膜技術根底

一、膜根本知識

膜技術由于高效、實用、可調、節能、和工藝簡單等優點，已被廣泛應用，并產生了

極高的經濟效益，在現代經濟開展和人民的日常生活中扮演著重要的角色。

膜的定義

膜是一種二維材料，通常是厚度在納米到微米范圍內的一層薄片。

1.1.2膜材料能夠選擇透過的原因

①膜中分布有微細孔穴，不同孔穴有選擇滲透性（篩分效應）。

②膜中存在固定基團電荷，電荷的吸附、排斥產生選擇滲透性。

③膜別離物在膜中的溶解、擴散作用產生選擇滲透性。

1.2膜別離的特點

膜別離過程與傳統化工別離方法，如過慮、蒸發、蒸餌、萃取、深冷別離等過程相比

擬，有如下特點。

①膜別離過程能耗比擬低

大多數膜別離過程都不發生相態變化。由于防止了潛熱很大的相變化，膜別離過程的

能耗比擬低。另外，膜別離過程通常在室溫下進行，被別離物料加熱或冷卻的能耗很小.

②適合熱敏性物質別離

膜別離過程通常在常溫下進行，因而特別適合于熱敏性物質和生物制品（如果汁、蛋白

質、酶、藥品）的別離、分級、濃縮和富集。

③別離裝置簡單、操作方便

膜別離過程的主要推動力一般為壓力，因此別離裝置簡單，占地面積小，操作方便，

有利于連續化生產和自動化控制。

④別離系數大、應有范圍廣

膜別離不僅可以應有于從病毒、細菌到微粒的有機物和無機物的廣泛別離范圍，而且

還使用于許多特殊溶液體系的別離，如溶液中大分子于無機鹽的別離。

⑤工藝適應性強

膜別離的處理規模根據用戶要求可大可小，工藝適應性強。

⑥便于回收

在膜別離過程中，別離于濃縮同時進行，便于回收有價值的物質。

⑦沒有二次污染

膜別離過程中不需要從外界參加其他物質。既節省了原材料，又防止了二次污染。

1.3膜及膜別離過程的分類

根據不同的研究目的和觀察角度，有不同的分類標準。

按結構：致密膜、多空膜、纖維質膜。

按膜組建外形：卷式膜、中空纖維膜、板式膜、管式膜。

按被別離物質性質：氣體別離膜、液體別離膜、固體別離膜、離子別離膜、微生.物別

離膜。

按膜材質不同：有機膜、無機膜。

二、水處理系統應用的各種別離膜及方法

2.1別離膜

別離膜的定義

一般認為廣義的別離膜是指分隔兩相界面，并以特定的形式限制和傳遞各種化學物

質。膜可以是均勻相的或非均勻相的、對稱型的或非對稱性的、固體的或液體的、中性的

或電性的。厚度可以從兒微米到兒毫米。根本特征為具有選擇透過能力。

利用膜的選擇透過性作用，對混合物中溶質和溶劑進行別離、分級、提純、和富集的

方法，就是膜別離法。

別離膜的種類

目前主要應用為高分子膜

①醋酸纖維素膜：是最早研究的別離膜，由于纖維素及其衍生物是線型棍壯旦不易彎

由的大分子，可以制作反滲透膜、微濾膜和超濾膜，至今仍有重要用途。主要優點：親水

性好，以利于減少膜的污染；本錢低、無毒。主要缺點：操作溫度狹窄，推薦最高操作溫

度為3（）℃；較窄的pH值應用范圍，一般推薦為3?6,以防止膜的水解；該膜的耐氯性較

差，連續運行時要求料液中的游離氯低于lmg/L；膜在運行過程中有壓實現象發生，在高

壓下膜的通量逐步降低；易被生物降解，可保存性差。

②聚碉類膜

聚碉類膜具有優異的化學穩定性，可耐脂肪族化合物、氯代碳氫化合物、醇類、酸和

堿，但不耐芳香族碳氫化合物、酮類、酸類及酯類；有相當寬的pH使用范圍，可連續在

pH值為1-13的體系中運行，有利于膜的清洗；耐熱性好，長期運行操作溫度可高達75℃,

適用于系統高溫消毒；酸堿穩定性好以及較高的抗氧化和耐氯性能，膜在清洗時游離氯的

濃度允許到達200X10-6。具有較寬的膜孔徑范圍，膜的孔徑可以從Inm?0.2um,可以制

作超濾膜、微孔膜和復合膜的多孔支撐膜，可制成不同形式的膜組件形式。由于聚颯類材

料的疏水性，易被溶質污染。

③聚丙烯月青膜

聚丙烯懵（PAN）是常用來制備超濾膜的聚合物。雖然氟基是強極性基團，但PAN

并不十分親水。通常引入另一種共聚單體（如醋酸乙烯酯或甲基丙稀酸甲酯）以增加鏈的

柔韌性和親水性，從而改善其可加工性。

④聚酰胺類膜

a聚颯酰胺（PSA）,常用于制備超濾膜。它具有耐高溫（約125℃）,耐酸堿（pH2?

