水质基础知识

一、9种水中的杂质.... 1

二．10种常见的水处理方法.... 2

三、各种水处理方法与处理对象的比较.... 6

四、水处理常用名词解释.... 7

一、9种水中的杂质

1、微粒物质（Particulate Matter）

包括泥沙、铁锈、藻类、悬浮物、微纤维等微粒杂质，肉眼可见。这些微粒常常悬浮在水流之中，水产生的浑浊现象。这些微粒很不稳定，可以通过沉淀和过滤而除去。水在静置的时候，重的微粒（主要是砂子和粘土一类的无机物质）会沉下来。轻的微粒（主要是动植物及其残骸的一类有机化合物）会浮于水面上，用预沉,过滤等分离方法可以除去。

微粒物质是造成浊度、色度、气味的主要来源。自来水、二次供应的自来水、江河湖泊水中均可能存在。

2、胶体物质

胶体物质是比离子物质大而比颗粒物质小、直径在10^-4～10^-6mm之间的微粒。胶体是许多分子和离子的集合物。天然水中的无机矿物质胶体主要是铁、铝和硅的化合物。水中的有机胶体物质主要是植物或动物的肢体腐烂和分解而成的腐殖物。其中以湖泊水中的腐殖质含量zui多，因此常常使水呈黄绿色或褐色。

胶体颗粒不能藉重力自行沉降而去除，一般是在水中加入药剂破坏其稳定，使胶体颗粒增大而沉降予以去除。

地表水或地下水都可能存在胶体物质。

3、离子物质（Ionic material）

包括：阳离子、阴离子。阳离子如钙离子、镁离子、铁离子等；阴离子氯离子、硫酸盐离子、磷酸盐离子等。

离子物质通常易溶于水中，溶解物质可以用离子交换或除盐等方法予以去除。

4、不反应的溶解气体

如空气中的氮气等。

5、可反应的溶解气体

天然水中常见的溶解气体有氧气（O2）、二氧化碳（CO2）、有时还有硫化氢（H₂S）、二氧化硫（SO₂）、氨 （NH₃）等。这些溶解于水中的气体，大都对金属有腐蚀作用,是引起水系统金属腐蚀的重要因素。

空气中的CO2对纯水影响zui大。CO2存在于空气中并很容易溶于水中，使水质呈酸性，即PH值低于7。水质越纯，越易受空气的影响，影响主要表现为PH值、电导（阻）率。

6、微生物

主要指水中的细菌含量。中国自来水的常规细菌允许含量＜100cfu/ml；纯水的常规细菌允许含量＜1cfu/ml。

7、热源

热源又称细菌内毒素，主要用于医药用水特别是注射用水时需考量热源的含量控制。实验室中有细胞培养等生物方面的应用时，对热源用含量控制要求。

8、有机物质

水中的有机物质主要是指腐殖酸、生活污水和工业废水的污染物。腐殖物质是水生生物一类的生命活动过程的产物。这些有机物污染着水体，并使水质恶化。

水中的有机物有个共同特点，就是要进行生物氧化分解，需要消耗水中的溶解氧，而导致水中缺氧。同时会发生*发酵,使细菌滋长，恶化水质，破坏水体；工业用水的有机污染,还会降低产品的质量。有机物是引起水体污染的主要原因之一。

