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水的吸附和杀菌消毒处理
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2020/4/5 16:51:28 阅读:30次 【字体:
 

 

水的吸附和杀菌消毒处理
通过混凝澄清与过滤等处理已除去天然水中的部分有机物和微生物,但剩余的仍会造成后续离子交换树脂的污染。另外,如有机物和微生物进入热力系统,会分解出一些低分子有机物,影响汽水品质。
在锅炉补给水的预处理中,有时需要考虑处理水的吸附与杀菌消毒处理。特别是目前天然水源受到污染程度日益严重,水的吸附和杀菌消毒处理工艺就越显重要。
1  活性炭吸附处理
采用混凝、澄清、过滤的预处理工艺对于水中的悬浮物、浊度的去除是十分有效的,但对有机物的除率为40%~50%。另外,在锅炉补给水的预处理中,为了减少水中有机物而进行氯化处理,为了防止余氯对后续水处理材料(如离子交换树脂、反渗透膜)造成危害,必须考虑除去余氯。目前除去水中余氯和有机物的主要方法之一就是采用活性炭吸附处理工艺。
1.1  活性炭的性质
活性炭是由多种含碳原料经脱水、炭化、活化、筛分加工制成。制造活性炭的原料包括木材、褐煤、泥煤、硬果壳、甘蔗渣、锯末、动物骨头及石油残渣。
1)物理性质
活性炭具有不规则的结晶或无定形结构。活性炭不仅吸附能力强,而且吸附容量大,其主要原因就是它的多孔结构,比表面积可达到500~1500m2/g。这是由于活性炭在制造过程中,一些挥发性有机物去除以后,在活性炭粒中形成形状和大小不同的细孔,这些细孔的构造和分布与活性炭的原料、活化方法和活化条件等因素有关。
2)化学性质
活性炭在制造过程中有多种表面氧化物生成。这些表面氧化物一般带有羟基、羧基、羰基等含氧官能团,使得活性炭表面带有微量电荷,表现出一定的选择性吸附特征。活性炭表面所带的含氧官能团和电荷的量随原料组成、活化条件不同而异。低温活化(<500℃)的炭可以生成表面呈酸性氧化物,水解后放出H+,使炭表面带有负电荷;高温活化(800~1000℃)的炭可以生成表面碱性氧化物,水解后放出OH-,使炭表面带有正电荷。
3) 活性炭的理化性能
活性炭用作吸附处理时,表征其理化性能的技术指标有粒度、视密度、亚甲基蓝脱色力、碘吸附值。其中碘吸附值的含义是指在浓度为0.1mmol/L的碘溶液50mL中,加入活性炭0.5g左右,震荡5min,测定剩余碘计算单位活性炭吸附碘的毫克数,单位为mg/g。
1.2  影响活性炭吸附性能的因素
因活性炭对水中有机物的吸附量与很多因素有关,去除率在20%~80%之间,差别很大。
1)活性炭的结构及特性
活性炭的孔径、空容分布及比表面积影响吸附容量。因活性炭吸附有机物主要在微孔中进行,微孔所占空容和表面积的比例愈大,吸附容量愈大。
由于活性炭表面带微弱的电荷,水中极性溶质竞争活性炭表面的活性位置,导致活性炭对非极性溶质的吸附量降低,而对某些金属离子产生离子交换吸附或络合反应。
2)被吸附有机物的性质
a分子结构和表面张力
通常,芳香族有机物比脂肪族有机物易被活性炭吸附;越是能降低溶液表面张力的有机物越容易被活性炭吸附。
b有机物的分子量
一般水中有机物的分子量增加,吸附量也增加。但也有出现随分子量的增大,吸附速度降低的现象。据有关文献介绍,当活性炭微孔大小为有机物分子的3~6时能够有效地吸附,但是由于分子筛的作用而使扩散阻力增加,吸附速度就降低。有试验结果证明,经二级处理后的污水中低分子量的有机物更容易被吸附除去,分子量超过1500时则吸附速度显著降低。
