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水质基础知识 基础 一 水中的9种杂质1 微粒物质包括泥沙 铁锈 藻类 悬浮物 微纤维等微粒杂质 肉眼可见 这些微粒常常悬浮在水流之中 水产生的浑浊现象 这些微粒很不稳定 可以通过沉淀和过滤而除去 水在静置的时候 重的微粒 主要是砂子和粘土一类的无机物质 会沉下来 轻的微粒 主要是动植物及其残骸的一类有机化合物 会浮于水面上 用预沉 过滤等分离方法可以除去 微粒物质是造成浊度 色度 气味的主要来源 自来水 二次供应的自来水 江河湖泊水中均可能存在 2 胶体物质胶体物质是比离子物质大而比颗粒物质小 直径在10 4 10 6mm之间的微粒 胶体是许多分子和离子的集合物 天然水中的无机矿物质胶体主要是铁 铝和硅的化合物 水中的有机胶体物质主要是植物或动物的肢体腐烂和分解而成的腐殖物 其中以湖泊水中的腐殖质含量最多 因此常常使水呈黄绿色或褐色 只记粉红色文字 胶体颗粒不能借重力自行沉降而去除 一般是在水中加入药剂破坏其稳定 使胶体颗粒增大而沉降予以去除 地表水或地下水都可能存在胶体物质 3 离子物质包括 阳离子 阴离子 阳离子如钙离子 镁离子 铁离子等 阴离子氯离子 硫酸盐离子 磷酸盐离子等 离子物质通常易溶于水中 溶解物质可以用离子交换或除盐等方法予以去除 4 不反应的溶解气体如空气中的氮气等 只记粉红色文字 5 可反应的溶解气体天然水中常见的溶解气体有氧气 O2 二氧化碳 CO2 有时还有硫化氢 H2S 二氧化硫 SO2 氮气 N2 和氨 NH3 等 这些溶解于水中的气体 大都对金属有腐蚀作用 是引起水系统金属腐蚀的重要因素 空气中的CO2对纯水影响最大 CO2存在于空气中并很容易溶于水中 使水质呈酸性 即PH值低于7 水质越纯 越易受空气的影响 影响主要表现为PH值 电导 阻 率 6 微生物主要指水中的细菌含量 中国自来水的常规细菌允许含量 100cfu ml 纯水的常规细菌允许含量 1cfu ml 7 热源热源又称细菌内毒素 主要用于医药用水特别是注射用水时需考量热源的含量控制 实验室中有细胞培养等生物方面的应用时 对热源用含量控制要求 只记粉红色文字 8 有机物质水中的有机物质主要是指腐殖酸 生活污水和工业废水的污染物 腐殖物质是水生生物一类的生命活动过程的产物 这些有机物污染着水体 并使水质恶化 水中的有机物有个共同特点 就是要进行生物氧化分解 需要消耗水中的溶解氧 而导致水中缺氧 同时会发生腐败发酵 使细菌滋长 恶化水质 破坏水体 工业用水的有机污染 还会降低产品的质量 有机物是引起水体污染的主要原因之一 地表水中有机物含量通常高于地下水中的含量 9 残留消毒剂自来水公司为控制水中的细菌含量 会添加消毒剂来控制总细菌数 常用的消毒剂为含氯制剂 当氯加到水中会产生含氧化性极强的化合物如余氯 起到消毒杀菌的作用 对于采用反渗透技术的水处理设备而言 氧化性极强的余氯会对RO膜造成很大的损伤 因此在预处理中必须严格去除 常用活性碳吸附去除 只记粉红色文字 天然水中的杂质对水质什么影响 天然水中的杂质对水质的主要影响如下 理解即可 理解即可 二 水处理常用名词解释1 什么是水的浑浊度 由于水中含有微粒杂质 使得原是无色透明的水产生浑浊现象 其浑浊的程度称为浑浊度 浑浊度的单位是用 NTU 来表示的 控制浑浊度是工业水处理的一个重要内容 根据水的不同用途 对浑浊度有不同的要求 生活饮用水的浑浊度不得超过5度 在工业水处理中 主要是采用混凝 澄清和过滤的方法来降低水的浑浊度 SDI代表污染指数2 什么是水的总固体 溶解固体和悬浮固体 水中除了溶解气体之外的一切杂质称为总固体 而水中的固体又可分为溶解固体和悬浮固体 这二者的总和即称为水的总固体 溶解固体是指水经过过滤之后 那些仍然溶于水中的各种无机盐类 有机物等 悬浮固体是指那些不溶于水中的泥砂 