水化學(xué)及水處理概述

1、水化學(xué)及水處理方法概論水化學(xué)及水處理方法概論2 2主體簡(jiǎn)述主體簡(jiǎn)述水、水溶液、水循環(huán)水、水溶液、水循環(huán)水溶液的濃度及溶解度水溶液的濃度及溶解度水質(zhì)參數(shù)與替代參數(shù)水質(zhì)參數(shù)與替代參數(shù)原水類型和水質(zhì)分析原水類型和水質(zhì)分析水中的主要雜質(zhì)水中的主要雜質(zhì)水水-碳酸鹽系統(tǒng)碳酸鹽系統(tǒng)水中的雜質(zhì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的影響水中的雜質(zhì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的影響水處理方法概論水處理方法概論典型的水處理工藝流程典型的水處理工藝流程3 3水水/H/H2 2O O分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)HHO4 4H H2 2O O氫鍵與水的基本性質(zhì)氫鍵與水的基本性質(zhì)F 高高 F.P.F高高 B.P.F高粘度高粘度F 高融解高融解F 高表面張力高表面張力F 高汽化熱

2、高汽化熱5 5普遍的溶劑：普遍的溶劑： 水的這種極性使它能溶解大部分物質(zhì)水的這種極性使它能溶解大部分物質(zhì)HHOHHOHHOHHOHHOHHOHHOHHO+ Ion I6 6H2O優(yōu)良的溶劑優(yōu)良的溶劑 極性較強(qiáng)的分子極性較強(qiáng)的分子 兩性電解質(zhì)兩性電解質(zhì) 通過通過 水合效應(yīng)水合效應(yīng) 配合作用配合作用 離子接觸離子接觸溶解與之接觸的物質(zhì)溶解與之接觸的物質(zhì) 沒有機(jī)會(huì)接觸沒有機(jī)會(huì)接觸H2O，只有水溶液，只有水溶液7 7水的自然循環(huán)水的自然循環(huán) 地球表面的蒸地球表面的蒸發(fā)發(fā) 濃縮和烏云的濃縮和烏云的形成形成 地面的散布地面的散布 凝結(jié)雨、雪凝結(jié)雨、雪等等8 8水的社會(huì)循環(huán)水的社會(huì)循環(huán)9 9水中含有成分的量

3、化水中含有成分的量化濃度濃度 質(zhì)量濃度質(zhì)量濃度 摩爾濃度摩爾濃度 當(dāng)量濃度當(dāng)量濃度 用用“CaCO3”表示的濃度表示的濃度 用用“度度”表示的濃度表示的濃度1010水中含有成分的量化水中含有成分的量化質(zhì)量濃度質(zhì)量濃度質(zhì)量濃度：質(zhì)量濃度：質(zhì)量百分比：主要用在高濃度溶液質(zhì)量百分比：主要用在高濃度溶液part per million (ppm) 毫克每毫升（毫克每毫升（mg/l) 例如：例如：1 m3水含有水含有40 g Ca2+, 則：則：其濃度為其濃度為40mg/l(以以Ca表示表示)約為約為 1111水中含有成分的量化水中含有成分的量化摩爾濃度摩爾濃度 mol/l 一摩爾某物質(zhì)指包含該物質(zhì)一摩

4、爾某物質(zhì)指包含該物質(zhì)6.023x1023個(gè)基本粒子個(gè)基本粒子(分子、離子、原子和電子分子、離子、原子和電子)的質(zhì)量的質(zhì)量例如：1 m3水含有40 g Ca2+, 則： 40 g Ca2+即等于1 mol，因此該溶液中Ca2+的摩爾濃度為： 1 mol /1000L = 0.001 mol/L1212水中含有成分的量化水中含有成分的量化當(dāng)量濃度當(dāng)量濃度毫當(dāng)量每升毫當(dāng)量每升meq/1313舉例舉例1414用用“CaCOCaCO3 3”表示的濃度表示的濃度1515 PPM PPM 以以 CaCOCaCO3 3 計(jì)計(jì)1616用用“度度”表示硬度的濃度表示硬度的濃度 德國(guó)度：1德國(guó)度 = 10 mg/l

