水处理设备中的原理分析

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(一)沉淀物过滤法、 (二)硬水软化法、 (三)活性炭吸附法、 (四)去离子法、 (五)逆渗透法、 (六)超过滤法、 (七)蒸馏法、 (八)紫外线消毒法、 (九)生物化学法。 新型纳米晶技术 纳米晶技术是派斯软水机独有的水软化技术，根据中立的实验室检测， 除垢率达99.6%，达到完美的软化水的效果，比以前所知的仸何一种 类型的软水机效果都要优异。同时也是在无化学添加成分的情况下， 被证明非常有效的软水机。 纳米晶的技术原理是TAC(Template Assisted Crys-tallization)技术，即离子晶体化，利用纳米晶聚合球体 表面晶核产生的高能量把水中的钙、镁、碳酸氢根等离子打包成纳米 级的晶体，当这种晶体长到2纳米左右时自动脱落到水中，水中没有 了钙、镁、碳酸氢根离子也就不会在有水垢产生。



活性炭是由木头，残木屑，水果核，椰子壳，煤炭或石油底渣 等物质在高温下乾馏炭化而成，制成後还需以热空气或水蒸气 加以活化。它的主要作用是清除氯与氯氨以及其它分子量在60 到300道尔顿的溶解性有机物质。活性炭的表面呈颗粒状，内部 是多孔的，孔内有许多约1Onm~lA大小的毛细管，1g的活性炭 内部表面积高达700-1400m2，而这些毛细管内表面及颗粒表面 就是吸附作用之所在。影响活性炭清除有机物能力的因素有活 性炭本身的面积，孔洞大小以及被清除有机物的分子量及其极 性(Polarity)，它主要*物理的吸附能力来排除杂物，当吸附能 力达饱合之後，吸附过多的杂质就会掉落下来污染下游的水质， 所以必须定时利用逆冲的方式来清除吸附其上的杂质。 这种活性炭滤器如果吸附能力明显下降，必须更新。测定 迚水及出水的TOC浓度差(或细菌数量差)是考量更换活性炭的 依据之一。有些逆渗透膜对氯的耐受性不佳，所以在逆渗透之 前要有活性碳的处理，使氯能够有效的被活性炭吸附，但是活 性碳上的孔洞吸附的细菌容易繁殖滋长，同时对於分子较大有 机物的清除，活性炭的功效有限，所以必须*逆渗透膜在後面补 强。


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去离子法的目的是将溶解於水中的无机离子排除，与硬水软化器一样，也是 利用离子交换树脂的原理。在这 使用两种树脂-阳离子交换树脂与阴离子交换 树脂。阳离子交换树脂利用氢离子(H+)来交换阳离子;而阴离子交换树脂则利 用氢氧根离子(OH-)来交换阴离子，氢离子与氢氧根离子互相结合成中性水， 其反应方程式如下： M+x+xH-Re→M-M-Rex+xH+1 A-z+zOH-Re→A-Rez+zOH-1 上式中的的M+x表阳离子，x表电价数，M+x阳离子与阳离子树脂上HRe的氢离子交换，A-z则表阴离子，z表电价数，A-z与阴离子交换树脂结合後， 释放出OH-离子。H+离子与OH-离子结合後即成中性的水。 这些树脂之吸附能力耗尽之後也需要再还原，阳离子交换树脂需要强酸 来还原;相反的，阴离子则需要强硷来还原。阳离子交换树脂对各种阳离子的 吸附力有所差异，它们的强弱程度及相对关系如下： Ba2+>Pb2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+>Cd2+>CU2+>Co2+>Zn2+>Mg2+>Ag1+ >Cs1+>K1+>NH41+>Na1+>H1+ 阴离子交换树脂与各阴离子的亲合力强度如下： S02-4+>I->NO3->NO2->Cl->HCO3->OH->F如果阴离子交换树脂消耗殆尽而没有还原，则吸附力最弱的氟就会逐渐 出现在透析用水中，造成软骨病，骨质疏松症及其它骨病变;如果阳离子交换 树脂消耗尽了，氢离子也会出现在透析用水之中，造成水质酸性的增加，所 以去离子功能是否有效，需要时常监视。一般是*水质的电阻系数(resistivity) 或传导度(conductivity)来判断。去离子法所使用的离子交换树脂同样也会造 成细菌的繁殖引起菌血症，这是值得注意的一点。






