[化学]海水淡化预处理过程.ppt

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1、2023/3/4,1,反渗透海水淡化工艺,由于反渗透膜可以阻止无机盐分子的通过，因此反渗透工艺技术可以用于海水淡化领域。一般说来，反渗透海水淡化工艺可以分为三个部分：预处理、反渗透和后处理。加上因膜污染而不得不进行的膜清洗，所以反渗透工艺一般分四部分。,2023/3/4,2,2023/3/4,3,2023/3/4,4,一.海水预处理,为了充分发挥反渗透淡化系统的技术优越性，保证良好的设计性能和长时间的安全运行，特别是为了保证膜的使用寿命(一般情况下，自来水和苦咸水反渗透膜的使用寿命为5年，而海水膜的使用寿命为3年)，必须对原水进行适当的预处理，并应控制反渗透器进水的各种参数，才能确保反渗透设备

2、的长期安全运行。预处理和清洗不合理，会导致渗透量下降，并需要更换新的反渗透组件。因此，在反渗透工程设计上，必须仔细考虑预处理系统，以确保反渗透组件的给水质量合格。,2023/3/4,5,海水反渗透预处理系统由于受各地海水水质(物理指标)的变化而出入较大，一般情况下要采用加氯消毒、凝聚过滤、加酸调节pH值、投入聚磷酸盐做阻垢剂、消除余氯以及微滤才能进入反渗透系统。对于岸边为砂质层的情况，通常采用在岸边打海水井，取出其井水可降低浊度和微生物含量，简化预处理。以深井水和地表水两种给水水质作为备用系统的情况。这种系统的预处理还应充分考虑到深井水和地表水各自的特点，优化组合预处理流程，以降低预处理投资和

3、远行成本。,2023/3/4,6,反渗透的预处理系统由于受进水水质的影响而干变万化，不可用一个公式套用。一个特定反渗透工程预处理流程的确定和设备的选用，必须结合给水水质和工程理论及实践优化设计。,2023/3/4,7,1.海水的预处理及目的,海水的预处理就是在海水进一步利用之前对海水进行的“初步处理”。预处理的目的是将海水中的泥沙、悬浮物、胶体、微生物、有机物、溶解气体等会对下一步海水利用工艺产生有害作用的物质除去或降低到一定程度使之符合下一步工艺对海水水质的要求。,2023/3/4,8,2.海水预处理的主要方法,主要有沉淀、混凝、澄清、过滤、软化、消毒和脱气等。沉淀：就是利用重力沉降将水中大

4、的悬浮物颗粒除去或加入化学药剂使水中的暂时硬度生成沉淀物而除去。混凝：用混凝剂使水中细小胶体物质形成大颗粒的过程。澄清：将混凝过程产生的大颗粒物质分离出去的过程。过滤：水经装有特殊介质的装置，截留水中杂质的过程。软化：采用化学药剂、离子交换树脂或纳滤膜除去水中的纳、镁、铁等离子的过程。消毒：是指加入杀生剂、杀灭海洋污染生物的过程。脱气：用来除去海水中的氧气和二氧化碳等有害气体。,2023/3/4,9,3.海水预处理工艺的选择,应根据海水水质、预处理所需达到的水质和技术经济指标来选择。选择既能达到下部工艺对水质的要求，在经济上又合理的处理工艺。最经济有效的预处理工艺一般需要通过试验确定。对含泥沙

5、较多的海水，可用沉沙池澄清；含悬浮物多的海水，用过滤器处理；含胶体物质多的海水，采用化学净化处理。如青岛附近海域为沙滩，海水水质较好，将海水作为冷却用水和生活用水使用时，预处理工艺极为简单，只需加入杀生剂即可。而天津塘沽附近海域为泥滩，海水浊度较大，需采用絮凝沉降法。,2023/3/4,10,选择海水净化工艺还要根据海水的用途，若所取海水是用来作为大生活用水，则只需经过加入杀生剂和絮凝沉降工艺即可达到所需要的水质。所取海水是进入反渗透法海水淡化装置，则对进水水质要求较高，一般需采用：沙滤活性炭过滤水箱（加药剂）精密过滤上为浙江嵊山500t/日反渗透海水淡化示范工程的预处理工艺大致相同，而大连长