5、 CaO 法國(guó)度：1法國(guó)度 = 10 mg/l CaCO3 英國(guó)度：1英國(guó)度 = 14.28 mg/l CaCO3 1mmol/L硬度=2.8 德國(guó)度 1mmol/L硬度= 5 法國(guó)度 1mmol/L硬度= 50 mg/l CaCO3 1mmol/L硬度= 28mg/l CaO1717溶解度溶解度難溶化合物在難溶化合物在25oC時(shí)的溶解度時(shí)的溶解度化合物溶解度mg/l化合物溶解度mg/lCa(OH)21130FeS0.1CaCO312Fe(OH)310-12CaSO4.2H2O2060/CaCO3Fe2S310-8CaF227Mn(OH)23.2Mg(OH)213.5MnS1.4BaCO322

6、Cu(OH)20.033BaSO42CuCO35.2Fe(OH)20.7CuS10-12FeCO1818水質(zhì)參數(shù)與替代參數(shù)水質(zhì)參數(shù)與替代參數(shù) 水質(zhì)參數(shù)凡能反映水的使用性質(zhì)的一種量 替代參數(shù)不指向具體成分，但反映某一類成分的共同屬性，并以 集體量表達(dá) 水處理常用的水質(zhì)參數(shù)和替代參數(shù)： TDS、電導(dǎo)率、電阻率、硬度、堿度 濁度、TSS、SDI 色度、嗅、味 TOC、COD、BOD、三鹵甲烷(THM)、UV(254nm)吸光度 總大腸桿菌 葉綠素1919水的電導(dǎo)率水的電導(dǎo)率2020電導(dǎo)率和電阻率電導(dǎo)率和電阻率 電導(dǎo)率跟濃度和溶解的鹽的類型成比例 電阻率是電導(dǎo)率的倒數(shù) 在pH在之間的時(shí)候TDS (pp

7、m)=0.65電導(dǎo)率2121電導(dǎo)率電導(dǎo)率 vs 電阻率電阻率 2222水中陰、陽(yáng)離子間的關(guān)系水中陰、陽(yáng)離子間的關(guān)系 全部陽(yáng)離子所帶的總正電荷必須與全部陰離子所帶全部陽(yáng)離子所帶的總正電荷必須與全部陰離子所帶的總負(fù)電荷相等的總負(fù)電荷相等即：全部陽(yáng)離子的meq/l=全部陰離子的meq/l工程水質(zhì)分析允許如下誤差：陰離子 陽(yáng)離子 (0.1065+0.0155 陽(yáng)離子) 陽(yáng)離子和陰離子之間存在某種組合關(guān)系陽(yáng)離子和陰離子之間存在某種組合關(guān)系稱為“假想化合物”2323原水類型和水質(zhì)分析原水類型和水質(zhì)分析 原水類型可按總含鹽量（TDS）和總有機(jī)物含量（TOC）來劃分：來自一級(jí)RO產(chǎn)水的低鹽度高純度產(chǎn)水或超純水

8、系統(tǒng)中的拋光階段的給水，總可溶性固體含量TDS最高為50mg/L；TDS小于500mg/L的低鹽度自來水；天然有機(jī)物（NOM）含量低，TDS小于5,000mg/L的中等含鹽量地下水；TDS小于5,000mg/L的中等含鹽量苦咸水；TOC和BOD含量高，TDS小于5,000mg/L的中等含鹽量三級(jí)廢水；TDS介于5,000-15,000mg/L的高含鹽量苦咸水；TDS在35,000mg/L左右的海水。2424地表水地表水 主要來源于湖泊，池塘，水庫(kù)，河流主要來源于湖泊，池塘，水庫(kù)，河流 性質(zhì)：性質(zhì)： 高濁度，懸浮顆粒高濁度，懸浮顆粒 高有機(jī)物含量高有機(jī)物含量 低的礦物質(zhì)含量（可變）低的礦物質(zhì)含量

