水处理膜技术基础

膜技术根底

一、膜根本知识

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，在现代经济开展和人民的日常生活中扮演着重要的角色。

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

①膜中分布有微细孔穴，不同孔穴有选择渗透性（筛分效应）。

②膜中存在固定基团电荷，电荷的吸附、排斥产生选择渗透性。

③膜别离物在膜中的溶解、扩散作用产生选择渗透性。

1.2膜别离的特点

膜别离过程与传统化工别离方法，如过虑、蒸发、蒸饵、萃取、深冷别离等过程相比

拟，有如下特点。

①膜别离过程能耗比拟低

大多数膜别离过程都不发生相态变化。由于防止了潜热很大的相变化，膜别离过程的

能耗比拟低。另外，膜别离过程通常在室温下进行，被别离物料加热或冷却的能耗很小.

②适合热敏性物质别离

膜别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）的别离、分级、浓缩和富集。

③别离装置简单、操作方便

膜别离过程的主要推动力一般为压力，因此别离装置简单，占地面积小，操作方便，

有利于连续化生产和自动化控制。

④别离系数大、应有范围广

膜别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别离范围，而且

还使用于许多特殊溶液体系的别离，如溶液中大分子于无机盐的别离。

⑤工艺适应性强

膜别离的处理规模根据用户要求可大可小，工艺适应性强。

⑥便于回收

在膜别离过程中，别离于浓缩同时进行，便于回收有价值的物质。

⑦没有二次污染

膜别离过程中不需要从外界参加其他物质。既节省了原材料，又防止了二次污染。

1.3膜及膜别离过程的分类

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。

按被别离物质性质：气体别离膜、液体别离膜、固体别离膜、离子别离膜、微生.物别

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别离膜及方法

2.1别离膜

别离膜的定义

一般认为广义的别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。厚度可以从儿微米到儿毫米。根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别离、分级、提纯、和富集的

方法，就是膜别离法。

别离膜的种类

目前主要应用为高分子膜

①醋酸纤维素膜：是最早研究的别离膜，由于纤维素及其衍生物是线型棍壮旦不易弯

由的大分子，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；本钱低、无毒。主要缺点：操作温度狭窄，推荐最高操作温

度为3（）℃；较窄的pH值应用范围，一般推荐为3〜6,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lmg/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。

②聚碉类膜

聚碉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、酸类及酯类；有相当宽的pH使用范围，可连续在

pH值为1-13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200X10-6。具有较宽的膜孔径范围，膜的孔径可以从Inm〜0.2um,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。由于聚飒类材

料的疏水性，易被溶质污染。

③聚丙烯月青膜

聚丙烯懵（PAN）是常用来制备超滤膜的聚合物。虽然氟基是强极性基团，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。

④聚酰胺类膜

a聚飒酰胺（PSA）,常用于制备超滤膜。它具有耐高温（约125℃）,耐酸碱（pH2〜

10）,耐有机溶剂，可以用于水和非水溶剂体系。

b芳百聚酰胺膜，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5〜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。

⑤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，耐游离氯性强于聚飒超

滤膜，「泛地用于超滤和微滤过程。但该膜是吮水的，经膜外表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

可到达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别离过程，膜孔径范围在Inm〜O.（）5um。超滤所别

离的组分直径为5nm〜10um,可别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0.1〜0.5MPa,所用超滤膜多为非

对称膜，膜的水透过通量为0.5-5.0m3/（m2・d）。

2.2.2超滤膜别离原理

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

过超滤膜外表时，溶剂和小分子物质透过膜被收集起来；而大分子溶质那么被膜微留而作

为浓缩液被回收。

在超滤中，超滤膜对溶质的别离过程主要有：

在膜外表及微孔内吸附（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、聚碉膜、聚酸飒膜、聚丙烯储、聚偏氟乙烯膜、聚氯乙

烯膜、聚碉酰胺膜等。木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

231什么是反渗透

反渗透别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别

离的过程。

因此反渗透膜别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，那么此外压称为渗透压。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，那么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

均匀的非多孔膜外表皮层内，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：

①溶质和溶剂在膜的料液侧外表吸附溶解；

②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；

③溶质和溶剂在膜的另一侧外表解吸。

2）优先吸附一毛细孔流理论

当溶液中溶有不同物质时，其外表张力将发生不同的变化。例如醇、酸、醛、酯等有

机物时，可使其外表张力减小；但溶入某些无机盐时，反而会使其外表张力减小。

研究发现，溶质的分散是不均匀的，即溶质在溶液外表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外表的吸附现象。使外表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。这种由外表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

外表上。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），别离机理由膜的外表现象和液体通过孔

的传质所决定。膜层有优先吸附水及排斥盐的化学性质，使膜外表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。

