纯水系统资料2课件

教育训练目绿1.系统流程图2.PID说明3.各项单元功能原理说明4.问题讨论设计流程介绍阳床脱气塔RO系统核子级纯水机原水箱自动碳过滤机阴床精致阳床中间水箱0.1um过滤器UV杀菌机使用点PID流程图设备单元目的w多层活性碳机去除水中较大之颗粒除氯及吸附有机物w3B4T系统提高纯水电阻值wRO逆渗透机去除水中96%离子/悬浮污泥/TOCw核子级纯水机维持超纯水电阻值的稳定wUV杀菌机杀菌及去除TOCw0.1m过滤器去除水中极小之颗粒原理说明活性碳之功用一、去除流体中有机物及碳氢化合物二、纯水制程主要去除自来水中自由余氯、三卤甲烷、重金属等物质活性碳吸附(Adsorption)所谓吸附，系利用固体本身表面之作用力，将流体中之某些物质吸着并集中于固体表面上之一种程序。活性碳吸附之方式1.物理吸附：(1)凡得瓦尔力(vanderwaalsforce)(2)伦敦扩散力(London-dispersionforce)(3)静电吸引力(Classicalelectrostaticinteractionforce)2.化学吸附：化学吸附是吸附质与固体表面之间因亲和力产生了分子轨域的重迭作用，使得吸附质与吸附剂之间产生了化学键结，其性质与化学键相似。物理吸附与化学吸附之比较物理吸附化学吸附1.自发反应,快速可逆反应1.可能需活化,反应较慢2.吸附热较小,约15kcal/mole2.反应吸附热较大,约20(放热)(放热)kcal/mole3.多层吸附,类似冷凝3.单层吸附,具选择性4.在较低温度下进行4.有时需在较高温度下进行(需加入活化能)活性碳之制造活性碳可由多种不同含碳物制造,包括煤、木材、椰子壳及泥煤等。制程1.去水-将原料加热至170。2.碳化-无空气之供应下，加热至400600，即将有机物质分解，去除焦油、甲醇等杂质。3.活化-将碳粒与CO2，空气及水蒸气，750950之高温下，以去除不定形之残余物。如何选用活性碳一.比表面积 l l决定了吸附容量 l l一磅的活性碳所具有的表面积，相当于六个足球场那么大 l l碘是最常用的标准被吸附物，而且经常被使用作为活性碳吸附能力的一般量剂 l l碘值的定义即为公克活性碳所吸附碘的毫克数，并用以估计内表面积(平方米/公克)。二.孔隙大小分布 l l与被吸附物粒径大小相符如何选用活性碳 三.粒径大小l l直接影响吸附床之充填密度l l考虑系统操作流失四.硬度l l影响吸附剂反冲洗及再生时之耗损l l耐磨值大抗磨性强五.表面所带官能基及极性 l l酸化活性碳所具有氧化物官能基能使中性蒸馏水PH下降并 具亲水性。l l碱化活性碳所具有氧化物官能基则能使中性蒸馏水PH上升 并具疏水性。活性碳之寿命一、自由余氯泄漏即寿命终止二、自由余氯达0.1ppm时,会造成RO膜水解逆渗透(RO)的基本原理渗透压逆渗透压FlowFlow使用压力使用压力半透膜高浓度溶液低浓度溶液TimeFiltrationrateFilterMediumSuspensionFlowTimeCake(a)传统式传统式deadend”过滤示意图过滤示意图(b)滤速变化图滤速变化图SuspensionFlowTimeFiltrationrateFilterMediumFiltrateCake(a)扫流式扫流式(crossflow)过滤示意图过滤示意图(b)滤速变化图滤速变化图超薄复合膜之剖面示意图0.240120PolyamidePolysulfoneUltrathinBarrierLayerMicroporousPolysulfoneReinforcingFabric经验关系式w100ppmTDS 1PSI渗透压w1,000ppmTDS 10PSI渗透压w35,000ppmTDS 350PSI渗透压螺旋缠绕式逆渗透膜BrineChannelSpacerProductWaterMembranesPermeateChannelSpacerWaterFlowFeedBrineBrineProductWaterBrineSeal影响逆渗透膜性能的因素w进流水压力w进流水温度w进流水浓度w增加回收率进流水压力对流通量 与脱盐率 之影响SaltRejectionSaltRejectionPermeateFluxPermeateFlux进进 流流 水水 压压 力力Assumingtemperature,recoveryandfeedconcentrationareconstant进流水温度对流通量 与脱盐率 之影响SaltRejectionSaltRejection(constantflux)PermeateFluxPermeateFlux(constantpressure)进进 