水处理和膜技术基本知识080905

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1、1水处理基本知识1我国水资源分析浙江开创环保科技有限公司培训资料膜分离技术基础介绍包进锋二 OO 八年八月1水处理基本知识1我国水资源分析第一部分 水处理基本知识1.1 我国水资源分析1.2 基础概念1.3 原水取样及水质分析第二部分 膜分离技术基础2.1离子交换树脂发展简史2.2 膜分离技术及发展2.2.1 膜分离技术发展史2.2.2、膜的分类2.2.3 各种膜的技术特性2.2.4、各种膜技术发展近况2.2.5、膜技术发展方向1水处理基本知识1我国水资源分析1 水处理基本知识1.1 我国水资源分析我国水资源严重不足，人均水资源量只占世界平均人均水资源量的1/4。水资源分布均不平衡，呈现南多北

2、少态势，西北、东北、华北地缺水严重，其中天津、 北京、山东、河南、辽宁等省市尤为突出。水资源利用，地表水占80%,地下水占19%，南方以地面水供水为主，北方平原地区， 地下水是主要的供水水源。 各流域片看，地面水占总供水量的比例为：松辽河片59%，海河片37%,黄河片67%, 淮河片 69%，长江片 94%，珠江片 94%，东南诸河片 96%，西南诸河片 96%，内陆河片 86%。水资源特点：南方地面水含盐量和硬度比较低，悬浮物、有机物含量高，并受季节、 地理环境影响较大，北方地下水含盐量和硬度比较高，幵由于各地水文地质条件不同， 差异较大，但受季节或外界影响小。水质分类溶解固形物分类低溶解固

3、形物水 溶解固形物在 200mg/L 以下。 中等溶解固形物水溶解固形物在 200-500mg/L。较高溶解固形物水溶解固形物在 500-1000mg/L。 高溶解固形物水 溶解固形物在 1000mg/L 以上。硬度分类极软水硬度为 1.0mmol/L 以下。软水 硬度为 1.0-3.0mmol/L。中等硬度水 硬度为 3.0-6.0mmol/L。硬水 硬度为 6.0-9.0mmol/L。 极硬水 硬度为 9.0mmol/L 以上。1水处理基本知识2基础概念1.2 基础概念浊度：水的浑浊程度，测试方法比光式，1L水中含有1mg福马肼，其浊度为1NTU。总悬浮物：水中被某种过滤材料分离出来的固形

4、物的含量，单位lmg/L,用TSS表示。 总溶解固体：溶解在水中全部盐类，及氧化物和一些有机物，用 TDS 表示，单位 mg/L。总有机碳：水中有机性污染物内的含碳量，用TOC表示，单位mg/L。 化学耗氧量：氧化一升水中溶解性有机物所需的氧量。用 KMnO 测定,用 COD 表示,4 Mn单位mg/L。用重铬酸钾测定，用COD表示，单位mg/L。废水领域通常用COD表示。CRCR 碱度：水中含有能与强酸作用的物质含量，包括HCO3-碱度，CO32-碱度，OH-碱度， 天然水中只有HCO3-碱度，单位mg/L。 硬度 ：水中钙、镁离子的含量。分碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。 电导率：是水电阻率的倒

5、数，表征水中的含盐量，单位ps/cm。 PH 值：指水中氢离子的负对数，表示了水的酸性和碱性强弱的程度。 污染指数：在一定压力下和规定时间内，微孔滤膜通过一定水量的阻塞率，可以用 0.45pm 的微孔滤膜过滤试验水样求得。用 SDI 或 FI 表示。SDI=(1-t/t ) x 10/15， t开始透过500ml水所需时间。0150T过滤15min后，透过500ml水所需时间。15 软化：用化学的方法降低或去除水中的钙、镁离子，降低水中的硬度。 除盐：采用物理、化学的方法，降低或去除水中的绝大部分盐类，以获得电导率为 10-0.1ps/cm 的除盐水。 超纯水:采用物理、化学的方法，对除盐水再

