我最喜歡的給水處理新技術(shù)(論文)---謝光亮

1、課 程 論 文 課程名稱_題目名稱_學(xué)生學(xué)院_專業(yè)班級_學(xué) 號_學(xué)生姓名_指導(dǎo)教師_200 年 月 日我最喜歡的一種給水處理新技術(shù)謝光亮 指導(dǎo)老師：李冬梅（廣東工業(yè)大物理與光電工程學(xué)院）摘要：本文主要介紹我最喜歡的給水處理新技術(shù)關(guān)鍵詞：水處理 新技術(shù) 反滲透技術(shù) 上了這門課之后，我深深的愛上了這門課。只喝處理好的水，之前我對水資源的現(xiàn)況基本沒什么了解，對水資源的污染特點(diǎn)、給水處理常規(guī)工藝也只是略懂皮毛而已，就更不用說給水處理新技術(shù)。但聽過老師您的講解之后，我喜歡上一種給水處理新技術(shù)反滲透技術(shù)。 首先先分析一下我國目前的水資源狀況： 大家都知道，中國是一個干旱缺水嚴(yán)重的國家。淡水資源總量為280

2、00億立方米，占全球水資源的6，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，僅為世界平均水平的14、美國的15，在世界上名列121位，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。 據(jù)監(jiān)測，目前全國多數(shù)城市地下水受到一定程度的點(diǎn)狀和面狀污染，且有逐年加重的趨勢。日趨嚴(yán)重的水污記。染不僅降低了水體的使用功能，進(jìn)一步加劇了水資源短缺的矛盾，對中國正在實施的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略帶來了嚴(yán)重影響，而且還嚴(yán)重威脅到城市居民的飲水安全和人民群眾的健康。 我國屬于缺水國之列，人均淡水資源僅為世界人均量的14，居世界第109位。中國已被列入全世界人均水資源13個貧水國家之一，扣除難以利用的洪水涇流和

3、散布在偏遠(yuǎn)地區(qū)的地下水資源后，中國現(xiàn)實可利用的淡水資源量則更少。不僅淡水資源少得可憐，更讓人倍感無奈的是其分布不均，大量淡水資源集中在南方，北方淡水資源只有南方水資源的14。據(jù)統(tǒng)計，全國600多個城市中有一半以上城市不同程度缺水，沿海城市也不例外，甚至更為嚴(yán)重。目前我國城市供水以地表水或地下水為主，或者兩種水源混合使用，有些城市因地下水過度開采，造成地下水位下降，有的城市形成了幾百平方公里的大漏斗，使海水倒灌數(shù)十公里。由于工業(yè)廢水的肆意排放，導(dǎo)致80以上的地表水、地下水被污染。接下來讓我們看看中國目前水資源的污染特點(diǎn)：水是怎樣被污染的呢？原因主要有兩種：一是自然的，一是人為的。由于雨水對各種礦

4、石的溶解作用，火山爆發(fā)和干旱地區(qū)的風(fēng)蝕作用所產(chǎn)生的大量灰塵落入水體而引起的水污染，這屬于自然污染。向水體排放大量未經(jīng)處理的工業(yè)廢水、生活污水和各種廢棄物，造成水質(zhì)惡化，這屬于人為污染。而人們通常所說的水污染主要是指后一種，而且也是最主要的。 1：水體受污染的過程：一般來說，水自身有自凈能力。水的自凈能力包括稀釋擴(kuò)散、沉淀堆積、氧化還原以及水中微生物對有機(jī)物的分解等。大體可以分四段：第一為污染段，由于大量污染物混入，河流水質(zhì)惡化，水中溶解氧極少，除了細(xì)菌以外，其它生物較少，特別是幾乎不存在自氧性生物；第二是分解段，分解有機(jī)質(zhì)的生物逐漸繁殖，生物分解活動激烈，大量消耗溶解氧，魚類難以生存，出現(xiàn)藻類

5、和需氧較低的原生生物等，而在生化需氧量逐漸降低后，水中溶解氧又逐漸增加；第三為恢復(fù)段，藻類、魚類和其它大型生物重新又活潑起來，水質(zhì)逐漸變清；第四為清水段，溶解氧接近飽和，水質(zhì)清潔，自凈過程到此完成。 2：水體受污染的原因：人類生產(chǎn)活動造成的水體污染中。工業(yè)引起的水體污染最嚴(yán)重。如工業(yè)廢水，它含污染物多，成分復(fù)雜，不僅在水中不易凈化，而且處理也比較困難。 工業(yè)廢水，是工業(yè)污染引起水體污染的最重要的原因。它占工業(yè)排出的污染物的大部分。工業(yè)廢水所含的污染物因工廠種類不同而千差萬別，即使是同類工廠，生產(chǎn)過程不同，其所含污染物的質(zhì)和量也不一樣。工業(yè)除了排出的廢水直接注入水體引起污染外，固體廢物和廢氣也會