错流过滤：物质被流体不断冲走，这

在一定程度上相$令，并降低了维护和清洗

的费用。相反,彳须定期清洗更换介质，这

明显不经济，也

进水

过漉液

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响。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（0H-）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，到达

浓水淡水浓水

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

进水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，从而到达脱盐的目的。

3.2EDI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、阳齿子交换树脂，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。饱和树脂层土

要起吸附和迁移大部电解质的作用，混合树脂层那么承当着去除象弱电解质等较难去除的

离子的任务，而保护树脂层树脂那么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+进入浓室后在阴膜外表富集，而淡水室阴

膜极化产生的OH-透过阴膜。造成了浓水室阴膜外表有一个高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。

极水将电极外表产生的气体（02、H2、02）带出系统。为了保证气体的排放，这局

部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。对于进水阻导率较低，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。电流不够大那么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。

3.3EDI与离子交换比拟

1、产水水质：ED1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、运行本钱：与离子交换比拟EDI不需要酸碱消耗、再生用水和废水处理。因此，EDI的运行

本钱比离子交换小得多。粗略地说，EDI运行本钱仅为离子交换的45%。四、膜系统对水质要求及膜污

染的防治

4.1膜污染

膜污染主要有膜外表覆盖污染和膜孔内阻塞污染两种形式。膜外表污染层大致呈双层

结构，上层为较大颗粒的松散层，紧贴于膜面上的是个粒径的细腻层，一般情况下，松散

层尚缺乏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

外表上的细腻层那么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外表，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

寒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参加的，如外表活性剂、

清洁剂和高分子聚合物絮凝剂等，有的那么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外表而损害膜的性能。

3）微生物污染：微生物污染对滤膜的长期平安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外表，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外表，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1〜2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的范围差异很大。常用的醋酸纤维膜（CA）为2.0〜8.0；

聚飒膜（1.0-12.0）;聚酰胺膜（2.0〜12.0）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10—3（）分钟，然后浸泡10—30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，然后参加十二烷基硫酸钠直至溶

液的浓度到达0.1%（重量百分比）清洗。或用脱氯反渗透水参加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。向溶液中参加柠檬酸，直

至pH到达2.5后进行清洗。

5）硅污染:配置含氟化氢镂2.4%、柠檬酸2.4%（重量百分比）的混合溶液必要时，

继续参加柠檬酸直至溶液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.D02-0.003%残留游离氯的水溶液清洗。

4.4清洗时间确实定

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5—15%,那么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）o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（当污染物和水石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，说明膜元件外表已积累了大量污染物、沉降物。膜元件如果到达这种污染程

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、膜别离组件及膜破损检验方法

5.1膜别离组件

膜组件的根本要求

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；制造本钱低；

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6〜24mm,每个

膜组件中膜管数目一般为4~18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

中空纤瓦膜外径为50~100um或15~45um。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。

中空纤维膜比外表积高，一般可达16000〜30000m2/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：

内压式结构一原水走管内。外压式结构一原水走管外。

依据结构内压式与外压式比照：

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。原料溶液从端而进入，按

轴向流过膜组件，而渗透物住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，浓差极化较易单位体积膜面积小，设备体积大，

控制，流道通畅，压力损失小，易安装，装置本钱高，管口密封较困难。

易清洗，易拆换，工艺成熟。

螺旋式膜组结构紧凑，膜比外表积很大，组件产浓差极化不易控制，易堵塞，

件水量大，工艺较成熟，设备费用低，可使不易清洗，换膜困难，不宜在高

用强度好的平板膜。压下操作。

中空纤维式膜比外表积最大，不需要外加支撑材易堵塞，不易清洗，原料液

膜组件料，设备结构紧凑，制造费用低。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。由于同时具有外表拦截

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，否那么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

原水一加热器一絮凝剂加药一双滤料机械过滤器一微滤装置一过滤水箱一过滤水泵

阻垢剂加药保安过滤瑞一高压泵一•级反渗透装置一中间水箱一中间水泵-氢氧化钠

加药一保安过滤器一高压泵一二级反渗透装置一电除盐EDI装置一除盐缓冲水箱一管道增

压泵一除盐水箱一用水单位

流程图如下：

七、水气实验方法

7.1SDI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d）47mm的0.45,h的微孔滤膜

上连续参加一定压力（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=（l-TO/Tt）X100

SDI15=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1（）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）。

翻开测定仪上的阀门，对测定仪进行彻底冲洗数分钟。

关闭测定仪上的阀门，然后用钝头的镣子把0.45~m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

检固定。

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根底上，重新拧紧蝶形螺栓。

完全翻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30psi时，

那么可在现有压力下试验，但不能低于15psi。）

用适宜的容器来收集水样，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T151秒）。

关闭取样进水球阀，松开微孔膜过滤容器的

蝶形螺栓，将流膜取出保存（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二（l-T0/T15）X100/15

