1、1净化水处理基础培训净化水处理基础培训Don FlanaganGlobal Water Treatment EngineerEnergy&Facilities Engineering Beckett Ridge Technical Center-CETLCincinnati,Ohio 全球水处理工程师全球水处理工程师能源与设备工程能源与设备工程Beckett Ridge 技术中心技术中心 CETL辛辛那提，俄亥俄州辛辛那提，俄亥俄州2课程任务与目标课程任务与目标l任务任务u通过应用学习，实践和教学的方法，培训人员可获取净化水通过应用学习，实践和教学的方法，培训人员可获取净化水处理的应用知识、性
2、能标准、微生物相关知识以及操作成本处理的应用知识、性能标准、微生物相关知识以及操作成本及损失改进等方面的内容。及损失改进等方面的内容。l目标目标u通过应用学习，实践和教学的原理，培训人员将会成功完成通过应用学习，实践和教学的原理，培训人员将会成功完成资格考试资格考试l先决条件先决条件u对学习水处理知识有兴趣对学习水处理知识有兴趣3焦点焦点l功能功能 u设备的用途是什么？设备的用途是什么？l性能标准性能标准u我如何衡量设备的性能？我如何衡量设备的性能？l微生物风险微生物风险u与设备有关的微生物风险是什么？与设备有关的微生物风险是什么？l微生物控制微生物控制u我如何维持设备处于规定的微生物限制标准
3、？我如何维持设备处于规定的微生物限制标准？l操作成本操作成本/损耗改进损耗改进u与设备有关的损耗有哪些？与设备有关的损耗有哪些？4培训大纲培训大纲l水质量水质量l水杂质水杂质 l预处理预处理l净化净化l后处理后处理l储存与分发储存与分发l降低微生物风险的设计原理降低微生物风险的设计原理5水质量水质量6预处理预处理水循环水循环图图 1水循环系统水循环系统凝固降雨地表水流湖海洋蒸腾作用蒸发作用地下水流地下水水位渗透河川7预处理预处理引入水引入水参数参数地下（泉）水地下（泉）水地表水地表水溶解固体含量溶解固体含量高高低低悬浮固体含量悬浮固体含量低低高高微生物活性微生物活性与地域相关与地域相关季节多变
4、性季节多变性地下水与地表水的一般对比地下水与地表水的一般对比8预处理预处理引入水引入水l杂质杂质u悬浮固体悬浮固体(0.1 m)混浊度混浊度(浊度计浊度单位浊度计浊度单位-NTU)u胶状微粒胶状微粒(0.01 m 及及 0.1 m)泥沙密度指数泥沙密度指数(SDI)u有机物有机物(从死亡植物和动物身上分解出来的碳基分子从死亡植物和动物身上分解出来的碳基分子)总有机碳量总有机碳量(ppm 或或 ppb)u溶解固体溶解固体(=90 以达到降低细菌目的以达到降低细菌目的次氯酸钠次氯酸钠进水进水2 PPM氯监视器氯监视器T=45 分钟分钟19预处理预处理氯化处理罐氯化处理罐l次氯酸钠次氯酸钠(NaOC
5、l)在水中溶解时，会形成次氯酸在水中溶解时，会形成次氯酸(HOCl)和次氯酸盐离子和次氯酸盐离子(OCL-)：NaOCl+H2O NaOH+HOClHOCl H+OCL-(离解离解)l次氯酸离解为次氯酸离子的比率由次氯酸离解为次氯酸离子的比率由pH值决定，值决定，pH=7.4(以一半以一半 HOCL 和一半和一半 OCl-存在存在)。在大约。在大约pH=5时，几乎全部为时，几乎全部为 HOCl。l次氯酸比次氯酸离子的氧化和消毒作用强次氯酸比次氯酸离子的氧化和消毒作用强100倍。倍。20管道系统设计管道系统设计l结构材料结构材料u有防护或者无防护的水有防护或者无防护的水u表面光洁表面光洁u化学和
6、化学和/或热兼容性或热兼容性l流动状况流动状况u紊流或层流紊流或层流雷诺数雷诺数(NRe)“经验法规经验法规”l生物膜形成生物膜形成l可清洁，消毒和疏导性可清洁，消毒和疏导性21管道系统设计管道系统设计 结构材料结构材料l PVC(聚氯乙烯聚氯乙烯)u仅用于含氯（保护的）部分仅用于含氯（保护的）部分u不能用于热卫生处理不能用于热卫生处理u监视氧化剂监视氧化剂 与过乙酸作用释放的热量足够引起变形和泄漏与过乙酸作用释放的热量足够引起变形和泄漏l PVDF(聚二氯乙烯聚二氯乙烯)u通常使用在净化步骤后的无氯部分通常使用在净化步骤后的无氯部分u进行热卫生处理时必须做好膨胀预防措施进行热卫生处理时必须做
7、好膨胀预防措施u需要需要 100%支撑支撑u难找到有资格的安装人员难找到有资格的安装人员l 不锈钢不锈钢u304 SS 用于预处理系统，用于预处理系统，316L SS 用于净化、储存和用于净化、储存和分发系统分发系统u可进行热卫生处理可进行热卫生处理u氧化剂兼容氧化剂兼容 过乙酸、臭氧、过氧化氢过乙酸、臭氧、过氧化氢22管道系统设计管道系统设计 流动状况流动状况l雷诺数，雷诺数，NRe 是惯性力与粘性力的比值是惯性力与粘性力的比值NRe=DV/u此处此处 D=管道直径管道直径 V=流动平均速度流动平均速度 =液体密度液体密度 =液体黏度液体黏度uNRe 2,100 层流层流uNRe 2,100
