水化学及水处理概述

1、水化学及水处理方法概论水化学及水处理方法概论2 2主体简述主体简述水、水溶液、水循环水、水溶液、水循环水溶液的浓度及溶解度水溶液的浓度及溶解度水质参数与替代参数水质参数与替代参数原水类型和水质分析原水类型和水质分析水中的主要杂质水中的主要杂质水水-碳酸盐系统碳酸盐系统水中的杂质对系统设备的影响水中的杂质对系统设备的影响水处理方法概论水处理方法概论典型的水处理工艺流程典型的水处理工艺流程3 3水水/H/H2 2O O分子结构分子结构HHO4 4H H2 2O O氢键与水的基本性质氢键与水的基本性质F 高高 F.P.F高高 B.P.F高粘度高粘度F 高融解高融解F 高表面张力高表面张力F 高汽化热

2、高汽化热5 5普遍的溶剂：普遍的溶剂： 水的这种极性使它能溶解大部分物质水的这种极性使它能溶解大部分物质HHOHHOHHOHHOHHOHHOHHOHHO+ Ion I6 6H2O优良的溶剂优良的溶剂 极性较强的分子极性较强的分子 两性电解质两性电解质 通过通过 水合效应水合效应 配合作用配合作用 离子接触离子接触溶解与之接触的物质溶解与之接触的物质 没有机会接触没有机会接触H2O，只有水溶液，只有水溶液7 7水的自然循环水的自然循环 地球表面的蒸地球表面的蒸发发 浓缩和乌云的浓缩和乌云的形成形成 地面的散布地面的散布 凝结雨、雪凝结雨、雪等等8 8水的社会循环水的社会循环9 9水中含有成分的量

3、化水中含有成分的量化浓度浓度 质量浓度质量浓度 摩尔浓度摩尔浓度 当量浓度当量浓度 用用“CaCO3”表示的浓度表示的浓度 用用“度度”表示的浓度表示的浓度1010水中含有成分的量化水中含有成分的量化质量浓度质量浓度质量浓度：质量浓度：质量百分比：主要用在高浓度溶液质量百分比：主要用在高浓度溶液part per million (ppm) 毫克每毫升（毫克每毫升（mg/l) 例如：例如：1 m3水含有水含有40 g Ca2+, 则：则：其浓度为其浓度为40mg/l(以以Ca表示表示)约为约为 1111水中含有成分的量化水中含有成分的量化摩尔浓度摩尔浓度 mol/l 一摩尔某物质指包含该物质一摩

4、尔某物质指包含该物质6.023x1023个基本粒子个基本粒子(分子、离子、原子和电子分子、离子、原子和电子)的质量的质量例如：1 m3水含有40 g Ca2+, 则： 40 g Ca2+即等于1 mol，因此该溶液中Ca2+的摩尔浓度为： 1 mol /1000L = 0.001 mol/L1212水中含有成分的量化水中含有成分的量化当量浓度当量浓度毫当量每升毫当量每升meq/1313举例举例1414用用“CaCOCaCO3 3”表示的浓度表示的浓度1515 PPM PPM 以以 CaCOCaCO3 3 计计1616用用“度度”表示硬度的浓度表示硬度的浓度 德国度：1德国度 = 10 mg/l

5、 CaO 法国度：1法国度 = 10 mg/l CaCO3 英国度：1英国度 = 14.28 mg/l CaCO3 1mmol/L硬度=2.8 德国度 1mmol/L硬度= 5 法国度 1mmol/L硬度= 50 mg/l CaCO3 1mmol/L硬度= 28mg/l CaO1717溶解度溶解度难溶化合物在难溶化合物在25oC时的溶解度时的溶解度化合物溶解度mg/l化合物溶解度mg/lCa(OH)21130FeS0.1CaCO312Fe(OH)310-12CaSO4.2H2O2060/CaCO3Fe2S310-8CaF227Mn(OH)23.2Mg(OH)213.5MnS1.4BaCO322

6、Cu(OH)20.033BaSO42CuCO35.2Fe(OH)20.7CuS10-12FeCO1818水质参数与替代参数水质参数与替代参数 水质参数凡能反映水的使用性质的一种量 替代参数不指向具体成分，但反映某一类成分的共同属性，并以 集体量表达 水处理常用的水质参数和替代参数： TDS、电导率、电阻率、硬度、碱度 浊度、TSS、SDI 色度、嗅、味 TOC、COD、BOD、三卤甲烷(THM)、UV(254nm)吸光度 总大肠杆菌 叶绿素1919水的电导率水的电导率2020电导率和电阻率电导率和电阻率 电导率跟浓度和溶解的盐的类型成比例 电阻率是电导率的倒数 在pH在之间的时候TDS (pp

