水問題

水處理

一 水的分類

在不同的場合，水有不同的種類區別，其水質亦有明顯的差別。

1、地下水與地表水

地下水——有機物和微生物污染較少，而鈣鎂等離子則溶解較多，硬度較高易結水垢；

有時鐵/錳/氟離子超標，不能滿足生產生活用水需求。

地表水——較地下水有機物和微生物污染較多，如果該地屬石灰岩地區，其地表水往往也有較大的硬度。

2、硬水與軟水

硬水——水中鈣鎂等金屬離子的總濃度稱為硬度，硬水對鍋爐等生產用水影響很大，應對其進行軟化/脫鹽處理。    硬度大於200mg/L的通常就稱之為硬水。

軟水——即硬度較小的水。一般是指將水中的鈣鎂等離子的含量降低或去除到一定程度的水。

3、原水與淨水

原水——通常是指水處理設備的進水，如常用的城市自來水(國際稱為生活飲用水)/城郊地下水/野外地表水等，常以TDS值（水中溶解性總固體含量）檢測其水質,中國城市自來水TDS值通常為100～400ppm。

淨水——原水經過水處理設施處理後即稱之為淨水。

4、純淨水與蒸餾水

純淨水——原水經過反滲透和殺菌裝置等成套水處理設施後，除去了原水中絕大部分無機鹽離子、微生物和有機物雜質,可以直接生飲的純水。

蒸餾水——以蒸餾方式製備的純水，通常不用於飲用。

5、純水和超純水

純  水——以反滲透、蒸餾、離子交換等方法製備的去離子水，其TDS值通常<5PPm,電導率通常<10μs/cm（電阻值>0.1MΩ.cm）。

超純水——以離子交換、蒸餾、電除鹽等方法將純水進一步提純去離子即得，其TDS值不可測，電導率通常<0.1μs/cm（電阻值>10MΩ.cm），其離子幾乎完全去除。理論上最純水電阻值為18.25 MΩ.cm。

6、純化水和注射用水

純化水——醫藥行業用純水稱之為純化水，電導率通常要求<2μs/cm。

注射用水——純化水經多效蒸餾/超濾法再次提純去除熱原後用以配製注射劑。

 

二 水中雜質

H2O=H++OH-

在自然界中，單純由H2O分子構成的純水是不存在的，水中通常含有以下各種雜質：

1、 顆粒物質：水中不溶性的大於10μm的無機和有機雜質（其中大於40μm的肉眼可見），如自來水中常有的泥沙、金屬氧化物或氫氧化物等。 

2、 離子物質：指溶于水後解離為陰、陽離子的物質,水中陰、陽離子的總和稱作水的含鹽量。水中鐵錳(Fe2+、Mn2+)含量超標(＞0.3mg/L)，應通過錳砂篩檢程式或曝氣裝置去除鐵錳離子，否則將會對RO膜形成不可清除的沉積汙堵。

 

3、 膠    體：按大小，膠體是介於離子和顆粒物之間的物質，其尺寸在0.1μm～0.01μm，通常帶有負電荷，易與有機物質結合。

 

4、 有 機 物：物質可分為有機物和無機物兩大類，碳氫類化合物屬有機物，非碳氫類化合物為無機物。有機物通常可以燃燒，為構成生命的主要物質。天然有機物主要為水生生物產生的腐殖酸。近年來，工業廢液、肥料、殺蟲劑等人工合成有機物對水環境有很大污染。溶解于水中的有機物質，主要是多功能團芳香族類的大分子弱性有機酸，易吸附在RO膜濾層而導致RO膜性能的衰退。

 

5、 氣    體：O2、CO2、NH3、N2等部分氣體可溶于水，在水中反應後生成某些酸根離子，影響成品水的水質。超純水若敞放於空氣中，水質即迅速下降。

 

6、 微 生 物：細菌、病毒、孢子等，其尺寸為微米級。

 

7、 熱    原：純水屬極低營養環境之水體，但仍有少量細菌——革蘭陰性類細菌——可以生存，其及誘導菌類進入人體血液，會導致發熱，高燒甚至死亡，故稱為熱原（又稱為內毒素）。注射用水和生物細胞類實驗用水要求必須去除熱源。

