一、9種水中的雜質(zhì)
1、微粒物質(zhì)(Particulate Matter)
包括泥沙、鐵銹、藻類、懸浮物、微纖維等微粒雜質(zhì)，肉眼可見。這些微粒常常懸浮在水流之中，水產(chǎn)生的渾濁現(xiàn)象。這些微粒很不穩(wěn)定，可以通過沉淀和過濾而除去。水在靜置的時(shí)候，重的微粒(主要是砂子和粘土一類的無機(jī)物質(zhì))會(huì)沉下來。輕的微粒(主要是動(dòng)植物及其殘骸的一類有機(jī)化合物)會(huì)浮于水面上，用預(yù)沉,過濾等分離方法可以除去。
微粒物質(zhì)是造成濁度、色度、氣味的主要來源。自來水、二次供應(yīng)的自來水、江河湖泊水中均可能存在。
2、膠體物質(zhì)
膠體物質(zhì)是比離子物質(zhì)大而比顆粒物質(zhì)小、直徑在10-4～10-6mm之間的微粒。膠體是許多分子和離子的集合物。天然水中的無機(jī)礦物質(zhì)膠體主要是鐵、鋁和硅的化合物。水中的有機(jī)膠體物質(zhì)主要是植物或動(dòng)物的肢體腐爛和分解而成的腐殖物。其中以湖泊水中的腐殖質(zhì)含量最多，因此常常使水呈黃綠色或褐色。
膠體顆粒不能藉重力自行沉降而去除，一般是在水中加入藥劑破壞其穩(wěn)定，使膠體顆粒增大而沉降予以去除。
地表水或地下水都可能存在膠體物質(zhì)。
3、離子物質(zhì)(Ionic material)
包括：陽離子、陰離子。陽離子如鈣離子、鎂離子、鐵離子等；陰離子氯離子、硫酸鹽離子、磷酸鹽離子等。
離子物質(zhì)通常易溶于水中，溶解物質(zhì)可以用離子交換或除鹽等方法予以去除。
4、不反應(yīng)的溶解氣體
如空氣中的氮?dú)獾取?nbsp;
5、可反應(yīng)的溶解氣體
天然水中常見的溶解氣體有氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)、有時(shí)還有硫化氫(H2S)、二氧化硫(SO2)、氨(NH3)等。這些溶解于水中的氣體，大都對(duì)金屬有腐蝕作用,是引起水系統(tǒng)金屬腐蝕的重要因素。
空氣中的CO2對(duì)純水影響最大。CO2存在于空氣中并很容易溶于水中，使水質(zhì)呈酸性，即PH值低于7。水質(zhì)越純，越易受空氣的影響，影響主要表現(xiàn)為PH值、電導(dǎo)(阻)率。
6、微生物
主要指水中的細(xì)菌含量。中國自來水的常規(guī)細(xì)菌允許含量＜100cfu/ml；純水的常規(guī)細(xì)菌允許含量＜1cfu/ml。
7、熱源
熱源又稱細(xì)菌內(nèi)毒素，主要用于醫(yī)藥用水特別是注射用水時(shí)需考量熱源的含量控制。實(shí)驗(yàn)室中有細(xì)胞培養(yǎng)等生物方面的應(yīng)用時(shí)，對(duì)熱源用含量控制要求。
8、有機(jī)物質(zhì)
水中的有機(jī)物質(zhì)主要是指腐殖酸、生活污水和工業(yè)廢水的污染物。腐殖物質(zhì)是水生生物一類的生命活動(dòng)過程的產(chǎn)物。這些有機(jī)物污染著水體，并使水質(zhì)惡化。
水中的有機(jī)物有個(gè)共同特點(diǎn)，就是要進(jìn)行生物氧化分解，需要消耗水中的溶解氧，而導(dǎo)致水中缺氧。同時(shí)會(huì)發(fā)生腐敗發(fā)酵,使細(xì)菌滋長(zhǎng)，惡化水質(zhì)，破壞水體；工業(yè)用水的有機(jī)污染,還會(huì)降低產(chǎn)品的質(zhì)量。有機(jī)物是引起水體污染的主要原因之一。
地表水中有機(jī)物含量通常高于地下水中的含量。
9、殘留消毒劑
自來水公司為控制水中的細(xì)菌含量，會(huì)添加消毒劑來控制總細(xì)菌數(shù)。常用的消毒劑為含氯制劑，當(dāng)氯加到水中會(huì)產(chǎn)生含氧化性極強(qiáng)的化合物如余氯，起到消毒殺菌的作用。
