水化学与水质分析

4.1反渗透水化学
温度
温度是一个十分关键的设计参数。给水泵压力、各段产水量平衡、淡水水质及难溶盐的溶解度等各个设计参数均与温度密切相关。作为一种粗略算法:给水温度每降低10华氏度,给水泵压力则需增加15%。各段产水量也受到温度的影响。水温增加时,位于RO系统前端的膜元件产水量增加,而后端的膜元件产水量下降。而水温较低时,各段产水量较为均衡。水温较高时,离子透过膜体的动能增加,因而系统透盐率增加。水温增高时,碳酸钙的溶解度下降。水温降低时,硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶及二氧化硅的溶解度下降。
pH值
给水的pH值定义了它的酸碱性。pH值为7时是中性;为0-7时呈酸性;为7-14时呈碱性。在分析化学中,pH值是氢离子浓度负对数。在水化学中,pH值用于定义二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根、氢氧根离子的碱度平衡是十分重要的。浓水的pH值一般较给水pH值偏高,这是由于碳酸氢根、碳酸根离子浓度高于二氧化碳浓度。【Rodesign】软件允许用户用盐酸与硫酸调整给水的pH值,用酸降低给水pH值将LSI(朗格里尔)指数下降,且降低碳酸钙沉淀的可能。给水与浓水的pH值也影响着硅、铝、有机物与油脂的溶解度与污染程度。给水pH值的变化还影响了离子的脱除率,pH值下降时氟、硼与硅的脱除率随之下降。
电导率
电导率是表示水中溶解离子导电能力的指标。没有离子的理想纯水,不会产生电流。电导率用电导率仪测量,其单位为微西门子/厘米(μs/cm)。电导率也是测量水中离子浓度的简便方法,但不能精确反映离子种类。离子构成不同,电导值也不同;但电导的数值随离子浓度增加而增加。TDS(溶解固体总量)仪是利用变换因子将电导率值转换为TDS值。在水质分析中,可用不同离子对应的不同转换系数或溶解固体总量(TDS)对应的单一转换系数,估算电导率的数值。可用二氧化碳的ppm浓度的平方根乘以0.6求得其电导率;硅离子对电导率变化不产生影响。RO高纯水**精确的电导率数值是在线测量的。否则,高纯水暴露于空气之中,将改变其二氧化碳含量。
TDS(溶解固体总量)
在水处理工艺中,TDS是滤除悬浮物与胶体并蒸发掉全部水分后的剩余无机物。TDS以ppm或mg/l为单位,在【IMSdesign】软件中TDS是全部正负离子与二氧化硅的合计。【IMSdesign】软件中给水与淡水的TDS可以通过各自电导率折算出来。也可以在现场用TDS仪测量TDS,TDS仪测量水的电导率并乘以转换因子即得出已知参考溶液(如氯化钠、氯化钾)的TDS值。值得注意的是:通过电导率数值间接测出的各类离子混合而成水溶液的TDS值,与通过总加各类离子浓度得出的TDS值并不相同。一个粗略算法是:对于氯化钠参考溶液,每1 ppm的TDS值对应2ms/cm的电导率。
碱度
碱度主要是指二氧化碳、碳酸氢盐、碳酸盐与氢氧化物。在自然界中土地是碱性体,在中和酸雨过程中其pH值变化不大。二氧化碳与碳酸氢盐溶液的pH值为4.4**8.2;pH值为4.4或更低时,碱度以二氧化碳形式存在;pH值8.2时,不存在二氧化碳,全部碱度均为碳酸氢盐。在pH值为8.2**9.6时碳酸氢盐与碳酸盐溶液相互平衡。pH值为9.6时,不存在二氧化碳与碳酸氢盐,全部碱度为碳酸盐。当pH值在9.6以上时,由于氢氧根离子的存在,出现了氢氧基碱度。大部分自然界中水源的pH值为6.0**8.4,所以氢氧化物的出现是人为的。碱度(特别对于锅炉水化学)可表示为M碱度与P碱度。M碱度是指以碳酸钙计的ppm值表示的水的总碱度(用甲基橙作指示剂,酸滴定终点为pH=4.2)。P碱度测量碳酸氢盐、碳酸盐及氢氧化物的量(用酚酞作指示剂,酸滴定终点为pH=8.2)。
浊度
浊度是对水中不易沉淀的微小胶体悬浮物的检测指标。用浊度仪测量浊度就是测量溶液的相对透光度,并以NTU为单位。RO膜元件运行限值中经常规定:给水的**大浊度为1.0 NTU。
色度
色度是非精确测试参数,依据不同有机物引起色度的大小,可以用色度表示水中有机化合物含量的大小,并使用以白金为标准的APHA单位。
SDI(污染指数)
SDI是针对膜系统而检测给水中悬浮物与胶体粒子淤塞0.45微米孔径滤纸的速度的试验数据。该试验的主要数据是保持30 PSI给水压力状态下在5、10、15分钟内过滤的水量。典型RO元件的使用条件规定了给水的15分钟的**高SDI值为4.0。如果因为淤塞而使SDI试验只进行了5或10分钟,说明给水对RO系统的污染将是十分严重的。略加处理或全无预处理情况下,深井水的SDI值等于或低于3,浊度小于1。对地表水而言,欲达到SDI与浊度的要求,必须采用预处理工艺以去除悬浮物与胶体颗粒。