硅藻土預(yù)處理在純水制備上的使用
超純水機(jī)預(yù)處理部分是由活性炭、石英砂和PP棉組成,這一套預(yù)處理可以有效的過濾泥沙、膠體懸浮物、氣體與部分金屬離子,但是這樣的過濾并不能十分高效的處理源水,那么是否有更好的產(chǎn)品可以作為超純水制備的預(yù)處理呢?
—、硅藻土的過濾工藝
硅藻土過濾是以硅藻土作為過濾介質(zhì),預(yù)涂成膜后,靠膜過濾使水澄清,它是一種預(yù)涂型過濾器、故必須要有一個預(yù)涂階段。這樣,預(yù)涂、道濾、反沖洗是硅藻土過濾的工藝過程。過濾系統(tǒng)的組成見圖1。
1、預(yù)涂先將硅藻土用自來水或硅藻上濾后水配成一定濃度的漿液。此種漿液稱為“預(yù)涂劑”。用水泵將漿液打入過濾器進(jìn)行循環(huán)。循環(huán)的流速一般為過濾時流速兩倍左右。經(jīng)過10~15min的循環(huán),硅藻土即可在濾器內(nèi)的濾元表面均勻地形成—層1~2mm的預(yù)涂膜。當(dāng)循環(huán)漿液濁度達(dá)到所要求的濾后水質(zhì)時,循環(huán)停止,轉(zhuǎn)入過濾。一般,每m2過濾面積可預(yù)涂400~850g硅藻土。所用硅藻土的規(guī)格、品種及數(shù)量、主要取決于原水水質(zhì),一般說粗細(xì)兩種規(guī)格的硅藻土搭配使用可以得到滿意的過濾效果。我們在試驗(yàn)中采用寧波向陽染化廠產(chǎn)品#401和浙江嵊縣原土搭配,處理效果較單獨(dú)使用一種好得多。
2、過濾 硅藻土過濾的機(jī)理有三個方面:①篩分,當(dāng)水流通過硅藻土濾膜時,懸浮雜質(zhì)顆粒粒徑大干硅藻土孔隙的全部被截留下來。篩分作用往往發(fā)生在濾膜表面;②阻流,當(dāng)部分較紉的雜質(zhì)顆粒穿過濾膜表面,穿入濾膜的內(nèi)部,則被濾膜內(nèi)部彎彎曲曲的微孔溝道和濾膜內(nèi)更小的孔隙所阻留而被去除;②吸附,一些比硅藻土本身內(nèi)部孔隙還小的顆粒,隨水流通過濾膜時,碰撞在硅藻土的內(nèi)部表面上,并被相反電荷所吸引。另外,雜質(zhì)顆粒之間,異電相吸,形成鏈團(tuán)而吸附在過濾介質(zhì)上。
影響硅藻土過濾效果的主要固素如下:
?。?)附加劑
為了使濾膜(即濾餅)中始終保持一定孔隙率,延緩水頭損失增長速度,需要投加適量的硅藻土(稱為附加劑)至原水中。影響硅藻土過濾的主要因隸是附加劑。在一定投加量范圍內(nèi),附加劑投加量大,水頭損失增長速度減小,過濾周期延長。
?。?)濾速
濾速也是影響硅藻土過濾的一個很重要的因素。在過濾中可采用恒壓變速、恒壓等速和變壓變速過濾方式。在保證濾后水質(zhì)和選定硅藻土規(guī)格、品種的前提下,所采用起始濾速的大小,直接影響到單位重量硅藻土所過濾的水量,即制水成本。一般說,起始濾速過大,水頭損失增長快,過濾周期縮短。起始濾速不同的具體過濾特性見圖3。從固中可以看出,由于曲線D起始濾速大(即v=3.4m/h),過濾周期最短;曲線A(V=2.4m/h);曲線B(V=1.56m/h)5曲線C的起始濾速最?。╲=1.46m/h),C曲線員平緩,即水頭損失增長員慢,使其過濾周期最長。
在水質(zhì)要求較高的情況下,如純水制備過程中的預(yù)處理,最好采用較慢的濾速,通常采用2~3m/h較合適。影響硅藻土過濾效果的因索還很多,諸如原水水質(zhì)、采用硅藻土的型號、規(guī)格、預(yù)涂劑量、濾速等。但實(shí)踐證明,溫度對硅藻土過濾基本上沒有影響。
3、反沖洗當(dāng)過濾周期結(jié)束時,需將裁留下雜質(zhì)的濾餅沖洗掉以便重新進(jìn)行預(yù)涂。沖洗的方法有四種:反向水流沖洗;反向水流加空氣助沖;噴射流沖洗;空氣撞擊反沖洗。反向水流沖洗是員常用的易于進(jìn)行的一種沖洗方法。一般以8一l0L/(m2.e)沖洗強(qiáng)度,僅2min即可沖洗干凈,沖洗水約占過濾水量的2%左右。對于超純水制備的預(yù)處理,反沖可直接用原水(即自來水)。反沖務(wù)求徹底、干凈,否則,將嚴(yán)重影響下一周期的過濾。
二、硅藻土過濾的功能
1、懸浮固體和膠體物質(zhì)的去除
直接用硅藻土過濾,即可去除水中的懸浮顆粒和很大比例的肢體雜質(zhì)。較粗等級的硅藻土可去除5um以上的雜質(zhì)顆粒;較紉等級的硅藻土可去除50nm以下的顆粒。
2、細(xì)菌的去除
