水处理基础知识

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2、母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,水处理基础知识,1,,指有机和无机盐溶解在水中得出的浓度，包括溶解性悬浮物，阴离子和阳离子。,,TDS,值代表了水中溶解物杂质含量，,TDS,值越大，说明水中的杂质含量大，反之，杂质含量小。,,TDS,值的测量工具一般是用,TDS,笔，其测量原理实际上是通过测量水的电导率从而间接反映出,TDS,值。,Total Dissolved Solid (TDS),,总溶解固体,TDS,(,单位:,ppm,或,,mg/l),TDS,(,单位:,ppm,或,,mg/l),(,单位:,us,/cm),电导率即水的电阻的倒数，是水中离子导电能

3、力的表征，通常用它来表示水的纯净度。,,电导率的测量工具一般是电导率仪，在物理意义上来说，水中溶解物越多，水的导电性也越好，其电导率值也越大。,电导率,TDS,(,单位:,ppm,或,,mg/l),TDS,(,单位:,ppm,或,,mg/l),浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。,,水中的悬浮物一般是泥土、砂粒、微细的有机物和无机物、浮游生物、微生物和胶体物质等。,,浊度可用浊度计进行测定。,(,单位:,NTU,),浊度,一、名词解释,2,,溶液中酸和碱的相对含量。,pH,值是水中氢离子浓度的负对数（,log,）的度量单位。,pH,值分,0~14,挡，,pH,值为,7.0,则水为中

4、性；,pH,值小于,7.0,，则水为酸性的；,pH,值大于,7.0,，则水为碱性的。,PH,值,主要指水中钙镁离子的总和。分为永久硬度和暂时硬度，由碳酸氢钙或碳酸氢镁引起的，这种硬度叫作暂时硬度；由钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的，这种硬度就叫作永久硬度 。,,可用硬度测试剂用比色法进行水质硬度的测定。,(,单位:,mmol/l,,或,,mg/l),硬度,水的碱度是指水中能够接受,[H+],与强酸进行中和反应的物质含量。在天然水中，碱度主要由,HCO3-,的盐类组成。单位为,mmol/L,。通常也表示成等分子数量的,CaCO3,的质量浓度，单位为,mg/L CaCO3,。,(,单位:,mg/l),

5、碱度,3,,矿泉水是指含有一定的矿物盐和体现特征微量元素或二氧化碳等气体成分的地下水。矿泉水是一种宝贵的矿产资源，按用途可分为医疗矿泉水跟饮用矿泉水。饮用矿泉水是指不以医疗为目的，含有一定的矿物盐和某些对人体健康有益的微量元素或二氧化碳等气体成分，符合饮用标准，从地下深处自然涌出的或经人工揭露的，未受污染的地下矿水。市场上以法国依云矿泉水为代表。,矿泉水,以生活饮用水为水源，通过电渗析法、离子交换法、蒸馏法及其他适当的加工方法，去除水中的矿物质、有机成分、有害物质及微生物等加工制得的密封在容器中，并且不含任何添加物，可直接饮用的水。国家标准电导率≦,10us/cm,。市场上以娃哈哈纯净水为代表

6、。,,饮用纯净水,矿物质水是指以纯净水为原水，人工添加一定比例对人体有益的微量元素而制得的饮用水。市场上以康师傅的饮用矿物质水为代表。,矿物质水,4,,是指用离子交换法或其他适当的方法将水中硬度（主要指水中钙、镁离子）去除或降低一定程度的水。,,用离子交换法制得的软水仅硬度降低而总含盐量基本不变。,,软化水,一般以优质湖水或山泉水为水源，采用粗滤、精滤、超滤、杀菌等工序进行深加工而得到的优质饮用水，特点去除对人体有害的杂质和细菌而不改变其中所含的离子成分。市场上以农夫山泉为代表。,饮用天然水,是指水中的电解质几乎完全去除,,,同时将不分解的气体,,,胶体以及有机物质,(,包括细菌等,),也去除