粘土 有机物 微生物等悬浮物质 总固体的测定是蒸干水分再称重得到的 只记粉红色文字 其余理解即可 3 什么是水的含盐量 TDS值 水的含盐量 也称矿化度 是表示水中所含盐类的的总含量 由于水中各种盐类一般均以离子的形式存在 所以含盐量也可以表示为水中各种阳离子的量和阴离子的量的和 水的含盐量与溶解固体的含义有所不同 因为溶解固体不仅包括水中的溶解盐类 还包括有机物质 同时 水的含盐量与总固体的含义也有所不同 因为总固体不仅包括溶解固体 还包括不溶解于水的悬浮固体 所以 溶解固体和总固体在数量上都要比含盐量高 但是 在不很严格的情况下 当水比较清净时 水中的有机物质含量比较少 有时候也用溶解固体的含量来近似地表示水中的含盐量 水质的TDS值是指溶解性总固体含量 在水处理计算中 通常被用作水的含盐量的代替值 常可用TDS笔作快速测得 其单位为PPM 通常TDS 电导率间的关系可简易换算为 1ppm 2us cm 只记粉红色文字 其余理解即可 4 什么是水的硬度 水中有些金属阳离子 同一些阴离子结合在一起 容易形成水垢 附着在物体表面 我们把水中这些金属离子的总浓度称为水的硬度 如在天然水中最常见的金属离子是钙离子 Ca2 和镁离子 Mg2 它与水中的阴离子如碳酸根离子 CO32 碳酸氢根离子 HCO3 硫酸根离子 SO42 氯离子 Cl 以及硝酸根离子 NO3 等结合在一起 形成钙镁的碳酸盐 碳酸氢盐 硫酸盐 氯化物 以及硝酸盐等硬度 水中的铁 锰 锌等金属离子也会形成硬度 但由于它们在天然水中的含量很少 可以略去不计 因此 通常就把Ca2 Mg2 的总浓度看作水的硬度 通常 地下水 井水等的硬度较大 地表水的硬度较小 中国北方地区的水质较硬 南方地区的水质较软 通常 若水质的硬度大于200PPM 则在反渗透处理之前必须对原水进行软化 否则易在RO膜表面结垢 影响RO膜的产水质量及使用寿命 水的硬度对锅炉用水的影响很大 因此 锅炉用水时必须进行软化或除盐处理 只记粉红色文字 其余理解即可 只记粉红色文字 其余理解即可 5 水的电阻率 电导率 二者的关系 水的电阻率和电导率的大小 与水中含盐量的多少 水中离子浓度 离子的电荷数以及离子的运动速度有关 水越纯 电阻率越大 电导率越小 电阻和电导是成反比的关系 目前 最纯的水质电阻率为18 25M cm 水质越纯 电阻率和电导率越易受空气中的CO2的影响 因此超纯水的电导电阻检测必须在线检测 才可保证其准确性 6 什么是水的PH值 有什么意义 水的PH值是表示水质酸碱性的相对值 PH值范围规定在1 14之间 以7为中性的界限 1 PH 7时水质为酸性 PH值越小 酸性越强 7 PH 14时水质为碱性 PH值越大 碱性越强 纯水的PH值很容易受空气中的CO2的影响 水质越纯 对CO2的溶解性越强 因此中国实验室水质标准GB6682 92对一 二级纯水的PH值不作规定 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杂质 故1毫克 升的杂质相当于水中含有百万分之一份杂质 1微克 升相当于水中含有十亿分之一份的杂质 也可以ppb来表示 1mg L 1ppm1 g L 1ppb1ppm 1000ppb8 常用实验项目缩写名称的说明 除TOC外不需死记 PCR 分子生物测试 基因研究及细胞培养等IVF 受精卵培养AA 原子吸收分析仪HPLC 高效液相色谱ICP 电感耦合等离子光谱TOC 总有机碳 水中的有机物质含量 以有机物中的主要元素 碳的量来表示 只记粉红色文字 其余理解即可0 只记粉红色文字 其余理解即可0 9 什么是水的预处理 预处理有哪些主要方法 水的预处理是在水精制处理之前 预先进行的初步处理 以便在水的精处理时取得良好效果 提高水质 延长精处理设备的使用寿命 预处理的方法很多 主要有预沉 混凝 澄清 过滤 软化 