管件、阀门是电渗析的附属配件，起着显示电渗析装置的各种运行参数、水室的接通以及水流方向的切换等作用。
十五、电渗析的脱盐原理是什么？
电渗析装置中的阴阳离子交换膜具有选择透过性，当溶液中的离子在电场作用下发生定向移动时，利用阴阳离子交换膜的选择透过性而透过或不透过相应的交换膜在不同的水室中形成了浓水或淡水。
十六、电渗析浓、淡、极水分布比例大致为多少？
电渗析装置中的浓水、淡水、极水的分布比例大致为4：4：2，因此在电渗析除盐系统中节约极水的措施是非常有意义的;常用节约极水的措施有部分浓水充当极水后进行排放或采用极水循环;极水循环系统具体方式是软化水或脱盐水+NaCL溶液充当极水循环。
十七、浓水循环频繁自动倒极系统是如何实现的？其意义是什么？
在当前的水处理行业中，浓水循环频繁自动倒极系统是以可编程控制器为控制核心，以系统产水工艺运行时间为控制函数，利用电动或气动直通阀门、三通阀门来定时切换浓淡水的水流方向，使淡水始终流入产水箱，而浓水固定排入浓水循环箱。在水资源日益匮乏的今天，浓水循环频繁自动倒极系统具有深远的意义，第一该系统的水回收率较高可达到80%（视进水水质而定），在一些大型的水处理系统中节水的效果非常明显。第二该系统的造价比较低，对系统进水水质的要求比较低，容易推广（在一些对回收率要求较高而又不能够投入较多资金的企业或厂矿的水处理项目中比较有竞争力）。
十八、水处理系统工程中需要哪几种水泵？不同厂家的水泵该如何选型？
水处理系统工程中大致需要普通型泵、增压型泵、防腐蚀型泵。普通型泵一般选用IS型铸铁水泵;增压型水泵一般选用不锈钢水泵如丹麦格兰夫进口高压泵（根据具体情况而定）;防腐蚀型水泵一般选用IH型化工泵或工程朔料水泵。
不同厂家的水泵型号都有所不同，首先根据系统的工艺要求选择水泵的流量;其次根据工艺要求选择水泵的扬程（1公斤约等于10米扬程，1MPa约等于10公斤）;再次根据工艺要求来选择水泵的材质（主要是指水泵泵头的材质）;最后根据各种水泵的耗电量来选择即能达到工艺要求又能节省系统能耗的水泵。
十九、水处理系统中几个基本概念：TDS、SDI、LSI、KSP
TDS：总溶解固形物（一般和矿化度近似）
SDI：污染指数是衡量系统预处理效果的指标，SDI<6.7，对深井水（wellwater）而言，反渗透装置对进水SDI要求为SDI<5。
LSI：LangelierSaturationIndex,Langelier指数是衡量反渗透装置结垢倾向的，LSI=0，系统无结垢、无腐蚀倾向;LSI>0，系统有结垢倾向;LSI<0，系统有腐蚀倾向。对反渗透系统而言，LSI值要求不大于0。系统的LSI值可用加酸来降低，也可减少系统水回收率来降低。
Ksp：溶解度平衡常数，反渗透装置对原水中的溶剂、溶质选择透过，在浓水侧因溶剂的减少而产生了浓缩，当浓水侧溶解固形物浓缩出现因浓度积大于溶解度平衡常数时就会结晶析出，对反渗透装置带来危害。增加系统的溶解度平衡常数可用加阻垢剂的方式，阻垢剂能够增加溶解固形物的溶解度。
二十、LSI指数如何能得到有效的控制？
要能有效地控制系统的LSI指数可通过以下几个方面：
1、可通过降低系统水回收率来降低系统LSI指数。
2、可通过投加酸来降低系统LSI指数。
3、可通过投加相应的药剂来增加系统中溶解盐的溶解度，如投加TRISPE1000型阻垢剂。
4、可通过降低或预除去水中容易结构的离子，如通过软化柱软化系统进水。
二十一、反渗透系统中必需使用哪几种仪器仪表？
反渗透系统中必需几种仪器仪表有：
1、污染指数仪：用于测量系统预处理的SDI指数。
2、浓水流量计：用于测量系统浓水的流量，和产水流量计配合使用来确定系统回收率。
