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矿泉水出现絮状物 哪些可以喝哪些不可以？
日08:44 　
昨日，工人在生产线上检测出厂前的每一瓶矿泉水 记者 周凡力 摄8月5日我们报道了一瓶矿泉水里有絮状物后，大渡口的赵女士给我们打来电话，说她也看到了絮状物厂家工作人员说，赵女士买的冰冻矿泉水里有絮状物是正常现象，不影响饮用；矿泉水漏气会让水变质导致出现絮状物，这是霉菌，不能喝
这是8月5日的报道：在杨家坪打工的小李买了一瓶“青竹林”饮用水，仰头喝了两口，发现水里有棉絮状杂质，不敢再喝，找到质检部门要求检测，但瓶盖开了，检测得再清楚，也说不清，化验费也要2000元。小李说，他喝这种水，有个习惯，口不沾瓶口，让水跟山泉一样，往嘴里流。他还说，要是能说得清楚，他花2000元检测费，验DNA也行（证明嘴巴有没有沾到瓶口，唾液有没有回流到水中）。小李一个月工资最多2000元，他为啥这么较真？他透露一个秘密：10多年在外打工，只因那瓶水的商标是绿色的，上面有竹子，四川南充老家住在竹林里，他是想家了！说到底，他是怕这个牌子因为这个事，倒下了，以后喝不到了……又有人喝水喝出“悬浮物”“青竹林”老总带队去验水接着，大渡口的赵女士也给我们来电说，7月16日，她也喝了一瓶“青竹林”，也看到瓶中有絮状物。“青竹林”生产商是重庆中梁山饮品有限公司，质检部工作人员听说“又有一例”后，坐不住了，马上给在北京出差的老总打电话。老总回话，不怕有问题，就怕有问题不晓得，让在家的副总带上相关人员，找到那两瓶水，看看问题到底出在哪个环节？昨天，副总开车，带上两个人：一个是有着24年测水经验的质检部经理，另一个是销售经理。他们准备做两件事：一是见见小李（为想家去喝水的四川小伙子）、大渡口的赵女士，看一看他们那两瓶水中的絮状物到底是什么？二是，如果他们愿意，带小李、赵女士到生产线去看看，他们喝的那瓶水，是怎么灌装起来的？小李事先把水交给我们，说是有事到沙坪坝去了，也没时间去车间看装水，“厂家有这个态度，已经很舒服了。”在杨家坪，我们见到了“青竹林”厂家3个人。质检部经理拿过小李喝的这瓶水，边看边对销售经理说，以后一定要给经销商交代清楚，千万不能挤。随后，她又拿出质检笔记，有一段是这样写的：运输过程中，使得封好的饮料（或水）受到挤压而发生漏气现象，特别是天气炎热时，漏气会让饮料产生变质（从而出现丝絮状物）……“这个是霉菌，不能喝。”从杨家坪驱车到大渡口一个偏远小镇，去看赵女士那半瓶水。小镇没有标志建筑，赵女士说，她会站在高速路口，举着半瓶水。冰冻后的矿泉水会有“杂质”影响感官但不影响饮用开了30多公里后，路边看到举起半瓶水的赵女士。这次是副总亲自检查，他也有16年做水的经验。晃了一下“青竹林”，倒过来，细小的颗粒状悬浮物（不是条形，），随着水流旋转。“你买来时是不是冰冻的？”副总问赵女士。赵女士说，是的，很冰，快结冰了，但还没结成……质检部经理说，猜的没错，是冰冻后矿物质析出（“析出”的词义是，溶质从溶液中分离出来，以结晶的状态出现），关于矿泉水不宜冷冻问题，这其实也是真假矿泉水的区别，假的或者是纯净水，是没办法析出的。“我们的水是深层地下水，250多米深，矿物质丰富，冰冻极易出现矿物质析出现象，一直想在瓶子上写，不要冷冻，但是，重庆天热，大家都习惯冰镇一下再喝，仔细观察，会有矿物质析出，这影响感官，但不影响饮用，所以，‘不能冰冻’这一条也就没有写在商标上……”赵女士听后，摊开手笑着说，这个她真不晓得，讲清楚就好了……叫她去厂里看生产线，她说，不去了，还要回家干活呢。我们跟到生产线看了——这是进口自动灌装线，先是8道水冲洗瓶子，瓶子再运行到无菌室，装水、下一步，装瓶盖、贴标签，再过4道聚光灯质检站，盖子有问题，瓶子瘪了，质检员快速取下……“要是有问题，肯定是一个批次都有问题，不会出在哪一瓶，7月16日那批样品抽检过了，没问题……”当初也是怀疑水质拿到北京检验写稿前我们也做了一个实验副总也坦然一笑，讲了一个创业故事——公司是属于重庆煤电气公司，上世纪80年代，矿区人喝水难，被逼着挖井找水，尖刀山探出三口井，200多米深，打出的水有悬浮物，不敢喝，拿到北京去化验，专家说这是少有的矿泉水，全国少有，后来就建了厂，再后来成为重庆名牌产品（记者注：恰好单位一个同事，生于上世纪70年代中梁山矿区，她还记得当时到尖刀山取井水，周围的人都羡慕矿区有好喝的水，父亲就叫她装上一大桶，送亲戚……）。副总坦然了，我们还不放心——他们给消费者，也是时报的读者，解释得到底对不对？临走时存了一点私心，要了一瓶“中梁山”矿泉水（这个与“青竹林”是同源水，看了又看，水清澈无比）。写稿子之前放在单位小卖部的冰箱里冰镇，稿子收尾时去取水，等碎冰融化后，看到瓶子里果然出现颗粒状悬浮物。本报记者 刘兆亮
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软饮料用水及水处理
第二章 软饮料用水及水处理第一节 软饮料用水的水质要求 水是饮料生产中占比例最大的成分， 水是饮料生产中占比例最大的成分，甚 至有的软饮料本身就是水，如瓶装水， 至有的软饮料本身就是水，如瓶装水，因 水质的好坏，直接影响成品的质量， 此，水质的好坏，直接影响成品的质量，由 于生产所用水源各不相同，如天然水、 于生产所用水源各不相同，如天然水、自来 水等，一般都不符合软饮料用水要求， 水等，一般都不符合软饮料用水要求，须进 行各种处理后，方可达到要求。 行各种处理后，方可达到要求。一、 天然水天然水可分为地表水与地下水， 天然水可分为地表水与地下水，由于其流经的 环境不一样，故其中所含的杂质也不尽相同，相对 环境不一样，故其中所含的杂质也不尽相同， 而言，地表水含有较多的粘土、 水草、腐植质、 而言，地表水含有较多的粘土、砂、水草、腐植质、 钙镁盐类、其它盐类及细菌等，而矿物质较少， 钙镁盐类、其它盐类及细菌等，而矿物质较少，这 类水的硬度约为1.0~8.0毫克当量／升。 毫克当量／ 类水的硬度约为 毫克当量 而地下水由于经过地层的渗透和过滤， 而地下水由于经过地层的渗透和过滤，而含有 较多的可溶性矿物质，如钙、 铁的碳酸氢盐等， 较多的可溶性矿物质，如钙、镁、铁的碳酸氢盐等， 地下水一般含盐量为100~5000mg/L。硬度约为 地下水一般含盐量为 。 2~10克当量／升，但由于水透过地质层时，形成 克当量／ 但由于水透过地质层时， 克当量 了一个自然过滤过程，所以它很少含有泥沙、 了一个自然过滤过程，所以它很少含有泥沙、悬浮 物和细菌，水质比较澄清。 物和细菌，水质比较澄清。天然水源中的杂质及其特征1、天然水源中的杂质分类：按其微粒分散的程度， 、天然水源中的杂质分类：按其微粒分散的程度， 大致可分为三类：悬浮物、胶体、溶解物质。 大致可分为三类：悬浮物、胶体、溶解物质。 2、天然水源中杂质特征 、 （1）悬浮物质 ） 天然水中凡是料度大于0.2μ 的杂质统称为悬浮物 的杂质统称为悬浮物。 天然水中凡是料度大于 μm的杂质统称为悬浮物。 主要是泥砂之类的无机物质，也有浮游生物（如蓝藻类、 主要是泥砂之类的无机物质，也有浮游生物（如蓝藻类、 绿藻类、硅藻类）及微生物。