8、 4,000 转换临界转换临界uNRe 4,000 湍流湍流l“经验法则经验法则”在水系统中将生物膜形成降低到最小的在水系统中将生物膜形成降低到最小的速度为速度为u1-2 m/s23管道系统设计管道系统设计 流动状况流动状况24管道系统设计管道系统设计 流动状况流动状况25管道系统设计管道系统设计 生物膜生长生物膜生长l 生物膜的形成生物膜的形成u联合联合 浮游浮游u黏附黏附 座生座生u群体形成群体形成u生物膜形成生物膜形成26管道系统设计管道系统设计 生物膜生长生物膜生长27管道系统设计管道系统设计 生物膜的生长生物膜的生长l边界层厚度边界层厚度 对对 生物膜厚度生物膜厚度u流量决定边界层厚
9、度流量决定边界层厚度u边界层厚度影响生物膜层厚度边界层厚度影响生物膜层厚度高流率高流率 边界层变薄边界层变薄变薄的边界层变薄的边界层 生物膜厚度变薄生物膜厚度变薄增稠增稠 边界层变薄边界层变薄脱落脱落 边界层变厚边界层变厚28湍流湍流/生物膜去除生物膜去除 用错名称用错名称l 剪切力不足以去掉管道内壁附着的生物体。一个直径为剪切力不足以去掉管道内壁附着的生物体。一个直径为 1m的微的微粒，其粘性力与本身重量的比率超过粒，其粘性力与本身重量的比率超过106，因此，剪切力必须达到，因此，剪切力必须达到重力的几千倍才能去掉附着物。重力的几千倍才能去掉附着物。l.PWS DesignShear For
10、ce on a 1.doc29生物膜控制可选择方式生物膜控制可选择方式30预处理预处理过滤过滤l多介质过滤器多介质过滤器l筒式过滤器筒式过滤器31预处理预处理多介质过滤器多介质过滤器l功能功能u去除悬浮粒子去除悬浮粒子(10 m)u机械过滤器机械过滤器u顶部介质密度最低，底部介质密度最高顶部介质密度最低，底部介质密度最高l性能标准性能标准u泥沙密度指数泥沙密度指数 5 或者浊度或者浊度 0.3 NTUu差压差压l操作成本操作成本/改进损失改进损失u进入下水道的废水进入下水道的废水（回洗）（回洗）32预处理预处理多介质过滤器多介质过滤器无烟煤或绿砂无烟煤或绿砂细砂细砂粗砂粗砂砂砾砂砾正常运作正常
11、运作33预处理预处理多介质过滤器多介质过滤器PIPIDP=P(进进)-P(出出)34预处理预处理多介质过滤器多介质过滤器回洗回洗至至 排水管排水管35预处理预处理多介质过滤器多介质过滤器l微生物污染微生物污染u介质上的生物膜介质上的生物膜u弱的氯剂量控制弱的氯剂量控制l微生物控制微生物控制u安装在系统的有氯部分安装在系统的有氯部分u使用高氯剂量进行清洁使用高氯剂量进行清洁(100-300 ppm)36预处理预处理筒式过滤器筒式过滤器5 20 毫米毫米l 功能功能u去除悬浮粒子去除悬浮粒子(5-20 m)u机械式过滤器机械式过滤器u深度或者表面过滤器深度或者表面过滤器(折叠型折叠型)l 性能标准
12、性能标准u泥沙密度指数泥沙密度指数 5 或者或者 浊度浊度 0.3 NTUu差压差压l 操作成本操作成本/改进损失改进损失u过滤筒的更换过滤筒的更换根据更换成本，一般用于低流量应用中根据更换成本，一般用于低流量应用中37预处理预处理筒式过滤器筒式过滤器 5 20 毫米毫米深度型筒式过滤器里微纤维截深度型筒式过滤器里微纤维截留的粒子留的粒子折叠型筒式过滤器折叠型筒式过滤器38预处理预处理筒式过滤器筒式过滤器 5 20 毫米毫米l微生物污染微生物污染u介质上的生物膜介质上的生物膜u弱的氯剂量控制弱的氯剂量控制l微生物控制微生物控制u安装在系统的有氯部分安装在系统的有氯部分u使用高氯剂量进行消毒使用
13、高氯剂量进行消毒(100-300 ppm)u更换过滤筒更换过滤筒39预处理预处理降低硬度降低硬度/水垢控制水垢控制l水软化剂水软化剂l抗水垢剂抗水垢剂l注入酸液注入酸液/脱气作用脱气作用40预处理预处理水软化剂水软化剂l功能功能u去除水中的硬离子去除水中的硬离子铝离子与镁离子铝离子与镁离子l强酸阳离子交换树脂强酸阳离子交换树脂u钠形式钠形式l通常在系统的含氯部分通常在系统的含氯部分u离子交换树脂上的氯副作用离子交换树脂上的氯副作用减少树脂使用寿命减少树脂使用寿命l性能标准性能标准u低硬度低硬度(5 ppm as CaCO3)到无硬度到无硬度41预处理预处理水软化剂水软化剂Na+Na+Na+Na