c有机物的溶解度  
活性炭在本质上是一种疏水性物质,因此被吸附有机物的疏水性愈强愈易被吸附。换言之,在水中溶解度愈小的有机物愈易被活性炭吸附。
3)影响活性炭吸附的因素
a水中有机物的浓度  
大多数的有机物在浓度和吸附量之间存在特定的关系,而且一般是浓度增加吸附量按指数关系增加。但也有例外,例如对ABS(烷基苯磺酸)的吸附,浓度改变对吸附量基本无影响。
bpH值  
在多数情况下,先把水的pH值降低到2~3,然后再进行活性炭吸附往往可以提高有机物的去除率。这是因为水中的有机酸在低pH值下电离的比例较小,为活性炭提供了容易吸附的条件。
c温度和共存物质 
活性炭对水中有机物的吸附,温度的影响可以忽略不计。一般天然水中存在的无机离子对活性炭吸附有机物也几乎没有影响。但汞、铬、铁等金属离子含量较高时,则可能因为在活性炭表面起化学反应并生成沉淀、积累在炭粒内,使活性炭的孔径变小,影响活性炭的吸附效果。
d接触时间
因为吸附是液相中的吸附质向固相表面的一个转移过程,所以吸附质与吸附剂之间需要一定的接触时间,才能使吸附剂发挥最大的吸附能力。在处理水量一定的情况下,增加接触时间,意味着增加设备或增大设备,而且接触时间太长时,吸附量的增加并不明显。因此,一般设计时接触时间按20~30min考虑。
1.4  活性碳过滤器
1.4.1  活性碳过滤器工作原理
活性炭过滤器示意图见图1-12。当水通过活性炭过滤器时,水中的吸附物质从液相转移到固相活性炭的表面上。这个过程可以看作是由液相扩散、细孔内扩散和细孔内表面的吸附反应三个过程组成的。由于活性炭具有发达的细孔结构和巨大的比表面积,因此对水中溶解性的各种有机物具有很强的吸附能力,而且对用生物法或其他化学法难以去除的有机物如色度、异臭、表面活性剂、合成洗涤剂和染料等都有较好的去除效果。活性炭还有去除余氯的作用,其对Cl2的吸附不仅有物理吸附作用,而且也有化学吸附的作用。其化学吸附原理为:  
2Cl2+C+2H2O→4HCl+CO2
活性碳过滤器的作用是保护后续离子交换树脂和分离膜免受有机物的污染。

图1-12活性炭过滤器示意图
1.4.2  主要工艺参数
具体的工艺参数应根据进水水质、活性炭品种及试验结果决定,下述数据仅是一般范围:
a通水空塔流速:8~20m/h。
b进水浊度:<5FTU。
c活性炭层厚度:1.5~2.0m。
dCOD吸附量:200~800mg/kg炭。
e反冲洗水流速:28~32m/h。
f反冲洗历时:4~10 min。
g反冲洗时间间隔:72~144h。
h反冲洗炭层膨胀率:30~50%
1.5  活性碳过滤器的运行管理
a活性炭的性能应符合有关标准或设计规范的要求。在选用时应仔细阅读产品的使用说明书,并检查其品种、规格、数量是否符合设计要求。
b装料:按设计要求的层高和到货活性炭的视密度,估算装填数量。装料前设备应充水至水帽上方约500~800mm处,以免活性炭下落时损坏水帽。
c清洗:过滤器在装料后应按流速5~8m/h水流由下往上冲洗,反洗水由上部排污口排出的方式进行反冲洗,以除去滤料中的赃物和形成滤层粒度的合理分布,至出水澄清为止。
d过滤:装料后正洗,查看排水是否澄清,如已澄清,即可投入正常过滤,每小时观察出水一次,发现水质达不到要求时,立即停止,进行反洗或根据进出口压差(一般压差不超过0.098MPa)来决定反洗的时间。
e空气擦洗:先关闭进水阀,打开排水阀,将水面降至观察孔中心位置,关闭排水阀,打开压缩空气阀及排空阀,将压缩空气从底部进入,将滤层松动3~5min,气体从排气阀排出。