對(duì)于采用反滲透技術(shù)的水處理設(shè)備而言，氧化性極強(qiáng)的余氯會(huì)對(duì)RO膜造成很大的損傷，因此在預(yù)處理中必須嚴(yán)格去除。常用活性碳吸附去除。
二．10種常見的水處理方法
1.沉淀過濾法
這是一種最原始的過濾方法，它是依靠水中微粒雜質(zhì)的自身重量下沉來達(dá)到分離的目的。常用于水中雜質(zhì)顆粒較大的場(chǎng)所，如江河湖水的初步自然澄清過濾。
2.蒸餾法
蒸餾法是把水加熱，變成氣體，分出混入氣相中的低沸點(diǎn)成分或飛沫成分，低沸點(diǎn)氣體放于大氣中。不揮發(fā)性不純物殘留于液相中，成為濃縮液排出。如此把水精制成高純度的水。
此法耗電耗水量很大，且使用時(shí)需有人看守，使用不方便，現(xiàn)已較少使用。
3.薄膜微孔過濾(MF)法
薄膜微孔過濾法包括三種形式：深層過濾、篩網(wǎng)過濾、表面過濾。
深層過濾是以編織纖維或壓縮材料制成的基質(zhì)，利用隋性吸附或是捕捉方式來留住顆粒，如常用的多介質(zhì)過濾或砂濾；深層過濾是一種較為經(jīng)濟(jì)的方式，可去除98%以上的懸浮固體，同時(shí)保護(hù)下游的純化單元不會(huì)被堵塞，因此通常做為預(yù)處理。
表面過濾則是多層結(jié)構(gòu)，當(dāng)溶液通過濾膜時(shí)，較濾膜內(nèi)部孔隙大的顆粒將被留下來，并主要堆積在濾膜表面上，如常用的PP纖維過濾。表面過濾可去除99.9%以上的懸浮固體，所以也可作為預(yù)處理或澄清用。
篩網(wǎng)濾膜基本上是具有一致性的結(jié)構(gòu)，就象篩子一般，將大于孔徑的顆粒，都留在表面上(這種濾膜的孔量度是非常精準(zhǔn)的)，如超純水機(jī)終端使用的用點(diǎn)保安過濾器；篩網(wǎng)過濾微孔過濾一般被置于純化系統(tǒng)中的最終使用點(diǎn)，以去除最后的殘留微量樹脂片、碳屑、膠體和微生物。
4、活性炭吸附法
活性炭依靠吸附和過濾作用主要去除水中的異色、異味、余氯、殘留消毒物等有機(jī)物雜質(zhì)。
5.電滲析
滲析是一種物理現(xiàn)象。如將兩種不同濃度的鹽水，用一張滲透膜隔開，濃度高的鹽水中的溶質(zhì)如無機(jī)鹽離子通過膜向濃度低的鹽水中滲透，這個(gè)現(xiàn)象就是滲析。這種滲析是由于含鹽量濃度不同而引起的，稱為濃差滲析。因?yàn)槭且詽舛炔钭鳛橥苿?dòng)力，擴(kuò)散速度始終是比較慢的。如果要加快這個(gè)速度，就可以在膜的兩邊加一直流電極。電解質(zhì)在電場(chǎng)的作用下，會(huì)加快遷移的速度，這就稱為電滲析。
電滲析耗電量大，且滲析膜片易壞，在反滲透技術(shù)出現(xiàn)后已很少使用。
6.離子交換(IX)法
離子交換法的原理是將原水*中的無機(jī)鹽陰陽離子如鈣離子Ca2+、鎂離子Mg2+、硫酸鹽SO42-、硝酸鹽NO3-等，通過與離子交換樹脂交換，使水中的陰、陽離子與樹脂中的陰陽離子相交換，從而使水得到軟化或純化。
注1：原水是指相對(duì)于每一個(gè)過濾單元而言，其進(jìn)水就稱為原水。
離子交換樹脂*分為陰離子樹脂(R-OH)和陽離子樹脂(H-R和Na-R)兩種，其中陽離子樹脂根據(jù)其活性基團(tuán)的不同而分為鈉型樹脂(Na-R)和氫型樹脂(H-R)。鈉型樹脂常用于水質(zhì)軟化，氫型樹脂常和陰離子樹脂R-OH一起配合使用，以去除水中的無機(jī)鹽陰陽離子，使水質(zhì)純化為超純水。
注2：離子交換樹脂指離子交換樹脂的高分子基團(tuán)通常以R表示。
純化過程：
如以H-R代表氫型陽樹脂，其純化水質(zhì)的交換過程如下：
