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水質基礎知識 基礎 一 水中的9種雜質1 微粒物質包括泥沙 鐵銹 藻類 懸浮物 微纖維等微粒雜質 肉眼可見 這些微粒常常懸浮在水流之中 水產生的渾濁現(xiàn)象 這些微粒很不穩(wěn)定 可以通過沉淀和過濾而除去 水在靜置的時候 重的微粒 主要是砂子和粘土一類的無機物質 會沉下來 輕的微粒 主要是動植物及其殘骸的一類有機化合物 會浮于水面上 用預沉 過濾等分離方法可以除去 微粒物質是造成濁度 色度 氣味的主要來源 自來水 二次供應的自來水 江河湖泊水中均可能存在 2 膠體物質膠體物質是比離子物質大而比顆粒物質小 直徑在10 4 10 6mm之間的微粒 膠體是許多分子和離子的集合物 天然水中的無機礦物質膠體主要是鐵 鋁和硅的化合物 水中的有機膠體物質主要是植物或動物的肢體腐爛和分解而成的腐殖物 其中以湖泊水中的腐殖質含量最多 因此常常使水呈黃綠色或褐色 只記粉紅色文字 膠體顆粒不能借重力自行沉降而去除 一般是在水中加入藥劑破壞其穩(wěn)定 使膠體顆粒增大而沉降予以去除 地表水或地下水都可能存在膠體物質 3 離子物質包括 陽離子 陰離子 陽離子如鈣離子 鎂離子 鐵離子等 陰離子氯離子 硫酸鹽離子 磷酸鹽離子等 離子物質通常易溶于水中 溶解物質可以用離子交換或除鹽等方法予以去除 4 不反應的溶解氣體如空氣中的氮氣等 只記粉紅色文字 5 可反應的溶解氣體天然水中常見的溶解氣體有氧氣 O2 二氧化碳 CO2 有時還有硫化氫 H2S 二氧化硫 SO2 氮氣 N2 和氨 NH3 等 這些溶解于水中的氣體 大都對金屬有腐蝕作用 是引起水系統(tǒng)金屬腐蝕的重要因素 空氣中的CO2對純水影響最大 CO2存在于空氣中并很容易溶于水中 使水質呈酸性 即PH值低于7 水質越純 越易受空氣的影響 影響主要表現(xiàn)為PH值 電導 阻 率 6 微生物主要指水中的細菌含量 中國自來水的常規(guī)細菌允許含量 100cfu ml 純水的常規(guī)細菌允許含量 1cfu ml 7 熱源熱源又稱細菌內毒素 主要用于醫(yī)藥用水特別是注射用水時需考量熱源的含量控制 實驗室中有細胞培養(yǎng)等生物方面的應用時 對熱源用含量控制要求 只記粉紅色文字 8 有機物質水中的有機物質主要是指腐殖酸 生活污水和工業(yè)廢水的污染物 腐殖物質是水生生物一類的生命活動過程的產物 這些有機物污染著水體 并使水質惡化 水中的有機物有個共同特點 就是要進行生物氧化分解 需要消耗水中的溶解氧 而導致水中缺氧 同時會發(fā)生腐敗發(fā)酵 使細菌滋長 惡化水質 破壞水體 工業(yè)用水的有機污染 還會降低產品的質量 有機物是引起水體污染的主要原因之一 地表水中有機物含量通常高于地下水中的含量 9 殘留消毒劑自來水公司為控制水中的細菌含量 會添加消毒劑來控制總細菌數(shù) 常用的消毒劑為含氯制劑 當氯加到水中會產生含氧化性極強的化合物如余氯 起到消毒殺菌的作用 對于采用反滲透技術的水處理設備而言 氧化性極強的余氯會對RO膜造成很大的損傷 因此在預處理中必須嚴格去除 常用活性碳吸附去除 只記粉紅色文字 天然水中的雜質對水質什么影響 天然水中的雜質對水質的主要影響如下 理解即可 理解即可 二 水處理常用名詞解釋1 