该类杂物使水质呈混浊状态， 绿藻类、硅藻类）及微生物。该类杂物使水质呈混浊状态， 在静置时会自行沉降， 在静置时会自行沉降，在成品饮料中生成瓶底积垢或絮状 沉淀。如是有害的微生物，将影响产品风味， 沉淀。如是有害的微生物，将影响产品风味，或导致产品 变质。 变质。２.胶体物质 胶体物质 胶体物质的大小大致为0.001~0.20?m。具有 胶体物质的大小大致为 。 两个很重要的特性： 两个很重要的特性： 光线照射上去， （１）光线照射上去，被散射而呈混浊的丁达 尔现象。 尔现象。 因吸附水中大量离子而带电荷， （２）因吸附水中大量离子而带电荷，颗粒间 因斥力而不粘结，故始终稳定而不自行下沉， 因斥力而不粘结，故始终稳定而不自行下沉，即具 有胶体稳定性。 有胶体稳定性。 胶体物质多数是粘土性无机胶体， 胶体物质多数是粘土性无机胶体，造成水质混 高分子有机胶体是分子量很大的物质， 浊。高分子有机胶体是分子量很大的物质，一般是 动植物残骸经过腐蚀分解的腐植酸、腐植质等 ， 动植物残骸经过腐蚀分解的腐植酸、 是造成水质带色的原因。 是造成水质带色的原因。３.溶解物质 溶解物质 这类杂质的微粒在0.001μm以下，以分子或 以下， 这类杂质的微粒在 μ 以下 离子状态存在于水中。溶解物主要是溶解气体、 离子状态存在于水中。溶解物主要是溶解气体、溶 解盐类和其它有机物。 解盐类和其它有机物。 （１）溶解气体：主要是O2和CO2，此外是 溶解气体：主要是 H2S和Cl2等。这些气体的存在会影响碳酸气饮料中 S和 CO2的溶解量及产生异味。 的溶解量及产生异味。 （２）溶解盐类：主要为无机盐，所含溶解盐 溶解盐类：主要为无机盐， 的种类和数量，因地区不同差很大。 的种类和数量，因地区不同差很大。这些无机盐构 成了水的硬度和碱度。 成了水的硬度和碱度。水的硬度 是指水中离子沉淀肥皂的能力。 是指水中离子沉淀肥皂的能力。 通常情况下，与水中钙离子和镁离子相比较， 通常情况下，与水中钙离子和镁离子相比较， 其他离子含量很少，所以，水的硬度大小， 其他离子含量很少，所以，水的硬度大小， 一般通常指的是水中钙离子和镁离子盐类的 含量。因此水的硬度决定于水中钙、 含量。因此水的硬度决定于水中钙、镁盐类 的总含量。 的总含量。硬脂酸钠（肥皂） 钙或镁离子 硬脂酸钙或镁（沉淀） 钙或镁离子→ 硬脂酸钠（肥皂）+钙或镁离子 硬脂酸钙或镁（沉淀）硬度分为总硬度、 硬度分为总硬度、碳酸盐硬度和非碳酸盐硬 度。碳酸盐硬度（暂时硬度）：主要化学成分是钙、 碳酸盐硬度（暂时硬度）：主要化学成分是钙、镁的 ）：主要化学成分是钙 酸式（ 碳酸盐，其次是钙、镁的碳酸盐。 酸式（重）碳酸盐，其次是钙、镁的碳酸盐。由于酸式 （重）碳酸盐类一经加热煮沸就分解成为溶解度很小的碳 酸盐，硬度大部可除去，故又称暂时硬度。 酸盐，硬度大部可除去，故又称暂时硬度。 Ca(HCO3) → CaCO3 +CO2 +H2O Mg(HCO3) → Mg(OH)2 + CO２ 非碳酸盐硬度（永久硬度）表示水中钙、 非碳酸盐硬度（永久硬度）表示水中钙、镁的氯化物 ）、硫酸盐 （CaCl2、MgCl2）、硫酸盐 (CaSO4、MgSO4)、硝酸盐 、 [Ca(NO3)2,Mg(NO3)2] 等盐类的含量。这些盐类经加热煮沸 等盐类的含量。 不会发生沉淀，硬度不变化，故又称永久硬度。 不会发生沉淀，硬度不变化，故又称永久硬度。总硬度=暂时硬度 永久硬度 总硬度 暂时硬度+永久硬度 暂时硬度 式中[Ca++] 、 [Mg++] 表示水中钙、镁离子含 表示水中钙、 式中 量（mg/L）。 ）。 硬度通用单位为“毫克当量／ 硬度通用单位为“毫克当量／升”。也可用德 国度表示， 升水中含有10mg CaO为硬度１ 为硬度１ 国度表示，即１升水中含有 为硬度 度。其换算关系为： 其换算关系为：表示） １毫克当量／升＝2.804度＝50.045mg/l（以CaCO3表示） 毫克当量／ 度 （ 表示总硬度＝ 总硬度＝[Ca++]/20+[Mg++]/12（毫克当量／升） （毫克当量／饮料用水的水质，要求硬度小于 度 饮料用水的水质，要求硬度小于8.5度。硬度 高会产生碳酸钙沉淀和有机酸钙盐沉淀， 高会产生碳酸钙沉淀和有机酸钙盐沉淀，影响产品 口味及质量。 口味及质量。水的碱度 水中碱度取决于天然水中能与Ｈ 结合的OH-、 水中碱度取决于天然水中能与Ｈ＋结合的 CO3--和HCO3-的总含量，以“毫克当量／L”表示。 的总含量， 毫克当量／ 表示 表示。 其中OH-的含量称氢氧化物碱度，CO3--的含量称碳 的含量称氢氧化物碱度， 其中 的含量为重碳酸盐碱度。 酸盐碱度， 酸盐碱度，HCO3-的含量为重碳酸盐碱度。统称为水 的总碱度。 的总碱度。 水中OH-和HCO3-不可能同时存在。天然水中通 不可能同时存在。 水中 又由于钙、镁碳酸盐的溶解度很小， 常不含OH-，又由于钙、镁碳酸盐的溶解度很小，所 常不含 以当水中无钠、钾存在时， 的含量也很小。 以当水中无钠、钾存在时，CO3--的含量也很小。因 存在。只有在含Na 天然水中仅有HCO-存在。只有在含 2CO3或 此，天然水中仅有 K2CO3的碱性水中，才存在有 的碱性水中，才存在有CO3-离子。 离子。测定水的碱度的反应 （1）重碳酸盐 HCO3-+Ｈ＋=H2O+ CO2 ） Ｈ CO3-- +Ｈ＋= HCO3（2）碳酸盐 ） Ｈ （3）氢氧化物 OH- +Ｈ＋=H2O ） Ｈ 总碱度与总硬度之间的关系： 总碱度与总硬度之间的关系： 非碳=H总 总 （1）当H总&A总，则 H非碳 总-A总，H碳 ） 总 总 非碳 碳 =A总，H负=0 总 负 非碳=0， 碳 总 （2）当H总=A总，则 H非碳 ，H碳=A总，H ） 总 总 非碳 负=0 非碳=0， 碳 总 （3）当H总&A总，则 H非碳 ，H碳=H总，H ） 总 总 非碳 负=A总-H总 总 总 H负：水之负硬度，指碳酸（氢）钠，碳酸（氢） 碳酸（ 负 水之负硬度，指碳酸（ 钾等。 钾等。饮料用水的水质要求（详见教材）第二节 混凝与过滤取一杯混浊的水进行观察。 取一杯混浊的水进行观察。首先发现一些粗大颗料迅 速沉淀，水逐渐澄清，但在一定时间以后， 速沉淀，水逐渐澄清，但在一定时间以后，水就不容易进 一步澄清。有时还带有颜色和臭味， 一步澄清。有时还带有颜色和臭味，此现象是由于细小悬 浮物和胶体所致。 浮物和胶体所致。 要解决此问题，水处理过程中有两种方法。 要解决此问题，水处理过程中有两种方法。 一种是在水中加入混凝剂， 一种是在水中加入混凝剂，使水中细小悬浮物及胶体 物质互相吸附结合成较大的颗粒沉淀出来， 物质互相吸附结合成较大的颗粒沉淀出来，此过程称混凝 凝聚）。 （凝聚）。 另一种方法是将细小悬浮物和胶体物质直接吸附在一 些相对较大颗表面而除去，即过滤。若两种途径并用时， 些相对较大颗表面而除去，即过滤。若两种途径并用时， 则过滤过程在混凝过程之后。 则过滤过程在混凝过程之后。一、混凝理论依据 胶体物质之所以能在水中能保持稳定， 胶体物质之所以能在水中能保持稳定， 其原因是同一种胶体的颗粒带有相同电性的 电荷，彼此间在在着电性斥力， 电荷，彼此间在在着电性斥力，使颗粒之间 相互排斥。 