3、产水流量计：用于测量系统产水的流量。产水电导仪：用于测量系统产水水质（电导率）
4、压力表：测量系统进水压力、段间压力、浓水压力、产水压力。
5、进水流量计：用于测量系统总进水流量。
6、温度计：用于测量系统运行的温度。
7、进水PH计：用于测量系统进水PH值的变化情况。
8、进水电导仪：用于测量系统进水电导率，和产水电导率配合使用来确定系统脱盐率。
9、氧化还原仪：用于测量系统进水中含氧化性物质的多少以确定对系统安全性的威胁程度。
10、高低压保护开关：用于保护系统不在低压（供水不足）和高压状态下运行。
一个反渗透系统是比较复杂的，使用的仪器仪表是与工艺要求和用户投资情况决定的。正常的反渗透系统只需要产水流量计、浓水流量计、产水电导仪、压力表、高低压保护就足够了。
二十二、水锤现象是什么？如何解决这一问题？
“水锤”是由于压力容器中混有空气，在启动装置的时候没有采用必须的手段来排除容器中的空气，以至于高压水流混杂着空气向容器内运动时产生剧烈的震动，严重时会将膜元件击的粉碎，带来不可恢复的损失。“防范在先、预防为主”，如何防止产生“水锤”现象就显得相当重要。一般采取的措施有：
1、高压泵采用软启动方式避免，如降压启动、变频调速启动、带自动控制器的串电阻启动。
2、在操作方式上避免，如在启动时将进口阀门关闭或关小，然后缓慢打开阀门，直到达到系统工作压力时为止。
3、利用控制防止避免，如用PLC控制一电动慢开门，在几十秒的时间内打开阀门。
4、利用安装工艺防止，如在浓水排放口设一回流管道，使得管道的最高点超过反渗透装置中最高的压力容器，这样在装置停止运行时就会在压力容器内存满水。以上几点是工程应用中常采用的措施，可都采纳也可根据实际情况采用几点，值得注意的是不论哪一个工程第4点是必须的。
二十三、反渗透浓水排放管为什么必须比装置高出一点？
浓水排放阀在反渗透运行时是始终打开的，这样当反渗透装置停止运行时，如果排放管的最高点低于压力容器的最高点时就会产生“虹吸”现象，压力容器中的水会由于自重通过浓水排放管流出反渗透装置，在压力容器中混入了空气，一是容易引起水锤现象的产生，二是停机运行时空气中的氧气会对反渗透膜元件产生或多或少的氧化作用，影响膜元件的使用寿命。
二十四、电渗析、反渗透的进水指标？
电渗析的进水指标有：
温度范围：4-40℃含铁、锰量：Fe≤0.3mg/l，Mn≤0.1mg/l
浊度：小于0.3mg/l（对0.9mm厚的隔板）SDI约等于0
游离氯：CL≤0.3mg-0.5mg/l
反渗透的进水指标有：含铁量：Fe≤1mg/l游离氯：CL≤0.1mg
SDI：小于4温度范围：5-45℃浊度：小于1NTU
二十五、机械过滤器、除铁除锰过滤器、除二氧化碳器进出水指标？
机械过滤器的进水悬浮物≤20mg/l，出水悬浮物≤5mg/l。除铁除锰过滤器的进水含铁量≤30mg/l，出水含铁量≤0.3mg/l。除二氧化碳器进水二氧化碳含量≤330mg/l，出水二氧化碳含量≤5mg/l。
二十六、电渗析的浓差极化现象是什么？浓差极化的危害有那些？
当电渗析的工作电流超过极限电流时在阴离子交换膜与淡水的界面处产生水电解，生成了H+和OH-离子，使这些离子参与了电荷的传递时即产生了极化现象。极化的危害简而言之是使一种电能消耗在与除盐无关的电解水上，因而造成电能的浪费，而且OH-离子进入浓水室后和CO32-及CaCO3水垢，使膜和电渗析的性能下降。极化时脱盐室膜面上电解质离子的浓度比主体溶液浓度低得多，引起很高的极化电位，而浓水室膜面浓度则比主体溶液浓度高得多，使水中易形成沉淀的离子在膜面上产生沉淀，其结果是：膜对表观电阻明显增大，电流密度下降，脱盐率降低。