反滲透系統常見故障排除
反滲透系統的故障通常至少出現下列情況之一:
標準化后產水量下降,通常需要提高運行壓力來維持額定的產水量;
標準化后脫鹽率降低,在反滲透系統中表現為產水電導率升高;
壓降增加,在維持進水流量不變的情況下,進水與濃水間的壓差增大;
下面將詳細的討論上述三種主要故障。
一、標準化后產水量下降
RO系統出現標準化后產水量降低,可根據下面三種情況尋找原因:
RO系統的第一段產水量降低,則存在顆粒類污染物的沉積;
RO系統的最后一段產水量降低,則存在結垢污染;
RO系統的所有段的產水量都降低,則存在污堵;
根據上述癥狀,出現問題的位置,確定故障的起因,并采取相應的措施,依照“清洗導則”進行清洗等。另外反滲透系統出現產水量下降的同時還會伴隨有脫鹽率降低、升高等情況。
(1)標準化后產水量下降脫鹽率降低
標準化后產水量下降脫鹽率降低是最常見的系統故障,其可能的原因是:
一、膠體污堵
為了辨別膠體污堵,需要:
測定原水的SDI值;
分析SDI測試膜膜表面的截留物;
檢查和分析第一段第一支膜元件端面上的沉積物;
二、金屬氧化物污堵
金屬氧化物污堵主要發生在第一段,通常的故障原因是:
進水中含鐵和鋁
進水中含H2S并有空氣進入,產生硫化鹽;
管道、壓力容器等部件產生的腐蝕產物;
三、結垢
結垢是微溶或難溶鹽類沉積在膜的表面,一般出現在預處理較差且回收率較高的苦咸水系統中,常常發生在RO系統的最后一段,然后逐漸向前一段擴散。含鈣、重碳酸根或硫酸根的原水可能會在數小時之內出現結垢堵塞膜系統,含鋇和氟的結垢一般形成較慢。
辨別是否結垢的方法:
查看系統的濃水側是否有結垢;
取出最后一支膜元件稱重,存在嚴重結垢的膜元件一般比較重;
分析原水水質數據
(2)標準化后產水量下降脫鹽率升高
標準化后產水量下降脫鹽率升高其可能的原因是:
①膜壓密化
當膜被壓密化之后通常會表現為產水量下降脫鹽率升高,在下列情況下容易發生膜的壓密化:
進水壓力過高
進水高溫
水錘
②有機物污染
進水中的有機物吸附在膜元件表面,造成通量的損失,多出現在第一段。辨別有機物污染的方法:
分析保安過濾器濾芯上的截留物;
檢查預處理的絮凝劑,特別是陽離子聚電介質;
分析進水中的油和有機污染物;
檢查清洗劑和表面活性劑;
二、標準化后脫鹽率下降
(1)標準化后脫鹽率下降正常產水量
產生這種癥狀的原因有:
①“O”型圈泄漏
當與某些化學品接觸或受到機械應力時,如由于水錘作用引起膜元件的運動,“O”型圈就會出現泄漏現象,有時還會出現“O”型圈未安裝,“O”型圈安裝不正確等情況。
②望遠鏡現象
產生望遠鏡現象的原因是進水和濃水間的壓差過大;較嚴重的望遠鏡現象會造成膜元件的機械損壞。
③膜表面磨損
這種情況常常是因為RO系統前端的元件受到水中結晶體或具有尖銳外緣的金屬懸浮物的磨損造成的。
④產水背壓
任何時刻,產水壓力高于進水或濃水壓力0.3bar,復合膜就可能發生復合層間的剝離,從而損壞膜元件。
(2)標準化后脫鹽率下降產水量升高
產生這種癥狀的原因有:
①膜氧化
當膜接觸到水中的氧化性物質后,膜被氧化破壞,這是不可逆的化學損傷,一旦出現這種情況,只能更換所有膜元件。
②泄漏
膜元件或中心管嚴重的機械損壞將導致進水或濃水滲入產水中,特別是當運行壓力較高時,問題就越嚴重。
三、壓降增加
進水與濃水間的壓差稱為壓降;每一支含多支膜元件的壓力容器壓降上限為3.5bar,每一支玻璃鋼外包皮膜元件的壓降上限為1bar。當進水流量恒定時,壓降的增加常常是由于元件進水網格流道內存在污染物或結垢物,一旦進水流道被堵塞,常常會伴有產水量的下降。
下面為引起壓降增加的常見的原因:
①結垢
結垢常常會引起最后一段膜元件壓降的增加,必須保證采取了控制結垢的適當措施,并采用合適的化學藥劑清洗膜元件,同時保證不超過系統的設計回收率。
②生物污堵
生物污堵常常會引起RO系統前端壓降的顯著增加,并會對進水水流產生極高的阻力。
反滲透系統故障的癥狀、原因、解決方法
癥狀1:鹽透過率升高,產水量卻下降,每段之間的壓力差增大,膜組件質量顯著增加。
引發問題的可能原因
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所在位置及鑒別手段
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解決方法
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金屬氧化物 污染
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-分析日常SDI測試膜截留物質
-通過分析清洗液中金屬離子
-解剖分析被污染膜元件
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-進行對金屬氧化物污染物清洗
-改善預處理工藝和運行條件
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膠體污染