6、海县1000t/日反渗透海水淡化示范工程的预处理工艺就没有活性炭过滤器。,2023/3/4,11,4.海水中胶体颗粒特点,海水是一个含有多种无机物和有机物的复杂而巨大的溶液体系，既有胶体溶液特性又有电解质溶液特性，是具有生物活性的水溶液体系。海水是一个常处于热力学不稳定状态的多相体系，含有大量的悬浮物质和胶体，尤其是河口海域，被称为“胶体王国”，海水中的胶体具有较强的动力学活性。海水中有大量电解质，海水中的胶体的双电层被压缩得很薄，胶体颗粒大都带负电，并且海水中胶体颗粒都很细小。因此，海水中胶体颗粒比较稳定。,2023/3/4,12,5.海水中悬浮物颗粒的沉降特点,海水中有机物含量较少，只是海

7、水中无机物含量的十万分之一，但在固液界面相互作用中扮演着重要角色。这些有机物极易吸附到悬浮颗粒物表面，形成一层“有机膜”，此有机物大都是亲水性有机物，吸附到悬浮颗粒物表面后便形成水化保护层。天然海水中的各种颗粒物，不管其组成如何，表面均带负电荷，而且表面电性均匀。正是由于表面带电荷和有一层水化保护膜，使得海水中的悬浮物颗粒处于分散状态而不易沉降。,2023/3/4,13,6.凝聚、什么叫絮凝、什么叫混凝,在化学和工程的词汇中，对凝聚、絮凝和混凝这三个词意带有不同的解释，有时又含混相同。凝聚：是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；絮凝：则指胶体脱稳后（或由于高分子物质的吸附架桥作用）聚结成大颗粒絮体

8、的过程；混凝：则包括凝聚和絮凝两种过程。凝聚是瞬时的，只需将化学药剂扩散到全部水中的时间即可。絮凝则与凝聚作用不同，它只需一定的时间去完成，但一般情况下两者也不好截然分开。,2023/3/4,14,7.常用海水絮凝剂,研究表明，在海水净化过程中，单独用有机离子絮凝剂，混凝效果极差。而无机絮凝剂却有很好的絮凝效果。常用无机絮凝剂有三氯化铁、聚合氯化铁、硫酸铝和聚合硫酸铝等，其中铁盐混凝效果最佳。有机混凝剂主要作为助凝剂作用，配合无机絮凝剂是海水的预处理效果更好。海水净化过程中常用的助凝剂主要有非离子型聚丙烯酰胺和阳离子型聚丙烯酰胺。,2023/3/4,15,8.影响絮凝效果的因素,影响絮凝效果的

9、因素很多，主要有水温、pH、水质、水力条件、混凝剂的种类、混凝剂的投加顺序和药剂投加量。（1）水温的影响水温对混凝效果有明显的影响。混凝剂水解多是吸热反应，水温低时，水解速度慢，不完全。温度也影响矾花形成的速度和结构。低温时，尽管增加投药量，絮体的形成还是很缓慢，而且结构松散，颗粒细小，较难去除；此外，水温低时水的粘度大，布朗运动减弱，碰撞次数减少，同时剪切力增大，难以形成较大的絮体。但温度太高，易使高分子絮凝剂老化和分解生成不溶性物质，反而降低混凝效果。,2023/3/4,16,（2）pH值的影响,pH值对混凝效果影响很大。pH值的大小直接关系到所选用药剂的种类、加药量和混凝沉淀效果。水中H

