水处理基础知识资料

水处理技术知识

水处理基础知识

在人类与自然的互动关系上，水是其中最重要的因素。水是生命之源，人类身体的组成物中水占70%以上，地球表面中水面亦占70%以上，水的质量好坏与我们身体健康密切相关。世界卫生组织（WTO）调查表明：80%以上的疾病和50%以上的儿童死亡都和饮用水质不良有关。

今天在座诸位能够在此接受水处理相关知识的培训，不仅是今后您们工作之必需，也同样对您们自身健康非常有益！下面的资料可能会有不正确或者不够正确的地方希望大家多多指教共同进步。一常用计量单位

1、长度单位：

千米（Km）=103米

米（m）=103毫米

毫米（mm）=103微米

微米（μm）=103纳米

纳米（nm）=10-9米

纳米技术是今天高科技领域的一个热门话题，科学家们研究发现，在纳米级的微细状态下，物质的构成和性能较通常状态有奇异的变化，导致了很多新材料新工艺的诞生。

2、重量单位：

吨（T）=103千克

千克（Kg）=103克

克（g）=103毫克

毫克（mg）=10-3微克

微克（μg）=10-6克

纳克（ng）=10-9克

3、体积单位：

方（m3）=103升

升（L）=103毫升

美制加仑（G）=3.78升

4、重量体积比（溶液浓度）：

1 ppm=1mg/L (百万分之一浓度)

1 ppb=1μg/L (十亿分之一浓度)

1 ppt=1 ng/L (万亿分之一浓度)

5、压力单位：

千克力/平方厘米（kg/cm2）=0.1兆帕斯卡（Mpa）

6、电导率

电导率是表示水中溶解离子导电能力的指标。没有离子的理想纯水，不会产生电流。电导率用电导率仪测量，其单位为微西门子/厘米(μs/cm)。电导率也是测量水中离子浓度的简便方法，但不能精确反映离子种类。离子构成不同，电导值也不同；但电导的数值随离子浓度增加而增加。TDS（溶解固体总量）仪是利用变换因子将电导率值转换为TDS值。在水质分析中，可用不同离子对应的不同转换系数或溶解固体总量（TDS）对应的单一转换系数，估算电导率的数值。可用二氧化碳的ppm浓度的平方根乘以0.6求得其电导率；硅离子对电导率变化不产生影

响。RO高纯水最精确的电导率数值是在线测量的。否则，高纯水暴露于空气之中，将改变其二氧化碳含量。导致电导率降低。

7、电阻值(MΩ.cm)

电导率（μs/cm）和电阻值(MΩ.cm)其数值互为倒数值，为水的纯度的测定方法单位之一。水中含有阴阳离子，离子为导电介质，通过测量水的电导率（电阻值）可以表明水中的所含离子的多少，由此间接反映了水的纯度的高低。通常，我们习惯用电导率反映纯水的纯度，用电阻率反映超纯水的纯度。电导国际单位为西门子(Siemens)，代号为S，纯水的电导值很低，常用μS表示。电阻国际单位为欧姆，代号为Ω，超纯水的电阻值很大，常用MΩ表示。