7、至很低程度的水。其电导率一般为,0.1-0.55μS/cm,，电阻率（,25℃,）为,10,兆欧以上，含盐量＜,0.1mg/L,。绝对纯水（理论上）电导率,0.05μS/cm,，电阻率（,25℃,）为,18.3,兆欧。,超纯水,5,,一般以纯净水为原水，通过外界电场、磁场、超声波、射线等施加一定的能量克服水分子的缔结力将大分子团水打散成小分子团水，目前学界认为，只有持续的能量供应才能使水维持小分子团状态，不然由于氢键作用，又可能回复到原来的大分子团结构。,小分子团水,一般以生活饮用水为水源，采用活性炭、精滤、超滤等工序净化后，再通过膈膜电解生成两种活性的水,,,即离子水。集中于阴极流出来的为碱

8、性离子水,(,供饮用,),；集中于阳极流出来的为酸性离子水,(,供外用,),。,,生产离子水的离子水机在日本应用比较广泛 。,,离子水,指雨雪、江河、湖泊及海洋的水，除海洋含盐量极高以外，其他地表水的重要特点就是含盐量低，硬度低，但浊度、有机物一般都比较高。,地表水,6,,是雨水经过土壤及地层的渗透流动而形成的水，特点是离子含量比较高，一般钙镁，铁锰都会超标，少数还含有硫化氢等有毒气体，但同时地下水经过层层过滤，悬浮物很少，水质清，浊度低。,地下水,7,,地球上海洋和陆地上的液态水和固态水构成了一个连续的圈层，覆盖着,3/4,以上的地球表面，海洋、河流、湖泊、地下水、冰川、积雪和土壤水和大气水

9、等水体中总量共约,1.4x10,19,m3,，如果将其平铺在地球表面上,,,水层厚度可达到约,3000 m,深，其中海水、咸湖水、地下咸水占总水量的,98%,，冰川、积雪约占总水量的,1.7%,，可供开发利用的淡水只占总水量的,0.3%,，约为,4x10,19,m3,，因而淡水是有限的宝贵资源。,二、水知识,8,,,水对人体的重要性,☆调节体温，水的导热作用来保证机体各组织和器官间的温度趋于一致。,,☆作为润滑剂，可使体内摩擦部位润滑，减少损伤。,,☆参与代谢，水是维持人体生理新陈代谢的主要介质 ，维护生物体内物质及能量的转化过程和平衡。,,☆水是人体基本组成成分，是维持生命、保持细胞外形、构

10、成各种体液所必要的物质,9,,,水污染与疾病,10,,,我国水质现状,☆各城市市政自来水水质标准低，多数自来水不合格，更不能直接饮用。,,☆管网复杂，年久失修，二次污染严重,,。,☆政府改造水质的举措工程浩大，远水解不了近渴。,,☆片面追求,GDP,，忽视环保，多次爆发大规模水污染事件。导致自来水原水水质严重恶化。,☆国民对生活用水和饮用水的水质渴望提高。,,11,,,触目惊心的图片,松花江化工污染事件,无锡蓝藻污染事件,12,,自来水处理可以说是最早最常规的一种水质净化方法，其主要以湖水或河水等地表水为水源，经过沉淀、混凝、澄清、沙石过滤、活性炭吸附、加漂白粉消毒等工艺处理成符合国家标准的生

11、活饮用水。,自来水处理技术,三、水处理技术,13,,自来水优点,☆去除了湖水、河水中的大颗粒的泥沙，杀死了大部分的水中微生物；,☆在,20,世纪七十年代以前，因可以处理水中的物理污染和生物污染而以洁净、安全适合于人们的饮用。,自来水缺点,☆自来水的传统制作工艺只能去除水的物理和生物污染，而无法处理水中的化学污染。,☆氯作为自来水传统工艺中的主要杀菌剂正成为水的新污染源。氯与水中的有机物反应生成三卤甲烷和卤乙酸等致癌物。,☆水源污染日益复杂严重，但中国自来水的处理工艺自上世纪,70,年代以来毫无改进。,☆自来水本身还存在着二次污染，如管道、中转水箱中的铁锈，细菌，藻类等的二次污染。,14,,活性