相互排斥。使得它们不可能互相接近并结合 成大的团粒，因而不易沉降。添加混凝剂后， 成大的团粒，因而不易沉降。添加混凝剂后， 胶体颗粒表面电荷被中和， 胶体颗粒表面电荷被中和，破坏了胶体稳定 颗粒变成大颗粒而下降， 性，促使小 颗粒变成大颗粒而下降，从而达 到澄清的目的。 到澄清的目的。1、混凝剂 、 水处理中常用的混凝剂是铝盐和铁盐 常用的混凝剂是铝盐和铁盐， 水处理中常用的混凝剂是铝盐和铁盐，铝盐混凝剂主要 有有明矾 ［KAl(SO4)2]?12H2O或K2SO4?Al2(SO4)3?24H2O，硫 12H Al 24H 酸铝、碱式氯化铝等，铁盐包括硫酸亚铁、 酸铝、碱式氯化铝等，铁盐包括硫酸亚铁、硫酸铁及三氯化 铁等。 铁等。 （1）明矾 是一种复盐。在水中Al 是一种复盐。在水中Al2(SO4)3发生水解作用生成氢氧化 反应过程见书）。 铝（反应过程见书）。 氢氧化铝溶解性很小，经聚合， 氢氧化铝溶解性很小，经聚合，以胶体状态从水中析 在近乎中性的天然水中，氢氧化铝带正电荷， 出，在近乎中性的天然水中，氢氧化铝带正电荷，而天然水 中的自然胶体物质大都带负电荷， 中的自然胶体物质大都带负电荷，如此两者发生电性中和作 用与吸附。在中和与吸附的共同作用下， 用与吸附。在中和与吸附的共同作用下，水中的胶体微粒逐 渐凝聚成大的絮状物沉淀下来，在沉淀过程中， 渐凝聚成大的絮状物沉淀下来，在沉淀过程中，可将其他悬 浮物裹带同时下沉。 浮物裹带同时下沉。 明矾的加入量一般为0.001％～0.02% 0.001％～0.02%。 明矾的加入量一般为0.001％～0.02%。（2）硫酸铝 因其是强酸弱碱盐， 因其是强酸弱碱盐，故水解时会使水的酸 度增加，而水解产物氢氧化铝是两性化合物， 度增加，而水解产物氢氧化铝是两性化合物， 水的pH值太高或太低都会促使其溶解， pH值太高或太低都会促使其溶解 水的pH值太高或太低都会促使其溶解，结果使 水中残留的Al增加. Al增加 水中残留的Al增加. pH&5.5，氢氧化铝表现为明显的碱性。 当pH&5.5，氢氧化铝表现为明显的碱性。 Al(OH)3 +H+→Al+++ +H2O pH≥7.5，氢氧化铝表现为酸性。 当pH≥7.5，氢氧化铝表现为酸性。开始 有偏铝酸根生成。 有偏铝酸根生成。9，水中不再有氢氧化铝存在。 当pH ≥ 9，水中不再有氢氧化铝存在。 pH在5.5-7.5间时 生成的氢氧化铝最多， 间时， 当pH在5.5-7.5间时，生成的氢氧化铝最多， 因此，当使用Al 因此，当使用Al2(SO4)3作为混凝剂经常用其他 酸碱调节水的pH 6.5pH至 酸碱调节水的pH至6.5-7.5. 由于混凝过程不是单纯的化学反应， 由于混凝过程不是单纯的化学反应，故用 药量不是根据计算而是经验确定， 药量不是根据计算而是经验确定，采用 有效剂量为20 100mg/L，每投1mg/L 20Al2(SO4)3有效剂量为20-100mg/L，每投1mg/L 需加0.5mg/L CaO。 Al2(SO4)3，需加0.5mg/L CaO。（3）碱式氯化铝 碱式氯化铝（ 碱式氯化铝（PAC）又称羟基氯化铝或聚合氯化铝，其 ）又称羟基氯化铝或聚合氯化铝， 分子式为[Al 其中n＝ ，ｍ＜＝10。 分子式为 2(OH)nCl6-n]m。其中 ＝１~5，ｍ＜＝ 。 ，ｍ＜＝ 碱式氯化铝， 碱式氯化铝，在水中由于羟基的架桥作用而和铝离子生 成多核络合物，并带有大量正电荷， 成多核络合物，并带有大量正电荷，能有效地吸附水中带有 负电荷的胶粒，电荷彼此被中和， 负电荷的胶粒，电荷彼此被中和，因而与吸附的污物在一起 形成大的聚体而沉淀除去。另外它还有较强的架桥吸附性能， 形成大的聚体而沉淀除去。另外它还有较强的架桥吸附性能， 不仅能除去水中悬浮物，还能使微生物吸附沉淀。 不仅能除去水中悬浮物，还能使微生物吸附沉淀。 碱式氯化铝的一般用量0.005~0.01%。 碱式氯化铝的一般用量 。 优点： 优点： 值范围广， 之间， （1）适宜 值范围广，5~9之间，即使过量投入也不会 ）适宜pH值范围广 之间 造成水浑浊。 造成水浑浊。 （2）温度适宜性较强。 ）温度适宜性较强。 （3）反应迅速，沉淀较快，投药量低。 ）反应迅速，沉淀较快，投药量低。 （4）对污染严重或高浊度、高色度的水可达到较好效果。 ）对污染严重或高浊度、高色度的水可达到较好效果。（4）铁盐 ） 常用的是硫酸亚铁(FeSO4?7H2O)，另外也用氯化铁 常用的是硫酸亚铁 ， (FeCl3?6H2O)和硫酸铁。国内用于水处理的主要是前两种， 和硫酸铁。 和硫酸铁 国内用于水处理的主要是前两种， 铁盐在水中与碳酸氢钙发生反应产生了Fe(OH)3胶体， 胶体， 铁盐在水中与碳酸氢钙发生反应产生了 Fe(OH)3混凝作用及过程与铝盐相似。 混凝作用及过程与铝盐相似。 由于Fe(OH)2氧化产生 氧化产生Fe(OH)3的反应在 值＞8.0时才 的反应在pH值 由于 时才 能完成，因此在水处理时需要加石灰去除水中的CO2。每投 能完成，因此在水处理时需要加石灰去除水中的 加１mg./L FeSO4，需要加 ，需要加0.37mg/L的CaO。用 的 。 FeSO4?7H2O时有效剂量一般为 时有效剂量一般为0.1~0.5毫克当量 ，相当于 毫克当量/L， 时有效剂量一般为 毫克当量 14~70mg/L。 。 当pH值＞６时，铁离子与水中的腐植酸能生成不沉淀的 值 有色化合物，所以对于含有机物多的水质进行处理时， 有色化合物，所以对于含有机物多的水质进行处理时，铁盐 是不适合的。 是不适合的。2、 助凝剂为了提高混凝的效果，经常需要加入一 为了提高混凝的效果， 些辅助药剂，称助凝剂。 些辅助药剂，称助凝剂。助凝剂本身不起凝 聚作用，仅帮助凝絮的形成，如用来调节pH 聚作用，仅帮助凝絮的形成，如用来调节 值的碱、 石灰等。 值的碱、酸、石灰等。 近来发展的有机混凝剂， 近来发展的有机混凝剂，多为丙烯酸的 化合物，有带正电荷和带负电荷的两种。 化合物，有带正电荷和带负电荷的两种。二、过滤在过滤过程中，当过滤材料不同，过滤结果也不一样， 在过滤过程中，当过滤材料不同，过滤结果也不一样， 如细砂、无烟煤常在结合混凝、 如细砂、无烟煤常在结合混凝、石灰软化和水消毒的综合 水处理中作为初级过滤材料， 水处理中作为初级过滤材料，而对原水水质基本满足软饮 料用水要求的，可采用砂棒过滤器，为除去水中的色和味， 料用水要求的，可采用砂棒过滤器，为除去水中的色和味， 可采用活性炭过滤器等，还有精滤、超滤和反渗透等。 可采用活性炭过滤器等，还有精滤、超滤和反渗透等。 砂过滤 1、过滤原理 、 当原水通过粒状滤料层时， 当原水通过粒状滤料层时，其中一些悬浮物质和胶体 物质被截留在孔隙中或介质表面上， 物质被截留在孔隙中或介质表面上，这种通过粒状介质层 分离不溶性杂质的方法称为过滤， 分离不溶性杂质的方法称为过滤，过滤过程包括阻力截留 筛滤）、重力沉降和接触凝聚等过程。 ）、重力沉降和接触凝聚等过程 （筛滤）、重力沉降和接触凝聚等过程。