什么是水的渾濁度 由于水中含有微粒雜質 使得原是無色透明的水產生渾濁現(xiàn)象 其渾濁的程度稱為渾濁度 渾濁度的單位是用 NTU 來表示的 控制渾濁度是工業(yè)水處理的一個重要內容 根據(jù)水的不同用途 對渾濁度有不同的要求 生活飲用水的渾濁度不得超過5度 在工業(yè)水處理中 主要是采用混凝 澄清和過濾的方法來降低水的渾濁度 SDI代表污染指數(shù)2 什么是水的總固體 溶解固體和懸浮固體 水中除了溶解氣體之外的一切雜質稱為總固體 而水中的固體又可分為溶解固體和懸浮固體 這二者的總和即稱為水的總固體 溶解固體是指水經過過濾之后 那些仍然溶于水中的各種無機鹽類 有機物等 懸浮固體是指那些不溶于水中的泥砂 粘土 有機物 微生物等懸浮物質 總固體的測定是蒸干水分再稱重得到的 只記粉紅色文字 其余理解即可 3 什么是水的含鹽量 TDS值 水的含鹽量 也稱礦化度 是表示水中所含鹽類的的總含量 由于水中各種鹽類一般均以離子的形式存在 所以含鹽量也可以表示為水中各種陽離子的量和陰離子的量的和 水的含鹽量與溶解固體的含義有所不同 因為溶解固體不僅包括水中的溶解鹽類 還包括有機物質 同時 水的含鹽量與總固體的含義也有所不同 因為總固體不僅包括溶解固體 還包括不溶解于水的懸浮固體 所以 溶解固體和總固體在數(shù)量上都要比含鹽量高 但是 在不很嚴格的情況下 當水比較清凈時 水中的有機物質含量比較少 有時候也用溶解固體的含量來近似地表示水中的含鹽量 水質的TDS值是指溶解性總固體含量 在水處理計算中 通常被用作水的含鹽量的代替值 ?？捎肨DS筆作快速測得 其單位為PPM 通常TDS 電導率間的關系可簡易換算為 1ppm 2us cm 只記粉紅色文字 其余理解即可 4 什么是水的硬度 水中有些金屬陽離子 同一些陰離子結合在一起 容易形成水垢 附著在物體表面 我們把水中這些金屬離子的總濃度稱為水的硬度 如在天然水中最常見的金屬離子是鈣離子 Ca2 和鎂離子 Mg2 它與水中的陰離子如碳酸根離子 CO32 碳酸氫根離子 HCO3 硫酸根離子 SO42 氯離子 Cl 以及硝酸根離子 NO3 等結合在一起 形成鈣鎂的碳酸鹽 碳酸氫鹽 硫酸鹽 氯化物 以及硝酸鹽等硬度 水中的鐵 錳 鋅等金屬離子也會形成硬度 但由于它們在天然水中的含量很少 可以略去不計 因此 通常就把Ca2 Mg2 的總濃度看作水的硬度 通常 地下水 井水等的硬度較大 地表水的硬度較小 中國北方地區(qū)的水質較硬 南方地區(qū)的水質較軟 通常 若水質的硬度大于200PPM 則在反滲透處理之前必須對原水進行軟化 否則易在RO膜表面結垢 影響RO膜的產水質量及使用壽命 水的硬度對鍋爐用水的影響很大 因此 鍋爐用水時必須進行軟化或除鹽處理 只記粉紅色文字 其余理解即可 只記粉紅色文字 其余理解即可 5 水的電阻率 電導率 二者的關系 水的電阻率和電導率的大小 與水中含鹽量的多少 水中離子濃度 離子的電荷數(shù)以及離子的運動速度有關 水越純 電阻率越大 電導率越小 電阻和電導是成反比的關系 目前 最純的水質電阻率為18 25M cm 水質越純 電阻率和電導率越易受空氣中的CO2的影響 因此超純水的電導電阻檢測必須在線檢測 才可保證其準確性 6 什么是水的PH值 有什么意義 水的PH值是表示水質酸堿性的相對值 PH值范圍規(guī)定在1 