水處理演示教材

北京海德能公司水處理介紹1水的分布與特性

地球表面約3/4的地方被水覆蓋著，其中97.2％的水在海洋里，2.24％的水在冰川和兩極的冰冠中。此外，在地層里還有地下水，在空氣中還有水蒸氣。地球上可以直接供人類生活、生產(chǎn)用的淡水，僅占總水量的千分之一左右。從這個意義上說，地球上的水又是極為有限的。2水資源的稀缺性

我國水資源總量為2.8萬億m3，據(jù)專家分析最多可用總量為8000億～9000億m3，人均可用水資源量為600-700m3。由于時空分布不均，特別是空間分布的巨大差異，使得全國各地的人均可用水資源量差距更大。在我國水資源地區(qū)分布中，南方人口占全國的54.4%，水資源量占到81%，北方人口(不含內(nèi)陸區(qū))占全國的43.2%而北方水資源量(不含內(nèi)陸區(qū))僅占14.4%。南北方的人均水資源量顯示出明顯的不均衡性。在北方部分地區(qū)，地表水的開發(fā)利用已達到極限，地下水持續(xù)大面積超采。南方地區(qū)大面積水質(zhì)性嚴重污染，造成可用水資源量的迅速減少，統(tǒng)計資料表明，全國660座城市中，有400多座嚴重缺水。水資源由不足到緊缺，由緊缺到極度匱乏，已逐漸成為影響當?shù)匕l(fā)展的主要制約因素。3地下水地下水是由降水經(jīng)過土壤地層的滲流而形成的。地下水按其深度可以分為表層水、層間水和深層水。通常由工礦企業(yè)自行開采用作水源使用的地下水均屬層間水，即中層地下水。這種水含鹽量較高，硬度較大，并且由于地下水與大氣接觸不暢通，水中溶解氧很少，以離子態(tài)形式存在的Fe2+、Mn2+較高，有時由于生物氧化作用還會產(chǎn)生H2S氣體。Fe2+含量大于0.3mg/L的地下水，遇到空氣會漸漸變?yōu)榈S色；Mn2+含量大于0.1mg/L的地下水，遇到空氣會漸漸變?yōu)闇\黑色；使用含有H2S氣體的地下水或者酸性地下水會使皮膚出現(xiàn)麻疹，瘙癢。因此，含F(xiàn)e2+、Mn2+地下水用作工業(yè)和生活用水時，必須進行處理。4地表水地表水是指雨雪、江河、湖泊以及海洋的水。這些水的特點都與它們的形成過程密切相關(guān)。雨雪雜質(zhì)含量少且含鹽量低，平均含鹽量只有40mg/L左右，硬度也很低，屬于軟水。江河的水是經(jīng)過地面徑流匯集而成的，它接觸了巖石及其風化產(chǎn)物、土壤等，溶入了一些鹽類，因此含鹽量比雨雪高；同時由于其沖刷作用，卷帶了大量的泥沙、粘土等懸浮物質(zhì)，而使水的渾濁度很高。湖泊由于水面寬廣，流動緩慢，如果流入和排出湖泊的水量都較大時，那么湖水蒸發(fā)量相對較小，因而可以保持較低的含鹽量而成為淡水湖；否則，如果流入的水量大部被蒸發(fā)，使湖水濃縮含鹽量增加，那就變?yōu)橄趟螓}湖。海水的蒸發(fā)量大，經(jīng)過長年累月，海水中的含鹽量高達35000mg/L左右。5水中的雜質(zhì)天然水中的雜質(zhì)，按照其顆粒的大小不同可以分為三類：1、顆粒最大的為懸浮物質(zhì)；2、其次是膠體物質(zhì)；3、顆粒最小的是離子和分子，稱為溶解物質(zhì)。6懸浮物質(zhì)泥沙、粘土使水渾濁、產(chǎn)生粘泥藻類及原生動物 使水有色度、有臭味、渾濁并產(chǎn)生粘泥細菌 致病、產(chǎn)生粘泥、產(chǎn)生腐蝕其他不溶物質(zhì)產(chǎn)生沉積7膠體物質(zhì)

