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純水（超純水）系統工藝技術之預處理
1、純化水系統工藝概述
純化水系統工藝技術的發展是現代水處理技術發展中最濃墨重彩的一筆，其主要歸功于20世紀30年代以來現代離子交換（樹脂）和膜分離技術等核心處理技術和工藝的不斷發展。正所謂一個好漢三個幫，只有核心處理工藝的發展是不足以滿足當下純水，特別是超純水應用領域的廣泛要求。
其工藝主要由預處理+核心處理+輔助處理三部分工藝組成，隨著當下水處理技術的不斷發展，正發生著以下現象。
預處理方面：以超濾/微濾為代表的新型預處理工藝與傳統的砂濾、碳濾之間正發生著互相競爭，互相合作的現象。
核心處理方面：隨著EDI技術及設備的廣泛應用，傳統離子交換陰陽床工藝的應用范圍越來越少。軟化樹脂和拋光樹脂工藝的應用則依舊堅挺，特種樹脂的開發也越來越多樣。
輔助處理方面：隨著半導體行業對超純水水質要求的越發嚴格，脫氣膜系統，終端超濾過濾等技術快速發展，逐漸由寡頭壟斷變為巨頭之間的互相競爭（國內技術也有突破）。
2、預處理工藝介紹
預處理，顧名思義就是核心處理之前的前置處理，其主要目的就是保證核心處理設備的穩定運行。
預處理的工藝選擇通常取決于進水水質及核心處理的進水要求。如果滿足了此兩項，也就基本達到預處理的目的，再通盤考慮能耗，操作性即可，切忌為了預處理而預處理。
前文簡單介紹過預處理的工藝主要由混凝沉淀，氣浮，氧化加藥，還原加藥，阻垢加藥，pH調節，溫度調節，石英砂過濾，活性炭過濾，多介質過濾，除鐵錳過濾，樹脂吸附（軟化），脫氣，精密過濾，超濾等組成。下面我們開始更詳細介紹相關工藝及原理，
1）混凝沉淀及氣浮工藝
混凝沉淀：原理跟污水處理的物化工藝中混凝沉淀原理是一樣的，主要是使用鋁鹽、鐵鹽或者聚合鋁、聚合鐵，以及其他有機高分子混凝劑。通過混凝和絮凝的反應可以使水中的懸浮物及膠體物質形成沉淀或者較大的礬花方便后段工藝攔截，吸附。其具體選用種類及效果還跟原水的各項水質情況相關（溫度，pH，離子濃度等）。
備注：混凝沉淀一般針對以江河湖水等懸浮物較多的水質，一旦投加比例過量，會增加鋁鐵等離子濃度，額外增加后段工序的壓力。目前超純水的制備常采用自來水作為原水，混凝沉淀工藝使用場景較少。
氣浮：利用高度分散發的微小氣泡黏附懸浮物，上浮至液體表面，方便刮渣等進一步處理，可以實現固液分離或者液液分離。常用在懸浮物較多，或者有微量油脂等情況下。氣浮跟混凝沉淀工藝類似，當下使用的情況并不多見。
2）機械過濾工藝（石英砂、活性炭、多介質、除鐵錳過濾）
狹義上的機械過濾器特指多介質過濾器，廣義上的機械過濾器包含以篩網，濾料，濾芯等以阻止固體顆粒通過的容器。也就是說我們常見的石英砂、活性炭、多介質、除鐵錳、精密過濾（PP熔噴濾芯、袋式篩網）等如果以設備而言都屬于機械過濾器。
為了方便表述，我們把精密過濾器單獨闡述，再次強調機械過濾只是為了表述方便，并沒用非常明確的定義。
石英砂過濾
截留，吸附泥沙，膠體，金屬離子以及有機物，使出水濁度<1NTU，SDI≤5。
石英砂過濾器：選用濾料為精制石英砂，在過濾層上部放置較輕粒徑較小的石英砂，下部為粒徑較大的石英砂，這樣可以充分發揮整個濾層的效率、提高截污能力。可通過控制閥進行正反洗，以沖洗掉其表面的污物，防止其堵塞，恢復其過濾能力。
工作原理：通過石英砂的物理過濾作用,將水中的雜質和污染物截留在石英砂層中,使水流經過石英砂層后變得清澈透明，其作用類似于一道過濾網,能夠過濾掉水中的大部分雜質和污染物。
運行狀態
過濾狀態：當系統處于過濾狀態時，未經過濾的水通過布水器，以接近平流的狀態到達過濾器內的填料層。當水流過填料層時，雜質被截留在填料層內。過濾器底部有過濾集水器，將過濾后的水均勻地收集并流出。平流過濾，決定過濾器可以在高的流速下過濾，仍可達到較好的過濾效果。