14之間 以7為中性的界限 1 PH 7時水質為酸性 PH值越小 酸性越強 7 PH 14時水質為堿性 PH值越大 堿性越強 純水的PH值很容易受空氣中的CO2的影響 水質越純 對CO2的溶解性越強 因此中國實驗室水質標準GB6682 92對一 二級純水的PH值不作規(guī)定 7 什么是ppm ppb 1ppm partspermillion 就是指1毫克 升 即表示1升水中含有多少毫克的雜質 故1毫克 升的雜質相當于水中含有百萬分之一份雜質 1微克 升相當于水中含有十億分之一份的雜質 也可以ppb來表示 1mg L 1ppm1 g L 1ppb1ppm 1000ppb8 常用實驗項目縮寫名稱的說明 除TOC外不需死記 PCR 分子生物測試 基因研究及細胞培養(yǎng)等IVF 受精卵培養(yǎng)AA 原子吸收分析儀HPLC 高效液相色譜ICP 電感耦合等離子光譜TOC 總有機碳 水中的有機物質含量 以有機物中的主要元素 碳的量來表示 只記粉紅色文字 其余理解即可0 只記粉紅色文字 其余理解即可0 9 什么是水的預處理 預處理有哪些主要方法 水的預處理是在水精制處理之前 預先進行的初步處理 以便在水的精處理時取得良好效果 提高水質 延長精處理設備的使用壽命 預處理的方法很多 主要有預沉 混凝 澄清 過濾 軟化 消毒等 用這些方法預處理之后 可以使水的懸浮物 濁度 色度 膠體物 有機物 鐵 錳 暫時硬度 微生物 揮發(fā)性物質 溶解的氣體等雜質除去或降低到一定的程度 預沉就是大容積 低流速的自然沉淀處理 如沉沙池 預沉池 混凝利用鐵鹽 鋁鹽 高分子等混凝劑 與水中的雜質通過絮凝和架橋作用生成大顆粒沉淀物 然后通過其他設備 如澄清池 過濾池等 予以除去 澄清通過混凝劑作用而形成的大顆粒沉淀物在澄清池內分離 沉淀物除去 得到澄清水 過濾將被處理的水 流經裝有特殊過濾材料裝置 如各種濾池等 截留水中雜質 予以去除 軟化采用化學藥劑 如石灰水 蘇打粉等 使水中碳酸氫鹽硬度除去 或是采用陽離子交換樹脂等方法除去水中的鈣 鎂 鐵離子等 這一過程稱為軟化 消毒加入殺菌劑 如液氯 漂白粉等 殺滅水中的微生物 只記粉紅色文字 其余理解即可 二 10種常見的水處理方法1 沉淀過濾法這是一種最原始的過濾方法 它是依靠水中微粒雜質的自身重量下沉來達到分離的目的 常用于水中雜質顆粒較大的場所 如江河湖水的初步自然澄清過濾 2 蒸餾法蒸餾法是把水加熱 變成氣體 分出混入氣相中的低沸點成分或飛沫成分 低沸點氣體放于大氣中 不揮發(fā)性不純物殘留于液相中 成為濃縮液排出 如此把水精制成高純度的水 此法耗電耗水量很大 且使用時需有人看守 使用不方便 現(xiàn)已較少使用 3 薄膜微孔過濾 MF 法薄膜微孔過濾法包括三種形式 深層過濾 篩網(wǎng)過濾 表面過濾 深層過濾是以編織纖維或壓縮材料制成的基質 利用隋性吸附或是捕捉方式來留住顆粒 如常用的多介質過濾或砂濾 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被堵塞 因此通常作為預處理 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留下來 并主要堆積在濾膜表面上 如常用的PP纖維過濾 表面過濾可去除99 9 以上的懸浮固體 