10、+和OH-参与混凝的水解反应，因此，pH值强烈影响混凝剂的水解速度、产物存在的形态与性能。例如，铝盐的混凝作用是通过生成Al(OH)3胶体实现的，在不同pH值下，Al3+的存在形态不同。铁盐的混凝效果同样受到pH值的影响和控制，但铁盐的水解性能优于铝盐，水解生成的氢氧化物胶体溶解度较小。铁盐适用的pH值范围较大，其最佳pH值范围在6.08.4之间。海水的pH值范围约在7.58.4之间，所以在海水净化过程中，三价铁盐絮凝剂经常被采用。高分子絮凝剂尤其是有机高分子絮凝剂，受pH值影响较小。水的碱度对pH值有缓冲作用。当碱度不够时，应添加石灰等药剂。,2023/3/4,17,（3）水质的影响,水中粘

11、土杂质，粒径细小而均匀者，混凝效果较差，粒径参差者对混凝有利。颗粒浓度过低往往对混凝不利，回流沉淀物或投加沉淀物可提高混凝效果，水中存在大量有机物时，能被粘土微粒吸附，使颗粒具备了有机物的高度稳定性，此时，向水中投氯以氧化有机物，破坏其保护作用，常能提高混凝效果。水中盐类也能影响混凝效果，如水中Ca2+、Mg2+、硫、磷化合物一般对混凝有利，而某些阴离子（如Cl-）和表面活性物质却有不利影响。,2023/3/4,18,（4）水力条件,在混合阶段，要求混凝剂和水迅速均匀地混合，到了反应阶段，既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐

12、渐减小，反应时间较长。,2023/3/4,19,（5）混凝剂的种类,混凝剂的选择主要取决于胶体和絮体的性质、浓度。如水中污染物主要呈胶体状态，且电位较高，则应先选无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子絮凝剂与高分子混凝剂并用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。对于高分子而言，链状分子上所带电荷量越大，链越能充分延伸，吸附架桥的空间范围也就越大，絮凝效果就越好。,2023/3/4,20,（6）混凝剂投加量的影响,对任何混凝处理，都存在最佳絮凝剂和最佳投药量，应通过试验确定。一般的投药范围：普通铁盐、铝盐为10100mg/L，聚合盐为普通盐的1/21/3，有机高分子混凝剂15mg/L，

13、投量过多可能造成胶体再稳。,2023/3/4,21,（7）混凝剂投加顺序的影响使用多种混凝剂时，其最佳投加顺序需要通过试验确定。一般而言，当无机混凝剂与有机混凝剂并用时，先投加无机混凝剂，再投加有机混凝剂。但当处理的胶粒在50m以上时，常先投加有机混凝剂吸附架桥，再加无机絮凝剂压缩双电层而使胶体脱稳。,2023/3/4,22,9.海水混凝过程的机理与淡水混凝过程,胶体因电位降低或消除，从而失去稳定性的过程成为脱稳。脱稳的胶粒相互聚集成微絮体的过程成为凝聚。而未经脱稳的胶体也可形成大的颗粒，这种现象成为絮凝。按机理，混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕四种。实际过程中，以上四种

14、混凝机理往往可能是同时或交叉发挥作用，只是在一定情况下依条件不同而以其中某一种机理起主导作用而矣。,2023/3/4,23,淡水的混凝作用主要是压缩双电层机理在其作用。但该机理可以很好地解释港湾处泥沙的沉积现象。（在港湾处当淡水进入海水时，由于海水中盐类浓度较大，使得淡水中胶体的稳定性降低，易于凝聚，故此处泥沙较易沉积。）海水的混凝过程用压缩双电层机理就不能得到合理的解释，但在海水的高含盐度下，仍然有胶体存在的现象。在海水的混凝过程中起主导地位的应是吸附电中和机理和吸附架桥机理，由于海水中胶体大都带负电，在加入混凝剂后胶体所带电荷被中和，稳定性降低而凝聚。对海水的絮凝，使用阳离子聚丙烯酰胺的絮

15、凝效果要明显好于使用阴离子聚丙烯酰胺。,2023/3/4,24,10.沉淀,悬浮颗粒靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀。完成沉淀过程的设备或构筑物统称为沉淀池。两种沉淀，一种是颗粒在沉淀过程中，彼此没有互相干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力作用，称为自由沉淀；另一种是颗粒在沉淀过程中，彼此互相干扰，或者受到容器壁的干扰，虽然其粒度和第一种相同，但沉降速度却很小，称为干扰（拥挤）沉淀。,2023/3/4,25,11 影响沉淀处理效果的因素,沉淀处理的效果主要决定于沉淀物的溶解度（1）水温。大多数沉淀物质的溶解反应是吸热反应，溶解度随着温度的升高而增大。（2）同离子反应。水中加入含有