5μs/cm=0.2MΩ.cm

1μs/cm=1MΩ.cm

强酸性水溶液：PH<5.0

弱酸性水溶液：PH=5.0～6.4

中性水溶液：PH=6.5～8.0

弱碱性水溶液：PH=8.1～10

强碱性水溶液：PH>10

11.脱盐率和透盐率

脱盐率――通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质浓度的百分比。

脱盐率＝（1－产水含盐量/进水含盐量）×100％

透盐率――进水中可溶性杂质透过膜的百分比.。

透盐率＝100％－脱盐率

回收率＝（产水量/进水流量）×100％

二水中杂质

H2O=H++OH-

在自然界中，单纯由H2O分子构成的纯水是不存在的，水中通常含有以下各种杂质：

1、颗粒物质：水中不溶性的大于10μm的无机和有机杂质（其中大于40μm的肉眼可见），

如自来水中常有的泥沙、金属氧化物或氢氧化物等。

2、离子物质：指溶于水后解离为阴、阳离子的物质,水中阴、阳离子的总和称作水的含盐

量。水中铁锰(Fe2+、Mn2+)含量超标(＞0.3mg/L)，应通过锰砂过滤器或曝气

装置去除铁锰离子，否则将会对RO膜形成不可清除的沉积污堵。

走向死亡的主要途径，而该恶性进展的关键启动因子即为内毒素［4］。内毒

素可直接和一系列宿主炎性细胞如单核细胞、中性粘细胞、内质细胞相互作

用，刺激其释放肿瘤坏死因子（TNF）和白介素1（IL-1）等细胞因子。当

机体接受大量的内毒素刺激时，将触发强力的炎症反应，最终导致败血性休

克［3］。

8、消毒剂：原水经自来水公司处理后，水中会留有次氯酸钠等消毒剂，余氯为强氧化

物质对RO膜有相当的破坏作用，故要以活性炭单元滤除余氯。可以使RO膜产水量加大脱盐率降低。

三水的分类

在不同的场合，水有不同的种类区别，其水质亦有明显的差别。

1、地下水与地表水

地下水——有机物和微生物污染较少，而钙镁等离子则溶解较多，硬度较高易结水垢；有时铁/锰/氟离子超标，不能满足生产生活用水需求。

地表水——较地下水有机物和微生物污染较多，如果该地属石灰岩地区，其地表水往往也有较大的硬度，如四川的德阳、绵阳、广元、阿坝等地区。

2、硬水与软水

硬水——水中钙镁等金属离子的总浓度称为硬度，硬水对锅炉等生产用水影响很大，应对其进行软化/脱盐处理。硬度大于200mg/L的通常就称之为硬水。

软水——即硬度较小的水。

四

当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧，这种现象称为渗透，若在膜的盐水侧施加压力，那么水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的压力达到某一数值时，水通过膜的净流量等于零，这个压力称为渗透压力，当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时，水的流向就会逆转，此时，盐水中的水将流入纯水侧，上述现象就是水的反渗透（RO）处理的基本原理。

2、反渗透简介

RO（Reverse Osmosis）反渗透技术是利用压力差为动力的膜分离过滤技术，源于美国二十世纪六十年代宇航科技的研究，后逐渐转化为民用，目前

已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领

域。

RO反渗透膜（材质为芳香族聚酰胺复合材料）孔

径小至纳米级（1纳米=10-9米），在一定的压力下，H2O

分子可以通过RO膜，而源水中的无机盐、重金属离子、

有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜，从

而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开

来。

RO膜过滤后的纯水电导率≤5 μs/cm, 符合国家

实验室三级用水标准。再经过原子级离子交换柱循环过

滤，出水电阻率可以达到18.2M .cm，超过国家实验室一级用水标准（GB682—92）。

.脱盐率和透盐率

1原水水质2原水温度3原水PH质4操作压力5进水流量6回收率..

回收率/15/100（厂家数据）30/100（建议使用数据）

RO膜在使用和保存中有如下注意事项：

脱盐率――通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质浓度的百分比。

脱盐率＝（1－产水含盐量/进水含盐量）×100％

透盐率――进水中可溶性杂质透过膜的百分比.。

透盐率＝100％－脱盐率

回收率＝（产水量/进水流量）×100％

膜型号解释:

1812: 18表示膜的直径1.8英寸*2.54=4.572厘米; 12表示膜的长度12*2.54=30.48厘米

3020: 30表示膜的直径3.0英寸*2.54=7.62厘米; 20表示膜的长度20*2.54=50.8厘米3、渗透预处理目的及考虑因素

使用反渗透系统时，尤其应注意原水预处理。为了避免堵塞反渗透系统，原水应经预处理以消除水中的悬浮物，降低水的浊度；此外，还应进行杀菌以防微生物的孽生长大。由于反渗透对原水中的悬浮物的要求很高，所以常用一种水质对受悬浮物污染情况的污染指数来对水质进行检测。此法实质上是测定反渗透系统受水中悬浮物的污堵的情况。进入反渗透系统水的污染指数以不大于5为宜，建议值一般小于3。预处理时还应该考虑到进水的pH值。各种半透膜都有其最适宜的运行pH值，故需按反渗透膜的要求，调节进水的pH值。预处理时还应该考虑到进水的温度。膜的透水量是随水温的增高而增大的，但温度过高会加快醋酸纤维素膜的水解速度，且使有机膜变软，易于压实。所以，对于有机膜来说，通常将温度控制在约20—40℃范围内为宜，复合膜温度控制在约5—45℃范围内

