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水处理手册

一、水处理基础知识

1.1、水的基本知识

1.2、名词解释

1.3、电导率与TDS转换关系

1.4、常规药剂

1.5、膜法分离技术概述

二、水处理设备基础知识

2.1、叠片式过滤器

2.2、自清洗过滤器

2.3、机械过滤器

2.4、活性炭过滤器

2.5、保安过滤器

2.6、超滤装置

2.7、反渗透装置

2.8、混合离子交换器

2.9、连续电除盐（EDI）

三、工程施工规范

四、常规仪表设定

4.1、PH仪表校正与设定

4.2、液位仪表校正与设定

4.3、流量仪表校正与设定

4.4、电导率仪校正与设定

4.5、电阻率仪校正与设定

第一章水处理基础知识

一、水的基本知识

1、水的定义

水（H2O）是由氢、氧两种元素组成的无机物，在常温常压下为无色无味的透明液体。

在自然界，纯水是非常罕见的，水通常多是酸、碱、盐等物质的溶液，习惯上仍然把这种水溶液称为水。

纯水可以用铂或石英器皿经过几次蒸馏取得，当然，这也是相对意义上纯水，不可能绝对没有杂质。

水是一种可以在液态、气态和固态之间转化的物质。

固态的水称为冰；气态叫水蒸气。

水汽温度高于374.2℃时，气态水便不能通过加压转化为液态水。

在20℃时，水的热导率为0.006J/s.cm.K，冰的热导率为0.023J/s.cm.K，在雪的密度为0.1×103kg/m3时，雪的热导率为0.00029J/s.cm.K。

水的密度在3.98℃时最大，为1×103kg/m3，温度高于3.98℃时，水的密度随温度升高而减小，在0～3.98℃时，水不服从热胀冷缩的规律，密度随温度的升高而增加。

水在0℃时，密度为0.99987×103kg/m3，冰在0℃时，密度为0.9167×103kg/m3。

因此冰可以浮在水面上。

水的热稳定性很强，水蒸气加热到2000K以上，也只有极少量离解为氢和氧，但蒸馏水在通直流电的条件下会离解为氢气和氧气。

具有很大的内聚力和表面张力，除汞以外，水的表面张力最大，并能产生较明显的毛细现象和吸附现象。

纯水没有导电能力，普通的水含有少量电解质而有导电能力。

水本身也是良好的溶剂，大部分无机化合物可溶于水。

在-213.16℃，水分子会表现出现厌水性。

物理性质：

摩尔质量：

18.0153g/mol

密度：

水0.998g/cm3（20度）冰0.92g/cm3

熔点：

0度273.15k

沸点：

100度373.15k（1标准大气压下）

比热：

4.184J/（g.K）

2、水源的分类

1）地表水：

指雨雪.江河.湖泊以及海洋的水。

2）地下水：

是雨水经过土壤及地层的渗透流动而形成的水。

如泉水.井水。

3）市政自来水：

是指经过处理后达到国家生活饮用水标准的供水。

3、水中的物质

1）悬浮物质

水中的悬浮物质是颗粒直径约在0.1微米以上的微粒，肉眼可见，这些微粒主要是由泥沙.黏土.原生动物.藻类.细菌.病毒以及高分子有机物等组成，常常悬浮在水流中，产生水的浑浊现象。