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-分析日常SDI測試膜截留物質
-解剖分析被污染膜元件
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-采用含有脂類洗滌劑清洗
-改善預處理工藝和運行條件
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無機鹽垢污
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-校核濃水系統LSI指數和可能生成的難溶物溶度積測試
-解剖分析被污染的典型膜元件
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-針對具體情況選擇合適的清洗劑清洗
-選擇更有效的阻垢/分散藥劑投加
-改善預處理系統
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淤泥污染
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-檢測預處理系統后的進水NTU
-解剖分析被污染的典型膜元件
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-改善預處理系統
-利用HF和膠體清洗液清洗
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癥狀2:鹽透過率和產水流量增加,但進水和濃水之間的壓力差正常。
引發問題的可能原因
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所在位置及鑒別手段
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解決方法
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有機物污染
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-拆開膜組件(壓力容器),查看反滲透膜元件進水端污染癥狀
-對原水及濃水進行水質分析
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-選擇堿性清洗液對系統進行清洗
-改善系統預處理工藝
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癥狀3:開始鹽透過率不變,甚至還會有所降低,在運行一段時間后系統鹽透過率開始持續增加,并伴隨著進水和濃水之間的壓差增大和系統產水量降低。
引發問題的可能原因
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所在位置及鑒別手段
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解決方法
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生物污染
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-拆開膜組件查看膜元件進水端污染癥狀
-分析反滲透系統濃水和產品水生物及細菌指標
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-首先用堿性清洗液進行第1次清晰,然后再用被允許使用的殺菌清洗劑配制清洗液清洗膜系統
-改善系統預處理工藝
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癥狀4:鹽透過率高,產水量滿意,甚至稍高,每段壓力差較大。
引發問題的可能原因
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所在位置及鑒別手段
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解決方法
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-設計或運行操作不合理,引起反滲透系統的過分濃度差極化
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-校核反滲透系統濃淡水比例和運行回收率
-檢查反滲透裝置上壓力容器及壓力管道固定是否合適,壓力容器是否發生翹曲或變形
-檢查膜元件的U型濃水密封圈
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-加大反滲透濃水的運行流量,降低反滲透系統水回收率
-更換已損壞的反滲透膜元件上的U型密封圈
-改善配管固定方式
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癥狀5:鹽透過率增大,產水流量加大,壓力差降低。
