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純水（超純水）系統(tǒng)工藝技術(shù)之預(yù)處理
1、純化水系統(tǒng)工藝概述
純化水系統(tǒng)工藝技術(shù)的發(fā)展是現(xiàn)代水處理技術(shù)發(fā)展中最濃墨重彩的一筆，其主要歸功于20世紀(jì)30年代以來現(xiàn)代離子交換（樹脂）和膜分離技術(shù)等核心處理技術(shù)和工藝的不斷發(fā)展。正所謂一個好漢三個幫，只有核心處理工藝的發(fā)展是不足以滿足當(dāng)下純水，特別是超純水應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛要求。
其工藝主要由預(yù)處理+核心處理+輔助處理三部分工藝組成，隨著當(dāng)下水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，正發(fā)生著以下現(xiàn)象。
預(yù)處理方面：以超濾/微濾為代表的新型預(yù)處理工藝與傳統(tǒng)的砂濾、碳濾之間正發(fā)生著互相競爭，互相合作的現(xiàn)象。
核心處理方面：隨著EDI技術(shù)及設(shè)備的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)離子交換陰陽床工藝的應(yīng)用范圍越來越少。軟化樹脂和拋光樹脂工藝的應(yīng)用則依舊堅挺，特種樹脂的開發(fā)也越來越多樣。
輔助處理方面：隨著半導(dǎo)體行業(yè)對超純水水質(zhì)要求的越發(fā)嚴(yán)格，脫氣膜系統(tǒng)，終端超濾過濾等技術(shù)快速發(fā)展，逐漸由寡頭壟斷變?yōu)榫揞^之間的互相競爭（國內(nèi)技術(shù)也有突破）。
2、預(yù)處理工藝介紹
預(yù)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(shè)備的穩(wěn)定運行。
預(yù)處理的工藝選擇通常取決于進(jìn)水水質(zhì)及核心處理的進(jìn)水要求。如果滿足了此兩項，也就基本達(dá)到預(yù)處理的目的，再通盤考慮能耗，操作性即可，切忌為了預(yù)處理而預(yù)處理。
前文簡單介紹過預(yù)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(diào)節(jié)，溫度調(diào)節(jié)，石英砂過濾，活性炭過濾，多介質(zhì)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(xì)介紹相關(guān)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(jī)高分子混凝劑。通過混凝和絮凝的反應(yīng)可以使水中的懸浮物及膠體物質(zhì)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(zhì)情況相關(guān)（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(zhì)，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?。豪酶叨确稚l(fā)的微小氣泡黏附懸浮物，上浮至液體表面，方便刮渣等進(jìn)一步處理，可以實現(xiàn)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(dāng)下使用的情況并不多見。
2）機(jī)械過濾工藝（石英砂、活性炭、多介質(zhì)、除鐵錳過濾）
狹義上的機(jī)械過濾器特指多介質(zhì)過濾器，廣義上的機(jī)械過濾器包含以篩網(wǎng)，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(zhì)、除鐵錳、精密過濾（PP熔噴濾芯、袋式篩網(wǎng)）等如果以設(shè)備而言都屬于機(jī)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(diào)機(jī)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(jī)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(fā)揮整個濾層的效率、提高截污能力?？赏ㄟ^控制閥進(jìn)行正反洗，以沖洗掉其表面的污物，防止其堵塞，恢復(fù)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(zhì)和污染物截留在石英砂層中,使水流經(jīng)過石英砂層后變得清澈透明，其作用類似于一道過濾網(wǎng),能夠過濾掉水中的大部分雜質(zhì)和污染物。
運行狀態(tài)
過濾狀態(tài)：當(dāng)系統(tǒng)處于過濾狀態(tài)時，未經(jīng)過濾的水通過布水器，以接近平流的狀態(tài)到達(dá)過濾器內(nèi)的填料層。當(dāng)水流過填料層時，雜質(zhì)被截留在填料層內(nèi)。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(dá)到較好的過濾效果。
反洗狀態(tài)：隨著雜質(zhì)在填料層中的不斷聚積，壓頭損失將不斷增大。當(dāng)壓頭損失到達(dá)一定的設(shè)定限度時（當(dāng)過濾器進(jìn)出水壓差比剛開始運行時增加了0.07MPa），將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至反洗狀態(tài)，以清洗聚積起來的雜質(zhì)，避免石英砂長時間運行而板結(jié)成塊。反洗時可通入壓縮空氣，以加強反洗效果。
濾料更換：當(dāng)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(xù)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(zhì)、有機(jī)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?？刹捎?0-40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(jī)物質(zhì)雜質(zhì)吸附到活性炭顆粒內(nèi)，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(yīng)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(tuán)，與水中帶有氧化性的次氯酸根發(fā)生快速的氧化、還原反應(yīng)，去除帶有氧化性的次氯酸根。
運行狀態(tài)
過濾狀態(tài)：當(dāng)系統(tǒng)處于過濾狀態(tài)時，未經(jīng)過濾的水通過布水器，以接近平流的狀態(tài)到達(dá)過濾器內(nèi)的填料層。當(dāng)水流過填料層時，雜質(zhì)被截留在填料層內(nèi)。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(dá)到較好的過濾效果。
反洗狀態(tài)：隨著雜質(zhì)在填料層中的不斷聚積，壓頭損失將不斷增大。當(dāng)壓頭損失到達(dá)一定的設(shè)定限度時，將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至反洗狀態(tài)，以清洗聚積起來的雜質(zhì)。
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(nèi)孔中的大量污染物。所以當(dāng)活性炭內(nèi)孔吸附飽和時，出水游離性余氯≥0.1ppm時，應(yīng)考慮更換活性炭，建議活性炭更換周期為一年。
多介質(zhì)過濾
利用兩種及以上過濾介質(zhì)，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(zhì)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(yù)處理等。
多介質(zhì)過濾器：頂層由最輕和最粗品級的材料組成，而最重和最細(xì)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(zhì)的較深處被去除。從而使水質(zhì)達(dá)到粗過濾后的標(biāo)準(zhǔn)。達(dá)到對固體顆粒物，懸浮物，有機(jī)物，膠體等進(jìn)行去除，降低COD和BOD的效果。
工作原理：當(dāng)原水自上而下通過濾料時，水中懸浮物由于吸附和機(jī)械阻流作用被濾層表面截留下來；當(dāng)水流進(jìn)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(jī)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(zhì)截留在濾料層中，從而得到澄清的水質(zhì)。
運行狀態(tài)及填料更換：根據(jù)濾料選擇的不同，參考或略優(yōu)于同等材質(zhì)更換標(biāo)準(zhǔn)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(qū)的地下水除鐵除錳，工業(yè)軟化水、除鹽水設(shè)備的預(yù)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(zhì)組成，如石英砂、活性炭、磁鐵礦等。氧化還原層則由復(fù)合催化劑和催化劑擴(kuò)散器組成，用于對鐵和錳進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。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(yīng)對水中鐵和錳等雜質(zhì)物質(zhì)進(jìn)行處理的設(shè)備，可以快速、高效地完成凈化任務(wù)。一般單獨配備獨立曝氣氧化裝置，俗稱曝氣塔或者氧化器。
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