2H-R＋Ca2+= R2Ca＋2H＋
2R-OH+ SO42- = R2SO4 + 2OH-
以上過程中生成的H＋ 和OH-再反應(yīng)：
H＋+ OH- =H2O
即水質(zhì)通過離子交換器后，水中的無機(jī)鹽陰陽離子被置換成H2O，達(dá)到純化的目的。
軟化過程：
如以Na-R代表鈉型樹脂，其交換過程如下：
2Na-R＋Ca2+=R2Ca＋2Na＋
2Na-R＋Mg2+=R2Mg＋2Na+
即水質(zhì)通過鈉離子交換器后，水中的Ca2+、Mg2+被置換成Na+，達(dá)到軟化的目的。
再生過程：
離子交換樹脂使用一段時(shí)間后，樹脂中的離子被交換完全后，達(dá)到飽和程度，失去離子交換能力，此時(shí)就需要對(duì)樹脂進(jìn)行再生。
軟化樹脂需要用Nacl即食鹽溶液進(jìn)行再生，再生過程的化學(xué)反應(yīng)與上述軟化過程的離子交換反應(yīng)正好相反。
純化水用陽樹脂需要用酸進(jìn)行再生，陰樹脂需要用堿進(jìn)行再生。再生過程的化學(xué)反應(yīng)與上述純化過程的離子交換反應(yīng)正好相反。
7．超過濾(UF)法
微孔薄膜是依其過濾孔徑的大小來去除微粒，而超濾(UF)薄膜則像一個(gè)分子篩，它以尺寸為基準(zhǔn)，讓溶液通過極微細(xì)的孔，以達(dá)到分離溶液中不同大小分子之目的。
超濾膜是一種強(qiáng)韌、薄、具有選擇性的通透膜，通常認(rèn)為其過濾孔徑約為0.01μm，可截留某種特定大小以上的分子，包括：膠質(zhì)、微生物和熱源。較小的分子，例如：水和離子，都可通過濾膜。
超濾法常用于果汁濃縮、中草藥提取、反滲透的預(yù)處理、超純水的終端保安過濾等。
8．反滲透(RO)法
一種高新膜分離技術(shù)。它是以壓力為推動(dòng)力，利用反滲透膜只能透水而不能透過溶質(zhì)的選擇性，從含有各種無機(jī)物、有機(jī)物、微生物的水體中，提取純水的物質(zhì)分離過程。反滲透膜的孔徑小于10埃(1埃等于10－10米)，具有極強(qiáng)的篩分作用，其脫鹽率高達(dá)99％，除菌率大于99.5%。可去除水中的無機(jī)鹽、糖類、氨基酸、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于海水的淡化處理、純凈水的生產(chǎn)，超純水的制備、及其它以細(xì)菌、熱原、膠體、微粒和有機(jī)物為去除目的的先進(jìn)工藝。
如果以原水水質(zhì)及產(chǎn)水水質(zhì)為基準(zhǔn)，經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計(jì)后，RO是將自來水純化的最經(jīng)濟(jì)的有效方法，同時(shí)也是超純水系統(tǒng)最好的前處理方法。
9．紫外線(UV)、臭氧滅菌法
紫外燈所放射出來的254nm的紫外線是一種有效的殺菌方法，因?yàn)榧?xì)菌中的DNA及蛋白質(zhì)會(huì)有吸收紫外線導(dǎo)致死亡。
紫外線滅菌法
臭氧滅菌法：采用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，加入純水中，滅菌效果極好。
10、EDI法
一種新的去離子水處理方法。又稱連續(xù)電除鹽技術(shù)，EDI裝置將離子交換樹脂充夾在陰/陽離子交換膜之間形成EDI單元。這種方法不需再用酸堿對(duì)樹脂進(jìn)行再生，環(huán)保性好。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用。
三、各種水處理方法與處理對(duì)象的比較
符號(hào)標(biāo)注：◎表示優(yōu)良，○表示良，△表尚可，×表不好.
