关于水的科技论文
关于水的科技论文
水是万物之源，关乎人类生存，经济发展和社会进步，下面是小编为大家精心推荐的关于水的科技论文，希望能够对您有所帮助。
关于水的科技论文篇一
保护水资源,促进人水和谐
【摘 要】水是万物之源，关乎人类生存，经济发展和社会进步，保护有限的水资源，实现水资源的可持续利用，才能实现人水和谐。
【关键词】水资源;保护;和谐
1.引言
人口、资源、环境是当今世界人类面临的三大主要问题。从上个世纪七十年代起，人类就开始努力寻求一条既能满足当代人的需要，又不损害后代人满足其生存需要的可持续发展道路。
水是万物之源，是一切生物赖以生存的基本条件。在十二五的开局年，中央一号文件指出：水是生命之源、生产之要、生态之基。促进经济长期平稳较快发展和社会和谐稳定，夺取全面建设小康社会新胜利，必须下决心加快水利发展，切实增强水利支撑保障能力，实现水资源可持续利用。报告首提“美丽中国”，把生态文明建设放在突出地位，将水生态、水资源、水利工程和水利设施建设以及水利改革创新提升到新的高度。
2.水资源的概念
广义的水资源是指地球上水的总体。水以固态、液态和气态的形式，存在于地球表面和地球岩石圈、大气圈、生物圈之中。
狭义的水资源是指人类可利用的水资源，亦即水质应符合人类利用的要求，或者在现代技术经济条件下，通过工程措施或净化处理后可利用的水，才算水资源。深层地下水、净化代价过高的海水，一般均不作为水资源。所以，水资源指的是符合人类不同用途相应水质标准的淡水量，也就是指可恢复和更新的动态淡水量。
3.水资源严重短缺
我国水资源分布非常不平衡，有80%分布在南方。1998年联合国将我国列为全球13个最缺水的国家之一。根据对149个国家和地区的最新统计，我国人均水资源量已退居世界第110位。目前在我国666座城市中，有333座城市缺水，其中严重缺水108座，日缺水量达1600万立方米。目前全国总用水量从过去的5000多亿立方米增加到8000亿立方米左右，占全国可利用水资源总量的28%以上。按国际经验，一个国家用水量超过其水资源可利用量的20%，就很可能发生水危机。
4. 水资源污染现状
在我国，江河湖库普遍受到不同程度的污染，除部分内陆河流和大型水库外，污染呈加重趋势，工业发达城镇附近的水域污染尤为突出。
四大海区以东海污染程度最重，渤海次之，南海较轻。
2012年上半年，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大水系水质总体为轻度污染，主要污染指标是化学需氧量、五日生化需氧量和氨氮。七大水系上半年实际监测断面为390个，其中Ⅰ～Ⅲ类水质断面比例为56.9%，同比提高5.2个百分点;劣Ⅴ类水质断面比例为19.0%，同比升高0.7个百分点。七大水系支流污染普遍重于干流，支流Ⅰ～Ⅲ类水质断面比例为50.0%，低于干流30.2个百分点;劣Ⅴ类水质断面比例为26.3%，高出干流23.5个百分点。长江和珠江水质良好，淮河为轻度污染，黄河、松花江和辽河为中度污染，海河为重度污染。
淡水湖泊总磷、总氮污染面广，水体富营养化严重。
城市地面水污染普遍严重，呈恶化趋势。
5.水污染的来源
工业废水：废水中有毒、有害物质成分复杂，是造成目前世界性水污染的主要原因。
农田排水：施用的化肥、农药，随农田排水、地表径流注入水体。
生活污水：成分复杂，以耗氧有机物居多。
城市垃圾和工业废渣：垃圾和废渣在雨水的作用下，可以很容易的流入江河湖海或通过土壤渗透到地下水中，造成严重的污染与破坏，更恶劣的是直接把垃圾或废渣倾倒入河流、湖泊、海洋，造成更严重的污染，引起大批水生生物中毒死亡。
6.水污染的危害
酸碱水污染会使输水管道、水工建筑物和船舶等受到损坏，会使水生生物回避或死亡，严重时会使鱼虾等绝迹。
有害物质污染水体后，能在悬浮物、水生生物体内蓄积，可通过饮水和食物链引起急性或慢性中毒，如八大公害的水俣病——从1953年到1956年，在日本熊本县水俣湾附近的小渔村，出现了许多怪异的现象：一向温顺的猫变得步态不稳，抽筋麻痹，最后疯狂的跳入水中溺水而死，人群中也出现了耳聋眼瞎，最后精神失常，高叫而死的现象——这是由甲基汞中毒引起的。
大量有机物进入水体，会使溶解氧大幅下降，鱼虾等生物会因缺氧而大批死亡。
含大量氮、磷的废水进入水体，会造成水体富营养化，藻类过度繁殖，形成“水华”或“赤潮”。