6、进一步处理，使水中电导率小于0.1ps/cm， 并达到金属元素、有机物微粒等现象多项指标要求。 反渗透：施加压力超过滤溶液的自然渗透压，溶液透过半透膜，在相反一侧形成稀溶 液，而在加压的一侧形成浓度更高的流量，这种现象即为反渗透。 回收率：产水占进水的百分比，用“Y”表示，Y=100%x产水流量/进水流量。 脱盐率：水中盐份的去除率，用“P”表示，P= (1-产水盐浓度/进水盐浓度)xl00%。1水处理基本知识2基础概念 浓差极化：由于水不断地透过膜，引起膜表面溶液浓度的升高，在膜的高压侧的溶液中，从膜表面到进料液之间形成一浓度梯度，阻碍了反渗透过程的进行，这种现象称 为浓差极化。 浓缩倍率：

7、浓水中离子浓度是进水离子浓度的倍数，用“CF”表示。 CF=100100 -回收率 混床：阳、阴离子交换树脂按一定比例混合装填于同一交换器内的离子交换装臵。混 床可视作无数组阳、阴床串联运行的离子交换设备。 工交容量：在一定再生条件和运行条件下，离子交换树脂在交换过程中，实际起到交换作用的可交换离子总量，单位mol/m3树脂。 再生比耗：指投入再生剂用量与所获得的实际工作交换容量的比值。 EDI： “electrodeionization”的缩写，采用电渗析和离子交换相结合的技术，通过直流电除去水中离子，代替混床，去水达到混床出水品质。1水处理基本知识3原水取样及分析1.3 原水取样及水质分析

8、1.3.1 取样分析的重要性 原水成份是确定适宜的水处理方案、选择合理的水处理流程、采用适当的化学药剂及其剂量迚行水处理设备计算的重要基础资料。 因此一个水处理系统的设计必须有原水水样分析报告。1.3.2 原水水质分析项目及格式项目符号单位数量项目符号单位数量温度c钾K+毫克/升色度度钠Na+毫克/升pH值钙Ca2+毫克/升浊度FTU度镁Mg2+毫克/升悬浮固体毫克/升总铁Fe毫克/升溶解固体毫克/升锰Mm+毫克/升总硬度Ho毫克当量/升钡Ba2+毫克/升游离CO2CO2毫克/升锶Sr2+毫克/升余氯Cl2毫克/升氯离子Cl-毫克/升耗氧量毫克/升重碳酸根HCO-3毫克/升二氧化硅SiO2毫克

9、/升碳酸根CO 2-3毫克/升污染指数SDI硝酸根NO-3毫克/升总有机碳TOC硫酸根SO 2-4值1.3.3 水质分析资料的选用应收集原水的历年水质资料及其年变化情况，选择有代表性的年平均水质作为处理系统的设计依据，最差的水质作为选用设备时校核用。 采用地表水，要有不少于一年的水质分析资料，每月一份，全年 12 份；应尽量收集历年洪水期的悬浮物含量和枯水期的水质 。1水处理基本知识3原水取样及分析采用地下水时，全年的资料每季一份，共四份；深井水水质每年不少于二份。2水处理技术基础1离子交换树脂发展史2.水处理技术基础2.1离子交换树脂发展简史1935年英国的Adams和Holmes収表了由甲

10、醛与苯酚和甲醛与芳香胺的缩聚高分子材 料及其离子交换性能的工作报告，从此开创了离子交换树脂领域。离子交换树脂可以使水 不经过蒸馏而进行脱盐，既简便又节约能源。因此根据 Adams 和 Holmes 的发明，带有磺 酸基和氨基的酚醛缩聚树脂很快就实现了工业化生产并在水的脱盐中得到了应用。 1944 年 DAlelio 合成了具有优良物理和化学性能的磺化的珠状苯乙烯-二乙烯苯加聚物离子交 换树脂交联聚丙烯酸树脂，奠定了现代离子交换树脂的基础。1947 年，美国原子能委员 会的 Manhattan 项目在用离子交换树脂并通过配合剂的洗脱来分离稀土和其他金属方面 取得了令人振奋的结果。这些研究促使了离

