水处理演示教材

北京海德能公司水处理介绍1水的分布与特性

地球表面约3/4的地方被水覆盖着，其中97.2％的水在海洋里，2.24％的水在冰川和两极的冰冠中。此外，在地层里还有地下水，在空气中还有水蒸气。地球上可以直接供人类生活、生产用的淡水，仅占总水量的千分之一左右。从这个意义上说，地球上的水又是极为有限的。2水资源的稀缺性

我国水资源总量为2.8万亿m3，据专家分析最多可用总量为8000亿～9000亿m3，人均可用水资源量为600-700m3。由于时空分布不均，特别是空间分布的巨大差异，使得全国各地的人均可用水资源量差距更大。在我国水资源地区分布中，南方人口占全国的54.4%，水资源量占到81%，北方人口(不含内陆区)占全国的43.2%而北方水资源量(不含内陆区)仅占14.4%。南北方的人均水资源量显示出明显的不均衡性。在北方部分地区，地表水的开发利用已达到极限，地下水持续大面积超采。南方地区大面积水质性严重污染，造成可用水资源量的迅速减少，统计资料表明，全国660座城市中，有400多座严重缺水。水资源由不足到紧缺，由紧缺到极度匮乏，已逐渐成为影响当地发展的主要制约因素。3地下水地下水是由降水经过土壤地层的渗流而形成的。地下水按其深度可以分为表层水、层间水和深层水。通常由工矿企业自行开采用作水源使用的地下水均属层间水，即中层地下水。这种水含盐量较高，硬度较大，并且由于地下水与大气接触不畅通，水中溶解氧很少，以离子态形式存在的Fe2+、Mn2+较高，有时由于生物氧化作用还会产生H2S气体。Fe2+含量大于0.3mg/L的地下水，遇到空气会渐渐变为淡黄色；Mn2+含量大于0.1mg/L的地下水，遇到空气会渐渐变为浅黑色；使用含有H2S气体的地下水或者酸性地下水会使皮肤出现麻疹，瘙痒。因此，含Fe2+、Mn2+地下水用作工业和生活用水时，必须进行处理。4地表水地表水是指雨雪、江河、湖泊以及海洋的水。这些水的特点都与它们的形成过程密切相关。雨雪杂质含量少且含盐量低，平均含盐量只有40mg/L左右，硬度也很低，属于软水。江河的水是经过地面径流汇集而成的，它接触了岩石及其风化产物、土壤等，溶入了一些盐类，因此含盐量比雨雪高；同时由于其冲刷作用，卷带了大量的泥沙、粘土等悬浮物质，而使水的浑浊度很高。湖泊由于水面宽广，流动缓慢，如果流入和排出湖泊的水量都较大时，那么湖水蒸发量相对较小，因而可以保持较低的含盐量而成为淡水湖；否则，如果流入的水量大部被蒸发，使湖水浓缩含盐量增加，那就变为咸水湖或盐湖。海水的蒸发量大，经过长年累月，海水中的含盐量高达35000mg/L左右。5水中的杂质天然水中的杂质，按照其颗粒的大小不同可以分为三类：1、颗粒最大的为悬浮物质；2、其次是胶体物质；3、颗粒最小的是离子和分子，称为溶解物质。6悬浮物质泥沙、粘土使水浑浊、产生粘泥藻类及原生动物 使水有色度、有臭味、浑浊并产生粘泥细菌 致病、产生粘泥、产生腐蚀其他不溶物质产生沉积7胶体物质

