纯水处理初级培训2 67页

水中污染物及水纯化技术简介前言自然界中的水不可能纯净作为一种优良的溶剂，许多污染物会自然的溶于其中。无污染物的水是非自然产生的人工生产常规条件下容易快速的被污染那水中能找到哪些不同的污染物呢?\n污染物分类水中的污染物可以分成5类。按污染物粒径从大到小排序：颗粒&胶体微生物有机分子无机离子溶解的气体除颗粒和胶体外，其他污染物对那些实验有影响？根据污染物的共同特性，特别设计了精巧的方法去除水中不同的污染物。第一步纯化工艺：将自然界的水处理成为饮用水。你还知道那些第二部纯化工艺：饮用水进一步纯化成为实验室级别水。工艺？\n颗粒&胶体颗粒定义：各自分散在水中的小质量固体（或硬或软、或为矿物质或为有机物）粒径：从肉眼可见到需借助于显微镜。例如：来自环境的碎屑（叶子、石头、动物、金属、塑料等）、灰尘、沙子、纤维……胶体定义：与水分子发生静电作用，悬浮在水中的物质粒径：从小微粒(1μm)到大分子例如：土壤颗粒硅胶胶体、粘土胶体、腐殖胶体。胶状粘土颗粒借助静电作用悬浮于溶液中从地下水过滤得到的矿物胶体（这里主要是粘土和沸石）\n颗粒&胶体颗粒物的不良影响阻塞过滤系统损坏泵系统吸附电荷影响离子浓度折射光线影响判读提供细菌滋生载体柱子堵塞\n颗粒&胶体颗粒的检测手段水淤泥指数测定仪SiltDensityIndex-SDI定义:污泥指数FI(FoulingIndex)的测定方法——水处理系统的必选配件：–监测水质变化，判断过滤效果，决定过滤孔径–水的污泥指数测定是一个非常有效的水处理系统维护管理工具.\n\n\n\n\n为什么我们如此关注实验室用水\n为什么实验室用水的要求这么严格？？？各类法规规定水中的污染物水质监测的重要性用水观念\n有关实验室用水法规\n实验室纯水标准ASTM:AmericanSocietyforTestingandMaterials美国材料协会NCCLS:NationalComityforClinicalLaboratoryStandards美国临床检验标准委员会CAP:CollegeofAmericanPathologists美国病理协会ISO:InternationalStandardOrganization国际标准组织USP:UnitedStatesPharmacopoeia美国药典EP:EuropeanPharmacopoeia欧洲药典GB:中国国家实验室用水标准(92版)FDA:食品药品监督局(definegoodpractice/audit)\n法规-实验室用水为什么要有法规:HelpcustomersdefiningthewaterqualityfortheirapplicationsProvideguidelinestocustomers实验室用水级别=waterusedforlabexperiments.ideallyminimumcontaminationforbettercontrolofexperimentalconditions.不同的需求，不同的标准；不同的用户，不同的需求\n实验室用水的级别以及不同的应用LWWatertypes(fromtheleastpurifiedtothepurest):TypeIII(fromRiOs&Milli-ROsystems)Glasswarerinsing/Heatingbaths.FeedtoTypeILabWaterSystemTypeII(fromElix&Milli-RXsystems)Buffers,pHsolutions,microbiologicalculturemedia,reagentsforchemistryandweatherometerfeedAutoclavefillingFeedtoTypeILabWaterSystemTypeI(fromMilli-Q,Direct-Q,Super-Q,…)GC,HPLC,AA,ICP-MSmobilephases,blanks,samplesandbuffersMediaformammaliancellculture,IVF,reagentsformolecularbiology...Clinicalanalyser\nMillipore实验室用水的水质指标\n现代实验技术发展对科学仪器的需求实验精度和复杂度更高对试剂纯度,干扰因子和环境的要求更严格实验技术手段更丰富,实验室更趋多功能实验数据严格度和可信度要求更高,要求可验证,可重复,可追溯.实验数据海量化趋势加强.实验步骤更趋简化,容易操作,速度,通量要求更高注重对人安全,对环境低负担,注重实验舒适度更高品质,更高精细度,性能更稳定多功能,集约化,一台仪器满足多种实验需求,仪器小型化监控体系更完善,更可靠,可验证,有数据科学管理体系仪器智能化,操作更方便,易维护注重使用舒适度,要有环保技术\n水中的污染物\n水成分分析Wateris:+……水中污染物!