14、+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+离子交换树脂粒子离子交换树脂粒子(钠形式钠形式,Na+)42预处理预处理水软化剂水软化剂 树脂树脂硫化SAC树脂的化学结构43预处理预处理水软化剂水软化剂 树脂树脂凝胶类树脂凝胶类树脂大孔隙类树脂大孔隙类树脂44预处理预处理水软化剂水软化剂Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+硬度硬度(Ca+,Mg+),及其它溶解固体的水进入软化器及其它溶解固体的水进入软化器Ca2+Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+Ca2+Ca2+Ca2+离子交换离子交换/进行软化处理进行软化处理Mg2+Ca2+Mg2+Ca2+树脂软化
15、能力用尽树脂软化能力用尽1.2.3.Cl-Cl-Cl-Cl-CO3(2-)CO3(2-)CO3(2-)CO3(2-)软化后的水软化后的水Ca2+Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+Mg2+Ca2+Ca2+Ca2+Mg2+Ca2+Cl-Cl-CO3(2-)CO3(2-)Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+CO3(2-)CO3(2-)Cl-Cl-Cl-45预处理预处理水软化剂水软化剂4.Na+Na+Na+Na+Mg2+Ca2+Mg2+用盐水用盐水(NaCl)使树脂再生使树脂再生盐水溶液盐水溶液软化能力用尽的树脂软化能力用尽的树脂再生的树脂再生的树脂Na+Na+Na+Na+Ca2+废水废水N
16、a+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Ca2+Mg2+Mg2+Ca2+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-46预处理预处理水软化器水软化器l微生物污染微生物污染u盐水溶液盐水溶液u脱氯前脱氯前弱氯剂量控制弱氯剂量控制u脱氯后脱氯后从上游设备携带来的细菌细胞从上游设备携带来的细菌细胞l微生物控制微生物控制u在再生时引入氯在再生时引入氯(100 ppm)u再生，氯化，再生再生，氯化，再生l操作成本操作成本/损失改进损失改进u用于再生的盐用于再生的盐u排放的废水排放的废水(回洗，慢速冲刷，快速冲刷回洗，慢速冲刷，快速冲刷)47预处理预处理注入抗垢剂注入抗垢剂l
17、功能功能u抑制抑制RO薄膜上形成水垢薄膜上形成水垢u提高除垢能力提高除垢能力u阻碍结晶和歪曲晶体生长阻碍结晶和歪曲晶体生长u轻微提高再生水平，超出水垢形成成分的溶解界限轻微提高再生水平，超出水垢形成成分的溶解界限l 性能标准性能标准uRO%恢复率恢复率,P,流率流率l 微生物污染微生物污染u延长的添加频率延长的添加频率l 微生物控制微生物控制u添加频率添加频率 依赖于所使用的抗垢剂依赖于所使用的抗垢剂l 操作成本操作成本/损失改进损失改进u抗垢剂化学品成本抗垢剂化学品成本u冲洗用水冲洗用水48CO3CO3CO3CO3CaCO3CaCaCaCaCa预处理预处理注入抗垢剂注入抗垢剂CO3晶体晶格晶
18、体晶格49预处理预处理注入抗垢剂注入抗垢剂CO3CO3CO3CaCO3CaCaCaCaCO3CaCO3晶体生长被封锁晶体生长被封锁50预处理预处理注入抗垢剂注入抗垢剂CO3CO3CO3CaCO3CaCaCaCaCaCO3晶体生长被歪曲晶体生长被歪曲51预处理预处理注入抗垢剂注入抗垢剂-粒子散布方式，类似充电粒子散布方式，类似充电52预处理预处理注入盐酸注入盐酸/除气作用除气作用l功能功能u进入进入 RO 薄膜前调整水的薄膜前调整水的 pH 值约等于值约等于 5-6u将碳酸盐及碳酸氢盐转为二氧化碳而改变碱度将碳酸盐及碳酸氢盐转为二氧化碳而改变碱度l性能标准性能标准upH 5-6l操作成本操作成本
19、/损失改进损失改进uHCl 化学品成本化学品成本53预处理预处理注入盐酸注入盐酸/除气作用除气作用54预处理预处理注入盐酸注入盐酸/除气器除气器l功能功能u从水中去掉二氧化碳从水中去掉二氧化碳(CO2)l反相流操作反相流操作u水进入容器顶部并落下到包装容器水进入容器顶部并落下到包装容器u经过过滤的空气从底部进入，将二氧化碳从水中引出来经过过滤的空气从底部进入，将二氧化碳从水中引出来过滤空气可防止细菌进入水系统过滤空气可防止细菌进入水系统l性能标准性能标准upH 值应提高值应提高u随着随着 CO2 的排除，传导性可能会降低的排除，传导性可能会降低l操作成本操作成本/损失改进损失改进u空气过滤器更