9、（可變） 溫度的波動(dòng)溫度的波動(dòng)2525地下水地下水 定義為地表以下的水，包括井水，地下權(quán)水定義為地表以下的水，包括井水，地下權(quán)水和地下蓄水層的水和地下蓄水層的水 性質(zhì)：性質(zhì)：低濁度低濁度低有機(jī)物含量低有機(jī)物含量高的礦物質(zhì)含量（含量相對(duì)固定）高的礦物質(zhì)含量（含量相對(duì)固定）穩(wěn)定的溫度穩(wěn)定的溫度2626海水海水 含鹽量為35,000mg/L的海水稱為標(biāo)準(zhǔn)海水，因?yàn)槭澜缟辖^大多數(shù)的海水具有上述的含鹽量，其中的離子組成比例全世界也十分相近，但是實(shí)際總TDS變化范圍很寬，從波羅的海的海水含鹽量為7,000mg/L到紅海和波斯灣的海水含鹽量為45,000mg/L。由于土壤影響和內(nèi)陸水的滲入，近海岸井水的含鹽

10、量及組成卻變化極大 2727原水水質(zhì)分析原水水質(zhì)分析2828水中的主要雜質(zhì)水中的主要雜質(zhì) 非離子形態(tài)的和懸浮物非離子形態(tài)的和懸浮物 氣體氣體2929非離子形態(tài)的和懸浮物非離子形態(tài)的和懸浮物 泥沙，泥漿，污垢泥沙，泥漿，污垢 有機(jī)物質(zhì)有機(jī)物質(zhì) 油，微生物油，微生物 膠體狀硅膠體狀硅應(yīng)該在預(yù)處理中除去和大量減少應(yīng)該在預(yù)處理中除去和大量減少3030將測(cè)試膜片小心放在測(cè)試膜盒內(nèi)，用少許水潤(rùn)濕膜片，擰緊“O”形密封圈，將膜盒垂直放置，還應(yīng)注意膜片有正反面的區(qū)別調(diào)節(jié)進(jìn)水壓力至2.1bar（30psi）并立即計(jì)量開始過濾500mL水樣的時(shí)間t0（通過連續(xù)不斷的調(diào)節(jié)，使進(jìn)水壓力始終保持不變）在進(jìn)水壓力為2.1

11、bar（30psi）下連續(xù)過濾15分鐘15分鐘后繼續(xù)記錄過濾同樣500mL所需的時(shí)間t15，保留濾器上的膜片以便作進(jìn)一步的分析計(jì)算當(dāng)t15是t0的4倍時(shí)，SDI15值是5。如果水樣完全將膜片堵塞住時(shí)，SDI15值為6.7。 Silt Density Index (SDI)圖1. 淤積指數(shù)測(cè)量?jī)x2.1bar15分鐘后測(cè)量膜直徑47mm孔徑0.45m預(yù)處理產(chǎn)水開始500毫升所需時(shí)間t0最后500毫升所需時(shí)間t15穩(wěn)壓閥3131氣體氣體 二氧化碳（空氣） 氧氣 （空氣） 氨 （化肥） 甲烷 （土壤中的細(xì)菌） 硫化氫 （土壤中的細(xì)菌） 氯 （殺菌劑）3232離子形態(tài)的和溶解物離子形態(tài)的和溶解物 非有機(jī)

12、的陰/陽(yáng)離子 帶電荷的有機(jī)物質(zhì) 溶解硅3333離子型雜質(zhì)離子型雜質(zhì) 離子就是帶電荷的顆粒 正電荷（陽(yáng)離子）和負(fù)電荷（陰離子）單價(jià)的，正電荷（陽(yáng)離子）和負(fù)電荷（陰離子）單價(jià)的，兩價(jià)的和三價(jià)的兩價(jià)的和三價(jià)的3434水中經(jīng)常出現(xiàn)的陽(yáng)離子水中經(jīng)常出現(xiàn)的陽(yáng)離子 Ca2+ Mg2+ Na+ K+ Al3+ Ba2+ Fe2+ (ferrous) Fe3+ (ferric)3535水中經(jīng)常出現(xiàn)的陰離子水中經(jīng)常出現(xiàn)的陰離子 HCO3- Cl- SO42- F- CO32- NO3- Silica (HSiO3- or SiO2)3636有機(jī)污染物有機(jī)污染物 自然產(chǎn)生的復(fù)雜的腐殖質(zhì)和腐爛植物里產(chǎn)生的棕黃酸 清潔

