水处理膜技术基础.doc

膜技术基础一、膜基本知识膜技术由于高效、实用、可调、节能、和工艺简单等优点，已被广泛应用，并产生了极高的经济效益，在现代经济发展和人民的日常生活中扮演着重要的角色。1.1.1膜的定义膜是一种二维材料，通常是厚度在纳米到微米范围内的一层薄片。1.1.2 膜材料能够选择透过的原因膜中分布有微细孔穴，不同孔穴有选择渗透性（筛分效应）。膜中存在固定基团电荷，电荷的吸附、排斥产生选择渗透性。膜分离物在膜中的溶解、扩散作用产生选择渗透性。1.2膜分离的特点膜分离过程与传统化工分离方法，如过虑、蒸发、蒸馏、萃取、深冷分离等过程相比较，有如下特点。膜分离过程能耗比较低大多数膜分离过程都不发生相态变化。由于避免了潜热很大的相变化，膜分离过程的能耗比较低。另外，膜分离过程通常在室温下进行，被分离物料加热或冷却的能耗很小.适合热敏性物质分离膜分离过程通常在常温下进行,因而特别适合于热敏性物质和生物制品(如果汁、蛋白质、酶、药品)的分离、分级、浓缩和富集。分离装置简单、操作方便膜分离过程的主要推动力一般为压力，因此分离装置简单，占地面积小，操作方便，有利于连续化生产和自动化控制。分离系数大、应有范围广膜分离不仅可以应有于从病毒、细菌到微粒的有机物和无机物的广泛分离范围，而且还使用于许多特殊溶液体系的分离，如溶液中大分子于无机盐的分离。工艺适应性强膜分离的处理规模根据用户要求可大可小，工艺适应性强。便于回收在膜分离过程中，分离于浓缩同时进行，便于回收有价值的物质。没有二次污染膜分离过程中不需要从外界加入其他物质。既节省了原材料，又避免了二次污染。1.3膜及膜分离过程的分类根据不同的研究目的和观察角度，有不同的分类标准。按结构：致密膜、多空膜、纤维质膜。按膜组建外形：卷式膜、中空纤维膜、板式膜、管式膜。按被分离物质性质：气体分离膜、液体分离膜、固体分离膜、离子分离膜、微生物分离膜。按膜材质不同：有机膜、无机膜。二、水处理系统应用的各种分离膜及方法2.1分离膜2.1.1分离膜的定义一般认为广义的分离膜是指分隔两相界面，并以特定的形式限制和传递各种化学物质。膜可以是均匀相的或非均匀相的、对称型的或非对称性的、固体的或液体的、中性的或电性的。厚度可以从几微米到几毫米。基本特征为具有选择透过能力。利用膜的选择透过性作用，对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯、和富集的方法，就是膜分离法。2.1.2分离膜的种类目前主要应用为高分子膜醋酸纤维素膜：是最早研究的分离膜，由于纤维素及其衍生物是线型棍壮且不易弯曲的大分子，可以制作反渗透膜、微滤膜和超滤膜，至今仍有重要用途。主要优点：亲水性好，以利于减少膜的污染；成本低、无毒。主要缺点：操作温度狭窄，推荐最高操作温度为30；较窄的pH值应用范围，一般推荐为36，以防止膜的水解；该膜的耐氯性较差，连续运行时要求料液中的游离氯低于1mg/L；膜在运行过程中有压实现象发生，在高压下膜的通量逐步降低；易被生物降解，可保存性差。聚砜类膜聚砜类膜具有优异的化学稳定性，可耐脂肪族化合物、氯代碳氢化合物、醇类、酸和碱，但不耐芳香族碳氢化合物、酮类、醚类及酯类；有相当宽的pH使用范围，可连续在pH值为113的体系中运行，有利于膜的清洗；耐热性好，长期运行操作温度可高达75，适用于系统高温消毒；酸碱稳定性好以及较高的抗氧化和耐氯性能，膜在清洗时游离氯的浓度允许到达20010-6。具有较宽的膜孔径范围，膜的孔径可以从1nm0.2m，可以制作超滤膜、微孔膜和复合膜的多孔支撑膜，可制成不同形式的膜组件形式。由于聚砜类材料的疏水性，易被溶质污染。聚丙烯腈膜聚丙烯腈（PAN）是常用来制备超滤膜的聚合物。虽然氰基是强极性基团，但PAN并不十分亲水。通常引入另一种共聚单体（如醋酸乙烯酯或甲基丙稀酸甲酯）以增加链的柔韧性和亲水性，从而改善其可加工性。聚酰胺类膜a 聚砜酰胺（PSA），常用于制备超滤膜。它具有耐高温（约125），耐酸碱（pH210），耐有机溶剂，可以用于水和非水溶剂体系。b 芳香聚酰胺膜，主要用于制作反渗透复合膜。具有多孔性和高吸水性。因此具有较高的水通量和较低的截流分子量。芳香聚酰胺膜具有良好的力学强度和热稳定性，它的缺点是对氯离子的抵抗力差（低于510mg/L）。这种膜在pH大于12时也水解，特别是在高温下。对蛋白类溶质有强烈的吸附作用，膜易被污染。其他类聚和物膜a 聚偏氟乙烯超滤膜，该膜可以耐高压消毒，耐一般的溶剂，耐游离氯性强于聚砜超滤膜，广泛地用于超滤和微滤过程。 但该膜是疏水的，经膜表面该性后可改善其亲水性。b 再生纤维素膜，该膜的亲水性较强，对蛋白的吸附性较弱，耐溶剂性好，使用温度可达到75。2.2超滤2.2.1什么是超滤超滤是在压差推动下进行的筛孔分离过程，膜孔径范围在1nm0.05m。超滤所分离的组分直径为5nm10m，可分离相对分子质量大于500的大分子和胶体，这种液体的渗透压很小，可以忽略。