f水反洗:缓慢地打开反洗进水阀,水从底部进入,当空气阀向外溢水时,应立刻关闭空气阀,打开排水阀,水从上部排出,流量逐渐增加,最后保持一定的反洗强度(活性炭滤料:7~14L/m2s),以出水中不含有正常颗粒的过滤介质为宜,直至反洗出水水质完全无色透明为止,一般需20min左右,然后关闭反洗进水阀及上排水阀。
g正洗:正洗时先打开进水阀及下排水阀,水由上往下冲洗,正洗强度1~1.5 L/m2s,时间通常为120min,原则上以出水透明时即关闭排水阀,打开出水阀,投入正常运行。
2  大孔吸附树脂吸附处理
在电厂锅炉补给水处理领域内,为了除去水中的有机物,除了采用活性炭以外,有时也采用大孔吸附树脂,目前常用的有DX-906和大孔丙烯酸两种吸附树脂。
1)DX-906大孔苯乙烯吸附树脂的工艺参数
DX-906大孔苯乙烯吸附树脂在运行流速20~30m/h的条件下,对水中有机物去除率平均为35%左右,对CODMn的吸附容量大约为4g/L(树脂)。其运行的失效终点通常按CODMn去除率不小于20%为准,失效后可用3~4倍床层体积的8%NaCl和4%NaOH的混合液复苏再生。
2)大孔丙烯酸吸附树脂
树脂装填高度为0.8~2.5m,工作交换容量(湿)≥1200mol/m3(树脂)。失效后可用2~4%NaOH复苏再生;再生剂用量:50~70kg/m3(按100%NaOH含量计算);再生液流速:4~6m/h;再生接触时间:30~50min;正洗流速:12~15m/h;正洗时间:25~45 min。
另外,废弃的强碱阴树脂也可以用作吸附剂除去水中有机物。
3  水的杀菌消毒处理
水中微生物大部分都粘附在悬浮颗粒上,因此在水的混凝沉降和过滤处理中可除去一部分(40~50%),但达不到饮用水标准。所以,杀菌消毒处理是保证处理水细菌指标达到饮用要求的一个必不可缺的水处理单元。
水的杀菌消毒处理分为化学法和物理法:化学法包括加氯、次氯酸钠、二氧化氯或臭氧处理等;物理法包括加热、紫外线处理等。目前,我国生活饮用水处理大多采用氯及其衍生物处理(如二氧化氯等)。下面主要简要介绍氯气的杀菌消毒原理。
3.1  氯杀菌原理概述
氯(Cl2)易溶于水,并与水发生复分解反应形成HCl和HClO
Cl2+H2O→HCl+HClO
氯的杀菌消毒作用有两种观点:一种认为是HClO分子起消毒作用,因为HClO是一个很小的中性分子,比较容易扩散到带有负电荷的细菌表面,并通过细胞壁到达菌体表面,并通过细胞壁到达菌体内部,氧化分解细菌的酶系统使细菌死亡,而ClO-带负电荷,不宜扩散到菌体表面,所以杀菌效果差;另一种观点认为是生成物中的HClO能分解出原子氧,能对细菌的酶系统起氧化作用,使细菌死亡。
生产实践表明:加氯处理不仅有消毒作用,使水中的病原微生物控制在水质标准以下,而且能明显降低水的色度和有机污染物含量。另外还能除去水中的臭味。pH低时氯的杀菌消毒能力较强。
3.2  需氯量与加氯点
需氯量是指用于杀死病原微生物、细菌、氧化水中有机物和还原性物质所消耗的氯的总和;余氯是为了防止残存的病原微生物在输水管网中再度繁殖而多加的那一部分氯。我国饮用水卫生标准中,管网末端水中余氯不低于0.05mg/L,加氯量应为需氯量与余氯之和。
加氯地点可根据处理水质选用滤后加氯和滤前加氯。滤后加氯是指加氯点布置在过滤设备之后,因前面的混凝沉降和过滤已除去了一部分微生物,所以加氯量比较小;滤前加氯是加氯点布置在过滤设备之前,加氯与混凝处理同时进行,故也称预氯化,它适用处理含有机物污染或色度较高的水。

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