20、换空气过滤器更换u鼓风电气设备及用电鼓风电气设备及用电55净化净化:反渗透（反渗透（RO）除气器除气器空气过滤器空气过滤器鼓风机鼓风机空气空气+CO2排气口排气口水水空气空气 带带 CO2 的水的水不带不带 CO2 的水的水56预处理预处理脱氯脱氯:碳过滤器碳过滤器l功能功能u从水中脱氯从水中脱氯u有机吸收挥发物来降低有机吸收挥发物来降低TOC(30 70%)l机制机制u吸收氧化剂（氯）及有机分子吸收氧化剂（氯）及有机分子l微生物污染微生物污染u从上游设备携带来的细菌细胞从上游设备携带来的细菌细胞u在碳床前几英寸位置脱氯在碳床前几英寸位置脱氯l微生物控制微生物控制u蒸汽或者热水蒸汽或者热水 这
21、是唯一可行的清洁方法这是唯一可行的清洁方法l操作成本操作成本/损失改进损失改进u排放的废水（回洗）排放的废水（回洗）u清洁用的蒸汽清洁用的蒸汽u更换碳（更换碳（1次次/半年）半年）57预处理预处理脱氯脱氯:碳过滤器碳过滤器58预处理预处理脱氯脱氯:碳过滤器碳过滤器HOCl+C*C*O+H+Cl-次氯酸与活性碳的反应方程式：次氯酸与活性碳的反应方程式：OCl-+C*C*O+Cl-次氯酸离子与活性碳的反应方程式：次氯酸离子与活性碳的反应方程式：当游离的氯成分被吸入碳块时，会随之与碳进行化学反应，当游离的氯成分被吸入碳块时，会随之与碳进行化学反应，形成氧化物并残留在表形成氧化物并残留在表面。作用点就
22、被氧化不能再用，除非碳块被再活化，其表面的氧化物被释放为面。作用点就被氧化不能再用，除非碳块被再活化，其表面的氧化物被释放为 CO 或或者者 CO2 气体。气体。将碳块放置于高温和高压下，就可以实现再活化。将碳块放置于高温和高压下，就可以实现再活化。59预处理预处理脱氯：焦亚硫酸氢钠脱氯：焦亚硫酸氢钠l功能功能u从水中脱氯从水中脱氯l添加焦亚硫酸氢钠添加焦亚硫酸氢钠u与氧化剂（氯）进行化学反应与氧化剂（氯）进行化学反应l微生物污染微生物污染u2-3%浓度浓度u过大的添加频率过大的添加频率l微生物控制微生物控制u10%浓度浓度u采用一个星期添加的频率采用一个星期添加的频率l操作成本操作成本/损失
23、改进损失改进u焦亚硫酸氢钠化学品成本焦亚硫酸氢钠化学品成本60预处理预处理脱氯：焦亚硫酸氢钠脱氯：焦亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠:Na+H+SO32-NaHSO3焦亚硫酸氢钠焦亚硫酸氢钠:Na2S2O5+H2O2NaHSO32Na+2H+2SO32-次氯酸与亚硫酸离子的反应：次氯酸与亚硫酸离子的反应：SO32-+HOClSO42-+H+Cl-SO32-+OCl-SO42-+Cl-次氯酸离子与亚硫酸离子的反应：次氯酸离子与亚硫酸离子的反应：61预处理预处理脱氯：紫外光脱氯：紫外光（UV）l功能功能u将游离氯分离为氯化物离子和将游离氯分离为氯化物离子和/或盐酸或盐酸u间接利益：高效降低微生物含量
24、间接利益：高效降低微生物含量u185 nm 波长波长u剂量剂量 300-1,800M W-s/cm2(10-60 x 消毒剂量消毒剂量)l使用紫外光的有利位置使用紫外光的有利位置u后过滤阶段，在后过滤阶段，在RO或或DI床入口前床入口前l性能标准性能标准u游离氯破坏率游离氯破坏率(高达高达 99%)，游离氯的残留浓度，游离氯的残留浓度 0.1 ppmu微生物含量降低微生物含量降低62预处理预处理脱氯：紫外光脱氯：紫外光（UV）l微生物风险微生物风险uUV 灯失效灯失效u石英套管会形成水垢石英套管会形成水垢/生物膜生物膜l微生物控制微生物控制u替换失效的替换失效的 UV 灯灯u清洁清洁 UV 灯
25、外壳和石英套管灯外壳和石英套管l操作成本操作成本/损失控制损失控制u用电损耗用电损耗u更换灯泡更换灯泡(1次次/年年)u更换石英套管更换石英套管(1次次/2年年)l北卡罗来纳州格林斯博罗与多佛，北卡罗来纳州格林斯博罗与多佛，DE厂厂63预处理预处理脱氯：紫外光脱氯：紫外光（UV）l次氯酸的脱氯过程推测如下：光转化作用使弱的次氯次氯酸的脱氯过程推测如下：光转化作用使弱的次氯酸转化为强的盐酸，并释放出氧气：酸转化为强的盐酸，并释放出氧气：2 HOCl+UV 2HCl+O264UV 光谱光谱65预处理预处理紫外光（紫外光（UV）66预处理预处理降低降低TOC:紫外光（紫外光（UV）l功能功能u促进有
