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(gè)意義上說(shuō)，地球上的水又是極為有限的。2水資源的稀缺性

我國(guó)水資源總量為2.8萬(wàn)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(shí)空分布不均，特別是空間分布的巨大差異，使得全國(guó)各地的人均可用水資源量差距更大。在我國(guó)水資源地區(qū)分布中，南方人口占全國(guó)的54.4%，水資源量占到81%，北方人口(不含內(nèi)陸區(qū))占全國(guó)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(kāi)發(fā)利用已達(dá)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(yán)重污染，造成可用水資源量的迅速減少，統(tǒng)計(jì)資料表明，全國(guó)660座城市中，有400多座嚴(yán)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(dāng)?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(guò)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(kāi)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(shí)由于生物氧化作用還會(huì)產(chǎn)生H2S氣體。Fe2+含量大于0.3mg/L的地下水，遇到空氣會(huì)漸漸變?yōu)榈S色；Mn2+含量大于0.1mg/L的地下水，遇到空氣會(huì)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(huì)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(shí)，必須進(jìn)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(diǎn)都與它們的形成過(guò)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(guò)地面徑流匯集而成的，它接觸了巖石及其風(fēng)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(shí)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(dòng)緩慢，如果流入和排出湖泊的水量都較大時(shí)，那么湖水蒸發(fā)量相對(duì)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(guò)長(zhǎng)年累月，海水中的含鹽量高達(dá)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(dòng)物 使水有色度、有臭味、渾濁并產(chǎn)生粘泥細(xì)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(guò)量會(huì)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(jī)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(yáng)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(jiàn)的陰離子，是引起水質(zhì)腐蝕性的催化劑，能強(qiáng)烈地推動(dòng)和促進(jìn)金屬表面電子的置換反應(yīng)，特別是對(duì)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(huì)引起Cl-富集，加速電化學(xué)腐蝕過(guò)程。由于Cl－與強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂的親合力比OH-大15～20倍，因此，可用陰離子樹(shù)脂交換除去。SO42-也是水中較為普遍存在的陰了子，與陽(yáng)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(yíng)養(yǎng)源。10陽(yáng)離子水中主要的陽(yáng)離子有K+、Na+

、Ca2+

、Mg2+

、Fe3+

、Mn2+等，其中Na+是水中最為常見(jiàn)的的陽(yáng)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(xì)菌生長(zhǎng)的促進(jìn)劑。11工藝介紹12工藝流程機(jī)械過(guò)濾→活性炭過(guò)濾→保安過(guò)濾→一級(jí)反滲透→一級(jí)混床13反滲透介紹14反滲透基礎(chǔ)知識(shí)

物質(zhì)世界是由原子、分子和細(xì)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(huì)傾向于無(wú)序的混合狀態(tài)。人們發(fā)明了過(guò)濾、蒸餾、萃取、電泳、層析和膜分離等分離技術(shù)來(lái)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(guò)性能的薄膜，某些分子（或微粒）可以透過(guò)薄膜，而其它的則被阻隔。15過(guò)濾圖譜

16卷式膜元件結(jié)構(gòu)示意圖

17反滲透原理

18pH對(duì)透水量及脫鹽率的影響

19PH與電導(dǎo)率的關(guān)系對(duì)于天然水RO/NF系統(tǒng)，pH降低會(huì)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(shí)二氧化碳含量增加，膜對(duì)二氧化碳沒(méi)有分離效果（進(jìn)、產(chǎn)水中二氧化碳濃度相等），透過(guò)膜的二氧化碳會(huì)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(dāng)溶于水時(shí)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(lái)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(duì)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(shí)堿性物均為二氧化碳，pH值為8.2時(shí)堿性物均為碳酸氫根?！綬odesign】程序運(yùn)用碳酸氫根濃度與pH值計(jì)算水中二氧化碳濃度。由于二氧化碳為氣體，RO膜對(duì)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(cè)和評(píng)價(jià)

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(wèn)題發(fā)生的可能性。許多生物污染問(wèn)題在長(zhǎng)時(shí)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(xiǎn)的因素：◆裝置設(shè)計(jì)：管道系統(tǒng)過(guò)長(zhǎng)，光照、死水端、龜裂、未消毒的水槽等?！暨M(jìn)水特性：高溫（＞25℃），大量的細(xì)菌（＞10CUF／mL），高SDI，有機(jī)物含量過(guò)高等?！舨僮魈匦裕翰唤?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(cuò)流流速，貯存周期過(guò)長(zhǎng)等。22清洗時(shí)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(jìn)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(jī)和無(wú)機(jī)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(jī)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(yán)重一般增加增加一般增加氧化損壞(Cl2，Ozone，KMnO4)一段最嚴(yán)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(yán)重一般降低降低增加O型圈滲漏無(wú)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(yán)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(shí)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(shù)脂介紹離子交換樹(shù)脂在長(zhǎng)期使用中易受懸浮物質(zhì)，膠體物質(zhì)，有機(jī)物，細(xì)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(duì)樹(shù)脂進(jìn)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(yáng)樹(shù)脂在軟化中易受Fe3+的污染，可用鹽酸浸泡后逐漸稀釋。陰樹(shù)脂易受有機(jī)物污染，可用10%NaCl+2～5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗。必要時(shí)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(yáng)樹(shù)脂交換)2Na+2Na

SO42-

SO42R≡N-OH+

2Cl-

→2(R≡N-Cl)+

2OH-(陰樹(shù)脂交換)2HCO3-

(HCO３)22HSiO３-(HSiO３)２由上面的反應(yīng)可知，經(jīng)氫型陽(yáng)樹(shù)脂交換反應(yīng)生成的Ｈ+和經(jīng)氫氧型陰樹(shù)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(jìn)行得十分徹底，其出水水質(zhì)純度很高。28再生要點(diǎn)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(wú)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(jiǎn)單，占地面積小運(yùn)行成本低，耗電量小安裝維修簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。30E-CELL?介紹

31進(jìn)水要求

項(xiàng)目

單位

進(jìn)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(jì)）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(cè)不出度濁度NTU<1.0 氧化物測(cè)不出色度 APHA

<5 32濃水加鹽液的規(guī)格

進(jìn)水電導(dǎo)率低的E-Cell?系統(tǒng)可能無(wú)法產(chǎn)生足夠的濃水電導(dǎo)率來(lái)維持通過(guò)模塊的電流，電流過(guò)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(jì)算)

>99.80%鈣和鎂

(以Ca計(jì)算)

<0.05%銅 <0.5ppm鐵 <5.0ppm重金屬

(以Pb計(jì)算)

<2.0ppm注:1.如果鹽中含有其它雜質(zhì)請(qǐng)?jiān)谑褂们白稍僂-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(dá)不到要求，而有些食品級(jí)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(yùn)行參數(shù)

參數(shù)

范圍