[水处理技术]十种常用水处理方法

沉淀物过滤法

沉淀物过滤法的目的是将水源内之悬浮颗粒物质或胶体物质清除干净。这些颗粒物质如果没有清除，会对透析用水其它精密的过滤膜造成破坏或甚至水路的阻塞。这是最古老且最简单的净水法，所以这个步骤常用在水纯化的初步处理，或有必要时，在管路中也会多加入几个滤器（filter）以清除体积较大的杂质。滤过悬浮的颗粒物质所使用的滤器种类很多，例如网状滤器，沙状滤器（如石英沙等）或膜状滤器等。只要颗粒大小大于这些孔洞之大小，就会被阻挡下来。对于溶解于水中的离子，就无法阻拦下来。如果滤器太久没有更换或清洗，堆积在滤器上的颗粒物质会愈来愈多，则水流量及水压会逐渐减少。人们就是利用入水压与出水压差来判断滤器被阻塞的程度。因此滤器要定时逆冲以排除堆积其上的杂质，同时也要在固定时间内更换滤器。

沉淀物过滤法还有一个问题值得注意，因为颗粒物质不断被阻拦而堆积下来，这些物质 面或许有细菌在此繁殖，并释放毒性物质通过滤器，造成热原反应，所以要经常更换滤器，原则上进水与出水的压力落差升高达到原先的五倍时，就需要换掉滤器。

硬水软化法

硬水的软化需使用离子交换法，它的目的是利用阳离子交换树脂以钠离子来交换硬水中的钙与镁离子，以此来降低水源内之钙镁离子的浓度。其软化的反应式如下：

Ca2++2Na-EX→Ca-EX2+2Na+1

Mg2++2Na-EX→Mg-EX2+2Na+1

式中的EX表示离子交换树脂，这些离子交换树脂结合了Ca2+及Mg2+之後，将原本含在其内的Na+离子释放出来。

树脂基质（resin matrix）内藏氯化钠，在硬水软化的过程中，钠离子会逐渐被使用耗尽，则交换树脂的软化效果也会逐渐降低，这时需要作还原（regeneration）的工作，也就是每隔固定时间加入特定浓度的盐水，一般是10%，其反应方式如下：

Ca-EX2+2Na+　（浓盐水）→　2Na-EX+Ca2+

Mg-EX2+2Na+　（浓盐水）→　2Na-EX+Mg2+

如果水处理的过程中没有阳离子的软化，不只是逆渗透膜上会有钙镁体的沉积以致降低功效甚至破坏逆渗透膜，长期饮用也容易得到硬水症候群。硬水软化器也会引起细菌繁殖的问题，所以设备上需要有逆冲的功能，一段时间後就要逆冲一次以防止太多杂质吸附其上。全自动钠离子交换器采用离子交换原理，去除水中的钙、镁等结垢离子。当含有硬度离子的原水通过交换器内树脂层时，水中的钙、镁离子便与树脂吸附的 钠离子发生置换，树脂吸附了钙、镁离子而钠离子进入水中，这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度的软化水。

去离子法

去离子法的目的是将溶解于水中的无机离子排除，与硬水软化器一样，也是利用离子交换树脂的原理。在这 使用两种树脂-阳离子交换树脂与阴离子交换树脂。阳离子交换树脂利用氢离子（H+）来交换阳离子；而阴离子交换树脂则利用氢氧根离子（OH-）来交换阴离子，氢离子与氢氧根离子互相结合成中性水，其反应方程式如下：

M+x+xH-Re→M-M-Rex+xH+1

A-z+zOH-Re→A-Rez+zOH-1

上式中的的M+x表阳离子，x表电价数，M+x阳离子与阳离子树脂上H-Re的氢离子交换，A-z则表阴离子，z表电价数，A-z与阴离子交换树脂结合後，释放出OH-离子。H+离子与OH-离子结合後即成中性的水。

这些树脂之吸附能力耗尽之後也需要再还原，阳离子交换树脂需要强酸来还原；相反的，阴离子则需要强碱来还原。阳离子交换树脂对各种阳离子的吸附力有所差异，它们的强弱程度及相对关系如下：

Ba2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+>Cd2+>CU2+>Co2+>Zn2+>Mg2+>Ag1+>Cs1+>K1+>NH41+>Na1+>H1+

阴离子交换树脂与各阴离子的亲合力强度如下：

S02-4+>I->NO3->NO2->Cl->HCO3->OH->F-

反渗透法

反渗透法可以有效的清除溶解于水中的无机物，有机物，细菌，热原及其它颗粒等。要了解"反渗透"原理之前，要先解释"渗透（osmosis）的观念。所谓渗透是指以半透膜隔开两种不同浓度的溶液，其中溶质不能透过半透膜，则浓度较低的一方水分子会通过半透膜到达浓度较高的另一方，直到两侧的浓度相等为止。在还没达到平衡之前，可以在浓度较高的一方逐渐施加压力，则前述之水分子移动状态会暂时停止，此时所需的压力叫作 "渗透压 (osmotic pressure)"，如果施加的力量大于渗透压时，则水份的移动会反方向而行，也就是从高浓度的一侧流向低浓度的一侧，这种现象就叫作"反渗透"。反渗透的纯化效果可以达到离子的层面，对于单价离子（monovalent　ions）的排除率（rejection　rate）可达90%-98%，而双价离子（divalent ions）可达95%-99%左右（可以防止分子量大于200道尔敦的物质通过）。

