净水设备常用净水工工艺及其作用二

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三、杀菌、抑菌

1、臭氧杀菌(O3):O3具有广谱杀菌作用,杀菌速度较氯快倍,杀菌后分解成氧气,不存在残留物质,不会对水质造成污染。但水中臭氧不仅造成水有异味、口感不好,更重要的是臭氧具有强烈的氧化作用,对人的食道、胃粘膜都有损害。上海浩泽公司在每天夜里定时(如半夜十二时)用臭氧对水箱中的纯水、水箱及出水管路系统等进行短时间的定时消毒灭菌,既达到了杀菌效果又不会影响水的口感和造成对健康的不利影响。也有生产小型臭氧机和臭氧水的产品供饮水消毒杀菌。

2、载银杀菌、抑菌(Ag):用于小型净水设备,有载银活性炭、载银树脂、载银PP棉等。一定要注意防止水中银离子超标,过量银离子是有毒的。经检测并有卫生批件方可用于饮水。

3、载锌杀菌、抑菌(Zn):用于小型净水设备,有载锌活性炭、载锌树脂、载锌PP棉等。一定要注意防止水中锌离子超标,锌离子的毒性比银离子小,但锌离子很容易溶于水中。必须经检测并有卫生批件方可用于饮水。

4、KDF杀菌、抑菌(KDF):用于大型活性炭净水器中放在活性炭之后(有些企业把这种家用的带KDF的大型活性炭净水器命名为“全屋净水机”),去除水中余氯、重金属和抑菌。一般置于浴室和洗衣间,出水用于洗澡、洗衣物,因为怕出水锌离子超标,不宜饮用。

5、溴树脂杀菌(Br2):用于小型净水设备,杀菌效果好,但出水口感不佳,有溴的异味;且出水氧化腐蚀性强,后面的管接件要用耐氧化的PP、PE等材质,不能用怕氧化的POM(聚甲醛)等材质,否则时间长了会腐蚀导致漏水。印度由于水中细菌污染严重,加之当地喜食咖喱,口感重,对味觉不敏感,所以用得较多。

6、碘树脂杀菌(I2):用于小型净水设备,杀菌效果好,在上世纪九十年代曾流行,但由于出水口感不佳,有碘的异味,因此现在除了特殊情况(如战争、瘟疫、救灾等),一般不用。

7、石墨烯杀菌(SMX):用于小型净水设备,新材料,有企业采用SMX技术制成滤芯,放在净水器中,效果不详。

8、活性量子硅滤芯杀菌(LZG):用于小型净水设备,新材料,有企业采用LZG技术制成滤芯,放在净水器中,效果不详。

9、低压汞灯UV杀菌(HgUV):大型或小型净水设备都有用,波长为nm的低压汞灯紫外线杀菌器,用于水消毒,有过流式、浸入式二类,是用于净水设备中经典的、使用最为广泛的杀菌技术。其缺陷为:不是即开即杀,而是有延迟时间;过段时间后,在与水接触的石英玻璃套管表面会生成生物膜,它是由细菌、细菌尸体、细菌分泌物等混合组成的粘乎乎的一层,会阻挡紫外光的透过,降低杀菌效果。工业大型设备可采用自动刮洗方式(类似汽车雨刮器)定期除去。

国产UV灯管寿命标准为0小时,进口UV灯管有些寿命可以达到小时,需按说明书定期更换。工业上也可根据检测的nm光强度来进行更换。

10、LEDUV杀菌(LEDUV):用于小型净水设备,新材料,节电,即开即杀。但功率小、价格贵,不能用于大型设备。

11、光触媒杀菌(GCM):用于小型净水设备,新材料,效果不详。

12、光能靶向杀菌(GBX):用于小型净水设备,新材料,有企业采用LZG技术制成滤芯和净水器。

13、加热煮沸杀菌(RF):最经典和常用的杀菌方式,广东碧丽公司等很多校园饮水设备是先把进水加热煮沸,再通过热交换成温开水供学生饮用,而进水经热交换器后成热水,煮沸时节电节能。

14、电场杀菌(DC):有用高压电场或低压电场杀菌除藻的技术,但未见用于家用净水器。

15、超声波杀菌(CSB):有用超声波杀菌的技术,但未见用于家用净水器。

四、离子交换

16、离子交换软化(RH):大型或小型净水设备都有用,常用于产水量为0.5~5m3/h的工业纯水设备反渗透前处理、低压锅炉补给水以及家用软水机,也有用于净水壶滤芯。用钠型阳树脂把水中的钙镁离子交换到树脂上,钠离子进入水中。树脂饱和后需用5%~8%的盐(NaCl)溶液再生,再生可手动再生或根据时间、产水量、出水水质进行自动再生。再生后把再生液冲洗干净后再投入使用,进入下一个产水周期。家用自动再生软水机有时间型和水量型二种。前者为定时再生;后者为产定量的水后再生,价格略贵。

