特种给水处理技术设备的由来

通常指的给水处理是由地面水（淡水）为处理对象（地下水淡水一般清澈透明，不需要处理)，以混凝、沉淀、过滤的常规处理工艺为主，主要去除以浑浊度为对象的悬浮物、胶体物及杀菌消毒，在混凝、沉淀等过程中同时去除了其他物质，使水质达到生活饮用水标准。因此从广义来说，经上述处理后，某种物质含量仍较高，达不到饮用水标准或某专业用水标准，需要具有针对性的专门设备（或构筑物）进行处理，称为“水的特种处理或“特种水处理”。“水的特种处理”或“特种水处理”，其核心是去除水中的某些特种物质。这些特种处理，具体来说包括水的除铁除锰：地下水的除氟：水的软化。广义来说海水、苦咸水淡化（即除盐）和去除水中的污染物质等，也属于水的特种处理，水的特种处理设备的由来简述以下。（1）除铁、锰设备的由来铁和锰一般相伴出现，地下水因在地下经过漫长的渗流过程，溶解了各种矿物元素。包括铁和锰，故地下水中的铁、锰含量一般高于地面水，而且主要是二价铁的重碳酸亚铁Fe(HCO3)2,硫酸亚铁很少见，含铁量一般在5~15mg/L之间，超过30mg/L的较为少见。我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749一2006)规定：含铁量<0.3g/L;含锰量<0.1mg/L。如果常规处理后达不到规定要求，则应进行除铁、除锰处理。城镇的生活用水量大，每天从几万吨到几十万吨，甚至上百万吨，因此不可能采用设备化进行除铁除锰处理，而是采用钢筋混凝土构筑物进行大规模的除铁除锰处理。采用设备化除铁除锰主要是对采用地下水的农村给水、分散性用水和工矿企业生产用水来说的，处理水量不大，但不处理会影响产品质量，则均采用除铁除锰设备进行处理。如果处理水量相对较大，可采用2台以上的多台并联除铁除锰设备。多台并联还有利于反冲选、维修及用水量变化进行调节等优点。从目前来看，可以说除铁除锰基本上都是采用设备进行处理的。（2）除氟设备的由来除氟主要是对饮用水来说的，氟是自然界中广泛存在的一种元素，也是人体维持正常生理活动不可缺少的物质。人体组成器官中大约含有210mg的氟，主要来源于饮水。饮用水含氟过高或过低均不利于人体健康，我国生活饮用水卫生标准(GB5749一2006)规定，氟化物≤1.0mg/L,饮用水较适宜的含氟浓度约为0.5~1.0mg/L之间，>1.0mg/1应除氟，<0.5mg/L理论上应加氟。实践证明，长期饮用含氟量<0.6mg/L的水，会增加龋齿，特别是儿童。如南方某大城市，自来水中含氟量全年平均0.2~0.3mg/L,仅儿童龋齿患病率达50%，相当严重。为保障人民的身体健康，该市在自来水中进行加氟处理，维持自来水中含氟量在0.8mg/L左右，情况明显好转，取得了较好的效果。饮用水中含氟量>2mg/L时，可使牙齿出现斑釉，含氟量为8.0mg/L时，10%的人患骨硬化症。人体中如果每天吸收氟量达20~80mg/L,经过几年到20年会发生骨骼畸形。总之，长期饮用含氟量过高的地下水，将对人体造成严重危害，轻者患牙斑症，使牙齿发黑、珐琅脱落、早期脱齿；重者则患氟骨症，使骨骼密度增加而变形、骨质发脱、瘫痪、甚至死亡。我国含氟地下水面较广，华北、西北、中原地区更较普遍。山东德州地区地下水含氟量高的达6mg/L以上，基本上都以地下水作为饮用水，在除氟处理之前，上述疾病均有发生。天津塘沽地下水含氟量高达5mg/L左右，34%的8~15岁儿童患斑釉病。内蒙古阿拉善右旗雅布赖为沙漠中的城镇，地下水自流井中水含氟量高达8.5~9mg/L,使居民受到氟化物中毒，斑釉病、软骨病、手足抽搐症、腰腿痛症等均有发生。严格来说，饮用水中含氟量大于国家规定的1mg/L的，应进行除氟处理。对于饮用水中含氟量≥2mg/L的，为保障人体健康，必须进行除氟处理。除氟是指含氟量高的地下水作为生活饮用水来说的，我国华北、西北、内蒙古等不少地方的农村、乡镇缺乏地面水水源，生活用水主要靠地下水，而这些地方的地下水，属淡水的不多，有的是苦咸水，需要除盐后才能饮用；有不少是含氟量>3mg/L的地下水，须进行除氟处理后才能饮用。因村镇分散，用水量不大，一般不超过1000m3/d,适用于采用设备进行除氟处理。而且这些地方的单井出水量不大，水量小的10~15m3/h,中等的在20~30m3/h,大的单井出水量一般也不会超过50m3/h,因此很适合采用设备除氟，水量较匹配。当然，根据需要和可能，也可把多台井的水量集中起来，采用多台设备并联进行除氟。应该说，到目前为止，地下水除氟基本上均采用设备，工厂化生产，运输、安装、调试均方便。（3）水的软化处理设备的由来含有钙(Ca2+)和镁(Mg2+)的水，称为具有“硬度”的水，当水中Ca2+和Mg2+含量较多时，称为硬水。把水中的C2+和Mg2+含量降低或基本上全部去除，叫做水的软化，即水的软化处理。水的硬度分为暂时硬度和永久硬度两种，即为通常指的碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。