26、机成分的破坏促进有机成分的破坏u间接利益间接利益 高效降低微生物含量高效降低微生物含量u185 nm 波长波长u剂量剂量 90-600M W-s/cm2(3-20 x 消毒剂量消毒剂量)l使用紫外光的有利位置使用紫外光的有利位置u后过滤阶段，在后过滤阶段，在DI床入口前床入口前l性能标准性能标准uTOC 破坏破坏(0.5 ppm 可完成的可完成的)u微生物含量降低微生物含量降低67预处理预处理降低降低TOC:紫外光（紫外光（UV）l微生物风险微生物风险uUV 灯失效灯失效u石英套管会形成水垢石英套管会形成水垢/生物膜生物膜l微生物控制微生物控制u替换失效的替换失效的 UV 灯灯u清洁清洁 UV
27、 灯外壳和石英套管灯外壳和石英套管u将水中的粒子降低到最少（屏蔽微生物）将水中的粒子降低到最少（屏蔽微生物）l操作成本操作成本/损失控制损失控制u用电损耗用电损耗u更换灯泡更换灯泡(1次次/年年)u更换石英套管更换石英套管(1次次/2年年)lHunt Valley,MD 厂厂68净化作用净化作用69净化作用净化作用70净化净化:去离子作用去离子作用阳离子交换器阳离子交换器l功能功能u用用H+离子交换水中的阳离子离子交换水中的阳离子l强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂u氢离子形式氢离子形式u温度温度 120 CupH 值影响值影响l再生再生u 6%盐酸盐酸(HCl)溶液溶液l性能标准性能标
28、准upH 值值71净化净化:去离子作用去离子作用阳离子交换器阳离子交换器H+离子交换树脂颗粒离子交换树脂颗粒(氢离子的形式氢离子的形式,H+)H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+72净化净化:去离子作用去离子作用阳离子交换器阳离子交换器Ca2+Mg2+K+Na+H+SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2Mg2+Ca2+Na+K+Na+Mg2+Ca2+SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2H+H+H+H+H+H+H+73净化净化:去离子作用去离子作用阳离子交换器阳离子交换器含有阳离子和阴离子的含有阳离子和阴离子的水进入阳离子交换器水进入阳离子交换器Mg2+
29、Ca2+离子交换离子交换树脂去离子能力用尽树脂去离子能力用尽1.2.3.去离子水去离子水SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2Mg2+Ca2+Na+K+Na+Mg2+Ca2+SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2Mg2+Ca2+Na+K+Na+Mg2+Ca2+H+H+H+H+H+H+H+H+Ca2+Na+K+SO4 2-HCO3-Cl-NO32-Ca2+Na+Mg2+K+Ca2+SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2H+H+H+H+H+H+H+74净化净化:去离子作用去离子作用阳离子交换器阳离子交换器4.使用盐酸（使用盐酸（HCl）再生树脂）再生树脂6%HCl 溶液溶液
30、树脂去离子能力用尽树脂去离子能力用尽再生的树脂再生的树脂废水废水H+Cl-H+Cl-H+Cl-H+Cl-H+Na+Mg2+Ca2+K+Cl-Cl-Cl-Cl-Ca2+Na+Mg2+K+Ca2+H+H+H+H+H+H+H+Ca2+Cl-Cl-Cl-Cl-75净化净化:去离子作用去离子作用阳离子交换器阳离子交换器l微生物污染微生物污染u从预处理带来的细菌细胞从预处理带来的细菌细胞u树脂上形成的生物膜树脂上形成的生物膜u在流速低区域（在侧边上）滋生微生物在流速低区域（在侧边上）滋生微生物l微生物控制微生物控制u使用使用 6%HCl 再生再生u树脂替换树脂替换l操作成本操作成本/损失改进损失改进u废水
31、排放到下水道（回洗，慢速冲洗，快速冲洗）废水排放到下水道（回洗，慢速冲洗，快速冲洗）u盐酸化学品成本盐酸化学品成本u树脂替换（树脂替换（1次次/3-4年）年）76净化净化:去离子作用去离子作用阴离子交换器阴离子交换器l功能功能u用用 OH-离子替换阴离子离子替换阴离子l强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂u氢氧离子形式氢氧离子形式u温度温度 70 CupH 值影响值影响l再生再生 u4%氢氧化钠（氢氧化钠（NaOH）l性能标准性能标准u传导性传导性upH 值值77净化净化:去离子作用去离子作用阴离子交换器阴离子交换器OH-离子交换树脂颗粒离子交换树脂颗粒(氢氧离子形式氢氧离子形式,OH-)