1）每次试验过程中压力要稳定，压力波动

不得超过±5%,否那么试验作废。

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到达120秒,就没有必要进行

T15的试验

图1SD1测试装置示意图

7.2PH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

I）酸度计：测量范围0—14PH：读数精度W0.02PH。

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：50mL

6）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（KHC8H204）,溶于试剂水并定容1L。由于此溶液

稀释效应小，称量前不必枯燥。此溶液放置几周后会发霉，参加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120±10℃枯燥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

溶液应防止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(Na2B4O7・10H2O),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防止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

54.016.959.39

104.006.929.33

154.003.909.27

204.006.889.22

254.016.869.18

304.016.859.14

354.026.849.10

404.036.849.07

45-4.046.839.01

504.066.839.01

554.076.848.99

604.096.848.96

3.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。使用过程中假设发现有油渍

污染,取好放在O.lmol/L盐酸，O.lmol/L氢氧化钠，O.Imol/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.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，使用时那么启开。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c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【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，将仪渊

定位至该PH值。重复调零、校正及定位1—2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lcm2,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）o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25c

时的电导率。

1）仪器

电导仪（或电导率仪）：测量范围0—10us/cm,相当于8--i00k。

电导电极（简称电极）：实验室常用的电导电极为白金电极或钻黑电极。每一电极有

各自的电导池常数，分为以下三类：即0.1以下，01—1.0及1.0—10。

温度计：精度应高于±（）.5℃。

2）试剂

Imol/L氯化钾标准溶液：称取在105℃.枯燥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（20±2℃）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℃,枯燥2小时的优级纯氟化钾（或基准试

剂）7.4365g用新制备的二级试剂水（20±2℃）溶解后移入1升容量瓶中，并稀释至刻度,混匀。

0.0lmol/L氯化钾标准溶液：称取在1（）5℃枯燥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（20±2℃）溶解后移入1升容量瓶中，并稀释至刻度，混

匀。

B.4.3.40.00lmol/L氯化钾标准溶液：于使用前准确吸取0.0lmol/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（20±2℃）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C电导率us/cm

065176

11897838

25111342

07138

0.11811167

2512856

0773.8

0.01

181220.5

251408.8

0.00125146.93

3.测试方法

1）取50mL至100mL水样（温度25±5C）放入塑料杯中，将电极用被测水样冲洗2—3

次后，浸入水样进行电导率的测定，重复取样测定2—3次，测定结果读数相对误差均在土

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）假设水样温度不是25C,测定数值应按（1）式换算为25c的电导率值。

Stk

y3s（25C）潞第邈F率…/»

K------电导池常数，cm-1；；

B------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，。C。

3）对未知电导池常数的电极或者需要校正电导池常数时，可用该电极测定电导率的

氯化钾标准溶液〔温度25±5℃的电导（见表I）,然后按所测结果处出该电极的电导池常

数为了减小误差，应中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：电极的电导池常数，cm-1；

Sl——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）假设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lmol/L时,PNa电极所产生的电位,V；

•mol-1；

T--热力学温度，K；

F--法拉第常数，9.649X10-4C•mol-1；

n——参加反响的得失电子数；

aNa+-------溶液中钠离子的活度，mol/L。

当溶液中钠离子浓度小于10-3moi/L时，钠离子活度近似等于浓度，离子活度系数r

^lo当钠离子浓度大于10-3moi/L时，离子活度系数rWl,在测定中要注意活度系数的修

正，为此水样应预先稀释，否那么误差较大。

当溶液的aNa+V10-3moi/L,被测溶液和定位液的温度为20℃,那么式（2）可简化为：

0.0581ogC'Na+/CNa+=AE

0.058（PNa—PNa'）=AE

或PNa=PNa'+AE/0.058

式中：AE……标准溶液的电位与样品溶液电位之差，V；

C1Na+—-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，前者可以通过参加碱化剂，使被测溶液的PH大于1（）来消

除，后者必须严格控制Na+：K+至少为10：1

2.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250—350℃烘干1—2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(1()-5moi/L)相当于23()ugNa+/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。仪器精度应到达±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

响迟钝，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醛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

5-10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O.lmol/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月。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1—2次。直至重复定位误差不超

过PNa4±0.02,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PNa5

±0.02-0.03那么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，揪下仪表读数开关，待仪器指示稳定后，记录读数。假设水样钠

离子浓度大于1()〜3moi/L那么用一级试剂水稀释后滴加二异丙胺使PH大于1(),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。

O.lmol/L甘汞电极在测试完毕后，应浸泡在O.lmol/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、桂酸氢盐、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（或喊性物质）。

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

酣碱度（JD）酚和全碱度（JD）全。理论碱度定义为：

皿理==[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]—[OH+]