（１）阻力截留：单层滤料层中粒状滤料的级配 阻力截留： 特点是上细下粗，也就是，上层孔隙小， 特点是上细下粗，也就是，上层孔隙小，下层孔隙 当原水由上而下流过滤料层时， 大，当原水由上而下流过滤料层时，直径较大的悬 浮杂质首先被截留在滤料层的孔隙间， 浮杂质首先被截留在滤料层的孔隙间，从而使表面 的滤料的孔隙越来越小，拦截住后来的颗粒， 的滤料的孔隙越来越小，拦截住后来的颗粒，在滤 层表面逐渐形成一层主要由截留的颗粒组成的薄膜， 层表面逐渐形成一层主要由截留的颗粒组成的薄膜， 起到过滤作用。 起到过滤作用。 （２）重力沉降：当原水通过滤层时，众多的滤 重力沉降：当原水通过滤层时， 料颗粒提供了大量的沉降面积，（举例：见书）。 ，（举例 料颗粒提供了大量的沉降面积，（举例：见书）。 当原水经过滤料层时，只要速度适宜， 当原水经过滤料层时，只要速度适宜，其中的悬浮 物就会向这些沉淀面沉淀。 物就会向这些沉淀面沉淀。（３）接触凝聚：表面积巨大的滤料砂粒， 接触凝聚：表面积巨大的滤料砂粒， 由于与悬浮物的微小颗粒之间的吸附作用， 由于与悬浮物的微小颗粒之间的吸附作用，因 此使得砂粒在水中带负电荷， 此使得砂粒在水中带负电荷，能吸附带正电的 微粒（如铁、铝的胶体微粒及硅酸）， ），形成带 微粒（如铁、铝的胶体微粒及硅酸），形成带 正电荷的薄膜，因而能使带负电荷的胶体（ 正电荷的薄膜，因而能使带负电荷的胶体（粘 土及其它有机物）凝聚在砂粒上。 土及其它有机物）凝聚在砂粒上。 上述阻力截留主要发生在滤料表层的过滤， 上述阻力截留主要发生在滤料表层的过滤， 而接触凝聚和重力沉淀则是发生在滤料深层的 过滤。 过滤。2、滤料层及垫层（１）滤料的选择 滤料是完成过滤作用的基本介质， 滤料是完成过滤作用的基本介质，对其基本 要求为： 要求为： a/足够的化学稳定性，不溶于水，不产生有 足够的化学稳定性， 足够的化学稳定性 不溶于水， 害和有毒物质。 害和有毒物质。 b/足够的机械强度。 足够的机械强度。 足够的机械强度 c/适宜的级配和足够的孔隙率。 适宜的级配和足够的孔隙率。 适宜的级配和足够的孔隙率所谓级配， 所谓级配，就是滤料粒径的范围及在此范 围内各种粒径的数量比例。 围内各种粒径的数量比例。由于不同粒径的滤 料要互相承托支撑， 料要互相承托支撑，故相互间要有一定的数量 作为控制指标。 通常用d 比，通常用 10、d80和Ｋ作为控制指标。Ｋ＝d80/d10 Ｋ＝式中 ＫD不均匀系数 不均匀系数 d80D 80%滤料通过的筛孔直径 滤料通过的筛孔直径 d10D 10%滤料通过的筛孔直径 滤料通过的筛孔直径Ｋ越大，则粗细颗粒差别越大。Ｋ过 越大，则粗细颗粒差别越大。Ｋ过 。Ｋ 各种粒径滤料互相补充，降低了孔隙率， 大，各种粒径滤料互相补充，降低了孔隙率， 对过滤不利。另一方面反冲时， 对过滤不利。另一方面反冲时，过大的颗粒可 能冲不动，而过小的颗粒可能随水流失。 能冲不动，而过小的颗粒可能随水流失。一般 快滤池Ｋ＝ Ｋ＝2~2.2。 快滤池Ｋ＝ 。 滤层的孔隙率， 滤层的孔隙率，是指滤料的孔隙体积和整 个滤层体积之比例。 个滤层体积之比例。（2）滤料层结构 ） 作为适宜的滤料层结构应满足下列要求： 作为适宜的滤料层结构应满足下列要求： 含污能力（ 表示） （１）含污能力（kg/m3表示）大。 产水能力(m （２）产水能力 3/m2.h)或(m/h)高。适合以上 或 高 条件的过滤池才能保证处理水的质量。 条件的过滤池才能保证处理水的质量。 在通常情况下，过滤时水流方向多采用从上到下， 在通常情况下，过滤时水流方向多采用从上到下， 便于保持较大的过滤速度及较好的反冲效果。 便于保持较大的过滤速度及较好的反冲效果。在下 流条件下，有两种截然不同的滤料结构:一种是粒径 流条件下，有两种截然不同的滤料结构 一种是粒径 上细下粗，另一种是上粗下细， 上细下粗，另一种是上粗下细，前一种结构的特点 是孔隙上小下大，悬浮物截留在表面， 是孔隙上小下大，悬浮物截留在表面，底层滤料未 充分利用，滤层含污能力低，使用周期短。 充分利用，滤层含污能力低，使用周期短。后一种 的特点与之相反。由此可见理想的滤料层结构是粒 的特点与之相反。 径沿水流方向逐渐减小。 径沿水流方向逐渐减小。但是，就单一滤料而言， 但是，就单一滤料而言，要达到使粒径上 粗下细的结构，实际上是不可能的。 粗下细的结构，实际上是不可能的。因为在反 冲洗时，整个滤层处于悬浮状态，粒径大者， 冲洗时，整个滤层处于悬浮状态，粒径大者， 悬浮于下层，粒径小者，悬浮于上层。 悬浮于下层，粒径小者，悬浮于上层。反冲洗 停止后，滤料自然形成上细下粗的分层结构。 停止后，滤料自然形成上细下粗的分层结构。 为了改善料的性能， 为了改善料的性能，设计了采用两种或多种滤 造成具有孔隙上大下小特征的滤料层。 料，造成具有孔隙上大下小特征的滤料层。例 如砂滤层上铺一层比重轻而粒径大的无烟煤 滤层，这种结构称双层滤池。 滤层，这种结构称双层滤池。表８滤 层 的 变 化滤池 滤料粒 径 滤层厚 正 常 滤 强 制 滤 类型 (mm) 度 (mm) 速(m/h) 速(m/h) 石英砂 d 最小＝0.5 700 8~12 10~14 滤料池d 最大＝1.2 无烟煤 d最小＝0.8 d最大＝1.8 石英砂 d最小＝0.5 d最大＝1.2双滤 层滤 料池400~50012~1614~18400~500３、垫层为了防止过滤时滤料进入配水系统， 为了防止过滤时滤料进入配水系统，以及冲洗 时能均匀布水， 时能均匀布水，在滤料层和配水系统之间设置垫层 承托层）。对其要求为： ）。对其要求为 （承托层）。对其要求为： （１）在高速水流反冲洗的情况下应保持不被 冲动； 冲动； （２）能形成均匀的孔隙以保证冲洗水的均匀 分布。 分布。 材料坚固，不溶于水。 （３）材料坚固，不溶于水。 一般垫层采用天然卵石或碎石。 一般垫层采用天然卵石或碎石。具体规格见 下表。 下表。垫层的规格层 次 (自上而下) 粒径 (毫米) 厚度 (mm)１ ２ ３ ４2~4 4~8 8~16 16~32100 100 100 1504、过滤的工艺过程过滤的工艺过程基本上由两个过程组成， 过滤的工艺过程基本上由两个过程组成，即过滤和反 冲洗两个循环过程。 冲洗两个循环过程。 当过滤进行到一定阶段后， 当过滤进行到一定阶段后，由于滤层中所含污泥数量 增多，可能出现两种情况， 增多，可能出现两种情况，一是由于砂层中所含污泥逐渐 饱和，水中悬浮物将穿透砂层，水质降低。 饱和，水中悬浮物将穿透砂层，水质降低。 二是滤层孔隙逐渐变小，水头损失增大， 二是滤层孔隙逐渐变小，水头损失增大，此时需进行 反洗，即用一定强度的水流逆流通过滤池， 反洗，即用一定强度的水流逆流通过滤池，使滤层在上升 的水流中逐渐膨胀到一定高度， 的水流中逐渐膨胀到一定高度，由高速水流产生的剪切力 使滤料吸附的悬浮物脱落下来并排除。 使滤料吸附的悬浮物脱落下来并排除。 反洗效果取决于冲洗强度，过小， 反洗效果取决于冲洗强度，过小，达不到剥离杂质所 需的力量，过大，滤料层膨胀过度， 需的力量，过大，滤料层膨胀过度，则会减少单位体积内 滤料间碰撞的机会，对反洗亦不利。 滤料间碰撞的机会，对反洗亦不利。其他过滤器（1）砂棒过滤器 ） 当处理水量不大，原水中硬度、 当处理水量不大，原水中硬度、碱度指标基本 符合要求，只含少量有机物、细菌及其它杂质时， 符合要求，只含少量有机物、细菌及其它杂质时， 可采用砂滤棒过滤器。 