7、m)=0.65电导率2121电导率电导率 vs 电阻率电阻率 2222水中阴、阳离子间的关系水中阴、阳离子间的关系 全部阳离子所带的总正电荷必须与全部阴离子所带全部阳离子所带的总正电荷必须与全部阴离子所带的总负电荷相等的总负电荷相等即：全部阳离子的meq/l=全部阴离子的meq/l工程水质分析允许如下误差：阴离子 阳离子 (0.1065+0.0155 阳离子) 阳离子和阴离子之间存在某种组合关系阳离子和阴离子之间存在某种组合关系称为“假想化合物”2323原水类型和水质分析原水类型和水质分析 原水类型可按总含盐量（TDS）和总有机物含量（TOC）来划分：来自一级RO产水的低盐度高纯度产水或超纯水

8、系统中的抛光阶段的给水，总可溶性固体含量TDS最高为50mg/L；TDS小于500mg/L的低盐度自来水；天然有机物（NOM）含量低，TDS小于5,000mg/L的中等含盐量地下水；TDS小于5,000mg/L的中等含盐量苦咸水；TOC和BOD含量高，TDS小于5,000mg/L的中等含盐量三级废水；TDS介于5,000-15,000mg/L的高含盐量苦咸水；TDS在35,000mg/L左右的海水。2424地表水地表水 主要来源于湖泊，池塘，水库，河流主要来源于湖泊，池塘，水库，河流 性质：性质： 高浊度，悬浮颗粒高浊度，悬浮颗粒 高有机物含量高有机物含量 低的矿物质含量（可变）低的矿物质含量

9、（可变） 温度的波动温度的波动2525地下水地下水 定义为地表以下的水，包括井水，地下权水定义为地表以下的水，包括井水，地下权水和地下蓄水层的水和地下蓄水层的水 性质：性质：低浊度低浊度低有机物含量低有机物含量高的矿物质含量（含量相对固定）高的矿物质含量（含量相对固定）稳定的温度稳定的温度2626海水海水 含盐量为35,000mg/L的海水称为标准海水，因为世界上绝大多数的海水具有上述的含盐量，其中的离子组成比例全世界也十分相近，但是实际总TDS变化范围很宽，从波罗的海的海水含盐量为7,000mg/L到红海和波斯湾的海水含盐量为45,000mg/L。由于土壤影响和内陆水的渗入，近海岸井水的含盐

10、量及组成却变化极大 2727原水水质分析原水水质分析2828水中的主要杂质水中的主要杂质 非离子形态的和悬浮物非离子形态的和悬浮物 气体气体2929非离子形态的和悬浮物非离子形态的和悬浮物 泥沙，泥浆，污垢泥沙，泥浆，污垢 有机物质有机物质 油，微生物油，微生物 胶体状硅胶体状硅应该在预处理中除去和大量减少应该在预处理中除去和大量减少3030将测试膜片小心放在测试膜盒内，用少许水润湿膜片，拧紧“O”形密封圈，将膜盒垂直放置，还应注意膜片有正反面的区别调节进水压力至2.1bar（30psi）并立即计量开始过滤500mL水样的时间t0（通过连续不断的调节，使进水压力始终保持不变）在进水压力为2.1

11、bar（30psi）下连续过滤15分钟15分钟后继续记录过滤同样500mL所需的时间t15，保留滤器上的膜片以便作进一步的分析计算当t15是t0的4倍时，SDI15值是5。如果水样完全将膜片堵塞住时，SDI15值为6.7。 Silt Density Index (SDI)图1. 淤积指数测量仪2.1bar15分钟后测量膜直径47mm孔径0.45m预处理产水开始500毫升所需时间t0最后500毫升所需时间t15稳压阀3131气体气体 二氧化碳（空气） 氧气 （空气） 氨 （化肥） 甲烷 （土壤中的细菌） 硫化氢 （土壤中的细菌） 氯 （杀菌剂）3232离子形态的和溶解物离子形态的和溶解物 非有机

12、的阴/阳离子 带电荷的有机物质 溶解硅3333离子型杂质离子型杂质 离子就是带电荷的颗粒 正电荷（阳离子）和负电荷（阴离子）单价的，正电荷（阳离子）和负电荷（阴离子）单价的，两价的和三价的两价的和三价的3434水中经常出现的阳离子水中经常出现的阳离子 Ca2+ Mg2+ Na+ K+ Al3+ Ba2+ Fe2+ (ferrous) Fe3+ (ferric)3535水中经常出现的阴离子水中经常出现的阴离子 HCO3- Cl- SO42- F- CO32- NO3- Silica (HSiO3- or SiO2)3636有机污染物有机污染物 自然产生的复杂的腐殖质和腐烂植物里产生的棕黄酸 清洁

13、剂和工业废水中人为产生的一些有机杂质3737有机污染的性质有机污染的性质 很宽的分子量分布 季节的变化 主要的阴离子聚合体3838离子型的杂质：有机物的化学机构离子型的杂质：有机物的化学机构3939硅的性质硅的性质()4040原水中最常见的溶解固体原水中最常见的溶解固体CalciumBicarbonate Ca(HCO3)2Sulfate CaSO4MagnesiumBicarbonate Mg(HCO3)2Sulfate MgSO4SodiumBicarbonate NaHCO3Sulfate Na2SO4Chloride NaC4141溶解固体和电导率之间的关系溶解固体和电导率之间的关系4