因而采用操作压力较小，一般为0.10.5MPa，所用超滤膜多为非对称膜，膜的水透过通量为0.55.0m3/(m2d)。2.2.2超滤膜分离原理一般认为，超滤是一种筛分过程。在一定压力作用下，含有大、小分子溶质的溶液流过超滤膜表面时，溶剂和小分子物质透过膜被收集起来；而大分子溶质则被膜截留而作为浓缩液被回收。在超滤中，超滤膜对溶质的分离过程主要有：在膜表面及微孔内吸附（一次吸附）；在孔内停留而被去除（阻塞）；在膜面的机械截留（筛分）。2.2.3超滤膜的分类目前已经研制出醋酸纤维膜、聚砜膜、聚醚砜膜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚砜酰胺膜等。本系统采用聚偏氟乙烯膜。按组件形式分为管式、板式、中空纤维、卷式等。2.3反渗透2.3.1什么是反渗透反渗透分离过程是利用反渗透膜选择性地透过溶剂而截留离子性质的物质，以膜两侧的静压差为推动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的过程。因此反渗透膜分离过程必须具备两个条件：一是具有高选择性和高渗透性的半透膜；二是操作压力必须高于溶液的渗透压。2.3.2反渗透原理当溶液与纯溶剂被半透膜隔开,半透膜两侧压力相等时,纯溶剂通过半透膜进入溶液侧使溶液浓度变低的现象成为渗透。如果在溶液侧加上一定的外压，恰好能阻止纯溶剂侧的溶剂分子通过半透膜进入溶液侧，则此外压称为渗透压。渗透压取决于溶液的浓度，且与温度有关，如果加在溶液侧的压力超过了渗透压，则使溶液中的溶剂分子进入纯溶剂内，此过程称为反渗透。2.3.3反渗透膜选择透过性原理1）溶解扩散理论该理论将反渗透膜的活性表皮层看成是无缺陷的致密无孔膜，溶剂与溶质都能溶解于均匀的非多孔膜表面皮层内，溶解量大小服从亨利定律，在浓度或压力造成的化学位差推动下，从膜的一侧向另一侧扩散，再在膜的另一侧解吸。溶质和溶剂在膜中的溶解扩散过程服从菲克定律。因此，物质的渗透能力不仅取决于扩散系数，而且取决于在膜中的溶解度。溶解扩散理论的具体渗透过程为：溶质和溶剂在膜的料液侧表面吸附溶解；溶质和溶剂之间没有相互作用，它们在化学位差的作用下以分子扩散的形式渗透过反渗透的活性层；溶质和溶剂在膜的另一侧表面解吸。2）优先吸附毛细孔流理论当溶液中溶有不同物质时，其表面张力将发生不同的变化。例如醇、酸、醛、酯等有机物时，可使其表面张力减小；但溶入某些无机盐时，反而会使其表面张力减小。研究发现，溶质的分散是不均匀的，即溶质在溶液表面层中的浓度与溶液内部的浓度不同，这种溶质浓度改变的现象称为溶液表面的吸附现象。使表面层浓度大于溶液内部浓度的作用称为正吸附作用，反之称为负吸附作用。这种由表面张力引起的溶质在两相接面上正或负的吸附过程，可形成一个相当陡的浓度梯度，使得溶液中的某一成分优先吸附在界面上。这种优先吸附的状态与界面性质密切相关。以氯化钠溶液为例，膜对于溶质氯化钠为负吸附，水为正吸附，水将优先吸附在膜的表面上。在压力作用下，优先吸附的水分子通过膜，从而形成了脱盐过程。在该理论中，膜被假定为有微孔（化学孔），分离机理由膜的表面现象和液体通过孔的传质所决定。膜层有优先吸附水及排斥盐的化学性质，使膜表面及膜孔内形成一几乎为纯溶剂的溶剂层，该层优先吸附的溶剂在压力作用下，连续通过膜形成产液，其浓度低于料液。2.4过滤方式正常过滤（死过滤）：膜容易污染，压力衰减快。适用于高水质源水过滤。过滤液进水错流过滤：进水被分成两部分，产水和浓水。膜节流下来的物质被流体不断冲走，这在一定程度上相当于膜表面被连续地清洗，这样就延长了膜的寿命，并降低了维护和清洗的费用。相反，传统过滤中被截留的物质积累在过滤介质上，必须定期清洗更换介质，这明显不经济，也不利于环保。膜 层进水浓水水过滤液三、EDI系统简介3.1概述EDI 技术是离子交换和电渗析技术相结合的产物，因此EDI 的除盐机理具有很强的离子交换和电渗析的工作特征。因此我们先对离子交换和电渗析的工作原理作一简单介绍。所谓离子交换就是水中的离子和离子交换树脂上的功能基团所进行的等电荷反应。它利用阴、阳离子交换树脂上的活性基团对水中阴、阳离子的不同选择性吸附特性，在水与离子交换树脂接触的过程中，阴离子交换树脂中的氢氧根离子（OH-）同溶解在水中的阴离子（例如CI-等)交换，阳离子交换树脂中的氢离子（H)同溶解在水中的阳离子（例如Na等)交换。从而使溶解在水中的阴、阳离子被去除，达到纯化的目的。离子交换脱盐过程示意图电渗析脱盐过程： 电渗析技术利用多组交替排列的阴、阳离子交换膜，这种膜具有很高的离子选择透过性，阳膜排斥水中阴离子而吸附阳离子，阴膜排斥水中的阳离子而吸附阴离子。在外直流电场的作用下，淡水室中的离子做定向迁移，阳离子穿过阳膜向负极方向运行，并被阴膜阻拦于浓水室中。阴离子穿过阴膜而向正极方向运动，并被阳膜阻拦于浓水室中,从而达到脱盐的目的。