32、OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-78净化净化:去离子作用去离子作用阴离子交换器阴离子交换器SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2H+H+H+H+H+H+H+H+OH-=H2O79净化净化:去离子作用去离子作用阴离子交换器阴离子交换器含有含有 H+和阴离子的水和阴离子的水进入阴离子交换器进入阴离子交换器离子交换离子交换树脂去离子能力用尽树脂去离子能力用尽1.2.3.SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2H+H+H+H+H+H+H+SO4 2-NO32-Cl-HCO3-SiO2H
33、+H+H+H+H+H+NO32-OH-OH-OH-OH-OH-HCO3-Cl-OH-OH-OH-SiO2HCO3-NO32-SO4 2-Cl-H+H+H+H+SiO2SO4 2-OH-OH-OH-OH-80净化净化:去离子作用去离子作用阴离子交换器阴离子交换器4.用碱用碱(NaOH)再生树脂再生树脂4%NaOH 溶液溶液树脂去离子能力用尽树脂去离子能力用尽再生的树脂再生的树脂废水废水Na+OH-Na+OH-Na+OH-Na+OH-HCO3-NO32-SO4 2-Cl-SiO2OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-Na+Na+Na+Na+Cl-HCO3-SiO2SO4 2-NO32-8
34、1净化净化:去离子作用去离子作用阴离子交换器阴离子交换器l微生物污染微生物污染u从预处理阶段带来的细菌细胞从预处理阶段带来的细菌细胞u树脂上形成的生物膜树脂上形成的生物膜u在流速低区域（在侧边上）滋生微生物在流速低区域（在侧边上）滋生微生物l微生物控制微生物控制u用用 4%NaOH 再生再生u使用盐水使用盐水+碱来清洗碱来清洗u替换树脂替换树脂l操作成本操作成本/损失改进损失改进u排放到下水道的废水排放到下水道的废水(回洗，慢速冲洗，快速冲洗回洗，慢速冲洗，快速冲洗)u氢氧化钠化学品成本氢氧化钠化学品成本u树脂更换树脂更换(1次次/3-4年年)82净化净化:去离子作用去离子作用混合床混合床l功
35、能功能u消除离子渗漏及调整消除离子渗漏及调整pH值值l强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂温度温度 70 C（强碱性阴离子交换树脂决定）（强碱性阴离子交换树脂决定）不耐氯不耐氯再生再生l性能标准性能标准u传导性传导性upH 值值83净化净化:去离子作用去离子作用混合床混合床l微生物污染微生物污染u从预处理阶段带来的细菌细胞从预处理阶段带来的细菌细胞u树脂上形成的生物膜树脂上形成的生物膜l微生物控制微生物控制u用酸和碱再生用酸和碱再生u更换树脂更换树脂l操作成本操作成本/损失改进损失改进u排放到下水道的废水排放到下水道的废水(回洗，慢速冲洗，快速冲
36、洗回洗，慢速冲洗，快速冲洗)u盐酸和氢氧化钠化学品成本盐酸和氢氧化钠化学品成本u树脂更换树脂更换(1次次/3-4年年)84净化净化:反渗透反渗透过滤谱过滤谱85净化净化:反渗透反渗透预过滤器预过滤器l 功能功能u去除去除 1-5 1-5 m 大小的悬浮物质大小的悬浮物质l 筒式过滤筒式过滤l 性能标准性能标准u差压差压u微生物活性微生物活性l 操作成本操作成本/损失改进损失改进u过滤器更换过滤器更换86净化净化:反渗透反渗透预过滤器预过滤器l微生物污染微生物污染u从上游设备带来的细菌细从上游设备带来的细菌细u在筒内和外壳形成的生物膜在筒内和外壳形成的生物膜l微生物控制微生物控制u安装在系统的含
37、氯部分安装在系统的含氯部分u清洁消毒清洁消毒拆除过滤器拆除过滤器若为若为 SS 外套：热水或者热消毒外套：热水或者热消毒u替换新的过滤器替换新的过滤器微生物活性微生物活性差压差压时间时间(每每 2 个月个月)87净化：反渗透净化：反渗透泥沙密度指数泥沙密度指数(SDI)l 美国材料测试学会（美国材料测试学会（ASTM）测试测试 D 4189-82l Millipore 可供设备可供设备l 操作过程操作过程u将过滤薄膜置于支承件上，小心地将水压排将过滤薄膜置于支承件上，小心地将水压排出，上紧出，上紧O环密封件并将支承件垂直安置环密封件并将支承件垂直安置u调整给水压力为调整给水压力为 30 psi
