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        淺談超濾裝置與活性炭裝置在超純水制備過(guò)程中的利弊

        2016-05-28 17:23:06席堅(jiān)盟
        科技與創(chuàng)新 2016年10期
        關(guān)鍵詞:超純水濁度

        席堅(jiān)盟

        摘 要:超純水是導(dǎo)電離子、膠體、有機(jī)物等全部被去除的水,其產(chǎn)水電阻率大于18 MΩ·cm(25 ℃)。超純水系統(tǒng)一般采用預(yù)處理技術(shù)、反滲透技術(shù)、電除鹽技術(shù)和后級(jí)處理等,同時(shí),配有紫外燈、TOC裝置等輔助處理。

        關(guān)鍵詞:超純水;SDI;濁度;活性炭裝置

        中圖分類(lèi)號(hào):X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.10.116

        1 制備超純水的流程

        制備超純水的流程是:自來(lái)水→預(yù)處理系統(tǒng)→多級(jí)高壓反滲透系統(tǒng)→EDI電除鹽系統(tǒng)→TOC裝置→拋光混床系統(tǒng)→用水點(diǎn)。在制備過(guò)程中,水泵作為動(dòng)力源,各級(jí)儲(chǔ)水箱要確保系統(tǒng)水泵能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。個(gè)別部位增加不同處理等級(jí)的過(guò)濾器,能夠保證產(chǎn)水的品質(zhì)。同時(shí),在過(guò)濾器運(yùn)行的過(guò)程中,添加各種藥劑可以調(diào)節(jié)水的pH值,降低水中余氯,減緩RO膜的結(jié)垢速度等。冬季,在北方一些氣溫較低的地區(qū),會(huì)在預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)口處增加換熱器,使自來(lái)水的水溫滿足設(shè)備產(chǎn)水工藝的要求。此外,在超純水箱中,用氮?dú)飧艚^水與外界的介質(zhì)是非常重要的,它能確保制備的超純水不被空氣二次污染。

        2 預(yù)處理系統(tǒng)的重要性

        2.1 RO膜的進(jìn)水要求

        在制備超純水的過(guò)程中,RO系統(tǒng)是最關(guān)鍵的。RO系統(tǒng)的正常運(yùn)行能保證整個(gè)純水設(shè)備的運(yùn)行安全和產(chǎn)水水質(zhì)。在制備超純水的過(guò)程中,RO系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水有一定的要求,具體有以下幾點(diǎn):①淤泥密度指數(shù)(SDI值)<4.0;②濁度(NTU)<1.0 100 T/h;③有機(jī)物含量(COD)<1.5 mg/L;④余氯含量<0.1 mg/L(實(shí)際控制在0 mg/L);⑤當(dāng)溶氧>5 mg/L時(shí),鐵含量<0.05 mg/L;⑥濃水中SiO2<100 mg/L;⑦LSI,pHb-pHs<0;⑧Sr、Ba等易形成難溶鹽的離子,Ipb<0.8 Ksp。

        2.2 預(yù)處理系統(tǒng)的作用

        進(jìn)入反滲透系統(tǒng)之前,要利用預(yù)處理系統(tǒng)清除水中的余氯、大顆粒懸浮物和絮狀膠體雜質(zhì)、有機(jī)物、氧化物、有機(jī)物、重金屬,以降低COD值、SDI值。另外,水中的鈣、鎂、鋇、硫酸鹽、硅酸鹽和碳酸鹽等離子可以通過(guò)添加阻垢劑與以上離子結(jié)合后形成大分子微粒,然后在反滲透裝置中以濃水形式排放。

        2.2.1 系統(tǒng)運(yùn)行異常對(duì)RO膜的影響

        由預(yù)處理的相關(guān)內(nèi)容可知,在進(jìn)入RO膜之前,絕大多數(shù)高分子有害物質(zhì)會(huì)通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)被清除。假如預(yù)處理系統(tǒng)有缺陷,反滲透進(jìn)水指標(biāo)很多項(xiàng)都不達(dá)標(biāo),則會(huì)導(dǎo)致反滲透膜元件受到不可逆的物化損傷,從而大大縮短反滲透膜元件的使用壽命。影響反滲透膜元件使用壽命的因素有以下幾個(gè):①RO反滲透膜結(jié)垢;②RO反滲透膜被金屬氧化物污染;③懸浮物污堵RO反滲透膜;④膠體、有機(jī)物和微生物被污染,導(dǎo)致出水COD升高。

        2.2.2 系統(tǒng)異常對(duì)反滲透超純水系統(tǒng)的影響

        當(dāng)預(yù)處理系統(tǒng)運(yùn)行異常時(shí),會(huì)影響整個(gè)反滲透超純水系統(tǒng)的運(yùn)行,具體表現(xiàn)在以下3方面:①降低反滲透超純水系統(tǒng)的產(chǎn)水量和產(chǎn)水質(zhì)量;②增加反滲透設(shè)備運(yùn)行的水能耗和電能耗;③增加水處理的運(yùn)行成本,包括阻垢劑及其他水處理藥劑等。

