纯水处理手册

第一部 理论介绍

第一章 前期处理

原水需要进行必要的前期的处理后，才能进一步进行除离子处理。前期处理主要是出去比较大的机械杂质，悬浮物等。

1.1 多介质过滤器

多介质过滤器是利用一种或几种过滤介质，在一定的压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒材料，从而有效的除去悬浮杂质使水澄清的过程，常用的滤料有石英砂，无烟煤，锰砂等。可以有效的除去原水中比较大的颗粒，胶状物等。在多介质过滤器前一般还需要加入药剂，如混凝剂，助凝剂，杀菌剂等，可以明显改善多介质的过滤效果，对水中的细菌藻类等都有一定的去除效果。多介质过滤器在使用过程中，会随着沉淀物的不断增加而压差增大，或对水的去污过滤效果下降，所以需要有反洗装置。可以加入充气管，加强反洗强度，增加反洗效果。

1.2 活性炭过滤器

活性炭过滤器的作用主要是去除大分子有机物、铁氧化物、余氯。这是因为有机物、余氯、铁氧化物易使离子交换树脂中毒，而余氯、阳离子表面活性剂等不但会使树脂中毒，还会破坏膜结构，使反渗透膜失效，对后系统影响比较大。活性炭过滤器一般放在多介质过滤器后使用。

活性炭的吸附原理是：在其颗粒表面形成一层平衡的表面浓度，再把有机物质杂质吸附到活性炭颗粒内，使用初期的吸附效果很高。但时间一长，活性炭的吸附能力会不同程度地减弱，吸附效果也随之下降。如果水族箱中水质混浊，水中有机物含量高，活性炭很快就会丧失过滤功能。所以，活性炭应定期清洗或更换。

活性炭颗粒的大小对吸附能力也有影响。一般来说，活性炭颗粒越小，过滤面积就越大。所以，粉末状的活性炭总面积最大，吸附效果最佳，但粉末状的活性炭很容易随水流入水族箱中，难以控制，很少采用。颗粒状的活性炭因颗粒成形不易流动，水中有机物等杂质在活性炭过滤层中也不易阻塞，其吸附能力强，携

带更换方便。

1.3 保安过滤器

用在RO，EDI(电去离子技术)等装置前的保安过滤器结构上和袋式过滤器有相似之处。大部分采用圆桶状不锈钢外壳，筒体内装有若干滤芯。根据过滤精度的不同需要而采用不同的滤芯。滤芯的过滤精度能够比滤袋更高，能很好的保护后系统的装置安全。

第二章 精密过滤

相关名词:

酸度：水中能与强碱反应的酸性物质的含量。

碱度：水中能与强酸反应的碱性物质的含量。

硬度：水的硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度，二都之和为水总硬度。

碳酸盐硬度：指水中钙、镁离子与重碳酸根所组成的盐。由于水受热后，重碳酸盐分解成碳酸盐，溶解度降低后生成沉淀而析出，因此又称暂时硬度。

非碳酸盐硬度：主要是指钙和镁的硫酸盐、硝酸盐和氯化物等所形成的硬度。因水在常压下加热至沸也不会形成沉淀，故又称永久硬度。

浊度：ISO国际标准将浊度定义为由于不透明度物质的存在而引起液体透明度的降低。

SDI值：也称淤泥密度指数，与浊度相比，它是从不同的角度来表示水质，但SDI值比浊度准确的可靠。浊度的测定是用分光光度法或者目视比浊法来确定水中微粒杂质的含量，但是不能测出水中一些不感光的胶体微粒。

电导率：以数字表示溶液传导电流的能力。电导率常用于间接推测水中离子成份的总浓度。水溶液的电导率取决于离子的性质和浓度、溶液的温度和粘度。温度每增加1℃，电导率增约2%~2.5%。常以25℃为标准。电导率的标准单位是S/m(西门子/米)，常用μS/cm

2.1反渗透

反渗透（RO）又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。

：

把相同体积的稀溶液（如淡水）和浓液（如海水或盐水）分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此种压力差即为渗透压渗透压的大小决定于浓液的种类，浓度和温度与半透膜的性质无关。若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗透。

在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种。估计自1995年以来，反渗透膜的使用量每年平均递增20％。国内反渗透膜工业应用的最大领域为大型锅炉补给水、各种工业纯水，饮用水的市场规模次之，电子、半导体、制药、医疗、食品、饮料、酒类、化工、环保等行业的应用也形成了一定规模。