引發問題的可能原因
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所在位置及鑒別手段
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解決方法
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-膜表面被給水的顆粒物質或系統產生濃差極化而生成的無機鹽結垢晶體劃傷
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-顆粒污染物
-分析最后1段無機鹽垢污,校核濃水LSI值,測試難溶物的溶度積數值
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-改善預處理系統
-調整系統水回收率
-選擇使用更有效的阻垢劑/分散劑RO系統的第一段產水量降低,則存在顆粒類污染物的沉積;
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癥狀6:鹽透過率高,產水量滿意或稍高.每段之間的壓力差基本不變。
引發問題的可能原因
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所在位置及鑒別手段
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解決方法
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膜元件或壓力容器上O型圈漏水
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-對壓力容器的取樣管取樣試驗分析確認具體發生位置
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-更換在膜元件或容器上已損壞或產生漏流O型圈
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膜元件膜袋粘合線破裂,膜元件中心管破裂或膜元件機械損壞
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-壓力容器取樣試驗判定發生具體位置
-對膜元件進行真空試驗,判定發生具體位置
-膜元件卷伸出,解剖分析原因
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-對破損的膜元件進行替換
-檢查給水壓力,產品水壓力及膜元件在運行的壓力降是否合適,并調整之
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系統運行有水錘產生
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-檢查設備驅動程序是否合理,找出產生水錘原因
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-修改設計和運行條件和系統驅動程序
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癥狀7:鹽通過率和產水流量增加,進水和濃水之間的壓力降低或正常。
引發問題的可能原因
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所在位置及鑒別手段
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解決方法
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反滲透膜被給水中的氧化性物質氧化而引起膜性能退化
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-重點對第一段反滲透膜組件進行水質水量監測,并對測試值進行標準化,與試機報告數據進行比較
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-對于情況較為嚴重者,必須有所選擇地對已退化的膜元件進行更換
-改善系統預處理工藝
-增設氧化還原電位的監測(ORP)
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癥狀8:海水淡化系統出現鹽透過率不變或略微降低,水通量降低,運行壓力高,壓力差無明顯變化。
引發問題的可能原因
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所在位置及鑒別手段
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解決方法
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高壓力下對膜片的壓密性