溶胶（如硅胶） 致使结垢高分子化合物（如腐殖酸胶体等）使水浑浊、产生吸附和沉积8溶解物质

盐类：1、钙镁盐酸式碳酸盐 产生碱度、硬度碳酸盐 产生碱度、硬度硫酸盐 产生硬度氯化物 产生硬度、腐蚀、气味2、钠盐酸式碳酸钠产生碱度碳酸盐 产生碱度硫酸盐 产生含盐量氯化物 产生盐类、气味氟化物 过量会致病3、铁盐及锰盐产生气味、硬度和腐蚀金属4、气体氧——产生腐蚀二氧化碳 产生腐蚀和酸度硫化物 产生腐蚀、酸度和臭味有机物分解气体 污染水体9阴离子水中主要的阴离子有Cl－、SO42－、HCO3－、CO32-、OH-等,其中HCO3-、ＣO32-、OH-在水中常与阳离子K+、Na+、Mg2+、Ca2+等组成碱度，它们之间的量的变化要影响水的ＰＨ值的变化，从这一变化可以知道水的属性是腐蚀型的或是结垢型的。因此，它们是影响水的性质和作用的主要离子。Cl－是水中最为常见的阴离子，是引起水质腐蚀性的催化剂，能强烈地推动和促进金属表面电子的置换反应，特别是对供水系统的不锈钢材料，应力集中处（如热应力、震荡应力等），会引起Cl-富集，加速电化学腐蚀过程。由于Cl－与强碱性阴离子树脂的亲合力比OH-大15～20倍，因此，可用阴离子树脂交换除去。SO42-也是水中较为普遍存在的阴了子，与阳离子Ca2+等生成CaSO4沉淀而结垢，它又是水中硫酸盐还原菌的营养源。10阳离子水中主要的阳离子有K+、Na+

、Ca2+

、Mg2+

、Fe3+

、Mn2+等，其中Na+是水中最为常见的的阳离子，Na+、K+、的存在使水的电导率上升，增加了水的不稳定倾向；其中Ca2+、Mg2+是组成水中硬度的主要离子，在一定条件下，常在受热设备的表面结垢，影响传热效果。Fe3+、Mn2+很易生成Fe(OH)3、Mn(OH)2

的沉淀形成水垢，从而产生垢下腐蚀，又是铁细菌生长的促进剂。11工艺介绍12工艺流程机械过滤→活性炭过滤→保安过滤→一级反渗透→一级混床13反渗透介绍14反渗透基础知识

物质世界是由原子、分子和细胞等微观单元构成的，然而这些微小的物质单元总是杂居共生，热力学第二定律揭示了微观粒子都会倾向于无序的混合状态。人们发明了过滤、蒸馏、萃取、电泳、层析和膜分离等分离技术来获取纯净的物质。膜分离技术的基础是分离膜。分离膜是具有选择性透过性能的薄膜，某些分子（或微粒）可以透过薄膜，而其它的则被阻隔。15过滤图谱

16卷式膜元件结构示意图

17反渗透原理

18pH对透水量及脱盐率的影响

19PH与电导率的关系对于天然水RO/NF系统，pH降低会使产水电导率升高。这是由于天然水一般都含有碳酸氢根（HCO3-）,而碳酸氢根与氢离子、二氧化碳和碳酸根的平衡关系受到pH值的影响。在pH降低时二氧化碳含量增加，膜对二氧化碳没有分离效果（进、产水中二氧化碳浓度相等），透过膜的二氧化碳会建立新的平衡，增加产水电导率。20二氧化碳(CO2)

二氧化碳为气体，当溶于水时与水反应生成弱碳酸（H2CO3）。如纯水中二氧化碳处于饱和状态，其浓度约为1600ppm，pH值约为4.0。自然界水体中二氧化碳的来源是基于pH值的碳酸氢根平衡。水体中的二氧化碳浓度间接的决定于pH值与碳酸氢根浓度的对应关系。二氧化碳与碳酸氢根离子在pH值的4.4－8.2区间保持平衡。pH值为4.4时碱性物均为二氧化碳，pH值为8.2时碱性物均为碳酸氢根。【Rodesign】程序运用碳酸氢根浓度与pH值计算水中二氧化碳浓度。由于二氧化碳为气体，RO膜对其不具有脱除或浓缩作用，其浓度在给水、淡水与浓水中相同。在给水中加酸将碳酸氢根化为二氧化碳，故而pH值下降。21污染倾向的检测和评价

有效地控制和预防生物污染的首要前提是要知道生物污染问题发生的可能性。许多生物污染问题在长时间不加注意后才逐渐引起注意。以下是一些可能增加生物污染危险的因素：◆装置设计：管道系统过长，光照、死水端、龟裂、未消毒的水槽等。◆进水特性：高温（＞25℃），大量的细菌（＞10CUF／mL），高SDI，有机物含量过高等。◆操作特性：不经常性地监控操作参数，使用被微生物污染的预处理药剂，较低的错流流速，贮存周期过长等。22清洗时膜面的状态示意图