4、灭菌的必要性

在水处理工艺中，活性碳过滤器用于对有机物的吸附和对过量氯（余氯）的吸附去除，对前者去除能力较差，通常为50%，对后者则很强，可以完全脱除余氯，这是由于在对余氯吸附的同时，还有自身被氯化的作用。活性碳吸附水中营养物质，可以成为细菌微生物的温床，微生物对水的阻力影响较大，因此，应定期进行反洗处理。如果反洗不能奏效时，应进行灭菌处理。实际上，按照进水浊度安排合理的反冲洗制度更具有实际意义，由于微生物膜与微生物黏泥难于清净，采取空气擦洗是必要的。

5、预处理中灭菌应怎样做

水的常规灭菌处理为投药与紫外线灭菌。例如目前广泛作为饮料水的纯净水就是经反渗透脱盐后，再经紫外线杀菌处理的。小容量用水（小于10t/h），可以使用二氧化氯或臭氧杀菌。工业上生产中则以氯气或次氯酸钠为多见，也可使用二氧化氯或臭氧。外购的氯气用钢瓶贮存，用加氯机投加，电解食盐（或海水）得到的是次氯酸钠，无需专用投加设备，即可送入被处理水中。

臭氧用净化过的空气经高压放电装置制取，目前有中小型臭氧发生器用于小区供水或中央空调冷却水系统的灭菌，同样适用于反渗透装置的灭菌处理，多余的臭氧同样可以用活性碳吸收处理。二氧化氯可由氯酸钠制取，在饮用水处理和工业冷却水处理中使用的也很多。氯酸钠有爆炸危险，应谨慎使用。

在反渗透水处理工艺中，除了运转中的杀菌之外，还有设备停用中的杀菌问题。通常在停机48h 以内可用原水冲洗，超过48h可用1.5%亚硫酸氢钠液保存，达到2周应使用甲醛消毒液杀菌或厂家提供的消毒液灭菌。万万不可用市售的84消毒液对膜元件杀菌！

6、如何减少故障和降低反渗透清洗频率

减少故障和降低反渗透清洗频率，应该采取以下措施。

a) 在取得水质全分析的基础上设计反渗透系统；

b) 在进行设计前确定RO进水SDI值；

c) 如果进水水质变化，需要作出相应的设计调整；

d) 必须保证足够的预处理；

e) 选择正确的膜元件，醋酸纤维素膜或者低污染膜元件对于处理比较复杂的地表水或污

水可能更为适用；

f) 选择比较保守的水通量；

g) 选择合理的水回收率；

h) 设计足够的横向流速及浓水流速；

i) 对运行数据进行标准化。

7、膜元件长期停用保护措施如何

长期停用保护方法适用于停止使用30天以上，膜元件仍安装在压力容器中的反渗透系统中，保护措施的具体步骤如下：

a) 清洗系统中的膜元件；

b) 用反渗透产出水配制杀菌液，并用杀菌液冲洗反渗透系统。杀菌剂的选用及杀菌液的

配制方法可参见膜公司相应技术文件或与膜公司当地代表处联系以获取有关技术建议；

c) 用杀菌液充满反渗透系统后，关闭相关阀门使杀菌液保留于系统中，此时应确认系统

完全充满；

d) 如果系统温度低于27℃，应每隔30天用新的杀菌液进行前两个步骤，如果系统温度

高于27℃，则应每隔15天更换一次保护液（杀菌液）；

e) 在反渗透系统重新投入使用前，用低压给水冲洗系统1h，然后再用高压给水冲洗系统

5—10min，无论低压冲洗还是高压冲洗时，系统的产水排放阀均应全部打开。在恢复系统至正常操作前，应检查并确认产品水中不含有任何杀菌剂。

8、膜元件长期停用保护措施如何

芳香族聚酰胺反渗透复合膜元件在任何情况下都不应该与含有残余氯的水接触，否则将给膜元件造成无法修复的损伤。在对RO设备及管路进行杀菌、化学清洗或或封入保护液时应绝对保证配制药液的水中不含任何残余氯。如果无法确定是否有残留氯存在，应进行化学测定。