註：內毒素(Endotoxin)，又名脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS），主要是革蘭氏陰性細菌（Gram-Negative Bacterial，GNB）合成的一種毒素，是細菌細胞壁的外部結構由O-特異性側鏈、核心多糖、類脂A組成。其中核心多糖分為連接O-特異鏈的外核部分和連接類脂A的內核部分，內核部分含有庚糖的2-酮基-3-去氧辛酸（KDO）兩種特殊的糖類分子，而KDO和類脂A具有毒性。這些成分性質穩定，耐熱、毒性較外毒素弱，對組織器官無選擇性。人們已逐漸認識到感染狀態所致的全身炎性反應綜合征（SIRS）以及進一步惡化發展成為多器官功能障礙綜合征（MODS）使嚴重感染患者走向死亡的主要途徑，而該惡性進展的關鍵啟動因數即為內毒素。內毒素可直接和一系列宿主炎性細胞如單核細胞、中性粘細胞、內質細胞相互作用，刺激其釋放腫瘤壞死因數（TNF）和白介素1（IL-1）等細胞因數。當機體接受大量的內毒素刺激時，將觸發強力的炎症反應，最終導致敗血性休克。

 

8、 消 毒 劑：原水經自來水公司處理後，水中會留有次氯酸鈉等消毒劑，余氯為強氧化

物質對RO膜有相當的破壞作用，故要以活性炭單元濾除餘氯。可以使RO膜產水量加大脫鹽率降低。

 

三.純水製備

膜型號解釋:

0844罐 08表示罐的直徑8英寸*2.54=20.32釐米;    44表示罐的高度44*2.54=111.76 釐米

 

RO的孔徑=0.001—0.01  µm      

NF的孔徑=0.01 ---0.1  µm                   

UF的孔徑=0.1 --  µm       

MF的孔徑=1µm

 

重量體積比（溶液濃度）：

1 ppm=1mg/L    (百萬分之一濃度)

1 ppb=1μg/L      (十億分之一濃度)

1 ppt=1 ng/L      (萬億分之一濃度)

 

電導率

電導率是表示水中溶解離子導電能力的指標。沒有離子的理想純水，不會產生電流。電導率用電導率儀測量，其單位為微西門子/釐米(μs/cm)。電導率也是測量水中離子濃度的簡便方法，但不能精確反映離子種類。離子構成不同，電導值也不同；但電導的數值隨離子濃度增加而增加。

 

TDS（溶解固體總量）儀是利用變換因數將電導率值轉換為TDS值。在水質分析中，可用不同離子對應的不同轉換係數或溶解固體總量（TDS）對應的單一轉換係數，估算電導率的數值。可用二氧化碳的ppm濃度的平方根乘以0.6求得其電導率；矽離子對電導率變化不產生影響。RO高純水最精確的電導率數值是線上測量的。否則，高純水暴露於空氣之中，將改變其二氧化碳含量。導致電導率降低。1ppm=2us

 

脫鹽率和透鹽率

脫鹽率――通過反滲透膜從系統進水中去除可溶性雜質濃度的百分比。

脫鹽率＝（1－產水含鹽量/進水含鹽量）×100％

透鹽率――進水中可溶性雜質透過膜的百分比.。

透鹽率＝100％－脫鹽率

回收率＝（產水量/進水流量）×100％

 

反滲透法：

   RO（Reverse Osmosis）反滲透技術是利用壓力差為動力的膜分離過濾技術.  當純水和鹽水被理想半透膜隔開，理想半透膜只允許水通過而阻止鹽通過，此時膜純水側的水會自發地通過半透膜流入鹽水一側，這種現象稱為滲透，若在膜的鹽水側施加壓力，那麼水的自發流動將受到抑制而減慢，當施加的壓力達到某一數值時，水通過膜的淨流量等於零，這個壓力稱為滲透壓力，當施加在膜鹽水側的壓力大於滲透壓力時，水的流向就會逆轉，此時，鹽水中的水將流入純水側，上述現象就是水的反滲透（RO）處理的基本原理。

占地面積小，脫鹽率高，原水利用率高。

   RO（Reverse Osmosis）反滲透技術是利用壓力差為動力的膜分離過濾技術，源於美國二十世紀六十年代宇航科技的研究，後逐漸轉化為民用，目前已廣泛運用於科研、醫藥、食品、飲料、海水淡化等領域。

 

   RO反滲透膜（材質為芳香族聚醯胺複合材料）孔徑小至納米級（1納米=10-9米），在一定的壓力下，H2O分子可以通過RO膜，而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質無法通過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區分開來。