10）,耐有機溶劑，可以用于水和非水溶劑體系。

b芳百聚酰胺膜，主要用于制作反滲透復合膜。具有多孔性和高吸水性。因此具有較

高的水通量和較低的截流分子量。芳香聚酰胺膜具有良好的力學強度和熱穩定性，它的缺

點是對氯離子的抵抗力差（低于5?這種膜在pH大于12時也水解，特別是在高

溫下。對蛋白類溶質有強烈的吸附作用，膜易被污染。

⑤其他類聚和物膜

a聚偏氟乙烯超濾膜，該膜可以耐高壓消毒，耐一般的溶劑，耐游離氯性強于聚颯超

濾膜，「泛地用于超濾和微濾過程。但該膜是吮水的，經膜外表該性后可改善其親水性。

b再生纖維素膜，該膜的親水性較強，對蛋白的吸附性較弱，耐溶劑性好，使用溫度

可到達75℃。

2.2超濾

2.2.1什么是超濾

超濾是在壓差推動下進行的篩孔別離過程，膜孔徑范圍在Inm?O.（）5um。超濾所別

離的組分直徑為5nm?10um,可別離相對分子質量大于500的大分子和膠體，這種液體的

滲透壓很小，可以忽略。因而采用操作壓力較小，一般為0.1?0.5MPa,所用超濾膜多為非

對稱膜，膜的水透過通量為0.5-5.0m3/（m2?d）。

2.2.2超濾膜別離原理

一般認為，超濾是一種篩分過程。在一定壓力作用下，含有大、小分子溶質的溶液流

過超濾膜外表時，溶劑和小分子物質透過膜被收集起來；而大分子溶質那么被膜微留而作

為濃縮液被回收。

在超濾中，超濾膜對溶質的別離過程主要有：

在膜外表及微孔內吸附（一次吸附）；

在孔內停留而被去除（阻塞）；

在膜面的機械截留（篩分）。

2.2.3超濾膜的分類

目前已經研制出醋酸纖維膜、聚碉膜、聚酸颯膜、聚丙烯儲、聚偏氟乙烯膜、聚氯乙

烯膜、聚碉酰胺膜等。木系統采用聚偏氟乙烯膜。

按組件形式分為管式、板式、中空纖維、卷式等。

2.3反滲透

231什么是反滲透

反滲透別離過程是利用反滲透膜選擇性地透過溶劑而截留離子性質的物質，以膜兩側

的靜壓差為推動力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑通過反滲透膜而實現對液體混合物進行別

離的過程。

因此反滲透膜別離過程必須具備兩個條件：一是具有高選擇性和高滲透性的半透膜；

二是操作壓力必須高于溶液的滲透壓。

2.3.2反滲透原理

當溶液與純溶劑被半透膜隔開，半透膜兩側壓力相等時，純溶劑通過半透膜進入溶液側

使溶液濃度變低的現象成為滲透。如果在溶液側加上一?定的外壓，恰好能阻止純溶劑側的

溶劑分子通過半透膜進入溶液側，那么此外壓稱為滲透壓。滲透壓取決于溶液的濃度，且

與溫度有關，如果加在溶液側的壓力超過了滲透壓，那么使溶液中的溶劑分子進入純溶劑

內，此過程稱為反滲透。

2.3.3反滲透膜選擇透過性原理

1）溶解擴散理論

該理論將反滲透膜的活性表皮層看成是無缺陷的致密無孔膜，溶劑與溶質都能溶解于

均勻的非多孔膜外表皮層內，溶解量大小服從亨利定律，在濃度或壓力造成的化學位差推

動下，從膜的一側向另一側擴散，再在膜的另一側解吸。溶質和溶劑在膜中的溶解擴散過

程服從菲克定律。

因此，物質的滲透能力不僅取決于擴散系數，而且取決于在膜中的溶解度。

溶解擴散理論的具體滲透過程為：

①溶質和溶劑在膜的料液側外表吸附溶解；

②溶質和溶劑之間沒有相互作用，它們在化學位差的作用下以分子擴散的形式滲透過

反滲透的活性層；

③溶質和溶劑在膜的另一側外表解吸。

2）優先吸附一毛細孔流理論

當溶液中溶有不同物質時，其外表張力將發生不同的變化。例如醇、酸、醛、酯等有

機物時，可使其外表張力減小；但溶入某些無機鹽時，反而會使其外表張力減小。

研究發現，溶質的分散是不均勻的，即溶質在溶液外表層中的濃度與溶液內部的濃度

不同，這種溶質濃度改變的現象稱為溶液外表的吸附現象。使外表層濃度大于溶液內部濃

度的作用稱為正吸附作用，反之稱為負吸附作用。這種由外表張力引起的溶質在兩相接面

上正或負的吸附過程，可形成一個相當陡的濃度梯度，使得溶液中的某一成分優先吸附在

界面上。這種優先吸附的狀態與界面性質密切相關。

以氯化鈉溶液為例，膜對于溶質氯化鈉為負吸附，水為正吸附，水將優先吸附在膜的

外表上。在壓力作用下，優先吸附的水分子通過膜，從而形成了脫鹽過程。

在該理論中，膜被假定為有微孔（化學孔），別離機理由膜的外表現象和液體通過孔

的傳質所決定。膜層有優先吸附水及排斥鹽的化學性質，使膜外表及膜孔內形成一幾乎為

純溶劑的溶劑層，該層優先吸附的溶劑在壓力作用下，連續通過膜形成產液，其濃度低于

料液。

2.4過濾方式

正常過濾（死過濾）：膜容易污染，壓力衰減快。適用于高水質源水過濾。

錯流過濾：物質被流體不斷沖走，這

在一定程度上相$令，并降低了維護和清洗

的費用。相反,彳須定期清洗更換介質，這

明顯不經濟，也

進水

過漉液

三、EDI系統簡介

3.1概述

EDI技術是離子交換和電滲析技術相結合的產物，因此EDI的除鹽機理具有很強的

離子交換和電滲析的工作特征。因此我們先對離子交換和電滲析的工作原理作一簡單介紹。

所謂離子交換就是水中的離子和離子交換樹脂上的功能基團所進行的等電荷反響。它

利用陰、陽離子交換樹脂上的活性基團對水中陰、陽離子的不同選擇性吸附特性，在水與

離子交換樹脂接觸的過程中，陰離子交換樹脂中的氫氧根離子（0H-）同溶解在水中的陰

離子（例如CI-等）交換，陽離子交換樹脂中的氫離子（H+）同溶解在水中的陽離子（例如

Na+等）交換。從而使溶解在水

中的陰、陽離子被去除，到達

濃水淡水濃水

純化的目的。

離子交換脫鹽過程示意

圖

電滲析脫鹽過程：

電滲析技術利用多組交

替排列的陰、陽離子交換膜，

這種膜具有很高的離子選擇透

過性，陽膜排斥水中陰離子而

吸附陽離子，陰膜排斥水中的

進水陽離子而吸附陰離子。在外直

流電場的作用下，淡水室中的

離子做定向遷移，陽離子穿過

陽膜向負極方向運行，并被陰膜阻攔于濃水室中。陰離子穿過陰膜而向正極方向運動，并

被陽膜阻攔于濃水室中，從而到達脫鹽的目的。

3.2EDI的脫鹽過程

EDI的核心實際上就是在電滲析的淡水室填裝了陰、陽齒子交換樹脂，示意圖如下:

EDI的這種結構上的變化，使淡水室的脫鹽過程發生了質的變化，EDI的這種結構特

點確保了它在運行過程中能同時進行著三個主要過程

a）在直流電場作用下，水中電解質通過離子交換膜發生選擇性遷移；

b）陰陽離子交換樹脂對水中電解質進行著離子交換，并構成“離子通道”；

c）離子交換樹脂界面水發生極化所產生的H+和OH-對交換樹脂進行著電化學再生。

EDI中離子交換樹脂的作用有，延緩離子的縱向遷移速，增加離子的橫向遷移速度，

增加純水室的導電性，加速水的局部離解率，迅速提高濃水室的導電性。

EDI對離子的脫除順序與離子交換樹脂對離子的吸附順序相同，如上圖所示。同時我

們可以這樣認為，在EDI組件中的離子交換樹脂，沿淡水流向按其工作狀態可以分為三個

層面，第一層為飽和樹脂層，第二層為混合樹脂層，第三層為保護樹脂層。飽和樹脂層土

要起吸附和遷移大部電解質的作用，混合樹脂層那么承當著去除象弱電解質等較難去除的

離子的任務，而保護樹脂層樹脂那么處于較高的活化狀態，它起著最終純化水的作用。

結垢是濃室存在的主要問題。Ca2+和Mg2+進入濃室后在陰膜外表富集，而淡水室陰

膜極化產生的OH-透過陰膜。造成了濃水室陰膜外表有一個高PH值層面，這一特點導致

濃水室結垢趨勢明顯增大。為了防止結垢生成，必須嚴格控制運行水的回收率和進水水質，

尤其是硬度的含量。

極水將電極外表產生的氣體（02、H2、02）帶出系統。為了保證氣體的排放，這局

部水必須以非滿流狀態排放并保證通風。

向濃水中加鹽是為了提高它的電導率。對于進水阻導率較低，可能難以獲得足夠的濃

水電導率來維持足夠大的系統電流。電流不夠大那么系統不能保證產水的高質量。

加鹽系統是可選擇的。它包括計量泵和計量容器。計量泵從計量容器中抽取飽和的鹽

（要求分析純）溶液注入濃水循環系統。

3.3EDI與離子交換比擬

1、產水水質：ED1是一個連續制水過程，因此其產品水水質穩定。離子交換設施的

制水過程是間斷式的。在離子交換柱剛剛被再生后，其產品水水質較高，而在下次再生之

前，其產品水水質較差。

2、一次性投資：與離子交換相比，雖設備費用高但EDI不需要酸堿儲存、酸堿添加

和廢水處理設施。EDI廠房需要量僅為離子交換的15%。因此，EDI的投資量比離子交換

小得多。粗略地說，EDI設施相關投資量僅為離子交換投資量的30%。

3、運行本錢：與離子交換比擬EDI不需要酸堿消耗、再生用水和廢水處理。因此，EDI的運行

本錢比離子交換小得多。粗略地說，EDI運行本錢僅為離子交換的45%。四、膜系統對水質要求及膜污

染的防治

4.1膜污染

膜污染主要有膜外表覆蓋污染和膜孔內阻塞污染兩種形式。膜外表污染層大致呈雙層

結構，上層為較大顆粒的松散層，緊貼于膜面上的是個粒徑的細膩層，一般情況下，松散

層尚缺乏以表現出對膜的性能產生什么大的影響，在水流剪切力的作用下可以沖洗掉，膜

外表上的細膩層那么對膜性能正常發揮產生較大的影響。因為該污染層的存在，有大量的

膜孔被覆蓋，而且，該層內的微粒及其他雜質之間長時間的相互作用極易凝膠成濾餅，增

加了透水阻力。

膜孔堵塞是指微細粒子塞入膜孔內，或者膜孔內壁因吸附蛋白質等雜質形成沉淀而使

膜孔變小或者完全堵塞，這種現象的產生，一般是不可逆過程。

4.2污染物質

污染物質因處理料液的不同而各異，無法一一列出，但大致可分下述幾種類型。

1）膠體污染：膠體主要是存在于地表水中，特別是隨著季節的變化，水中含有大量

的懸浮物如粘土、淤泥等膠體，均布于水體中，它對濾膜的危害性極大。因為在過濾過程

中，大量膠體微粒隨透過膜的水流涌至膜外表，長期的連續運行，被膜截留下來的微粒容

易形成凝膠層，更有甚者，一些與膜孔徑大小相當及小于膜孔徑的粒子會滲入膜孔內部堵

寒流水通道而產生不可逆的變化現象。

2）有機物污染：水中的有機物，有的是在水處理過程中人工參加的，如外表活性劑、

清潔劑和高分子聚合物絮凝劑等，有的那么是天然水中就存在的，如腐殖酸、丹寧酸等。

這些物質也可以吸附于膜外表而損害膜的性能。

3）微生物污染：微生物污染對濾膜的長期平安運行也是一個危險因素。一些營養物

質被膜截留而積聚于膜外表，細菌在這種環境中迅速繁殖，活的細菌連同其排泄物質，形

成微生物粘液而緊緊粘附于膜外表，這些粘液與其他沉淀物相結合，構成了一個復雜的覆

蓋層，其結果不但影響到膜的透水量，也包括使膜產生不可逆的損傷。

對于不同的輕度污染采用水、氣反洗。一般1?2月進行一次化學清洗。

4.3污染物的清洗

不同材料的膜所能承受pH的范圍差異很大。常用的醋酸纖維膜（CA）為2.0?8.0；

聚颯膜（1.0-12.0）;聚酰胺膜（2.0?12.0）如果清洗液pH值接近推薦pH值范圍的兩個

極值，在可行的條件下，必須考慮并減少清洗液和膜元件的接觸時間，并降低溶液溫度。

一般清洗液應該先循環10—3（）分鐘，然后浸泡10—30分鐘，此后在沖洗錯流過濾器之前,

在循環十分鐘。適當的提高清洗溫度可以提高清洗效果。

1）膠體污染：用高pH值的陰離子型清洗液清洗。

2）無機礦物污染：用pH值達2.0-2.5的磷酸溶液，然后參加十二烷基硫酸鈉直至溶

液的濃度到達0.1%（重量百分比）清洗。或用脫氯反滲透水參加EDTA的四鈉鹽,配置成1.0%

（重量百分比）的溶液清洗。

3）有機物污染：用氯配置成含氯0.002-0.003%的溶液清洗。

4）鐵污染：配置1.0%［重量百分比〕的焦亞硫酸鈉溶液。向溶液中參加檸檬酸，直

至pH到達2.5后進行清洗。

5）硅污染:配置含氟化氫鏤2.4%、檸檬酸2.4%（重量百分比）的混合溶液必要時，

繼續參加檸檬酸直至溶液pH為2.0。或者用EDTA四鈉鹽作為清洗劑（配置同無機物污染清

洗劑）。

6）生物污染：配置0.D02-0.003%殘留游離氯的水溶液清洗。

4.4清洗時間確實定

以下情況之一發生，應立即清洗膜元件：

1）初始流清洗，量穩定后，如果產水流量下降5—15%,那么需要對膜元件進行清

洗（假設反滲透工藝進水的污染密度指數小于5.0）o在很多情況下，操作員可以預計，在

初始運行的前100小時中，產水流量有一定程度的不可逆損失，這由系統穩定調試造成。

該損失為正常的流量損失，不必清洗膜元件。然而，對于該損失值仍然應認真監測，以防

止它是由反滲透預處理系統故障，或者系統設計過程中未預計到的條件引起。

2）當反滲透膜元件的透鹽率上升了30-40%時，也應該考慮對膜元件進行清洗。如果

產水流量或透鹽率急劇變化，也可能是由于其它原因引起的，如O型圈缺陷或密封圈失效

導致濃水產生旁路。

3）系統操作人員不應根據壓差判斷是否進行系統清洗，因為這樣可能會導致系統清

洗頻率偏低（當污染物和水石阻塞卷式膜元件之間的進水通道時，膜元件壓降會增大）。壓

差顯著增大，說明膜元件外表已積累了大量污染物、沉降物。膜元件如果到達這種污染程

度，再想恢復膜元件的流量和脫鹽率會非常困難。為了防止這種現象的發生，應依據產水

流量或者透鹽率確定清洗頻率。

五、膜別離組件及膜破損檢驗方法

5.1膜別離組件

膜組件的根本要求

流體分布均勻，無死角；良好的機械穩定性和熱穩定性；裝填密度大；制造本錢低；

易于清洗；壓力損失小。

1）管式膜組件

這種膜被固定在一個多孔的不銹鋼、陶瓷、或塑料管內，管徑通常為6?24mm,每個

膜組件中膜管數目一般為4~18根。原料一般是流經膜管中心，而滲透物通過多孔支撐管流

入膜組件外殼。這種膜的裝填密度是很低的，一般低于300m2/m3。適用于水質含鹽量很高

的水，不易污染，容易清洗，但投資和運行費用高。

2）中空纖維膜組件

中空纖瓦膜外徑為50~100um或15~45um。通常情況下，數十萬甚至上百萬根中空

纖維彎成U形并裝入圓柱形耐壓容器中，纖維束外圍包網布，固定形狀，并能促進水形成

湍流狀態。

運行過程中，高壓原水在中空纖維外面流動，纖維壁可以承受的內向壓力要比外向抗

張力大，即使纖維不夠強，也只能被壓扁，但不會破裂。因而防止了產品水被原水污染的

可能。

中空纖維膜比外表積高，一般可達16000?30000m2/m3；本身可以受壓而不破裂，不

需要支撐材料；單元回收率高。但中空纖維膜制膜技術復雜、管板制作困難、預處理要求

高、透過水側壓力損失大、膜污染去處困難"只能采用化學清洗而不能進行機械清洗.

