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水质基础知识

责任编辑:科博环保设备人气:发表时间:2014-12-31 10:12:24

“人类既是他的环境的创造物,又是他的环境的创造者。”在人类与自然的互动关系上,水是其中最重要的因素。水是生命之源,人类身体的组成物中水占70%以上,地球表面中水面亦占70%以上,水的质量好坏与我们身体健康密切相关。世界卫生组织(WTO)调查表明:80%以上的疾病和50%以上的儿童死亡都和饮用水质不良有关。

今天在座诸位能够在此接受水处理相关知识的培训,不仅是今后您们工作之必需,也同样对您们自身健康非常有益!

(一) 常用计量单位

1、长度单位:

千米(Km)=103米

                米(m)=103毫米

                毫米(mm)=103微米

                微米(μm)=103纳米

                纳米(nm)=10-9米

纳米技术是今天高科技领域的一个热门话题,科学家们研究发现,在纳米级的微细状态下,物质的构成和性能较通常状态有奇异的变化,导致了很多新材料新工艺的诞生。

2、重量单位:

吨(T)=103千克

千克(Kg)=103克

克(g)=103毫克

毫克(mg)=10-3微克

微克(μg)=10-6克

纳克(ng)=10-9克

3、体积单位:

方(m3)=103升

升(L)=103毫升

美制加仑(G)=3.78升

4、重量体积比(溶液浓度):

1 ppm=1mg/L    (百万分之一浓度)

1 ppb=1μg/L    (十亿分之一浓度)

1 ppt=1 ng/L     (万亿分之一浓度)

5、压力单位:

千克力/平方厘米(kg/cm2)=0.1兆帕斯卡(Mpa)

6、电导率(μs/cm)& 电阻值 (MΩ.cm)

其数值互为倒数,为水的纯度的测定方法单位之一。水中含有阴阳离子,离子为导电介质,通过测量水的电导率(电阻值)可以表明水中的所含离子的多少,由此间接反映了水的纯度的高低。通常,我们习惯用电导率反映纯水的纯度,用电阻率反映超纯水的纯度。

电导国际单位为西门子(Siemens),代号为S,纯水的电导值很低,常用μS表示。

电阻国际单位为欧姆,代号为Ω,超纯水的电阻值很大,常用MΩ表示。

5μs/cm=0.2MΩ.cm

1μs/cm=1MΩ.cm

0.5μs/cm=2MΩ.cm

0.2μs/cm=5MΩ.cm

0.1μs/cm=10MΩ.cm

18.25MΩ.cm=0.055μs/cm

7、TDS值

    指水中溶解性固形物总含量(Total Dissolved Solids缩写),通常用以测量源水的水质,测量工具即是TDS笔,测量原理实际上是通过测量水的电导率从而间接反映出TDS值。水中溶解的可溶性固形物越多,它的TDS值越大,水的电导率也越大,通常TDS值约为电导率测试值的1/2,中国长江流域城市自来水TDS值通常为100~200ppm,黄河流域自来水TDS值通常为300~600ppm。

    备注:TDS值与水的含盐量(也称矿化度)是不同的两种概念,TDS值通常大于水的含盐量,因为TDS不仅包括水的溶解盐量,还包括了溶解的有机物质。只有在水很干净有机物含量很低的前提下,才可用TDS值近似表示水的含盐量(或矿化度),总的来说,TDS值、矿化度、盐度三者在水中含量呈正比关系。

8、浊度

    由于水中含有悬浮及胶体状态的微粒而发生浑浊现象,其浑浊的程序即称为浑浊度(单位为“度”),1升水中含有1mg的SiO2(二氧化硅)的浑浊程度即为1度,国标生活饮用水的浊度要求   

为小于5度。

9、硬度

水的硬度是指水中溶解的钙镁等到金属盐类物质的含量(其中钙盐约占85%左右,镁盐10~15%,其它金属盐类1~3%),主要指水中Ca2+、Mg2+离子的含量,水中的Ca2+/Mg2+主要来源于岩石中的钙镁盐类(CaCO3/MgCO3)的溶解,水中CO2气体含量较多时,溶解进度会大大加快。硬度分为暂时性硬度(碳酸盐硬度可加热沉淀去除)和永久性硬度(非碳酸盐硬度,不能加热煮沸去除)两者总和称为总硬度。国际上水的硬度单位为德国硬度,1升水中含有10mg的CaO(氧化钙)含量即为1德国硬度,硬度大于8度(相当于200ppm)的水为硬水,中国生活饮用水国标规定总硬度指标不得大于450ppm。