可采用砂滤棒过滤器。 砂滤棒又名砂芯， 砂滤棒又名砂芯，采用细微颗粒硅藻土和骨灰 等可燃性物质，在高温下焙烧，使其溶化， 等可燃性物质，在高温下焙烧，使其溶化，可燃性 物质变为气体逸散，形成直径0. 物质变为气体逸散，形成直径 16~0. 41μm的小 μ 的小 待处理水在外压作用下， 孔，待处理水在外压作用下，通过砂滤的微小孔隙 时，水中存在的少量有机物及微生物被微孔附截留 在砂滤棒表面。滤出的水，可达到基本无菌。 在砂滤棒表面。滤出的水，可达到基本无菌。(2)使用中应注意问题 砂滤棒使用时要注意及时清洗和更换， 砂滤棒使用时要注意及时清洗和更换，因在使 用过程中，砂芯外壁会被逐渐堵塞，过滤水量减少。 用过程中，砂芯外壁会被逐渐堵塞，过滤水量减少。 此时应及时清洗，即卸出砂芯，堵住滤芯出水嘴， 此时应及时清洗，即卸出砂芯，堵住滤芯出水嘴， 浸泡在水中，用水砂纸轻轻擦去砂芯表面被污染层， 浸泡在水中，用水砂纸轻轻擦去砂芯表面被污染层， 至砂芯恢复原色，即可安装重新使用。 至砂芯恢复原色，即可安装重新使用。 使用砂滤棒可除去水中微生物， 使用砂滤棒可除去水中微生物，但砂滤棒在使 用前需消毒处理，一般用75%酒精或0.25 75%酒精或0.25％ 用前需消毒处理，一般用75%酒精或0.25％新洁尔 10%漂白粉 注入砂滤棒内，堵住出水口， 漂白粉， 灭，或10%漂白粉，注入砂滤棒内，堵住出水口， 使消毒液和内壁完全接触，数分钟后倒出。安装时， 使消毒液和内壁完全接触，数分钟后倒出。安装时， 凡是与净水接触的部分都要进行消毒。 凡是与净水接触的部分都要进行消毒。（2）活性炭过滤器活性炭是一种多孔性物质，具有很强的吸附性， 活性炭是一种多孔性物质，具有很强的吸附性，能吸 附水中的气体、臭味、氯离子、有机物、细菌及铁、 附水中的气体、臭味、氯离子、有机物、细菌及铁、锰等 杂质，一般可将水中的有机物除去90%以上，活性炭过滤 以上， 杂质，一般可将水中的有机物除去 以上 器在使用一段时间后， 器在使用一段时间后，其表面及内部的微孔被水中的杂质 堵塞，活性丧失，造成压降增大和出水水质变差， 堵塞，活性丧失，造成压降增大和出水水质变差，这时就 需要进行反洗和再生，反洗步骤为： 需要进行反洗和再生，反洗步骤为： （1）水反洗 ）水反洗15-20min； ； （2）饱和蒸汽吹洗 ）饱和蒸汽吹洗15-20min； ； （3）氢氧化钠溶液淋洗，浓度 ）氢氧化钠溶液淋洗，浓度6-8%，用量为滤料层 ， 体积的1.2-1.5倍，40℃； 体积的 倍 ℃ （4）正洗：用原水顺流清洗至出水水质达到要求后 ）正洗： 正式投入使用。 正式投入使用。第二节 石灰软化法（一）原理 在原水总硬度中碳酸盐硬度较高的情况 下，在水中加入生石灰CaO，可降低碳酸盐 硬度和碱度，相关反应为： 将生石灰CaO配制成石灰乳：CaO+H2O→Ca(OH)2用石灰乳除去水中重碳酸钙Ca(HCO3)2 、重碳酸镁Mg(HCO3)2和CO2，CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2O Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→CaCO3↓+2H2O Mg(HCO3)2+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓ MgCO3+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓ 2NaHCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Na2CO3+2H2O(a) (b) (c) (d) (e)反应（a）先去除水中的CO2，CO2去除后才完成 （b）→（d）软化反应，否则水中CO2会和 CaCO3、Mg（OH）2这些沉淀物重新化合，会再 产生碳酸盐硬度，反应如下：Ca(CO3)2+H2O+CO2→Ca(HCO3)2 Mg(OH)2+CO2→MgCO3+H2O Mg(CO3)2+H2O+CO2→Mg(HCO3)2 反应式(e )是当水中的碱度大于硬度时才出现的。 如果化合物NaHCO3中的HCO3－没有被除去，这部 分HCO3－仍然会和Ca++和Mg++生成碳酸盐硬度,反 应（b）~（d）仍然不能完成。与以上反应同时还生产下述反应：Fe(HCO3)2+8Ca(OH)2+O2→4Fe(OH)3↓+8CaCO3+6H2O Fe2(SO4)3+3Ca(OH)2→2Fe(OH)3 ↓ +3CaSO4 H2SiO3+Ca(OH)2→CaSiO3+2H2O m H2SiO3+n Mg(OH)2→n Mg(OH)2.m H2SiO3因此，通过石灰处理可以除去水中部分铁和 硅的化合物。（二）软化处理设备（详见书）１、间歇法设备 在容器内加入水和所需的石灰乳溶液，同时用压缩空气充分搅拌 10~20分钟，静置沉淀4~5小时，在容器上部引出处理水，在底部排出 沉淀。此法简单，石灰添加量容易控制，但处理时间长。 ２、涡流反应器 原水和石灰乳都从锥底部沿切线方向进入反应器，使水和石灰乳 混合后，水流以螺旋式上升，通过一层悬浮粉砂或大理石粉粒填料吸附 软化反应后产生的CaCO3，使水得到软化。当填料颗粒由于吸附逐渐 长大到不能悬浮而下沉后，再补充新颗粒，同时排除沉淀颗粒。但反应 产生的Mg(OH)2不能被吸附在砂粒上会使水变浑。故当原水中Mg++含 量超过0.4m mol／L时不宜采用。 3、连续法处理 此法处理效果好，水质清净，沉淀排除完全，但要求原水的水量 及水质较稳定。（三）石灰添加量软化时石灰添加量按下式计算： G= 28×D(H暂+H Mg+CO2+0.35) (kg/h) 103×Ｋ 式中： ＧD石灰消耗量，kg/h H暂D原水的暂时硬度毫克当量／L DD软化水量，t/h H MgD原水的镁硬度毫克当量／L 0. 35D石灰过剩量 28DCaO的当量CO2D原水中游离的CO2量，毫克当量／L ＫD工业用石灰纯度，一般为60~80%根据经验每降低1m3水中暂时硬度１度，需加纯CaO 10g，每降低1m3水 中CO2的浓度为1mg/L时，需加纯CaO 1.27g。经石灰处理后，水中暂时硬度大部被除掉，石灰软化不适宜非碳酸盐硬度较高 的水，以前采用石灰―纯碱共同软化处理，（适用于总硬度大于总碱度的水）； 用石灰除去水中碳酸盐硬度，苏打除去非碳酸硬度。反应原理： CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4 CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl MgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2SO4 MgCl2+Na2CO3→MgCO3+NaCl 生成的碳酸镁可与熟石灰作用而被除去，反应如下：MgCO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+Mg(OH)2↓由以上反应可以看出，虽然水中的暂时硬度和永久硬度被除去，但由此产生了 很多可溶性物质，如Na2SO4、NaCl，特别当原水中永久硬度较高时，纯碱就 不能降低原水中的溶解固体含量，因此，目前此法已不常用。