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水純化方法

 

離子交換法

        離子交換法是以圓球形樹脂(離子交換樹脂)過濾原水,水中的離子會與固定在樹脂上的離子交換。常見的兩種離子交換方法分別是硬水軟化和去離子法。硬水軟化主要是用在反滲透(RO)處理之前,先將水質硬度降低的一種前處理程序。軟化機里面的球狀樹脂,以兩個鈉離子交換一個鈣離子或鎂離子的方式來軟化水質。
        離子交換樹脂利用氫離子交換陽離子,而以氫氧根離子交換陰離子;以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的陽離子交換樹脂會以氫離子交換碰到的各種陽離子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。同樣的,以包含季銨鹽的苯乙烯制成的陰離子交換樹脂會以氫氧根離子交換碰到的各種陰離子(如Cl-)。從陽離子交換樹脂釋出的氫離子與從陰離子交換樹脂釋出的氫氧根離子相結合后生成純水。
        陰陽離子交換樹脂可被分別包裝在不同的離子交換床中,分成所謂的陰離子交換床和陽離子交換床。也可以將陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂混在一起,置于同一個離子交換床中。不論是那一種形式,當樹脂與水中帶電荷的雜質交換完樹脂上的氫離子及(或)氫氧根離子,就必須進行“再生”。再生的程序恰與純化的程序相反,利用氫離子及氫氧根離子進行再生,交換附著在離子交換樹脂上的雜質。
        若將離子交換法與其他純化水質方法(例如反滲透法、過濾法和活性碳吸附法)組合應用時,則離子交換法在整個純化系統中,將扮演非常重要的一個部分。離子交換法能有效的去除離子,卻無法有效的去除大部分的有機物或微生物。而微生物可附著在樹脂上,并以樹脂作為培養基,使得微生物可快速生長并產生熱源。因此,需配合其他的純化方法設計使用。

活性碳吸附法

        有機物可能是陽離子、陰離子或非離子性的物質,離子交換樹脂可去除原水中一些可溶性的有機酸和有機堿(陰離子和陽離子),但有些非離子性的有機物卻會被樹脂包覆,這過程稱為樹脂的“污染阻塞”現象,不但會減少樹脂的壽命,而且降低其交換能力。為保護離子交換樹脂,可將活性碳過濾器安裝在離子交換樹脂之前,以去除非離子性的有機物。
        活性碳的吸附過程是利用活性碳過濾器的孔隙大小及有機物通過孔隙時的滲透率來達到的。吸附率和有機物的分子量及其分子大小有關,某些顆粒狀的活性碳較能有效的去除氯胺;钚蕴家材苋コ械淖杂陕,以保護純水系統內其他對氧化劑敏感的純化單元。
        活性碳通常與其他的處理方法組合應用。在設計純水系統時,活性碳與其他相關純化單位的相關配置,是一項極為重要的項目。

微孔過濾法

        微孔過濾法包括三種類型:深層過濾(depth)、篩網過濾(screen)及表面過濾(surface)。深層濾膜是以編織纖維或壓縮材料制成的基質,利用隨機性吸附或是捕捉方式來滯留顆粒。篩網濾膜基本上是具有一致性的結構,就像篩子一般,將大于孔徑的顆粒,都滯留在表面上(這種濾膜的孔徑大小是非常精確的),而表面過濾則是多層結構,當溶液通過濾膜時,較濾膜內部孔隙大的顆粒將被滯留下來,并主要堆積在濾膜表面上。
        由于上述三種濾膜的功能不同,因此對濾膜之間的分辨非常重要。由于深層過濾是一種較為經濟的方式,可去除98%以上的懸浮固體,同時保護下游的純化單元不會敗壞或堵塞,因此通常被作為預過濾處理。表面過濾可去除99.99%以上的懸浮固體,所以也可作為預過濾處理或澄清用。微孔薄膜(篩網濾膜)一般被置于純化系統中的最終使用點,以去除最后殘留的微量樹脂碎片、碳屑、膠質顆粒和微生物。例如:0.22μm微孔濾膜,其可濾過所有的細菌,通常用于將靜脈注射用的液體、血清及抗生素進行除菌用。

超濾法

        微孔薄膜是依其孔徑大小來去除顆粒,而超濾(UF)薄膜則是一個分子篩,它以尺寸為基準,讓溶液通過極細微的濾膜,以達到分離溶液中不同大小分子的目的。
        超濾膜是一種強韌、薄、具有選擇性的通透膜,可截留大部分某種特定大小以上的分子,包括:膠質、微生物和熱源。較小的分子,例如:水和離子,都可通過濾膜。所以,超濾法可將截留液中的大分子加以濃縮,但是,仍有些大分子會滲漏至濾過液中。
超濾膜有數種不同的范圍,在所有的實例中,超濾膜會留在大部分大于其分子篩所定義分子量的分子。

反滲透法

        反滲透(RO)法是可達到90%~99%雜質去除率中最經濟的方法。RO膜的濾孔結構較UF膜還要致密,RO膜可去除所有的顆粒、細菌以及分子量大于300的有機物(包括熱源)。
        當第二種不同濃度的溶液,由一個半透膜隔開時,滲透現象會自然發生。滲透壓將水壓過半透膜,水將濃度較高的溶液稀釋,最后造成濃度平衡。在水純化系統中,施加壓力于高濃度的溶液中,以抗衡滲透壓。如此迫使得純水由高濃度的液體通過RO膜,并可加以收集。由于RO膜致密度極高,因此,產出的水流很慢,需要經過相當的時間,貯水箱內才會有足夠的水量。
        RO膜可執行離子排除,使得只有水可通過RO膜,其余所有的離子及溶解的分子都被截留,并加以排除(包括鹽類和糖)。RO膜以電荷反應將離子排除,帶電荷愈大,排除性愈高,所以RO膜幾乎可排除所有的(>99%)強離子性的高價離子,但是,對于弱離子性的單價離子(如鈉離子)的效果只有95%。不同的進水需要不同種類的RO膜,RO膜包括由乙酸纖維酯制成,或是以聚硫胺與聚砜基質的混合薄層聚合物。
        如果以原水水質及產水水質為基準,經過適當設計后,RO是將自來水純化的最經濟有效方法。RO同時也是試劑級純水系統最好的前處理方法。