12、炭是一种多孔性的含,炭,物質,,,它具有高度發,達,的孔隙構造,,,是一种极優良的吸附劑,,,每克活性炭的吸附面積更相當於八個網球場之多,.,而其吸附作用是藉由物理性吸附力與化學性吸附力達成,.,其組成物質除了炭元素外，尚含有少量的氫、氮、氧及灰份，其結構則為炭形成六環物堆積而成。 由於六環炭的不規則排列，造成了活性炭多微孔體積及高表面積的特性,，,因而具有很強的吸附能力。,,,活性炭吸附技术,15,,☆有机炭纤维经活化处理后形成的一种新型吸附材料，具有发达的微孔结构，巨大的比表面积，以及众多的官能团。国外在采用纤维活性炭进行溶剂回收，气体净化等方面已取得了显著的成就；在水处理应用方面也做了大

13、量的研究工作。在,20,世纪七十年代以前，因可以处理水中的物理污染和生物污染而以洁净、安全适合于人们的饮用。,☆较为常用，多用 木质、煤质、果壳（核）等含碳物质通过化学法或物理活化法制成。它有非常多的微孔和比表面积，因而具有很强的吸附能力，能有效地吸附水中的有机污染物。此外在活化过程中，活性碳表面的非结晶部位形成一些含氧官能团，这些基团使活性碳具有化学吸附和催化氧化、还原性能，能有效去除水中一些金属离子。,,颗粒活,性炭,,净水活性炭分类,渗银活性碳,☆将活性炭和银结合在一起，不仅对水中有机污染物有吸附作用，还具有杀菌作用，而且在活性炭内不会滋长细菌，解决了净水器出水有时出现亚硝酸盐含量高的问

14、题。当水通过渗银活性碳时，银离子就会慢慢释放出来，起到消毒杀菌作用。由于活性炭对除去水中色、嗅、氯、铁、砷、汞，氰化物、酚等具有较好效果，除菌效果,90%,以上，因此被应用小型净水器中。,,纤维活性炭,16,,我们都知道,,,普通的水中含有多种可溶解的化合物，有些物质的溶解度随着温度的变化有较明显的变化，其中的碳酸钙、碳酸镁类的物质，其溶解度随着温度的升高 而下降。当温度升高时，原来溶解于水中的碳酸钙、碳酸镁析出形成沉淀物，这些沉淀物可以是以絮状、粉末状，或沉积在容器、管道表面，形成水垢。,,软化水技术,钙镁离子含量较多的水称为硬水，钙镁离子含量较少的水称为软水。硬水与软水只是通俗上的叫法，并

15、没有标准的量的概念，在生活 中，行内一般把硬度低于,3mmol/L,的水称为较软的水，,3-6,称为普通水，,6-8,称为较硬的水，,10,以上称为高硬水。,利用合适的方法将水中的硬度降低或者去除我们称之为软化。,17,,,树脂,18,,向水中加入石灰，主要是用于处理大流量的高硬水，只能将硬度降到一定的范围。,采用特定的阳离子交换树脂，以钠离子将水中的钙镁离子置换出来，由于钠盐的溶解度很高，所以就避免了随温度的升高而造成水垢生成 的情况。这种方法是目前最常用的标准方式。,,主要优点是：效果稳定准确，工艺成熟。,,软化方法,膜分离法,纳滤膜,(NF),及反渗透膜,(RO),均可以拦截水中的钙镁离

16、子，从而从根本上降低水的硬度。,,这种方法的特点是,:,效果明显而稳定，处理后的水适用范围广；但是对进水压力有较高要求，设备投资、运行成本都较高。一般较少用于专门的软化处理。,石灰法,离子交换法,19,,,软化方法,向水中加入专用的阻垢剂，可以改变钙镁离子与碳酸根离子结合的特性，从而使水垢不能析出、沉积。,,这种方法的特点是：一次性投入较少，适应性广；但水量大时运行成本偏高，另一方面，由于加入了化学物质，所以水的应用受到很大限制，一般情况下不能应用于饮用、食品加工、工业生产等方面。在民用领域中也很少应用。,,由于加药法只是从化学原理上阻止水垢的生成，并没有降低水的硬度，所以一般不归入软化方法中