10、PH值

PH值表示水中H+浓度的负对数值,也称为氢离子指数,PH值能够表示出溶液酸性、碱性的变化幅度的数量级的大小。

强酸性水溶液:PH<5.0 

弱酸性水溶液:PH=5.0~6.4

中性水溶液:  PH=6.5~8.0

弱碱性水溶液:PH=8.1~10

强碱性水溶液:PH>10

(二) 水中杂质

H2O=H++OH-

在自然界中,单纯由H2O分子构成的纯水是不存在的,水中通常含有以下各种杂质:

1、颗粒物质:水中不溶性的大于10μm的无机和有机杂质(其中大于40μm的肉眼可见),如

自来水中常有的泥沙、金属氧化物或氢氧化物等。 

2、离子物质:指溶于水后解离为阴、阳离子的物质,水中阴、阳离子的总和称作水的含盐量。水中铁锰(Fe2+、Mn2+)含量超标(>0.3mg/L),应通过锰砂过滤器或曝气装置去除铁锰离子,否则将会对RO膜形成不可清除的沉积污堵。

3、胶    体:由微生物、微颗粒物等聚集粘合在一起的杂质,尺寸介于离子和颗粒物之间,通常带有负电荷,易与有机物质结合。

4、有 机 物:物质可分为有机物和无机物两大类,碳氢类化合物属有机物,非碳氢类化合物为无机物。有机物通常可以燃烧,为构成生命的主要物质。天然有机物主要为水生生物产生的腐殖酸。近年来,工业废液、肥料、杀虫剂等人工合成有机物对水环境有很大污染。溶解于水中的有机物质,主要是多功能团芳香族类的大分子弱性有机酸,易吸附在RO膜滤层而导致RO膜性能的衰退。

5、气    体:O2、CO2、NH3、N2等部分气体可溶于水,在水中反应后生成某些酸根离子,影

响成品水的水质。超纯水若敞放于空气中,水质即迅速下降。

6、微 生 物:细菌、病毒、孢子等,其尺寸为微米级。

7、热    原:纯水属极低营养环境之水体,但仍有少量细菌——革兰阴性类细菌——可以生存,其细胞膜若进入人体血液,会导致发热,高烧甚至死亡,故称为热原(又称为内毒素)。注射用水和生物细胞类实验用水要求必须去除热源。

8、消 毒 剂:原水经自来水公司处理后,水中会留有次氯酸钠等消毒剂,自来水含有的余氯(国标规定必须大于0.3ppm)为强氧化性物质,对RO膜有相当的破坏作用,活性炭滤芯和KDF滤料可有效去除水中余氯。

(三) 水的分类

在不同的场合,水有不同的种类区别,其水质亦有明显的差别。

1、地下水与地表水

地下水——有机物和微生物污染较少,而钙镁等离子则溶解较多,硬度较高易结水垢;有时铁/锰/氟离子超标,不能满足生产生活用水需求。

地表水——较地下水有机物和微生物污染较多,如果该地属石灰岩地区,其地表水往往也有较大的硬度,如四川的德阳、绵阳、广元、阿坝等地区。

2、硬水与软水

硬水——水中钙镁等金属离子的总浓度称为硬度,硬度大于200ppm(德国硬度为8)的通常就称之为硬水。硬水在使用中有较多缺点,和洗涤剂易反应产生沉淀物,加热后结垢对锅炉/热循环系统等生产影响很大,通常要进行软化/脱盐处理。

软水——相对硬水而言硬度较小的水。

3、原水与净水

原水——通常是指水处理设备的进水,如常用的城市自来水(国际称为生活饮用水)/城郊地下水/野外地表水等,常以TDS值(水中溶解性总固体含量)检测其水质,中国城市自来水TDS值通常为100~400ppm。