重的颗粒会沉下来，主要是沙子和黏土异类的无机物质。

轻的微粒会浮于水面上，主要是动植物及其残骸的一类有机化合物。

用过滤等分离方法可以除去。

悬浮物是造成浊度.色度.气味的主要来源。

2）胶体物质

水中的胶体物质是指直径在0.1-0.001微米之间的微粒。

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。

天然水中的有机胶体物质主要是植物和动物的肢体腐烂和分解而生成的腐殖物。

其中以湖泊水中的腐殖质含量最多，因此常常使水呈黄绿色和褐色。

由于胶体物质的微粒小，重量轻，单位体积所具有的表面积很大，故其表面具有较大的吸附能力，常常吸附着多量的离子而电。

同类胶体因带有同性的电荷而相互排斥，它们在水中不能相互黏合而处于稳定状态。

所以，胶体颗粒不能籍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。

2）水中的溶解物质

水中溶解物质是直径小于或等于0.001um的微小颗粒。

主要是溶于水中的以低分子存在的溶解盐类的各种离子和气体。

溶解物质在水中呈真溶液状态，可以用离子交换和除盐等方法予以去除。

天然水中溶解的离子，主要是水流经岩层时所溶解的矿物质。

天然水中常见的溶解气体有氧气，二氧化碳，硫化氢，二氧化硫，氮气和氨等。

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。

二、名词解释

电导率为电阻率的倒数，单位为西门子/厘米（S/CM），由于单位较大，一般用微西门子／厘米（μS/cm），是与水中盐份的多少成一定的关系统，盐份越多，电导率越高。

测定值与温度有关，温度越高，电导率越高，反之越低。

电导率（μS/cm）=1/电阻率（MΩ*CM）。

电阻率是指某一温度下，边长为1CM立方体水的相对两侧面间的电阻，其单位为欧姆*厘米（Ω*CM）,一般是表示高纯水水质的参数。

电阻率越高表明盐份越少，绝对纯水在25℃的理论值为18.3MΩ*CM,测定值与温度有关，温度越高，电阻率越低，反之越高。

TDS（总溶解固体）指水中全部溶质的总量，包括无机物和有机物两者的含量。

一般可用电导率值大概了解溶液中的盐份，一般情况下，电导率越高，盐份越高，TDS越高。

在无机物中，除开溶解成离子状的成分外，还可能有呈分子状的无机物。

由于天然水中所含的有机物以及呈分子状的无机物一般可以不考虑，所以一般也把含盐量称为总溶解固体。

总含盐量=Σ阳离子+Σ阴离子

总阳离子=K++Na++Ca2++Mg2++Fe2++Fe3++Mn2++Ba2++Sr2+等

总阴离子=HCO3-+Cl-+SO42-+NO3-+NO2-+H2SiO3+游离CO2等

PH值是指溶液中氢离子的浓度对数的负数PH=－log[H+]反应溶液的酸碱值。

pH值分为0－14范围，一般从0－7属酸性，从7－14属碱性，7为中性。

COD用来表示有机物的含量。

是企图把通过氧化剂（标准试剂为浓硫酸为重铭酸钾的沸腾混合物）在短时间（2H以内）内对有机物的氧化作用所需的氧量，用来表示有机物的含量。

由于下列原因，COD值一般高于BOD值：

（1）无机物的氧化；

（2）耐生物降解有机物的氧化。

BOD用于表示水中可生物降解的含碳有机物浓度用于表示水中有机物在生物化学需氧氧化过程中（即需氧细菌生长的过程中）所必须吸取的氧量。

标准实验的温度为20度，时间为5天，称5日生化需氧量（BOD5）。

有机化和物都是含炭化合物，所以测出水中的总有机碳（TOC）含量也就能代表水中的有机化合物含量。

浊度也称浑浊度。

从技术的意义讲，浊度是用来反映水中悬浮物含量的一个水质替代参数。

水中主要的悬浮物，一般也就是泥土。

浊度这一概念既能反映水中悬浮物浓度，同时又是人的感觉对水质的最直接的评价，这两点特点，使浊度成为一个很重要的水质替代参数。

以1L蒸馏水中含有1mg二氧化硅作为标准浊度的单位，表示为1PPm。

碱度是把天然水经处理过的水的PH降低到相应于纯CO2水溶液的PH值所必须中和的水中强碱物种的总含量。

按这个定义，碱度由强酸（盐酸或硫酸）滴定至终点，单位为ep/L。

总硬度指水中Ca2+,Mg2+的总量，这是因为其他离子的总含量远小于二者的含量，因此不予考虑。

只有在其他量子含量很高时才考虑，其对硬度的影响。

水中的阳离子（除H+外）一般也碳酸盐，重碳酸盐，硫酸盐及氯化物等形式存在。

硬度可以分为暂时硬度，永久硬度个负硬度等类型。

暂时硬度又称碳酸盐硬度，指水中钙，镁的碳酸盐的含量，因天然水中碳酸盐含量很低，只有在碱性水中才存在碳酸盐。

故暂时硬度一般是指水中重碳酸盐的含量，水在煮沸时其中的重碳酸盐分解出碳酸盐沉淀。