家中软水机一般放在浴室或洗衣房中,软水用于洗澡、洗衣物,水中含有较多钠离子,不宜饮用,除非出水再用反渗透机除去水中钠离子。

17、混床(HC):一般用于工业纯水设备,饮用水及生活用水很少用到。阳树脂和阴树脂混合均匀,阳树脂上的氢离子和阴树脂上的氢氧根离子分别与水中金属离子及酸根离子进行交换,出来纯净水。树脂饱和后需阴阳树脂分开,阳树脂用酸再生,阴树脂用碱再生,再生后把再生液冲洗干净,再把阴阳树脂混合,进入下一个产水周期。

五、软化与阻垢

1、软化:软化是除去水中的钙镁离子。

(1)石灰苏打法:在水中加石灰,加生石灰CaO或熟石灰Ca(OH)2,用于去除暂时硬度,化学反应如下:

Ca(HCO3)2+CaO—→2CaCO3↓+H2O

Ca(HCO3)2+Ca(OH)2—→2CaCO3↓+2H2O

(2)离子交换法:采用钠型阳离子交换树脂进行离子交换,树脂饱和后用盐水再生:

运行:2R-Na+Ca2+—→2Na++R2-Ca

再生:R2-Ca+2Na+—→Ca2++2R-Na

(3)膜法:采用反渗透(RO)、纳滤(NF)、电渗析(ED)、电吸附等膜技术,硬水经过膜装置,流出来的是纯水;水中的钙镁和重金属都跑到浓水中去了,被排掉。

(4)蒸馏:加热煮沸制取蒸馏水。

2、阻垢:

水软化后,除去了水中的钙镁离子,当然不会结垢。

但这里所说的阻垢,是不除去水中钙镁,它们仍然在水中,但不会在受热表面或反渗透、纳滤膜表面结垢。

(1)化学阻垢:

往水中加阻垢剂,与钙、镁离子络合,从而使它不能生成碳酸盐水垢。

①大型水处理设备使用的阻垢剂,早期用六偏磷酸钠,现在都采用有机磷酸盐或聚羧酸盐。

②家用净水器,采用硅磷晶(用缓释剂缓慢释放)等作阻垢剂。

硅磷晶是由苏打﹑磷酸﹑碳酸钙等原料在-℃高温技术烧制而成的玻璃状小球。它可与水中钙镁等金属离子反应形成可溶性的络合物,防止结垢。

Na2[Na4(PO3)6]+2Ca2+→Na2[Ca2(PO3)6]+4Na+

(2)物理阻垢

既不减少水中钙镁含量,也不往水中加阻垢剂,而采用物理方法,使碳酸钙等的垢体结构和晶格改变,防止结硬垢。

①磁化:一般用于低压锅炉补给水,由俄罗斯(前苏联)率先施行。

由于磁化水会导致遗传变异的概率增大,因此磁化水不能用作饮用水。

②电容、电磁、超声波、高频共振等方法。

③成核结晶:采用阻垢新材料,造成离子晶体聚合:用于小型净水设备。阻垢原理是并不去除水中钙镁,而是把水中钙镁离子生成碳酸钙、氢氧化镁等聚合小晶体,成为所谓“软垢”,随水流冲去,不会生成硬垢附在容器壁上或堵膜。

(a)铜基触媒防垢材料(弱电型物理除垢原理)

a、补充自由电子,缩短螯合物分子链

b、极化溶液,降低阴阳离子亲和力

c、改变溶液电位,增加溶解度

d、负电荷作用促进晶体由方解石向文石结构转变(见下图)。

通过防垢设备前后,垢样干燥后在显微镜下的图片:

防垢设备前所取样品中的碳酸钙呈方解石状(上左图),结垢致密并且掺杂有一些其他矿物。这种“粘”状物质容易附着在管壁上沉积;

防垢设备后所取样品中的碳酸钙呈文石状(上右图),颗粒小、结构酥松、没有掺杂有其他矿物。由于颗粒细小和结垢酥松,所以难以附着于管壁并随水流走。

(b)阻垢新材料是拥有镀膜玻璃表面的高能聚合球体,表面有丰富的晶元,通过吸引、分解重组、结晶成长、脱离等四步把溶于水中不稳定的暂时硬度(碳酸氢钙和碳酸氢镁)转变成稳定的碳酸钙和碳酸镁的亚微晶体,这样的水在使用、加热时就不会生成水垢;这些亚微晶体随水流动,不附着、不生垢,同时还能与设备里已有的水垢中碳酸钙和碳酸镁继续结合,从而达到阻垢、除垢的目的。

第一步、吸引:水流经阻垢新材料时,它表面丰富的晶元就会把水中组成碳酸氢钙和碳酸氢镁的离子吸引到晶元表面。

第二步、分解重组:当碳酸氢钙和碳酸氢镁的离子接触到阻垢新材料晶元表面后就会补分解重组为碳酸钙、碳酸镁、水和二氧化碳气体,碳酸钙、碳酸镁就被吸附于晶元上,水和二氧化碳被释放。

第三步、结晶成长:晶元不断地吸引水中的离子,在晶元上留下碳酸钙、碳酸镁晶体,在LDC的催化下这些晶体不停地结合成长。

第四步、脱离:当碳酸钙、碳酸镁晶体长大到0.3~0.8微米时,就会在LDC的作用下分离并脱落到水中,形成亚微晶体,随水流动。这些亚微晶体是由80%的文20%的方解石组成,结构稳定,不会再次溶解于自来水中。

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