消毒等 用这些方法预处理之后 可以使水的悬浮物 浊度 色度 胶体物 有机物 铁 锰 暂时硬度 微生物 挥发性物质 溶解的气体等杂质除去或降低到一定的程度 预沉就是大容积 低流速的自然沉淀处理 如沉沙池 预沉池 混凝利用铁盐 铝盐 高分子等混凝剂 与水中的杂质通过絮凝和架桥作用生成大颗粒沉淀物 然后通过其他设备 如澄清池 过滤池等 予以除去 澄清通过混凝剂作用而形成的大颗粒沉淀物在澄清池内分离 沉淀物除去 得到澄清水 过滤将被处理的水 流经装有特殊过滤材料装置 如各种滤池等 截留水中杂质 予以去除 软化采用化学药剂 如石灰水 苏打粉等 使水中碳酸氢盐硬度除去 或是采用阳离子交换树脂等方法除去水中的钙 镁 铁离子等 这一过程称为软化 消毒加入杀菌剂 如液氯 漂白粉等 杀灭水中的微生物 只记粉红色文字 其余理解即可 二 10种常见的水处理方法1 沉淀过滤法这是一种最原始的过滤方法 它是依靠水中微粒杂质的自身重量下沉来达到分离的目的 常用于水中杂质颗粒较大的场所 如江河湖水的初步自然澄清过滤 2 蒸馏法蒸馏法是把水加热 变成气体 分出混入气相中的低沸点成分或飞沫成分 低沸点气体放于大气中 不挥发性不纯物残留于液相中 成为浓缩液排出 如此把水精制成高纯度的水 此法耗电耗水量很大 且使用时需有人看守 使用不方便 现已较少使用 3 薄膜微孔过滤 MF 法薄膜微孔过滤法包括三种形式 深层过滤 筛网过滤 表面过滤 深层过滤是以编织纤维或压缩材料制成的基质 利用隋性吸附或是捕捉方式来留住颗粒 如常用的多介质过滤或砂滤 深层过滤是一种较为经济的方式 可去除98 以上的悬浮固体 同时保护下游的纯化单元不会被堵塞 因此通常作为预处理 表面过滤则是多层结构 当溶液通过滤膜时 较滤膜内部孔隙大的颗粒将被留下来 并主要堆积在滤膜表面上 如常用的PP纤维过滤 表面过滤可去除99 9 以上的悬浮固体 所以也可作为预处理或澄清用 筛网滤膜基本上是具有一致性的结构 就象筛子一般 将大于孔径的颗粒 都留在表面上 这种滤膜的孔量度是非常精准的 如超纯水机终端使用的保安过滤器 筛网过滤微孔过滤一般被置于纯化系统中的最终使用点 以去除最后的残留微量树脂片 碳屑 胶体和微生物 4 活性炭吸附法活性炭依靠吸附和过滤作用主要去除水中的异色 异味 余氯 残留消毒物等有机物杂质 只记粉红色文字 其余理解即可 5 电渗析渗析是一种物理现象 如将两种不同浓度的盐水 用一张渗透膜隔开 浓度高的盐水中的溶质如无机盐离子通过膜向浓度低的盐水中渗透 这个现象就是渗析 这种渗析是由于含盐量浓度不同而引起的 称为浓差渗析 因为是以浓度差作为推动力 扩散速度始终是比较慢的 如果要加快这个速度 就可以在膜的两边加一直流电极 电解质在电场的作用下 会加快迁移的速度 这就称为电渗析 电渗析耗电量大 且渗析膜片易坏 在反渗透技术出现后已很少使用 6 离子交换 IX 法离子交换法的原理是将原水中的无机盐阴阳离子如钙离子Ca2 镁离子Mg2 硫酸盐SO42 硝酸盐NO3 等 通过与离子交换树脂交换 使水中的阴 阳离子与树脂中的阴 阳离子相交换 从而使水得到软化或纯化 注1 原水是指相对于每一个过滤单元而言 其进水就称为原水 重点 通常用1L树脂可以交换1至2T的反渗透产水 只记粉红色文字 其余理解即可 离子交换树脂 分为阴离子树脂 R OH 和阳离子树脂 H R和Na R 两种 其中阳离子树脂根据其活性基团的不同而分为钠型树脂 Na R 和氢型树脂 H R 钠型树脂常用于水质软化 氢型树脂常和阴离子树脂R OH一起配合使用 以去除水中的无机盐阴阳离子 使水质纯化为超纯水 注2 离子交换树脂指离子交换树脂的高分子基团通常以R表示 a 纯化过程 如以H R代表氢型阳树脂 其纯化水质的交换过程如下 2H R Ca2 R2Ca 2H 2R OH SO42 R2SO4 2OH 以上过程中生成的H 和OH 再反应 H OH