11、子交换树脂的合成及应用的声速发展。 Dow 化学公司的 Bauman 及其同事开収了工业生产觃模的苯乙烯系磺酸型强酸性离了交换树 脂。Rohm Hass公司的Kunin及其同事详细地研究了苯乙烯系阴离子交换树脂和其后的弱 酸性丙烯酸系羧酸树脂。离子交换树脂除应用于水的脱盐精制外，还用于药物提取纯化、 稀土元素的分离纯化、蔗糖及葡萄糖溶液的脱盐脱色等。离子交换树脂収展史上的另一个里程碑是大孔树脂的开収。 20世纪50年代末，世界 上几个实验室（包括我国的南开大学化学系）几乎同时合成出大孔离子交换树脂。与凝胶 型相比，大孔型离子交换树脂具有机械强度高、交换速度快和抗有机污染的优点。因此大 孔型离子

12、交换树脂很快得到了广泛的应用。60 年代后期，离子交换树脂的合成、品种、性能等方面得到了迚一步的収展。 这个 时期更主要的是离子交换树脂的应用得到迅速的发展。除了传统的水的脱盐、软化外，在 分离、纯化、脱色、催化等方面得到广泛的应用。离子交换树脂在水处理以外的应用由 80年代以前占离子交换树脂总用量的不足10%增加到现在30%左右。水处理技术基础 离子交换树脂发展史离子交换树脂除了其本身的广泛应用给人类做出巨大的贡献外，在离子交换树脂发展 的基础上，还引申发展了一些很重要的功能高分子的分支学科。如吸附树脂、螯合树脂、 聚合物固载催化剂、高分子试剂、固定化酶等。特别是固相多肽合成的开创给多肽合成

13、带 来了一场革命，Merrrified因此获得了 1984年度的诺贝尔奖。80年代以来，以固相合成 为基础而发展起来的组合化学是固相合成的又一里程碑。组合化学给药物化学带来革命性 的变化。2水处理技术基础2.1膜分离技术发展史2.2 膜分离技术及发展膜技术产生于 20 世纪 60 年代，已趋于成熟，不少资料中都把膜技术和超导、光纤、碳纤维、纳米技术等一起统称为 21世纪工业领域六大新技术。目前全世界膜技术的年产值已突破 300 亿美元。2.2.1 膜分离技术发展史2.2.1.1、国外膜分离技术发展史 膜分离是利用薄膜对混合物组分的选择性透过性能使混合物分离的过程。人们很早就认识到固体薄膜能选择

14、性地使某些组分透过。1748年，Nelkt収现水能自収地扩散到装有酒精的溶液的猪膀胱内，这一収现可以说是开创了膜渗透的研究。19 世纪，人们对溶剂 的渗透现象已有了明确认识，发现了天然橡胶对某些气体的不同渗透率，并提出利用多孔 膜分离气体混合物的思路。 1855 年， Fick 用陶瓷管浸入硝酸纤维素乙醚溶液中制备了囊袋型“超滤”半渗透膜，用以透析生物学流体溶液。1907年，Bechhold发表了第一篇系 统研究滤膜性质的报告，指出滤膜孔径可以用改变火棉胶（硝酸纤维素）溶液的浓度来控 制，从而可制出不同孔径系列的膜，并列出了相应的过滤颗粒物质梯级表。 1918 年，Zsigmondy等人提出了商品觃模生产硝酸纤维素微孔滤膜的方法，并于1921年获得了专利。1931年，Elford报道发展了一个新的适于微生物应用的火棉胶滤膜系列，并用它来分离和富集微生物和极继粒子。 40年代出现了基于渗析原理的人工肾。 50年代初期， Juda研制成功离子交换膜，电渗析获得了工业应用。1925年Michaelis开始研究火棉胶膜，并尝试解释了在膜中电荷的影响下膜的细孔对离子筛分选择透过效应。这项关于火棉胶的研究是合成离子交