第三节 电渗析和反渗透法电渗析、反渗透两种方法属于膜分离技 术，前者在电场作用下，使水中的离子分别 通过阴离子和阳离子交换膜，达到降低水中 溶解的固形物的目的，后者利用施加一个大 于原水渗透压的压力，使原水中的纯水透过 反渗透膜而将水中的溶解物质阻留。已达到 水纯化的目的，在使用这两种方法时，原水 须先经混凝、过滤等预处理才能保证设备正 常运转。一、电渗析软化水处理电渗析是通过具有选择透过性和良好导电性的离子交 换膜，在外加直流电场的作用下，根据异性相吸、同性相 斥的原理，使原水中阴、阳离子分别通过阴离子交换膜和 阳离子交换膜而达到净化作用。 （一）、电渗析工作原理（图见书） 进入第1、3、5、7室的水中离子，在直流电场作用下 要作定向移动。阳离子要向阴极移动，透过阳离子交换膜 进入极水室以及2、4、6室；阴离子要向阳极移动，透过阴 离子交换膜进入2、4、6、8室。因此，从第1、3、5、7室 流出来的水中，阴、阳离子数都会减少，成为含盐量降低 的淡水。进入第2、4、6、8室的水中离子，在直流电场作用下 也要做定向移动。阳离子要移向阴极，但受阴离子交换膜 的阻挡而留在室内；阴离子向阳极移动，受阳离子交换膜 阻挡也留在室内。第２、４、６、８室内原来的阴、阳离 子均出不去，而第１、３、５、７室中的阴、阳离子都要 穿过膜进入其中，所以从第２、４、６、８室流出来的水 中，阴、阳离子数都比原水中的多，成为浓水。 因此，电渗析器通电后，从其１、３、５……室流出 淡水，从第２、４、６……室流出浓水，分别汇集起来， 最后得到一股淡水和一股浓水。 电渗析器通电以后，两端的电极表面上还有电化学反 应发生。以含NaCl水溶液为例。反应如下：在阳极:H2O? H++OH2OH-－2e→[O]+H2O ↓ 1/2O2 Cl-－e→[Cl] ↓ 1/2Cl2 H++Cl-? HCl在阴极:H2O? H++OH2H++2e→H2↑ Na++OH-? NaOH在阳极室，由于OH－减少，极水呈酸性，并产生性质非常活泼的 初生态氧和氯，这些都会对电极造成强烈的腐蚀。所以一定要考虑电极 材料的耐腐蚀性。 在阴极室，由于H+减少，极水呈碱性，当极水中有Ca++、Mg++ 和HCO3－等离子时，则与OH－生成CaCO3和Mg(OH)2等水垢，结集在 阴极上，同时阴极室还有氢气排出。 靠近电极的极室需要通入极水，以便不断排除电解过程的反应产 物，保证电渗析器的正常安全运行。阴极室和阳极室的流出液（极水） 中，分别含有碱或酸和气体，因为浓度很低，一般废弃不用。 考虑到阴离子交换膜容易损坏并防止Cl－离子透过进入阳极室， 所以在阳极附近一般不用阴离子交换膜，而应用一张阳离子交换膜或一 张抗氧化膜。（二）、电渗析器的结构电渗析的基本部件浓淡水室的隔板、离子交换膜、电 极、 水隔板、锁紧装置等。（详见书） １、隔板 隔板放在阴阳离子交换膜之间，作为水流通道，隔开 两膜。 ２、离子交换膜 它是一种由具有离子交换性能的高分子材料的薄膜。 按其透过性能分为阳离子交换膜和阴离子交换膜。能透过 阳离子的称阳离子交换膜；能透过阴离子的称阴离子交换 膜。目前常用的阳离子交换膜为磺酸基型， 结构式为R-SO3DDH+，在水中离解成R－ SO3－，带负电荷，吸收水中的正离子，并 让其通过该膜，而阻止负离子通过。 阴离子为季胺基型，即R－N+(CH3)3－ OH－，在水中离解成R－N(CH3)3+，带正电 荷，吸收水中的负离子并让其通过，而阻止 正离子通过该膜。３、电极 电极通电后形成外电场，使水层中的离子定 向迁移。电极的质量直接影响电渗析效果。常用的 阳极必须采用耐腐蚀如石墨、铅、二氧化铅等；阴 极多用不锈钢。 ４、 极框 极框用来保持电极与离子交换膜间的距离， 分别位于阴、阳极的内侧，从而构成阴极室和阳极 室，是极水的通道。 ５、压紧装置 把交替排列的膜堆和极区压紧，使组装后不 漏水，一般使用不锈钢板。（三）水垢的形成和去垢方法电渗析器运行中，浓水室一侧的阴离子交换膜和阳离子交换膜面 上会出现结垢现象，它们的存在将减少离子交换膜的有效使用面积，增 加膜的电阻，加大电能消耗及降低膜的使用寿命。除垢方法： １、倒换电极 由于电场方向改变，可使已生成沉淀消除。倒换时间一般采用3~8小时。 ２、定期酸洗 采用浓度不超过3%（一般控制在1~2%）的盐酸定期酸洗，周期视结垢 情况而定。酸洗操作时间为2~3小时，使pH值达3~4。 ３、碱洗 当水中离子交换含有机杂质时，在阴离子交换膜的淡水室一侧析 出沉淀物，造成阴膜污染，用0.1N NaOH溶液清洗。（四）对原水要求如果原水中悬浮物较多，会造成隔板中沉淀结 垢，增加阻力，降低流量，所以原水水质应控制符 合下列要求： 浊度&2mg/L/，色度&20度，含铁锰总量 &0.3mg/L，有机物耗氧量（高锰酸钾法）：23mg/L。 如果水质污染较严重，不符合上述条件，就不 能直接用电渗析法处理，应配合适当预处理，如混 凝、过滤、杀菌等，除去杂质，再用电渗析，才能 收到良好效果。二、反渗透（一）反渗透原理 只透过溶剂而不透过溶质的膜称为半渗透膜。 在一个容器中用一层半透膜把容器隔成两部分，一边 注入淡水，另一边注入盐水，并使两边液位相等，这时淡 水会自然地透过半透膜至盐水一侧，这种现象称为渗透 （osmosis）。盐水的液面达到某一高度后，产生一定压力， 抑制了淡水进一步向盐水一侧渗透。达到平衡时的压力， 即为该溶液的渗透压。 如果在盐水一侧加上一个大于渗透压的压力，盐水中 的水份就会从盐水一侧透过半透膜至淡水一侧，这一现象 就称为反渗透（reverse osmosis ）。（二）反渗透膜1、膜的种类 反渗透能否得到实际应用，关键是半透膜。目前常用 的反渗透膜有： （１）、醋酸纤维素膜（简称CA膜） CA膜是以高氯酸镁Mg(ClO4)2和水为溶胀剂（又称发孔 剂），加到以丙酮为溶剂的醋酸纤维素溶液中，将制得的 铸膜液在玻璃上刮成膜。 （２）、芳香聚酰胺纤维膜 主要原料为芳香聚酰胺，芳香聚酰胺－酰肼以及其它 一些含氮芳香聚合物。它具有良好的透水性能，较高的脱 盐率，优越的机械强度和化学稳定性，耐压实，能在pH值 8~10范围内使用。 膜的形态有平板式、管式和螺旋卷式、中空纤维式膜 等。2、膜质量的评价参数 （1）透水率：单位时间内通过单位膜面积的水的体积 流量。对于特定的膜而言，水量大小取决于膜的物理特性 （厚度、化学成分、孔隙度）和系统特性（温度、膜两侧 压力差、溶液浓度及料液平行通过膜表面速率）。 （2） 脱盐率（截留率） 表示溶质的截留百分率，与此对应的是“透盐率”， 即盐通过膜的速率。 （3）抗压实性 由于操作压力和温度等原因而引起膜的压实作用，从 而导致透水率不断下降。因此要求膜压实系数小，抗压实 性强。(三)反渗透膜的脱盐机理１、氢键理论 醋酸纤维素是一种具有高度矩阵结构的聚合物， 醋酸纤维素是一种具有高度矩阵结构的聚合物，盐水 中的水分子能与纤维膜上的极性基团（如羰基等）形成氢 中的水分子能与纤维膜上的极性基团（如羰基等） 在反渗透压力作用下， 键。