按照源水流進纖維的方式可分為：

內壓式結構一原水走管內。外壓式結構一原水走管外。

依據結構內壓式與外壓式比照：

外壓式：流道空間不固定，預過濾精度要求更低；適應進水懸浮物含量高的應用，可

簡化流程；全流過濾，水回收率更高。

但是進水由側位進，有流速梯度遞減。膜內有死角，不易清洗。

內壓式：更易清洗；流道暢通。

3）螺旋卷繞式膜組件

在卷繞式膜組件中，一個或多個膜袋與由塑料制成的隔網配套，按螺旋形式圍著滲透

物收集管卷繞。膜袋是由兩層膜構成的，兩層膜之間設有多孔的塑料網狀織物（滲透物隔

網）。膜袋三面密封，敞開那一面接到帶有孔的滲透物收集管上。原料溶液從端而進入，按

軸向流過膜組件，而滲透物住多孔支撐層中按螺旋形式流進收集管。

螺旋卷繞式膜組件不僅結構簡單、造價低廉，而且相對不易污染。

類型優點缺點

管式膜組件料液流速可調范圍大，濃差極化較易單位體積膜面積小，設備體積大，

控制，流道通暢，壓力損失小，易安裝，裝置本錢高，管口密封較困難。

易清洗，易拆換，工藝成熟。

螺旋式膜組結構緊湊，膜比外表積很大，組件產濃差極化不易控制，易堵塞，

件水量大，工藝較成熟，設備費用低，可使不易清洗，換膜困難，不宜在高

用強度好的平板膜。壓下操作。

中空纖維式膜比外表積最大，不需要外加支撐材易堵塞，不易清洗，原料液

膜組件料，設備結構緊湊，制造費用低。的預處理要求高，換膜費用高。

4）盤式過濾器

過濾盤結構

過濾芯是由一組帶溝槽棱邊形成的交叉點把水中固體物截留。由于同時具有外表攔截

和濃度凝聚的作用，大大提高了過濾效果。與傳統的多介質過濾器相比，盤式過濾器具有

體積小、工作效率高、過濾芯不需要更換（當濾芯嚴重污染時，只要拆下清洗即可恢復）

等優點可節約大量運行費用。

過濾盤結構盤濾過濾器外觀

5.2膜破損檢測方法

泡點法是表征膜的最大孔徑及膜的完整性一種廣泛使用的方法。膜首先被液體完全浸

潤，所有膜孔都充滿液體，過濾器底部與壓縮空氣或氮氣相連，當空氣或氮氣壓力逐漸增

大到一定值時，氣泡會通過膜，而通過第一個氣泡時所對應的壓力即為該膜的泡點壓力。

實際測量時，膜應被液體完全浸潤并用該液體清洗干凈，否那么將給所測的泡點壓力

帶來誤差。親水性膜采用水為浸潤液體，疏水性膜一般采用醇為浸潤液體。根據泡點法的

原理可用低于泡點的壓力檢測膜的缺陷。

透明連接通過發現氣泡找到損壞膜柱

六、工藝流程

原水一加熱器一絮凝劑加藥一雙濾料機械過濾器一微濾裝置一過濾水箱一過濾水泵

阻垢劑加藥保安過濾瑞一高壓泵一?級反滲透裝置一中間水箱一中間水泵-氫氧化鈉

加藥一保安過濾器一高壓泵一二級反滲透裝置一電除鹽EDI裝置一除鹽緩沖水箱一管道增

壓泵一除鹽水箱一用水單位

流程圖如下：

七、水氣實驗方法

7.1SDI測定方法（污染指數）

1.SDI測定概要：

SDI測定是基于阻塞系數（PI,%）的測定。測定是向d）47mm的0.45,h的微孔濾膜

上連續參加一定壓力（30PSI,相當于2.1kg/cm2）的被測定水，記錄下濾得500mL水所需的

時間T0（秒）和15分鐘后再次濾得500mL水所需的時間Tt（秒），按下式求得阻塞系數PI

（%）。

PI=（l-TO/Tt）X100

SDI15=PI/15

式中15是15分鐘。當水中的污染物質較高時，濾水量可取100mL、200mL、300mL

等，間隔時間可改為1（）分鐘、5分鐘等。

2.測定SDI的步驟

將SDI測定儀（見圖一）連接到取樣點上（此時在測定儀內不裝濾膜）。

翻開測定儀上的閥門，對測定儀進行徹底沖洗數分鐘。

關閉測定儀上的閥門，然后用鈍頭的鐐子把0.45~m的濾膜放入濾膜夾具內。

確認O形圈完好，將O形圈準確放在濾膜上，隨后將上半個濾膜夾具蓋好，并用螺

檢固定。

稍開閥門，在水流動的情況下，慢慢擰松1-2個蝶形螺栓以排除濾膜處的空氣。

確信空氣已全部排盡且保持水流連續的根底上，重新擰緊蝶形螺栓。

完全翻開閥門并調整壓力調節器，直至壓力

保持在30psi為止。（如果整定值達不到30psi時，

那么可在現有壓力下試驗，但不能低于15psi。）

用適宜的容器來收集水樣，在水樣剛進入容

器時即用秒表開始記錄，收取100mL水樣所需的

時間為T0（秒）。

水樣流動15分鐘后，再次用容器收集水樣

并記錄收集水樣所花的時間，記作T151秒）。

關閉取樣進水球閥，松開微孔膜過濾容器的

蝶形螺栓，將流膜取出保存（作為進行物理化學

試驗的樣品）。擦干微孔過濾器及微孔濾膜支撐孔

板。

3.測定結果計算

按照下式計算SDI值：

SDI二（l-T0/T15）X100/15

1）每次試驗過程中壓力要穩定，壓力波動

不得超過±5%,否那么試驗作廢。

2）選定收集水樣量應為500mL（或其他確