6、污染水體。農(nóng)業(yè)污染首先是由于耕作或開荒使土地表面疏松，在土壤和地形還未穩(wěn)定時降雨，大量泥沙流入水中，增加水中的懸浮物。還有一個重要原因是近年來農(nóng)藥、化肥的使用量日益增多，而使用的農(nóng)藥和化肥只有少量附著或被吸收，其余絕大部分殘留在土壤和漂浮在大氣中，通過降雨，經(jīng)過地表徑流的沖刷進(jìn)入地表水和滲入地表水形成污染。城市污染源是因城市人口集中，城市生活污水、垃圾和廢氣引起水體污染造成的。城市污染源對水體的污染主要是生活污水，它是人們?nèi)粘Ｉ钪挟a(chǎn)生的各種污水的混合液，其中包括廚房、洗滌房、浴室和廁所排出的污水。世界上僅城市地區(qū)一年排出的工業(yè)和生活廢水就多達(dá)500立方公里，而每一滴污水將污染數(shù)倍乃至數(shù)十倍的

7、水體。 水資源污染日益嚴(yán)重，并呈多樣化，所以只用常規(guī)工藝處理的水是絕對不達(dá)標(biāo)的?，F(xiàn)有的常規(guī)工藝難以勝任正常的運(yùn)行職能，以主要功能為去除水中懸浮固體、膠體的混凝、沉淀、過濾和消毒工藝而言，不但無法有效去除水中存在的氨氮和大量溶解性有機(jī)污染物包括內(nèi)分泌干擾物：水的嗅和味等感官指標(biāo)不能令人滿意，對富營養(yǎng)化水源水中有毒藻類及其藻毒素也不能有效去除；為了最大發(fā)揮現(xiàn)有工藝能力，確保優(yōu)質(zhì)供水，應(yīng)采取強(qiáng)化混凝、精細(xì)化管理等措施。給水常規(guī)處理工藝是我國最常采用的凈水工藝，即對原水采用混凝、沉淀、過濾和消毒，以去除水中渾濁度、色度、細(xì)菌和病毒為主的水處理流程。由于原水水質(zhì)污染日趨嚴(yán)重而我國飲用水標(biāo)準(zhǔn)又不斷提高，目

8、前的給水常規(guī)處理工藝在越來越多的技術(shù)指標(biāo)面前顯得力不從心，大部分水廠采用降低運(yùn)行負(fù)荷增加投藥量等措施，但是出廠水濁度超標(biāo)、水中嗅味、紅蟲、消毒副產(chǎn)物超標(biāo)等問題依然突出。雖然采用預(yù)處理和深度處理等水處理工藝能夠極大地改善出水水質(zhì)，然而大量資金投入，占地面積以及運(yùn)行成本等的大幅度增加，使得尚處于發(fā)展中國家的中國無法將新工藝推廣至大部分自來水廠，并且大規(guī)模改造需要很長時間。因此，給水處理常規(guī)工藝不能滿足當(dāng)前飲用水質(zhì)要求，所以就要用到新技術(shù)了，主要的給水處理新技術(shù)有哪些，它們又有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢？ 1.電滲析技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：電滲析器結(jié)構(gòu)簡單，主要部件有陽、陰離子交換膜，塑料隔板，電極三部分。組裝形式一般采用正電

9、極一陽膜一隔板一陰膜一隔板一陽膜一一陰膜一隔板一陽膜一負(fù)電極排列順序。電滲析中，一對電極之問的膜堆稱為“一”級，一級中水流方向相同的膜對稱為“段”，在一臺電滲析中級、段可以有并聯(lián)，串電滲析的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要消耗化學(xué)藥品，設(shè)備簡單，操作方便。缺點(diǎn)：運(yùn)行過程中陰極和膜上容易結(jié)垢，從而影響出水水質(zhì)，并縮短儀器的使用時間。為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須采取一定的措施，包括控制工作電流、定期倒換電極、定期酸洗、定期拆洗等。此外，電滲析處理技術(shù)的耗電量、耗水量都很高，而且對進(jìn)水的濁度要求也很嚴(yán)格，以防止堵塞水路，諸成制水困難。 2.反滲透技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：過濾過程不發(fā)生相變化,無需加熱,能耗低,無需添加化學(xué)試劑,無污