H2O即水质通过离子交换器后 水中的无机盐阴阳离子被置换成H2O 达到纯化的目的 只记粉红色文字 其余理解即可 b 软化过程 如以Na R代表钠型树脂 其交换过程如下 2Na R Ca2 R2Ca 2Na 2Na R Mg2 R2Mg 2Na 即水质通过钠离子交换器后 水中的Ca2 Mg2 被置换成Na 达到软化的目的 c 再生过程 离子交换树脂使用一段时间后 树脂中的离子被交换完全后 达到饱和程度 失去离子交换能力 此时就需要对树脂进行再生 软化树脂需要用Nacl即食盐溶液进行再生 再生过程的化学反应与上述软化过程的离子交换反应正好相反 纯化水用阳树脂需要用酸进行再生 阴树脂需要用碱进行再生 再生过程的化学反应与上述纯化过程的离子交换反应正好相反 只记粉红色文字 其余理解即可 7 超过滤 UF 法微孔薄膜是依其过滤孔径的大小来去除微粒 而超滤 UF 薄膜则像一个分子筛 它以尺寸为基准 让溶液通过极微细的孔 以达到分离溶液中不同大小分子之目的 超滤膜是一种强韧 薄 具有选择性的通透膜 通常认为其过滤孔径约为0 01 m 可截留某种特定大小以上的分子 包括 胶质 微生物和热源 较小的分子 例如 水和离子 都可通过滤膜 超滤法常用于果汁浓缩 中草药提取 反渗透的预处理 超纯水的终端保安过滤等 超滤的功能及特性超滤 UF 是一个以压力差为推动力的膜分离过程 一般认为超滤是一种筛孔分离过程 在压差的推动下 原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧 所得到的液体一般称为滤出液或透过液 而大的粒子组分被膜截留 使它在滤剩液中浓度增大 达到溶液的净化 分离与浓缩的目的 只记粉红色文字 其余理解即可 超滤技术的特点超滤膜早期用的是醋酸纤维素膜材料 以后还用聚砜 聚醚砜 聚丙烯腈 聚氯乙烯 聚偏氟乙烯 氯乙烯醇等以及无机膜材料 膜的孔径大约0 002 0 1 m 截留分子量大约为500 500000 其操作压力在0 07 0 7MPa左右 超滤过程有如下的特点1 过程无相变 可以在常温及低压下进行因而能耗低 2 物质在浓缩分离过程中不发生质的变化 适合热敏物质的处理 3 能将不同分子量的物质分级分离 4 在使用过程中超滤膜无杂质脱落 保证超滤液的纯净 理解即可不要记忆 8 紫外线 UV 臭氧灭菌法紫外灯所放射出来的254nm的紫外线是一种有效的杀菌方法 因为细菌中的DNA及蛋白质会有吸收紫外线导致死亡 什么是紫外线紫外线是光谱中介于可见光和X射线之间波段范围内的光波 其波长范围在100nm和400nm之间 其中又可分为长波紫外 中波紫外 短波紫外和真空紫外四个波段 也有分为A B C D波紫外线 A波紫外线 长波紫外线 315 400nmB波紫外线 中波紫外线 280 315nmC波紫外线 短波紫外线 200 280nmD波紫外线 真空紫外线 100 200nm什么是紫外线消毒紫外线杀菌的原理是生物细胞内含有的脱氧核糖核酸 DNA 能吸收240 280nm范围内的光波 而在对260nm波长的光波吸收达到最大值 使DNA受到破坏导致细菌死亡 紫外线消毒特点是 杀生能力强 接触时间短 设备简单 操作管理方便 处理后的水无色 无味 无中毒的危害 不会增加像氯气杀生时出现的氯离子 然而 紫外线没有余氯那样的持续杀生的作用 而且汞灯使用的寿命短 价格贵 处理水量也小 理解即可红色文字需记忆 理解即可红色文字需记忆 紫外线杀菌装置是怎样的在饮用水生产中应用的紫外杀菌装置由低压汞灯 壳体 电气装置组成 通电后可产生波长为254nm的紫外线 紫外线灯管外套有石英管 要求能耐高温 对254nm的紫外线通过率为90 以上 过流式紫外线灯管的壳体常用不锈钢材料制成 壳体内壁要求有很高的光洁度 对紫外线的反射率至少达85 以上 水在通过装有紫外灯管的壳体时受紫外光辐射 实现对水的消毒杀菌 紫外线灯的选择 