污染物的来源:天然人为破坏\n地表水生物体成分含量高离子成分高矿物质较少地下水矿物质含量高离子成分较低生物污染较低天然的污染物\n人为的污染物水质处理管路污染废弃物的排放农业来源污染环境污染……\n五大污染物颗粒离子/矿物质有机物微生物气体\n污染物–练习Thecategoriesofcontaminants:ParticulatesIons/MineralsOrganicmoleculesMicroorganismsDissolvedgasesOnpapers,writeasmanycontaminantnamesasyoucanthinkof.Trytoidentifyatleast2contaminantspercategory.Groupof2/3people5minutes1singlecontaminantname/paperPapercollectionontheboard&debrief\n颗粒种类，定义\n颗粒的种类与定义定义:游离于气体或液体中的一些小质量的固体-有一定硬度(沙子，灰尘…)-柔软无定型的(胶体,有机复合物）大气中的灰尘Colloids=较大质量的有机或无机颗粒1nm1µm\n颗粒&胶体颗粒物的不良影响阻塞过滤系统损坏泵系统吸附电荷影响离子浓度折射光线影响判读提供细菌滋生载体柱子堵塞\n压力显示表过滤膜安装处(0.45µm,mixedcelluloseester,47mm)进水压力调节阀进水阀门出水颗粒的检测手段(SiltDensityIndex–SDI)\n离子/矿物质WaterContaminants\n离子Eg:Calcium(Ca2+),Hydroxyl(OH-),Iron(Fe2+/Fe3+),Phosphate(PO43-)离子的影响因素水的硬度与结垢问题影响溶液PH值带电基团与反应物结合对无机分析产生严重干扰特殊实验会产生影响\n自来水中常见的离子CATIONSNa+Ca2+Al3+Mn2+Fe2+Pb+ANIONSCO32-Cl-NO3-PO43-SO42-ClO-SiO4Si2O7SiO2…硝酸根硫酸根磷酸根碳酸根次氯酸四氧化硅二聚硅酸根二氧化硅\nConductivity:Resistivity:theinverseoftheconductivity=FCiZiuiConductivity(µSiemens/cm)FaradayConcentrationofeachionicspecies(moles/mL)ValenceMobilityV-1.cm2.s-1R=1/Resistivity(MOhm.cm)电导率和电阻率的计算\n超纯水电阻率（R）随温度（T）的变化PureWaterResistivity=f(T°C)Resistivity(M.cm)Temperature(°C)At25°C,theoreticallypurewaterconductivity/resistivityare:=0.055S/cmR=18.18M.cm\n电阻率与温度之间的关系\n电导率与离子浓度相应的关系CalculatedvaluesforNaClsolutionsat25°C(withconcentrationandmobilityofproton,hydroxyl,sodiumandchlorideions)=purewater+NaCl=0.055µS/cm+NaCl\n电导率仪/电阻率仪issLR=V/I电阻率仪常数:L/SR=电阻=电阻率R=r.L/Sr=VI.L/S用<100Hz的交流电,避免双电层的生成电压<1.2V，以免电解水电池常数=L/S低电阻率仪常数=高准确度:（测量信号变强，干扰变小）\n普通电导率仪ThreadThermistorElectrodes(stickshape)CableTeeStagnantWaterCellFlowingWater\nMillipore电阻率仪同心套筒的电极设计,易于保持稳定和形成非常小的电池常数316L高品质的不锈钢电池常数0.01cm-1没有积水的死角温度计保护,精确到0.1°C\n有机物\n定义:Examples:热源,叶绿素,青霉素,胰岛素,甜蜜素,杀虫剂,塑料,Impact:干扰有机分析的背景微生物滋生的营养物质包住去离子用的树脂需要关注的特殊有机物热原和RNA酶检测方法:TOC检测仪A10有机物ArtificialsNaturalDDT\nTOC=TotalOrganicCarbon总有机碳TOC不包括无机碳水中含有上百种有机物，这些有机物分子的含碳数量不一，浓度也不同，TOC的监测就是用一个量来表征所有这些有机物杂质的总量有机物杂质检测\n为什么要检测TOC01530456075901051201350501001502002503003504000153045607590105120135TOC电阻率Time(min)TOC(ppb)/电阻率x10(M.cm)有机物浓度高低无法从电阻率的检测看到\nTOC检测：光氧化技术1用185nm的UV氧化有机物2检测电导率的改变值，从而计算CO2的生成量。\nTOC检测仪工作原理185/254nmUVLampTitaniumElectrodesSolenoidValveThermistorQuartzcell0.5mlConductivityPurgeMeasureofinitialconductivityOxidationcyclePurgePhase1Phase2Phase3Phase4ValveopenValveclosedValveopenLamponLamponLampoffDC\nMilliporeTOC仪外置模块可内置在所有的Milli-Q系列产品(加A10)可配置在大系统的管路,实行在线检测\n微生物\nMicroOrganismsStreptococcuspyogenesPseudomonasaeruginosa定义：是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一类生物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。