3.2 EDI的脱盐过程EDI的核心实际上就是在电渗析的淡水室填装了阴、阳离子交换树脂，示意图如下：EDI的这种结构上的变化，使淡水室的脱盐过程发生了质的变化，EDI的这种结构特点确保了它在运行过程中能同时进行着三个主要过程a) 在直流电场作用下，水中电解质通过离子交换膜发生选择性迁移； b) 阴阳离子交换树脂对水中电解质进行着离子交换，并构成“离子通道”；c) 离子交换树脂界面水发生极化所产生的H和OH-对交换树脂进行着电化学再生。EDI 中离子交换树脂的作用有，延缓离子的纵向迁移速，增加离子的横向迁移速度，增加纯水室的导电性，加速水的局部离解率，迅速提高浓水室的导电性。EDI对离子的脱除顺序与离子交换树脂对离子的吸附顺序相同，如上图所示。同时我们可以这样认为，在EDI组件中的离子交换树脂，沿淡水流向按其工作状态可以分为三个层面，第一层为饱和树脂层，第二层为混合树脂层，第三层为保护树脂层。饱和树脂层主要起吸附和迁移大部电解质的作用，混合树脂层则承担着去除象弱电解质等较难清除的离子的任务，而保护树脂层树脂则处于较高的活化状态，它起着最终纯化水的作用。结垢是浓室存在的主要问题。Ca2+和Mg2+进入浓室后在阴膜表面富集，而淡水室阴膜极化产生的OH-透过阴膜。造成了浓水室阴膜表面有一个高PH值层面，这一特点导致浓水室结垢趋势明显增大。为了防止结垢生成，必须严格控制运行水的回收率和进水水质，尤其是硬度的含量。 极水将电极表面产生的气体（O2、H2、Cl2)带出系统。为了保证气体的排放，这部分水必须以非满流状态排放并保证通风。向浓水中加盐是为了提高它的电导率。对于进水电导率较低，可能难以获得足够的浓水电导率来维持足够大的系统电流。电流不够大则系统不能保证产水的高质量。加盐系统是可选择的。它包括计量泵和计量容器。计量泵从计量容器中抽取饱和的盐(要求分析纯)溶液注入浓水循环系统。3.3 EDI与离子交换比较1、产水水质： EDI是一个连续制水过程，因此其产品水水质稳定。离子交换设施的制水过程是间断式的。在离子交换柱刚刚被再生后，其产品水水质较高，而在下次再生之前，其产品水水质较差。 2、 一次性投资：与离子交换相比，虽设备费用高但EDI不需要酸碱储存、酸碱添加和废水处理设施。EDI厂房需要量仅为离子交换的15%。因此，EDI的投资量比离子交换小得多。粗略地说，EDI设施相关投资量仅为离子交换投资量的30%。 3、运行成本：与离子交换比较EDI不需要酸碱消耗、再生用水和废水处理。因此，EDI的运行成本比离子交换小得多。粗略地说，EDI运行成本仅为离子交换的45%。四、膜系统对水质要求及膜污染的防治4.1 膜污染膜污染主要有膜表面覆盖污染和膜孔内阻塞污染两种形式。膜表面污染层大致呈双层结构，上层为较大颗粒的松散层，紧贴于膜面上的是小粒径的细腻层，一般情况下，松散层尚不足以表现出对膜的性能产生什么大的影响，在水流剪切力的作用下可以冲洗掉，膜表面上的细腻层则对膜性能正常发挥产生较大的影响。因为该污染层的存在，有大量的膜孔被覆盖，而且，该层内的微粒及其他杂质之间长时间的相互作用极易凝胶成滤饼，增加了透水阻力。膜孔堵塞是指微细粒子塞入膜孔内，或者膜孔内壁因吸附蛋白质等杂质形成沉淀而使膜孔变小或者完全堵塞，这种现象的产生，一般是不可逆过程。4.2 污染物质污染物质因处理料液的不同而各异，无法一一列出，但大致可分下述几种类型。1）胶体污染：胶体主要是存在于地表水中，特别是随着季节的变化，水中含有大量的悬浮物如粘土、淤泥等胶体，均布于水体中，它对滤膜的危害性极大。因为在过滤过程中，大量胶体微粒随透过膜的水流涌至膜表面，长期的连续运行，被膜截留下来的微粒容易形成凝胶层，更有甚者，一些与膜孔径大小相当及小于膜孔径的粒子会渗入膜孔内部堵塞流水通道而产生不可逆的变化现象。2） 有机物污染：水中的有机物，有的是在水处理过程中人工加入的，如表面活性剂、清洁剂和高分子聚合物絮凝剂等，有的则是天然水中就存在的，如腐殖酸、丹宁酸等。这些物质也可以吸附于膜表面而损害膜的性能。3） 微生物污染：微生物污染对滤膜的长期安全运行也是一个危险因素。一些营养物质被膜截留而积聚于膜表面，细菌在这种环境中迅速繁殖，活的细菌连同其排泄物质，形成微生物粘液而紧紧粘附于膜表面，这些粘液与其他沉淀物相结合，构成了一个复杂的覆盖层，其结果不但影响到膜的透水量，也包括使膜产生不可逆的损伤。对于不同的轻度污染采用水、气反洗。一般12月进行一次化学清洗。4.3污染物的清洗不同材料的膜所能承受pH的范围差别很大。常用的醋酸纤维膜（CA）为2.08.0；聚砜膜（1.012.0）；聚酰胺膜（2.012.0）如果清洗液pH值接近推荐pH值范围的两个极值，在可行的条件下，必须考虑并减少清洗液和膜元件的接触时间，并降低溶液温度。一般清洗液应该先循环1030分钟，然后浸泡1030分钟，此后在冲洗错流过滤器之前，在循环十分钟。适当的提高清洗温度可以提高清洗效果。1）胶体污染：用高pH值的阴离子型清洗液清洗。2）无机矿物污染：用pH值达2.0-2.5的磷酸溶液，然后加入十二烷基硫酸钠直至溶液的浓度达到0.1%(重量百分比)清洗。