185nm的UV灯可去除TOC 254nm的UV灯杀菌 在水纯化系统中 使用了低压汞灯 水银密封在灯管内部 利用放电过程启动水银灯 通过发送与特定光线或者波长对应的能量而使汞原子返回至基态 254nm波长紫外属于杀菌范围 而185nm波长的光可以使氧气转化为臭氧同时可以使水裂解 通常被用于有机物分子光氧化过程 即去除TOC 普通玻璃能够吸收所有低于320nm波长的光 因此 无论是185nm还是254nm波长的光均不可穿过玻璃 因此 为了使这些波长的光能够穿透水 汞灯必须采用石英套管 而这两种波长的光线在水中的表现存在一定的差异 由于水分子不能吸收254nm波长对应的能量 因此254nm很好地被传送 而185nm的光波由于被水分子吸收强度迅速下降 此外 微粒与一定的有机物质 例如腐殖酸与褐菌素 能够阻止或者吸收紫外线 理解即可 紫外线杀菌效果与哪些因素有关影响紫外线杀菌效果的因素主要有灯管的功率 水流速度即水体在壳体内停留时间 水层受辐射的距离 紫外线灯管的功率随着使用时间的增加其辐射能量随之降低 杀菌效果下降 应保证供电电压的稳定以使辐射能量的稳定 当水流量一定时 过流面积大 水流速度慢 水体在壳体内有足够长的停留时间 有利于杀菌 但是 壳体直径越大 水层厚度也越厚 离灯管的距离也就越远 杀菌效果也就差 用紫外线消毒要注意些什么a 紫外线消毒不像氯气消毒有余氯能保持作用 因而消毒后的水要加强管理 防止再污染 b 使用紫外线汞灯消毒时 灯管点燃后须有5 15min的稳定时间 c 电气方面要采取措施 以保证灯管的额定功率和电压稳定 否则点燃功率不足时 将影响杀菌效果 臭氧灭菌使用臭氧来维持有效的细菌控制时 臭氧是被提供于贮存桶内并被循环回路线上的紫外线单元去除 去除臭氧的紫外线其波长为254nm 并须具有比一般紫外线单元更高的紫外线强度 臭氧是极不稳定的物质 其衰退速率依温度而变化 温度越高衰退越快 在水中常温下的半衰期为22分钟 理解即可 9 EDI法EDI即连续电除盐装置 是一种新的去离子水处理方法 EDI装置将离子交换树脂充夹在阴 阳离子交换膜之间形成EDI单元 这种方法不需再用酸碱对树脂进行再生 环保性好 现已广泛应用 9 1 EDI模块的构造 重点 须理解红色文字需记忆 9 2 EDI模块的工作原理EDI模块 膜堆 是EDI工作的核心 一个简单的EDI膜堆主要由两个电性相反的电极和多个模块单元对组成 一个膜单元对由一个填满阳离子和阴离子交换树脂的淡水室 一个阳膜 一个阴膜 一个浓水室组成 EDI膜堆包含多个膜单元对 在每个膜堆的内部有两个电极 正极带正电压 负极带负电压 电流在正极和负极之间通过膜单元 任一个淡水室都包含着阳树脂和阴树脂 一个阳膜朝着阴极的方向把淡水室和浓水室分开 在另外一边 阴膜也把淡水室和浓水室分开 EDI用的膜和RO用的膜很不相同 RO用的膜允许小颗粒的分子污染物和离子以及水通过 而EDI膜象离子交换树脂一样是用聚苯乙烯材料制作的 只允许带适当电荷的离子通过 水基本上不能通过 树脂通过水的分离持续的再生 在电场中 给水中的水分子被分离成H 和OH 被异性电荷相吸 H 通过阳阳树脂移向阴极的方向 OH 通过阴树脂移向阳极的方向 这种H 和OH 的迁移再生了树脂 阳膜允许H 通过进入浓水室 阴膜允许OH 通过也进入浓水室 H 和OH 结合生成生产的水 浓水室中自己水的流动将带走水中的阴阳离子 膜阻止带相反电荷的离子的进入淡水室在水流通过淡水室的过程中 离子被树脂去处 所以膜的有效侧 淡水室 就会产生纯水 在纵向上可以把EDI工作过程由进水侧到产水侧分成 部分 靠近进水侧称为饱和区 即这部分区间里 填充的树脂已和进水的离子发生离子交换 靠近出水侧的称为再生区 即在这部分区间里 出水的大部分离子已经除去 少量弱电离离子在这里得到去除 同时纯水在这个区间里被电离 生成的 和 得以再生填充的树脂 在饱和区和再生区之