軟化水處理及其技術(shù)

水的軟化及其技術(shù)伍娟娟整理課件概念天然水體由于自然循環(huán)和社會循環(huán)的原因，使水中含有大量的礦物鹽類等物質(zhì)。其中，鈣和鎂以化合物的形式存在并成為主要成分，即稱硬度。去除水中部分或全部硬度的過程稱為水的軟化整理課件意義由于水垢的沉積對人們的生活及生產(chǎn)均有很明顯的影響,所以生產(chǎn)用水和生活用水均對硬度指標有一定的要求。整理課件軟化的目的避免鍋爐水由于硬度而生垢浪費燃料、燒損部件、爆炸避免Ca2+、Mg2+對工業(yè)冷卻設備正常運行的影響傳熱系數(shù)低、導熱性能差避免影響造紙、紡織等行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量中心目的消除不良影響,滿足生活和工業(yè)用水的要求！整理課件國軟化水行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀軟化水處理主要解決硬水所帶來的水垢問題國外：在美國水質(zhì)都很硬，所以他們的家用軟化水處理設備已相當普及。在發(fā)達國家的家居生活設施中，占家庭用水量90%的烹飪、洗滌、沐浴等用水使用的都是軟水。整理課件國內(nèi)：以水質(zhì)較硬的華北、西北地區(qū)為主要市場，正處于萌芽期。目前產(chǎn)品終端銷售主要集中在北京、上海地區(qū)。國產(chǎn)軟化水處理設備價格相對較低，占有一定優(yōu)勢，但功能方面不及進口產(chǎn)品先進。整理課件應用領域可廣泛應用于蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、交換器、蒸發(fā)冷凝器、空調(diào)、直燃機等系統(tǒng)的補給水的軟化。還可用于賓館、飯店、寫字樓、公寓等生活用水的處理及食品、飲料、釀酒、洗衣、印染、化工、醫(yī)藥等行業(yè)的軟化水處理。整理課件發(fā)展前景由于北方地區(qū)的水質(zhì)較硬，從解決問題的角度看，軟化水處理的前景還是很不錯的。南方地區(qū)由于水質(zhì)相對較軟，因此需求還不是很迫切。隨著人們對使用軟水認知度高的提高，軟化水處理將迅速發(fā)展。整理課件常用的軟化方法離子交換法膜分離法電去離子軟化法石灰法加藥法蒸餾法掩蔽劑法集成膜技術(shù)電磁法整理課件離子交換法IE采用特定的陽離子交換樹脂，以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來。主要優(yōu)點是：效果穩(wěn)定準確，工藝成熟?？梢詫⒂捕冉抵?。采用這種方式的軟化水設備一般也叫做“離子交換器”(由于采用的多為鈉離子交換樹脂，所以也多稱為“鈉離子交換器”)。整理課件整理課件整理課件整理課件設備的標準工作流程

工作(有時叫做產(chǎn)水，下同)、反洗、吸鹽(再生)、慢沖洗(置換)、快沖洗五個過程。不同軟化水設備的所有工序非常接近，只是由于實際工藝的不同或控制的需要，可能會有一些附加的流程。任何以鈉離子交換為基礎的軟化水設備都是在這五個流程的基礎上發(fā)展來的(其中，全自動軟化水設備會增加鹽水重注過程)。

整理課件反洗：工作一段時間后的設備，會在樹脂上部攔截很多由原水帶來的污物，把這些污物除去后，離子交換樹脂才能完全曝露出來，再生的效果才能得到保證。反洗過程就是水從樹脂的底部洗入，從頂部流出，這樣可以把頂部攔截下來的污物沖走。這個過程一般需要5-15分鐘左右。

整理課件吸鹽(再生)：即將鹽水注入樹脂罐體的過程，傳統(tǒng)設備是采用鹽泵將鹽水注入，全自動的設備是采用專用的內(nèi)置噴射器將鹽水吸入(只要進水有一定的壓力即可)。在實際工作過程中，鹽水以較慢的速度流過樹脂的再生效果比單純用鹽水浸泡樹脂的效果好，所以軟化水設備都是采用鹽水慢速流過樹脂的方法再生，這個過程一般需要30分鐘左右，實際時間受用鹽量的影響。

