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高純水制備的有效預處理—硅藻土過濾

2012-06-12

  高純水制備的有效預處理—硅藻土過濾

  摘要:本文介紹了硅藻土過濾的功能及其工藝流程——預涂膜、過濾、反沖洗的全過根;給出了附加劑投量和起始濾速對過濾周期的影響情況,指出硅藻上過濾可有效地作為電滲析法和離子交換法制各高純水的預處理方法。

  日前,我國利用硅藻土過濾啤酒、白酒和飲料根普通,但用硅藻土過濾水,還沒有推廣。1999年同濟大學與法國利安水務公司合作,系統地進行了硅藻土用于水處理的研究,最近,又氣第二軍醫大學第一附屬醫院制劑室制水車間共同進行了生產性試驗。

  —、硅藻土的過濾工藝

  硅藻土過濾是以硅藻土作為過濾介質,預涂成膜后,靠膜過濾使水澄清,它是一種預涂型過濾器、故必須要有一個預涂階段。這樣,預涂、道濾、反沖洗是硅藻土過濾的工藝過程。過濾系統的組成見圖1。

  1.預涂

  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“預涂劑”。用水泵將漿液打入過濾器進行循環。循環的流速一般為過濾時流速兩倍左右。經過10-15min的循環,硅藻土即可在濾器內的濾元表面均勻地形成—層1-2mm的預涂膜。當循環漿液濁度達到所要求的濾后水質時,循環停止,轉入過濾。一般,每m2過濾面積可預涂400-850g硅藻土。所用硅藻土的規格、品種及數量、主要取決于原水水質,一般說粗細兩種規格的硅藻土搭配使用可以得到滿意的過濾效果。我們在試驗中采用寧波向陽染化廠產品#401和浙江嵊縣原土搭配,處理效果較單獨使用一種好得多。

  2.過濾

  硅藻土過濾的機理有三個方面:①篩分,當水流通過硅藻土濾膜時,懸浮雜質顆粒粒徑大干硅藻土孔隙的全部被截留下來。篩分作用往往發生在濾膜表面;②阻流,當部分較紉的雜質顆粒穿過濾膜表面,穿入濾膜的內部,則被濾膜內部彎彎曲曲的微孔溝道和濾膜內更小的孔隙所阻留而被去除;②吸附,一些比硅藻土本身內部孔隙還小的顆粒,隨水流通過濾膜時,碰撞在硅藻土的內部表面上,并被相反電荷所吸引。另外,雜質顆粒之間,異電相吸,形成鏈團而吸附在過濾介質上。

  影響硅藻土過濾效果的主要固素如下:

  (1)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,附加劑投加量大,水頭損失增長速度減小,過濾周期延長。

  不同附加劑投加量時,過濾時間與水頭損失增長關系曲線見圖2。

  (2)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。在保證濾后水質和選定硅藻土規格、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的起始濾速最小(v=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。

  在水質要求較高的情況下,如純水制備過程中的預處理,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、采用硅藻土的型號、規格、預涂劑量、濾速等。但實踐證明,溫度對硅藻土過濾基本上沒有影響。

  3.反沖洗

  當過濾周期結束時,需將裁留下雜質的濾餅沖洗掉以便重新進行預涂。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行的一種沖洗方法。一般以8一l0L/(m2?e)沖洗強度,僅2min即可沖洗干凈,沖洗水約占過濾水量的2%左右。對于高純水制備的預處理,反沖可直接用原水(即自來水)。反沖務求徹底、干凈,否則,將嚴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。較粗等級的硅藻土可去除5ym以上的雜質顆粒;較紉等級的硅藻土可去除50nm以下的顆粒。

  2.細菌的去除

  美國弗吉尼亞州Fort Belvoir的軍隊工程研究和發展實驗室的工作說明,使用較細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進水中含有2l0—1300個大腸桿菌),而最細等級的硅藻土可以完全去除進水中的全部大腸桿茵,甚至100m1進水中含有幾千個大腸桿菌,也可去除。

  我們在試驗中也發現,硅藻土過濾的除茵率始終保持在—個較高的范圍內,有時高達100%。

  3.除鐵除錳

  未經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),首先應經過氧化預處理,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點。國外使用硅藻土過濾技術去除地下水中的鐵和錳已有三十年的歷史。

  4.其它物質的去除

  硅藻土過濾還可以去除藻類、色度、腐植酸等有機物。除色的效果一般可過60%左右;硅藻土對腐植酸等有機物尚有吸附作用。

  三、硅藻土過濾作為電滲析和離子交換預處理的特點與益處

  如前所述,預處理的主要對象是懸浮物質、膠體、微生物、有機物等。經硅藻土過濾的最大特點是去除上述雜質顆粒的效果很好。在長海醫院制劑室的試驗表明,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,且水質穩定,使離子交換樹脂的再生周期延長20%左右,除菌率可達90%以上。

  硅藻土過濾預處理對電滲析和離子交換器產生如下有益效果:

  1.對電滲析的效果

  硅藻土過濾除濁徹底和除菌串高,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。因為,粘附在膜面上的懸浮物,成為離子遷移的一層障礙*細菌又以膜為有機養料,在膜面上蟹殖,均會使膜電阻增加和水質惡化。

  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,當反沖洗不良時,上述雜質還可能深入內部,使交換劑層結塊造成偏流,從而惡化出水水質。

  硅藻土過濾除色的特點有利于保證出水水質。一般說,含較多的泥沙為黃色;含大量泥沙及腐殖質的水為黃褐色;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。顯色度物質會污染交換樹脂,堵塞樹脂層孔隙,蟹殖紉茵,惡化出水水質。

  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。

  總之,硅藻土過濾作為制各高純水的預處理,使離子交換膜和交換樹脂的使用壽命增加,出水水質可得到提高。

  3.注意事項

  (1)當硅藻土過濾器的水頭損失達到期終允許值(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l0—15min的循環,濾后水達到要求的水質時,再轉入正常過濾。

  (2)當一個過濾周期結束時,硅藻土實際上并沒得到充分利用。濾餅中有硅藻土(預涂劑和附加劑)以及雜質顆粒,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涂桶中,然后用此漿液再進行預涂,這種做法叫做硅藻土的重復使用。

  通常,重復利用的濾膜的初始水頭損失高于清潔硅藻土預涂所形成的濾膜,且隨著重復使用次數的增加,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利用的次數,一次比一次緩慢。在保證濾后水質的前提下,原水濁度高時,重復利用的次數可為2—3次,對于濁度較低的原水,可重復利用6—7次甚至l0次。

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