地表水中有机物含量通常高于地下水中的含量。

9、残留消毒剂

自来水公司为控制水中的细菌含量，会添加消毒剂来控制总细菌数。常用的消毒剂为含氯制剂，当氯加到水中会产生含氧化性*的化合物如余氯，起到消毒杀菌的作用。

对于采用反渗透技术的水处理设备而言，氧化性*的余氯会对RO膜造成很大的损伤，因此在预处理中必须严格去除。常用活性碳吸附去除。

二．10种常见的水处理方法

1. 沉淀过滤法

这是一种zui原始的过滤方法，它是依靠水中微粒杂质的自身重量下沉来达到分离的目的。常用于水中杂质颗粒较大的场所，如江河湖水的初步自然澄清过滤。

2. 蒸馏法

蒸馏法是把水加热，变成气体，分出混入气相中的低沸点成分或飞沫成分，低沸点气体放于大气中。不挥发性不纯物残留于液相中，成为浓缩液排出。如此把水精制成高纯度的水。

此法耗电耗水量很大，且使用时需有人看守，使用不方便，现已较少使用。

3. 薄膜微孔过滤（MF）法

薄膜微孔过滤法包括三种形式：深层过滤、筛网过滤、表面过滤。

深层过滤是以编织纤维或压缩材料制成的基质，利用隋性吸附或是捕捉方式来留住颗粒，如常用的多介质过滤或砂滤；深层过滤是一种较为经济的方式，可去除98%以上的悬浮固体，同时保护下游的纯化单元不会被堵塞，因此通常做为预处理。

表面过滤则是多层结构，当溶液通过滤膜时，较滤膜内部孔隙大的颗粒将被留下来，并主要堆积在滤膜表面上，如常用的PP纤维过滤。表面过滤可去除99.9%以上的悬浮固体，所以也可作为预处理或澄清用。

筛网滤膜基本上是具有一致性的结构，就象筛子一般，将大于孔径的颗粒，都留在表面上（这种滤膜的孔量度是非常的），如超纯水机终端使用的用点保安过滤器；筛网过滤微孔过滤一般被置于纯化系统中的zui终使用点，以去除zui后的残留微量树脂片、碳屑、胶体和微生物。

4、活性炭吸附法

活性炭依靠吸附和过滤作用主要去除水中的异色、异味、余氯、残留消毒物等有机物杂质。

5. 电渗析

渗析是一种物理现象。如将两种不同浓度的盐水，用一张渗透膜隔开，浓度高的盐水中的溶质如无机盐离子通过膜向浓度低的盐水中渗透，这个现象就是渗析。这种渗析是由于含盐量浓度不同而引起的，称为浓差渗析。因为是以浓度差作为推动力，扩散速度始终是比较慢的。如果要加快这个速度，就可以在膜的两边加一直流电极。电解质在电场的作用下，会加快迁移的速度，这就称为电渗析。

电渗析耗电量大，且渗析膜片易坏，在反渗透技术出现后已很少使用。

6. 离子交换（IX）法

离子交换法的原理是将原水*中的无机盐阴阳离子如钙离子Ca²⁺、镁离子Mg²⁺、硫酸盐SO₄^2-、硝酸盐NO₃^-等，通过与离子交换树脂交换，使水中的阴、阳离子与树脂中的阴阳离子相交换，从而使水得到软化或纯化。

注1：原水是指相对于每一个过滤单元而言，其进水就称为原水。

离子交换树脂*分为阴离子树脂（R-OH）和阳离子树脂（H-R和Na-R）两种，其中阳离子树脂根据其活性基团的不同而分为钠型树脂（Na-R）和氢型树脂（H-R）。钠型树脂常用于水质软化，氢型树脂常和阴离子树脂R-OH一起配合使用，以去除水中的无机盐阴阳离子，使水质纯化为超纯水。