或用脱氯反渗透水加入EDTA的四钠盐，配置成1.0%（重量百分比）的溶液清洗。3）有机物污染：用氯配置成含氯0.002-0.003%的溶液清洗。4）铁污染：配置1.0%（重量百分比）的焦亚硫酸钠溶液。向溶液中加入柠檬酸，直至pH达到2.5后进行清洗。5）硅污染:配置含氟化氢铵2.4%、柠檬酸2.4%（重量百分比）的混合溶液必要时，继续加入柠檬酸直至溶液pH为2.0。或者用EDTA四钠盐作为清洗剂(配置同无机物污染清洗剂)。6）生物污染：配置0.002-0.003%残留游离氯的水溶液清洗。4.4清洗时间的确定以下情况之一发生，应立即清洗膜元件：1）初始流清洗，量稳定后，如果产水流量下降515，则需要对膜元件进行清洗（假设反渗透工艺进水的污染密度指数小于5.0）。在很多情况下，操作员可以预计，在初始运行的前100小时中，产水流量有一定程度的不可逆损失，这由系统稳定调试造成。该损失为正常的流量损失，不必清洗膜元件。然而，对于该损失值仍然应认真监测，以防止它是由反渗透预处理系统故障，或者系统设计过程中未预计到的条件引起。2）当反渗透膜元件的透盐率上升了30-40%时，也应该考虑对膜元件进行清洗。如果产水流量或透盐率急剧变化，也可能是由于其它原因引起的，如O型圈缺陷或密封圈失效导致浓水产生旁路。3）系统操作人员不应根据压差判断是否进行系统清洗，因为这样可能会导致系统清洗频率偏低（当污染物和水垢阻塞卷式膜元件之间的进水通道时，膜元件压降会增大）。压差显著增大，说明膜元件表面已积累了大量污染物、沉降物。膜元件如果达到这种污染程度，再想恢复膜元件的流量和脱盐率会非常困难。为了防止这种现象的发生，应依据产水流量或者透盐率确定清洗频率。五、膜分离组件及膜破损检验方法5.1膜分离组件膜组件的基本要求流体分布均匀，无死角；良好的机械稳定性和热稳定性；装填密度大；制造成本低；易于清洗；压力损失小。1）管式膜组件这种膜被固定在一个多孔的不锈钢、陶瓷、或塑料管内，管径通常为624mm，每个膜组件中膜管数目一般为418根。原料一般是流经膜管中心，而渗透物通过多孔支撑管流入膜组件外壳。这种膜的装填密度是很低的，一般低于300m2/m3。适用于水质含盐量很高的水，不易污染，容易清洗，但投资和运行费用高。2）中空纤维膜组件中空纤维膜外径为50100m或1545m。通常情况下，数十万甚至上百万根中空纤维弯成U形并装入圆柱形耐压容器中，纤维束外围包网布，固定形状，并能促进水形成湍流状态。运行过程中，高压原水在中空纤维外面流动，纤维壁可以承受的内向压力要比外向抗张力大，即使纤维不够强，也只能被压扁，但不会破裂。因而防止了产品水被原水污染的可能。中空纤维膜比表面积高，一般可达1600030000 m2/m3；本身可以受压而不破裂，不需要支撑材料；单元回收率高。但中空纤维膜制膜技术复杂、管板制作困难、预处理要求高、透过水侧压力损失大、膜污染去处困难。只能采用化学清洗而不能进行机械清洗。按照源水流进纤维的方式可分为：内压式结构原水走管内。外压式结构原水走管外。依据结构内压式与外压式对比：外压式：流道空间不固定，预过滤精度要求更低；适应进水悬浮物含量高的应用，可简化流程；全流过滤，水回收率更高。但是进水由侧位进，有流速梯度递减。膜内有死角，不易清洗。内压式：更易清洗；流道畅通。3）螺旋卷绕式膜组件在卷绕式膜组件中，一个或多个膜袋与由塑料制成的隔网配套，按螺旋形式围着渗透物收集管卷绕。膜袋是由两层膜构成的，两层膜之间设有多孔的塑料网状织物（渗透物隔网）。膜袋三面密封，敞开那一面接到带有孔的渗透物收集管上。原料溶液从端面进入，按轴向流过膜组件，而渗透物在多孔支撑层中按螺旋形式流进收集管。螺旋卷绕式膜组件不仅结构简单、造价低廉，而且相对不易污染。类型优点缺点管式膜组件料液流速可调范围大，浓差极化较易控制，流道通畅，压力损失小，易安装，易清洗，易拆换，工艺成熟。单位体积膜面积小，设备体积大，装置成本高，管口密封较困难。螺旋式膜组件结构紧凑，膜比表面积很大，组件产水量大，工艺较成熟，设备费用低，可使用强度好的平板膜。浓差极化不易控制，易堵塞，不易清洗，换膜困难，不宜在高压下操作。中空纤维式膜组件膜比表面积最大，不需要外加支撑材料，设备结构紧凑，制造费用低。易堵塞，不易清洗，原料液的预处理要求高，换膜费用高。4）盘式过滤器过滤盘结构过滤芯是由一组带沟槽棱边形成的交叉点把水中固体物截留。由于同时具有表面拦截和浓度凝聚的作用，大大提高了过滤效果。与传统的多介质过滤器相比，盘式过滤器具有体积小、工作效率高、过滤芯不需要更换（当滤芯严重污染时，只要拆下清洗即可恢复）等优点可节约大量运行费用。 过滤盘结构 盘滤过滤器外观5.2膜破损检测方法泡点法是表征膜的最大孔径及膜的完整性一种广泛使用的方法。膜首先被液体完全浸润，所有膜孔都充满液体，过滤器底部与压缩空气或氮气相连，当空气或氮气压力逐渐增大到一定值时，气泡会通过膜，而通过第一个气泡时所对应的压力即为该膜的泡点压力。实际测量时，膜应被液体完全浸润并用该液体清洗干净，否则将给所测的泡点压力带来误差。