常用的硬度单位是毫摩尔/升（mmol/L）

永久硬度又称非碳酸盐硬度，主要指水中钙，镁的氯化物.硫酸盐的含量，之外尚有少量的钙.镁硝酸盐.硅酸盐等盐类，在常压9体积不变）情况下加热，这些盐类不会析出沉淀。

常用的硬度单位是毫摩尔/升（mmol/L）

负硬度指水中钾、纳的碳酸盐.重碳酸盐及氢氧化物的含量，又称为纳盐硬度。

当水的总碱度大于总硬度时，就回出现负硬度。

负硬度可以消除水的永久硬度，负硬度不能与永久硬度共存。

常用的硬度单位是毫摩尔/升（mmol/L）

碱度和硬度是水的重要参数，二者之间的关系有以下三种情况：

（1）总碱度<总硬度，此时，水中有永久硬度和暂时硬度，无钠盐（负）硬度，则：

总硬度—总碱度=永久硬度

总碱度=暂时硬度

（2）总碱度〉总硬度，水中无永久硬度，而存在暂时硬度和钠盐硬度，则：

总硬度=暂时硬度

总碱度—总硬度=钠盐硬度（负硬度）

（3）总碱度=总硬度，水中没有永久硬度和钠盐硬度，只有暂时硬度，则：

总硬度=总碱度=暂时硬度

三、电导率与TDS、含盐当量转换关系表

序号

电导率（μS.cm）

转换系数

TDS（mg/L）

含盐当量（mmol/L）

1

0.50

1.67

0.30

0.0051

2

1.00

1.67

0.60

0.01

3

2.00

1.67

1.20

0.02

4

3.00

1.67

1.80

0.031

5

4.00

1.60

2.50

0.043

6

5.00

1.62

3.10

0.053

7

6.00

1.62

3.70

0.063

8

7.00

1.63

4.30

0.074

9

8.00

1.63

4.90

0.084

10

9.00

1.61

5.60

0.096

11

10.00

1.61

6.20

0.105

12

11.00

1.62

6.80

0.116

13

12.00

1.62

7.40

0.126

14

13.00

1.62

8.00

0.138

15

14.00

1.61

8.70

0.149

16

15.00

1.61

9.30

0.159

17

20.00

1.61

12.40

0.212

18

25.00

1.61

15.50

0.265

19

30.00

1.61

18.70

0.320

20

35.00

1.61

21.80

0.373

21

40.00

1.61

24.90

0.426

22

45.00

1.60

28.10

0.480

23

50.00

1.60

31.20

0.533

24

55.00

1.60

34.30

0.586

25

60.00

1.60

37.50

0.641

26

65.00

1.60

40.60

0.694

27

70.00

1.60

43.80

0.749

28

75.00

1.60

46.90

0.802

29

80.00

1.60

50.10

0.856

30

85.00

1.60

53.20

0.909

31

90.00

1.596

56.40

0.964

32

95.00

1.597

59.50

1.017

33

100.00

1.59

62.70

1.072

34

200.00

1.59

125.80

2.150

35

300.00

1.59

189.20

3.234

36

400.00

1.58

252.70

4.320

37

500.00

1.58

316.30

5.407

38

600.00

1.58

380.00

6.496

39

700.00

1.577

443.80

7.586

40

800.00

1.576

507.60

8.677

41

900.00

1.575

571.40

9.768

42

1000.00

1.574

635.30

10.86

43

1500.00

1.570

955.30

16.33

44

2000.00

1.567

1276.0

21.81

四、常规药剂

PAC（聚合氯化铝）一种无机高分子混凝剂。

主要通过压缩双层，吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水肿细微悬浮粒子和胶体离子脱稳，聚集、絮凝、混凝、沉淀，达到净化处理效果。