定的水量值）；兩次收集水樣的時間間隔為15分

鐘。

3）如果T15到達120秒,就沒有必要進行

T15的試驗

圖1SD1測試裝置示意圖

7.2PH的測定玻璃電極法

本方法以玻璃電極作指示電極，以飽和甘汞電極作參比電極，以PH4、7或9標準緩

沖液定位，測定水樣的PH值。

1.儀器

I）酸度計：測量范圍0—14PH：讀數精度W0.02PH。

2）玻璃電極，等電位點在PH7左右。

3）飽和甘汞電極。

4）溫度計：測量范圍0-100℃。

5）塑料杯：50mL

6）帶線性回歸方程的計算器。

2.試劑

1）PH4標準緩沖液

準確稱取10.21g鄰苯二甲酸氫鉀（KHC8H204）,溶于試劑水并定容1L。由于此溶液

稀釋效應小，稱量前不必枯燥。此溶液放置幾周后會發霉，參加少許微量溶性酚或其化合

物(如百里酚)作防霉劑即可防止此現象發生。

2)PH7標準緩沖液

分別準確稱取3.5g經120±10℃枯燥2小時并冷卻至室溫的優級純無水磷酸氫二鈉

(Na2HPO4),及3.4g優級純磷酸二氫鉀(KH2PO4),一起溶于試劑水并定溶至1升。配好的

溶液應防止被大氣中的二氧化碳沾污。6周后應重新制備。

3)PH9標準緩沖液

準確稱取3.81g優級純硼砂(Na2B4O7?10H2O),溶于無二氧化碳的試劑水中并定容

至1升。配好的溶液應盡可能防止與大量的二氧化碳接觸。四周后應重新配制。

上述標準緩沖液在不同溫度條件下PH如表1所示。

標準緩沖液在不同條件下的PH值

表B.1

溫度℃鄰苯二甲酸氫鉀中性磷酸鹽硼砂

54.016.959.39

104.006.929.33

154.003.909.27

204.006.889.22

254.016.869.18

304.016.859.14

354.026.849.10

404.036.849.07

45-4.046.839.01

504.066.839.01

554.076.848.99

604.096.848.96

3.分析步驟

1)電極的準備

新電極或久置不用的玻璃電極，應預先置于PH4標準緩沖液中浸泡一晝夜。使用完

畢，亦應放在上述溶液中浸泡，不要放在試劑水中長期浸泡。使用過程中假設發現有油漬

污染,取好放在O.lmol/L鹽酸，O.lmol/L氫氧化鈉，O.Imol/L鹽酸中循環浸泡各5分鐘,

用試劑水洗凈后，再在PH4緩沖液中浸泡。

B.飽和氯化鉀電極使用前最好浸泡在飽和氯化鉀溶液稀釋10倍的稀溶液中，貯存時

把上端的注入口塞緊，使用時那么啟開。應經常注意從注入氯化鉀飽和溶液至一定液位。

2)儀器的校正

儀器開啟半小時后，按說明書的規定，進行調零、溫度補償和滿刻度校正等操作步驟。

3)PH定位

選用一種PH值與被測水樣相接近的標準緩沖液c定位前先用試劑水沖洗電極及塑料

杯2次以上。然后用干凈濾紙將電極底部的水滴輕輕吸干(勿用濾紙去擦拭，以免電極底

部帶靜電導致讀數不穩定)。將定位緩沖液倒入燒杯內【浸入電極，稍搖動塑料杯數秒鐘。

測量水樣溫度(要求與定位緩沖液溫度一致)，查出該溫度下定位緩沖液的PH值，將儀淵

定位至該PH值。重復調零、校正及定位1—2次，直至穩定為止。

7.3電導率的測定

方法概要

溶解于水的酸、堿、鹽電解質，在溶液中解離成正、負離子，使電解質溶液具有導電

能力，其導電能力大小可用電導率來表示。

電解質溶液的電導率，通常是用兩個金屬片（即電極）插入溶液中，測量兩極間電阻

率大小來確定。電導率是電阻率的倒數。其定義是截面積為lcm2,極間距離為1cm時，

該溶液的電導。電導率單位為西每厘米（S/cm）o在水分析中常用它的百萬分之一即微西每

厘米（us/cm）表示水的電導率。

溶液的電導率與電解質的性質、濃度、溶液的溫度有關。一般，溶液電導率是指25c

時的電導率。

1）儀器

電導儀（或電導率儀）：測量范圍0—10us/cm,相當于8--i00k。

電導電極（簡稱電極）：實驗室常用的電導電極為白金電極或鉆黑電極。每一電極有

各自的電導池常數，分為以下三類：即0.1以下，01—1.0及1.0—10。

溫度計：精度應高于±（）.5℃。

2）試劑

Imol/L氯化鉀標準溶液：稱取在105℃.枯燥2小時的優級純氯化鉀（或基準試

劑）74.246g.用新制備的二級試劑水（20±2℃）溶解后移入1升容量瓶中，并稀釋至刻度，混

勻。

0.1mol/L氯化鉀標準溶液:稱取在105℃,枯燥2小時的優級純氟化鉀（或基準試

劑）7.4365g用新制備的二級試劑水（20±2℃）溶解后移入1升容量瓶中，并稀釋至刻度,混勻。

0.0lmol/L氯化鉀標準溶液：稱取在1（）5℃枯燥2小時的優級純氯化鉀〔或基準試

劑）0.7440g用新制備的二級試劑水（20±2℃）溶解后移入1升容量瓶中，并稀釋至刻度，混