亲水性膜采用水为浸润液体，疏水性膜一般采用醇为浸润液体。根据泡点法的原理可用低于泡点的压力检测膜的缺陷。透明连接通过发现气泡找到损坏膜柱六、工艺流程原水加热器絮凝剂加药双滤料机械过滤器微滤装置过滤水箱过滤水泵阻垢剂加药保安过滤器高压泵一级反渗透装置中间水箱中间水泵氢氧化钠加药保安过滤器高压泵二级反渗透装置电除盐EDI装置除盐缓冲水箱管道增压泵除盐水箱用水单位流程图如下：七、水气实验方法7.1 SDI测定方法（污染指数）1.SDI测定概要：SDI测定是基于阻塞系数（PI ，%)的测定。测定是向47mm的0.45m的微孔滤膜上连续加入一定压力（30PSI，相当于2.1kg/cm2)的被测定水，记录下滤得500mL水所需的时间T0（秒)和15分钟后再次滤得500mL水所需的时间Tt（秒)，按下式求得阻塞系数PI（%)。PI=（1-T0/Tt)100SDI15=PI/15式中15是15分钟。当水中的污染物质较高时，滤水量可取100mL、200mL、300mL等，间隔时间可改为10分钟、5分钟等。2.测定SDI的步骤将SDI测定仪（见图一)连接到取样点上（此时在测定仪内不装滤膜)。打开测定仪上的阀门，对测定仪进行彻底冲洗数分钟。关闭测定仪上的阀门，然后用钝头的镊子把0.45m的滤膜放入滤膜夹具内。确认O形圈完好，将O形圈准确放在滤膜上，随后将上半个滤膜夹具盖好，并用螺栓固定。稍开阀门，在水流动的情况下，慢慢拧松1-2个蝶形螺栓以排除滤膜处的空气。确信空气已全部排尽且保持水流连续的基础上，重新拧紧蝶形螺栓。完全打开阀门并调整压力调节器，直至压力保持在30psi为止。（如果整定值达不到30 psi时，则可在现有压力下试验，但不能低于15 psi。)用合适的容器来收集水样，在水样刚进入容器时即用秒表开始记录，收取100mL水样所需的时间为T0（秒)。水样流动15分钟后，再次用容器收集水样并记录收集水样所花的时间，记作T15（秒)。关闭取样进水球阀，松开微孔膜过滤容器的蝶形螺栓，将滤膜取出保存（作为进行物理化学试验的样品)。擦干微孔过滤器及微孔滤膜支撑孔板。3.测定结果计算按照下式计算SDI值：SDI=（1-T0/T15)100/151） 每次试验过程中压力要稳定，压力波动不得超过5%，否则试验作废。2）选定收集水样量应为500mL（或其他确定的水量值)；两次收集水样的时间间隔为15分钟。3） 如果T15达到120秒，就没有必要进行T15的试验图1 SDI测试装置示意图7.2 PH的测定 玻璃电极法本方法以玻璃电极作指示电极，以饱和甘汞电极作参比电极，以PH4、7或9标准缓冲液定位，测定水样的PH值。1. 仪器1)酸度计：测量范围014PH：读数精度0.02PH。2)玻璃电极，等电位点在PH7左右。3) 饱和甘汞电极。4)温度计：测量范围0-100。5)塑料杯：50mL6) 带线性回归方程的计算器。2.试剂1) PH4标准缓冲液准确称取10.21g邻苯二甲酸氢钾(KHC8H2O4)，溶于试剂水并定容1L。由于此溶液稀释效应小，称量前不必干燥。此溶液放置几周后会发霉，加入少许微量溶性酚或其化合物（如百里酚)作防霉剂即可防止此现象发生。2) PH7标准缓冲液分别准确称取3.5g经12010干燥2小时并冷却至室温的优级纯无水磷酸氢二钠(Na2HPO4)，及3.4g优级纯磷酸二氢钾(KH2PO4)，一起溶于试剂水并定溶至1升。配好的溶液应避免被大气中的二氧化碳沾污。6周后应重新制备。3)PH9标准缓冲液准确称取3.81g优级纯硼砂(Na2B4O710H2O)，溶于无二氧化碳的试剂水中并定容至1升。配好的溶液应尽可能避免与大量的二氧化碳接触。四周后应重新配制。上述标准缓冲液在不同温度条件下PH如表1 所示。标准缓冲液在不同条件下的PH值表B.1温度邻苯二甲酸氢钾中性磷酸盐硼砂54.016.959.39104.006.929.33154.003.909.27204.006.889.22254.016.869.18304.016.859.14354.026.849.10404.036.849.07454.046.839.04504.066.839.01554.076.848.99604.096.848.963.分析步骤1)电极的准备新电极或久置不用的玻璃电极，应预先置于PH4标准缓冲液中浸泡一昼夜。使用完毕，亦应放在上述溶液中浸泡，不要放在试剂水中长期浸泡。使用过程中若发现有油渍污染，取好放在0.1mol/L盐酸，0.1mol/L氢氧化钠，0.1mol/L盐酸中循环浸泡各5分钟，用试剂水洗净后,再在PH4缓冲液中浸泡。B.3.1.2 饱和氯化钾电极使用前最好浸泡在饱和氯化钾溶液稀释10倍的稀溶液中，贮存时把上端的注入口塞紧，使用时则启开。应经常注意从注入氯化钾饱和溶液至一定液位。2)仪器的校正仪器开启半小时后，按说明书的规定，进行调零、温度补偿和满刻度校正等操作步骤。3)PH定位选用一种PH值与被测水样相接近的标准缓冲液。