| 離子狀物質(zhì) | 微粒子 | 微生物 | 熱源 | 有機(jī)物 |
1)活性炭過濾 | - | ×
因炭沫等而增加 | ×
層內(nèi)的微生物增殖 | ×
有除去能,也會(huì)因?qū)觾?nèi)菌而增加1000-2000 | ○
有效果 |
2)離子交換 | ◎
大致完全脫鹽 | ×
因樹脂破片等而增加 | ×
層內(nèi)的微生物增殖 | - | ×
稍有除去能力，但常自行氧化劣化而成為有機(jī)物源 |
3)反滲透 | ○
脫鹽率90-99% | ◎
10Α以上者除去 | ◎
| ○
內(nèi)毒素0.1ng/ml以下兔子試驗(yàn)合格鱟魚試驗(yàn) | △
依有機(jī)物種類除去40-90%分子量200-300以下穿過 |
4)超濾(UF) | 不除去 | ◎
20A以上者除去 | ◎
同上 | ○
同上 | △
也取決于分劃分子量,除去分子量1萬-2萬以上的物質(zhì) |
5)精密過濾 | - | ◎
除去能力大 | ○
| - | - |
6)蒸餾 | ◎
大致完全脫鹽(μs=0.2) | ◎
除去但要注意,飛沫同伴 | ◎
除去 | ◎
內(nèi)毒素0.1ng/ml以下大白鼠試驗(yàn)合格鱟魚試驗(yàn) | ◎
除去 |
7)紫外線殺菌 | ×
有機(jī)物氧化分解，如CO2溶解于水產(chǎn)生的水質(zhì)電阻變化 | - | ○
殺菌 | -
| ○
有機(jī)物氧化分解 |
四、水處理常用名詞解釋
1.什么是水的渾濁度？
答：由于水中含有微粒雜質(zhì)，使得原是無色透明的水產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象，其渾濁的程度稱為渾濁度。渾濁度的單位是用“度NTU”來表示的。
控制渾濁度是工業(yè)水處理的一個(gè)重要內(nèi)容，根據(jù)水的不同用途，對(duì)渾濁度有不同的要求：生活飲用水的渾濁度不得超過5度；
在工業(yè)水處理中，主要是采用混凝、澄清和過濾的方法來降低水的渾濁度。
2.什么是水的硬度？
答：水中有些金屬陽離子，同一些陰離子結(jié)合在一起，容易形成水垢，附著在物體表面，我們把水中這些金屬離子的總濃度稱為水的硬度。如在天然水中最常見的金屬離子是鈣離子(Ca2+)和鎂離子(Mg2+)、它與水中的陰離子如碳酸根離子(CO32-)、碳酸氫根離子(HCO3-)、硫酸根離子(SO42-)、氯離子(Cl-)、以及硝酸根離子(NO3-)等結(jié)合在一起。形成鈣鎂的碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽、氯化物、以及硝酸鹽等硬度。水中的鐵、錳、鋅等金屬離子也會(huì)形成硬度，但由于它們?cè)谔烊凰械暮亢苌伲梢月匀ゲ挥?jì)。因此，通常就把Ca2+、Mg2+的總濃度看作水的硬度。
通常，地下水、井水等的硬度較大，地表水的硬度較小。中國北方地區(qū)的水質(zhì)較硬，南方地區(qū)的水質(zhì)較軟。
若水質(zhì)的硬度較大，則在反滲透處理之前必須對(duì)原水進(jìn)行軟化，否則易在RO膜表面結(jié)垢，影響RO膜的產(chǎn)水質(zhì)量及使用壽命。
水的硬度對(duì)鍋爐用水的影響很大，因此，鍋爐用水時(shí)必須進(jìn)行軟化或除鹽處理。
3.什么是水的總固體、溶解固體和是懸浮固體？
答：水中除了溶解氣體之外的一切雜質(zhì)稱為總固體。而水中的固體又可分為溶解固體和懸浮固體。這二者的總和即稱為水的總固體。
溶解固體是指水經(jīng)過過濾之后，那些仍然溶于水中的各種無機(jī)鹽類、有機(jī)物等。懸浮固體是指那些不溶于水中的泥砂、粘土、有機(jī)物、微生物等懸浮物質(zhì)。
總固體的測(cè)定是蒸干水分再稱重得到的。
4.什么是水的含鹽量？TDS值？
答：水的含鹽量(也稱礦化度)是表示水中所含鹽類的的總含量。由于水中各種鹽類一般均以離子的形式存在，所以含鹽量也可以表示為水中各種陽離子的量和陰離子的量的和。
水的含鹽量與溶解固體的含義有所不同，因?yàn)槿芙夤腆w不僅包括水中的溶解鹽類，還包括有機(jī)物質(zhì)。同時(shí)，水的含鹽量與總固體的含義也有所不同，因?yàn)榭偣腆w不僅包括溶解固體、還包括不溶解于水的懸浮固體。所以，溶解固體和總固體在數(shù)量上都要比含鹽量高。但是，在不很嚴(yán)格的情況下，當(dāng)水比較清凈時(shí)，水中的有機(jī)物質(zhì)含量比較少，有時(shí)候也用溶解固體的含量來近似地表示水中的含鹽量。