反渗透膜分离过程在常温下进行，无相变，能耗低，可用于

热敏感物质的分离、浓缩；可有效的去除无机盐和小分子有机化

合物物；具有较高的脱盐率和较高的水回用率；膜分离装置结构简单，操作方便，便于实现自动化；但是需要在比较高的压力下进行工作，需要配备高压泵和耐高压管路；反渗透膜分离装置对进水要求较高，需要对原水进行一定的预处理；分离过程中，易产生膜污染，为延长膜的使用寿命和提高分离效果，需要定期清洗。

：

盐透过率=产水浓度/进水浓度×100%

脱盐率=（1–产水含盐量/进水含盐量）×100%

透盐率=100%–脱盐率

膜元件的脱盐率在其制造成形时就已确定，脱盐率的高低取决于膜元件表面超薄脱盐层的致密度，脱盐层越致密脱盐率越高，同时产水量越低。反渗透对不同物质的脱盐率主要由物质的结构和分子量决定，对高价离子及复杂单价离子的脱盐率可以超过99%，对单价离子如：钠离子、钾离子、氯离子的脱盐率稍低，但也可超过了98%（膜使用时间越长，化学清洗次数越多，反渗透膜脱盐率越低。）；对分子量大于100的有机物脱除率也可过到98%，但对分子量小于100的有机物脱除率较低。

产水量——指反渗透系统的产水能力，即单位时间内透过膜水量，通常用吨/小时来表示。

渗透流率——也是表示反渗透膜元件产水量的重要指标。指单位膜面积上透过液的流率。过高的渗透流率将导致垂直于膜表面的水流速加快，加剧膜污染。

回收率——指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分比。依据预处理的进水水质及用水要求而定的。膜系统的回收率在设计时就已经确定，

回收率=（产水流量/进水流量）×100%

反渗透(纳滤)膜组件的回收率、盐透过率、脱盐率计算公式如下。

回收率= 产水量/进水量×100%

盐透过率=产水浓度/进水浓度×100%

脱盐率=（1-盐通过率）×100%

：

进水压力影响反渗透的产水量和脱盐率。透过膜的产水量的增加和进水压力的增加存在直线关系。增加进水压力也增加了脱盐率，但两者之间的变化关系没有线性关系。由于反渗透膜对进水中的溶解性盐类不可能绝对完全截留，总有一定量的透过量，随着压力的增加，因为膜透过水的速率比传递盐分的速率快，这种透盐率的增加得到迅速的克服。但是，通过增加进水压力来提高盐分的排除率有上限限制。超过一定的压力值，脱盐率不在增加，某些盐分还会和水分子耦合一起透过膜。

通过对进水施加压力，当浓溶液和稀溶液的自然渗透流动过程被逆转时，实现反渗透过程。如果回收率增加，而进水压力不变，残留在原水中的含盐量会更高，自然渗透压会变高，将抵消进水压力的推动作用，从而减慢或停止反渗透过程，减少了产水量。

温度对反渗透膜的运行压力、脱盐率、压降影响最为明显。温度上升，渗透性能增加，在一定水通量下要求的净推动力减少，因此实际运行压力降低。同时溶质透过速率也随温度的升高而增加，盐透过量增加，直接表现为产品水电导率升高。温度对反渗透各段的压降也有一定的影响，温度升高，水的粘度降低，压降减少，对于膜的通道由于污堵而使湍流程度增强的装置，粘度对压降的影响更为明显。反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加，水通量也线性的增加，进水水温每升高1℃，产水通量就增加2.5％～3.0％；其原因在于透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强。进水水温的升高同样会导致透盐率的增加和脱盐率的下降，这主要是因为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。

各种膜组件都有一个允许的pH值范围，进水pH值对产水量几乎没有影响；但是即使在允许范围内，对脱盐率有较大影响，一方面pH值对产品水的电导率也有一定的影响，这是因为反渗

透膜本身大都带有一些活性基团，pH值可以影响膜表面的电场进而影响到离子的迁移，pH值对进水中杂质的形态有直接影响，如对可离解的有机物，其截留率随pH值的降低而下降；另一方面由于水中溶解的CO2受pH值影响较大，pH值低时以气态CO2形式存在，容易透过反渗透膜，所以pH低时脱盐率也较低，随pH升高，气态CO2转化为HCO－3和CO2－3离子，脱盐率也逐渐上升，在pH7.5～8.5间，脱盐率达到最高。

渗透压是水中所含盐分或有机物浓度的函数，含盐量越高渗透压也增加，进水压力不变的情况下，净压力将减小，产水量降低。透盐率正比于膜正反两侧盐浓度差，进水含盐量越高，浓度差也越大，透盐率上升，从而导致脱盐率下降。对同一系统来说，给水含盐量不同，其运行压力和产品水电导率也有差别，给水含盐量每增加l00ppm（ppm=mg/kg或mg/L），进水压力需增加约0.007MPa，同时由于浓度的增加，产品水电导率也相应的增加。

