水質(zhì)基礎(chǔ)知識

一,、9種水中的雜質(zhì).... 1

二．10種常見的水處理方法.... 2

三、各種水處理方法與處理對象的比較.... 6

四、水處理常用名詞解釋.... 7

一,、9種水中的雜質(zhì)

1,、微粒物質(zhì)（Particulate Matter）

包括泥沙,、鐵銹、藻類,、懸浮物,、微纖維等微粒雜質(zhì)，肉眼可見,。這些微粒常常懸浮在水流之中,，水產(chǎn)生的渾濁現(xiàn)象。這些微粒很不穩(wěn)定,，可以通過沉淀和過濾而除去,。水在靜置的時候，重的微粒（主要是砂子和粘土一類的無機物質(zhì)）會沉下來,。輕的微粒（主要是動植物及其殘骸的一類有機化合物）會浮于水面上,，用預(yù)沉,過濾等分離方法可以除去。

微粒物質(zhì)是造成濁度,、色度,、氣味的主要來源。自來水,、二次供應(yīng)的自來水,、江河湖泊水中均可能存在。

2,、膠體物質(zhì)

膠體物質(zhì)是比離子物質(zhì)大而比顆粒物質(zhì)小,、直徑在10^-4～10^-6mm之間的微粒。膠體是許多分子和離子的集合物,。天然水中的無機礦物質(zhì)膠體主要是鐵,、鋁和硅的化合物。水中的有機膠體物質(zhì)主要是植物或動物的肢體腐爛和分解而成的腐殖物,。其中以湖泊水中的腐殖質(zhì)含量zui多,，因此常常使水呈黃綠色或褐色,。

膠體顆粒不能藉重力自行沉降而去除，一般是在水中加入藥劑破壞其穩(wěn)定,，使膠體顆粒增大而沉降予以去除,。

地表水或地下水都可能存在膠體物質(zhì)。

3,、離子物質(zhì)（Ionic material）

包括：陽離子,、陰離子。陽離子如鈣離子,、鎂離子,、鐵離子等；陰離子氯離子,、硫酸鹽離子,、磷酸鹽離子等。

離子物質(zhì)通常易溶于水中,，溶解物質(zhì)可以用離子交換或除鹽等方法予以去除,。

4,、不反應(yīng)的溶解氣體

如空氣中的氮氣等,。

5、可反應(yīng)的溶解氣體

天然水中常見的溶解氣體有氧氣（O2）,、二氧化碳（CO2）,、有時還有硫化氫（H₂S）、二氧化硫（SO₂）,、氨 （NH₃）等,。這些溶解于水中的氣體，大都對金屬有腐蝕作用,是引起水系統(tǒng)金屬腐蝕的重要因素,。

空氣中的CO2對純水影響zui大,。CO2存在于空氣中并很容易溶于水中，使水質(zhì)呈酸性,，即PH值低于7,。水質(zhì)越純，越易受空氣的影響,，影響主要表現(xiàn)為PH值,、電導(dǎo)（阻）率。

6,、微生物

主要指水中的細(xì)菌含量,。中國自來水的常規(guī)細(xì)菌允許含量＜100cfu/ml；純水的常規(guī)細(xì)菌允許含量＜1cfu/ml,。

7,、熱源

熱源又稱細(xì)菌內(nèi)毒素,，主要用于醫(yī)藥用水特別是注射用水時需考量熱源的含量控制。實驗室中有細(xì)胞培養(yǎng)等生物方面的應(yīng)用時,，對熱源用含量控制要求,。

8、有機物質(zhì)

水中的有機物質(zhì)主要是指腐殖酸,、生活污水和工業(yè)廢水的污染物,。腐殖物質(zhì)是水生生物一類的生命活動過程的產(chǎn)物。這些有機物污染著水體,，并使水質(zhì)惡化,。

水中的有機物有個共同特點，就是要進行生物氧化分解,，需要消耗水中的溶解氧,，而導(dǎo)致水中缺氧。同時會發(fā)生*發(fā)酵,使細(xì)菌滋長,，惡化水質(zhì),，破壞水體；工業(yè)用水的有機污染,還會降低產(chǎn)品的質(zhì)量,。有機物是引起水體污染的主要原因之一,。