7.水资源的合理开发和利用建议与对策
随着人口增加，经济发展，水环境特别是水污染问题越来越突出，保护好有限的水资源至关重要。面对水资源短缺、水污染严重、水生态恶化等问题，2012年国发3号文件提出了《关于实行最严格水资源管理制度的意见》。水资源的开发、利用必须坚持开源、节流、保护并举，把节流放在首位。
7.1开源。优化开采方案、控制开采强度和开采节奏，合理开发和提取地下水，以缓解用水压力;修筑水库、人工增雨，提高降水的利用率;开渠引水，南水北调，实现跨流域调水，改善水资源分布不均的状况;研究海水淡化工艺，寻找可替代水源。
7.2节流。农业是用水大户，要积极改进农业节水灌溉技术，实现节水、增产双丰收。工业及城镇生活用水是新增用水的大头，也是污染水体的重要源头。节水不但可以减少用水量，而且直接减少污水排放量，节水就是减污。因此要大力开展节水工作。工业提倡循环用水，大幅度提高水的重复利用率，降低单位产值耗水量，减少污水排放量。城镇积极推广节水生活器具，减少生活用水的浪费。
7.3治理。经济要发展，社会要进步，我们不能再走先污染后治理的老路。严格审批制度，对污染指数不达标的企业不予审批;对现有企业，进行治理，采取措施，节能减排，污染严重、达不到污水排放标准的企业予以关停。污水的再生与利用是污水治理的飞跃，在引进、消化和吸收发达国家污水处理的技术和经验的同时，加大投资力度，加强自主研发，切实从源头治理水污染，实现水资源的循环利用。
7.4保护。为保护水资源，防治水污染，必须加强水环境污染的分析工作，弄清污染物的种类、来源、分布、迁移、转化及消长规律，为保护水环境提供监测手段和科学依据。严格控制入河湖排污总量，确保水体的自净系统能够正常运行。加大宣传力度，利用公共传媒在全社会广泛进行节约、合理利用和保护水资源的宣传教育，树立水资源与水环境的忧患意识，使节约用水和保护水资源成为居民的自觉行动。水草能降低水中营养物质的含量，防止水体发生富营养化，而且能吸收积累水中的重金属，在净化水质方面能起到很大的作用，适时在浅水区种植水生高等植物，有助于水体自净能力的恢复。
另外，植树种草，扩大土壤植被覆盖率，提高土壤的蓄水能力。
8.结束语
民以食为天，食以水为先，努力做到水资源开发、利用和保护协调发展，实现人水和谐。
参考文献
[1]2012年上半年重点流域水环境质量状况. 中华人民共和国环境保护部.2012
[2]黄君礼.水分析化学(第三版).中国建筑工业出版社.2010
关于水的科技论文篇二
黄河水制水的技术分析
摘要：本文简述了反渗透的原理，从工艺流程、进水水温方面介绍了华能包头第一热电厂利用反渗透装置进行黄河水制水的情况。
关键词：反渗透(RO);黄河水制水;工艺流程;水温
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
中图分类号：TV882.1 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2012)
1前言
华能包头第一热电厂扩建的两台125MW循环流化床机组，于2005年3月相继投产发电。设计日用除盐水量3000吨。水源取自包钢水源地的黄河水。根据机组用水的质量需求建立了两台反渗透制水装置，两套装置总产水量为2×90T/H,并联运行。对水质要求如下表：
2反渗透原理
渗透是水从稀溶液一侧透过半透膜向浓溶液一侧自发流动的过程，半透膜只允许水通过而阻止溶解固形物(盐)通过，见图1-1(a)，浓溶液随着水的流入而不断被稀释，当水向浓溶液流动而产生的压力P足以阻止水继续的流入时，渗透处于平衡状态，见图1-1(b)。平衡时，水从任一边透过半透膜向另一边流入数量相等，即处于动态平衡状态，而此时压力P称为溶液的渗透压。(注意：半透膜一边是纯水，一边是盐溶液)。当在浓溶液上有外加压力时，浓溶液的水会通过半透膜流向稀溶液，使得浓溶液的浓度更大，这一过程就是渗透的相反过程，称为反渗透。如图1-1(c)
3包头第一热电厂黄河水净化处理装置
3.1工艺流程
包钢来水#3、4管→厂区净水站→机械加速澄清池→清水池→原水箱→双介质过滤器→超滤装置→活性炭过滤器→保安过滤器→高压泵→反渗透→淡水箱→除盐装置→汽机
整个装置总体分为预处理部分、反渗透部分、出水利用和控制部分等四个部分。下面简述各部分的作用：
3.2预处理部分
