水質基礎知識

一、9種水中的雜質.... 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

1、微粒物質（Particulate Matter）

包括泥沙、鐵銹、藻類、懸浮物、微纖維等微粒雜質，肉眼可見。這些微粒常常懸浮在水流之中，水產生的渾濁現象。這些微粒很不穩定，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）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，用預沉,過濾等分離方法可以除去。

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

2、膠體物質

膠體物質是比離子物質大而比顆粒物質小、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膠體主要是鐵、鋁和硅的化合物。水中的有機膠體物質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。

3、離子物質（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。

離子物質通常易溶于水中，溶解物質可以用離子交換或除鹽等方法予以去除。

4、不反應的溶解氣體

如空氣中的氮氣等。

5、可反應的溶解氣體

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，使水質呈酸性，即PH值低于7。水質越純，越易受空氣的影響，影響主要表現為PH值、電導（阻）率。

6、微生物

主要指水中的細菌含量。中國自來水的常規細菌允許含量＜100cfu/ml；純水的常規細菌允許含量＜1cfu/ml。

7、熱源

熱源又稱細菌內毒素，主要用于醫藥用水特別是注射用水時需考量熱源的含量控制。實驗室中有細胞培養等生物方面的應用時，對熱源用含量控制要求。

8、有機物質

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

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，而導致水中缺氧。同時會發生*發酵,使細菌滋長，惡化水質，破壞水體；工業用水的有機污染,還會降低產品的質量。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菌含量，會添加消毒劑來控制總細菌數。常用的消毒劑為含氯制劑，當氯加到水中會產生含氧化性*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的水處理設備而言，氧化性*的余氯會對RO膜造成很大的損傷，因此在預處理中必須嚴格去除。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的自身重量下沉來達到分離的目的。常用于水中雜質顆粒較大的場所，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，利用隋性吸附或是捕捉方式來留住顆粒，如常用的多介質過濾或砂濾；深層過濾是一種較為經濟的方式，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，因此通常做為預處理。

表面過濾則是多層結構，當溶液通過濾膜時，較濾膜內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，所以也可作為預處理或澄清用。

篩網濾膜基本上是具有一致性的結構，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；篩網過濾微孔過濾一般被置于純化系統中的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。

5. 電滲析

滲析是一種物理現象。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如無機鹽離子通過膜向濃度低的鹽水中滲透，這個現象就是滲析。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，在反滲透技術出現后已很少使用。

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：

               H^＋ + OH^- =H₂O     

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

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⁺

即水質通過鈉離子交換器后，水中的Ca²⁺、Mg²⁺被置換成Na+，達到軟化的目的。

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，再生過程的化學反應與上述軟化過程的離子交換反應正好相反。

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。再生過程的化學反應與上述純化過程的離子交換反應正好相反。

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，讓溶液通過極微細的孔，以達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、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。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99％，除菌率大于99.5%。可去除水中的無機鹽、糖類、氨基酸、細菌、病毒等雜質。現已廣泛應用于海水的淡化處理、純凈水的生產，超純水的制備、及其它以細菌、熱原、膠體、微粒和有機物為去除目的的*工藝。}

如果以原水水質及產水水質為基準，經過適當設計后，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，因為細菌中的DNA及蛋白質會有吸收紫外線導致死亡。

紫外線滅菌法

    臭氧滅菌法：采用臭氧發生器產生臭氧，加入純水中，滅菌效果*。

10、EDI法

一種新的去離子水處理方法。又稱連續電除鹽技術，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，環保性好。現已廣泛應用。

三、各種水處理方法與處理對象的比較

符號標注：◎表示優良，○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，使得原是無色透明的水產生渾濁現象，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。

控制渾濁度是工業水處理的一個重要內容，根據水的不同用途，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。中國北方地區的水質較硬，南方地區的水質較軟。

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

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。

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。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量上都要比含鹽量高。但是，在不很嚴格的情況下，當水比較清凈時，水中的有機物質含量比較少，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，通常被用作水質含鹽量的代替值，常可用TDS筆作快速測得，其單位為。通常TDS、電導率間的關系可簡易換算為：1ppm=2us/cm

5.水的電阻率、電導率？二者的關系？

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

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

6.什么是水的PH值？有什么意義？

答：水的PH值是表示水質酸堿性的相對值。PH值范圍規定在1-14之間，以7為中性的界限，1＜PH＜7時水質為酸性，PH值越小，酸性越強；7＜PH＜14時水質為堿性，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，水質越純，對CO₂的溶解性越強，因此中國實驗室水質標準GB6682-92對一、二級純水的PH值不作規定。

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，故1毫克／升的雜質相當于水中含有百萬分之一份雜質。

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

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

8.什么是水的預處理？預處理有哪些主要方法？

答：水的預處理是在水精制處理之前，預*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，延長精處理設備的使用壽命。

預處理的方法很多，主要有預沉、混凝、澄清、過濾、軟化、消毒等。用這些方法預處理之后,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、揮發性物質、溶解的氣體等雜質除去或降低到一定的程度。

預沉  就是大容積、低流速的自然沉淀處理，如沉沙池、預沉池。

    混凝  利用鐵鹽、鋁鹽、高分子等混凝劑，與水中的雜質通過絮凝和架橋作用生成大顆粒沉淀物，然后通過其他設備，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分離，沉淀物除去，得到澄清水。

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

    軟化  采用化學藥劑，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．基因研究及細胞培養等

IVF―――受精卵培養

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