水質(zhì)的TDS值是指溶解性總固體含量。在水處理計(jì)算中，通常被用作水質(zhì)含鹽量的代替值，常可用TDS筆作快速測(cè)得，其單位為。通常TDS、電導(dǎo)率間的關(guān)系可簡(jiǎn)易換算為：1ppm=2us/cm
5.水的電阻率、電導(dǎo)率？二者的關(guān)系？
答：水的電阻率和電導(dǎo)率的大小,與水中含鹽量的多少、水中離子濃度、離子的電荷數(shù)以及離子的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。水越純，電阻率越大，電導(dǎo)率越小。電阻和電導(dǎo)是成反比的關(guān)系。目前最純的水質(zhì)電阻率為18.25MΩ.cm。需了解中國實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB6682-92的PH、電阻等指標(biāo)。
水質(zhì)越純，電阻率和電導(dǎo)率越易受空氣中的CO2的影響，因此超純水的電導(dǎo)電阻檢測(cè)必須在線檢測(cè)，才可保證其準(zhǔn)確性。
6.什么是水的PH值？有什么意義？
答：水的PH值是表示水質(zhì)酸堿性的相對(duì)值。PH值范圍規(guī)定在1-14之間，以7為中性的界限，1＜PH＜7時(shí)水質(zhì)為酸性，PH值越小，酸性越強(qiáng)；7＜PH＜14時(shí)水質(zhì)為堿性，PH值越大，堿性越強(qiáng)。
純水的PH值很容易受空氣中的CO2的影響，水質(zhì)越純，對(duì)CO2的溶解性越強(qiáng)，因此中國實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB6682-92對(duì)一、二級(jí)純水的PH值不作規(guī)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雜質(zhì)，故1毫克／升的雜質(zhì)相當(dāng)于水中含有百萬分之一份雜質(zhì)。
1微克／升相當(dāng)于水中含有十億分之一份的雜質(zhì)，也可以ppb來表示。
1mg/L=1ppm 1μg/L=1ppb 1ppm=1000ppb
8.什么是水的預(yù)處理？預(yù)處理有哪些主要方法？
答：水的預(yù)處理是在水精制處理之前，預(yù)先進(jìn)行的初步處理，以便在水的精處理時(shí)取得良好效果，提高水質(zhì)，延長(zhǎng)精處理設(shè)備的使用壽命。
預(yù)處理的方法很多，主要有預(yù)沉、混凝、澄清、過濾、軟化、消毒等。用這些方法預(yù)處理之后,可以使水的懸浮物(濁度)、色度、膠體物、有機(jī)物、鐵、錳、暫時(shí)硬度、微生物、揮發(fā)性物質(zhì)、溶解的氣體等雜質(zhì)除去或降低到一定的程度。
預(yù)沉 就是大容積、低流速的自然沉淀處理，如沉沙池、預(yù)沉池。
混凝 利用鐵鹽、鋁鹽、高分子等混凝劑，與水中的雜質(zhì)通過絮凝和架橋作用生成大顆粒沉淀物，然后通過其他設(shè)備，如澄清池、過濾池等，予以除去。
澄清 通過混凝劑作用而形成的大顆粒沉淀物在澄清池內(nèi)分離，沉淀物除去，得到澄清水。
過濾 將被處理的水，流經(jīng)裝有特殊過濾材料裝置，如各種濾池等，截留水中雜質(zhì)，予以去除。
軟化 采用化學(xué)藥劑，如石灰水、蘇打粉等，使水中碳酸氫鹽硬度除去；或是采用陽離子交換樹脂等方法除去水中的鈣、鎂、鐵離子等，這一過程稱為軟化。
消毒 加入殺菌劑，如液氯、漂白粉等，殺滅水中的微生物。
9、常用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目縮寫名稱的說明：
PCR―――分子生物測(cè)試．基因研究及細(xì)胞培養(yǎng)等
IVF―――受精卵培養(yǎng)
AA―――原子吸收分析儀
HPLC―――高效液相色譜
ICP――――電感耦合等離子光譜
TOC―――總有機(jī)碳