16、共同离子的电解质时，可以使沉淀物的溶解度显著降低，这就是沉淀反应的同离子效应。,2023/3/4,26,11 影响沉淀处理效果的因素,（3）盐效应。当水中难溶盐存在时，加入强电解质，使得饱和溶液变成不饱和溶液，反而使沉淀物的溶解度增加，此现象称为盐效应。（4）络合剂。络合剂的加入会使被沉淀的离子生成络合物（配位化合物）而难以除去。（5）酸效应。所谓酸效应是指水的酸度对沉淀物的溶解度有一定的影响。酸效应对强酸盐的沉淀影响甚微，而对弱酸盐的沉淀影响较明显。,2023/3/4,27,12 沉淀池的分类,沉淀池按其形态和结构可分为：平流沉淀池、竖流沉淀池、辐流沉淀池以及斜管、斜板沉淀池等多种。我国广泛

17、使用的是平流沉淀池和斜管、斜板沉淀池。,2023/3/4,28,13 平流式沉淀池,平流沉淀池通常为矩形水池，上部为沉淀区，下部为污泥区，池前面有进水区，池后面有出水区。经混凝的原水流入沉淀池后，沿进水区整个界面均匀分配，进入沉淀区，然后缓慢地流向出水口。水中的颗粒沉于池底，沉积的污泥连续或定期排出池外。平流沉淀池，构造简单，管理方便，可筑于地面，也可筑于地下。它可作自然沉淀用，也可作混凝沉淀用。,2023/3/4,29,平流沉淀池的长宽比应大于4，长深比应大于10，池深一般为2m左右。采用导流墙将平流式沉淀池进行纵向分格，每格宽度易在38m。用于自然沉淀时，池内水流的水平流速一般为3mm/s

18、以下；用于混凝沉淀时，水平流速一般应为520mm/s。水在沉淀池内的停留时间，应根据原水水质和对沉淀后的水质要求，通过试验测定。根据经验资料，通常采用12h。当处理低温、低浊度水或高浊度水时，要适当延长沉淀时间。平流式沉淀池用于混凝沉淀时，出水浊度一般小于20mg/L。,2023/3/4,30,14.平流式沉淀池有什么优缺点,平流式一般适用于大、中型净水厂。优点：（1）造价较低；（2）操作管理方便，施工较简单；（3）对原水浊度适应性强、潜力大、处理效果稳定；（4）带有机械排泥设备时，排泥效果好。缺点：（1）占地面积大；（2）不采用机械排泥装置时，排泥较困难；（3）需经常维护机械排泥设备。,20

19、23/3/4,31,15.竖流式沉淀池,竖流式沉淀池的水流方向直上直下，无水平方向的流动，反应室设在池中。最常用的水经过涡流反应室，经反应后，原水从导流筒直下，水中絮体颗粒沉降至池底，清水上升经顶部辐射出水槽引出，沉泥下沉由底部排出。优点：（1）排泥较方便；（2）一般与反应池合建，不需另建反应池；（3）占地面积小。缺点：（1）上升流速受颗粒沉降速度所限，出水量小，一般沉淀效果较差；（2）施工较平流式困难。,2023/3/4,32,16.辐流式沉淀池,一般为圆形池子，直径通常不大于100m。原水从中心管由底部进入辐流式沉淀池中心，然后均匀地沿池子半径向池子四周辐射流动，水中絮状沉淀物逐渐分离下沉