地表水中有機物含量通常高于地下水中的含量。

9,、殘留消毒劑

自來水公司為控制水中的細(xì)菌含量,，會添加消毒劑來控制總細(xì)菌數(shù)。常用的消毒劑為含氯制劑,，當(dāng)氯加到水中會產(chǎn)生含氧化性*的化合物如余氯,，起到消毒殺菌的作用。

對于采用反滲透技術(shù)的水處理設(shè)備而言,，氧化性*的余氯會對RO膜造成很大的損傷,，因此在預(yù)處理中必須嚴(yán)格去除。常用活性碳吸附去除,。

二．10種常見的水處理方法

1. 沉淀過濾法

這是一種zui原始的過濾方法,，它是依靠水中微粒雜質(zhì)的自身重量下沉來達(dá)到分離的目的。常用于水中雜質(zhì)顆粒較大的場所,，如江河湖水的初步自然澄清過濾,。

2. 蒸餾法

蒸餾法是把水加熱，變成氣體,，分出混入氣相中的低沸點成分或飛沫成分,，低沸點氣體放于大氣中。不揮發(fā)性不純物殘留于液相中，成為濃縮液排出,。如此把水精制成高純度的水,。

此法耗電耗水量很大，且使用時需有人看守,，使用不方便,，現(xiàn)已較少使用。

3. 薄膜微孔過濾（MF）法

薄膜微孔過濾法包括三種形式：深層過濾,、篩網(wǎng)過濾,、表面過濾。

深層過濾是以編織纖維或壓縮材料制成的基質(zhì),，利用隋性吸附或是捕捉方式來留住顆粒,，如常用的多介質(zhì)過濾或砂濾；深層過濾是一種較為經(jīng)濟的方式,，可去除98%以上的懸浮固體,，同時保護下游的純化單元不會被堵塞，因此通常做為預(yù)處理,。

表面過濾則是多層結(jié)構(gòu),，當(dāng)溶液通過濾膜時，較濾膜內(nèi)部孔隙大的顆粒將被留下來,，并主要堆積在濾膜表面上,，如常用的PP纖維過濾。表面過濾可去除99.9%以上的懸浮固體,，所以也可作為預(yù)處理或澄清用,。

篩網(wǎng)濾膜基本上是具有一致性的結(jié)構(gòu)，就象篩子一般,，將大于孔徑的顆粒，都留在表面上（這種濾膜的孔量度是非常的）,，如超純水機終端使用的用點保安過濾器,；篩網(wǎng)過濾微孔過濾一般被置于純化系統(tǒng)中的zui終使用點，以去除zui后的殘留微量樹脂片,、碳屑,、膠體和微生物。

4,、活性炭吸附法

活性炭依靠吸附和過濾作用主要去除水中的異色,、異味、余氯,、殘留消毒物等有機物雜質(zhì),。

5. 電滲析

滲析是一種物理現(xiàn)象。如將兩種不同濃度的鹽水，用一張滲透膜隔開,，濃度高的鹽水中的溶質(zhì)如無機鹽離子通過膜向濃度低的鹽水中滲透,，這個現(xiàn)象就是滲析。這種滲析是由于含鹽量濃度不同而引起的,，稱為濃差滲析,。因為是以濃度差作為推動力，擴散速度始終是比較慢的,。如果要加快這個速度,，就可以在膜的兩邊加一直流電極。電解質(zhì)在電場的作用下,，會加快遷移的速度,，這就稱為電滲析。

電滲析耗電量大,，且滲析膜片易壞,，在反滲透技術(shù)出現(xiàn)后已很少使用。

6. 離子交換（IX）法

離子交換法的原理是將原水*中的無機鹽陰陽離子如鈣離子Ca²⁺,、鎂離子Mg²⁺,、硫酸鹽SO₄^2-、硝酸鹽NO₃^-等,，通過與離子交換樹脂交換,，使水中的陰、陽離子與樹脂中的陰陽離子相交換,，從而使水得到軟化或純化,。

