水处理的经典概念

一、常用基本概念
　　1. 电导：在两片面积各一平方厘米，相隔一厘米距离的极片间可移动的离子数目，称为电导
度，单位：µs/cm.。
　　2. 电阻：电导的倒数，单位：MΩ•cm。
　　3. 硬度：指水源中钙镁离子的含量，通常用粒数/加仑（gpg）来表示。
　　4. pH值：溶液中酸和碱的相对含量。pH值是水中氢离子浓度的负对数（log）的度量单位。
pH值分0~14挡，pH值为7.0则水为中性；pH值小于7.0，则水为酸性的；pH值大于7.0。则水为碱性
的。
　　5. 总固体量（TS）：是指总溶解固体量（TDS）和总悬浮固体量（TSS）之和。
　　6. 碱度：是用来描述碳酸盐、碳酸氢盐和氢氧化物含量的通用术语。
　　7. 总有机碳（TOC）：总有机碳（TOC）是以mg/l为单位的水中有机物污染的度量单位。TOC
是可氧化的有机物的直接度量单位。
　　8. 活性炭：颗粒活性炭，用于去除水中的异味、气味、氯气、氯胺及一些有机物。
　　9. NTU：散射浊度单位—用一束光通过样水，用散射浊度计测出低浑浊水的浑浊度。
　　10. 渗透：水通过半透膜，从低浓度溶液一侧向高浓度溶液一侧自然的流动，直到能量达到
平衡。
　　11. SDI：含沙密度指数—用于测量反渗透系统所用原水中悬浮国体的数量。
　　12. 树脂：专门制造的聚合物小球，用在离子交换系统中，去除水溶液中的溶解盐。
　　13. LSI：langelier饱和指数—一种计算公式，采用该公式，在规定的条件、温度、pH值、
TDS、硬度及碱性下进行碳酸钙沉淀的预测。
　　14. 内毒素：一种抗热的致热质，特别是在有生命或无生命细菌的细胞壁中发现的脂肪多糖
。
　　15. 臭氧：氧的一种不稳定的、高活性的形式，它是由自然雷电或高压电荷通过空气所产生
的，是一种优良的氧化剂和消毒剂。
二、基本处理工艺
　　1. 沉淀
　　沉淀通常是一种多步工艺，用以减少水中浑浊物和悬浮物。这一多步工艺包含加入化学凝结
剂或pH值调节剂以反应生成絮状物，絮状物由于重力作用而在沉淀桶中沉淀下来，或当水通过高
差滤池时滤掉。沉淀工艺可有效地去除大于25µm的微粒。
　　2. 石灰-苏打软化
　　在水中加入石灰（CaO）和苏打粉（Na2CO3）以减少其钙镁含量的方法称为石灰软化法。其目
标是使水中的氢氧化钙和氢氧化镁（硬度）沉淀析出。该工艺花费少，但效果勉强。通常生产出
的水硬度为50~120ppm（3~7gpg）。该工艺不足之处是处理后的水pH值高，一般在8.5~10.0范围。
　　3. 机械过滤器（多介质过滤器）
　　机械过滤器为一填充规定厚度滤料的压力容器，当填充单一滤料时为单层机械过滤器，填充
不同种类滤料时为双层或多介质过滤器。
　　功能：在水质预处理系统中，多介质过滤器压力容器内不同粒径的石英砂按一定级配装填，
经絮凝的原水在一定压力下自上而下通过滤料层，从而使水中的悬浮物得以截留去除，多介质过
滤器能够有效去除原水中悬浮物、细小颗粒、全价铁及胶体、菌藻类和有机物。其出水SDI15（污
染指数）小于等于5，完全能够满足反渗透装置的进水要求。
　　4. 活性炭过滤器
　　活性炭过滤器压力容器是一种内装填粗石英砂垫层及优质活性炭的压力容器。
　　功能：在水质预处理系统中，活性炭过滤器能够吸附前级过滤中无法去除的余氯以防止后级
反渗透膜受其氧化降解，同时还吸附从前级泄漏过来的小分子有机物等污染性物质，对水中异味
、胶体及色素、重金属离子、COD等有较明显的吸附去除作用。可以进一步降低RO进水的SDI值，
保证SDI<5，TOC<2.Oppm。
　　5. 软化器
　　离子交换软化装置是水处理过程中^常用的一种设备，其作用是去除硬水中形成水垢的钙和
镁离子。在许多情况下，利用软化水设备可去除可溶性离子（铁离子）。标准软水设备有四个主
要部分：树脂柱、树脂、加盐装置、阀门控制器。
　　软水设备树脂柱里装有处理过的离子交换树脂—聚苯乙烯小颗粒。这种树脂颗粒起初在再生
过程中是吸附钠离子，这个树脂对多价离子诸如钙离子、镁离子的亲和力大得多。因而，当硬水
流经树脂时，钙离子和镁离子就会吸附在树脂上，同时又解吸离子，直至达到平衡状态。这时，
软水设备就完成了其中的钠离子与水里钙镁离子的交换。
　　再生时，使NaCl溶液流经树脂，硬离子就置换成了钠离子。采用高浓度盐水使树脂与硬离子
之间的这种亲和力得以减弱。这个再生过程可以无限重复进行而不会损坏树脂。