17、，而是称为阻垢。,加药法,采用在水中加上一定的电场或磁场来改变离子的特性，从而改变碳酸钙,(,碳酸镁,),沉积的速度及沉积时的物理特性来阻止硬水垢的形 成。,,其特点是：设备投资小，安装方便，运行费用低；但是效果不够稳定性，没有统一的衡量标准，而且由于主要功能仅是影响一定范围内的水垢的物理性能，所以 处理后的水的使用时间、距离都有一定局限。多用于商业,(,如中央空调等,),循环冷却水的处理，不能应用于工业生产及锅炉补给水的处理,(,同时由于该种设备的机理并未得到真正的理论证实,),。,,另外，此种方法与加药法类似也是阻止水垢的生成，而不是降低硬度，所以一般不应归入软化方式中，而是应该称为防垢或

18、阻垢。,电磁法,20,,离子交换工作原理,离子交换树脂是一种聚合物，带有相应的功能基团。一般情况下，常规的钠离子交换树脂带有大量的钠离子。当水中的钙镁离子含量高时，离子交换树脂可以释放出钠离子，功能基团与钙镁离子结合，这样水中的钙镁离子含量降低，水的硬度下降。硬水就变为软水，这是软化水设备的工作过程。当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫作“再生”。由于实际工作的需要， 软化水设备的标准工作流程主要包括：工作,(,有时叫做产水，下同,),

19、、反洗、吸盐,(,再生,),、慢冲洗,(,置换,),、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接 近，只是由于实际工艺的不同或控制的需要，可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的。,21,,离子交换示意图,反洗,吸盐再生,5~15min,慢冲置换,30min,快冲洗,运行工作,30min,5~15min,22,,膜的种类,膜分离技术,高分子,离子·低分子,三卤甲烷,膜的种类,分离对象物质,0.001,μ,m,0.01,μ,m,0.1,μ,m,10,μ,m,大小,一价离子,农药·有机物,病毒,细菌,隐胞子虫,大肠杆菌,胶体,粘土,多价离子,Ｎ

20、Ｆ（,纳滤,）,ＲＯ（,反渗透,）,ＵＦ（,超滤,）,ＭＦ（,微滤,）,膜分离的基础是分离膜。分离膜是具有选择透过性的薄膜，某些分子或微粒可以透过薄膜，而其它的被阻挡。根据孔径从大到小，膜法液体分离技术一般可分为四类：微滤（,MF,）、超滤（,UF,）、纳滤（,NF,）和反渗透（,RO,）。,过滤图谱,23,,微滤,一般认为,MF,的分离机理为筛分机理，膜的物理结构起决定作用。此外，吸附和电性能等因素对截留率也有影响。其有效分离范围为,0.1-10μm,的粒子，操作静压差为,0.01-0.2MPa,。微滤能截留,0.1,～,1,微米之间的颗粒，微滤膜允许大分子有机物和溶解性固体（无机盐）等通

21、过，但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的透过，微滤膜两侧的运行压差（有效推动力）一般为,0.7bar,。,24,,超滤,超滤能截留,0.002~0.1,微米之间的颗粒和杂质，超滤膜允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等通过，但将有效阻挡住胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表征超滤膜的切割分子量一般介于,1000~100000,之间，超滤膜两侧的运行压差一般为,1~7bar,。,超滤膜的过滤原理图,,25,,内压式和外压式中空纤维超滤膜,按进水方式的不同，中空纤维超滤膜又分为内压式和外压式两种,内压式,外压式,26,,全量过滤和错流过滤,,中空纤维超滤膜的过滤方式主要分为全量过

22、滤和错流过滤两种,全量过滤,错流过滤,27,,超滤膜特点,☆设备体积小、结构简单，故投资费用低。,☆超滤分离过程只是简单的加压输送液体，工艺流程简单，易于操作管理。,☆超滤膜是由高分子材料制成的均匀连续体，纯物理方法过滤，物质在分离过程中不发生质的变化，并且在使用过程中不会有任何杂质脱落，保证超滤液的纯净。,☆在常温和低压下进行分离，因而能耗低，从而使设备的运行费用低。,28,,纳滤,纳滤是一种特殊而又很有前途的分离膜品种，它因能截留物质的大小约为,1,纳米（,0.001,微米）而得名，纳滤的操作区间介于超滤和反渗透之间，它截留有机物的分子量大约为,200~400,左右，截留溶解性盐的能力为,