定位前先用试剂水冲洗电极及塑料杯2次以上。然后用干净滤纸将电极底部的水滴轻轻吸干（勿用滤纸去擦拭，以免电极底部带静电导致读数不稳定)。将定位缓冲液倒入烧杯内I浸入电极，稍摇动塑料杯数秒钟。测量水样温度（要求与定位缓冲液温度一致)，查出该温度下定位缓冲液的PH值，将仪器定位至该PH值。重复调零、校正及定位12次，直至稳定为止。7.3电导率的测定方法概要溶解于水的酸、碱、盐电解质，在溶液中解离成正、负离子，使电解质溶液具有导电能力，其导电能力大小可用电导率来表示。电解质溶液的电导率，通常是用两个金属片（即电极)插入溶液中，测量两极间电阻率大小来确定。电导率是电阻率的倒数。其定义是截面积为1cm2，极间距离为1cm时，该溶液的电导。电导率单位为西每厘米（S/cm)。在水分析中常用它的百万分之一即微西每厘米（us/cm)表示水的电导率。溶液的电导率与电解质的性质、浓度、溶液的温度有关。一般，溶液电导率是指25时的电导率。1） 仪器电导仪（或电导率仪)：测量范围010us/cm，相当于-100k电导电极（简称电极)：实验室常用的电导电极为白金电极或铂黑电极。每一电极有各自的电导池常数，分为下列三类：即0.1以下，01 1.0及1.010。温度计：精度应高于0.5。2）试剂1mol/L氯化钾标准溶液：称取在105.干燥2小时的优级纯氯化钾（或基准试剂)74.246g.用新制备的二级试剂水(202)溶解后移入1升容量瓶中，并稀释至刻度，混匀。0.1mol/L氯化钾标准溶液：称取在105，干燥2小时的优级纯氯化钾（或基准试剂)7.4365g 用新制备的二级试剂水(202)溶解后移入1升容量瓶中,并稀释至刻度,混匀。0.01mol/L氯化钾标准溶液：称取在105 干燥2小时的优级纯氯化钾（或基准试剂)0.7440g 用新制备的二级试剂水(202)溶解后移入1升容量瓶中，并稀释至刻度,混匀。B.4.3.4 0.001mol/L氯化钾标准溶液：于使用前准确吸取0.01mol/L氯化钾标准溶液100mL, 移入1升容量瓶中，用新制备的一级试剂水(202)稀释至刻度,混匀。以上氯化钾标准溶液，应放入聚乙烯塑料瓶或硬质玻璃瓶中。密封保存。这此氯化钾标准溶液在不同温度下不同浓度电导率如下表所示：氯化钾标准溶液的电导率 溶液浓度mol/L温度电导率us/cm10182565176978381113420.101825713811167128560.0101825773.81220.51408.80.00125146.933.测试方法1)取50mL至100mL水样（温度255)放入塑料杯中，将电极用被测水样冲洗23次后，浸入水样进行电导率的测定，重复取样测定23次，测定结果读数相对误差均在3%以内，即为所测的电导率值（采用电导仪时读数为电导值)。同时记录水样的温度。2)若水样温度不是25，测定数值应按（1)式换算为25的电导率值。S（25）式中：S（25)-换算成25时水样的电导率，us/cm；St-水温为t时测得的电导，us；K-电导池常数，cm-1；-温度校正系数（通常情况下近似等于0.02)；t-测定时水样温度，。3)对未知电导池常数的电极或者需要校正电导池常数 时，可用该电极测定已知电导率的氯化钾标准溶液（温度255的电导（见表1 )，然后按所测结果处出该电极的电导池常数为了减小误差，应当选用电导率与待测水样相近的氯化钾标准溶液来进行标定。电极的电导池常数按（2)式运算：K=S1/S2式中：K-电极的电导池常数，cm-1；S1-氯化钾标准溶液的电导率us/cm；S2-用未知电导池常数的电极测定氯化钾标准溶液的电导，us。4)若氯化钾标准溶液温度不是25，测定数值应按（1)式换算为25时的电导率值，代入式（2)计算电导池常数。7.4 钠的测定 静态法1.方法概要当钠离子选择电极-PNa电极与甘汞参比电极同时浸入溶液后。即组成测量电池对。其中PNa电极的电位随溶液中钠离子的活度而变化。用一台高阻抗输入的毫伏计测量，即可得到与水样中钠离子活度相对应的电极电位，以PNa值表示：PNa=-lgaNa+PNa电极的电位与溶液中钠离子活度的关系符合能斯特公式：式中：E-PNa电极所产生的电位，V；E0-当钠离子活度为1mol/L时,PNa电极所产生的电位,V；R-气体常数，8.314J.K-1mol-1；T-热力学温度，K；F-法拉第常数，9.64910-4Cmol-1；n-参加反应的得失电子数；aNa+-溶液中钠离子的活度，mol/L。当溶液中钠离子浓度小于10-3mol/L时，钠离子活度近似等于浓度，离子活度系数r1。当钠离子浓度大于10-3mol/L时，离子活度系数r1，在测定中要注意活度系数的修正，为此水样应预先稀释，否则误差较大。当溶液的aNa+10-3mol/L，被测溶液和定位液的温度为20，则式（2)可简化为：0.058logCNa+/CNa+ = E0.058(PNaPNa)= E或 PNa= PNa+E/0.058式中： E-标准溶液的电位与样品溶液电位之差，V；CNa+-标准溶液的钠离子浓度，mol/L；CNa+-样品溶液的钠离子浓度,mol/L；PNa-标准溶液钠离子浓度所对应的PNa值；PNa-样品溶液钠离子浓度所对应的PNa值。