注1：原水是指相對于每一個過濾單元而言，其進水就稱為原水,。

離子交換樹脂*分為陰離子樹脂（R-OH）和陽離子樹脂（H-R和Na-R）兩種,，其中陽離子樹脂根據(jù)其活性基團的不同而分為鈉型樹脂（Na-R）和氫型樹脂（H-R）。鈉型樹脂常用于水質(zhì)軟化,，氫型樹脂常和陰離子樹脂R-OH一起配合使用,，以去除水中的無機鹽陰陽離子，使水質(zhì)純化為超純水,。

注2：離子交換樹脂指離子交換樹脂的高分子基團通常以R表示,。

純化過程：

如以H-R代表氫型陽樹脂，其純化水質(zhì)的交換過程如下：

                    2H-R＋Ca²⁺ = R₂Ca ＋ 2H^＋

2R-OH+ SO₄^2- = R₂SO₄ + 2OH^-   

以上過程中生成的H^＋  和OH^- 再反應(yīng)：

               H^＋ + OH^- =H₂O     

即水質(zhì)通過離子交換器后,，水中的無機鹽陰陽離子被置換成H₂O,，達(dá)到純化的目的。

軟化過程：

如以Na-R代表鈉型樹脂,，其交換過程如下：

                    2Na-R＋Ca²⁺=R₂Ca＋2Na^＋

                    2Na-R＋Mg²⁺=R₂Mg＋2Na⁺

即水質(zhì)通過鈉離子交換器后,，水中的Ca²⁺、Mg²⁺被置換成Na+，達(dá)到軟化的目的,。

再生過程：

離子交換樹脂使用一段時間后,，樹脂中的離子被交換*后，達(dá)到飽和程度,，失去離子交換能力,，此時就需要對樹脂進行再生。

軟化樹脂需要用Nacl即食鹽溶液進行再生,，再生過程的化學(xué)反應(yīng)與上述軟化過程的離子交換反應(yīng)正好相反,。

純化水用陽樹脂需要用酸進行再生，陰樹脂需要用堿進行再生,。再生過程的化學(xué)反應(yīng)與上述純化過程的離子交換反應(yīng)正好相反,。

7． 超過濾（UF）法

微孔薄膜是依其過濾孔徑的大小來去除微粒，而超濾（UF）薄膜則像一個分子篩,，它以尺寸為基準(zhǔn),，讓溶液通過極微細(xì)的孔，以達(dá)到分離溶液中不同大小分子之目的,。

超濾膜是一種強韌,、薄、具有選擇性的通透膜,，通常認(rèn)為其過濾孔徑約為0.01μm,，可截留某種特定大小以上的分子，包括：膠質(zhì),、微生物和熱源,。較小的分子，例如：水和離子,，都可通過濾膜,。

超濾法常用于果汁濃縮、中草藥提取,、反滲透的預(yù)處理,、超純水的終端保安過濾等。

8．反滲透（RO）法

一種高新膜分離技術(shù),。它是以壓力為推動力，利用反滲透膜只能透水而不能透過溶質(zhì)的選擇性,，從含有各種無機物,、有機物、微生物的水體中,，提取純水的物質(zhì)分離過程,。反滲透膜的孔徑小于10埃（1埃等于10^{－10米），具有*的篩分作用，其脫鹽率高達(dá)99％,，除菌率大于99.5%,。可去除水中的無機鹽,、糖類,、氨基酸、細(xì)菌,、病毒等雜質(zhì)?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于海水的淡化處理、純凈水的生產(chǎn),，超純水的制備,、及其它以細(xì)菌、熱原,、膠體,、微粒和有機物為去除目的的*工藝。}

如果以原水水質(zhì)及產(chǎn)水水質(zhì)為基準(zhǔn),，經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計后,，RO是將自來水純化的的有效方法，同時也是超純水系統(tǒng)的前處理方法,。

9．紫外線（UV）,、臭氧滅菌法

紫外燈所放射出來的254nm的紫外線是一種有效的殺菌方法，因為細(xì)菌中的DNA及蛋白質(zhì)會有吸收紫外線導(dǎo)致死亡,。

紫外線滅菌法

    臭氧滅菌法：采用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧,，加入純水中，滅菌效果*,。

10,、EDI法

一種新的去離子水處理方法。又稱連續(xù)電除鹽技術(shù),，EDI裝置將離子交換樹脂充夾在陰/陽離子交換膜之間形成EDI單元,。這種方法不需再用酸堿對樹脂進行再生，環(huán)保性好?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用,。

三、各種水處理方法與處理對象的比較

符號標(biāo)注：◎表示優(yōu)良,，○表示良,，△表尚可，×表不好.

