關於水的科技論文
水是萬物之源，關乎人類生存，經濟發展和社會進步，下面是小編為大家精心推薦的，希望能夠對您有所幫助。
篇一
保護水資源,促進人水和諧
【摘 要】水是萬物之源，關乎人類生存，經濟發展和社會進步，保護有限的水資源，實現水資源的可持續利用，才能實現人水和諧。
【關鍵詞】水資源;保護;和諧
1.引言
人口、資源、環境是當今世界人類面臨的三大主要問題。從上個世紀七十年代起，人類就開始努力尋求一條既能滿足當代人的需要，又不損害後代人滿足其生存需要的可持續發展道路。
水是萬物之源，是一切生物賴以生存的基本條件。在十二五的開局年，中央一號檔案指出：水是生命之源、生產之要、生態之基。促進經濟長期平穩較快發展和社會和諧穩定，奪取全面建設小康社會新勝利，必須下決心加快水利發展，切實增強水利支撐保障能力，實現水資源可持續利用。報告首提“美麗中國”，把生態文明建設放在突出地位，將水生態、水資源、水利工程和水利設施建設以及水利改革創新提升到新的高度。
2.水資源的概念
廣義的水資源是指地球上水的總體。水以固態、液態和氣態的形式，存在於地球表面和地球岩石圈、大氣圈、生物圈之中。
狹義的水資源是指人類可利用的水資源，亦即水質應符合人類利用的要求，或者在現代技術經濟條件下，通過工程措施或淨化處理後可利用的水，才算水資源。深層地下水、淨化代價過高的海水，一般均不作為水資源。所以，水資源指的是符合人類不同用途相應水質標準的淡水量，也就是指可恢復和更新的動態淡水量。
3.水資源嚴重短缺
我國水資源分佈非常不平衡，有80%分佈在南方。1998年聯合國將我國列為全球13個最缺水的國家之一。根據對149個國家和地區的最新統計，我國人均水資源量已退居世界第110位。目前在我國666座城市中，有333座城市缺水，其中嚴重缺水108座，日缺水量達1600萬立方米。目前全國總用水量從過去的5000多億立方米增加到8000億立方米左右，佔全國可利用水資源總量的28%以上。按國際經驗，一個國家用水量超過其水資源可利用量的20%，就很可能發生水危機。
4. 水資源汙染現狀
在我國，江河湖庫普遍受到不同程度的汙染，除部分內陸河流和大型水庫外，汙染呈加重趨勢，工業發達城鎮附近的水域汙染尤為突出。
四大海區以東海汙染程度最重，渤海次之，南海較輕。
2012年上半年，長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河等七大水系水質總體為輕度汙染，主要汙染指標是化學需氧量、五日生化需氧量和氨氮。七大水系上半年實際監測斷面為390個，其中Ⅰ～Ⅲ類水質斷面比例為56.9%，同比提高5.2個百分點;劣Ⅴ類水質斷面比例為19.0%，同比升高0.7個百分點。七大水系支流汙染普遍重於幹流，支流Ⅰ～Ⅲ類水質斷面比例為50.0%，低於幹流30.2個百分點;劣Ⅴ類水質斷面比例為26.3%，高出幹流23.5個百分點。長江和珠江水質良好，淮河為輕度汙染，黃河、松花江和遼河為中度汙染，海河為重度汙染。
淡水湖泊總磷、總氮汙染面廣，水體富營養化嚴重。
城市地面水汙染普遍嚴重，呈惡化趨勢。
5.水汙染的來源
工業廢水：廢水中有毒、有害物質成分複雜，是造成目前世界性水汙染的主要原因。
農田排水：施用的化肥、農藥，隨農田排水、地表徑流注入水體。
生活汙水：成分複雜，以耗氧有機物居多。
城市垃圾和工業廢渣：垃圾和廢渣在雨水的作用下，可以很容易的流入江河湖海或通過土壤滲透到地下水中，造成嚴重的汙染與破壞，更惡劣的是直接把垃圾或廢渣傾倒入河流、湖泊、海洋，造成更嚴重的汙染，引起大批水生生物中毒死亡。
6.水汙染的危害