酚肽碱度是以酚酸作指示剂测得的碱度，全碱度是以甲基橙（或甲基红一亚甲基蓝）

作批示载剂测得的碱度。酚敢终点的PH约为8.3,甲基橙终点的PH约为4.2,甲基红一亚

甲基蓝终点的PH约为5.0。第一法以酚猷（第一终点）和甲基橙（第二终点）作指示剂；第

二法以酚猷（第一终点）和甲基红一亚甲基蓝（第二终点）作指示剂。

2.试剂

a）酚儆指示剂，1%（m/V）乙醇溶液；

称取1g酚fit力n100mL95%乙醵溶解，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）甲基红一亚甲基蓝指示剂；

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）,缓缓地参加于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270〜300℃下烘lh,并在

枯燥器中冷却至室温），溶于50mL试剂水，加2滴甲基红一亚甲基蓝指示剂。用待标定的

硫酸溶液滴定至由绿色变为紫色，煮沸2〜3min。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⑴

（a—b）•106.0

CH+一一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一一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；

2000——ImolNa2c03相当于氢离子的mmol数。

假设测定的稍大于（）.1,譬如说0.1049,那么取此溶液VmL加试剂水V（0.1049/1-

1）或0.049•VmL,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+）0

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）o

4.分析步骤

I）取100mL透明水样置于锥形瓶中。

2）参加2〜3滴酚麟指示剂。此时溶液假设无色，按下一步骤进行。假设溶液显红色,

用0.050（）0或0.10（）（）mol/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，参加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

酚酸碱度和全碱度按以下式（2）、（3）计算

式⑵

式⑶

（JD）酚——酚酿:碱度，mol/L；

（JD）全---全碱度，mol/L；

CH+一一硫酸标准溶液的氢囹子浓度，mol/L；

a——第一终点硫酸消耗的体积，mL；

b——笫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42）。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。其反响式为：

H++OH-H2O-------►

2.试剂

1.0.05N〔或0.1N）氢氧化钠标准溶液。

%甲基橙指示剂。

3.测定方法

加2滴甲基橙指示剂，用0.05N（或0.1N）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）o

水样酸度（SD）的数量（me/L）按下式计算

N一氢氧化钠标准溶液的当量浓度，No

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：水中假设含有游离氯，可加数滴（）.1N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

I.测定范围

0.1--5mmol/L硬度。硬度超过5mmol/L时，可适当减少取样体积，稀释到100亳升

后测定。

2.方法概要

在PH为1（）.（）（）水溶液中，用格黑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，可在缓冲溶液中参加一定量的EDTA二钠镁盐。如果用酸性铭蓝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镒大于O.lmg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

I)钙标准溶液(1mL含0.01mmoLCa2+):称取1IO℃lh的基准碳酸钙(CaC03)1.0009g,

溶于15mL盐酸溶液(1+4)中，以II级试剂水稀释至1L。

2)氨-氯化铉缓冲液：称取67.5g氯化铁，溶于570mL浓氨水中，参加IgEDTA二钠

铁盐并用II级试剂水稀释至1L。

3)().5%格黑T指示剂1乙醇溶液)：称取4.5g盐竣羟胺，参加18mL水溶解，另在研

转中加0.5g铭黑T(C20Hl2O7N3SNa)磨匀，混合后，用95%乙醒定容至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H级试剂水中，用II级试剂水

定容至一开；

b)EDTA标准溶液的标定：吸取20mL钙标准溶液于250mL锥形瓶中，力口80mLiI试

剂水，按分析步骤标定EDTA标准溶液对钙的滴定度T(mmol/ml),按式(1)计算：T=0.01

X20/c-b«

试中0.01一钙标准溶液的浓度，mmol/mL;

20—吸取钙标准溶液的体积

c—标定时消耗EDTA标准溶液的体积，mL

b一滴定空白溶液时消耗EDTA标准溶液的体积，mL

4.分析步骤

1)取I()()ml,水样注入250mL锥形烧瓶中如果水样浑浊取样前应过滤。注：水样酸性

或碱性很高时，可用5%氢氧化钠溶液或盐酸溶液(1+4)中和后再加缓冲溶液。

2)加5mL氨一氯化胺缓冲溶液，加2〜3滴铭黑T指示剂。

注：碳酸盐硬度较高的水样，在参加缓冲溶液前应先稀释或先参加所需EDTA标准溶

液量的80%—90%(记入滴定体积内)，否责那么缓冲溶液参加后，碳酸钙析出，终点延长。

3)在不断摇动下，用EDTA标准溶液进行滴定，接近终点时应缓慢滴定，溶液由酒红

转为蓝即为终点。全部过程应于5分钟内完成温度不应低于15℃o

4)另取100mLII级试剂水,按2)、3)操作步骤测定空