勻。

B.4.3.40.00lmol/L氯化鉀標準溶液：于使用前準確吸取0.0lmol/L氯化鉀標準溶液

100mL,移入1升容量瓶中，用新制備的一級試劑水（20±2℃）稀釋至刻度,混勻。

以上氯化鉀標準溶液，應放入聚乙烯塑料瓶或硬質玻璃瓶中。密封保存。這此氯化鉀

標準溶液在不同溫度下不同濃度電導率如下表所示：

氯化鉀標準溶液的電導率

溶液濃度mol/L溫度C電導率us/cm

065176

11897838

25111342

07138

0.11811167

2512856

0773.8

0.01

181220.5

251408.8

0.00125146.93

3.測試方法

1）取50mL至100mL水樣（溫度25±5C）放入塑料杯中，將電極用被測水樣沖洗2—3

次后，浸入水樣進行電導率的測定，重復取樣測定2—3次，測定結果讀數相對誤差均在土

3%以內，即為所測的電導率值（采用電導儀時讀數為電導值）。同時記錄水樣的溫度。

2）假設水樣溫度不是25C,測定數值應按（1）式換算為25c的電導率值。

Stk

y3s（25C）潞第邈F率…/?

K------電導池常數，cm-1；；

B------溫度校正系數（通常情況下近似等于0.02）；

t--測定時水樣溫度，。C。

3）對未知電導池常數的電極或者需要校正電導池常數時，可用該電極測定電導率的

氯化鉀標準溶液〔溫度25±5℃的電導（見表I）,然后按所測結果處出該電極的電導池常

數為了減小誤差，應中選用電導率與待測水樣相近的氯化鉀標準溶液來進行標定。電極的

電導池常數按（2）式運算；

K=S1/S2

式中：電極的電導池常數，cm-1；

Sl——氯化鉀標準溶液的電導率us/cm；

S2---用未知電導池常數的電極測定氯化鉀標準溶液的電導，us。

4）假設氯化鉀標準溶液溫度不是25℃,測定數值應按（1）式換算為25℃時的電導率值，

代入式（2）計算電導池常數。

7.4鈉的測定靜態法

1.方法概要

當鈉離子選擇電極-PNa電極與甘汞參比電極同時浸入溶液后。即組成測量電池對。

其中PNa電極的電位隨溶液中鈉離子的活度而變化。用一臺高阻抗輸入的毫伏計測量，即

可得到與水樣中鈉離子活度相對應的電極電位，以PNa值表示：

PNa=-lgaNa+

PNa電極的電位與溶液中鈉離子活度的關系符合能斯特公式：

式中：E---PNa電極所產生的電位，V；

E0——當鈉離子活度為lmol/L時,PNa電極所產生的電位,V；

?mol-1；

T--熱力學溫度，K；

F--法拉第常數，9.649X10-4C?mol-1；

n——參加反響的得失電子數；

aNa+-------溶液中鈉離子的活度，mol/L。

當溶液中鈉離子濃度小于10-3moi/L時，鈉離子活度近似等于濃度，離子活度系數r

^lo當鈉離子濃度大于10-3moi/L時，離子活度系數rWl,在測定中要注意活度系數的修

正，為此水樣應預先稀釋，否那么誤差較大。

當溶液的aNa+V10-3moi/L,被測溶液和定位液的溫度為20℃,那么式（2）可簡化為：

0.0581ogC'Na+/CNa+=AE

0.058（PNa—PNa'）=AE

或PNa=PNa'+AE/0.058

式中：AE……標準溶液的電位與樣品溶液電位之差，V；

C1Na+—-標準溶液的鈉離子濃度，mol/L；

CNa+........樣品溶液的鈉離子濃度,mol/L；

PNa，-----標準溶液鈉離子濃度所對應的PNa值；

PNa------樣品溶液鈉離子濃度所對應的PNa值。

為了減少溫度的影響，定位液溫度和水樣的溫度不宜超過±5℃。氫離子、鉀離子對

測定水樣中鈉離子濃度有干擾，前者可以通過參加堿化劑，使被測溶液的PH大于1（）來消

除，后者必須嚴格控制Na+：K+至少為10：1

2.試劑

1)氯化鈉標準溶液的配制：

2)PNa2標準貯備液(10-2mol/L)：精確稱取1.1690g經250—350℃烘干1—2小時的

氯化鈉(NaCL)基準試劑(或優級純)溶于一級試劑水中，然后轉入2升的容量瓶中并稀釋至

刻度，搖勻。

3)PNa4標準溶液(10-4mol/L)相當于2.3mgNa+/L。配制時取PNa2貯備液，用一級試

劑水準確稀釋至100倍。

4)PNa5標準溶液(1()-5moi/L)相當于23()ugNa+/L。配制時取PNa4貯備液，用一■級試

劑水準確稀釋至10倍。

5)堿化劑

二異丙胺母液［(CH3)2CHNHCN(CH3)2］的含量，應不少于98%,測定時貯存于小

塑料瓶中。

3.儀器

1)離子計或性能類似的其他表計。儀器精度應到達±0.01PNa,具有斜率校正功能。

2)離子選擇電極(鈉功能玻璃電極)