20、。清水从池子周边环形水槽排出。沉淀物则从刮泥机到池中心，由排泥管排出。它可做自然沉淀池使用，也可做混凝沉淀池使用。,2023/3/4,33,辐流式沉淀池特点：一般用于大中型水厂对高浊度水进行处理。优点：（1）沉淀效果好；（2）有机械排泥装置时，排泥效果好。缺点：（1）基建投资及日常费用大；（2）刮泥机维护管理较复杂，耗用金属材料多；（3）施工较平流式困难。,2023/3/4,34,18.斜管和斜板式沉淀池,在沉淀池的沉淀区中设置一簇斜管或斜板，使水中悬浮物的分离速度加快，从而缩短沉淀时间和减小设备的体积。此种沉淀装置就叫斜管和斜板式沉淀池。提高沉淀效率原因：由于沉淀池的沉淀区被斜管和斜板分割成

21、许多小部分，所以水流比较稳定，不易产生涡流，有利于颗粒的沉降；颗粒沉淀的路程较短，它相当于斜管管壁间或两块相邻斜板间的垂直距离，故沉淀所需的时间也就较短。可用于各种规模水厂。,2023/3/4,35,斜管和斜板式沉淀池,主要优点：（1）沉淀效率高；（2）占地少；缺点：（1）斜管（板）耗用过多材料，老化后需更换，费用较高；（2）对原水浊度适应性较平流池差；（3）不设机械排泥装置时，排泥较困难；设机械排泥时，维护管理较平流池困难。,2023/3/4,36,设计斜管、斜板沉淀池时，应重点考虑因素,（1）斜管或斜板与水平线的倾斜角，从沉淀分离的效果来说，是愈小愈好。但从排除泥渣的需要来说，此角度过小会

22、引起泥渣淤积。实践证明，此角以5560为宜。（2）斜管的长度越大，沉淀效率越高。但斜管过长，则增加造价，制作和安装较困难，根据经验，斜管的长度可取1.01.2m。（3）斜管的内经为2535mm。（4）沉淀池进水的流向以与斜管中水的流向成钝角为宜。实验证明，如成锐角，则效果较差。,2023/3/4,37,斜管、斜板沉淀池中水与泥渣流向,水流由下向上通过斜管，沉淀物从上而下，它们的方向相反，这种形式称作逆向流。水的流向与沉淀物的流向相同的同向流形式和水流呈水平方向流动的横向流形式（此形式只适用于斜板沉淀池）。,2023/3/4,38,19.直接过滤,原水不经沉淀而直接进入滤池过滤称“直接过滤”。方

23、法：（1）原水经加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备。这种过滤方式一般称“接触过滤”。（2）滤池前设一简单微絮凝池，原水在加药混合后先经微絮凝池，形成粒径相近的微粒后（粒径大致在4060m左右）即可进入滤池过滤。这种过滤方式称“微絮凝过滤”。上述两种过滤方式机理基本相同，即通过脱稳颗粒或微絮粒与滤料的充分碰撞与粘附，被滤层截留下来，滤料也是接触凝聚介质。,2023/3/4,39,上述两种过滤方式机理基本相同，即通过脱稳颗粒或微絮粒与滤料的充分碰撞与粘附，被滤层截留下来，滤料也是接触凝聚介质。不过前者往往因投药点或混合条件不同而不易控制进入滤层的微絮粒尺寸，后者可加以控制。“微絮凝池”，

24、是指絮凝条件和要求不同于一般絮凝池。前者要求形成的絮凝体尺寸较小，便于深入滤层深处以提高滤层截污能力，后者要求絮凝体尺寸愈大愈好，以便于在沉淀池内下沉。故微絮凝时间一般较短，通常在几分钟以内。,2023/3/4,40,采用直接过滤工艺必须注意：,（1）原水浊度和色度较低且水质变化较小。一般要求常年原水浊度低于100度。原水浊度在4050度为宜。（2）通常采用双层、三层或均质滤料。滤料粒径和厚度适当加大，否则滤层表面孔隙易被堵塞。（3）原水进入滤池前，无论是接触过滤或微絮凝过滤，均不应形成大的絮凝体，以免很快堵塞滤层表面孔隙，为提高微絮粒强度和粘附力，有时需投加高分子助凝剂（如活化硅酸及聚丙烯酰