四,、水處理常用名詞解釋

1.什么是水的渾濁度？

答：由于水中含有微粒雜質(zhì),，使得原是無色透明的水產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象,，其渾濁的程度稱為渾濁度。渾濁度的單位是用“度NTU”來表示的,。

控制渾濁度是工業(yè)水處理的一個重要內(nèi)容,，根據(jù)水的不同用途，對渾濁度有不同的要求：生活飲用水的渾濁度不得超過5度,；

在工業(yè)水處理中,，主要是采用混凝、澄清和過濾的方法來降低水的渾濁度,。

2.什么是水的硬度,？

答：水中有些金屬陽離子，同一些陰離子結(jié)合在一起,，容易形成水垢,，附著在物體表面，我們把水中這些金屬離子的總濃度稱為水的硬度,。如在天然水中zui常見的金屬離子是鈣離子（Ca2+）和鎂離子（Mg2+）,、它與水中的陰離子如碳酸根離子（CO32-）、碳酸氫根離子（HCO3-）,、硫酸根離子（SO42-）,、氯離子（Cl-）、以及硝酸根離子（NO3-）等結(jié)合在一起,。形成鈣鎂的碳酸鹽,、碳酸氫鹽、硫酸鹽,、氯化物,、以及硝酸鹽等硬度。水中的鐵,、錳,、鋅等金屬離子也會形成硬度，但由于它們在天然水中的含量很少,，可以略去不計,。因此，通常就把Ca2+,、Mg2+的總濃度看作水的硬度,。

通常，地下水,、井水等的硬度較大,，地表水的硬度較小。中國北方地區(qū)的水質(zhì)較硬,，南方地區(qū)的水質(zhì)較軟,。

若水質(zhì)的硬度較大，則在反滲透處理之前必須對原水進行軟化,，否則易在RO膜表面結(jié)垢,，影響RO膜的產(chǎn)水質(zhì)量及使用壽命。

水的硬度對鍋爐用水的影響很大,，因此,，鍋爐用水時必須進行軟化或除鹽處理。

3.什么是水的總固體,、溶解固體和是懸浮固體,？

答：水中除了溶解氣體之外的一切雜質(zhì)稱為總固體。而水中的固體又可分為溶解固體和懸浮固體,。這二者的總和即稱為水的總固體,。

溶解固體是指水經(jīng)過過濾之后，那些仍然溶于水中的各種無機鹽類,、有機物等,。懸浮固體是指那些不溶于水中的泥砂、粘土,、有機物,、微生物等懸浮物質(zhì)。

總固體的測定是蒸干水分再稱重得到的,。

4.什么是水的含鹽量,？TDS值？

答：水的含鹽量（也稱礦化度）是表示水中所含鹽類的的總含量,。由于水中各種鹽類一般均以離子的形式存在,，所以含鹽量也可以表示為水中各種陽離子的量和陰離子的量的和。

水的含鹽量與溶解固體的含義有所不同,，因為溶解固體不僅包括水中的溶解鹽類,，還包括有機物質(zhì)。同時,，水的含鹽量與總固體的含義也有所不同,，因為總固體不僅包括溶解固體、還包括不溶解于水的懸浮固體,。所以,，溶解固體和總固體在數(shù)量上都要比含鹽量高。但是,，在不很嚴(yán)格的情況下,，當(dāng)水比較清凈時,，水中的有機物質(zhì)含量比較少，有時候也用溶解固體的含量來近似地表示水中的含鹽量,。

