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1、水专业基础概念水: 分子式为 H2O，相对分子量 18，常温下，无色、无味、无臭的透明液体，纯水几乎不导电。三态变化特性：水有着固、液、气三态变化特性，其融点为0，沸点为 100。常温下以液态存在。工业中常利用水的三态变化特性来进行能量变换。热胀冷缩性能： 4为分界点， 4以上，温度越高体积越大； 4以下，温度越低体积越大。高热容性能：水的比热容为4.2J ，是所有液体和固体中热容最高的物质。溶解性能：水是溶解能力很强的溶剂，多数物质在水中有很大的溶解度。水是一切有机化合物和生命物质的氢来源，组成一切有机化合物的碳、氢、氧等元素，主要来自水和空气中的二氧化碳。水中杂质按颗粒大小分为： 悬浮物（
2、10-4mm以上）、胶体（ 10-4-10-6mm 之间）、溶解性盐和气体（ 10-6mm以下）。比热容：单位物质的温度升高或降低1时，所吸收或释放出的热量叫做该物质的比热容。单位： J/ （ g）浊度：由于水中含有悬浮及胶体状态微粒，使得原是无色透明的水产生浑浊现象，其浑浊的程度称为浑浊度， 1L 水中含有 1mgSiO2（或白陶土）时，所产生的浑浊程度为 1 度，单位度， 1 度 =1mg/L=1NTU。硬度：通常指水中钙镁离子或其混合物的浓度总和。水的硬度一般可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度；碳酸盐硬度主要由水中钙镁离子与 CO32-和 HCO3结-合而成，但由于 CaCO3溶解度很低，
3、可以忽略，因此水中的碳酸盐硬度主要是由Ca（HCO3）2 和 Mg（HCO3）2 组成。而碳酸氢盐硬度经加热之后分解成沉淀物从水中去除，故称为暂时硬度。Ca（HCO3）2CaCO3 + CO2 + H2OMg（HCO3）2Mg(OH)2 + 2CO2非碳酸盐硬度主要是钙镁离子的硫酸盐、氯化物和硝酸盐类所形成的硬度。这类硬度不能用加热分解的方法去除，故称为永久硬度。碱度：指水中能够接受 H+离子与强酸进行中和反应的物质的含量。所以碱度主要是表示水中 CO32-、HCO3和- OH-及其他一些弱酸盐类的总和。酸度：指水中能够提供H+离子与强碱进行中和反应的物质总量。pH：表示水中氢离子浓度的负对数
4、值，表示为 pH=-lg 【H+】。 PH 值范围为 014。理论上来讲 pH=7为中性水； pH7，pH 越小，酸性越强； pH7，pH 越大，碱性越强。事实上， pH=6.5-8.0 为中性水； pH 5 为酸性水， pH8.0 为碱性水。溶解氧（ DO）：溶解于水中的游离氧称为溶解氧（用 DO表示）。天然水中溶解氧含量约为 8-14mg/L ，敞开式循环冷却水中溶解氧一般约为 6-8 mg/L 。天然水温度越高，溶解氧越低，压力升高溶解氧增高。化学需氧量（ COD）：是在一定条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它表示水中还原性物质多少的一个指标。化学需氧量越大，说明水
5、体受有机物的污染越严重。采用重铬酸钾（ K2Cr2O7）作为氧化剂所测的化学需氧量叫做 CODCr。单位： mg/L。生化需氧量（ BOD）：在有氧的条件下，由于微生物的作用，水中能分解的有机物质完全氧化分解所消耗氧的量称为生化需氧量。它表示水体受有机物污染的程度。目前规定在 20时， 培养 5 天所测得的生化需氧量称为5 日生化需氧量，用 BOD5表示。单位： mg/L。混凝：天然水中存在的胶体大都带负电荷，向水中投入大量带正电荷的混凝剂而使胶体微粒聚结，这种使得胶体微粒相互聚结的作用称为双电层作用。使得胶体微粒相互聚结的过程称为凝聚；由于高分子物质的吸附架桥而使得微粒相互粘结的过程称为絮凝
6、；凝聚和絮凝两者总称为混凝。电导率：物理意义是表示 物质导电的性能。电导率越大则导电性能越强，反之越小。它主要反映的是水中阴阳离子含量的多少。单位： s/cm。过滤器反洗强度：每平方米过滤面积上，单位时间内通过的冲洗水量。单位：L/ （m2 s）超滤（ UF）：Ultra Filtration 的缩写，中文意思是 : 超级过滤；超滤是一种以膜两侧压差为推动力，以机械筛分原理为基础理论的溶液分离过程。它的孔径只有几纳米到几十纳米， 也就是说只有一根头发丝的 1！就能筛出大于孔径的溶质分子，以分离分子量大于 500 道尔顿、粒径大于 220 纳米的颗粒。可有效去除水中的微粒、胶体、细菌垫层及高分子
7、有机物质。超滤膜材质常见有聚砜（ PS）、聚醚砜（ PES)、聚丙烯腈（PAN)、聚氯乙烯（ PVC)、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚丙烯（ PP)等。纳滤（ NF）：介于 RO与 UF之间的新型膜分离技术，只对特定的溶质具有高脱盐率，主要截留直径 1nm左右的溶质及离子，截留分子量在 100-1000 ，离子价数越大，截留率越大。 1 价离子一般截留率只有 10-80%，而 2 价以上离子截留率可达 90%以上，与 RO相比，所用施压低，一般为 0.5-2.0MPa 。而 RO施压一般在 0.5-3.0MPa 。膜组件类型主要有管式、卷式、中空纤维式。膜材质主要有：醋酸纤维素（ CA）、硫化聚砜