電極長時間不用，以干放前用一級試劑水清洗干凈。當電極定位時間過長，測定時反

響遲鈍，線性變差都是電極老化或變壞的表現，應更換新電極。當使用無斜率標準功能的

鈉度計時，要求PNa電極的實際斜率不低于理論斜率的98%,新的久置不用的PNa電極應

用沾有四氯化碳或乙醛的棉花擦凈電極頭部，然后用水沖洗干凈，浸泡在3%的鹽酸溶液中

5-10分鐘用棉花擦凈再用一級試劑水洗干凈。并將電極浸泡在堿化后的PNa4標準定位液

中1小時。

3)甘汞電極(氯化鉀濃度為O.lmol/L)

甘泵電極用完后應浸泡在與內充液濃度相同的氯化鉀溶液中，不能長時間浸泡在純水

中，長期不用時應干放保存，并套上專用的橡皮套，防止內部變干而損壞電極，重新使用

前，在與內充液濃度相同的氯化鉀溶液中浸泡數小時。測定中如發現讀數不穩，可檢查甘

汞電極的接線是否牢固，有無接觸不良現象，陶瓷塞是否破裂或堵塞，有以上現象可更換

電極。

4)試劑瓶

所用的試劑瓶以及取樣瓶都應用聚乙烯塑料制品，塑料容器用洗滌劑清后用1：1的

熱酸浸泡半天，然后用一級試劑水沖洗干凈后才能使月。各取樣及定位用塑料容器都應專

用，不宜更換不同濃度的定位溶液或互相混淆。

4.分析步驟

1)儀器開啟半小時后，按儀器說明書進行校正。

向分析中需使用的PNa4、PNa5標準溶液，一級試劑水和水樣中滴加兩滴二異丙胺溶

液進行堿化，調整PH大于10。

以PNa4標準溶液定位，將堿化后的標準溶液搖勻。沖洗電極杯數次，將PNa電極的

甘汞電極同時浸入該標準溶液進行定位。定位應重復核對1—2次。直至重復定位誤差不超

過PNa4±0.02,然后以堿化后的PNa5標準溶液沖洗電極和電極杯數次，再將PNa電極和

甘汞電極同時浸入PNa5標準溶液中，待儀器穩定后旋轉斜率校正旋鈕，使儀器指示PNa5

±0.02-0.03那么說明儀器及電極均正常，可進行測定水樣。

5.水樣測定

堿化后的一級試劑水沖洗電極和電極杯，使PNa計的讀數在PNa6.5以上。再以堿化

的被測水樣沖洗電極的電極杯2次以上。最后重新取堿化后的被測水樣。搖勻，將電極浸

泡在被測水樣中，搖勻，揪下儀表讀數開關，待儀器指示穩定后，記錄讀數。假設水樣鈉

離子濃度大于1()?3moi/L那么用一級試劑水稀釋后滴加二異丙胺使PH大于1(),然后進行

測定。

經常使用的PNa電極。在測定完畢后應將電極放在堿化后的PNa4標準液中備用。

不用的PNa電極以干放為宜，但在干放前以一級試劑水清洗干凈。以防止溶液浸蝕

敏感膜。電極一般不宜放置過久。

O.lmol/L甘汞電極在測試完畢后，應浸泡在O.lmol/L氯化鉀溶液中，不能長時間浸

泡在純水中，以防鹽橋微孔中氯化鉀被稀釋，對測定結果有影響。

7.5堿度的測定

1）方法概要

水中堿度是指水中含有能接受質子（H+）的物質的量。例如氫氧根、碳酸根、碳酸

氫鹽、磷酸鹽、磷酸氫鹽、硅酸鹽、桂酸氫鹽、亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽和氨等都是水中常

見的能接受質子的物質（或喊性物質）。

通常堿度（JD）可分為理論堿度（JD）理和操作堿度（JD）操。操作堿度又分為酚

酣堿度（JD）酚和全堿度（JD）全。理論堿度定義為：

皿理==[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]—[OH+]

酚肽堿度是以酚酸作指示劑測得的堿度，全堿度是以甲基橙（或甲基紅一亞甲基藍）

作批示載劑測得的堿度。酚敢終點的PH約為8.3,甲基橙終點的PH約為4.2,甲基紅一亞

甲基藍終點的PH約為5.0。第一法以酚猷（第一終點）和甲基橙（第二終點）作指示劑；第

二法以酚猷（第一終點）和甲基紅一亞甲基藍（第二終點）作指示劑。

2.試劑

a）酚儆指示劑，1%（m/V）乙醇溶液；

稱取1g酚fit力n100mL95%乙醵溶解，再以0.05mol/LNaOH中和至穩定的微紅色；

b）甲基橙指示劑，0.1%水溶液;

c）甲基紅一亞甲基藍指示劑；

準確稱取0.125g甲基紅和0.085g亞甲基藍置于研缽中研磨均勻后，溶于100mL95%乙

醇中；

d）氫離子標準溶液，0.1mol/LH+[或0.05mol/LH2so4）；

S（25℃）配制：量取3mL硫酸（1.84g/mL）,緩緩地參加于1L水中，搖勻，冷卻。

標定：稱取0.2g（稱準至0.1mg）基準無水碳酸鈉（預先在270?300℃下烘lh,并在

枯燥器中冷卻至室溫），溶于50mL試劑水，加2滴甲基紅一亞甲基藍指示劑。用待標定的

硫酸溶液滴定至由綠色變為紫色，煮沸2?3min。冷卻，繼續滴定至紫色。同時作空白試

驗。

按式（1）計算硫酸標準溶液的氫離子濃度

式⑴

（a—b）?106.0

CH+一一硫酸標準溶液的氫離子濃度，mol/L（H+）；

m——無水碳酸鈉的質量，g；

a一一I滴定碳酸鈉消耗硫酸溶液的體積，mL：

b——I滴定空白消耗硫酸溶液的體積，mL；

106.0——碳酸鈉的摩爾質量，g/mol；

2000——ImolNa2c03相當于氫離子的mmol數。

假設測定的稍大于（）.1,譬如說0.1049,那么取此溶液VmL加試劑水V（0.1049/1-

1）或0.049?VmL,即可制得0.1000mol/L氫離子濃度的硫酸溶液。

e）氫離子標準溶液，0.05和0.01mol/L（H+）0

將0.1000mol/L氫離子濃度的硫酸溶液，分別用試劑水稀釋至2倍和10倍即可制得,

不必再標定。

3儀器

a）滴定管（酸式，25mL）；

b）微量滴定管（10mL）;