流流 水水 温温 度度Assumingfeedpressure,recoveryandfeedconcentrationareconstant进流水pH对流通量 与脱盐率 之影响SaltRejectionSaltRejectionPermeateFluxPermeateFluxpH212Assumingtemperature,recovery,feedconcentrationandpressureareconstant增加回收率对流通量 与脱盐率 之影响SaltRejectionSaltRejectionPermeateFluxPermeateFlux回回 收收 率率Assumingtemperature,feedpressureandconcentrationareconstantBW30-400BW30-330FilmTecBW 膜切面比较纹路较规则且增加膜叶数目纹路较不规则RO药洗资料RO药洗时机l l正常流量减少10%l l压降上升15%l l正常盐类通过量增加5%(去除率下降)RO药洗方法之选定l l错误之选定会导致更严重问题l l结垢使用酸洗l l生物堵塞用碱洗l l通常需要酸洗及碱洗污泥堵塞(Foulant)或结垢(Scalant)之判定l l分析正常情形之设备功能(压力、流量)l l分析进水水质l l核对先前药洗后之功能l l分析滤蕊l l检查进水管路l l检查RO膜尾部是否结垢l l药洗及分析药洗后溶液内之成份l l解剖检验导致原因l l硬度l l高PH值l l高碱度l l高回收率现象l l膜重量变重l l产水量降低l l去除率变差l l高压力损失碳酸钙结垢(CaCO3-Scalant)碳酸钙结垢药洗方法l l0.2%(wt)盐酸l l2.0%(wt)柠檬酸(最佳)l l0.5%(wt)磷酸现象l l臭味l l发霉或RO膜变色l l低产水流量l l较好之盐去除率l l高压力损导致原因l l膜之错误保存l l进水水质中存有生物物质l l活性碳床不妥之保养生物堵塞(BiologicalFouling)生物堵塞(BiologicalFouling)药洗方法l l0.1%(wt)氢氧化钠及0.5%1.0%(wt)Na-EDTAl lPH=12,温度30离子交换树脂之基本原理离子交换树脂之定义w1.所谓离子交换树脂(ionexchangeresins)是指一种不溶于溶剂的化学聚合物.w2.此种聚合物含有一些固定于物质内的电荷.由带有相反电荷的离子中和而保持电中性.w3.这些离子可自由进入溶剂中而由其它离子所替代,此种替代过程称之为离子交换(ionexchange).若此游离子为阳离子则称为阳离子交换树脂(cationexchanger).若为阴离子,则称为阴离子交换树脂(anionexchanger).Column Operation SelectivityNaNa+,CaCa+2+2,AlAl+3+3AlAlCaCaNaNaH HH HIngeneral,selectivityincreases-primarilywithincreasingvalence-secondarilywithatomicnumberFeFe+3+3AlAl+3+3 CaCa+2+2MgMg+2+2KK+NaNa+HH+R-H+Na+R-Na+H+R-OH+Cl-R-Cl+OH-离子交换树脂(IER)的类别酸性离子交换树脂w强酸性IERw弱酸性IER碱性离子交换树脂F第一类型强碱IERF第二类型强碱IERF弱碱性IER离子交换树脂交换容量w定义:测量每单位体积的离子交换树脂可交换的离子量w单位:毫当量/毫升(MEQ/ML)或当量升(EQ/L)全部交换量w定义:理论上离子交换树脂可以提供全部的交换位置操作交换容量w定义:在一定操作条件下实际的交换容量w低于全部交换容量影响新离子交换树脂全部交换容量的因素w离子交换树脂类别w交连程度本体的孔隙度w构造(凝胶型或大孔型)影响离子交换树脂操作交换容量的因素w再生的程度w进水中离子种类及浓度w颗粒大小的分布对反应速率的影响w离子交换树脂构造(凝胶型或大孔型)w操作的温度离子交换树脂构造分类w凝胶型树脂(GEL)w大孔树脂(MACROPOROUS)颗粒大小的影响w小颗粒易被冲掉w大颗粒有较长扩散路径w颗粒大小不均的影响为压差离子交换树脂床的膨涨交换容量离子交换树脂的反应速率w反应速率包括表面速率和扩散速率w凝胶型及大孔离子交换树脂有相等的表面交换速率w大孔离子交换树脂的扩散速率较凝胶型慢w颗粒小比颗粒大的扩散速率快再生效率w是离子交换树脂放出抓到离子的能力w直接影响到操作费用w决定再生废液的量w和离子亲和力有