8、（ SPS）、硫化聚醚砜（ SPES）、聚酰胺（ PA）和聚乙烯醇（ PVA）等。纳滤分离具有两个特性，即筛分效应和电荷效应。分子量大于膜的截留分子量的物质，将被膜截留，反之则透过，这就是膜的筛分效应。另外，因为膜本体带有电荷（大多数纳滤膜带有负电荷），这是他在很低压力下仍具有较高脱盐性能的主要原因，即电荷效应。反渗透 (RO)：RO是英文 Reverse Osmosis membrane 的缩写，中文意思是 : 逆渗透；首先渗透是一种物理现象 . 当两种含有不同盐类的水 , 如用一张半渗透性的薄膜分开就会发现 , 含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中。这种过程叫做渗透。渗透达到平衡
9、时，半透膜两侧的液位差称为这种溶液的渗透压；但如果在含盐量高的水一侧施加大于渗透压的压力，则溶液中的水就会透过半透膜，流向淡水一侧。这种过程称为反渗透。一般性的自来水经过 RO膜过滤后的纯水电导率 5 s/cmRO膜过滤后出水电导 =进水电导（ 1- 除盐率），一般进口反渗透膜脱盐率都能达到 99%以上， 5 年内运行能保证 97%以上。对出水电导要求比较高的，可以采用 2 级反渗透，再经过简单的处理，水电导能小于 1 s/cm。 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，而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无
10、法通过 RO膜。膜材质主要有：醋酸纤维素（ CA）、复合膜、聚酰胺（ PA）等。醋酸纤维素（ CA）醋酸纤维素又称乙酰纤维素或纤维素醋酸酯。常以含纤维素的棉花、木材等为原料，经过酯化和水解反应制成醋酸纤维素，再加工成反渗透膜。聚酰胺（ PA）聚酰胺包括脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺两大类。 20 世纪 70 年代应用的主要是脂肪族聚酰胺，如尼龙 4、尼龙 6 和尼龙 66 膜；目前使用最多的是芳香族聚酰胺膜。膜材料为芳香族聚酰胺、芳香族聚酰胺酰肼以及一些含氮芳香聚合物。芳香族聚酰胺膜适应的pH范围可以宽到211，但对水中的游离氯很敏感。复合膜复合膜的特征是主要由以上两种材料制成，它是以很薄的致密层
11、和多孔支撑层复合而成。多孔支撑层又称基膜，起增强机械强度的作用；致密层也称表皮层，起 脱盐作用 ，故又称脱盐层。脱盐层厚度一般为50nm，最薄的为 30nm。由单一材料制成的非对称膜有下列不足之处：1、致密层和支持层之间存在被压密的过渡层。2、表皮层厚度最薄极限为100nm，很难通过减小膜厚度降低推动压力。3、脱盐率与透水速度相互制约，因为同种材料很难兼具脱盐和支撑两者均优。复合膜很好地解决了上述问题，它可以分别针对致密层和支持层的要求选择脱盐性能好的材料和机械强度高的材料。从而复合膜的致密层可以做得很薄，有利于降低拖动压力；同时消除了过渡区，抗压密性能好。基膜的材料以 聚砜（ps ）最为普遍
12、，其次为聚丙烯（ PP）和聚丙烯腈（PAN）。因为聚砜价廉易得，制膜简单，机械强度好，抗压密性能好，化学性能稳定，无毒，能抗生物降解。为进一步增强多孔支撑层的强度，常用聚酯无纺布。脱盐层的材料主要为芳香聚酰胺。此外还有哌嗪酰胺、丙烯 - 烷基聚酰胺与缩合尿素、糠醇与三羟乙基异氰酸酯、间苯二胺与 均苯三甲酰氯 等。工艺分离膜比较：微滤： 0.1到10 微米主要过滤：細菌和微細的悬浮固体超滤膜： 0.005 到 0.05 微米乳化油, 色素,胶体纳滤膜： 0.0005到 0.005微米糖, 染料, 表面活性剂 , 矿物质反滲透： 0.0001到 0.001微米盐, 金属离子 ,矿物质EDI（ El
13、cctrodeionization）是一种将 离子交换技术 、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。它巧妙的将电渗析和离子交换技术相结合，利用两端电极高压使水中带电离子移动，并配合 离子交换树脂 及选择性树脂膜以加速离子移动去除，从而达到水纯化的目的。电渗析法（ electrodialysis 【 ED】）：是利用离子交换膜进行海水淡化的方法。离子交换膜是一种功能性膜，分为 阴离子交换膜 和阳离子交换膜，【简称阴膜和阳膜】。阳膜只允许阳离子通过阴膜只允许阴离子通过，这就是离子交换膜的选择透过性。在外加电场的作用下，水溶液中的阴、阳离子会分别向离岸边移动，如果中间再加上一种交换膜，
14、就可能达到分离浓缩的目的。电渗析法将利用了这样的原理。电渗析器中交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子就作定向迁移。阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来；阴膜只允许 阴离子通过而把阳离子截留下来。结果使这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称为淡水。而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室，出水称为浓水。从而使离子得到了分离和浓缩，水便得到了 净化。离子交换水处理是通过离子交换剂除去水中呈离子态杂质的水处理方法。普遍应用于水处理作离子交换剂的物质是离子交换树脂。离子交换树脂是高分子化合物，根据基团的性质可分为阳离子交换树脂可电离的反离子是氢离子及金属离子；阴离子交换树脂可电离的反离子是氢氧根离子和酸根离子。当水中的各种阳离子和氢型阳树脂反应后，水中就含有从阳树脂上被交换下来的氢离子；而阴离子和氢氧型阴离子交换树脂反应后交换下的氢氧根离子。若水中仅存氢离子和氢氧根离子那么就能达到除盐目的。化学反应式如下：Na+Na+R H+ + Ca2+RCa2+ H+Mg2+Mg2+Cl