反洗狀態：隨著雜質在填料層中的不斷聚積，壓頭損失將不斷增大。當壓頭損失到達一定的設定限度時（當過濾器進出水壓差比剛開始運行時增加了0.07MPa），將系統轉換至反洗狀態，以清洗聚積起來的雜質，避免石英砂長時間運行而板結成塊。反洗時可通入壓縮空氣，以加強反洗效果。
濾料更換：當出水濁度＞1NTU時，需查找原因，看是否需要更換填料。視情況，在連續運行的條件下，填料一般1-2年左右更換一次。
活性炭過濾
吸附電解質、有機物、微生物，可以去除水中余氯，異色，異味，使出水余氯＜0.1ppm，SDI<5，TOC<2.0ppm。
活性炭過濾器：底部可裝填0.15~0.4米高的石英砂吸，作為支持層，石英砂的顆粒可采用20-40毫米，石英砂上可裝填1.0-1.5米顆粒狀的活性炭作為過濾層。裝填厚度一般為1000－2000mm。
工作原理
吸附原理：在活性炭顆粒表面形成一層平衡的表面濃度，再把有機物質雜質吸附到活性炭顆粒內，使用初期的吸附效果很高。但時間一長，活性炭的吸附能力會不同程度地減弱，吸附效果也隨之下降。所以，活性炭應定期清洗、再生或更換。
去除余氯原理：活性炭多孔部分的含氧官能團，與水中帶有氧化性的次氯酸根發生快速的氧化、還原反應，去除帶有氧化性的次氯酸根。
運行狀態
過濾狀態：當系統處于過濾狀態時，未經過濾的水通過布水器，以接近平流的狀態到達過濾器內的填料層。當水流過填料層時，雜質被截留在填料層內。過濾器底部有過濾集水器，將過濾后的水均勻地收集并流出。平流過濾，決定過濾器可以在高的流速下過濾，仍可達到較好的過濾效果。
反洗狀態：隨著雜質在填料層中的不斷聚積，壓頭損失將不斷增大。當壓頭損失到達一定的設定限度時，將系統轉換至反洗狀態，以清洗聚積起來的雜質。
濾料更換：由于活性炭過濾器的反洗僅能洗掉活性炭表面的污染物，而不可能洗掉吸附在炭粒內孔中的大量污染物。所以當活性炭內孔吸附飽和時，出水游離性余氯≥0.1ppm時，應考慮更換活性炭，建議活性炭更換周期為一年。
多介質過濾
利用兩種及以上過濾介質，在一定的壓力下把濁度較高的水通過一定厚度的粒狀或非粒材料，從而有效的除去懸浮雜質使水澄清的過程，常用的濾料有石英砂，無煙煤，錳砂等，主要用于水處理除濁，軟化水，純水的前級預處理等。
多介質過濾器：頂層由最輕和最粗品級的材料組成，而最重和最細品級的材料放在底部。其原理為按深度過濾水中較大的顆粒在頂層被去除，較小的顆粒在過濾器介質的較深處被去除。從而使水質達到粗過濾后的標準。達到對固體顆粒物，懸浮物，有機物，膠體等進行去除，降低COD和BOD的效果。
工作原理：當原水自上而下通過濾料時，水中懸浮物由于吸附和機械阻流作用被濾層表面截留下來；當水流進濾層中間時，由于濾料層中的砂粒排列的更緊密，使水中微粒有更多的機會與砂粒碰撞，于是水中凝絮物、懸浮物和砂粒表面相互粘附，水中雜質截留在濾料層中，從而得到澄清的水質。
運行狀態及填料更換：根據濾料選擇的不同，參考或略優于同等材質更換標準即可。一般更換周期也為1-2年。
除鐵錳過濾
主要適用于高鐵高錳地區的地下水除鐵除錳，工業軟化水、除鹽水設備的預處理。采用了曝氣氧化，錳砂催化、吸附、過濾的除鐵除錳原理。
除鐵錳過濾器：主要由濾料層、氧化還原層、集水管等組成。濾料層主要是由不同的過濾介質組成，如石英砂、活性炭、磁鐵礦等。氧化還原層則由復合催化劑和催化劑擴散器組成，用于對鐵和錳進行氧化還原反應。集水管則用于收集凈化后的水流。是一種通過物理吸附和氧化還原反應對水中鐵和錳等雜質物質進行處理的設備，可以快速、高效地完成凈化任務。一般單獨配備獨立曝氣氧化裝置，俗稱曝氣塔或者氧化器。
上一個: 超純水設備和純水設備區別
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