反渗透水处理常用的半透膜材质有纤维质膜（cellulosic），芳香族聚酝胺类（aromatic polyamides），polyimide或polyfuranes等，至于它的结构形状有螺旋型（spiral wound），空心纤维型（hollow fiber）及管状型（tubular）等。至于这些材质中纤维素膜的优点是耐氯性高，但在碱性的条件下（pH ≥8.0）或细菌存在的状况下，使用寿命会缩短。polyamide的缺点是对氯及氯氨之耐受性差。

如果反渗透前没有作好前置处理则渗透膜上容易有污物堆积，例如钙，镁，铁等离子，造成反渗透功能的下降；有些膜（如polyamide）容易被氯与氯氨所破坏，因此在反渗透膜之前要有活性碳及软化器等前置处理。

反渗透系统的调试工作显得尤为重要。我们可以从以下几个方面来掌握：

运行条件

运行前准备

试车运行

分离流程

反渗透膜分离工艺设计中常见的流程有如下几种：

①一级一段法这种方式是料液进入膜组件后，浓缩液和产水被连续引出，这种方式水的回收率不高，工业应用较少。另一种形式是一级一段循环式工艺，它是将浓水一部分返回料液槽，这样浓溶液的浓度不断提高，因此产水量大，但产水水质下降。

②一级多段法当用反渗透作为浓缩过程时，一次浓缩达不到要求时，可以采用这种多步式方式，这种方式浓缩液体体积可减少而浓度提高，产水量相应加大。

③两级一段法当海水除盐率要求把NaCl从35000 mg/L降至500mg/L时，则要求除盐率高达98.6%如一级达不到时，可分为两步进行。即第一步先除去NaCl 90%，而第二步再从第一步出水中去除NaCl 89%，即可达到要求。如果膜的除盐率低，而水的渗透性又高时，采用两步法比较经济，同时在低压低浓度下运行时，可提高膜的使用寿命。

④多级反渗透流程在此流程中，将第一级浓缩液作为第二级的供料液，而第二级浓缩液再作为下一级的供料液，此时由于各级透过水都向体外直接排出，所以随着级数增加水的回收率上升，浓缩液体体积减少浓度上升。为了保证液体的一定流速，同时控制浓差极化，膜组件数目应逐渐减少。

超过滤法

超过滤法与逆渗透法类似，也是使用半透膜，但它无法控制离子的清除，因为膜之孔径较大，约10-200A之间。只能排除细菌，病毒，热原及颗粒状物等，对水溶性离子则无法滤过。超过滤法主要的作用是充当逆渗透法的前置处理以防止逆渗透膜被细菌污染。它也可用在水处理的最後步骤以防止上游的水在管路中被细菌污染。一般是利用进水压与出水压差来判断超过滤膜是否有效，与活性碳类似，平时是以逆冲法来清除附着其上的杂质。

蒸馏法

蒸馏法是古老却也是有效的水处理法，它可以清除任何不可挥发性的杂质，但是无法排除可挥发性的污染物，还有它需要很大的储水槽来存放。

紫外消毒法

它的杀菌机理是破坏细菌核酸的生命遗传物质，使其无法繁殖，其中最重大的反应是核酸分子内的pyrimidine盐基变成双合体（dimer）。一般是使用低压水银放电灯（杀菌灯）的人工253.7nm波长的紫外线能量。紫外线杀菌灯的原理与日光灯相同，只是灯管内部不涂萤光物质，灯管的材质是采用紫外线穿透率高的石英玻璃。一般紫外线装置依用途分照射型，浸泡型及流水型。

特点：

1、脉冲紫外杀菌方式，宽光谱能量强，杜绝微生物的光复活现象

2、采用全不锈钢外壳，使用寿命长

3、灯管可采用手动清洗或自动机械清洗方式

4、全自动控制系统，智能化操作

声波处理法

声波处理法是指利用频率比人耳所能听到的频率范围更高(即>18 kHz)的声波作为对象的声化学方法，利用超声波来加速化学反应,提高化学反应产率。声化学反应是通过声空化过程实现的。声空化把声场能量集中起来,然后伴随空化泡崩溃而在极小的空间内将其释放出来,使之在正常温度与压力的液体环境中产生异乎寻常的高温(高于5 000 K)和高压(高于5×107 Pa),形成“热点”(Hotspot),从而开辟化学反应通道,增大化学反应速率。