整理課件慢沖洗(置換)：在用鹽水流過樹脂以后，用原水以同樣的流速慢慢將樹脂中的鹽全部沖洗干凈的過程叫慢沖洗，由于這個沖洗過程中仍有大量的功能基團上的鈣鎂離子被鈉離子交換，根據(jù)實際經(jīng)驗，這個過程中是再生的主要過程，所以很多人將這個過程稱作置換。這個過程一般與吸鹽的時間相同，即30分鐘左右。

整理課件快沖洗：為了將殘留的鹽徹底沖洗干凈，要采用與實際工作接近的流速，用原水對樹脂進行沖洗，這個過程的最后出水應為達標的軟水。一般情況下，快沖洗過程為5-15分鐘。整理課件膜分離法典型的膜分離技術(shù)有微孔過濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)、納濾(NF)、滲析(D)、電滲析(ED)及滲透蒸發(fā)(PV)

。整理課件膜上游

透膜

膜下游選擇性透膜整理課件整理課件微孔過濾技術(shù)微孔過濾和微孔膜的特點微孔過濾技術(shù)始于十九世紀中葉，是以靜壓差為推動力，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進行分離的膜過程。實施微孔過濾的膜稱為微孔膜。整理課件微孔膜的主要優(yōu)點為：

①孔徑均勻，過濾精度高。能將液體中所有大于制定孔徑的微粒全部截留；

②孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度為107孔/cm2，微孔體積占膜總體積的70％～80％。由于膜很薄，阻力小，其過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)快幾十倍；整理課件

③無吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90～150μm之間，因而吸附量很少，可忽略不計。

④無介質(zhì)脫落。微孔膜為均一的高分子材料，過濾時沒有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的濾液。

整理課件微孔膜的缺點：

①顆粒容量較小，易被堵塞；

②使用時必須有前道過濾的配合，否則無法正常工作。整理課件超濾技術(shù)超濾和超濾膜的特點超濾技術(shù)始于1861年，其過濾粒徑介于微濾和反滲透之間，約5～10nm，在0.1～0.5MPa的靜壓差推動下截留各種可溶性大分子，如多糖、蛋白質(zhì)、酶等相對分子質(zhì)量大于500的大分子及膠體，形成濃縮液，達到溶液的凈化、分離及濃縮目的。整理課件2.超濾膜技術(shù)應用領域超濾膜的應用也十分廣泛，在作為反滲透預處理、飲用水制備、制藥、色素提取、陽極電泳漆和陰極電泳漆的生產(chǎn)、電子工業(yè)高純水的制備、工業(yè)廢水的處理等眾多領域都發(fā)揮著重要作用。

整理課件超濾技術(shù)主要用于含分子量500～500,000的微粒溶液的分離，是目前應用最廣的膜分離過程之一，它的應用領域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生化等。整理課件超濾膜截留分子量的確定整理課件超濾膜裝置整理課件反滲透技術(shù)1.反滲透原理及反滲透膜的特點

滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。人類很早以前就已經(jīng)自覺或不自覺地使用滲透或反滲透分離物質(zhì)。目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用的現(xiàn)代分離技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡化、超純水制備、廢水處理等方面，反滲透技術(shù)有其他方法不可比擬的優(yōu)勢。整理課件圖4滲透與反滲透原理示意圖滲透和反滲透的原理如下圖所示。整理課件如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜將兩種不同濃度的水溶液隔開，水會自然地透過半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一現(xiàn)象稱滲透（圖4a）。這一過程的推動力是低濃度溶液中水的化學位與高濃度溶液中水的化學位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。整理課件隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增大。當液面升高至H時，滲透達到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為滲透壓（圖4b）。滲透過程達到平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。整理課件如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度水溶液中的水將通過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，這一過程就稱為反滲透（圖4c）。整理課件反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的分子量一般小于500，操作壓力為2～100MPa。用于實施反滲透操作的膜為反滲透膜。反滲透膜大部分為不對稱膜，孔徑小于0.5nm，可截留溶質(zhì)分子。整理課件2.反滲透與超濾、微孔過濾的比較反滲透、超濾和微孔過濾都是以壓力差為推動力使溶劑通過膜的分離過程，它們組成了分離溶液中的離子、分子到固體微粒的三級膜分離過程。整理課件一般來說，分離溶液中分子量低于500的低分子物質(zhì)，應該采用反滲透膜；分離溶液中分子量大于500的大分子或極細的膠體粒子可以選擇超濾膜，而分離溶液中的直徑0.1～10μm的粒子應該選微孔膜。以上關于反滲透膜、超濾膜和微孔膜之間的分界并不是十分嚴格、明確的，它們之間可能存在一定的相互重疊。整理課件表3反滲透、超濾和微孔過濾技術(shù)的原理和操作特點比較分離技術(shù)類型反滲透超濾微孔過濾膜的形式表面致密的非對稱膜、復合膜等非對稱膜，表面有微孔微孔膜膜材料纖維素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等纖維素、PVC等操作壓力/MPa2～1000.1～0.50.01～0.2分離的物質(zhì)分子量小于500的小分子物質(zhì)分子量大于500的大分子和細小膠體微粒0.1～10μm的粒子分離機理非簡單篩分，膜的物化性能對分離起主要作用篩分，膜的物化性能對分離起一定作用篩分，膜的物理結(jié)構(gòu)對分離起決定作用水的滲透通量/(m3.m-2.d-1)0.1～2.50.5～520～200整理課件工業(yè)應用的反滲透裝置整理課件工業(yè)應用的反滲透裝置的膜組件之間的連接整理課件整理課件納濾技術(shù)（nanofiltration,NF）1.納濾膜的特點納濾膜是八十年代在反滲透復合膜基礎上開發(fā)出來的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支，早期被稱作低壓反滲透膜或松散反滲透膜。目前，納濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來，成為獨立的分離技術(shù)。整理課件納濾膜的孔徑為納米級，介于反滲透膜(RO)和超濾膜(UF)之間，因此稱為“納濾”。納濾膜的表層較RO膜的表層要疏松得多，但較UF膜的要致密得多。因此其制膜關鍵是合理調(diào)節(jié)表層的疏松程度，以形成大量具納米級的表層孔。整理課件納濾膜主要用于截留粒徑在0.1～1nm，分子量為1000左右的物質(zhì)，可以使一價鹽和小分子物質(zhì)透過，具有較小的操作壓（0.5～1MPa）。其被分離物質(zhì)的尺寸介于反滲透膜和超濾膜之間，但與上述兩種膜有所交叉。

整理課件納濾恰好填補了超濾與反滲透之間的空白,它能截留透過超濾膜的那部分小分子量的有機物,透析被反滲透膜所截留的無機鹽。而且，納濾膜對不同價態(tài)離子的截留效果不同,對單價離子的截留率低(10%-80%),對二價及多價離子的截留率明顯高于單價離子(90%)以上。整理課件目前關于納濾膜的研究多集中在應用方面，而有關納濾膜的制備、性能表征、傳質(zhì)機理等的研究還不夠系統(tǒng)、全面。進一步改進納濾膜的制作工藝，研究膜材料改性，將可極大提高納濾膜的分離效果與清洗周期。整理課件2.納濾膜及其技術(shù)的應用領域納濾技術(shù)最早也是應用于海水及苦咸水的淡化方面。由于該技術(shù)對低價離子與高價離子的分離特性良好，因此在硬度高和有機物含量高、濁度低的原水處理及高純水制備中頗受矚目；在食品行業(yè)中，納濾膜可用于果汁生產(chǎn)，大大節(jié)省能源；在醫(yī)藥行業(yè)可用于氨基酸生產(chǎn)、抗生素回收等方面；在石化生產(chǎn)的催化劑分離回收等方面更有著不可比擬的作用。整理課件MF蛋白質(zhì)細菌MW<3501000~300000.0025~10um>1umROUFFNF正好介于UF和RO之間，截留分子量大概在300-1000。整理課件整理課件電滲析在鹽的水溶液（如氯化鈉溶液）中置入陰、陽兩個電極，并施加電場，則溶液中的陽離子將移向陰極，陰離子則移向陽極，這一過程稱為電泳。如果在陰、陽兩電極之間插入一張離子交換膜（陽離子交換膜或陰離子交換膜），則陽離子或陰離子會選擇性地通過膜，這一過程就稱為電滲析。整理課件

電滲析的核心是離子交換膜。在直流電場的作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，實現(xiàn)溶液的淡化、濃縮及鈍化；也可通過電滲析實現(xiàn)鹽的電解，制備氯氣和氫氧化鈉等。

整理課件正極

陰離子交換膜

負極+固定離子Cl-Na+-整理課件++++++陽極－－－－－－陰極Cl-Na＋陽膜陽極室Cl-Cl-Cl-Na＋Na＋Cl-Na＋Na＋Cl-Cl-Na＋Na＋濃縮室淡化室濃縮室陰極室陰膜陽膜陰膜電滲析過程原理圖整理課件3.電滲析技術(shù)應用領域