38、 并测量初始滤过并测量初始滤过 500 mL 水样品的所需时间，记为水样品的所需时间，记为t0（持续调整（持续调整使给水压力保持一个常量）使给水压力保持一个常量）u给水压力为给水压力为 30 psi 下持续过滤操作下持续过滤操作 15 分钟分钟u经过经过 15 分钟后，测量过滤分钟后，测量过滤 500 mL 水样品所水样品所需时间，记为需时间，记为t1。过滤薄膜应留待作进一步。过滤薄膜应留待作进一步分析。分析。u计算计算:SDI=1-t0/t1*100/1588净化：反渗透净化：反渗透渗透作用渗透作用渗透作用定义：渗透作用定义：“水分子通过一个半透膜，例如活细胞壁，进入浓度较高的另一侧，以达水
39、分子通过一个半透膜，例如活细胞壁，进入浓度较高的另一侧，以达到半透膜两侧浓度平衡的趋势。到半透膜两侧浓度平衡的趋势。”低浓度低浓度盐水盐水溶液溶液高浓度高浓度盐水盐水溶液溶液水水半透膜半透膜水水半透膜半透膜时间时间=平衡状态平衡状态89净化：反渗透净化：反渗透渗透作用渗透作用纯水纯水1000 ppm盐水盐水水水水水半透膜半透膜时间时间 =平衡状态平衡状态纯水纯水 82 C 的纯水的纯水 及及 微生物含量处于微生物含量处于RMS限定标准内限定标准内l 微生物污染微生物污染u温度温度 82 Cl 微生物控制微生物控制u在分发系统维持温度在分发系统维持温度 82 Cu在分发系统定期性循环消毒，温度在
40、分发系统定期性循环消毒，温度 82 Cl 操作成本操作成本/损失改进损失改进u加热（蒸汽）成本加热（蒸汽）成本u冷却成本冷却成本125后处理后处理储存罐储存罐:室温室温/臭氧化状态臭氧化状态l 功能功能u在室温（大约在室温（大约20到到35C）以）以 0.25 0.5 ppm 残留臭氧浓度来储存纯水残留臭氧浓度来储存纯水l 性能标准性能标准u净化水微生物含量处于净化水微生物含量处于 RMS 限定标准限定标准l 微生物污染微生物污染u细胞突破进入在储存罐短暂滞留的未防护的纯水细胞突破进入在储存罐短暂滞留的未防护的纯水l 微生物控制微生物控制u臭氧用做氧化杀菌剂臭氧用做氧化杀菌剂 储存罐中维持残留
41、浓度储存罐中维持残留浓度 0.25-0.50 ppm 可满足灭杀要求可满足灭杀要求 将浓度升高到将浓度升高到 0.5 1.0 ppm 作分发系统定期循环的消毒工作作分发系统定期循环的消毒工作l 操作成本操作成本/损失控制损失控制u电气成本电气成本(臭氧产生设备，氧气产生设备臭氧产生设备，氧气产生设备)u臭氧系统维修臭氧系统维修126后处理后处理臭氧化臭氧化 储罐及回路明细储罐及回路明细127后处理后处理臭氧化臭氧化l功能功能u产生和注入臭氧，维持室温水系统的微生物控制产生和注入臭氧，维持室温水系统的微生物控制l性能标准性能标准u臭氧浓度处于臭氧浓度处于 0.25 0.5 ppm 及微生物含量处
42、于及微生物含量处于 RMS 限定标准内限定标准内l微生物污染微生物污染u穿透进入未防护水的细胞穿透进入未防护水的细胞l微生物控制微生物控制u臭氧用做氧化杀菌剂臭氧用做氧化杀菌剂储存罐中维持残留浓度储存罐中维持残留浓度 0.25-0.50 ppm 可满足灭杀要求可满足灭杀要求l操作成本操作成本/损失控制损失控制u电气成本电气成本(臭氧产生设备，氧气产生设备臭氧产生设备，氧气产生设备)128后处理后处理臭氧化臭氧化l臭氧是什么？臭氧是什么？uO3 氧气的同素异形体氧气的同素异形体u反应性非常高，不稳定反应性非常高，不稳定u在在 20C(70F)下半衰期约下半衰期约 20 分钟分钟u非常强效及迅速起
43、反应的氧化剂产生非常强效及迅速起反应的氧化剂产生u会氧化所有的细菌，内毒素，霉菌，酵母会氧化所有的细菌，内毒素，霉菌，酵母孢，病毒和有机物质孢，病毒和有机物质u暴露限定值暴露限定值(美国环保署推荐美国环保署推荐)u0.1 ppm 可超过可超过 8 小时小时u0.3 ppm 最长为最长为 15 分钟分钟129后处理后处理臭氧化臭氧化l 工作原理工作原理u溶液中的细菌溶液中的细菌130后处理后处理臭氧化臭氧化l 工作原理工作原理u溶液中的臭氧靠近细菌溶液中的臭氧靠近细菌131后处理后处理臭氧化臭氧化l 工作原理工作原理u臭氧与细菌细胞壁的有机成分结臭氧与细菌细胞壁的有机成分结合合132后处理后处理
44、臭氧化臭氧化l 工作原理工作原理u臭氧自由基破坏细胞壁联结臭氧自由基破坏细胞壁联结133后处理后处理臭氧化臭氧化l 工作原理工作原理u因为臭氧摧毁细胞壁的完整性，因为臭氧摧毁细胞壁的完整性，细菌细胞结构开始损坏细菌细胞结构开始损坏134后处理后处理臭氧化臭氧化l 工作原理工作原理u几毫秒内，灭杀工作完成，臭氧几毫秒内，灭杀工作完成，臭氧继续氧化其它细菌和任何释放的继续氧化其它细菌和任何释放的有机物有机物135后处理后处理紫外光紫外光 破坏臭氧破坏臭氧l功能功能u254 nm 紫外光紫外光u剂量剂量 3-5 x(90,000 150,000 W-s/cm2)u点源可破坏在分发回路入口处的臭氧点源