利用超声技术降解水中的化学污染物,尤其是难降解的有机污染物是近几年来发展起来的新型水处理技术,尤其是废水中难降解有机污染物的治理,目前已取得了不错的结果。它具有去除效率高、反应时间短、设施简单、占地面积小等优点。近年来,超声技术在处理微污染水、高浓度难降解的有机废水、污泥以及饮用水杀菌、消毒和工业废水的阻垢、除垢等方面的研究,已取得了较大的成果。与紫外线、热、压力、化学等处理方法相比,超声波对污染物的处理更直接,对设备的要求更低。

生化法

生物化学水处理方法利用自然界存生的各种细菌微生物，将废水中有机物分解转化成无害物质，使废水得以净化。生物化学水处理方法可以分活性污泥法、生物膜法、生物氧化塔、土地处理系统、厌氧生物水处理方法。

生物化学水处理法的流程：

原水→格栅→调节池→接触氧化池→沉淀地→过滤→消毒→出水。

1、活性污泥水处理方法

（1）纯氧曝气法。最早是在1968 年由美国建成第一个纯氧曝气的污水处理厂。由于制造氧气的成本不断下降, 纯氧曝气法得到广泛应用。

（2）深水曝气法。增加曝气池的深度可以增加池水的压力, 从而使水中氧的溶解度提高, 氧的溶解速度也相 应增快, 因此, 深水曝气池水中的溶解氧要比普通曝气 池的高, 一般是将池深由原来的4 m 增加到10 m 左右。

（3）射流曝气法。污水和污泥组成的混合液通过射流器, 由于高速射流而产生负压, 从而有大量的空气吸入,空气与混合液进行充分接触, 提高了污水的吸氧率, 从而使处理的污水效率得到提高。

（4）投加化学混凝剂及活性炭法。在活性污泥法的曝气池中投加化学混凝剂及活性炭, 这样相当于在进行生化处理的同时进行物化处理。活性炭又可作为微生物的载体并有协助固体沉降的作用, BOD 及COD 的去除率提高, 使水质净化。

（5）生物接触氧化法。这是兼有活性污泥法和生物过滤法特点的一种新型污水处理方法, 以接触氧化池代替一般的曝气池, 以接触沉淀池代替常用的沉淀池。

（6）管道化曝气。此法是使污水在压力管道内进行活性污泥曝气, 同时进行较长距离的输送。由于设备少,投资费用和操作费用均可降低。

曝气：即排流式曝气，使用曝气风机将压缩空气不断地鼓入废水中，保证水中有一定的溶解氧，以维持微生物的生命活动，分解水中有机物，以达到水处理的净化效果。

2、生物膜水处理方法

(1）生物滤池：使废水流过生长在滤料表面的生物膜，通过两面间的物质交换及生化作用，使废水中有机物降解，达到水处理的净化目的。

(2）生物转盘：由固定在一横轴上的若干间距很近的圆盘组成，不断旋转的圆盘面上生长一层生物膜，以达到水处理净化效果。

生物接触氧化：供微生物栖附的填料全部浸于废水中，并采用机械设备向废水中充入空气，使废水中有机物降解，以净化废水。

3、土地处理系统

(1）土地渗滤：利用土壤膜中的微生物和植物根系对污染物的净化能力来进行生活污水处理，同时利用污水中的水、肥来促进农作物、牧草、树木生长。

(2）污水灌溉：这种水处理方法主要目的为灌溉，以充分利用净化后的污水。

4、厌氧生物水处理方法：利用厌氧微生物分解污水中有机物，达到水处理净化目的，同时产生甲烷气、CO2等气体。水处理新视野

离子交换法

混床是混合离子交换柱的简称，是针对离子交换技术所设计的设备。所谓混床，就是把一定比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一交换装置中，对流体中的离子进行交换、脱除。由于阳树脂的比重比阴树脂大，所以在混床内阴树脂在上阳树脂在下。一般阳、阴树脂装填的比例为1：2，也有装填比例为1：1.5的，可按不同树脂酌情考虑选择。混床也分为体内同步再生式混床和体外再生式混床。同步再生式混床在运行及整个再生过程均在混床内进行，再生时树脂不移出设备以外，且阳、阴树脂同时再生，因此所需附属设备少，操作简便。

　　混床处理工艺的设备包括混合离子交换器和体外再生设备。其中体外再生设备主要包括树脂分离器、阴(阳)树脂再生器、树脂贮存塔、混杂树脂塔和酸碱再生设备。水处理新视野

　　设备优点

　　1、出水水质优良，出水pH值接近中性。　

　　2、出水水质稳定，短时间运行条件变化（如进水水质或组分、运行流速等）对混床出水水质影响不大。　

　　3、间断运行对出水水质的影响小，恢复到停运前水质所需的时间比较短。

　　4、回收率达到100%