        3 超濾系統(tǒng)與活性炭系統(tǒng)的工作原理

        以半導(dǎo)體電子行業(yè)為例,本文簡(jiǎn)要介紹了預(yù)處理系統(tǒng)的工作原理。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,常見(jiàn)的預(yù)處理系統(tǒng)有超濾系統(tǒng)和活性炭系統(tǒng)。超濾系統(tǒng)是由盤(pán)式過(guò)濾器和超濾裝置組成的;活性炭系統(tǒng)是由多介質(zhì)過(guò)濾器和活性炭過(guò)濾器組成的。

        3.1 超濾系統(tǒng)的工作原理

        盤(pán)片式過(guò)濾器的工作原理是,通過(guò)壓緊的塑料盤(pán)片實(shí)現(xiàn)表面過(guò)濾和深層過(guò)濾。它主要是用來(lái)清除水中的泥沙等大顆粒物質(zhì)。超濾是一種加壓膜分離技術(shù),即在一定的壓力下,使小分子溶質(zhì)和溶劑穿過(guò)一定孔徑的特制薄膜,大分子溶質(zhì)(分子量為10 000~30 000)則不能透過(guò),留在膜的一邊,從而使大分子物質(zhì)被部分純化。超濾系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

        3.2 活性炭系統(tǒng)工作原理

        多介質(zhì)過(guò)濾器是利用一種或幾種過(guò)濾介質(zhì),在一定的壓力下,使?jié)岫容^高的水通過(guò)一定厚度的粒狀或非粒過(guò)濾材料有效去除懸浮雜質(zhì),使水澄清。常用的濾料有石英砂、無(wú)煙煤和錳砂等,它們主要用于水處理除濁,軟化水、純水的前級(jí)預(yù)處理等,SDI值可達(dá)3以下。用多介質(zhì)過(guò)濾器過(guò)濾出來(lái)的水再進(jìn)入活性炭過(guò)濾器后,因?yàn)榛钚蕴窟^(guò)濾器中裝有以石英砂為基床,活性炭為濾材的濾料,濾材活性炭通過(guò)其自身的空隙在范德華力的作用下,可以去除水中的余氯、有機(jī)物和懸浮物等雜質(zhì)。

        4 超濾裝置和活性炭裝置的利弊

        在使用裝置的過(guò)程中,這兩類(lèi)預(yù)處理系統(tǒng)各有利弊。

        4.1 超濾系統(tǒng)

        4.1.1 優(yōu)點(diǎn)

        超濾系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:①濃縮倍數(shù)高,產(chǎn)品回收率可達(dá)90%以上;②出水水質(zhì)的澄清度和水質(zhì)較好;③超濾系統(tǒng)作為反滲透預(yù)處理設(shè)備,應(yīng)用它,可以大大減少反滲透方面的投資,延長(zhǎng)RO膜的使用壽命(壽命在3年以上);④系統(tǒng)自動(dòng)化程度高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行維護(hù)成本少,可在線反洗和藥洗;⑤占地面積小。

        4.1.2 缺點(diǎn)

        超濾系統(tǒng)的缺點(diǎn)是:①由于超濾膜的微孔徑在0.002~0.1 um之間,而水中的膠體體積≥0.1 um,乳膠體積≥0.5 um,菌類(lèi)體積≥0.2 um,顆粒體積≥5 um,過(guò)濾范圍廣,因此,在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中,有些部件很容易被堵塞,影響出水流量和膜的使用壽命;②前期投資較大,一般相同產(chǎn)水量的超濾系統(tǒng)價(jià)格是多介質(zhì)加活性炭系統(tǒng)之和的2~3倍;③超濾系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水壓力的要求較為嚴(yán)格;④不能長(zhǎng)時(shí)間停機(jī),如果長(zhǎng)期停機(jī),必須用藥劑封存膜。

        4.2 活性炭系統(tǒng)

        4.2.1 優(yōu)點(diǎn)

        活性炭系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:①前期投資??;②出水量穩(wěn)定,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)水壓力的要求少。

        4.2.2 缺點(diǎn)

        活性炭系統(tǒng)的缺點(diǎn)是:①占地面積大。②在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中,由于活性炭、無(wú)煙煤參與物化反應(yīng),導(dǎo)致自然消耗加重,吸附失效,使產(chǎn)水水質(zhì)變差,進(jìn)而影響反滲透系統(tǒng)。③活性炭過(guò)濾器反洗周期不易控制,而且時(shí)間比較短?;钚蕴砍蔀榉勰╇S水流出,嚴(yán)重污染了水質(zhì)和下一級(jí)設(shè)備。如果反洗周期長(zhǎng),則活性炭過(guò)濾器易形成高壓差,引發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),影響出水量。④系統(tǒng)后期運(yùn)行維護(hù)成本高,工作量大,濾料的使用壽命短(每年需更換一次)。

        5 總結(jié)

        在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中,各超純水使用企業(yè)要根據(jù)自己的實(shí)際生產(chǎn)需求分析所選預(yù)處理系統(tǒng)的利弊,以找到適合本企業(yè)的系統(tǒng)配置。在選擇系統(tǒng)時(shí),切不可求大、求全、求新,要盡量將產(chǎn)品質(zhì)量與企業(yè)實(shí)際情況相結(jié)合。

        參考文獻(xiàn)

        [1]呂宏德.水處理工程技術(shù)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2014.

        [2]周本省.工業(yè)水處理技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

        〔編輯:白潔〕

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