水質(zhì)的TDS值是指溶解性總固體含量,。在水處理計算中，通常被用作水質(zhì)含鹽量的代替值,，?？捎?/span>TDS筆作快速測得，其單位為,。通常TDS,、電導(dǎo)率間的關(guān)系可簡易換算為：1ppm=2us/cm

5.水的電阻率、電導(dǎo)率,？二者的關(guān)系,？

答：水的電阻率和電導(dǎo)率的大小,與水中含鹽量的多少、水中離子濃度,、離子的電荷數(shù)以及離子的運動速度有關(guān),。水越純，電阻率越大,，電導(dǎo)率越小,。電阻和電導(dǎo)是成反比的關(guān)系。目前zui純的水質(zhì)電阻率為18.25MΩ.cm,。需了解中國實驗室水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB6682-92的PH,、電阻等指標(biāo)。

水質(zhì)越純,，電阻率和電導(dǎo)率越易受空氣中的CO₂的影響,，因此超純水的電導(dǎo)電阻檢測必須在線檢測，才可保證其準(zhǔn)確性,。

6.什么是水的PH值,？有什么意義？

答：水的PH值是表示水質(zhì)酸堿性的相對值,。PH值范圍規(guī)定在1-14之間,，以7為中性的界限，1＜PH＜7時水質(zhì)為酸性,，PH值越小,，酸性越強；7＜PH＜14時水質(zhì)為堿性,，PH值越大,，堿性越強。

純水的PH值很容易受空氣中的CO₂的影響,，水質(zhì)越純,，對CO₂的溶解性越強,，因此中國實驗室水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB6682-92對一、二級純水的PH值不作規(guī)定,。

7.什么是ppm,、ppb？

     答：1ppm（parts per million）就是指1毫克/升,。即表示1升水中含有多少毫克的雜質(zhì)，故1毫克／升的雜質(zhì)相當(dāng)于水中含有百萬分之一份雜質(zhì),。

        1微克／升相當(dāng)于水中含有十億分之一份的雜質(zhì),，也可以ppb來表示。

    1mg/L=1ppm    1μg/L=1ppb    1ppm=1000ppb

8.什么是水的預(yù)處理,？預(yù)處理有哪些主要方法,？

答：水的預(yù)處理是在水精制處理之前，預(yù)*行的初步處理,，以便在水的精處理時取得良好效果,，提高水質(zhì)，延長精處理設(shè)備的使用壽命,。

預(yù)處理的方法很多,，主要有預(yù)沉、混凝,、澄清,、過濾、軟化,、消毒等,。用這些方法預(yù)處理之后,可以使水的懸浮物（濁度）、色度,、膠體物,、有機物、鐵,、錳,、暫時硬度、微生物,、揮發(fā)性物質(zhì),、溶解的氣體等雜質(zhì)除去或降低到一定的程度。

預(yù)沉  就是大容積,、低流速的自然沉淀處理,，如沉沙池、預(yù)沉池,。

    混凝  利用鐵鹽,、鋁鹽,、高分子等混凝劑，與水中的雜質(zhì)通過絮凝和架橋作用生成大顆粒沉淀物,，然后通過其他設(shè)備,，如澄清池、過濾池等,，予以除去,。

澄清  通過混凝劑作用而形成的大顆粒沉淀物在澄清池內(nèi)分離，沉淀物除去,，得到澄清水,。

    過濾  將被處理的水，流經(jīng)裝有特殊過濾材料裝置,，如各種濾池等,，截留水中雜質(zhì)，予以去除,。   

    軟化  采用化學(xué)藥劑,，如石灰水、蘇打粉等,，使水中碳酸氫鹽硬度除去,；或是采用陽離子交換樹脂等方法除去水中的鈣、鎂,、鐵離子等,，這一過程稱為軟化。

    消毒  加入殺菌劑,，如液氯,、漂白粉等，殺滅水中的微生物,。

9,、常用實驗項目縮寫名稱的說明：

PCR―――分子生物測試．基因研究及細(xì)胞培養(yǎng)等

IVF―――受精卵培養(yǎng)

AA―――原子吸收分析儀

HPLC―――液相色譜

ICP――――電感耦合等離子光譜

TOC―――總有機碳

10、水的壓力