碳酸盐硬度是由钙、镁的重碳酸盐形成的，通常指的是Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2,因加热到水煮沸后会形成CCO3和Mg(OH)2而沉淀去除，故称为暂时硬度；非碳酸盐硬度是指CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2等，因在水中溶解度很大，水到沸点不会产生沉淀而去除，故称为永久硬度。两者之和为水的总硬度。对生活用水来说，水的硬度不仅对人体健康无害，而且是有益的，Ca2+和Mg2+是人体所需要的、有利于健康的矿物元素。马丁·福克斯在《健康的水》中论述说，经过大量的实践和调查证明：水中适宜的硬度有利于降低和减少心脏病、高血压、癌等疾病。适宜的硬度为170mg/L,我国生活饮用水卫生标准(GB5749一2006)规定≤450mg/L。我国地面水水源中的硬度一般都低于170mg/L；地下水中的硬度比地面水高，基本上与健康水的硬度比较接近。对生活用水来说，过去是用硬水洗衣服、织物，消耗肥皂较多，现在用洗衣粉，洗涤精洗衣服和织物，此问题就不存在了。因此，水的软化不是对生活饮用水来说。严格来说，对饮用水硬度达不到健康水要求时，不仅不能软化处理，科学的态度是还应增加硬度。可见，水的软化处理主要是对部分工业生产用水来说的。对水的软化处理，除加热能去除碳酸盐[Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2]之外，主要是药剂软化法和离子交换软化法两种。采用设备进行水的软化处理的是离子交换法，加热软化和药剂软化法均不属于规格化设备软化法。Ca(HCO3)2在0℃时溶解度为2630mg/L,到100℃时全部分解，产生CaCO3沉淀去除；Mg(HCO)2在0℃时溶解度为5400mg/L,到100℃时全部分解，产生Mg(OH)2沉淀去除。可见，加热软化法是利用钙、镁碳酸盐类溶解度随温度升高而分解的规律。加热法和药剂软化法的共同点都是把钙、镁盐类转化成CaCO3和Mg(OH)2达到把Ca+和Mg2+去除的目的，它们是在钙、镁盐类内部实行转化。而钠的化合物（钠盐）溶解度都很高，而且随着温度的上升而增加，那么能否利用钠盐溶解度规律，把水中的Ca2+、Mg2+离子都交换成Na+离子，而其他的离子又不改变，这样水里全是NaHCO3、NaCl、N2SO,这些盐类的溶解离子，它们既不是硬度，也不会沉淀出来，而水中也没有残余的Ca2+和Mg2+离子这就是第三种转化法，即离子交换法。离子交换法比前两种方法优越，因CaCO3和Mg(OH)2虽然溶解度很小，但仍有少量Ca2+和Mg2+溶解在水中，而离子交换是把水中的所有Ca2+、Mg+交换成Na+,转化比较彻底。用来进行Ca2+、Mg2+交换的是RNa型阳离子交换树脂，简称钠型树脂，安装在交换器（即软化设备）内，含Ca2+、Mg2+的水流过交换器时，Ca2+、Mg2+被吸附上去，Na+被交换下来，达到了软化的目的。（4）水的除盐处理技术设备去除和降低水的含盐量的工艺称为除盐。因此除盐包括淡水和海水及苦咸水两方面的内容。对淡水来讲，除盐就是基本上去除水中的阳离子和阴离子，达到纯水、高纯水的要求；对海水、苦咸水来说，除盐是降低（即大部分去除）水中的阳离子和阴离子，达到饮用水的要求，故亦称海水、苦咸水淡化。淡水除盐主要是对水质要求很高的工业用水来说的，如高压锅炉对蒸汽品质要求很高，因此除了去除水中的硬度以外，要求较彻底的去除水中所有的阴、阳离子；对电子工业来说，特别是微电子对水质要求非常高，水中如果存在离子带到电子产品中，会造成断路或离子导电而产生漏电，影响产品质量；对医药工业而言，针剂中混入离子杂质会危害人体健康。凡是上述各种用水，均要进行水的除盐处理。海水的平均含盐量为35000mg/L；我国内陆的一批咸水湖，如青海的青海湖，西藏的纳木错湖、色林错湖，内蒙古的呼伦湖，新疆的博斯腾湖、赛里木湖等，面积均在1千平方公里以上，都是咸水湖，含盐量与海水相似；而西北地区的地下水，很多为苦咸水，含盐量达到10000g/L。我国沿海人口较密集、经济发达，但不少城市淡水紧缺，海水丰富，如大连、青岛、宁波、温州等，必会影响经济的高速持续发展，海水利用和海水淡化处理，随着经济的发展、实力的增强，也必会提到议事日程上来，目前浙江定海已建成了产水量为1万m3/d的海水淡化处理厂；西北地区水资源特别紧缺，长期来影响着经济发展和人民的生活，缺淡水的地方必须进行苦咸水淡化处理。海水、苦咸水淡化处理要求把含盐量降低到1000g/L以下，达到饮用水的要求。淡水除盐处理和咸水的淡化处理水量均并不大，一般为每小时几吨到几十吨，故一般均以设备化进行处理，如电渗析、反渗透、离子交换等。根据原水水质和对处理后的水质要求的不同，可用单一性能的设备处理或不同性能的各种设备串联起来处理，其处理工艺均为设备化的组合，故对主要设备有重点的针对性的进行介绍。

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