45、可破坏在分发回路入口处的臭氧u间接利益间接利益 高效降低微生物含量高效降低微生物含量l性能标准性能标准u臭氧水平臭氧水平u微生物数量微生物数量136后处理后处理紫外光紫外光 破坏臭氧破坏臭氧l微生物污染微生物污染u在臭氧化的水系统中非常低微生物污染风险在臭氧化的水系统中非常低微生物污染风险l微生物控制微生物控制u更换紫外光灯泡更换紫外光灯泡u对紫外光外壳和石英套管进行清洁消毒对紫外光外壳和石英套管进行清洁消毒l操作成本操作成本/损失改进损失改进u用电成本用电成本u灯泡更换（灯泡更换（1次次/年）年）u石英套管的更换（石英套管的更换（1次次/2年）年）137设计原理设计原理(为最少化降低微生物生
46、长为最少化降低微生物生长)138设计原理设计原理l消毒消毒/清洁设计清洁设计l有防护或无防护的水有防护或无防护的水l结构所用材料结构所用材料l连接类型连接类型l表面抛光表面抛光139设计原理设计原理l消毒消毒/清洁设计清洁设计u可排水性可排水性 低排水出口的无滞留的倾斜管道低排水出口的无滞留的倾斜管道u可清洁性可清洁性 就地清洁就地清洁(CIP)或可拆出清洁或可拆出清洁u可消毒性可消毒性 可加热或用化学品就地消毒可加热或用化学品就地消毒(SIP)140设计原理设计原理降低到最少降低到最少 预处理预处理后处理后处理净化净化有防护有防护(氯气氯气)无防护无防护有防护有防护(臭氧或加热臭氧或加热)高
47、风险高风险141设计原理设计原理l有防护的水有防护的水 含氯的源水含氯的源水u氯可抑制微生物生长氯可抑制微生物生长 控制级别控制级别u在含氯的水中，很有可能也会有微生物存活在含氯的水中，很有可能也会有微生物存活l无防护的水无防护的水u在进入净化过程，为了保护在进入净化过程，为了保护DI树脂或树脂或RO薄膜，氯气通过氧化薄膜，氯气通过氧化会被去除会被去除u在无防护的水中，微生物生长速度令人注目在无防护的水中，微生物生长速度令人注目u此水系统部分需要定期此水系统部分需要定期/频繁的消毒以控制微生物生长频繁的消毒以控制微生物生长l有防护的水有防护的水 热和含臭氧的水热和含臭氧的水u在储存罐中，热和臭
48、氧能毁灭微生物，维持净化水的微生物质在储存罐中，热和臭氧能毁灭微生物，维持净化水的微生物质量在合格标准量在合格标准142设计原理设计原理l结构所用材料结构所用材料u材料必须兼容加工液体（水）、清洁和消毒液体。材料必须兼容加工液体（水）、清洁和消毒液体。u选择材料依赖于所安装的加工阶段：预处理、净化、后处理或储存选择材料依赖于所安装的加工阶段：预处理、净化、后处理或储存及分发及分发在于处理阶段，可选用在于处理阶段，可选用PVC 和和 304 SS不锈钢不锈钢在净化设备的输出口和连接到储存于分发设备时，需要采用在净化设备的输出口和连接到储存于分发设备时，需要采用316 SS 不锈钢不锈钢在净化水阶
49、段，可选用在净化水阶段，可选用PVDF143设计原理设计原理l连接类型连接类型u有防护的源水有防护的源水螺旋接合螺旋接合 因为有隙缝难以清洁和消毒，具有高的微生物风险因为有隙缝难以清洁和消毒，具有高的微生物风险套管接合套管接合 因为有隙缝难以清洁和消毒，具有中等的微生物风因为有隙缝难以清洁和消毒，具有中等的微生物风险险法兰或焊接接合法兰或焊接接合 最小的微生物风险最小的微生物风险u无防护及净化的水无防护及净化的水螺旋接合螺旋接合 因为有隙缝难以清洁和消毒，具有高的微生物风险因为有隙缝难以清洁和消毒，具有高的微生物风险 不能选用不能选用套管接合套管接合 因为有隙缝难以清洁和消毒，具有高的微生物风
50、险因为有隙缝难以清洁和消毒，具有高的微生物风险 不能选用不能选用法兰或焊接接合法兰或焊接接合 中等的微生物风险中等的微生物风险轨道焊接接合轨道焊接接合 最小的微生物风险最小的微生物风险卫生的三夹联结卫生的三夹联结 最小的微生物风险最小的微生物风险144设计原理设计原理l表面抛光表面抛光u有防护的源水有防护的源水30-40 RA(150-180 粒度粒度)表面抛光表面抛光u净化水，无防护和有防护净化水，无防护和有防护30-40 RA(150-180 粒度粒度)表面抛光表面抛光u管道内部的所有的焊接点必须平滑平齐管道内部的所有的焊接点必须平滑平齐145设计原理设计原理 “死角位死角位”死角位死角位