25、胺等）以发挥高分子在滤层中吸附架桥作用，使粘附在滤料上的杂质不易脱落而穿透滤层。助凝剂应投加在混凝剂投加点之后，滤池进口附近。,2023/3/4,41,（4）滤速应根据原水水质决定。浊度偏高时应采用较低滤速，反之亦然。原水浊度在50度以上时，滤速一般在5m/h左右，最好通过试验决定滤速。直接过滤工艺简单，混凝剂用量较少。在处理湖泊、水库、海水等低浊度原水方面已有很多应用，也适宜于处理低温低浊水。至于滤前是否需设置微絮凝池，应根据具体水质条件决定。,2023/3/4,42,反渗透海水淡化装置对进水水质的要求,为了保证反渗透膜的使用寿命，使系统能安全经济地运行，必须对原水进行适当的预处理。目的是去

26、除超量的浊度和悬浮固体、胶体物质、油脂和有机物质，防止粒子物质、微生物和有机物对膜及组件的污染抑制或控制易沉淀化合物的形成，防止它们沉淀堵塞水的通道或在膜表面形成沉积层；调节并控制进料液的电导率、总含盐量、pH值和温度。,2023/3/4,43,反渗透淡化需要除去或控制的物质,有两类物质需要在与处理过程中除去或进行控制。一类是造成膜污染的物质：（1）以细微颗粒或胶体状态存在于原水中的不溶性物质；（2）结垢性物质；（3）金属氧化物；（4）有机物；（5）生物污染物。另一类是引起膜化学损坏的物质氯的浓度和pH值是使反渗透膜受到损伤的最重要因素，此外，微生物的侵蚀、游离氧也会损伤膜的性能。,2023/

27、3/4,44,反渗透法预处理的一般原则,目的就是要将存在于进水中的，可能造成膜污染的物质除去或降低至膜允许的范围内。方法主要取决于原水水质、反渗透膜类型和系统回收率。一般原则：（1）海水悬浮物含量小于50mg/L时，可采用直流混凝过滤法。（2）海水悬浮物含量大于50mg/L时，可采用混凝、澄清、过滤法。（3）海水中有机物含量很高时，采用加氯、混凝、澄清、过滤处理。若仍不能满足要求，可同时采用活性炭过滤除去有机物。,2023/3/4,45,反渗透法预处理的主要设备,一般来说，反渗透的预处理设备：有混凝沉淀设备、加药装置（杀生剂、除垢剂）、机械过滤器、精密过滤器。对聚酰胺海水淡化膜要有活性炭过滤器

28、或另配加药装置以除去进水中的游离氯；若海水的硬度较高，还需要再精密过滤器之前，设加除垢剂设备。中空纤维膜对进水中悬浮物含量要求较高，应有超滤装置使进水中悬浮物含量进一步降低，以达到膜组件对进水的要求，延长膜的使用寿命。,2023/3/4,46,2023/3/4,47,悬挂式中心传动刮泥机，广泛应用于给排水工程中圆形沉淀池污泥的刮集和排除。本产品为中心传动悬挂式结构，其整机载荷都作用于工作桥中心，不需中心支墩，简化土建结构。常用于直径不大于16m的池体。刮泥机，主要由工作桥、导流筒、传动主轴、刮臂、刮板、水下轴承和驱动装置等部分组成。污水经中心导流筒均匀流向池四周，随着流速的降低，污水中的悬浮物沉降于池底，池底刮板将沉淀的污泥刮集到中心泥坑中，靠水力静压作用将其从污泥管中排出。在运行过程中，如果刮板、刮臂受异物卡塞，或积泥过多等意外原因导致传动过扭，则过扭保护机构会切断电源，自动停机并报警。,2023/3/4,48,特点（1）采用新型传动机构，并设有过载保护装置；（2）刮集污泥效果好，排出污泥含水率低；（3）结构紧凑，占地面积少，操作维护方便；（4）运行平稳，工作安全可靠。材质（1）A：碳钢，防腐采用环氧沥青，也可衬胶、衬塑、四氟乙烯等；（2）S：不锈钢304，316，316L,2023/3/4,49,2023/3/4,50,