酸鹼水汙染會使輸水管道、水工建築物和船舶等受到損壞，會使水生生物迴避或死亡，嚴重時會使魚蝦等絕跡。
有害物質汙染水體後，能在懸浮物、水生生物體內蓄積，可通過飲水和食物鏈引起急性或慢性中毒，如八大公害的水俁病——從1953年到1956年，在日本熊本縣水俁灣附近的小漁村，出現了許多怪異的現象：一向溫順的貓變得步態不穩，抽筋麻痺，最後瘋狂的跳入水中溺水而死，人群中也出現了耳聾眼瞎，最後精神失常，高叫而死的現象——這是由甲基汞中毒引起的。
大量有機物進入水體，會使溶解氧大幅下降，魚蝦等生物會因缺氧而大批死亡。
含大量氮、磷的廢水進入水體，會造成水體富營養化，藻類過度繁殖，形成“水華”或“赤潮”。
7.水資源的合理開發和利用建議與對策
隨著人口增加，經濟發展，水環境特別是水汙染問題越來越突出，保護好有限的水資源至關重要。面對水資源短缺、水汙染嚴重、水生態惡化等問題，2012年國發3號檔案提出了《關於實行最嚴格水資源管理制度的意見》。水資源的開發、利用必須堅持開源、節流、保護並舉，把節流放在首位。
7.1開源。優化開採方案、控制開採強度和開採節奏，合理開發和提取地下水，以緩解用水壓力;修築水庫、人工增雨，提高降水的利用率;開渠引水，南水北調，實現跨流域調水，改善水資源分佈不均的狀況;研究海水淡化工藝，尋找可替代水源。
7.2節流。農業是用水大戶，要積極改進農業節水灌溉技術，實現節水、增產雙豐收。工業及城鎮生活用水是新增用水的大頭，也是汙染水體的重要源頭。節水不但可以減少用水量，而且直接減少汙水排放量，節水就是減汙。因此要大力開展節水工作。工業提倡迴圈用水，大幅度提高水的重複利用率，降低單位產值耗水量，減少汙水排放量。城鎮積極推廣節水生活器具，減少生活用水的浪費。
7.3治理。經濟要發展，社會要進步，我們不能再走先汙染後治理的老路。嚴格審批制度，對汙染指數不達標的企業不予審批;對現有企業，進行治理，採取措施，節能減排，汙染嚴重、達不到汙水排放標準的企業予以關停。汙水的再生與利用是汙水治理的飛躍，在引進、消化和吸收發達國家汙水處理的技術和經驗的同時，加大投資力度，加強自主研發，切實從源頭治理水汙染，實現水資源的迴圈利用。
7.4保護。為保護水資源，防治水汙染，必須加強水環境汙染的分析工作，弄清汙染物的種類、來源、分佈、遷移、轉化及消長規律，為保護水環境提供監測手段和科學依據。嚴格控制入河湖排汙總量，確保水體的自淨系統能夠正常執行。加大宣傳力度，利用公共傳媒在全社會廣泛進行節約、合理利用和保護水資源的宣傳教育，樹立水資源與水環境的憂患意識，使節約用水和保護水資源成為居民的自覺行動。水草能降低水中營養物質的含量，防止水體發生富營養化，而且能吸收積累水中的重金屬，在淨化水質方面能起到很大的作用，適時在淺水區種植水生高等植物，有助於水體自淨能力的恢復。
另外，植樹種草，擴大土壤植被覆蓋率，提高土壤的蓄水能力。
8.結束語
民以食為天，食以水為先，努力做到水資源開發、利用和保護協調發展，實現人水和諧。
參考文獻
[1]2012年上半年重點流域水環境質量狀況. 中華人民共和國環境保護部.2012
[2]黃君禮.水分析化學***第三版***.中國建築工業出版社.2010
篇二
黃河水制水的技術分析
摘要：本文簡述了反滲透的原理，從工藝流程、進水水溫方面介紹了華能包頭第一熱電廠利用反滲透裝置進行黃河水制水的情況。
關鍵詞：反滲透***RO***;黃河水制水;工藝流程;水溫