微生物在自然界中谓“无处不在，无处不有”，特点：１）活得有机物2）自己可以繁殖Eg:Escherichiacoli,Saccharomycescerevisiae,Penicilliumroqueforti,Listeria,bacilledeKoch,Yersiniapestis…Inpurifiedwater:BacteriaBacilliGram-fromPseudomonaceaefamilyNote–bacteriasizefrom3to0.27µm,(virus~0.1to0.04µm)\n热原和RNA酶热原也称为内毒素革兰氏阴性菌细胞壁分泌多糖刺激免疫系统产生发热高压灭菌180度4小时去除RNA酶主要作用是裂解RNARNA酶无处不在对高温酸碱都有耐受性可保持活性数周细胞培养,分子生物学类实验非常容易受到影响\n细菌活的细胞并有生长繁殖能力直径0.27µm到3.0µm(病毒0.04µm到0.1µm)水源,空气,人体都带菌细菌本身影响生物学实验裂解释放热原,酶等多种物质产生菌膜持续释放污染物堵塞仪器通道PseudomonasaeruginosaStreptococcuspyogenes\n细菌的污染\n气体\nDissolvedGases常规溶解于水中的气体：Oxygen(O2),Nitrogen(N2),Carbondioxide(CO2)气体对水质的不良影响影响水的离子浓度和PH值直接参与反应影响水有效体积影响光学测定结果损耗仪器\nThesolubilityofadissolvedgasvstemperature:TemperatureGassolubilityExample:At20°C,saturatedoxygenlevel=9.05ppmAt25°C:8.23ppmAt40°C:6.39ppm温度对水中溶解气体的影响1020304050246810Temperature(°C)DissolvedOxygen(ppm)SolubleOxygenInsolubleOxygen\nThesolubilityofadissolvedgasincreaseswithincreasinggaspressureabovethewater.PressureSolubilityExampleat25°C:At1baratmosphericpressure,DO=8.23ppmAt15”Hgvacuum,DO=4.12ppmAt25”Hgvacuum,DO=1.30ppmDO=DissolvedOxygenlevel压力因素\n用水观念的全新突破\n用水观念的突破（1）越纯的实验室用水,越不宜久放。因为,对18.2MΩ.cm的超纯水来说,放置一小时之后,电阻率会下降至4MΩ.cm,pH则降至5.7左右,这是不稳定的用水环境及容器所造成的污染(如空气中灰尘,接触容器所产生之溶出物以及储水桶之微生物污染)。所以即取即用是非常重要的一个观念。\n空气中二氧化碳与纯水所产生之化学反应公式CO2+H2OH2CO3H2CO3H++HCO3-HCO3-H++CO3-+重碳酸根离子+纯水空气中之二氧化碳=碳酸氢离子碳酸重碳酸根离子+碳酸根离子氢离子\n因空气中二氧化碳溶于超纯水而造成水质的劣化电阻率值(MΩ.cm)10-20-4-0-20406080100时间(分钟)1.从碳酸中解离出之氢离子浓度pH=5.72.因氢离子及碳酸根离子增加,造成比阻抗值下降至4左右。\n超纯水的pH值电阻率M.cm10113579110.1HClNaOHpH\n用水观念的突破（2）电阻率值仅能用来表示水中离子浓度高低,与其它污染物之浓度无关。18.2MΩ.cm超纯水之含意仅能代表水中总离子浓度在1ppb以下,其它污染物需以不同的方法来检测。影响实验结果及再现性的,绝不仅于离子而已。\n以刻意添加有机物(蔗糖)于纯水中，做为Milli-Q之进水后,其所产制的超纯水之水质变化.0306090120150180210240用水时间累积(分钟)8101214161820电阻率MΩ.cm020040060080010001200有机物(TOC),ppb电阻率有机物\n由终端过滤器直接取水.需保持取水口的洁净.出水口接软管后的水质分析比较(HPLC)出水口接软管的水质出水口未接软管的水质取水口的管理\n创造高度一致性，高稳定性的制水环境。长时间放置的纯水会导致水质劣化。长期停止使用会导致各种滤膜的菌膜性阻塞。装置停止后1L排水后上述图表的数据,是取自于停机24小时后再开机的纯水系统,测其电阻率值及TOC值系统连续运行的重要性\n作为Millipore纯水机的销售，我们的职责是Customers’ApplicationsProducingtherightqualityofwater\n我们的职责…….Customers’Applicationstype1Water«ultrapure»type2Watertype3WaterProducingtherightqualityofwater\n我们的职责…….Customers’Applicationstype1Water«ultrapure»Milli-Q,Super-Q,AFS,Direct-Q,Synergy&Simplicitytype2WaterSmall&largeElix,Milli-DI,RiOs-DItype3WaterSmall&largeRiOsProducingtherightqualityofwater\n我们的职责…….Customers’Applicationstype1Water«ultrapure»Milli-Q,Super-Q,AFS,Direct-Q,Synergy&SimplicityChoiceregardingtheproductionrate&otherfeaturestype2WaterSmall&largeElix,Milli-DI,RiOs-DItype3WaterSmall&largeRiOsProducingtherightqualityofwaterintherightquantity\nQuestions???