紫外線照射法

        紫外線照射法已廣泛的使用在水處理上,低壓水銀燈所放射出來的254nm的紫外線是一種有效的殺菌方法,因為細菌中的DNA及蛋白質會吸收紫外線而導致死亡。
        近來在UV燈制造技術方面的進步,已可制造同時產生185nm和254nm波長的紫外燈管,這種光波長組合可利用光氧化有機化合物,接著這種特殊燈泡,將純水中的總有機碳濃度降低至5ppb以下。

EDI純水技術

電滲析(EDI)是一項結合了離子交換樹脂和離子選擇性通透膜,并結合直流電去除水中離子化雜質的技術。該項技術的發展克服了離子交換樹脂的局限性,特別是離子交換柱耗竭時離子雜質的釋放及重填或再生離子交換柱的工作。


水通過一個或多個在陽離子或陰離子選擇膜之間填滿離子交換樹脂的管腔,在電場的作用下,離子在離子交換樹脂間向管腔的兩側移動并進入另外的管腔,這個過程中也會電解產生維持樹脂處于再生狀態所需的H+和OH- 。流向兩側獨立管腔的離子被水沖刷掉。

蒸餾法

蒸餾法是通過改變水的形態,從液態到氣態再回到液態,將水和污染物分離。每一個轉換過程都為純水與污染物的分離提供了機會。理論上,除蒸汽壓力與水接近的物質和共沸化合物,蒸餾法能去除所有種類的水中污染物。
像RO一樣,蒸餾法生產純水的速度較慢,所以蒸餾水必須先儲存起來以備日后使用。
蒸餾水器非常耗電,每生產1升純水通常耗費1KW電力。依據蒸餾水器的不同設計,蒸餾水的電阻率大約能達到1 MΩ-cm,因為空氣中的CO2會溶入蒸餾水中迅速降低其電導率。新鮮蒸餾水是無菌的,但如果保存不當,一段時間后就不再是無菌的了。

凱得菲(KDF)

凱得菲(KDF)的作用及功效
凱得菲(KDF)是高純度的銅/鋅合金顆粒,它通過微電化學氧化-還原反應(Redox)進行水處理工作,在與水接觸時,合金中的兩種金屬在亞微觀尺度上構成無數小的原電池系統,這種材料在水中具有強大的反應能力和極快的反應速度,可以清除水中高達99%的氯和水中溶解的鉛、汞、鎳、鉻等金屬離子和化合物。對抑制細菌、真菌、污垢、水藻的滋生效果卓著。被用于預處理、主處理與廢水處理設備。凱得菲(KDF)完善或取代現有技術,可大輻度延長了系統壽命,減少重金屬、微生物、污垢,降低了總費用,減化系統維護。
(1) 去除強氧化劑(余氯)
凱得菲(KDF)具有強大的還原能力,能去除水中的各種強氧化劑,對余氯特別有效。
(2)去除重金屬
凱得菲(KDF)處理介質可以去除水中的多種重金屬離子,如鉛、汞、銅、鎳、鎘、砷、銻、鋁和其他許多可溶性重金屬離子,它們的去除是通過置換反應和物理和化學吸附反應來完成的。凱得菲(KDF)去除重金屬離子的機理如下:金屬離子吸附于凱得菲(KDF)處理介質的表面并與凱得菲(KDF)中的鋅發生置換反應,生成的金屬或吸附在凱得菲(KDF)表面,或進入凱得菲(KDF)晶格中,從而使有毒重金屬污染物結合在凱得菲(KDF)上。例如,水中溶解的鉛離子還原成不溶性的鉛原子,并吸附于凱得菲(KDF)介質的表面,汞離子與凱得菲(KDF)也發生類似的反應,X射線衍射研究發現汞的去除是形成了銅-汞合金。
(3)去除硫化氫
在應用膜法進行水處理時,如果選用地下水作水源,水中可能存在硫化氫,硫化氫如被氧化成硫磺就會污染濾膜表面,凱得菲(KDF)過濾介質有去除硫化氫的功能,生成的硫化銅不溶于水,可在凱得菲(KDF)介質反沖洗時去除
(4)減少懸浮固體
凱得菲(KDF)處理介質的顆粒平均尺寸大約為60目,最小的顆粒約110目,也能起到物理過濾去除懸浮物質的作用,通常凱得菲(KDF)過濾介質能夠有效地去除直徑小于至50μm的顆粒。
(5)減少礦物質結垢
(6)抑制微生物繁殖
凱得菲(KDF)處理介質不是通過一種機理、而是幾種機理控制微生物的生長繁殖,通過每一種的單獨作用或協同作用來達到抑制微生物的作用。主要機理包括:氧化還原電位的變化,氫氧根離子和過氧化氫的形成,介質中鋅的溶出等。在一般情況下,凱得菲(KDF)處理介質作為反滲透膜的預處理手段時,能夠抑制細菌、藻類等微生物的繁殖,從而防止了微生物對膜的破壞。

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