为了减少温度的影响，定位液温度和水样的温度不宜超过5。氢离子、钾离子对测定水样中钠离子浓度有干扰，前者可以通过加入碱化剂，使被测溶液的PH大于10来消除，后者必须严格控制Na+：K+至少为10：12.试剂1) 氯化钠标准溶液的配制：2) PNa2标准贮备液（10-2mol/L)：精确称取1.1690g经250350烘干12小时的氯化钠(NaCL)基准试剂(或优级纯)溶于一级试剂水中，然后转入2升的容量瓶中并稀释至刻度，摇匀。3)PNa4标准溶液（10-4mol/L)相当于2.3mgNa+/L。配制时取PNa2贮备液，用一级试剂水准确稀释至100倍。4)PNa5标准溶液（10-5mol/L)相当于230ugNa+/L。配制时取PNa4贮备液，用一级试剂水准确稀释至10倍。5） 碱化剂二异丙胺母液（CH3)2CHNHCN（CH3)2的含量，应不少于98%，测定时贮存于小塑料瓶中。3.仪器1) 离子计或性能类似的其他表计。仪器精度应达到0.01PNa,具有斜率校正功能。2)离子选择电极（钠功能玻璃电极)电极长时间不用，以干放前用一级试剂水清洗干净。当电极定位时间过长，测定时反应迟钝，线性变差都是电极老化或变坏的表现，应更换新电极。当使用无斜率标准功能的钠度计时，要求PNa电极的实际斜率不低于理论斜率的98%，新的久置不用的PNa电极应用沾有四氯化碳或乙醚的棉花擦净电极头部，然后用水冲洗干净，浸泡在3%的盐酸溶液中510分钟用棉花擦净再用一级试剂水洗干净。并将电极浸泡在碱化后的PNa4标准定位液中1小时。3) 甘汞电极（氯化钾浓度为0.1mol/L）甘泵电极用完后应浸泡在与内充液浓度相同的氯化钾溶液中，不能长时间浸泡在纯水中，长期不用时应干放保存，并套上专用的橡皮套，防止内部变干而损坏电极，重新使用前，在与内充液浓度相同的氯化钾溶液中浸泡数小时。测定中如发现读数不稳，可检查甘汞电极的接线是否牢固，有无接触不良现象，陶瓷塞是否破裂或堵塞，有以上现象可更换电极。4)试剂瓶所用的试剂瓶以及取样瓶都应用聚乙烯塑料制品，塑料容器用洗涤剂清后用1：1的热酸浸泡半天，然后用一级试剂水冲洗干净后才能使用。各取样及定位用塑料容器都应专用，不宜更换不同浓度的定位溶液或互相混淆。4.分析步骤1) 仪器开启半小时后，按仪器说明书进行校正。向分析中需使用的PNa4、PNa5标准溶液，一级试剂水和水样中滴加两滴二异丙胺溶液进行碱化，调整PH大于10。以PNa4标准溶液定位，将碱化后的标准溶液摇匀。冲洗电极杯数次，将PNa电极的甘汞电极同时浸入该标准溶液进行定位。定位应重复核对12次。直至重复定位误差不超过PNa40.02，然后以碱化后的PNa5标准溶液冲洗电极和电极杯数次，再将PNa电极和甘汞电极同时浸入PNa5标准溶液中，待仪器稳定后旋转斜率校正旋钮，使仪器指示PNa50.020.03则说明仪器及电极均正常，可进行测定水样。5.水样测定碱化后的一级试剂水冲洗电极和电极杯，使PNa计的读数在PNa6.5以上。再以碱化的被测水样冲洗电极的电极杯2次以上。最后重新取碱化后的被测水样。摇匀，将电极浸泡在被测水样中，摇匀，揿下仪表读数开关，待仪器指示稳定后，记录读数。若水样钠离子浓度大于103mol/L则用一级试剂水稀释后滴加二异丙胺使PH大于10，然后进行测定。经常使用的PNa电极。在测定完毕后应将电极放在碱化后的PNa4标准液中备用。不用的PNa电极以干放为宜，但在干放前以一级试剂水清洗干净。以防止溶液浸蚀敏感膜。电极一般不宜放置过久。 0.1mol/L甘汞电极在测试完毕后，应浸泡在0.1mol/L氯化钾溶液中，不能长时间浸泡在纯水中，以防盐桥微孔中氯化钾被稀释，对测定结果有影响。7.5 碱度的测定1)方法概要水中碱度是指水中含有能接受质子（H+）的物质的量。例如氢氧根、碳酸根、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐、硅酸盐、硅酸氢盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐和氨等都是水中常见的能接受质子的物质（或碱性物质）。通常碱度（JD）可分为理论碱度（JD）理和操作碱度（JD）操。操作碱度又分为酚酞碱度（JD）酚和全碱度（JD）全。理论碱度定义为:（JD)理=HCO3-+2CO32-+OH-OH+酚酞碱度是以酚酞作指示剂测得的碱度，全碱度是以甲基橙（或甲基红亚甲基蓝)作批示载剂测得的碱度。酚酞终点的PH约为8.3，甲基橙终点的PH约为4.2，甲基红亚甲基蓝终点的PH约为5.0。第一法以酚酞（第一终点)和甲基橙（第二终点)作指示剂；第二法以酚酞（第一终点)和甲基红亚甲基蓝（第二终点)作指示剂。2.