　　软化器是一种简单的离子交换过程，它解决了极常见的水污染形式：硬度。利用NaCl进行再
生是一个简单但并不昂贵的过程，还能实现自动再生，而且无需烈性化学试剂。
　　6. 阴、阳离子交换器
　　阴、阳离子交换器是分别填装阴树脂和阳树脂的交换器。阳离子交换器用于去除正电荷离子
（阳离子），阴树脂用于去除负电荷离子（阴离子）。
　　阳离子交换树脂是将H+离子置换成阳离子，诸如钙、镁和钠离子；阴离子交换树脂是将OH-离
子置换成阴离子，诸如氯离子、硫酸根离子和重碳酸根离子，置换的H+和OH-合成形成水，去除水
中的离子。
　　树脂的交换能力是有限的，在其交换能力耗尽之后必须进行再生。交换能力的耗尽出现吸附
离子之间达到平衡状态的时候，阳离子树脂的再生是利用酸进行处理，一般用盐酸再生，即用H+
离子进行填充。阴离子树脂的再生一般使用氢氧化钠，即用OH-离子填充。再生可以用再生过的交
换柱去离子设备在柱外进行，也可以通过安装可再生的去离子设备和再生设备以及化学药剂的方
法在柱内进行。
　　7. 混床
　　混床是混合离子交换柱的简称，是针对离子交换技术所设计的设备。所谓混床，就是把一定
比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一交换装置中，对流体中的离子进行交换、脱除。由于
阳树脂的比重比阴树脂大，所以在混床内阴树脂在上阳树脂在下。一般阳、阴树脂装填的比例为1
：2，也有装填比例为1：1.5的，可按不同树脂酌情考虑选择。
　　混床也分为体内同步再生式混床和体外再生式混床。同步再生式混床在运行及整个再生过程
均在混床内进行，再生时树脂不移出设备以外，且阳、阴树脂同时再生，因此所需附属设备少，
操作简便，具有以下优点：
　　(1) 出水水质优良，出水pH值接近中性。
　　(2) 出水水质稳定，短时间运行条件变化（如进水水质或组分、运行流速等）对混床出水水
质影响不大。
　　(3) 间断运行对出水水质的影响小，恢复到停运前水质所需的时间比较短。
　　(4) 交换终点明显。
　　8.0 EDI
　　EDI的工作过程通过交换羟基离子或氢氧根离子去处不想要的离子，然后将这些离子输送到废
水流中。离子交换反应在组件的纯化室中进行，在那里阴离子交换树脂释放出氢氧根离子（OH-）
而从溶解盐（如氯化物、Cl-）中获得阴离子。同样，阳离子交换树脂释放出氢离子（H+）而从溶
解盐中(如钠、Na+)获得阳离子。
　　一个直流（DC）电场通过放置在组件一端的阳极（+）和阴极（-）施加。电压驱动这些被吸
收的离子沿着树脂球的表面移动，然后穿过薄膜进入浓水室。
　　带负电的阴离子（如OH-、Cl-）被吸引到阳极（+）。这些离子穿过阴离子选择性薄膜，进入
相邻浓水室，而不会穿过相邻的阳离子选择性薄膜并滞留在浓水室，而且得以妥善处理。在淡水
室中带正电的阳离子（如H+、Na+）被吸引到阴极（-）。这些离子穿过阳离子选择性薄膜进入临
近的浓水室，他们在那里被临近的阴离子选择性薄膜阻挡，同时得以妥善处理。
　　在浓水室中，仍然维持电中性。从两个方向输送过来的离子彼此相互中和。从电源流过来的
电流跟移动离子的数目成比例。两股水流（H+和OH-）趋势离子都被输送并且被加到所要求的电流
之中。
　　水流流过两种不同类型的腔体，纯化室中的离子就会耗尽，同时被收集到邻近的浓水流之中
，这就从组件中带走了被去除的离子。
　　在纯化室和（或）浓水室中使用离子交换树脂是EDI技术和专利的一个关键。在纯化室中还会
发生一个重要现象，在电势梯度高的特定区域，电化学“分解”能够使水产生大量的H+和OH-离子
。这些区域中产生的H+和OH-离子在混合的离子交换树脂中可以使树脂不断再生，并且形成不需要
外加化学试剂的薄膜。
　　9.0 反渗透系统
　　反渗透是一种侧流过滤，就是原水在压力作用下横穿膜，其中一部分原水渗透过膜，而其余
的原水沿着膜的切线方向流出系统而未经过滤。经过滤的水流由于渗过膜被称为“渗透水”；另
一支水流由于带走了膜所阻挡的浓污染物而称为“浓水”。因为原水水流和浓水水流平行于膜，
而不是垂直于膜，所以此工艺过程称为“侧流”或“切向流”。
　　反渗透是一种^广泛采用的膜分离工艺，利用压力使水透过膜，而可溶性盐份、胶体、有机
物及微生物被截留在膜表面，随浓水排放。它可有效地去除全部的有机物和90%~99%的离子。