净水——原水经过水处理设施处理后即称之为净水。

4、纯净水与蒸馏水

纯净水——原水经过反渗透和杀菌装置等成套水处理设施后,除去了原水中绝大部分无机盐离子、微生物和有机物杂质,可以直接生饮的纯水。

蒸馏水——以蒸馏方式制备的纯水,通常不用于饮用。

5、纯水和超纯水

纯  水——以反渗透、蒸馏、离子交换等方法制备的去离子水,其TDS值通常<5PPm,电导率通常<10μs/cm(电阻值>0.1MΩ.cm)。

超纯水——以离子交换、蒸馏、电除盐等方法将纯水进一步提纯去离子后得到的离子含量极低的纯水,其TDS值不可测,电导率通常<0.1μs/cm(电阻值>10MΩ.cm)。理论上最纯水电阻值为18.25 

MΩ.cm。

6、纯化水和注射用水

纯化水——医药行业用纯水称之为纯化水,电导率通常要求<2μs/cm。

注射用水——纯化水经多效蒸馏/超滤法再次提纯去除热原后用以配制注射剂。

(一)水质预处理系统(台上型标配10寸3通道型)

1、外松内紧渐进式结构的PP聚丙烯纤维滤芯,过滤孔径5微米,可有效滤除铁锈、泥沙等颗粒物质,常用规格有10寸(250mm)。

2、含碳量高达80%的高效柱状果壳活性碳滤芯,对原水中的余氯、异色、有机物等杂质可以高效吸附过滤。

      活性炭的比表面积很大,且布满了孔径极小(10~30埃)的微孔,对有机物胶体、余氯、铁离子等有明显的吸附滤除作用,通常,活性炭能吸附原水中60~80%的肢体物质,50~60%的有机特质,40~50%的铁,但活性炭饱和后再生难度大,并且极易滋生细菌等微生物。台式纯水机、净水器等常用10寸/20寸高效柱状活性炭滤芯。

活性炭吸附是一种短期有效的方式,应根据原水水质和制水量大小定期再生(可用10%的酸液浸泡再生)或更换。

3、KDF缓释滤芯内含高纯度的铜锌合金滤料及硅酸盐晶体滤料,可高效去除源水中的余氯和铁锰等重金属离子,抑制细菌和藻类的生长繁殖,阻止钙镁盐类的结垢反应,有效避免了上述杂质在RO膜膜面上的结垢、沉积、堵塞。该滤芯使用寿命长(与RO膜同时更换),与需频繁更换的功能单一的软化树脂滤芯处理法比较,极大延长了RO膜使用寿命。

(二)反渗透(Reverse Osmosis 简称RO)纯化系统

1、RO反渗透技术简介。

RO反渗透技术是利用压力表差为动力的膜分离过滤技术,源于美国二十世纪六十年代

宇航科技的研究,后逐渐转化为民用,目前已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域,目前RO膜知名品牌有美国陶氏(DOW)、美国海德能(HYDRANAUTICS),二线品牌有日本东丽、韩国世韩,国内厂家有杭州北斗星、贵阳汇通源泉等。

RO反渗透膜孔径小至纳米级(1纳米=10-9米),在一定的压力下,H2O分子可以通过RO膜,而原水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜,从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。RO膜对高价离子、胶体、

细菌及分子量大于300 Dalton的有机物质(包括热源)去除率高达99%以上,对低价离子

(Na+、K+)去除率可达95%,当原水电导率<350μs/cm,RO纯水电导率通常≤5μs/cm,符合国家三级用水标准。再经过原子级离子交换柱循环过滤,出水率可达18.2MΩ.cm。

反渗透法是可达到90%~99%杂质去除率最经济的方法,同时也是试剂级超纯水系统最好的前处理方法。

备注:(1)  RO膜产水通常呈弱酸性(PH值5.5~6.5),用户可选配PH调节装置。

(2) RO膜的过滤能力受水温影响较大,最适合的水温为25℃~30℃,温度下降1℃,RO膜的产水量约下降3%,当水温降至5℃时,RO膜将停止产水。

(3)  RO膜在使用和保存中有如下注意事项:

3.1、RO膜通常要求以“湿法”保存,不得阳光直射和冻结,陶氏膜在出厂原包装完好状态下可保存2~3年(其它品牌可保存6~12个月)。

3.2、原水中的铁、锰等金属离子易形成难溶性氧化物而在RO膜表面结垢导致RO膜迅速受损

极高。源水铁锰超标(>0.5mg/L)时,应向客户推荐选配锰钞过滤器以滤除铁锰

3.3、自来水中的余氯为强氧化剂极易对RO膜造成化学损伤,预处理中的活性炭滤芯应定期再生或更换以保证有效去除余氯和有机物。


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