溶膠（如硅膠） 致使結(jié)垢高分子化合物（如腐殖酸膠體等）使水渾濁、產(chǎn)生吸附和沉積8溶解物質(zhì)

鹽類：1、鈣鎂鹽酸式碳酸鹽 產(chǎn)生堿度、硬度碳酸鹽 產(chǎn)生堿度、硬度硫酸鹽 產(chǎn)生硬度氯化物 產(chǎn)生硬度、腐蝕、氣味2、鈉鹽酸式碳酸鈉產(chǎn)生堿度碳酸鹽 產(chǎn)生堿度硫酸鹽 產(chǎn)生含鹽量氯化物 產(chǎn)生鹽類、氣味氟化物 過量會致病3、鐵鹽及錳鹽產(chǎn)生氣味、硬度和腐蝕金屬4、氣體氧——產(chǎn)生腐蝕二氧化碳 產(chǎn)生腐蝕和酸度硫化物 產(chǎn)生腐蝕、酸度和臭味有機物分解氣體 污染水體9陰離子水中主要的陰離子有Cl－、SO42－、HCO3－、CO32-、OH-等,其中HCO3-、ＣO32-、OH-在水中常與陽離子K+、Na+、Mg2+、Ca2+等組成堿度，它們之間的量的變化要影響水的ＰＨ值的變化，從這一變化可以知道水的屬性是腐蝕型的或是結(jié)垢型的。因此，它們是影響水的性質(zhì)和作用的主要離子。Cl－是水中最為常見的陰離子，是引起水質(zhì)腐蝕性的催化劑，能強烈地推動和促進金屬表面電子的置換反應(yīng)，特別是對供水系統(tǒng)的不銹鋼材料，應(yīng)力集中處（如熱應(yīng)力、震蕩應(yīng)力等），會引起Cl-富集，加速電化學(xué)腐蝕過程。由于Cl－與強堿性陰離子樹脂的親合力比OH-大15～20倍，因此，可用陰離子樹脂交換除去。SO42-也是水中較為普遍存在的陰了子，與陽離子Ca2+等生成CaSO4沉淀而結(jié)垢，它又是水中硫酸鹽還原菌的營養(yǎng)源。10陽離子水中主要的陽離子有K+、Na+

、Ca2+

、Mg2+

、Fe3+

、Mn2+等，其中Na+是水中最為常見的的陽離子，Na+、K+、的存在使水的電導(dǎo)率上升，增加了水的不穩(wěn)定傾向；其中Ca2+、Mg2+是組成水中硬度的主要離子，在一定條件下，常在受熱設(shè)備的表面結(jié)垢，影響傳熱效果。Fe3+、Mn2+很易生成Fe(OH)3、Mn(OH)2

的沉淀形成水垢，從而產(chǎn)生垢下腐蝕，又是鐵細菌生長的促進劑。11工藝介紹12工藝流程機械過濾→活性炭過濾→保安過濾→一級反滲透→一級混床13反滲透介紹14反滲透基礎(chǔ)知識

物質(zhì)世界是由原子、分子和細胞等微觀單元構(gòu)成的，然而這些微小的物質(zhì)單元總是雜居共生，熱力學(xué)第二定律揭示了微觀粒子都會傾向于無序的混合狀態(tài)。人們發(fā)明了過濾、蒸餾、萃取、電泳、層析和膜分離等分離技術(shù)來獲取純凈的物質(zhì)。膜分離技術(shù)的基礎(chǔ)是分離膜。分離膜是具有選擇性透過性能的薄膜，某些分子（或微粒）可以透過薄膜，而其它的則被阻隔。15過濾圖譜