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-正,F象
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反滲透備用膜元件的離線清洗
反滲透系統因其先進的技術及經濟特性,已形成國內各行業龐大的用戶群,據不完全統計,目前國內反滲透水處理用戶已超過數萬家。
反滲透膜元件作為深層的過濾手段,其表面不可避免的會殘留有膠體、微生物、雜質顆粒及難溶鹽類在其表面的析出,因此,在多種領域使用的反滲透裝置,一旦投入使用,最終都需要清洗,只是清洗周期的長短不同而已。然而,在線清洗作為一種反滲透系統清洗保養、沖擊性殺菌以及定期保護的手段,在面臨反滲透膜元件重度污染時就顯得無能為力,這個時候就需要對反滲透膜元件進行離線清洗。
一、 反滲透膜元件重度污染的特征及離線清洗
雖然反滲透系統的設計中都會有一定程度的富裕量,以保證在緊急時刻不至于因為反滲透系統的產水量或脫鹽率下降、反滲透系統壓差升高而使得供水不足而對安全生產造成威脅,但實際上也正是由于這些富裕量的存在才使得有時候隱藏的故障不能夠及時的表現出來,這樣最終可能就演變為反滲透膜元件的重度污染。
1、 反滲透膜元件重度污染的概念
反滲透系統進水中所含的懸浮物、膠體、有機物、微生物及其它顆粒對RO膜產生的表面附著、沉積污染或者水中的化學離子成分在膜表面因濃差極化等因素導致的離子積大于溶度積后的化學垢類生成等現象。重度污染則指污染后的單段壓差大于系統投運初期單段壓差值的2倍以上、反滲透系統產水量下降30%以上或者單支反滲透膜元件重量超過正常數值3公斤以上的情況。
重度污染往往是重度物理污染和重度化學污染的疊加,某些情況下,二者同時伴生,且在一定程度上是在多次清洗后污染還反復發生。
2、 重度污染RO膜的離線清洗要求
當下列情況發生時,需要對重度污染RO膜元件進行離線清洗:(1)反滲透膜元件污染符合“重度污染”標準;(2)反滲透系統通過在線清洗不能夠達到系統額定標準的;(3)水處理系統由于供水緊張而不能夠進行在線清洗或沒有在線清洗設備的;(4)反滲透污染類型較為復雜,通過在線清洗容易引起交叉污染的;(反滲透系統前段污染物可能會通過在線清洗被帶入系統后段,而使后段膜元件遭受污染的稱為交叉污染);(5)反滲透系統在多次清洗后污染還反復發生。
3、 反滲透膜元件的離線清洗方式及步驟
1) 首先用性能優良的備用膜元件替換反滲透系統上的待清洗膜元件,以保證反滲透系統不停止運行,保證整個生產工藝的持續穩定。
2) 反滲透膜元件性能測試(此步驟尤為重要):
對每一支膜元件單獨測試其各項性能指標,包括:脫鹽率、產水量、壓差、重量等,并作好測試前記錄。
脫鹽率、產水量和壓差測試條件:符合不同類型膜廠商提供的標準。
3) 系統清洗前了解系統目前運行狀況;
4) 采集運行反滲透系統的各參數指標,作好原始記錄;
5) 根據用戶原水全分析報告、性能測試結果及所了解的系統信息判斷清洗流程;
6) 污染物的鑒定。首先根據5)的分析結果初步判定,再通過特殊的設備、器具作進一步的驗證,以確定具體污染物類型。
7) 根據5)、6)的分析結果,確定所需清洗配方。當RO膜上的污染物確定后,我們可以選擇膜制造商提供的系列配方,選擇較為合適的一種或兩種配方;或者選擇特殊配方(當RO膜被特殊的污染物污染時,采用普通的配方效果欠佳,或者從經濟性角度比較時,特殊配方較為經濟)。目前,國內外有許多反滲透膜元件清洗的專用藥劑,如開元恒業的KY系列清洗藥劑和殺菌劑,根據筆者的經驗,使用效果良好,且同傳統藥劑比較,經濟性也不錯。
8) 在反滲透專用清洗設備上用以上清洗劑結合物理處理清洗手段進行試驗性清洗,以選擇恰當的清洗配方和清洗程序;
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超聲波在有機廢水處理中的應用研究
摘要:介紹了超聲降解水體中有機污染物的降解機理。從超聲的系統因素包括頻率和聲強;化學因素包括溶解氣體、pH值、反應溫度等的多個方面介紹了影響降解效率的因素。
超聲波是一種高頻機械波,具有波長較短,能量集中的特點,它的應用主要是按照能量大,沿直線傳播這兩個特點展開的。20世紀90年代初,國外等一些學者開始研究超聲降解水中有機污染物。超聲波技術具有簡便、高效、無污染或少污染的特點,是近年來發展的一項新型水處理技術。它集高級氧化、熱解、超臨界氧化等技術于一體,且降解速度快、能將水體中有害有機物轉變成CO2、H2O、無機離子或比原有機物毒性小易降解的有機物,因而在處理難生物降解有機污染物方面具有顯著的優越性。
1.基本理論和機理
在空化效應作用下,有機物的降解過程可以通過高溫分解或自由基反應兩種歷程進行。
1.1空化理論