工艺流程中：包钢来水#3、4管→机械加速澄清池→清水池→原水箱→双介质过滤器→超滤装置→活性炭过滤器，此流程为预处理部分。
预处理方案的设计由反渗透水源的水质和选用的膜元件两个因素决定。由于膜元件是主要部件，设计中应选其类型。包头第一热电厂地处北方，黄河水一年四季温度变化较大，含沙量很高(泥沙浓度大于5000-10000mg/L),考虑到水温对反渗透装置的出水率和出水水质的影响，包头第一热电厂采用的是陶氏公司的复合反渗透膜。
根据水源的特点和膜元件的要求：包头第一热电厂反渗透装置采用的预处理方案为：包钢在黄河取水口后对黄河水进行了简单的预处理，主要以沉淀为主要手段，这样进入电厂的黄河水中较大的泥沙颗粒已被沉淀除去。通常情况下包钢来水的泥沙含量小于1000mg/l，机械加速澄清池配备PAC、PAM加药装置，通过混凝原理为充分发挥澄清池的作用创造了有利条件，去除黄河水中大量的泥沙和胶体悬浮物;利用双介质过滤器和活性炭过滤器很好地截留部分悬浮物，保证进入反渗透装置的黄河水的SDI15和浊度(NTU)符合膜原件的要求，同时活性炭过滤器还有吸附有机物和游离氯的作用;超滤装置中加入杀菌剂后除去悬浮物、细菌、大分子有机物、胶体，保证进入反渗透的游离氯(mg/L)满足膜元件的要求。
3.3反渗透部分
反渗透装置是最主要的脱盐装置，系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分、胶体、有机物及微生物。经过预处理后合格的原水进入置于压力容器内的膜组件，水分子和极少量的小分子量有机物通过膜层。经收集管道集中后，通往产水管再注入淡水箱。其膜组件均采用BW30-365FR低压抗污染复合反渗透膜，单根膜脱盐率为99.5%。下表为反渗透装置技术参数：
3.4出水利用部分
包头第一热电厂的反渗透出水经脱气后由淡水泵进行输送，输送到离子交换除盐装置生产除盐水以提供汽机和锅炉补给水。
3.5控制部分简介
黄河水制水装置的控制由上位操作站(1台主站GE90-70PLC+GE Field control从站，结合Genius网络组成)完成。上位操作站完成对系统中各类参数的监视、设置、人机交互、数据保存等操作功能，流程画面清晰实时动态显示工艺流程及生产设备运行情况。可在流程图画面上对现场设备进行软手动操作，向PLC发出指令。生产过程中的运行数据可以进行历史储存。操作站具有自诊断功能、开放的软件和网络通讯接口。控制系统可对整个黄河水制水系统实现程序控制，整个系统的启动、停运、高低压保护及系统保护全部实现自动。
4进水温度对反渗透系统安全经济运行的影响
在实际运行中，对反渗透运行效果的好坏的判断主要是通过脱盐率和产水量两项指标来进行评价。温度的高低对这两项指标的影响比较大，通过实际运行数据统计得出温度对产水量和脱盐率的影响如下图所示：
可以看出，随着进水温度的提高反渗透的脱盐率是逐渐下降的趋势，产水量则以线性增加。但随着温度的降低，水的粘度随之增加，进水温度的提高，水分子的黏度下降。一般进水温度每升高1℃产水量增加2—3%左右。由于粘度的影响，水通量按以下关系式变化：
J=J01.03t-25
式中： t—水温℃
J0—标准条件下的通量
J —温度t下的进料水通量
通量与净施加推动力成正比，净施加推动力为所加压力减去渗透压之差(进料水的渗透压减产品水的渗透压)，从上式可以看出较冷的水通量减小，为了提供所要求的流量，应增加相关膜的数量，但是在一些情况中，可增加进料水压力以增加通量，这样可以减少所需膜的数量。通量是温度与所加净压力的函数。然而，穿过膜的盐通过率仅是温度与总盐浓度的函数。就膜而言，这是一个常数。因此，提高净推动压力以提高通量，能够改善产品水的质量。但从包头第一热电厂实际情况来看，在冬季反渗透进水温度仅有4℃左右，持续时间长达3个月以上，如仅从提高净推动压力上出发，对设备的磨损及相关经济指标的控制将产生长久的影响，若想从根本上解决此问题，必须采用生水加热，来提高反渗透进水温度。