Abstract: This paper describes the principle of reverse osmosis processes, from the process flow and water temperature introduced the Yellow River water system using reverse osmosis device of Huaneng Baotou No.1 Power Plant water.Key words: reverse osmosis ***RO***; Yellow River water system water; process; water temperature
中圖分類號：TV882.1 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104***2012***
1前言
華能包頭第一熱電廠擴建的兩臺125MW迴圈流化床機組，於2005年3月相繼投產發電。設計日用除鹽水量3000噸。水源取自包鋼水源地的黃河水。根據機組用水的質量需求建立了兩臺反滲透制水裝置，兩套裝置總產水量為2×90T/H,並聯執行。對水質要求如下表：
2反滲透原理
滲透是水從稀溶液一側透過半透膜向濃溶液一側自發流動的過程，半透膜只允許水通過而阻止溶解固形物***鹽***通過，見圖1-1***a***，濃溶液隨著水的流入而不斷被稀釋，當水向濃溶液流動而產生的壓力P足以阻止水繼續的流入時，滲透處於平衡狀態，見圖1-1***b***。平衡時，水從任一邊透過半透膜向另一邊流入數量相等，即處於動態平衡狀態，而此時壓力P稱為溶液的滲透壓。***注意：半透膜一邊是純水，一邊是鹽溶液***。當在濃溶液上有外加壓力時，濃溶液的水會通過半透膜流向稀溶液，使得濃溶液的濃度更大，這一過程就是滲透的相反過程，稱為反滲透。如圖1-1***c***
3包頭第一熱電廠黃河水淨化處理裝置
3.1工藝流程
包鋼來水#3、4管→廠區淨水站→機械加速澄清池→清水池→原水箱→雙介質過濾器→超濾裝置→活性炭過濾器→保安過濾器→高壓泵→反滲透→淡水箱→除鹽裝置→汽機
整個裝置總體分為預處理部分、反滲透部分、出水利用和控制部分等四個部分。下面簡述各部分的作用：
3.2預處理部分
工藝流程中：包鋼來水#3、4管→機械加速澄清池→清水池→原水箱→雙介質過濾器→超濾裝置→活性炭過濾器，此流程為預處理部分。
預處理方案的設計由反滲透水源的水質和選用的膜元件兩個因素決定。由於膜元件是主要部件，設計中應選其型別。包頭第一熱電廠地處北方，黃河水一年四季溫度變化較大，含沙量很高***泥沙濃度大於5000-10000mg/L***,考慮到水溫對反滲透裝置的出水率和出水水質的影響，包頭第一熱電廠採用的是陶氏公司的複合反滲透膜。
根據水源的特點和膜元件的要求：包頭第一熱電廠反滲透裝置採用的預處理方案為：包鋼在黃河取水口後對黃河水進行了簡單的預處理，主要以沉澱為主要手段，這樣進入電廠的黃河水中較大的泥沙顆粒已被沉澱除去。通常情況下包鋼來水的泥沙含量小於1000mg/l，機械加速澄清池配備PAC、PAM加藥裝置，通過混凝原理為充分發揮澄清池的作用創造了有利條件，去除黃河水中大量的泥沙和膠體懸浮物;利用雙介質過濾器和活性炭過濾器很好地截留部分懸浮物，保證進入反滲透裝置的黃河水的SDI15和濁度***NTU***符合膜原件的要求，同時活性炭過濾器還有吸附有機物和遊離氯的作用;超濾裝置中加入殺菌劑後除去懸浮物、細菌、大分子有機物、膠體，保證進入反滲透的遊離氯***mg/L***滿足膜元件的要求。
3.3反滲透部分