10、染,是一種節(jié)能環(huán)保的分離技術(shù)。濾過程是在常溫下進(jìn)行,條件溫和無成分破壞,因而特別適宜對熱敏感的物質(zhì),如藥物、酶、果汁等的分離、分級、濃縮與富集。反滲透設(shè)備過程僅采用壓力作為膜分離的動力,因此分離裝置簡單、流程短、操作簡便、易于控制和維護(hù)。缺點(diǎn)：它不能直接得到干粉制劑.對于蛋白質(zhì)溶液,一般只能得到1050的濃度. 3.離子交換技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：一次操作可以將多個元素加以分離。而且還能得到高純度的產(chǎn)品。預(yù)處理要求簡單，工藝成熟，出水水質(zhì)穩(wěn)定，設(shè)備初期投入低。 由于治水原理類同于用酸堿置換水中離子，所以在原水低含鹽量的應(yīng)用區(qū)域運(yùn)行成本較低。缺點(diǎn)：是不能連續(xù)處理，一次操作周期花費(fèi)時間長，還有樹脂的再生、交換等

11、所耗成本高。離子交換床閥門眾多，操作復(fù)雜煩瑣。自動化操作難度大，投資高。需要酸堿再生，再生廢水必須經(jīng)處理合格后方可排放，存在環(huán)境污染隱患。細(xì)菌易在床層中繁殖，且離子交換樹脂會長期向純水中滲溶有機(jī)物。在含鹽量高的區(qū)域，運(yùn)行成本高。 4.組合式軟化水技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備長期連續(xù)運(yùn)行，無運(yùn)行周期停頓和水質(zhì)周期起伏。自動溶鹽、過濾，避免人工攪拌的繁重勞動。運(yùn)行費(fèi)用省，再生劑耗量低，自耗水量少，軟水產(chǎn)量足。設(shè)備緊湊，占地少，安裝方便，操作、維修簡單。 5.光化學(xué)氧化法優(yōu)點(diǎn)：該方法的強(qiáng)氧化性、對作用對象的無選擇性與最終可使有機(jī)物完全礦化的特點(diǎn)，使光催化氧化在飲用水深度處理方面具有較好的應(yīng)用前景。缺點(diǎn)：TiO2粉

12、末顆粒細(xì)微，不便加以回收，同傳統(tǒng)凈水工藝相比，光催化氧化處理費(fèi)用較高，設(shè)備復(fù)雜，近期內(nèi)推廣使用受到限制。光催化氧化投入實際應(yīng)用所需要解決的主要問題是確定長期運(yùn)行過程中催化劑中毒情況及尋求理想的再生方法；解決催化劑的分離回收或固定化問題；反應(yīng)器的設(shè)計及提高光能利用率等。其中，我最喜歡的是反滲透技術(shù)，為什么呢？讓我先為大家說說什么是反滲透技術(shù)吧！反滲透技術(shù)，是當(dāng)今最先進(jìn)和最節(jié)能有效的膜分離技術(shù)。其原理是在高于溶液滲透壓的作用下，依據(jù)其他物質(zhì)不能透過半透膜而將這些物質(zhì)和水分離開來。由于反滲透膜的膜孔徑非常?。▋H為10A左右），因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機(jī)物等（去除率高達(dá)97%

13、-98%）。反滲透是目前高純水設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種脫鹽技術(shù)，它的分離對象是溶液中的離子范圍和分子量幾百的有機(jī)物；反滲透（RO）、超過濾（UF）、微孔膜過濾（MF）和電滲析（EDI）技術(shù)都屬于膜分離技術(shù)。近30年來，反滲透、電滲析、超過濾和膜過濾已進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用，主要應(yīng)用于電子、化工、食品、制藥及飲用純水等領(lǐng)域。 1.什么是反滲透：反滲透是60年代發(fā)展起來的一項新的膜分離技術(shù)，是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離的過程。反滲透的英文全名是“REVERSE OSMOSIS”，縮寫為“RO”。 2.反滲透的原理:首先要了解“滲透”的概念。滲透是一種物理現(xiàn)象。當(dāng)兩種不同濃度鹽類的水，如用

14、一張半滲透性的薄膜分開就會發(fā)現(xiàn)，含鹽量少的一邊的水分會透過膜滲到含鹽量高的水中，而其中的鹽分并不滲透，這樣，逐漸把兩邊的含鹽濃度融合到均等為止。然而，要完成這一過程需要很長時間，這一過程也稱為滲透(如下圖)。但如果在含鹽量高的水側(cè)，施加一個壓力，其結(jié)果可以使上述滲透停止，如果壓力再加大，可以使水向相反的方向滲透，而鹽分剩下。因此，反滲透除鹽原理，就是在有鹽分的水中(如原水)，施以比自然滲透壓力更大的壓力，使?jié)B透向相反方向進(jìn)行，把原水中的水分子壓到膜的另一邊，變成潔凈的水，從而達(dá)到除去水中雜質(zhì)、鹽分的目的。 3. 反滲透膜分類和結(jié)構(gòu)： 反滲透膜的分類： 按化學(xué)成份分為：醋酸纖維膜、 復(fù)合膜 按形