：

第三章 离子交换

3.1离子交换器 离子交换器分为：钠离子交换器、阴阳床、混合床等种类。离子交换柱(器)外壳一般采用硬聚氯乙烯(PVC)、硬聚氯乙烯复合玻璃钢(PVC-FRP)、有机玻璃(PMMA)、有机玻璃复合透明玻璃钢(PMMA-FRP)、钢衬胶(JR)、不锈钢衬胶等材质。

钠离子交换器即水软化器，是应用离子交换技术，通过树脂上的功能离子与水中的钙、镁离子进行交换，从而吸附水中多余的钙、镁离子，达到去除水垢（碳酸钙或碳酸镁）的目的。

水软化器中装有软化剂树脂，这种人造的离子交换树脂上有软性矿物质钠，可以与溶解在水中的钙、镁等硬性矿物质发生离子交换反应，而钠不会以水垢的形式堆积在物体表面上，所以对与它接触的物体危害很小。树脂是一种多孔的、不可溶性交换材料。在现代的水软化器中装有千百万颗微细的塑料球（珠），所有小球都含有许多吸收正离子的负电荷交换位置。当树脂处在新生状态时，这些电荷交换位置被带正电荷的钠离子占据。树脂优先结合带较强电荷的阳离子，钙和镁离子的电荷比钠离子强，当含有钙、镁离子的水经过树脂贮槽时，钙、镁离子与树脂小珠接触，从交换位置上取代钠离子。经过离子交换后，钙、镁离子就被吸附在水软化器内的树脂上，流出的水就变软了。最后，所有树脂都吸附满钙、镁离子后，就不能再进行工作了，而需要再生处理。

水软化器树脂的再生是用氯化钠和水的稀溶液进行的。在再生过程中，首先停止水软化器的工作水流，从盐水槽引出的盐水与另外的稀释水流混合，稀盐水溶液流经树脂，与附有钙、镁离子的树脂接触。尽管钙和镁离子带有的电比钠离子强，但浓盐溶液含有千百万个较弱电荷的钠离子，有取代数目较少的钙和镁离子的能力。这样，当钙、镁离子被取代交换后，树脂就再生了，便为下一次软化工作做好了准备。如此循环往复。

复床和混床都是利用阴阳离子交换树脂与水中的离子进行交换，得到除离子的目的。

阴阳离子交换床也就是复床，它是由阳、阴离子交换器串联使用；混床是将阴阳离子交换树脂按一定混合比例装填在同一个离子交换器内，由于混合离子交换后进入水中的H离子与OH离子立即生成电离度很低的水分子，可以使交换反应进行得十分彻底。混床一般设置于一级复床之后，对水质的进一步纯化处理。当水质要求不高时，也可以单独使用。

抛光混床（MBI）又称一次性混床，一般用于超纯水处理系统末端，来保证系统出水水质能够维持用水标准。一般出水水质都能达到18兆欧以上，以及对TOC、SIO2都有一定的控制能力。抛光树脂出厂的离子型态都是H、OH型，装填后及可使用无需再生。一般用于半导体行业。

3.2 离子交换树脂 离子交换原理：关于离子交换过程的机理很多，其中，最适于水处理工艺的，是将离子交换树脂看作具有胶体型结构的物质，这种上观点认为，在离子交换树脂的高分子表面上有许多和胶体表面相似的双电层。也就是说这里有两层离子，紧邻高分子表面的一层离子称为内层离子，在其外面是一层符号相反的离子层。与胶体的命名法相似，我们常把和内层离子符号相同的离子称作同离子，符号相反的称反离子。所以离子交换就是树脂中原有反离子和溶液中它种反离子相互交换位置。根据胶体结构的概念，双电层中的反离子按其活动性的大小可划分为固定层和扩散层。那些活动性能差，紧紧地被吸附在高分子表面的离子层，称为固定层，在其外侧，那些活动性较大，向溶液中逐渐扩散的反离子层，称为扩散层，因为这些反离子像地球上的大气一样，笼罩在高分子表面上，故又称为离子氛。内层离子依靠化学键结合在高分子的骨架上，固定层中的反离子依靠异电荷的吸引力被固定着。而在扩散层中的反离子，由于受到异电荷的吸引力较小，热运动比较显著，所以这些反离子有自高分子表面向溶液中渐渐扩散的现象。当离子交换剂遇到含有电解质的水溶液时，电解质对其双电层有以下几种作用：

⑴ 交换作用。扩散层中反离子在溶液中的活动较自由，离子交换主要在此种反离子和溶液中其它反离子之间进行，但并不