在反渗透压力作用下，以氢键结合进入膜内的水分子 由第一个氢键位置断裂而转移到另一个位置形成另一个氢 键，这些水分子通过一连串的氢键形成----断开过程，依次 这些水分子通过一连串的氢键形成 断开过程， 断开过程 从一个极性基团移到下一个极性基团，直至离开表面层， 从一个极性基团移到下一个极性基团，直至离开表面层， 进入膜的多孔层。此即为脱盐淡水的形成过程。 进入膜的多孔层。此即为脱盐淡水的形成过程。 选择吸附-毛细管流 ２、选择吸附 毛细管流 膜是由含有一定亲水活性基团的多孔材料组成。 膜是由含有一定亲水活性基团的多孔材料组成。在盐 溶液中，膜表面有选择性吸附能力， 溶液中，膜表面有选择性吸附能力，即吸附水分子而排斥 盐分子。即在膜和溶液界面上形成了一个纯水层， 盐分子。即在膜和溶液界面上形成了一个纯水层，在反渗 透压力推动下， 透压力推动下，此水层的纯水通过膜的毛细作用而连续不 断地流出。 断地流出。（四）反渗透装置及其流程反渗透器的构造型式主要有板框式、管 式、螺旋卷式和中空纤维式等四种。 反渗透器的工艺流程通常采用一级、一 级多段、二级、多级等反渗透。（见书 273）。
第四节 离子交换软化法离子交换法是利用离子交换剂，把原水中人们所不需 要的离子暂时占有，然后再将其释放到再生液中，使水得 到软化的方法。 按离子交换剂来源的不同，可将其分为：矿物质离子 交换剂，（如泡沸石，Na2O.nAl2O3.Fe2O3.xSiO2.yH2O） 碳质离子交换剂（如磺化煤），有机合成离子交换树脂等 三大类。 前两类一般用于水质软化处理，如锅炉用水、冷却水 及洗瓶水的水质软化。饮料生产用水的水处理则采用有机 合成离子交换树脂。一、离子交换树脂的分类离子交换树脂分子含有极性基团和非极 性基团两部分，不溶于酸、碱和水，但吸水 膨胀。树脂膨胀后，极性基团上可扩散的离 子与溶液的离子发生交换作用，而非极性基 团则为离子交换树脂的骨架。 一般常用的离子交换树脂，按其所带功 能基团的性质，通常分为阳离子交换树脂和 阴离子交换树脂两类。树脂本体中带有酸性交换基团的称阳离子交换 树脂。即在交换过程中，能与阳离子进行交换者。 按其交换基团酸性的强弱（即交换基团在水中离解 能力的强弱），又可以分为强酸性、中酸性和弱酸 性三类。 而本体中带有碱性交换基团的称阴离子交换树 脂。同样可按其交换基团碱性的强弱，分为强碱性 和弱碱性两类。 另外还有螯合、两性、氧化、还原树脂等。二、离子交换树脂软化水的原理离子交换树脂在水中是解离的，如阳树脂: RSO3H→RSO3－＋H＋ 阴树脂： R4NOH→R4N++OH－ 若原水中含有K+、Na+、Ca++、Mg++等阳离子 时，当原水通过阳树脂层时，水中阳离子被吸附， 树脂上的阳离子H+被置换到水中： RSO3－H++Na+→RSO3Na+H+若原水中含有SO4－、Cl－、HCO3－、H ＳiO3－等阴离子时，水中阴离子被吸附，树 脂上的阴离子OH－置换到水中： R ≡ N+OH－+Cl－→R ≡ NCl+OH－ 从上述反应中看出，水中溶解的阴阳离子 被树脂吸附，离子交换树脂中的H+和OH－进 入水中，从而达到水质软化的目的。三、离子交换树脂的性能离子交换树脂的主要性能有密度、含水率、溶 胀性、机械强度、耐热性、酸性、碱性、选择性和 交换容量等。 1、溶胀性 干树脂浸入水中体积变大的现象，它与树脂的 交联度、交换基团性能、周围溶液电解质浓度等有 关，如交联度愈小，交换基团越易离解，溶胀率愈 大。周围电解质浓度愈高，由于渗透压增大，双电 层被压缩，溶胀率就愈小。根据可交换离子水合半径的大小，强酸性阳树 脂和强碱性阴树脂，其溶胀率的大小顺序为： H+&Na+& NH4+&K+& Ag+ OH－ & HCO3－ &CO3－- & SO4－- & Cl－ 一般强酸性阴树脂从Na+型变成H4+型、强碱性 阴树脂从Cl－变成 OH－ 型，其体积均会增加5%。 由于树脂具有溶胀性，因而在交换和再生过程中会 发生涨缩现象，多次涨缩会使树脂颗粒破裂，因此 应尽可能加长树脂工作时间，或减少再生次数，以 延长其使用寿命。2、离子交换树脂的选择性 对某种离子能优先交换的性能称为离子交换选择性。 （1）水中离子所带电荷越多，越易被离子交换树脂 所交换。 （2）当离子所带电荷相同时，原子序数越大，即离 子水合半径越大，则越易被离子交换树脂所交换。 （3）在弱酸阳树脂或弱碱阴树脂中，则上述顺序正 好相反。 3、交换容量 树脂交换容量可分为总交换容量和工作交换容量。 总交换容量：单位质量（干）或单位体积（湿）树脂 的交换总容量。 工作交换容量：树脂在动态工作状态下的交换容量， 一般只有总容量的60-70%.四、离子交换树脂的选择原则如何根据水中的溶解物质和处理后水质的要求，正确 选择离子交换树脂，使树脂在生产中发挥最大的效能，这 是离子交换水处理工作的关键。一般可以按照以下几方面 进行选择： １、选择大容量，高强度树脂 交换容量是离子交换树脂的一项极为重要的指标。交 换容量越大，同体积的树脂所能交换吸附的离子就越多， 处理的水量也越大。一般同类型树脂中，弱型比强型交换 容量大，可是机械强度一般较差。 另外，同类型的树脂，由于树脂的交联度不同，交换 容量也不相同。交联度小的树脂，交换容量大，交联度大 的树脂，交换容量小。2、根据原水中需要除去的离子种类选择 如果只需除去水中吸附性较强的离子（如Ca++、 Mg++等），可选用弱酸性或弱碱性树脂。例如对原 水进行软化时，如果其中的碳酸盐硬度大，即可选 择弱酸性树脂进行软化。 但是，当必须除去原水中吸附性能比较弱的阳 离子（如K+、Na+）或阴离子（如HCO3－、HＳiO3 ） 时，用弱酸或弱碱树脂就较困难，甚至不能进行交 换反应。此时必须选用强酸性或强碱性树脂。 所以在处理高硬度或高盐分的水质时，先进行 弱酸（碱）性树脂处理，再用强酸（碱）性树脂进 行处理，更为经济合理。－四、离子交换水处理装置1、离子交换水处理装置的类型 根据实际生产需要，可采用不同离子交换方式。目前常用的分为固定床及 连续床两大类。 （１）固定床离子交换器 单床是固定床中最简单的一种方式。 多床是同一种离子交换剂，两个单床串联的方式。当单床处理水质达不 到要求时可采用多床。 复床是两种不同的离子交换剂的交换器的串联方式。 混合床是将阴阳离子交换树脂置于同一柱内，相当于很多级阴阳离子柱 串联起来。处理水质量较高。 多层床是在一个交换柱中装有两种树脂（弱酸与强酸、弱碱与强碱型）， 上下分层不混合。（２）、连续式离子交换 可分移动床式和流动床式。 移动床 其装置见书 交换剂装于交换塔中。原水从下部流入，软水从塔上 部流出。这样自下而上的流动，交换一定时间后停止交换， 将交换塔中一定容量的失效交换剂送至现再生塔中还原。 同时从清洗塔向交换塔上部补充相同容积的已还原清洗的 交换剂，因交换塔上面始终有刚加入的新交换层，故出水 水质稳定。 流动床 流动床是完全连续工作的，它在进行交换的同时不断 从交换塔内向外输送需更换的离子交换剂，并且不断向交 换塔内输送再生后的交换剂。