在有残留氯存在时，应使用亚硫酸氢钠还原残余氯，并保持足够的接触时间以保证还原完全。

短期保存方法适用于那些停止运行5—30天的反渗透系统。此时反渗透膜元件仍安装在RO系统的压力容器内。保存操作的具体步骤如下：

（1）用给水冲洗反渗透系统，同时注意将气体从系统中完全排除；

（2）将压力容器及相关管路充满水后，关闭阀门，防止气体进入系统；

（3）每隔5天按上述方法冲洗一次。

O型圈破坏对膜的影响：

如果反渗透或纳滤系统中某一系列或某一支压力外壳的产水，出现含盐量(电导率)异常升高，这就明显地说明，“O”形圈有渗漏或该处的元件有故障。确定故障的关键在于所设计的膜系统应能够方便诊断和鉴别出任何性能有异常的膜元件或系统部件：每支压力容器应设置取样口，装置产水应分段以便于从出现问题的总产水中，追踪到有问题的压力容器，而每支压力容器又应允许从产水管内插入取样管探测产水电导率，以确定故障具体位置。“O形圈泄漏是最常见的水质下降的原因，但是如果已经辩别出某支元件有故障时，我们建议将它解剖开来，以确定问题所在，陶氏化学也提供各种膜故障分析的收费服务。

9. 多介质过滤器的滤料选择应注意什么

多介质过滤器（含双滤料过滤器）的过滤材料应有足够的化学稳定性，各介质的相对密度和粒径应有一定差别，由无烟煤与石英砂组成的双层滤料过滤器所用的无烟煤相对密度为1.4—1.6，粒径为0.8—1.8mm，石英砂相对密度为2.6—2.65，粒径为0.5—1.2mm；3层滤料过滤器除了以上两种滤料外还可以用锰砂、磁铁矿之类的重质矿石，其相对密度为4.7—5.0，粒径为0.5—4mm。

应该注意的是，多介质过滤器虽然有一定的简化预处理系统作用，但是不能以一种过滤器代替必须设置的其他滤器，这主要取决于原水情况。如果使用自来水作原水，通常可以免除过滤器，直接配置活性炭过滤器即可；如果使用深井水作原水，深井水的铁、锰等变价离子含量很低，使用多介质过滤器即可；如果使用河床浅井水则还应布置细纱过滤器作前置过滤；如果使用地表水做原水，则混凝和多级过滤都是必要的。

五、EDI电除盐

1、原理介绍

EDI（Elcctrodeionization）是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。它巧妙的将电渗析和离子交换技术相结合，利用两端电极高压使水中带电离子移动，并配合离子交换树脂及选择性树脂膜以加速离子移动去除，从而达到水纯化的目的。在EDI 除盐过程中，离子在电场作用下通过离子交换膜被清除。同时，水分子在电场作用下产生氢离子和氢氧根离子，这些离子对离子交换树脂进行连续再生，以使离子交换树脂保持最佳状态。

EDI设施的除盐率可以高达99%以上，如果在EDI之前使用反渗透设备对水进行初步除盐，再经EDI除盐就可以生产出电阻率高达成18M .cm以上的超纯水。EDI 膜堆是由夹在两个电极之间一定对数的单元组成。在每个单元内有两类不同的室：待除盐的淡水室和收集所除去杂质离子的浓水室。淡水室中用混匀的阳、阴离子交换树脂填满，这些树脂位于两个膜之间：只允许阳离子透过的阳离子交换膜及只允许阴离子透过的阴离子交换膜。树脂床利用加在室两端的直流电进行连续地再生，电压使进水中的水分子分解成H＋及OH－，水中的这些离子受相应电极的吸引，穿过阳、阴离子交换树脂向所对应膜的方向迁移，当这些离子透过交换膜进入浓室后，H ＋和OH－结合成水。这种H＋和OH－的产生及迁移正是树脂得以实现连续再生的机理。

当进水中的Na＋及CI－等杂质离子吸咐到相应的离子交换树脂上时，这些杂质离子就会发生象普通混床内一样的离子交换反应，并相应地置换出H＋及OH－。一旦在离子交换树脂内的杂质离子也加入到H＋及OH－向交换膜方向的迁移，这些离子将连续地穿过树脂直至透过交换膜而进入浓水室。这些杂质离子由于相邻隔室交换膜的阻挡作用而不能向对应电极的方向进一步地迁移，因此杂质离子得以集中到浓水室中，然后可将这种含有杂质离子的浓水排出膜堆。