反滲透裝置是最主要的脫鹽裝置，系統利用反滲透膜的特性來除去水中絕大部分可溶性鹽分、膠體、有機物及微生物。經過預處理後合格的原水進入置於壓力容器內的膜元件，水分子和極少量的小分子量有機物通過膜層。經收集管道集中後，通往產水管再注入淡水箱。其膜元件均採用BW30-365FR低壓抗汙染複合反滲透膜，單根膜脫鹽率為99.5%。下表為反滲透裝置技術引數：
3.4出水利用部分
包頭第一熱電廠的反滲透出水經脫氣後由淡水泵進行輸送，輸送到離子交換除鹽裝置生產除鹽水以提供汽機和鍋爐補給水。
3.5控制部分簡介
黃河水制水裝置的控制由上位操作站***1臺主站GE90-70PLC+GE Field control從站，結合Genius網路組成***完成。上位操作站完成對系統中各類引數的監視、設定、人機互動、資料儲存等操作功能，流程畫面清晰實時動態顯示工藝流程及生產裝置執行情況。可在流程圖畫面上對現場裝置進行軟手動操作，向PLC發出指令。生產過程中的執行資料可以進行歷史儲存。操作站具有自診斷功能、開放的軟體和網路通訊介面。控制系統可對整個黃河水制水系統實現程式控制，整個系統的啟動、停運、高低壓保護及系統保護全部實現自動。
4進水溫度對反滲透系統安全經濟執行的影響
在實際執行中，對反滲透執行效果的好壞的判斷主要是通過脫鹽率和產水量兩項指標來進行評價。溫度的高低對這兩項指標的影響比較大，通過實際執行資料統計得出溫度對產水量和脫鹽率的影響如下圖所示：
可以看出，隨著進水溫度的提高反滲透的脫鹽率是逐漸下降的趨勢，產水量則以線性增加。但隨著溫度的降低，水的粘度隨之增加，進水溫度的提高，水分子的黏度下降。一般進水溫度每升高1℃產水量增加2—3%左右。由於粘度的影響，水通量按以下關係式變化：
J=J01.03t-25
式中： t—水溫℃
J0—標準條件下的通量
J —溫度t下的進料水通量
通量與淨施加推動力成正比，淨施加推動力為所加壓力減去滲透壓之差***進料水的滲透壓減產品水的滲透壓***，從上式可以看出較冷的水通量減小，為了提供所要求的流量，應增加相關膜的數量，但是在一些情況中，可增加進料水壓力以增加通量，這樣可以減少所需膜的數量。通量是溫度與所加淨壓力的函式。然而，穿過膜的鹽通過率僅是溫度與總鹽濃度的函式。就膜而言，這是一個常數。因此，提高淨推動壓力以提高通量，能夠改善產品水的質量。但從包頭第一熱電廠實際情況來看，在冬季反滲透進水溫度僅有4℃左右，持續時間長達3個月以上，如僅從提高淨推動壓力上出發，對裝置的磨損及相關經濟指標的控制將產生長久的影響，若想從根本上解決此問題，必須採用生水加熱，來提高反滲透進水溫度。
包頭第一熱電廠反滲透裝置是在進水溫度15-25℃範圍內，每套反滲透的設計出力90T/H。每套裝置有膜元件12個，每個膜元件內又有6根膜。如果溫度降低而其他條件不變產水量必然降低，這一點在實際運行當中充分的體現出來。冬季反滲透的進水溫度2℃左右，當壓力一定時，產水量為60T/h。產水量較額定值下降了30%。若達到額定出力只有將進水壓力提高到2.0MP。這樣就超出了進水壓力的控制標準，對反滲透制水裝置的安全執行極為不利。另外進水壓力的增大產水量雖然會增加，當壓力增加到一定數值時脫鹽率不再增加，而是趨向平穩。同時壓力增大使反滲透膜的密度增加，孔徑變小，導致脫鹽率增大。為此，冬季時只有啟動兩套反滲透裝置執行才能保證生產用水的需求，造成電耗的增加。在冬季壓力不變的情況下將進水溫度從2℃提高到15℃，產水量會增加26%-39%，可以使反滲透產水量達到額定產水量。
5、針對提高進水溫度所採取的措施
5.1措施一：用老廠水源來提高進水溫度