所以也可作為預處理或澄清用 篩網(wǎng)濾膜基本上是具有一致性的結構 就象篩子一般 將大于孔徑的顆粒 都留在表面上 這種濾膜的孔量度是非常精準的 如超純水機終端使用的保安過濾器 篩網(wǎng)過濾微孔過濾一般被置于純化系統(tǒng)中的最終使用點 以去除最后的殘留微量樹脂片 碳屑 膠體和微生物 4 活性炭吸附法活性炭依靠吸附和過濾作用主要去除水中的異色 異味 余氯 殘留消毒物等有機物雜質 只記粉紅色文字 其余理解即可 5 電滲析滲析是一種物理現(xiàn)象 如將兩種不同濃度的鹽水 用一張滲透膜隔開 濃度高的鹽水中的溶質如無機鹽離子通過膜向濃度低的鹽水中滲透 這個現(xiàn)象就是滲析 這種滲析是由于含鹽量濃度不同而引起的 稱為濃差滲析 因為是以濃度差作為推動力 擴散速度始終是比較慢的 如果要加快這個速度 就可以在膜的兩邊加一直流電極 電解質在電場的作用下 會加快遷移的速度 這就稱為電滲析 電滲析耗電量大 且滲析膜片易壞 在反滲透技術出現(xiàn)后已很少使用 6 離子交換 IX 法離子交換法的原理是將原水中的無機鹽陰陽離子如鈣離子Ca2 鎂離子Mg2 硫酸鹽SO42 硝酸鹽NO3 等 通過與離子交換樹脂交換 使水中的陰 陽離子與樹脂中的陰 陽離子相交換 從而使水得到軟化或純化 注1 原水是指相對于每一個過濾單元而言 其進水就稱為原水 重點 通常用1L樹脂可以交換1至2T的反滲透產水 只記粉紅色文字 其余理解即可 離子交換樹脂 分為陰離子樹脂 R OH 和陽離子樹脂 H R和Na R 兩種 其中陽離子樹脂根據(jù)其活性基團的不同而分為鈉型樹脂 Na R 和氫型樹脂 H R 鈉型樹脂常用于水質軟化 氫型樹脂常和陰離子樹脂R OH一起配合使用 以去除水中的無機鹽陰陽離子 使水質純化為超純水 注2 離子交換樹脂指離子交換樹脂的高分子基團通常以R表示 a 純化過程 如以H R代表氫型陽樹脂 其純化水質的交換過程如下 2H R Ca2 R2Ca 2H 2R OH SO42 R2SO4 2OH 以上過程中生成的H 和OH 再反應 H OH H2O即水質通過離子交換器后 水中的無機鹽陰陽離子被置換成H2O 達到純化的目的 只記粉紅色文字 其余理解即可 b 軟化過程 如以Na R代表鈉型樹脂 其交換過程如下 2Na R Ca2 R2Ca 2Na 2Na R Mg2 R2Mg 2Na 即水質通過鈉離子交換器后 水中的Ca2 Mg2 被置換成Na 達到軟化的目的 c 再生過程 離子交換樹脂使用一段時間后 樹脂中的離子被交換完全后 達到飽和程度 失去離子交換能力 此時就需要對樹脂進行再生 軟化樹脂需要用Nacl即食鹽溶液進行再生 再生過程的化學反應與上述軟化過程的離子交換反應正好相反 純化水用陽樹脂需要用酸進行再生 陰樹脂需要用堿進行再生 再生過程的化學反應與上述純化過程的離子交換反應正好相反 只記粉紅色文字 其余理解即可 7 超過濾 UF 法微孔薄膜是依其過濾孔徑的大小來去除微粒 而超濾 UF 薄膜則像一個分子篩 它以尺寸為基準 讓溶液通過極微細的孔 以達到分離溶液中不同大小分子之目的 超濾膜是一種強韌 薄 具有選擇性的通透膜 通常認為其過濾孔徑約為0 01 m 可截留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 超濾法常用于果汁濃縮 中草藥提取 