关影响离子交换树脂稳定的因素w温度w氧化w污染w渗透压差温度对离子交换树脂的影响阳离子w60oC以下-没影响w60oC以上-官能基损失阴离子w(50oC)以下-没影响w(50oC)以上-官能基损失OHFormwTypeI-50oCwTypeII-35oC弱碱阴离子w自由基-60oC离子交换树脂氧化的影响阳离子w本体交连结构破坏水份含量增加交换容量减低密度减少阴离子w强碱官能基衰退成弱碱w弱碱官能基变成弱酸的官能基交换容量减低水洗时间增长污染物(C)及污黏物(F)的影响w离子泄漏增加w反应动能减慢w严重时减低交换容量阳离子污染w铁离子(C)w无机物沉淀(C)w阳性聚合电解质(F)阴离子污染w高分子有机酸(F)w阴性聚合电解质(F)w氢氧化铁(C)渗透压25%氢氧化钠氢氧化钠除矿水除矿水(Cl-Form)阴离子树脂阴离子树脂大小大小:1.0(OH-Form)大小大小:0.8(Cl-Form)阴离子树脂阴离子树脂大小大小:1.15*在膨胀收缩过程中可能导致离子交换树脂破裂离子交换树脂不稳定w交换容量减少w颗粒有裂痕或破碎w密度减少w反应速率降低离子交换树脂老化阳离子老化现象w氧化且破坏交连结构含水量增加，密度降低,交换容量减少阴离子老化现象w污染和氧化强碱官能基成弱碱官能基较长水洗时间,较低交换容量离子交换树脂更换在正常操作下:w阳离子生命期为3到5年每年补充用量约5-10%交换容量下降且水分含量增加需更换w阴离子生命期为1.5到4年每年补充用量约10-15%交换容量下30%需更换紫外线在纯水系统 之应用杀菌微生物/DNATypical BacteriumTypical BacteriumDNADNACellCellmembranemembraneNuclearNuclearmaterialmaterialCapsuleCapsuleCell wallCell wallAdenineAdenineThymineThymineCytosineCytosineGuanineGuanineDNA吸收UV之曲线相对强度相对强度波波 长长 (nm)(nm)0.00.20.40.60.81.0200220235250265280295310石英管的影响石英管石英管UV石英管石英管UV新石英管旧石英管曝光过度曝光过度曝光过度曝光过度100%60%100%100%去除TOCUV去除TOC之机制w使非离子性之有机物带电，再由离子交换树脂去除w在水中产生OH.，由OH.去除有机物wUV产生高能量之光子，直接破坏有机物之键结OHH2OWaterOHHUVHHUV将水解离产生OH.TOC去除机制H+OHH2OUV200nmCO2+2H2O有机物有机物+OH#2产生产生OHOH自由基自由基有机物键结能量表PossibilityofDissociationPossibilityofDissociationwith185nmUVwith185nmUVMaximumWavelengthMaximumWavelengthforDissociationforDissociationDissociationDissociationEnergyEnergyyesyesyesyesnonoyesyesyesyesyesyesyesyesyesyesnonoyesyesnonononoyesyesyesyesyesyesnonoyesyesyesyesnonoyesyesyesyesyesyes346.1346.1196.1196.1143.2143.2353.0353.0246.5246.5289.7289.7392.7392.7194.5194.5134.5134.5334.4334.4162.4162.4159.7159.7274.4274.4549.8549.8476.5476.5126.6126.6336.4336.4280.3280.3176.5176.5240.1240.1608.3608.3243.3243.382.682.6145.8145.8199.6199.681.081.0116.0116.098.798.772.872.8147.0147.0212.6212.685.585.5176.0176.0179.0179.0104.2104.252.052.060.060.0226.0226.085.085.0102.2102.2162.0162.0119.1119.147.047.0117.5117.5CCCCCCCCCCCCHNNNNNNOOOBondBondCCCClFHNNNOO(aldehydes)O(ketones)HNNNH(NH)H(NH3)OO(O2)OH(water)