14、242酸，碱和酸，碱和pH：水的解离：水的解离H H2 2O HO H+ + + OH + OH- -K Kw w = H = H+ +OHOH- - = 1 x 10 = 1 x 10-14-4343pH 范围范围4444氢离子浓度氢离子浓度4545水水-碳酸盐系统碳酸盐系统4646The Effect of the Carbonate Cycle on pH4747COCO2 2HCOHCO3 3- -COCO3 32-2-4848水中的杂质对系统设备的影响水中的杂质对系统设备的影响4949 水处理是对水质成分的变革，即通过各种必要的工艺技术（物理的、化学的、生物的，或其组合)，去除其中的

15、不必要的成分，从而达到所需水质标准的净化过程 给水处理为使用 废/污水处理(工业废水、市政污水）为排放 天然水源减少，水质劣化废/污水处理的排放观念已经不再两类水处理工艺技术的隶属关系已经模糊，界限日渐淡化5050 水处理工艺流程概论水处理工艺流程概论 由于单一的水处理单元方法是难以满足要求，所以将由于单一的水处理单元方法是难以满足要求，所以将多种基本单元多种基本单元过程互相配合过程互相配合，组成一个水处理工艺过程，称为水处理工艺流程。，组成一个水处理工艺过程，称为水处理工艺流程。 选择水处理流程的基本出发点是：选择水处理流程的基本出发点是： (1)(1)以较低的成本、安全稳定的运行过程；以较

16、低的成本、安全稳定的运行过程； (2)(2)获得满足水质要求的水；获得满足水质要求的水； (3)(3)水处理设施所在的地区气候、地形地质、技术水处理设施所在的地区气候、地形地质、技术 经经 济条件的济条件的差异，也会影响到水处理工艺流程的选择。差异，也会影响到水处理工艺流程的选择。 5151非离子形态的和悬浮物泥沙，泥浆，污垢，漂浮物胶体(有机、无机)有机体油，微生物气体二氧化碳氧气 氨 甲烷 硫化氢 氯 溶解物 离 子 型非离子型、有机后处理pH调节MBRO-2多价离子Ca2+Mg2+CO32-SO42-单价离子Na+ Cl -NO3-NH4+腐殖质和腐烂产生的棕黄酸清洁剂和工业废水中人为产

17、生的一些有机杂质生化、絮凝沉淀、多介质过滤、超滤、脱气；软化器、阻垢剂活性炭过滤、化学品、杀菌剂等预处理IX, UF, NF, RO核心处理针对特别应用的调整5252（1） 地面水常规处理工艺系统（2） 典型的地表水处理流程；（3） 典型除污染给水处理流程；（4） 采用活性炭吸附除污染的水处理工艺系统；（5） 臭氧活性炭水处理工艺系统；（6） 高锰酸钾除污染工艺系统。典型的给水处理工艺流程有：典型的给水处理工艺流程有：5353 典型的污水处理工艺流程分为：典型的污水处理工艺流程分为： （1） 城市污水一级处理系统； （2） 城市污水二级处理系统； （3） 城市污水深度处理系统； （4） 高浊度

18、的水质处理工艺流程； 5454 给水处理工艺流程：给水处理工艺流程： 给水处理的主要水源有地表水和地下水两大类。常规的地表水处理以去除水中的浑浊物质和细菌、病毒为主，水处理系统主要由澄清和消毒工艺组成，典型的水处理流程如下所示： 原水混凝沉淀过滤消毒饮用水 典型地表水处理流程5555 原水预处理混 凝沉 淀过 滤消 毒活性炭吸附饮用水典型除污染给水处理流程 地面水常规处理工艺系统出水絮凝池清水池过滤池沉淀池混合装置混凝剂原水C5656 受污染水源水采用活性炭吸附除污染的水处理工艺系统出水清水池 颗粒活性炭滤池过滤池沉淀池絮凝池 混合装置投粉末活性炭混凝剂混凝剂投 混合装置絮凝池沉淀池 过滤池

19、颗粒活性炭滤池清水池出水 臭氧活性炭水处理工艺系统受污染水源水臭氧接触池臭氧5757 粉末活性炭高锰酸钾臭氧受污染水源水高锰酸钾除污染工艺系统出水清水池 颗粒活性炭滤池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投混凝剂生物处理构筑物受污染水源水图47 生物处理除污染工艺系统出水清水池过滤池沉淀池絮凝池混合装置投混凝剂5858 活性炭过滤城市自来水建筑物或建筑小区的自来水深度处理工艺系统 出水消 毒膜分离装置细 过 滤砂 过 滤投混凝剂5959 污水处理工艺流程：污水处理工艺流程： 按污水种类可分为：城市污水处理和工业污水处理；按处按污水种类可分为：城市污水处理和工业污水处理；按处理后的水的去向可分为：排放和回用等；不同的污水及不同理后的水的去向可分为：排放和回用等；不同的污水及不同的用途，需要采用不同的处理流程。的用途，需要采用不同的处理流程。 典型的城市污水主要来源时城市居民生活污水，主要的去典型的城市污水主要来源时城市居民生活污水，主要的去除对象是有机污染物，一般用除对象是有机污染物，一般用BODB