美國弗吉尼亞州Fort Belvoir的軍隊(duì)工程研究和發(fā)展實(shí)驗(yàn)室的工作說明,使用較細(xì)等級的硅藻土過濾不但能夠100%的去除阿米巴痢疾孢囊,而且能夠有效地去除其它病原性微生物;Rutgers大學(xué)所做的工作指出,員粗等級的硅藻土,只可去除大腸桿菌大于50%(100ml進(jìn)水中含有2l0—1300個大腸桿菌),而最細(xì)等級的硅藻土可以完全去除進(jìn)水中的全部大腸桿茵,甚至100m1進(jìn)水中含有幾千個大腸桿菌,也可去除。 我們在試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn),硅藻土過濾的除茵率始終保持在—個較高的范圍內(nèi),有時高達(dá)100%。
3、除鐵除錳
未經(jīng)任何氧化處理的含鐵水,直接用硅藻土過濾,原水中的含鐵量可去除30%左右。若水中含有低價鐵、鍺(如地下水),首先應(yīng)經(jīng)過氧化預(yù)處理,待水中的低價鐵、錳氧化成高價鐵、錳,再用硅藻土過濾去除。不過,與其它除鐵方法相比,氧化不必過于充分,這是硅藻土除鐵的優(yōu)點(diǎn)。國外使用硅藻土過濾技術(shù)去除地下水中的鐵和錳已有三十年的歷史。
4、其它物質(zhì)的去除
硅藻土過濾還可以去除藻類、色度、腐植酸等有機(jī)物。除色的效果一般可過60%左右;硅藻土對腐植酸等有機(jī)物尚有吸附作用。
三、硅藻土過濾作為電滲析和離子交換預(yù)處理的特點(diǎn)與益處
如前所述,預(yù)處理的主要對象是懸浮物質(zhì)、膠體、微生物、有機(jī)物等。經(jīng)硅藻土過濾的最大特點(diǎn)是去除上述雜質(zhì)顆粒的效果很好。在長海醫(yī)院制劑室的試驗(yàn)表明,硅藻土過濾后的水比棉纖做的蜂房式管狀濾芯出水濁度低0.2一0.4度,且水質(zhì)穩(wěn)定,使離子交換樹脂的再生周期延長20%左右,除菌率可達(dá)90%以上。硅藻土過濾預(yù)處理對電滲析和離子交換器產(chǎn)生如下有益效果:
1、對電滲析的效果
硅藻土過濾除濁徹底和除菌率高,既延長了離子交換膜的使用壽命又使其電阻降低,有益于出水水質(zhì)。因?yàn)?,粘附在膜面上的懸浮物,成為離子遷移的一層障礙后細(xì)菌又以膜為有機(jī)養(yǎng)料,在膜面上蟹殖,均會使膜電阻增加和水質(zhì)惡化。 硅藻土過濾過程具有除鐵、除鍺的特性,可避免鐵和鍺高價金屑離子使離子交換膜中毒。
2、對離子交換樹脂的效果
硅藻土過濾除濁、除茵較徹底,避免了各種雜質(zhì)附著于交換樹脂顆粒表面而降低其交換容量及堵塞樹脂層孔隙,引起水頭損失增加,當(dāng)反沖洗不良時,上述雜質(zhì)還可能深入內(nèi)部,使交換劑層結(jié)塊造成偏流,從而惡化出水水質(zhì)。硅藻土過濾除色的特點(diǎn)有利于保證出水水質(zhì)。一般說,含較多的泥沙為黃色;含大量泥沙及腐殖質(zhì)的水為黃褐色;含膠體鐵的水為淺黃色或綠色;含藻類的水為亮綠或棕色或暗褐色。顯色度物質(zhì)會污染交換樹脂,堵塞樹脂層孔隙,蟹殖紉茵,惡化出水水質(zhì)。硅藻土過濾除鐵、降錳的特性,更有利于離子交換樹脂。因水中的鐵、錳離子易被樹脂吸附,且不易被低濃度再生劑取代,積累在樹脂顆粒內(nèi)部,使樹脂交換容量降低。若形成氫氧化物沉淀,會堵塞樹脂微孔和孔隙,使水頭損失增大??傊柙逋吝^濾作為制各超純水的預(yù)處理,使離子交換膜和交換樹脂的使用壽命增加,出水水質(zhì)可得到提高。
3、注意事項(xiàng)
?。?)當(dāng)硅藻土過濾器的水頭損失達(dá)到期終允許值(一般期終允許水頭損失值為0.15MPa時,需停泵中斷過濾。停泵后,可馬上重新開啟,經(jīng)l0~15min的循環(huán),濾后水達(dá)到要求的水質(zhì)時,再轉(zhuǎn)入正常過濾。
?。?)當(dāng)一個過濾周期結(jié)束時,硅藻土實(shí)際上并沒得到充分利用。濾餅中有硅藻土(預(yù)涂劑和附加劑)以及雜質(zhì)顆粒,為充分利用硅藻土,可用本該排放的濾餅按照(1)中的方法重新開始一個周期;或使本該排放的濾餅倒流回預(yù)涂桶中,然后用此漿液再進(jìn)行預(yù)涂,這種做法叫做硅藻土的重復(fù)使用。
通常,重復(fù)利用的濾膜的初始水頭損失高于清潔硅藻土預(yù)涂所形成的濾膜,且隨著重復(fù)使用次數(shù)的增加,起始水頭損失一次比一次高;而在過濾過程中,水頭損失的增長速度隨重復(fù)利用的次數(shù),一次比一次緩慢。在保證濾后水質(zhì)的前提下,原水濁度高時,重復(fù)利用的次數(shù)可為2~3次,對于濁度較低的原水,可重復(fù)利用6~7次甚至l0次。
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