13、劑和工業(yè)廢水中人為產(chǎn)生的一些有機(jī)雜質(zhì)3737有機(jī)污染的性質(zhì)有機(jī)污染的性質(zhì) 很寬的分子量分布 季節(jié)的變化 主要的陰離子聚合體3838離子型的雜質(zhì)：有機(jī)物的化學(xué)機(jī)構(gòu)離子型的雜質(zhì)：有機(jī)物的化學(xué)機(jī)構(gòu)3939硅的性質(zhì)硅的性質(zhì)()4040原水中最常見的溶解固體原水中最常見的溶解固體CalciumBicarbonate Ca(HCO3)2Sulfate CaSO4MagnesiumBicarbonate Mg(HCO3)2Sulfate MgSO4SodiumBicarbonate NaHCO3Sulfate Na2SO4Chloride NaC4141溶解固體和電導(dǎo)率之間的關(guān)系溶解固體和電導(dǎo)率之間的關(guān)系4

14、242酸，堿和酸，堿和pH：水的解離：水的解離H H2 2O HO H+ + + OH + OH- -K Kw w = H = H+ +OHOH- - = 1 x 10 = 1 x 10-14-4343pH 范圍范圍4444氫離子濃度氫離子濃度4545水水-碳酸鹽系統(tǒng)碳酸鹽系統(tǒng)4646The Effect of the Carbonate Cycle on pH4747COCO2 2HCOHCO3 3- -COCO3 32-2-4848水中的雜質(zhì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的影響水中的雜質(zhì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的影響4949 水處理是對(duì)水質(zhì)成分的變革，即通過各種必要的工藝技術(shù)（物理的、化學(xué)的、生物的，或其組合)，去除其中的

15、不必要的成分，從而達(dá)到所需水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的凈化過程 給水處理為使用 廢/污水處理(工業(yè)廢水、市政污水）為排放 天然水源減少，水質(zhì)劣化廢/污水處理的排放觀念已經(jīng)不再兩類水處理工藝技術(shù)的隸屬關(guān)系已經(jīng)模糊，界限日漸淡化5050 水處理工藝流程概論水處理工藝流程概論 由于單一的水處理單元方法是難以滿足要求，所以將由于單一的水處理單元方法是難以滿足要求，所以將多種基本單元多種基本單元過程互相配合過程互相配合，組成一個(gè)水處理工藝過程，稱為水處理工藝流程。，組成一個(gè)水處理工藝過程，稱為水處理工藝流程。 選擇水處理流程的基本出發(fā)點(diǎn)是：選擇水處理流程的基本出發(fā)點(diǎn)是： (1)(1)以較低的成本、安全穩(wěn)定的運(yùn)行過程；以較

16、低的成本、安全穩(wěn)定的運(yùn)行過程； (2)(2)獲得滿足水質(zhì)要求的水；獲得滿足水質(zhì)要求的水； (3)(3)水處理設(shè)施所在的地區(qū)氣候、地形地質(zhì)、技術(shù)水處理設(shè)施所在的地區(qū)氣候、地形地質(zhì)、技術(shù) 經(jīng)經(jīng) 濟(jì)條件的濟(jì)條件的差異，也會(huì)影響到水處理工藝流程的選擇。差異，也會(huì)影響到水處理工藝流程的選擇。 5151非離子形態(tài)的和懸浮物泥沙，泥漿，污垢，漂浮物膠體(有機(jī)、無機(jī))有機(jī)體油，微生物氣體二氧化碳氧氣 氨 甲烷 硫化氫 氯 溶解物 離 子 型非離子型、有機(jī)后處理pH調(diào)節(jié)MBRO-2多價(jià)離子Ca2+Mg2+CO32-SO42-單價(jià)離子Na+ Cl -NO3-NH4+腐殖質(zhì)和腐爛產(chǎn)生的棕黃酸清潔劑和工業(yè)廢水中人為產(chǎn)