适宜的PH值范围较宽（5－9间），PH值在8时效果最佳。

它主要用与石英砂过滤器前。

PAM（聚丙烯酰胺）分为阳离子聚丙烯酰胺和阴离子聚丙烯酰胺。

阳离子PAM是由乙稀基阳离子单体和丙稀酰胺共聚而成，国标代号PAM，它是一种线型高分子聚合物，其主要用途：

1）可有效在污泥进入压滤之前进行污泥脱水，脱水时，产生絮团大，不粘滤布，压滤时不散，流泥饼较厚，脱水效率高，泥饼含水率在80%以下。

2）用于生活污水和有机废水的处理，在配性或碱性介质中均呈现阳电性，这样对污水中悬浮颗粒带阴电荷的污水进行絮凝沉淀，澄清很有效。

如生产粮食酒精废水，造纸废水，城市污水处理厂的废水，啤酒废水，味精厂废水，制糖废水，有机含量高废水、饲料废水，纺织印染废水等，用阳离子聚丙烯酰胺要比用阴离子、非离子聚丙烯酰胺或无机盐类效果要高数倍或数十倍，因为这类废水普遍带阴电荷。

3）用于以江河水作水源的自来水的处理絮凝剂，用量少，效果好，成本低，特别是和无机絮凝剂复合使用效果更好，它将成为治长江、黄河及其它流域的自来水厂的高效絮凝剂。

4）造纸用增强剂及其它助剂。

5）用于油田经学助剂，如粘土防膨剂，油田酸化用稠化剂。

阴离子聚丙烯酰胺根据不同用途和用户对产品性能的要求，可选用不同分子量使用。

1）用于工业废水处理，特别是对于悬浮颗粒、较粗、浓度高、粒子带阳电荷，水的PH值为中性工碱性的污水如钢铁厂废水，电镀厂废水，冶金废水，洗煤废水等污水处理效果很好。

2）饮用水处理。

我国很多自来水厂的水源自江河泥少及矿物质含量高，比较混浊，虽经过沉淀处理，但仍达不到要求，需要投加絮凝剂，才能使水质变清，很多自来水厂采用无机絮凝剂，但投加量大，造成污泥量增大效果不好，采用阴离子聚丙烯酰胺作絮凝剂，投加量是无机絮凝的50分之一但效果是无机絮凝剂的几倍至几十倍，无毒，对处理饮用水更为合适，对于有机物污染严重的江河水和阴离子聚丙烯酰胺配合使用效果更好。

3）用作淀粉厂及酒精厂的流失淀粉及酒糟的回收。

现在很多淀粉厂排出的废水内淀粉很高，排放之后影响环境，浪费资源，投加PAM，使淀粉沉淀，沉淀物经压滤机压滤变成饼类可作饲料，酒精厂大量的酒糟就是采用这种工艺加工的，