自電滲析技術(shù)問世后，其在苦咸水淡化，飲用水及工業(yè)用水制備方面展示了巨大的優(yōu)勢。隨著電滲析理論和技術(shù)研究的深入，我國在電滲析主要裝置部件及結(jié)構(gòu)方面都有巨大的創(chuàng)新，僅離子交換膜產(chǎn)量就占到了世界的1/3。我國的電滲析裝置主要由國家海洋局杭州水處理技術(shù)開發(fā)中心生產(chǎn)，現(xiàn)可提供200m3/d規(guī)模的海水淡化裝置。整理課件中草藥有效成分的分離和精制：通過電滲析一般可以把中草藥提取液分離分成無機陽離子和生物堿、無機陰離子和有機酸、中性化合物和高分子化合物三部分。

電滲析技術(shù)在食品工業(yè)、化工及工業(yè)廢水的處理方面也發(fā)揮著重要的作用。特別是與反滲透、納濾等精過濾技術(shù)的結(jié)合，在電子、制藥等行業(yè)的高純水制備中扮演重要角色。

整理課件實際應用的電滲析器整理課件

電滲析的核心是離子交換膜。在直流電場的作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，實現(xiàn)溶液的淡化、濃縮及鈍化；也可通過電滲析實現(xiàn)鹽的電解，制備氯氣和氫氧化鈉等。

整理課件正極

陰離子交換膜

負極+固定離子Cl-Na+-整理課件++++++陽極－－－－－－陰極Cl-Na＋陽膜陽極室Cl-Cl-Cl-Na＋Na＋Cl-Na＋Na＋Cl-Cl-Na＋Na＋濃縮室淡化室濃縮室陰極室陰膜陽膜陰膜電滲析過程原理圖整理課件MF蛋白質(zhì)細菌MW<3501000~300000.0025~10um>1umROUFFNF正好介于UF和RO之間，截留分子量大概在300-1000。整理課件umARELATIVESIZEOFCOMMONMATERIAL過濾對象MOLECULARWEIGHT分子量0.001100.011000.110001.01041010510010001061071002005,00020,000150,000500,000Aqueoussalts中水鹽份Metalions金屬離子Sugars蔗糖FILTRATIONTECHNO-LOGY過濾方法Pyrogens熱源Virus病毒Colloidalsilica膠體硅Albuminprotein白蛋白Bacteria細菌Carbonblack碳黑Paintpigment顏料色素Yeastcells酵母Milledflour面粉Beachsand海灘沙礫Pollens花粉RO反滲透Ultrafiltration超濾Microfiltration微濾Particle

filtration一般過濾THEFILTRATIONSPECTRUM過濾譜圖NF納濾整理課件膜的分類與分離整理課件滲透蒸發(fā)技術(shù)1.滲透蒸發(fā)技術(shù)和滲透蒸發(fā)膜的特點滲透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關注的膜分離技術(shù)。滲透蒸發(fā)是指液體混合物在膜兩側(cè)組分的蒸氣分壓差的推動力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而達到分離目的的一種膜分離方法?？捎糜趥鹘y(tǒng)分離手段較難處理的恒沸物及近沸點物系的分離。具有一次分離度高、操作簡單、無污染、低能耗等特點。整理課件滲透蒸發(fā)的實質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過來分離液體混合物。其原理如圖6所示。由高分子膜將裝置分為兩個室，上側(cè)為存放待分離混合物的液相室，下側(cè)是與真空系統(tǒng)相連接或用惰性氣體吹掃的氣相室。混合物通過高分子膜的選擇滲透，其中某一組分滲透到膜的另一側(cè)。由于在氣相室中該組分的蒸氣分壓小于其飽和蒸氣壓，因而在膜表面汽化。蒸氣隨后進入冷凝系統(tǒng)，通過液氮將蒸氣冷凝下來即得滲透產(chǎn)物。滲透蒸發(fā)過程的推動力是膜內(nèi)滲透組分的濃度梯度。整理課件圖6a滲透蒸發(fā)分離示意圖(真空氣化)整理課件圖6b滲透蒸發(fā)分離示意圖(惰性氣體吹掃)整理課件3.滲透蒸發(fā)技術(shù)應用領域滲透蒸發(fā)作為一種無污染、高能效的膜分離技術(shù)已經(jīng)引起廣泛的關注。該技術(shù)最顯著的特點是很高的單級分離度，節(jié)能且適應性強，易于調(diào)節(jié)。目前滲透蒸發(fā)膜分離技術(shù)已在無水乙醇的生產(chǎn)中實現(xiàn)了工業(yè)化。與傳統(tǒng)的恒沸精餾制備無水乙醇相比，可大大降低運行費用，且不受汽—液平衡的限制。整理課件