23、20~98%,，对单价阴离子盐溶液的脱除率低于高价阴离子盐溶液。纳滤膜一般用于去除地表水的有机物和色度，脱除井水的硬度和放射性镭，部分去除溶解性盐，浓缩食品以及分离药品中的有用物质等，纳滤膜两侧运行压差一般为,3.5~16bar,。,29,,反渗透,反渗透是最精密的膜法液体分离技术，它能阻挡所有溶解性盐及分子量大于,100,的有机物，但允许水分子透过，醋酸纤维素反渗透膜脱盐率一般可大于,95%,，反渗透复合膜脱盐率一般大于,98%,。它们广泛用于海水及苦咸水淡化，锅炉给水、工业纯水及电子级超纯水制备，饮用纯净水生产，废水处理及特种分离等过程。反渗透膜两侧的运行压差为,5~80bar,。,反渗透

24、原理,30,,反渗透膜分离层,反渗透膜支撑层,淡水,浓水,进水,C,avg,C,conc,C,perm,C,feed,高压泵,C,feed,C,perm,C,conc,C,avg,进水浓度,淡水浓度,浓水浓度,平均浓度,模拟反渗透机,31,,外殼材料,中心管,产水,浓水,ATD,进水,进水流道,膜片,膜片,进水,流道,膜外壳,纯水收集流道,卷式反渗透,膜元件,32,,S,S,S,S,S,S,100,F,0.,25,F,Pure Water Layer,10,A,纯水层,Na,+,NO,3,-,Na,+,Cl,-,K,+,Cl,-,Ca,+2,Cl,2,-,Zn,+2,Cl,2,-,Ni,+2,

25、SO,4,-2,Al,2,+2,(SO,4,-2,),3,Na,3,+,SO,4,-3,压力,溶液流动方向,,反渗透膜对无机盐的作用,,,,,1. 依靠荷点排斥性,,一般纯水膜表面都带荷电,同时不同离子带有不同电荷,反渗透膜会对各种离子产生荷电排斥性.,,2. 依靠膜孔的筛选性,最为重要,33,,S,S,S,S,S,100,F,0.,25,F,压力,溶液流动方向,最为重要,100,MW,50,MW,1000,,MW,750,,MW,500,,MW,反渗透膜对有机物的作用:,,,,1. 有机物的脱除率主要决定于有机分子的大小和形状,;,,2. 携带电荷的有机物,由于荷电排斥作用相对更难透过反渗透

26、膜,.,34,,,影响淡水产量的因素:,-,反渗透膜数量,-,反渗透膜特性,-,系统操作压力,-,系统运行温度,-,进水水质,35,,对于同一物质,进水物质浓度越高,渗透压越高.,,,2. 对于同一浓度,进水物质分子量越小,渗透压越高.,MW OF SUCROSE,MW OF ORGANICS,=,B,,OF ORGANICS,B,,OF SUCROSE,B,,=,渗透压力,,进水水质与的渗透压力关系,:,,36,,系统操作压力对渗透通量的影响:,P,eff,= P,op,-,r,B,,P,eff,=,有效压力,P,op,=,操作压力,,r,B,,=,渗透压,反渗透系统操作压力:

27、10-40,Bar,,若操作压力降低,,,渗透通量也将减少,.,,若操作压力升高, 渗透通量也将增加,Q,perm,act,,Q,perm,spec,,P,eff,,P,spec,,=,实际渗透通量,,,有效压力,额定渗透通量,,,额定压力,37,,系统操作温度对反渗透膜的影响:,,1. 反渗透膜运行温度: 5 - 40,º,C,.,若操作温度降低,,,渗透通量也将减少,.,若操作温度升高, 渗透通量也将增加.,,2. 一般可粗略认为: 以25,º,C,为基准,,操作,温度上升/下降1 º,C,,相应膜元件渗透通量上升/下降3%,温度 ( º,C ),渗透通量,G,,P,,D,38,,反渗透膜进水水质要求,☆进水硬度： ＜,200 mg/l,。,☆进水,PH,：,3-10,。,☆进水温度：,5℃ -45℃,。,☆进水含盐量 ：相应的膜针对相应的进水含盐量。,☆进水浊度： ＜,1.0NTU,。,☆进水游离氯含量：＜,0.1 mg/L,。,☆进水,SDI,：＜,5,（,15,分钟）。,39,,谢谢!,,40,,