反滲透的預處理 超純水的終端保安過濾等 超濾的功能及特性超濾 UF 是一個以壓力差為推動力的膜分離過程 一般認為超濾是一種篩孔分離過程 在壓差的推動下 原料液中的溶劑和小的溶質粒子從高壓的料液側透過膜到低壓側 所得到的液體一般稱為濾出液或透過液 而大的粒子組分被膜截留 使它在濾剩液中濃度增大 達到溶液的凈化 分離與濃縮的目的 只記粉紅色文字 其余理解即可 超濾技術的特點超濾膜早期用的是醋酸纖維素膜材料 以后還用聚砜 聚醚砜 聚丙烯腈 聚氯乙烯 聚偏氟乙烯 氯乙烯醇等以及無機膜材料 膜的孔徑大約0 002 0 1 m 截留分子量大約為500 500000 其操作壓力在0 07 0 7MPa左右 超濾過程有如下的特點1 過程無相變 可以在常溫及低壓下進行因而能耗低 2 物質在濃縮分離過程中不發(fā)生質的變化 適合熱敏物質的處理 3 能將不同分子量的物質分級分離 4 在使用過程中超濾膜無雜質脫落 保證超濾液的純凈 理解即可不要記憶 8 紫外線 UV 臭氧滅菌法紫外燈所放射出來的254nm的紫外線是一種有效的殺菌方法 因為細菌中的DNA及蛋白質會有吸收紫外線導致死亡 什么是紫外線紫外線是光譜中介于可見光和X射線之間波段范圍內的光波 其波長范圍在100nm和400nm之間 其中又可分為長波紫外 中波紫外 短波紫外和真空紫外四個波段 也有分為A B C D波紫外線 A波紫外線 長波紫外線 315 400nmB波紫外線 中波紫外線 280 315nmC波紫外線 短波紫外線 200 280nmD波紫外線 真空紫外線 100 200nm什么是紫外線消毒紫外線殺菌的原理是生物細胞內含有的脫氧核糖核酸 DNA 能吸收240 280nm范圍內的光波 而在對260nm波長的光波吸收達到最大值 使DNA受到破壞導致細菌死亡 紫外線消毒特點是 殺生能力強 接觸時間短 設備簡單 操作管理方便 處理后的水無色 無味 無中毒的危害 不會增加像氯氣殺生時出現(xiàn)的氯離子 然而 紫外線沒有余氯那樣的持續(xù)殺生的作用 而且汞燈使用的壽命短 價格貴 處理水量也小 理解即可紅色文字需記憶 理解即可紅色文字需記憶 紫外線殺菌裝置是怎樣的在飲用水生產中應用的紫外殺菌裝置由低壓汞燈 殼體 電氣裝置組成 通電后可產生波長為254nm的紫外線 紫外線燈管外套有石英管 要求能耐高溫 對254nm的紫外線通過率為90 以上 過流式紫外線燈管的殼體常用不銹鋼材料制成 殼體內壁要求有很高的光潔度 對紫外線的反射率至少達85 以上 水在通過裝有紫外燈管的殼體時受紫外光輻射 實現(xiàn)對水的消毒殺菌 紫外線燈的選擇 185nm的UV燈可去除TOC 254nm的UV燈殺菌 在水純化系統(tǒng)中 使用了低壓汞燈 水銀密封在燈管內部 利用放電過程啟動水銀燈 通過發(fā)送與特定光線或者波長對應的能量而使汞原子返回至基態(tài) 254nm波長紫外屬于殺菌范圍 而185nm波長的光可以使氧氣轉化為臭氧同時可以使水裂解 通常被用于有機物分子光氧化過程 即去除TOC 普通玻璃能夠吸收所有低于320nm波長的光 因此 無論是185nm還是254nm波長的光均不可穿過玻璃 因此 為了使這些波長的光能夠穿透水 汞燈必須采用石英套管 而這兩種波長的光線在水中的表現(xiàn)存在一定的差異 由于水分子不能吸收254nm波長對應的能量 因此254nm很好地被傳送 