由於冬季環境溫度的降低，反滲透的前期制水流程中沒有任何加熱措施，所有的水溫都隨環境溫度的變化而改變。投產初期的生產執行情況非常緊張，為了儘快提高進水溫度保證安全生產，便採取了最簡單可行的辦法，利用老廠的系統和水源來提高擴建的兩臺125MW迴圈流化床鍋爐補給水制水的進水溫度;老廠的除鹽系統是舊裝置改造工程，其中保留了一些舊的管道和設施作為雙備用，原水箱是老裝置的清水箱，原有老廠來清水管道進水箱的設施是備用設施，可以將老廠的清水直接補入原水箱;老廠的清水流程為：包鋼來水→生水加熱器加熱到38℃±2→澄清器***經石灰和聚合鐵澄清處理後的清水***，溫度有36℃左右，若每小時補入50噸這樣的水和水箱中淨水站來清水混合後可將反滲透的進水溫度提高到16℃左右，可滿足反滲透的進水水溫的要求。這一措施暫時緩解了水溫度低的問題。在運行了兩個多月後反滲透的膜壓差開始增大有結垢現象，當時對進水水質進行了分析：老廠來清水水質如下：硬度;4.0mmol/l、鹼度1.2mmol/l、PH值10-11,淨水站水質：硬度：6.0mmol/l、鹼度：4.0mmol/l、PH值6-8， 而擴建的兩臺125MW迴圈流化床鍋爐採用的反滲透膜是複合膜，要求PH值是2-11，這樣進水的PH值有些偏高，而PH值對反滲透膜的化學穩定性影響很大，對脫鹽率和產水量影響***如圖所示***可見下圖：
當進水PH值太高時產水量趨於穩定，脫鹽率下降，使膜造成結垢現象，同時考慮到PH值超過範圍時可造成結垢和膜的水解，基於以上原因為了保護反滲透膜的效能將老廠來清水停止使用，這種提高進水溫度的措施也就停止使用。
5.2措施二：採用生水加熱器來提高水溫
針對現場的實際設施情況，從機械加速澄清池到原水泵這段系統進行了逐一排查，決定在不改變原水水質的基礎上直接對原水箱進行加熱來提高反滲透的進水溫度，既要保證原水的水質又要保證施工簡單、費用低、效果好等多方因素。決定採用生水加熱器來提高水溫。生水加熱器汽源取自鍋爐零米的0.8-1.3MP的蒸汽，水源為工業水。在施工前根據能量守恆定律得出：原水箱每臺體積為200立方米，共兩臺。淨水站來水溫度為2℃，預備將原水溫度提高到15-25℃，以中限20℃為準進行了計算統計，0.8-1.3MP蒸汽的溫度為320℃所釋放的能量必須滿足將水箱水位***滿5.0米***提高到2/3以上所需能量;經過計算確定進氣管道的直徑ф108mm蒸汽量為20T/H。這樣進氣量和進水量可以同時控制，完全能按要求達到所需要的水溫度，這一改造專案從投入使用，一直效果很好，溫度值能完全控制在10-25℃。保證了裝置的安全、經濟執行，滿足了供水需求。
6幾點認識和體會
6.1黃河水預處理的合理設計和正常執行，對反滲透的進水水質***SDI<5***起著關鍵性的作用，是保證利用反滲透裝置進行黃河水制水正常執行的重要因素。
6.2保證進水水溫***15—25℃***，是保證反滲透系統安全經濟執行的重要指標。
6.3制水裝置執行時間短，啟停比較頻繁，這就要求反滲透值班員在啟停裝置時一定要提前和生水加熱器值班人員取得聯絡，等到生水加熱器完全停運後才開始停運反滲透裝置。
***在工業水壓力低時生水加熱器的水量會降低，出現水溫波動的現象，需專業值班員及時調整執行引數。
參考文獻：
[1]黃徵青;延長反滲透膜使用壽命的方法[J];水處理技術;2000年06期
[2]陳益棠;《脫鹽》文摘[J];水處理技術;1992年01期
[3]吳存永;反滲透膜技術在汙水回用中的應用[D];南京理工大學;2004年
注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式檢視。
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