包头第一热电厂反渗透装置是在进水温度15-25℃范围内，每套反渗透的设计出力90T/H。每套装置有膜组件12个，每个膜组件内又有6根膜。如果温度降低而其他条件不变产水量必然降低，这一点在实际运行当中充分的体现出来。冬季反渗透的进水温度2℃左右，当压力一定时，产水量为60T/h。产水量较额定值下降了30%。若达到额定出力只有将进水压力提高到2.0MP。这样就超出了进水压力的控制标准，对反渗透制水装置的安全运行极为不利。另外进水压力的增大产水量虽然会增加，当压力增加到一定数值时脱盐率不再增加，而是趋向平稳。同时压力增大使反渗透膜的密度增加，孔径变小，导致脱盐率增大。为此，冬季时只有启动两套反渗透装置运行才能保证生产用水的需求，造成电耗的增加。在冬季压力不变的情况下将进水温度从2℃提高到15℃，产水量会增加26%-39%，可以使反渗透产水量达到额定产水量。
5、针对提高进水温度所采取的措施
5.1措施一：用老厂水源来提高进水温度
由于冬季环境温度的降低，反渗透的前期制水流程中没有任何加热措施，所有的水温都随环境温度的变化而改变。投产初期的生产运行情况非常紧张，为了尽快提高进水温度保证安全生产，便采取了最简单可行的办法，利用老厂的系统和水源来提高扩建的两台125MW循环流化床锅炉补给水制水的进水温度;老厂的除盐系统是旧设备改造工程，其中保留了一些旧的管道和设施作为双备用，原水箱是老设备的清水箱，原有老厂来清水管道进水箱的设施是备用设施，可以将老厂的清水直接补入原水箱;老厂的清水流程为：包钢来水→生水加热器加热到38℃±2→澄清器(经石灰和聚合铁澄清处理后的清水)，温度有36℃左右，若每小时补入50吨这样的水和水箱中净水站来清水混合后可将反渗透的进水温度提高到16℃左右，可满足反渗透的进水水温的要求。这一措施暂时缓解了水温度低的问题。在运行了两个多月后反渗透的膜压差开始增大有结垢现象，当时对进水水质进行了分析：老厂来清水水质如下：硬度;4.0mmol/l、碱度1.2mmol/l、PH值10-11,净水站水质：硬度：6.0mmol/l、碱度：4.0mmol/l、PH值6-8， 而扩建的两台125MW循环流化床锅炉采用的反渗透膜是复合膜，要求PH值是2-11，这样进水的PH值有些偏高，而PH值对反渗透膜的化学稳定性影响很大，对脱盐率和产水量影响(如图所示)可见下图：
当进水PH值太高时产水量趋于稳定，脱盐率下降，使膜造成结垢现象，同时考虑到PH值超过范围时可造成结垢和膜的水解，基于以上原因为了保护反渗透膜的性能将老厂来清水停止使用，这种提高进水温度的措施也就停止使用。
5.2措施二：采用生水加热器来提高水温
针对现场的实际设施情况，从机械加速澄清池到原水泵这段系统进行了逐一排查，决定在不改变原水水质的基础上直接对原水箱进行加热来提高反渗透的进水温度，既要保证原水的水质又要保证施工简单、费用低、效果好等多方因素。决定采用生水加热器来提高水温。生水加热器汽源取自锅炉零米的0.8-1.3MP的蒸汽，水源为工业水。在施工前根据能量守恒定律得出：原水箱每台体积为200立方米，共两台。净水站来水温度为2℃，预备将原水温度提高到15-25℃，以中限20℃为准进行了计算统计，0.8-1.3MP蒸汽的温度为320℃所释放的能量必须满足将水箱水位(满5.0米)提高到2/3以上所需能量;经过计算确定进气管道的直径ф108mm蒸汽量为20T/H。这样进气量和进水量可以同时控制，完全能按要求达到所需要的水温度，这一改造项目从投入使用，一直效果很好，温度值能完全控制在10-25℃。保证了设备的安全、经济运行，满足了供水需求。
6几点认识和体会
6.1黄河水预处理的合理设计和正常运行，对反渗透的进水水质(SDI<5)起着关键性的作用，是保证利用反渗透装置进行黄河水制水正常运行的重要因素。
6.2保证进水水温(15—25℃)，是保证反渗透系统安全经济运行的重要指标。
6.3制水设备运行时间短，启停比较频繁，这就要求反渗透值班员在启停设备时一定要提前和生水加热器值班人员取得联系，等到生水加热器完全停运后才开始停运反渗透设备。
6.4在工业水压力低时生水加热器的水量会降低，出现水温波动的现象，需专业值班员及时调整运行参数。
参考文献：
[1]黄征青;延长反渗透膜使用寿命的方法[J];水处理技术;2000年06期
[2]陈益棠;《脱盐》文摘[J];水处理技术;1992年01期
[3]吴存永;反渗透膜技术在污水回用中的应用[D];南京理工大学;2004年
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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