而185nm的光波由于被水分子吸收強度迅速下降 此外 微粒與一定的有機物質 例如腐殖酸與褐菌素 能夠阻止或者吸收紫外線 理解即可 紫外線殺菌效果與哪些因素有關影響紫外線殺菌效果的因素主要有燈管的功率 水流速度即水體在殼體內停留時間 水層受輻射的距離 紫外線燈管的功率隨著使用時間的增加其輻射能量隨之降低 殺菌效果下降 應保證供電電壓的穩(wěn)定以使輻射能量的穩(wěn)定 當水流量一定時 過流面積大 水流速度慢 水體在殼體內有足夠長的停留時間 有利于殺菌 但是 殼體直徑越大 水層厚度也越厚 離燈管的距離也就越遠 殺菌效果也就差 用紫外線消毒要注意些什么a 紫外線消毒不像氯氣消毒有余氯能保持作用 因而消毒后的水要加強管理 防止再污染 b 使用紫外線汞燈消毒時 燈管點燃后須有5 15min的穩(wěn)定時間 c 電氣方面要采取措施 以保證燈管的額定功率和電壓穩(wěn)定 否則點燃功率不足時 將影響殺菌效果 臭氧滅菌使用臭氧來維持有效的細菌控制時 臭氧是被提供于貯存桶內并被循環(huán)回路線上的紫外線單元去除 去除臭氧的紫外線其波長為254nm 并須具有比一般紫外線單元更高的紫外線強度 臭氧是極不穩(wěn)定的物質 其衰退速率依溫度而變化 溫度越高衰退越快 在水中常溫下的半衰期為22分鐘 理解即可 9 EDI法EDI即連續(xù)電除鹽裝置 是一種新的去離子水處理方法 EDI裝置將離子交換樹脂充夾在陰 陽離子交換膜之間形成EDI單元 這種方法不需再用酸堿對樹脂進行再生 環(huán)保性好 現(xiàn)已廣泛應用 9 1 EDI模塊的構造 重點 須理解紅色文字需記憶 9 2 EDI模塊的工作原理EDI模塊 膜堆 是EDI工作的核心 一個簡單的EDI膜堆主要由兩個電性相反的電極和多個模塊單元對組成 一個膜單元對由一個填滿陽離子和陰離子交換樹脂的淡水室 一個陽膜 一個陰膜 一個濃水室組成 EDI膜堆包含多個膜單元對 在每個膜堆的內部有兩個電極 正極帶正電壓 負極帶負電壓 電流在正極和負極之間通過膜單元 任一個淡水室都包含著陽樹脂和陰樹脂 一個陽膜朝著陰極的方向把淡水室和濃水室分開 在另外一邊 陰膜也把淡水室和濃水室分開 EDI用的膜和RO用的膜很不相同 RO用的膜允許小顆粒的分子污染物和離子以及水通過 而EDI膜象離子交換樹脂一樣是用聚苯乙烯材料制作的 只允許帶適當電荷的離子通過 水基本上不能通過 樹脂通過水的分離持續(xù)的再生 在電場中 給水中的水分子被分離成H 和OH 被異性電荷相吸 H 通過陽陽樹脂移向陰極的方向 OH 通過陰樹脂移向陽極的方向 這種H 和OH 的遷移再生了樹脂 陽膜允許H 通過進入濃水室 陰膜允許OH 通過也進入濃水室 H 和OH 結合生成生產的水 濃水室中自己水的流動將帶走水中的陰陽離子 膜阻止帶相反電荷的離子的進入淡水室在水流通過淡水室的過程中 離子被樹脂去處 所以膜的有效側 淡水室 就會產生純水 在縱向上可以把EDI工作過程由進水側到產水側分成 部分 靠近進水側稱為飽和區(qū) 即這部分區(qū)間里 填充的樹脂已和進水的離子發(fā)生離子交換 靠近出水側的稱為再生區(qū) 即在這部分區(qū)間里 出水的大部分離子已經除去 少量弱電離離子在這里得到去除 同時純水在這個區(qū)間里被電離 生成的 和 得以再生填充的樹脂 在飽和區(qū)和再生區(qū)之