16卷式膜元件結(jié)構(gòu)示意圖

17反滲透原理

18pH對透水量及脫鹽率的影響

19PH與電導(dǎo)率的關(guān)系對于天然水RO/NF系統(tǒng)，pH降低會使產(chǎn)水電導(dǎo)率升高。這是由于天然水一般都含有碳酸氫根（HCO3-）,而碳酸氫根與氫離子、二氧化碳和碳酸根的平衡關(guān)系受到pH值的影響。在pH降低時二氧化碳含量增加，膜對二氧化碳沒有分離效果（進、產(chǎn)水中二氧化碳濃度相等），透過膜的二氧化碳會建立新的平衡，增加產(chǎn)水電導(dǎo)率。20二氧化碳(CO2)

二氧化碳為氣體，當溶于水時與水反應(yīng)生成弱碳酸（H2CO3）。如純水中二氧化碳處于飽和狀態(tài)，其濃度約為1600ppm，pH值約為4.0。自然界水體中二氧化碳的來源是基于pH值的碳酸氫根平衡。水體中的二氧化碳濃度間接的決定于pH值與碳酸氫根濃度的對應(yīng)關(guān)系。二氧化碳與碳酸氫根離子在pH值的4.4－8.2區(qū)間保持平衡。pH值為4.4時堿性物均為二氧化碳，pH值為8.2時堿性物均為碳酸氫根?！綬odesign】程序運用碳酸氫根濃度與pH值計算水中二氧化碳濃度。由于二氧化碳為氣體，RO膜對其不具有脫除或濃縮作用，其濃度在給水、淡水與濃水中相同。在給水中加酸將碳酸氫根化為二氧化碳，故而pH值下降。21污染傾向的檢測和評價

有效地控制和預(yù)防生物污染的首要前提是要知道生物污染問題發(fā)生的可能性。許多生物污染問題在長時間不加注意后才逐漸引起注意。以下是一些可能增加生物污染危險的因素：◆裝置設(shè)計：管道系統(tǒng)過長，光照、死水端、龜裂、未消毒的水槽等?！暨M水特性：高溫（＞25℃），大量的細菌（＞10CUF／mL），高SDI，有機物含量過高等。◆操作特性：不經(jīng)常性地監(jiān)控操作參數(shù)，使用被微生物污染的預(yù)處理藥劑，較低的錯流流速，貯存周期過長等。22清洗時膜面的狀態(tài)示意圖

23RO系統(tǒng)故障診斷和排除

●在正常給水壓力下，產(chǎn)水量較正常值下降10～15%；●為維持正常的產(chǎn)水量，經(jīng)溫度校正后的給水壓力增加10～15%；●產(chǎn)水水質(zhì)降低10～15%（產(chǎn)水電導(dǎo)率增加10～15%；）●給水壓力增加10～15%；●系統(tǒng)各段之間壓力降明顯增加。24膜系統(tǒng)故障診斷一覽表污染種類可能污染位置壓降進水壓力脫鹽率下降金屬氧化物污染（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膠體污染（有機和無機混合物）一段，最前端膜元件逐漸增加逐漸增加輕度增加礦物垢(Ca，Mg，Ba，Sr)末段，最末端膜元件適度增加輕度增加一般增加聚合硅沉積物末段，最末端膜元件一般增加增加一般增加生物污染任何位置，通常前端膜元件明顯增加明顯增加一般增加有機物污染（難溶NOM）所有段逐漸增加增加降低阻垢劑污染二段最嚴重一般增加增加一般增加氧化損壞(Cl2，Ozone，KMnO4)一段最嚴重一般增加降低增加水解損壞（超出pH范圍）所有段一般降低降低增加磨蝕損壞（碳粉等）一段最嚴重一般降低降低增加O型圈滲漏無規(guī)則一般降低一般降低增加（內(nèi)連接管或適配器）（通常在給水適配器處）膠圈滲漏（由于產(chǎn)水背壓造成）一段最嚴重一般降低一般降低增加膠圈滲漏最末端元件增加增加增加（在清洗或沖洗時由關(guān)閉產(chǎn)水閥而造成）（污染初期和壓差升高）（污染初期和壓差升高）25樹脂介紹離子交換樹脂在長期使用中易受懸浮物質(zhì)，膠體物質(zhì)，有機物，細菌，藻類和鐵，錳等的污染，使離子交換能力降低甚至失去。因此，須根據(jù)情況對樹脂進行不定期的活化處理，活化方法可根據(jù)污染情況和條件而定。一般陽樹脂在軟化中易受Fe3+的污染，可用鹽酸浸泡后逐漸稀釋。陰樹脂易受有機物污染，可用10%NaCl+2～5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗。必要時可用1%雙氧水溶液浸泡數(shù)分鐘。其他，也可采用酸，堿交替處理法，漂白處理法，酒精處理法及各種滅菌法等等。26混床再生介紹27混合離子交換器中的離子交換反應(yīng)