C）錐形瓶（200mL或250mL）；

d）移液管（100mL）o

4.分析步驟

I）取100mL透明水樣置于錐形瓶中。

2）參加2?3滴酚麟指示劑。此時溶液假設無色，按下一步驟進行。假設溶液顯紅色,

用0.050（）0或0.10（）（）mol/L氫離子濃度的硫酸標準溶液滴定至恰無色。記下硫酸消耗的體積

a,

3）在上述錐形瓶中，參加2滴甲基橙指示劑，繼續用硫酸標準溶液滴定至橙黃色為

止。記下第二次硫酸消耗的體積b（不包括a）。

5.分析結果的計算

酚酸堿度和全堿度按以下式（2）、（3）計算

式⑵

式⑶

（JD）酚——酚釀:堿度，mol/L；

（JD）全---全堿度，mol/L；

CH+一一硫酸標準溶液的氫囹子濃度，mol/L；

a——第一終點硫酸消耗的體積，mL；

b——笫二終點硫酸消耗的體積，mL；

V——所取水樣的體積，mL；

7.6酸度的測定（容量法）

1.概要

水的酸度是指水中含有能接受氫氧離子物質的量。在本法測定中，以甲基橙作指示劑,

用氫氧化鈉標準溶液滴定到橙黃色為終點（PH約為42）。測定值只包括較強的酸（一般為

無機酸）。這種酸度稱為甲基橙酸度。其反響式為：

H++OH-H2O-------?

2.試劑

1.0.05N〔或0.1N）氫氧化鈉標準溶液。

%甲基橙指示劑。

3.測定方法

加2滴甲基橙指示劑，用0.05N（或0.1N）氫氧化鈉標準溶液滴定至溶液呈橙黃色

為止，記錄所消耗氫氧化鈉標準溶液的體積（a）o

水樣酸度（SD）的數量（me/L）按下式計算

N一氫氧化鈉標準溶液的當量濃度，No

V------水樣體積，mL；

a——滴定酸度時所消耗氫氧化鈉標準溶液的體積，mL；

注：水中假設含有游離氯，可加數滴（）.1N硫代硫酸鈉溶液，以消除游離氯對測定

的影響。

7.7硬度的測定

I.測定范圍

0.1--5mmol/L硬度。硬度超過5mmol/L時，可適當減少取樣體積，稀釋到100亳升

后測定。

2.方法概要

在PH為1（）.（）（）水溶液中，用格黑T作指示劑，以乙二胺四乙酸二鈉鹽（簡稱EDTA）

標準溶液滴定至藍色為終點。根據消耗EDTA的體積，即可計算出硬度值，為提高終點指

示靈敏度，可在緩沖溶液中參加一定量的EDTA二鈉鎂鹽。如果用酸性銘藍K作指示劑，

可不加EDTA二鈉鎂鹽。鐵大于2mg鋁大于2mg銅大于0.01mg鎰大于O.lmg對測定有干

擾，可在加指示劑前用2mL1%L半胱胺鹽酸鹽溶液和2mL乙醇胺(1+4)進行聯合掩蔽消除

干擾。

3.試劑

I)鈣標準溶液(1mL含0.01mmoLCa2+):稱取1IO℃lh的基準碳酸鈣(CaC03)1.0009g,

溶于15mL鹽酸溶液(1+4)中，以II級試劑水稀釋至1L。

2)氨-氯化鉉緩沖液：稱取67.5g氯化鐵，溶于570mL濃氨水中，參加IgEDTA二鈉

鐵鹽并用II級試劑水稀釋至1L。

3)().5%格黑T指示劑1乙醇溶液)：稱取4.5g鹽竣羥胺，參加18mL水溶解，另在研

轉中加0.5g銘黑T(C20Hl2O7N3SNa)磨勻，混合后，用95%乙醒定容至100mL,貯存于

棕色滴瓶中備用。使用期不應超過一個月。

4)5%氫氧化鈉溶液。

5)鹽酸溶液(1+4)。

6)EDTA標準溶液。

a)EDTA標準溶液的配置：稱取4gEDTA溶于一定量的H級試劑水中，用II級試劑水

定容至一開；

b)EDTA標準溶液的標定：吸取20mL鈣標準溶液于250mL錐形瓶中，力口80mLiI試

劑水，按分析步驟標定EDTA標準溶液對鈣的滴定度T(mmol/ml),按式(1)計算：T=0.01

X20/c-b?

試中0.01一鈣標準溶液的濃度，mmol/mL;

20—吸取鈣標準溶液的體積

c—標定時消耗EDTA標準溶液的體積，mL

b一滴定空白溶液時消耗EDTA標準溶液的體積，mL

4.分析步驟

1)取I()()ml,水樣注入250mL錐形燒瓶中如果水樣渾濁取樣前應過濾。注：水樣酸性

或堿性很高時，可用5%氫氧化鈉溶液或鹽酸溶液(1+4)中和后再加緩沖溶液。

2)加5mL氨一氯化胺緩沖溶液，加2?3滴銘黑T指示劑。

注：碳酸鹽硬度較高的水樣，在參加緩沖溶液前應先稀釋或先參加所需EDTA標準溶

液量的80%—90%(記入滴定體積內)，否責那么緩沖溶液參加后，碳酸鈣析出，終點延長。

3)在不斷搖動下，用EDTA標準溶液進行滴定，接近終點時應緩慢滴定，溶液由酒紅

轉為藍即為終點。全部過程應于5分鐘內完成溫度不應低于15℃o

4)另取100mLII級試劑水,按2)、3)操作步驟測定空