超聲波在介質中的傳播過程中存在著一個正負壓強的交變周期。在正壓相位時,超聲波對介質分子擠壓,增大了液體介質原來的密度;而在負壓相位時,介質的密度則減小。當用足夠大振幅的超聲波作用于液體介質時,在負壓區內介質分子間的平均距離會超過使液體介質保持不變的臨界分子距離,液體介質就會發生斷裂,形成微泡,微泡進一步長大成為空化氣泡。在緊接著的壓縮過程中,這些空化氣泡被壓縮,其體積縮小,有的甚至完全消失。當脫出共振相位時,空化氣泡就不再穩定了,這時空化氣泡內的壓強已不能支撐其自身的大小,即開始潰陷或消失,這一過程稱為空化作用,或孔蝕作用。
由于空化作用所引起的反應條件的變化,導致了化學反應的熱力學變化,使化學反應的速度和產率得以提高。
1.2自由基理論
在超聲空化產生的局部高溫、高壓環境下,水被分解產生H和OH自由基:
H2O→HO•+H•
H•+H•→H2
HO•+HO•→H2O2
H•+HO•→H2O
另外溶解在溶液中的空氣(N2和O2)也可以發生自由基裂解反應產生N和O自由基:
N2→2N•
N•+HO•→NO+H•
NO+HO•→HNO3
2.影響超聲降解的主要因素
影響超聲降解的主要因素包括溶解氣體、pH值、反應溫度、超聲功率強度和超聲波頻率等。
2.1溶解氣體
溶解氣體的存在可提供空化核、穩定空化效果、降低空化閾,對超聲降解速率和降解程度的影響主要有兩個方面的原因:(1)溶解氣體對空化氣泡的性質和空化強度有重要的影響;(2)溶解氣體如N2O2產生的自由基也參與降解反應過程,因此,影響反應機理和降解反應的熱力學和動力學行為。
2.2pH值
對于有機酸堿性物質的超聲降解,溶液pH值具有較大影響。當溶液pH值較小時,有機物質在水溶液中以分子形式存在為主,容易接近空化泡的氣液界面,并可以蒸發進入空化泡內,在空化泡內直接熱解;同時又可以在空化泡的氣液界面上和本體溶液中同空化產生的自由基發生氧化反應,降解效率高。當溶液pH值較大時,有機物質發生電離以離子形式存在于溶液中,不能蒸發進入空化泡內,只能在空化泡的氣液界面上和本體溶液中同自由基發生氧化反應,降解效率較低超聲降解發生在空化核內或空化氣泡的氣-液界面處,離子不易接近氣-液界面,很難進入空化泡內,因此,溶液的pH值調節應盡量有利于有機物以中性分子的形態存在并易于揮發進入氣泡核內部。
2.3溫度
溫度對超聲空化的強度和動力學過程具有非常重要的影響,從而造成超聲降解的速率和程度的變化。不同溫度下,實驗表明溫度提高有利于加快反應速度,但超聲誘導降解主要是由于空化效應而引起的反應,溫度過高時,在聲波負壓半周期內會使水沸騰而減小空化產生的高壓,同時空化泡會立即充滿水汽而降低空化產生的高溫,因而降低降解效率。一般聲化學效率隨溫度的升高呈指數下降,因此,低溫(小于20℃)較為有利于超聲降解實驗,一般都在室溫下進行。多數研究也表明,溶液溫度低對超聲降解有利。
2.4超聲波頻率
研究表明,并非頻率越高降解效果越好。超聲頻率與有機污染物的降解機理有關,以自由基為主的降解反應存在一個最佳頻率;以熱解為主的降解反應,當超聲聲強大于空化閾值時,隨著頻率的增大,聲解效率增大。
2.5超聲功率強度
超聲功率強度是指單位聲發射端面積在單位時間內輻射至反應系統中的總聲能,一般以單位輻照面積上的功率來衡量。一般來說,超聲功率強度越大越有利于降解反應,但過大時又會使空化氣泡產生屏蔽,可利用超聲功率強度能量減少,降解速度下降。
3.結語
超聲處理是一個極其復雜的過程。不同物化性質的有機污染物,因降解機理不同,超聲降解的效果也存在差異。利用超聲空化技術,只有針對具體的有機污染物,優化反應操作條件才能獲得最佳的超聲降解效果。今后有關超聲空化技術的研究方向是,針對實際多組分難降解物系在降解機理、物質平衡、反應動力學、反應器設計放大等方面進行深入的研究,使其最終成為一種適用、高效和低成本的水處理技術。
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超純水機知識之什么是水中的膠體物質和懸浮物質
作者:內蒙古水處理 來源:東北亞水網 發布時間:
水中的膠體物質是指直徑在10-4 -10-6mm之間的微粒。膠體是許多分子和離子集合物。天然水中的元機礦物質膠體主要是鐵、鋁和硅的化合物。水中的有機膠體物質主要是植物或動物的肢體腐爛和分解而生成的腐殖物。其中以湖泊水中的腐殖質含量最多,因此常常使水呈黃綠色或褐色。
由于膠體物質的微粒小,重量輕,單位體積所具有的表面積很大,故其表面具有較大的吸附能力,常常吸附著多量的離子而帶電。同類膠體因帶有同性的電荷而相互排斥,它膠在水中不能相互粘合而處于穩定狀態。所以,膠體顆粒不能藉重力自行沉降而去除,一般是在水中加入藥劑破壞其穩定,使膠體顆粒增大而沉降予以去除。
水中的懸浮物質是顆粒直徑約在10-4mm以上的顆粒。肉眼可見。這些微粒主要是由泥沙、沾土、原生動物、藻類、細菌、病毒、以及高分子有機物等組成,常常懸浮在水流之中。這些微粒很不穩定,可以通過沉淀和過濾而除去。水在靜置的時候,重的微粒(主要是砂子和粘土一類的無機物質)會沉下來。輕的微粒(主要是動植物及其殘骸的一類有機化合物)會浮于水面上,用過濾等分離方法可以除去。
懸浮物是造成濁度、色度、氣味的主要來源。它們在水中也不穩定,往往隨著季節、地區的不同而變化。
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