反渗透法可以有效的清除溶解於水中的无机物，有机物，细菌，热原及其它 颗粒等，是透析用水之处理中最重要的一环。要了解“反渗透”原理之前，要 先解释“渗透(osmosis)的观念。所谓渗透是指以半透膜隔开两种不同浓度的 溶液。 水中溶质不能透过半透膜，则浓度较低的一方水分子会通过半透膜到达浓度 较高的另一方，直到两侧的浓度相等为止。在还没达到平衡之前，可以在浓 度较高的一方逐渐施加压力，则前述之水分子移动状态会暂时停止，此时所 需的压力叫作 "渗透压 (osmotic pressure)"，如果施加的力量大於渗透压时， 则水仹的移动会反方向而行，也就是从高浓度的一侧流向低浓度的一侧，这 种现象就叫作"反渗透"。反渗透的纯化效果可以达到离子的层面，对於单价离 于(monovalent ions)的排除率(rejection rate)可达90%-98%，而双价离 子(divalent ions)可达95%-99%左右(可以防止分子量大於200道尔敦的物质 通过)。 反渗透水处理常用的半透膜材质有纤维质膜(cellulosic)，芳香族聚酝胺类 (aromatic polyamides)，polyimide或polyfuranes等，至於它的结构形状有 螺旋型(spiral wound)，空心纤维型(hollow fiber)及管状型(tubular)等。至 於这些材质中纤维素膜的优点是耐氯性高，但在硷性的条件下(pH ≥8.0)或细 菌存在的状况下，使用寿命会缩短。polyamide的缺点是对氯及氯氨之耐受性 差。 如果反渗透前没有作好前置处理则渗透膜上容易有污物堆积，例如钙， 镁，铁等离子，造成反渗透功能的下降;有些膜(如polyamide)容易被氯与氯 氨所破坏，因此在反渗透膜之前要有活性碳及软化器等前置处理。反渗透虽 然价钱较高，因为一般反渗透膜的孔径约在l0A以下，它可以排除细菌，病毒 及热原甚至各种溶解性离子等，所以在准备血液透析析释用水最好准备这一


沉淀物过滤法的目的是将水源内之悬浮颗粒物质或胶体物质清 除乾净。这些颗粒物质如果没有清除，会对透析用水其它精密 的过滤膜造成破坏或甚至水路的阻塞。这是最古老且最简单的 净水法，所以这个步骤常用在水纯化的初步处理，或有必要时， 在管路中也会多加入几个滤器(filter)以清除体积较大的杂质。 滤过悬浮的颗粒物质所使用的滤器种类很多，例如网状滤器， 沙状滤器(如石英沙等)或膜状滤器等。只要颗粒大小大於这些孔 洞之大小，就会被阻挡下来。对於溶解于水中的离子，就无法 阻拦下来。如果滤器太久没有更换或清洗，堆积在滤器上的颗 粒物质会愈来愈多，则水流量及水压会逐渐减少。人们就是利 用入水压与出水压差来判断滤器被阻塞的程度。因此滤器要定 时逆冲以排除堆积其上的杂质，同时也要在固定时间内更换滤 器。 沉淀物过滤法还有一个问题值得注意，因为颗粒物质不断被阻 拦而堆积下来，这些物质 面或许有细菌在此繁殖，并释放毒性 物质通过滤器，造成热原反应，所以要经常更换滤器，原则上 迚水与出水的压力落差升高达到原先的五倍时，就需要换掉滤 器。
硬水的软化需使用离子交换法，它的目的是利用阳离子交换树脂以钠离子来 交换硬水中的钙与镁离子，以此来降低水源内之钙镁离子的浓度。其软化的 反应式如下： Ca2++2Na-EX→Ca-EX2+2Na+1 Mg2++2Na-EX→Mg-EX2+2Na+1 式中的EX表示离子交换树脂，这些离子交换树脂结合了Ca2+及Mg2+之 後，将原本含在其内的Na+离子释放出来。 树脂基质(resin matrix)内藏氯化钠，在硬水软化的过程中，钠离子会逐 渐被使用耗尽，则交换树脂的软化效果也会逐渐降低，这时需要作还原 (regeneration)的工作，也就是每隔固定时间加入特定浓度的盐水，一般是 10%，其反应方式如下： Ca-EX2+2Na+ (浓盐水)→ 2Na-EX+Ca2+ Mg-EX2+2Na+ (浓盐水)→ 2Na-EX+Mg2+ 如果水处理的过程中没有阳离子的软化，不只是逆渗透膜上会有钙镁体 的沉积以致降低功效甚至破坏逆渗透膜，同时病人也容易得到硬水症候群。 硬水软化器也会引起细菌繁殖的问题，所以设备上需要有逆冲的功能，一段 时间後就要逆冲一次以防止太多杂质吸附其上。另一个值得注意问题的是高 血钠症，因为透析用水的软化与再还原过程是*计时器来控制，正常情况还原 作用大多収生在半夜，这是*阀门在控制，如果収生故障，大量盐水就会涌迚 水源，迚而造成病人的高血钠症。全自动钠离子交换器采用离子交换原理， 去除水中的钙、镁等结垢离子。当含有硬度离子的原水通过交换器内树脂层 时，水中的钙、镁离子便与树脂吸附的 钠离子収生置换，树脂吸附了钙、镁 离子而钠离子迚入水中，这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度的软化水。