2、单元装置的工作特性（１）、阳离子交换柱 因为阳离子交换树脂的交换能力大于阴离子交换树脂， 故一般作为第一级交换处理。对水中阳离子交换能力的顺 序为：Fe+++&Al+++&Mg++&K+&Na+&Li+ 阳柱出水pH值一般在2.4~4.5。 （２）、阴离子交换柱 水中阴离子交换顺序， 对弱碱型阴树脂：OH－&SO42－&NO3－&PO4－& Cl－&HCO3－对于强碱型阴树脂：SO42－&NO3－&OH－&HCO3－&HSiO3－ 原水经阴离子交换柱，出水pH值为8~9.5。（３）、混合离子交换柱 将阳、阴树脂按一定比例混合，放在同一交 换柱内为混合柱。它具有水质高，出水速度快等 优点。缺点是交换容量低，再生复杂，混合床出 水pH值为7.0±0.2。 （４）、脱碳器（二氧化碳脱气塔） 为了减少阴离子交换柱负担，经阳离子柱处 理的酸性水，一般采用一个脱碳器并配合机械鼓 风，使游离CO2逸出，从而减少水中碳酸盐负离 子含量，减轻阴离子树脂柱的负担。其反应式为：HCO3－+H+→H2CO3→H2O+CO2↑3、饮料用水离子交换处理方式统。 根据饮料用水除盐要求，一般可采用复床或联合床系 在各种组合方式中，阳树脂床需排在首位，不可颠倒。 原因是由于水中的Ca++、Mg++如不经阳树脂柱而进阴树 脂柱进行交换，交换下来的OH－和Ca++、Mg++生成沉淀包 在阴树脂的外面，影响其交换能力。 各种组合中，阳、阴树脂的用量比例，可按下式计算 Ｗ阳／Ｗ阴＝Ｖ阴／Ｖ阳 式中 Ｖ阳D阳树脂交换容量 Ｖ阴D阴树脂交换容量 Ｗ阳D阳树脂用量 Ｗ阴D阴树脂用量五、离子交换树脂的处理、转型及再生（一）新树脂的处理及转型 新树脂往往混有可溶性的低聚物及夹杂在树 脂中间的悬浮物质，影响树脂的交换反应。因此， 使用前必须进行预处理。另外市售的阳树脂多为 Na型，阴树脂多为Cl型，需分别用酸碱处理，将 阳树脂转为H型，阴树脂转为OH型。 1、阳树脂的处理和转型水浸泡、冲洗→加等量7%HCl溶液浸泡→ 加等量 8%NaOH溶液浸泡→加3~5倍7%HCl溶液浸泡，使阳离子 转为H型，去酸液，用去离子水洗至pH值3~4即可应用。２、阴树脂处理和转型 水浸泡、洗涤→加等量8%NaOH溶液浸 泡→加等量7%HCl溶液浸泡→ 最后加入3~5 倍8%NaOH溶液浸泡→ 用去离子水洗至pH 值为8~9即可。（二）离子交换树脂的再生 离子交换树脂处理一定水量后，交换能力下降，通称 为树脂“失效”或“老化”，须进行再生。其机理是水处 理的逆反应。 用树脂重量2~3倍的5~7%HCl处理阳树脂，用2~3倍 的5~8%NaOH溶液处理阴树脂。然后用去离子水分别洗至 pH值为3.0~4.0和8.0~9.0，使树脂重新转变为H型和OH型。 树脂再生前应先进行反洗，冲洗至松动无结块为止。 其目的是除去停留在树脂上的杂质，并排除树脂中的气泡， 以利再生。 再生方法有顺流再生和逆流再生， 离子交换法处理的 原水含盐量过高时，须常再生，费物、费力、水质不稳。 这时应在离子交换处理前作相应预处理，如凝聚、过滤、 吸附或电渗析等。第五节 水的消毒消毒是指杀灭水里面的致病菌，防止因 水中的致病菌导致消费者产生疾病。消毒并 非将所有微生物全部杀灭。 水的消毒方法很多，而目前国内外常用 的是：氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒等。一、氯消毒 （一）基本原理 氯在水中反应如下： Cl2+H2O? HOCl +H++ClHOCl ? OCl－ +H+ 以上二个反应很快达到平衡。由于H＋能被水 中碱度中和，因此反应极易向右进行，最后 水中只剩下次氯酸HOCl和次氯酸根OCl－。氯的消毒作用是通过它产生的次氯酸HOCl的 作用，而不是氯气的本身，也不是氢离子或次氯酸 根（OCl－）的作用。 次氯酸HOCl和次氯酸根（OCl－）都具有氧化 作用，但 HOCl是一个中性的分子，可以扩散到带 负电的细菌表面，并渗入菌体内部，由于氯原子的 氧化作用，破坏了细菌某些酶系统而导致细菌的死 亡。而次氯酸根OCl－虽然也包括一个氯原子，但 它带负电，不能靠近带负电的细菌。所以也不能穿 过细胞膜进入细菌内部，因此其消毒作用远弱于次 氯酸。（二）加氯方法和加氯量 １、加氯方法 滤前加氯、滤后加氯两种方法。 ２、加氯量 加入水中的氯分为两部分，即作用氯（吸 氯）和余氯。 作用氯是和水中微生物、有机物及有还原 作用的盐类（如亚铁、亚硝酸等）起作用的部分； 余氯是为了保持水在加氯后有持久的杀菌能力、 防止水中微生物萌发和外界微生物侵入的部分。（三）几种常用氯消毒法１、漂白粉 漂白粉是由氯气与熟石灰反应而得，其主要成分为氧 氯化钙CaOCl2。在漂白粉的成分中，起消毒作用的只有氧 氯化钙CaOCl2。 氧氯化钙中的氯含量占氧氯化钙的百分数 为： Cl2/CaOCl2=70/126=55.5% 漂白粉中氯含量占漂白粉的百分数为： 65%×55.5%=36% 上述36%称为漂白粉的有效氯含量，一般商品漂白粉 的有效氯含量为25~35%，使用时按25%估算。漂白粉的消毒作用是其在水中产生次氯酸的结果：2CaOCl2+2H2O=2Ca(OH)2+2HOCl+CaCl22、次氯酸钠 次氯酸钠在水溶液中可分解成次氯酸，因而具有消毒 作用。它一般可采用电解氯化钠溶液，由电极产物反应而 制得，反应式如下： 2NaOH+Cl2=NaOCl+NaCl+H2O 次氯酸钠杀菌能力强，水溶液很纯净，不增加水的硬度， 所以比漂白粉好。 一种更好的消毒剂是ClO2，它与水中杂质形成三氯甲 烷（致癌物）的可能性要比其他氯消毒小得多。二、臭氧消毒臭氧（O3）是一种不稳定的气态物质，在水中 易分解成O2和一个原子O，O是特别强烈的氧化剂， 能与水中的细菌和其他微生物或有机物作用，使其 失去活性，臭氧瞬时的灭菌性质优越于氯。 由于臭氧（O3）不稳定，一般都是随制随用， 使用干空气或氧气，通过臭氧发生器的高频电压电 极放电生产臭氧，后将臭氧泵入氧化塔，通过布气 系统与需要杀菌的水充分接触、混合，当达到一定 浓度后，即可起到消毒作用。
三、紫外线消毒（一）基本原理 光线从光谱的蓝绿色开始，波长为?时 具有杀菌能力，以2600 ?效果最好。紫外消毒就是利用 波长在200-295nm的紫外线进行的连续的水消毒处理。 微生物受紫外线照射后，微生物的蛋白质和核酸吸 收紫外光谱能量，导致蛋白质变性，引起微生物死亡。 紫外线对清洁透明的水有一定穿透能力，所以能使水消 毒。 （二）紫外线消毒特点： 紫外线消毒时间短，接触时间短，杀菌能力强，设 备简单，操作管理方便，便于自动控制。但它没有持续 杀菌作用。（三）影响紫外杀菌效果的因素1、介质温度 当介质温度较低时，杀菌效果差。故采用紫外 线高压汞灯消毒时，须装有石英套管，使灯管与套 管间形成一个环状空气夹层，灯管能量能充分发挥 而不致影响杀菌效果。 ２、处理水量的影响 消毒效果随处理水量增加而降低。采用的灯 管数，应根据处理水量大小而定。如采用低压汞灯 消毒，一般30W灯管消毒地下水时，不大于 15m3/h，消毒地面水时，不大于6m3/h。 ３、照射半径、时间的影响
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