4）用作油田调剖堵水的堵水剂，三次采油的驱油剂。

5）用作造纸助剂，PAM在造纸方面用途很广泛，可作为长纤维造纸分散剂，干湿增强剂，助留，助滤剂及造纸废水的絮凝剂等。

PAM与PAC混合使用，一般在PAC后面投加。

还原剂（亚硫酸氢钠、亚硫酸钠）

用于反渗透前，可有效去除水中余氯等氧化物，防止反渗透膜元件被氧化。

水中的余氯以次氯酸（HClO）的形式存在。

其方程式Cl2+H2O=HClO+HCl

NaClO+H2O=HClO+NaOH

Ca（ClO）2+2H2O=2HClO+Ca（OH）2

亚硫酸氢钠溶液成弱酸性PH值在5-6之间，它与次氯酸的反应式为：

NaHSO3+HClO=HCl+NaHSO4

理论上1.46mg亚硫酸氢钠可以去除1mg余氯，但在工程应用中脱除1mg的余氯则需要3mg的亚硫酸氢钠。

亚硫酸钠溶液成弱碱性PH值在8-9之间，它与次氯酸的反应式为：

Na2SO3+HClO=HCl+Na2SO4

理论上1.92mg亚硫酸钠可以去除1mg余氯，但在工程应用中脱除1mg的余氯则需要4mg的亚硫酸钠。

阻垢剂（有机磷酸盐+分散性高分子聚合物）

用于控制膜分离系统中控制碳酸钙、硫酸盐及氧化铁沉淀所造成的结垢。

使用此阻垢剂后可延长系统清洗周期，使膜寿命延长而降低成本。

但是聚合有机阻垢剂遇到阳离子聚电解质或多价阳离子时，可能会发生沉淀反应，例如铝或铁，所产生的胶状反应物，非常难以从膜面上除去。

对于阻垢剂的加入量，请咨询阻垢剂供应商。

必须避免过量加入，因为过量的阻垢剂对膜而言也是污染物。

所需要的加药量需根据个别装置操作条件确定，要根据进水盐度、温度、回收率、反渗透膜种类等条件而计算出一个适合的加药量。

五、膜法分离技术概述

膜法液体分离技术一般可以分为四类：

微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）,它们过滤精度按照以上顺序越来越高。

5.1、微滤

微滤能截留0.1-1微米之间的颗粒，微滤膜允许大分子有机物和溶解性固体（无机盐）等通过，但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的透过，微滤膜两侧的运行压差（有效推动力）一般为0.7BAR。

5.2、超滤

超滤能截留0.002-0.1微米之间的颗粒和杂质，超滤膜允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等通过，但将有效阻挡住细菌、胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表征超滤膜的切割分子量一般介于1000-100000之间，超滤膜两侧的运行压差一般为1-7bar。

5.3、纳滤

纳滤是一种特殊而又很有前途的分离膜品种，它因能截留物质大小约为1纳米而得名，纳滤的操作区间介于超滤和反渗透之间，它截留有机物的分子量大约在200-400之间，对单价阴离子盐溶液的脱除率低于高价阴离子盐溶液。

纳滤膜一般用于去除地表水的有机物和色度，脱除井水德硬度及放射性镭，部分去除溶解性盐，浓缩食品以及分离药品中德有用物质等，纳滤膜两侧运行压差一般为3.5-16bar。

5.4、反渗透

反渗透是最精密的膜法液体分离技术，它能阻挡所有溶解性盐及分子量大于100的有机物，但允许水分子透过，醋酸纤维素反渗透膜脱盐率一般可大于95%，反渗透复合膜脱盐率一般大于98%。

它们广泛用于海水及苦咸水淡化，锅炉给水、工业纯水及电子级超滤水制备，饮用纯净水生产，废水处理及特种分离等过程，在离子交换前使用反渗透可大幅度降低操作费用和废水排放量。

反渗透膜两侧的运行压差当进水为苦咸水时一般大于5BAR，当进水为海水时，一般低于84BAR。

第二章、常用水处理设备基础知识

一、叠片式过滤器

叠片过滤器的滤芯……叠片为杂质处理载体，它由一组双面带不同方向沟槽的塑料盘片相叠加构成，其相邻面上的沟槽棱边便形成许许多多的交叉点，这些交叉点构成了大量的空腔和不规则的通路，这些通路由外向里不断缩小。

过滤时，这些通路导致水的紊流，最终促使水中的杂质被拦截在各个交叉点上。

如把盘片叠加安装在过滤芯骨架上，在弹簧和进水的压力作用下就形成了一个外松内紧的过滤单元。

每个过滤单元中被弹簧和水压压紧的叠片便形成了无数道杂质颗粒无法通过的滤网，叠片宽度为12－14mm，叠片材质为优质工程塑料，耐磨性极高。

辅以不锈钢弹簧支撑，结构坚固。

反冲水流沿叠片内壁切线方向自内向外冲洗叠片表面粘附的各种杂质，叠片在反冲洗水流的作用下作旋转，保证所有污物均被有效洗净并排出。

可使用时间间隔和压力差控制反冲洗的所有步骤。

一旦设定完毕，即可长期使用。

自动反冲洗过滤器在不中断工作的情况下在数秒内完成整个自动反冲洗过程。

采用这种过滤原理的过滤器在过滤和反冲洗时叠片间隙动态可变，对提高过滤性能、过滤水质非常有利，又可大大减少反洗用水量，通常自耗水量约为0.5%。

盘片上沟槽的不同深浅和数量确定了过滤单元的过滤精度。

原理解释如上图（图3—1）

2、过滤阶段的工作原理：

水流通过过滤进水口进入过滤器内，通过过滤叠片时过滤叠片在弹簧力和水力的作用下被紧紧地压在一起，杂质颗粒被截留在叠片交叉点，经过过滤的水从过滤器主通道中流出，此时单向膈膜阀处于开启状态。