试剂a) 酚酞指示剂，1%（m/V）乙醇溶液；称取1g酚酞，加100mL95%乙醇溶解，再以0.05mol/LNaOH中和至稳定的微红色；b) 甲基橙指示剂，0.1%水溶液；c) 甲基红亚甲基蓝指示剂；准确称取0.125g甲基红和0.085g亚甲基蓝置于研钵中研磨均匀后,溶于100mL95%乙醇中；d) 氢离子标准溶液，0.1mol/LH+（或0.05mol/LH2SO4)；S（25)配制：量取3mL硫酸（1.84g/mL)，缓缓地加入于1L水中，摇匀，冷却。标定：称取0.2g（称准至0.1mg)基准无水碳酸钠（预先在270300下烘1h，并在干燥器中冷却至室温)，溶于50mL试剂水，加2滴甲基红亚甲基蓝指示剂。用待标定的硫酸溶液滴定至由绿色变为紫色，煮沸23min。冷却，继续滴定至紫色。同时作空白试验。按式（1)计算硫酸标准溶液的氢离子浓度式（1）（ab)106.0CH+硫酸标准溶液的氢离子浓度，mol/L（H+)；m 无水碳酸钠的质量，g；a I滴定碳酸钠消耗硫酸溶液的体积，mL；b I滴定空白消耗硫酸溶液的体积，mL；106.0碳酸钠的摩尔质量，g/mol；20001molNa2CO3相当于氢离子的mmol数。若测定的稍大于0.1，譬如说0.1049，则取此溶液VmL加试剂水V（0.1049/11)或0.049VmL，即可制得0.1000mol/L氢离子浓度的硫酸溶液。e) 氢离子标准溶液，0.05和0.01mol/L（H+)。将0.1000mol/L氢离子浓度的硫酸溶液，分别用试剂水稀释至2倍和10倍即可制得，不必再标定。3 仪器a) 滴定管（酸式，25mL)；b) 微量滴定管（10mL)；C) 锥形瓶（200mL或250mL)；d) 移液管（100mL)。4.分析步骤1) 取100mL透明水样置于锥形瓶中。2) 加入23滴酚酞指示剂。此时溶液若无色，按下一步骤进行。若溶液显红色，用0.05000或0.1000mol/L氢离子浓度的硫酸标准溶液滴定至恰无色。记下硫酸消耗的体积a。3) 在上述锥形瓶中，加入2滴甲基橙指示剂，继续用硫酸标准溶液滴定至橙黄色为止。记下第二次硫酸消耗的体积b（不包括a)。5.分析结果的计算酚酞碱度和全碱度按下列式（2)、（3)计算式(2)式(3)（JD)酚酚酞碱度，mol/L；（JD)全全碱度，mol/L；CH+硫酸标准溶液的氢离子浓度，mol/L；a第一终点硫酸消耗的体积，mL；b第二终点硫酸消耗的体积，mL；V所取水样的体积，mL；7.6 酸度的测定（容量法)1.概要水的酸度是指水中含有能接受氢氧离子物质的量。在本法测定中，以甲基橙作指示剂，用氢氧化钠标准溶液滴定到橙黄色为终点（PH约为4.2)。测定值只包括较强的酸（一般为无机酸)。这种酸度称为甲基橙酸度。其反应式为：H+ + OH- H2O2.试剂1.0.05N（或01N)氢氧化钠标准溶液。2.0.1%甲基橙指示剂。3.测定方法加2滴甲基橙指示剂，用005N（或01N)氢氧化钠标准溶液滴定至溶液呈橙黄色为止，记录所消耗氢氧化钠标准溶液的体积（a)。水样酸度（SD)的数量（me/L)按下式计算N氢氧化钠标准溶液的当量浓度，N。V水样体积，mL；a滴定酸度时所消耗氢氧化钠标准溶液的体积，mL；注：水中若含有游离氯，可加数滴01N硫代硫酸钠溶液，以消除游离氯对测定的影响。7.7 硬度的测定1.测定范围0.1-5 mmol/ L硬度。硬度超过5mmol/L时，可适当减少取样体积，稀释到100毫升后测定。2.方法概要在PH为10.00水溶液中，用铬黑T作指示剂，以乙二胺四乙酸二钠盐（简称EDTA)标准溶液滴定至蓝色为终点。根据消耗EDTA的体积，即可计算出硬度值，为提高终点指示灵敏度，可在缓冲溶液中加入一定量的EDTA二钠镁盐。如果用酸性铬蓝K作指示剂，可不加 EDTA二钠镁盐。铁大于2mg铝大于2mg铜大于0.01mg锰大于0.1mg对测定有干扰，可在加指示剂前用2mL1%L半胱胺盐酸盐溶液和2mL乙醇胺（1+4)进行联合掩蔽消除干扰。3.试剂1)钙标准溶液（1mL含0.01mmoLCa2+):称取1101h的基准碳酸钙(CaCO3)1.0009g,溶于15mL盐酸溶液（1+4)中，以级试剂水稀释至1L。2)氨-氯化铵缓冲液：称取67.5g氯化铵，溶于570mL浓氨水中，加入1gEDTA二钠镁盐并用级试剂水稀释至1L。3) 0.5%铬黑T指示剂（乙醇溶液)：称取4.5g盐酸羟胺，加入18mL水溶解，另在研钵中加0.5g铬黑T（C20H12O7N3SNa)磨匀，混合后，用95%乙醇定容至100mL，贮存于棕色滴瓶中备用。使用期不应超过一个月。4) 5%氢氧化钠溶液。5)盐酸溶液（1+4)。6)EDTA标准溶液。a) EDTA标准溶液的配置：称取4gEDTA溶于一定量的级试剂水中，用级试剂水定容至一升；b) EDTA标准溶液的标定：吸取20mL钙标准溶液于250mL锥形瓶中，加80mL试剂水，按分析步骤2.6.3标定EDTA标准溶液对钙的滴定 度T(mmol/ml),按式（1)计算：T=0.