23RO系统故障诊断和排除

●在正常给水压力下，产水量较正常值下降10～15%；●为维持正常的产水量，经温度校正后的给水压力增加10～15%；●产水水质降低10～15%（产水电导率增加10～15%；）●给水压力增加10～15%；●系统各段之间压力降明显增加。24膜系统故障诊断一览表污染种类可能污染位置压降进水压力脱盐率下降金属氧化物污染（Fe，Mn，Cu，Ni，Zn）一段，最前端膜元件迅速增加迅速增加迅速增加胶体污染（有机和无机混合物）一段，最前端膜元件逐渐增加逐渐增加轻度增加矿物垢(Ca，Mg，Ba，Sr)末段，最末端膜元件适度增加轻度增加一般增加聚合硅沉积物末段，最末端膜元件一般增加增加一般增加生物污染任何位置，通常前端膜元件明显增加明显增加一般增加有机物污染（难溶NOM）所有段逐渐增加增加降低阻垢剂污染二段最严重一般增加增加一般增加氧化损坏(Cl2，Ozone，KMnO4)一段最严重一般增加降低增加水解损坏（超出pH范围）所有段一般降低降低增加磨蚀损坏（碳粉等）一段最严重一般降低降低增加O型圈渗漏无规则一般降低一般降低增加（内连接管或适配器）（通常在给水适配器处）胶圈渗漏（由于产水背压造成）一段最严重一般降低一般降低增加胶圈渗漏最末端元件增加增加增加（在清洗或冲洗时由关闭产水阀而造成）（污染初期和压差升高）（污染初期和压差升高）25树脂介绍离子交换树脂在长期使用中易受悬浮物质，胶体物质，有机物，细菌，藻类和铁，锰等的污染，使离子交换能力降低甚至失去。因此，须根据情况对树脂进行不定期的活化处理，活化方法可根据污染情况和条件而定。一般阳树脂在软化中易受Fe3+的污染，可用盐酸浸泡后逐渐稀释。阴树脂易受有机物污染，可用10%NaCl+2～5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗。必要时可用1%双氧水溶液浸泡数分钟。其他，也可采用酸，碱交替处理法，漂白处理法，酒精处理法及各种灭菌法等等。26混床再生介绍27混合离子交换器中的离子交换反应

Ca2+Ca2R≡SO3-H

+

Mg2+

Mg(R≡SO3)2+2H＋(阳树脂交换)2Na+2Na

SO42-

SO42R≡N-OH+

2Cl-

→2(R≡N-Cl)+

2OH-(阴树脂交换)2HCO3-

(HCO３)22HSiO３-(HSiO３)２由上面的反应可知，经氢型阳树脂交换反应生成的Ｈ+和经氢氧型阴树脂交换反应生成的ＯＨ-，在混合离子交换器内立即得到中和并生成水，不存在反离子的干扰，因此，离子交换反应进行得十分彻底，其出水水质纯度很高。28再生要点1、分层2、使用纯度高的酸碱3、冲洗4、混合29EDI电再生离子交换装置

不需要酸碱再生，无再生污染，不须污水处理设施可连续生产不需要处理废酸碱安装条件简单，占地面积小运行成本低，耗电量小安装维修简便，维修和增减设备的容量非常容易水质稳定，高产率产生超纯水标准设计。30E-CELL™介绍

31进水要求

项目

单位

进水要求

TEA(总可交换阴离子，包括CO2）ppm

<25电导率uS/cm<

65 pH值 5

到9 硬度（以CaCO3计）ppm<0.5*

活性硅ppm

<

0.5TOC ppm

<

0.5游离氯 ppm<0.05 Fe,Mn,H2S

ppm

<

0.01 SDI15min.

<1.0 油脂 测不出度浊度NTU<1.0 氧化物测不出色度 APHA

<5 32浓水加盐液的规格

进水电导率低的E-Cell™系统可能无法产生足够的浓水电导率来维持通过模块的电流，电流过小的话难以提供很高的产水水质。加盐装置作为系统的选件可以提高浓水电导率。氯化钠

(以固体中含量计算)

>99.80%钙和镁

(以Ca计算)

<0.05%铜 <0.5ppm铁 <5.0ppm重金属

(以Pb计算)

<2.0ppm注:1.如果盐中含有其它杂质请在使用前咨询E-Cell公司。某些杂质可能引起模块內结垢。2.分析纯的盐也可能达不到要求，而有些食品级的盐能够符合要求且较便宜。用于化学清洗的

NaCl

与浓水加盐的要求不同。33E-CELLMK-2STACK™运行参数

参数

范围