电流效率下降，因为很大一部分电流消耗在水的电解上，以产生H+和OH-离子代消耗的反离子来传递电荷。若阴膜先极化，脱盐室水离解产生的H+离子透过阳膜进入浓水室，使脱盐室膜面呈碱性，容易使Ca2+、Mg2+离子和CO32-形成CaCO3沉淀。若阳膜先极化，脱盐室水解产生的OH-离子透过阴膜进入浓缩室，使被阴膜阻挡的Ca2+、Mg2+离子容易形成结垢。膜面上形成的沉淀除了是膜电阻增加、单位产水电耗量明显增加、水流阻力升高以外，还因溶液PH值变化使离子交换膜受到腐蚀而缩短了使用寿命。
二十七、如何控制浓差极化现象？
1、严格控制操作电流，是电渗析在低于极限电流密度的条件下运行。
2、强化电渗析隔室中的传递过程，例如采用湍流效果好的隔网，高温电渗析。
3、采用定期酸洗，加入防垢剂，倒换电极等措施消除浓差极化现象产生的沉淀。
4、可采用适当的预处理来改善系统进水水质。
二十八、紫外线杀菌器的特点是什么？
紫外线杀菌器的特点如下：
1、紫外线杀菌速度快、效率高、效果好。
2、紫外线照射不会改变水的物理、化学性质，对纯水不会带如附加物所引入的污染。
3、能适用于各种水的流量下使用，操作简单，使用方便，只需定期地清洗石英玻璃管套。
4、体积小，轻便、耗电低、寿命长。
二十九、影响紫外线杀菌器效果的因素和注意的事项是什么？
影响紫外线杀菌效果的因素是紫外线的强度、紫外线光谱的波长和照射时间。在使用紫外线杀菌器时应注意的事项为：
1、安装位置：紫外线安装的位置离使用点越近越好，但也应留有从一端装进或抽出石英管套和更换灯管的操作空间。
2、流量：在同一杀菌器内，当紫外线的辐射能量一定，水中细菌含量变化不大时通过杀菌器的水流量大小对杀菌效果有显著的影响。
3、水的物理化学性质：水的色度、浊度、总铁含量对紫外线都有不同程度的吸收，其结果使杀菌的效果降低。
4、灯管功率：灯管的点燃功率对杀菌效率影响很大。
5、灯管周围的介质温度：紫外线灯管辐射光谱能量与灯管管壁的温度有关。
6、石英管套：适应管套的质量和壁厚与紫外线的透过率有关，石英管套的纯度高，效率好。
7、水层厚度：水层厚度对杀菌效果有很大的关系。
三十、臭氧杀菌器的特点是什么？
臭氧是水处理中最有效的杀菌剂之一，只有游离氯才能和臭氧的杀菌能力相比。用臭氧消毒的优点是其杀菌效率高，即使对于如病毒和囊孢等抵抗性强的微生物，它也是迄今最为有效的消毒剂。它可以减少给水的嗅、味和色度，并且在分解时它唯一剩余物质是溶解氧。另外，臭氧的杀菌能力不受PH值变化和氨的影响。用臭氧消毒也有不利的一面，因为必须用电产生臭氧，并且不能储备，在遇到水质和水量变化时，对臭氧的需用量难于及时调整。经验证明臭氧最适用于用水量低而用水量稳定的水厂;此外臭氧虽强氧化剂，但其氧化能力是有选择性的，并不是普遍产生氧化作用，像乙醇这种容易被氧化的物质却不容易和臭氧作用。
三十一、水质分析中水样采集应注意什么问题？
水质分析中水样采集应注意以下几个问题：
采样应具有代表性，即所采取水样能代表整个水体的水质。
水样的水质应在采用与分析之间应该稳定不变或无明显的变化。取样量应为检测项目需样量的4-5倍，以保证重复分析和复检的水样量，最小取样量应以保证分析的准确度与精度的要求为准。
尽量缩短水样和取样设备的接触时间，水样流经管线应采取高线性流速，如果采用时需要连接管路和阀门等中间流路，应特别注意这一中间环节的污染问题，其材质与清洗的要求应与采用容器一致。
现场测试的项目，如PH值、溶解氧、碱度、CO2、亚铁、氨态氮、余氯等含量，应尽量缩短取样至分析饿时间间隔，且应尽量采用在线分析检测。
应备有采用记录并在采样容器上贴标签，注明采用名称、时间、地点、温度、采样量、采用容器及采样人等。