除了以上用途外，滲透蒸發(fā)膜在其他領域的應用尚都處在實驗室階段。預計有較好應用前景的領域有：工業(yè)廢水處理中采用滲透蒸發(fā)膜去除少量有毒有機物（如苯、酚、含氯化合物等）；在氣體分離、醫(yī)療、航空等領域用于富氧操作；從溶劑中脫除少量的水或從水中除去少量有機物；石油化工工業(yè)中用于烷烴和烯烴、脂肪烴和芳烴、近沸點物、同系物、同分異構(gòu)體等的分離等。整理課件分離膜的基本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過或輸送特定的物質(zhì)，如顆粒、分子、離子等?；蛘哒f，物質(zhì)的分離是通過膜的選擇性透過實現(xiàn)的。幾種主要的膜分離過程及其傳遞機理如表1所示。整理課件表1幾種主要分離膜的分離過程膜過程推動力傳遞機理透過物截留物膜類型微濾壓力差顆粒大小形狀水、溶劑溶解物懸浮物顆粒纖維多孔膜超濾壓力差分子特性大小形狀水、溶劑小分子膠體和超過截留分子量的分子非對稱性膜納濾壓力差離子大小及電荷水、一價離子、多價離子有機物復合膜反滲透壓力差溶劑的擴散傳遞水、溶劑溶質(zhì)、鹽非對稱性膜復合膜整理課件膜過程推動力傳遞機理透過物截留物膜類型滲析濃度差溶質(zhì)的擴散傳遞低分子量物、離子溶劑非對稱性膜電滲析電位差電解質(zhì)離子的選擇傳遞電解質(zhì)離子非電解質(zhì)，大分子物質(zhì)離子交換膜氣體分離壓力差氣體和蒸汽的擴散滲透氣體或蒸汽難滲透性氣體或蒸汽均相膜、復合膜，非對稱膜滲透蒸發(fā)壓力差選擇傳遞易滲溶質(zhì)或溶劑難滲透性溶質(zhì)或溶劑均相膜、復合膜，非對稱膜液膜分離濃度差反應促進和擴散傳遞雜質(zhì)溶劑乳狀液膜、支撐液膜續(xù)上表整理課件電去離子軟化法這種新方法將電滲析與離子交換有機地結(jié)合在一起，離子交換劑靠水電離產(chǎn)生的H+離子自行再生。電去離子軟水設備，再生不用食鹽，不增加排水含鹽量，設備無人值守，自動連續(xù)運行，使用方便，運行費用低，環(huán)保和經(jīng)濟效益顯著。整理課件電去離子軟化器的示意圖整理課件電去離子軟化過程的離子交換層譜整理課件加藥法向水中加入專用的阻垢劑，可以改變鈣鎂離子與碳酸根離子結(jié)合的特性，從而使水垢不能析出、沉積。

整理課件1、定義：基于溶度積原理,加入某些藥劑,把水中鈣、鎂離子轉(zhuǎn)變成為難溶化合物使之沉淀析出。2、工藝組成：原水（加藥）→混合→反應→沉淀→過濾→消毒整理課件石灰法使用石灰軟化硬水的方法稱為石灰軟化法石灰法：向水中加入石灰，主要是用于處理大流量的高硬水，只能將硬度降到一定的范圍。原理：主要利用了加入的OH-和水中原有的HCO3-整理課件整理課件整理課件蒸餾法單級閃蒸SSF：熱海水經(jīng)一個閃急蒸餾進行蒸發(fā)產(chǎn)生淡水的過程。多級閃蒸MSF：經(jīng)過加熱的海水，依次通過多個溫度、壓力逐級降低的閃蒸室，進行蒸發(fā)冷凝的蒸餾淡化方法。用得最多,90%壓氣閃蒸VC多效閃蒸MED整理課件單級閃蒸整理課件整理課件多級閃蒸示意圖整理課件掩蔽劑法利用絡合物的掩蔽性去除水中硬度或利用絡合物的掩蔽性使絡合物中的離子失去原離子反應性的方法。（并不一定真正去除）整理課件電磁法