15、態(tài)分為：板框式、管式、卷式、中空纖維 按用途分為：苦咸水膜（普通膜、低污染膜、超低壓膜）、鈉濾 膜、海水膜 反滲透膜的機(jī)構(gòu)：（如上圖）4.RO反滲透的由來:1950年美國科學(xué)家DR.S.Sourirajan有一回?zé)o意發(fā)現(xiàn)海鷗在海上飛行時從海面啜起一大口海水，隔了幾秒后，吐出一小口的海水，而產(chǎn)生疑問，因為陸地上由肺呼吸的動物是絕對無法飲用高鹽份的海水的。經(jīng)過解剖發(fā)現(xiàn)海鷗體內(nèi)有一層薄膜，該薄膜非常精密，海水經(jīng)由海鷗吸入體內(nèi)后加壓，再經(jīng)由壓力作用將水分子貫穿滲透過薄膜轉(zhuǎn)化為淡水，而含有雜質(zhì)及高濃縮鹽份的海水則吐出嘴外，此即往后反滲透法的基本理論架構(gòu);并在1953年由University of Flo

16、rida應(yīng)用于海水淡化去除鹽份設(shè)備，在1960年經(jīng)美國聯(lián)邦政府專案支助美國U.C.L.A大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授Dr.S.Sidney Lode配合DR.S.Soirirajan博士著手研究反滲透膜，一年約投入四億美元經(jīng)費(fèi)研究，以運(yùn)用于太空人使用，使太空船不用運(yùn)載大量的飲用水升空，直到1960年投入研究工作的學(xué)者、專家越來越多，使之質(zhì)與量更加精進(jìn)，從而解決了人類飲用水中的難題。 5.反滲透機(jī)理模型：有幾個經(jīng)典模型 ：1。優(yōu)先吸附毛細(xì)孔模型：弱點(diǎn)干態(tài)電鏡下，沒發(fā)現(xiàn)孔。濕態(tài)膜標(biāo)本不是電鏡的樣品。 2。溶解擴(kuò)散模型：不認(rèn)為有孔。 3。干閉濕開模型：上工世紀(jì)80，90年代，國人鄧宇等提出的，能夠解釋1和2模型的

17、統(tǒng)一的現(xiàn)代最貼切的逆滲透機(jī)理模型。既“干閉濕開”反滲透模型，統(tǒng)一了兩個最經(jīng)典的反滲透機(jī)制模型，細(xì)孔模型，溶解擴(kuò)散模型。利用反滲透技術(shù)可以有效的去除水中的溶解鹽、膠體，細(xì)菌、病毒、細(xì)菌內(nèi)毒素和大部分有機(jī)物等雜質(zhì)。反滲透膜的主要分離對象是溶液中的離子范圍，無需化學(xué)品即可有效脫除水中鹽份，系統(tǒng)除鹽率一般為98%以上。所以反滲透是最先進(jìn)的也是最節(jié)能、環(huán)保的一種脫鹽方式，也已成為了主流的預(yù)脫鹽工藝。6. 反滲透技術(shù)對氨氮的去除效果：現(xiàn)在讓我們看看反滲透技術(shù)對有機(jī)物，特別是氨氮的去除效果如何，看看下面的實驗：實驗內(nèi)容：優(yōu)質(zhì)飲用水超濾法和反滲透法的對比 6-1. 超濾法 超濾是一個壓力驅(qū)動過程，其介于微濾與

18、納濾之間。一般來說，超濾膜的截留相對分子質(zhì)量在1000300000之間，而相應(yīng)的孔徑在5100nm之間，操作壓力一般為0.10.5MPa，主要用于截留去除水中的懸浮物、膠體、微粒、細(xì)菌和病毒等大分子物質(zhì)。工藝流程是原水從水箱中流出，經(jīng)過錳砂過濾、精密過濾和超濾三道過濾程序以后，再進(jìn)行消毒處理，最后得到純水。實驗結(jié)果見表1。6-2.反滲透法 反滲透凈化過程的步驟和超濾凈化過程基本一致，也是原水從水箱中流出，經(jīng)過錳砂過濾、精密過濾兩道過濾程序以后，進(jìn)入反滲透凈化器過濾，再進(jìn)行消毒處理，最后得到純水，見圖2。實驗結(jié)果見表 2。 圖2 反滲透處理工藝流程 結(jié)論：以上處理過程研究表明： (1)超濾處理后的水的氨氮去除率在80%左右，氯化物去除率是6%； (2)反滲透處理后的水的氨氮去除率在96%左右，氯化物去除率是50%； (3)超濾和反滲透兩種方法都能保證凈化后的水質(zhì)符合國家的規(guī)定，比較而言反滲透凈化處理的水的指標(biāo)更符合要求，氯化物的去除率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于超濾，而且反滲透凈化的水對