注2：离子交换树脂指离子交换树脂的高分子基团通常以R表示。

纯化过程：

如以H-R代表氢型阳树脂，其纯化水质的交换过程如下：

                    2H-R＋Ca²⁺ = R₂Ca ＋ 2H^＋

2R-OH+ SO₄^2- = R₂SO₄ + 2OH^-   

以上过程中生成的H^＋  和OH^- 再反应：

               H^＋ + OH^- =H₂O     

即水质通过离子交换器后，水中的无机盐阴阳离子被置换成H₂O，达到纯化的目的。

软化过程：

如以Na-R代表钠型树脂，其交换过程如下：

                    2Na-R＋Ca²⁺=R₂Ca＋2Na^＋

                    2Na-R＋Mg²⁺=R₂Mg＋2Na⁺

即水质通过钠离子交换器后，水中的Ca²⁺、Mg²⁺被置换成Na+，达到软化的目的。

再生过程：

离子交换树脂使用一段时间后，树脂中的离子被交换*后，达到饱和程度，失去离子交换能力，此时就需要对树脂进行再生。

软化树脂需要用Nacl即食盐溶液进行再生，再生过程的化学反应与上述软化过程的离子交换反应正好相反。

纯化水用阳树脂需要用酸进行再生，阴树脂需要用碱进行再生。再生过程的化学反应与上述纯化过程的离子交换反应正好相反。

7． 超过滤（UF）法

微孔薄膜是依其过滤孔径的大小来去除微粒，而超滤（UF）薄膜则像一个分子筛，它以尺寸为基准，让溶液通过极微细的孔，以达到分离溶液中不同大小分子之目的。

超滤膜是一种强韧、薄、具有选择性的通透膜，通常认为其过滤孔径约为0.01μm，可截留某种特定大小以上的分子，包括：胶质、微生物和热源。较小的分子，例如：水和离子，都可通过滤膜。

超滤法常用于果汁浓缩、中草药提取、反渗透的预处理、超纯水的终端保安过滤等。

8．反渗透（RO）法

一种高新膜分离技术。它是以压力为推动力，利用反渗透膜只能透水而不能透过溶质的选择性，从含有各种无机物、有机物、微生物的水体中，提取纯水的物质分离过程。反渗透膜的孔径小于10埃（1埃等于10^{－10米），具有*的筛分作用，其脱盐率高达99％，除菌率大于99.5%。可去除水中的无机盐、糖类、氨基酸、细菌、病毒等杂质。现已广泛应用于海水的淡化处理、纯净水的生产，超纯水的制备、及其它以细菌、热原、胶体、微粒和有机物为去除目的的*工艺。}

如果以原水水质及产水水质为基准，经过适当设计后，RO是将自来水纯化的的有效方法，同时也是超纯水系统的前处理方法。

9．紫外线（UV）、臭氧灭菌法

紫外灯所放射出来的254nm的紫外线是一种有效的杀菌方法，因为细菌中的DNA及蛋白质会有吸收紫外线导致死亡。

紫外线灭菌法

    臭氧灭菌法：采用臭氧发生器产生臭氧，加入纯水中，灭菌效果*。

10、EDI法

一种新的去离子水处理方法。又称连续电除盐技术，EDI装置将离子交换树脂充夹在阴/阳离子交换膜之间形成EDI单元。这种方法不需再用酸碱对树脂进行再生，环保性好。现已广泛应用。

三、各种水处理方法与处理对象的比较

符号标注：◎表示优良，○表示良，△表尚可，×表不好.

四、水处理常用名词解释

1.什么是水的浑浊度？

答：由于水中含有微粒杂质，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。浑浊度的单位是用“度NTU”来表示的。

控制浑浊度是工业水处理的一个重要内容，根据水的不同用途，对浑浊度有不同的要求：生活饮用水的浑浊度不得超过5度；

在工业水处理中，主要是采用混凝、澄清和过滤的方法来降低水的浑浊度。

2.什么是水的硬度？

答：水中有些金属阳离子，同一些阴离子结合在一起，容易形成水垢，附着在物体表面，我们把水中这些金属离子的总浓度称为水的硬度。如在天然水中zui常见的金属离子是钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+）、它与水中的阴离子如碳酸根离子（CO32-）、碳酸氢根离子（HCO3-）、硫酸根离子（SO42-）、氯离子（Cl-）、以及硝酸根离子（NO3-）等结合在一起。形成钙镁的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物、以及硝酸盐等硬度。水中的铁、锰、锌等金属离子也会形成硬度，但由于它们在天然水中的含量很少，可以略去不计。因此，通常就把Ca2+、Mg2+的总浓度看作水的硬度。