Ca2+Ca2R≡SO3-H

+

Mg2+

Mg(R≡SO3)2+2H＋(陽樹脂交換)2Na+2Na

SO42-

SO42R≡N-OH+

2Cl-

→2(R≡N-Cl)+

2OH-(陰樹脂交換)2HCO3-

(HCO３)22HSiO３-(HSiO３)２由上面的反應(yīng)可知，經(jīng)氫型陽樹脂交換反應(yīng)生成的Ｈ+和經(jīng)氫氧型陰樹脂交換反應(yīng)生成的ＯＨ-，在混合離子交換器內(nèi)立即得到中和并生成水，不存在反離子的干擾，因此，離子交換反應(yīng)進行得十分徹底，其出水水質(zhì)純度很高。28再生要點1、分層2、使用純度高的酸堿3、沖洗4、混合29EDI電再生離子交換裝置

不需要酸堿再生，無再生污染，不須污水處理設(shè)施可連續(xù)生產(chǎn)不需要處理廢酸堿安裝條件簡單，占地面積小運行成本低，耗電量小安裝維修簡便，維修和增減設(shè)備的容量非常容易水質(zhì)穩(wěn)定，高產(chǎn)率產(chǎn)生超純水標準設(shè)計。30E-CELL?介紹

31進水要求

項目

單位

進水要求

TEA(總可交換陰離子，包括CO2）ppm

<25電導(dǎo)率uS/cm<

65 pH值 5

到9 硬度（以CaCO3計）ppm<0.5*

活性硅ppm

<

0.5TOC ppm

<

0.5游離氯 ppm<0.05 Fe,Mn,H2S

ppm

<

0.01 SDI15min.

<1.0 油脂 測不出度濁度NTU<1.0 氧化物測不出色度 APHA

<5 32濃水加鹽液的規(guī)格

進水電導(dǎo)率低的E-Cell?系統(tǒng)可能無法產(chǎn)生足夠的濃水電導(dǎo)率來維持通過模塊的電流，電流過小的話難以提供很高的產(chǎn)水水質(zhì)。加鹽裝置作為系統(tǒng)的選件可以提高濃水電導(dǎo)率。氯化鈉

(以固體中含量計算)

>99.80%鈣和鎂

(以Ca計算)

<0.05%銅 <0.5ppm鐵 <5.0ppm重金屬

(以Pb計算)

<2.0ppm注:1.如果鹽中含有其它雜質(zhì)請在使用前咨詢E-Cell公司。某些雜質(zhì)可能引起模塊內(nèi)結(jié)垢。2.分析純的鹽也可能達不到要求，而有些食品級的鹽能夠符合要求且較便宜。用于化學(xué)清洗的

NaCl

與濃水加鹽的要求不同。33E-CELLMK-2STACK?運行參數(shù)

參數(shù)

范圍