如右图

3、反冲洗阶段原理:

当达到一定的压差时，或社顶的时间内系统自动进入反冲洗状态，控制器控制阀门改变水流方向，过滤器底部单向隔膜关闭主通道，反冲洗进入四组喷嘴通道，和喷嘴通道连接的活塞腔内的水压上升，活塞向上运动克服弹簧对叠片的压力，并在叠片组顶部释放活塞空间，同时反冲洗水从四组喷嘴通道上面的35*4个喷嘴沿叠片切线的方向高速喷射，使叠片旋转并均匀分开，喷洗水喷洗叠片表面，将截留在叠片上的杂质喷洗甩出。

当反冲洗结束时，水流方向再次改变，叠片再次被压紧，系统重新进入过滤状态。

如右图

1.2、过滤级别对照表

微米

5

10

20

50

80

100

120

150

200

300

400

500

800

目数

3000

1500

750

300

200

150

120

100

80

60

40

35

20

1.3、叠片式过滤器选型

叠片设计精度（µm）

5

20

50

80m

100

120

150

200

300

>400

原水质优良

一个单元m3/h

10m3

15m3

20m3

25m3

30m3

33m3

35m3

40m3

45m3

55m3

原水质一般

一个单元m3/h

3m3

8m3

15m3

18m3

20m3

25m3

28m3

30m3

35m3

45m3

原水质较差

一个单元m3/h

\

3m3

11m3

13m3

15m3

17m3

19m3

21m3

25m3

35m3

原水质很差

一个单元m3/h

\

2m3

6m3

8m3

10m3

12m3

14m3

16m3

20m3

28m3

二、自清洗过滤器

2.1、概述

自清洗过滤器与传统的过滤设备相比是一种新型的过滤设备。

自清洗过滤器是一种将液体中的颗粒在一定条件下自动过滤清除的分离过滤装置，根据过滤颗粒大小不同，可以选择不同规则的滤网。

目前，自清洗过滤器作为一种新型水处理设备，应用越来越广泛。

可用于水源过滤、冷却水过滤、工艺水过滤及污水处理等。

大多作为超滤的前道过滤设备当做保安过滤器使用。

2.2、工作原理

原液由进水口进入，经过滤网，原液中的脏物、杂质逐渐形成过滤杂质层积累在过滤网内侧，因此在过滤网的内、外两侧形成了一个压差。

当过滤器的压差达到预设值时，将开始自动清洗，但在清洗过程中仍能补断流。

清洗过程中排污阀打开，同时电力马达使不锈钢刷做旋转运动，将整个滤网的内表面完全清洗干净。

整个清洗过程只需数十秒时间。

下图为自清洗过滤器剖视图。

三、机械过滤器

3.1、机械过滤器原理

机械过滤器，用于原水的除浊处理。

将原水送入装有各级匹配的石英砂的机械过滤器，利用石英砂的截污能力，可有效地去除水中的较大颗粒悬浮物和胶体等，使出水的浊度小于1mg/L，以保证后续处理的正常运行。

原水在管道内加入絮凝剂，絮凝剂在水中发生离子水解和聚合过程，水中胶体粒子对水解及聚集的各种产物进行强烈的吸附，使粒子表面电荷和扩散厚度同时降低，因而粒子间相互排斥能降低，相互接近而凝聚，水解产生的聚合物被两个以上的胶体吸附后，在粒子间产生架桥联接，逐步形成较大的絮凝体，经过机械过滤器时，为砂滤料载留。

机械过滤器的吸附是