通常，地下水、井水等的硬度较大，地表水的硬度较小。中国北方地区的水质较硬，南方地区的水质较软。

若水质的硬度较大，则在反渗透处理之前必须对原水进行软化，否则易在RO膜表面结垢，影响RO膜的产水质量及使用寿命。

水的硬度对锅炉用水的影响很大，因此，锅炉用水时必须进行软化或除盐处理。

3.什么是水的总固体、溶解固体和是悬浮固体？

答：水中除了溶解气体之外的一切杂质称为总固体。而水中的固体又可分为溶解固体和悬浮固体。这二者的总和即称为水的总固体。

溶解固体是指水经过过滤之后，那些仍然溶于水中的各种无机盐类、有机物等。悬浮固体是指那些不溶于水中的泥砂、粘土、有机物、微生物等悬浮物质。

总固体的测定是蒸干水分再称重得到的。

4.什么是水的含盐量？TDS值？

答：水的含盐量（也称矿化度）是表示水中所含盐类的的总含量。由于水中各种盐类一般均以离子的形式存在，所以含盐量也可以表示为水中各种阳离子的量和阴离子的量的和。

水的含盐量与溶解固体的含义有所不同，因为溶解固体不仅包括水中的溶解盐类，还包括有机物质。同时，水的含盐量与总固体的含义也有所不同，因为总固体不仅包括溶解固体、还包括不溶解于水的悬浮固体。所以，溶解固体和总固体在数量上都要比含盐量高。但是，在不很严格的情况下，当水比较清净时，水中的有机物质含量比较少，有时候也用溶解固体的含量来近似地表示水中的含盐量。

水质的TDS值是指溶解性总固体含量。在水处理计算中，通常被用作水质含盐量的代替值，常可用TDS笔作快速测得，其单位为。通常TDS、电导率间的关系可简易换算为：1ppm=2us/cm

5.水的电阻率、电导率？二者的关系？

答：水的电阻率和电导率的大小,与水中含盐量的多少、水中离子浓度、离子的电荷数以及离子的运动速度有关。水越纯，电阻率越大，电导率越小。电阻和电导是成反比的关系。目前zui纯的水质电阻率为18.25MΩ.cm。需了解中国实验室水质标准GB6682-92的PH、电阻等指标。

水质越纯，电阻率和电导率越易受空气中的CO₂的影响，因此超纯水的电导电阻检测必须在线检测，才可保证其准确性。

6.什么是水的PH值？有什么意义？

答：水的PH值是表示水质酸碱性的相对值。PH值范围规定在1-14之间，以7为中性的界限，1＜PH＜7时水质为酸性，PH值越小，酸性越强；7＜PH＜14时水质为碱性，PH值越大，碱性越强。

纯水的PH值很容易受空气中的CO₂的影响，水质越纯，对CO₂的溶解性越强，因此中国实验室水质标准GB6682-92对一、二级纯水的PH值不作规定。

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杂质，故1毫克／升的杂质相当于水中含有百万分之一份杂质。

        1微克／升相当于水中含有十亿分之一份的杂质，也可以ppb来表示。

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

8.什么是水的预处理？预处理有哪些主要方法？

答：水的预处理是在水精制处理之前，预*行的初步处理，以便在水的精处理时取得良好效果，提高水质，延长精处理设备的使用寿命。

预处理的方法很多，主要有预沉、混凝、澄清、过滤、软化、消毒等。用这些方法预处理之后,可以使水的悬浮物（浊度）、色度、胶体物、有机物、铁、锰、暂时硬度、微生物、挥发性物质、溶解的气体等杂质除去或降低到一定的程度。

预沉  就是大容积、低流速的自然沉淀处理，如沉沙池、预沉池。

    混凝  利用铁盐、铝盐、高分子等混凝剂，与水中的杂质通过絮凝和架桥作用生成大颗粒沉淀物，然后通过其他设备，如澄清池、过滤池等，予以除去。

澄清  通过混凝剂作用而形成的大颗粒沉淀物在澄清池内分离，沉淀物除去，得到澄清水。

    过滤  将被处理的水，流经装有特殊过滤材料装置，如各种滤池等，截留水中杂质，予以去除。   

    软化  采用化学药剂，如石灰水、苏打粉等，使水中碳酸氢盐硬度除去；或是采用阳离子交换树脂等方法除去水中的钙、镁、铁离子等，这一过程称为软化。

    消毒  加入杀菌剂，如液氯、漂白粉等，杀灭水中的微生物。

9、常用实验项目缩写名称的说明：

PCR―――分子生物测试．基因研究及细胞培养等

IVF―――受精卵培养

AA―――原子吸收分析仪

HPLC―――液相色谱

ICP――――电感耦合等离子光谱

TOC―――总有机碳

10、水的压力