17、生的一些有機(jī)雜質(zhì)生化、絮凝沉淀、多介質(zhì)過濾、超濾、脫氣；軟化器、阻垢劑活性炭過濾、化學(xué)品、殺菌劑等預(yù)處理IX, UF, NF, RO核心處理針對(duì)特別應(yīng)用的調(diào)整5252（1） 地面水常規(guī)處理工藝系統(tǒng)（2） 典型的地表水處理流程；（3） 典型除污染給水處理流程；（4） 采用活性炭吸附除污染的水處理工藝系統(tǒng)；（5） 臭氧活性炭水處理工藝系統(tǒng)；（6） 高錳酸鉀除污染工藝系統(tǒng)。典型的給水處理工藝流程有：典型的給水處理工藝流程有：5353 典型的污水處理工藝流程分為：典型的污水處理工藝流程分為： （1） 城市污水一級(jí)處理系統(tǒng)； （2） 城市污水二級(jí)處理系統(tǒng)； （3） 城市污水深度處理系統(tǒng)； （4） 高濁度

18、的水質(zhì)處理工藝流程； 5454 給水處理工藝流程：給水處理工藝流程： 給水處理的主要水源有地表水和地下水兩大類。常規(guī)的地表水處理以去除水中的渾濁物質(zhì)和細(xì)菌、病毒為主，水處理系統(tǒng)主要由澄清和消毒工藝組成，典型的水處理流程如下所示： 原水混凝沉淀過濾消毒飲用水 典型地表水處理流程5555 原水預(yù)處理混 凝沉 淀過 濾消 毒活性炭吸附飲用水典型除污染給水處理流程 地面水常規(guī)處理工藝系統(tǒng)出水絮凝池清水池過濾池沉淀池混合裝置混凝劑原水C5656 受污染水源水采用活性炭吸附除污染的水處理工藝系統(tǒng)出水清水池 顆?；钚蕴繛V池過濾池沉淀池絮凝池 混合裝置投粉末活性炭混凝劑混凝劑投 混合裝置絮凝池沉淀池 過濾池

19、顆粒活性炭濾池清水池出水 臭氧活性炭水處理工藝系統(tǒng)受污染水源水臭氧接觸池臭氧5757 粉末活性炭高錳酸鉀臭氧受污染水源水高錳酸鉀除污染工藝系統(tǒng)出水清水池 顆?；钚蕴繛V池過濾池沉淀池絮凝池混合裝置投混凝劑生物處理構(gòu)筑物受污染水源水圖47 生物處理除污染工藝系統(tǒng)出水清水池過濾池沉淀池絮凝池混合裝置投混凝劑5858 活性炭過濾城市自來水建筑物或建筑小區(qū)的自來水深度處理工藝系統(tǒng) 出水消 毒膜分離裝置細(xì) 過 濾砂 過 濾投混凝劑5959 污水處理工藝流程：污水處理工藝流程： 按污水種類可分為：城市污水處理和工業(yè)污水處理；按處按污水種類可分為：城市污水處理和工業(yè)污水處理；按處理后的水的去向可分為：排放和回用等；不同的污水及不同理后的水的去向可分為：排放和回用等；不同的污水及不同的用途，需要采用不同的處理流程。的用途，需要采用不同的處理流程。 典型的城市污水主要來源時(shí)城市居民生活污水，主要的去典型的城市污水主要來源時(shí)城市居民生活污水，主要的去除對(duì)象是有機(jī)污染物，一般用除對(duì)象是有機(jī)污染物，一般用BODB