關于水的科技論文
關于水的科技論文
水是萬物之源，關乎人類生存，經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，下面是小編為大家精心推薦的關于水的科技論文，希望能夠對您有所幫助。
關于水的科技論文篇一
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(jīng)濟發(fā)展和社會進步，保護有限的水資源，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，才能實現(xiàn)人水和諧。
【關鍵詞】水資源;保護;和諧
1.引言
人口、資源、環(huán)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，又不損害后代人滿足其生存需要的可持續(xù)發(fā)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，中央一號文件指出：水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基。促進經(jīng)濟長期平穩(wěn)較快發(fā)展和社會和諧穩(wěn)定，奪取全面建設小康社會新勝利，必須下決心加快水利發(fā)展，切實增強水利支撐保障能力，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用。報告首提“美麗中國”，把生態(tài)文明建設放在突出地位，將水生態(tài)、水資源、水利工程和水利設施建設以及水利改革創(chuàng)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(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的形式，存在于地球表面和地球巖石圈、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(xiàn)代技術經(jīng)濟條件下，通過工程措施或凈化處理后可利用的水，才算水資源。深層地下水、凈化代價過高的海水，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(tài)淡水量。
3.水資源嚴重短缺
我國水資源分布非常不平衡，有80%分布在南方。1998年聯(lián)合國將我國列為全球13個最缺水的國家之一。根據(jù)對149個國家和地區(qū)的最新統(tǒng)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，占全國可利用水資源總量的28%以上。按國際經(jīng)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(fā)生水危機。
4. 水資源污染現(xiàn)狀
在我國，江河湖庫普遍受到不同程度的污染，除部分內陸河流和大型水庫外，污染呈加重趨勢，工業(yè)發(fā)達城鎮(zhèn)附近的水域污染尤為突出。
四大海區(qū)以東海污染程度最重，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污染，主要污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(jiān)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。七大水系支流污染普遍重于干流，支流Ⅰ～Ⅲ類水質斷面比例為50.0%，低于干流30.2個百分點;劣Ⅴ類水質斷面比例為26.3%，高出干流23.5個百分點。長江和珠江水質良好，淮河為輕度污染，黃河、松花江和遼河為中度污染，海河為重度污染。
淡水湖泊總磷、總氮污染面廣，水體富營養(yǎng)化嚴重。
城市地面水污染普遍嚴重，呈惡化趨勢。
5.水污染的來源
工業(yè)廢水：廢水中有毒、有害物質成分復雜，是造成目前世界性水污染的主要原因。
農(nóng)田排水：施用的化肥、農(nóng)藥，隨農(nóng)田排水、地表徑流注入水體。
生活污水：成分復雜，以耗氧有機物居多。
城市垃圾和工業(yè)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?；蛲ㄟ^土壤滲透到地下水中，造成嚴重的污染與破壞，更惡劣的是直接把垃圾或廢渣傾倒入河流、湖泊、海洋，造成更嚴重的污染，引起大批水生生物中毒死亡。
6.水污染的危害
酸堿水污染會使輸水管道、水工建筑物和船舶等受到損壞，會使水生生物回避或死亡，嚴重時會使魚蝦等絕跡。
有害物質污染水體后，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(xiàn)了許多怪異的現(xiàn)象：一向溫順的貓變得步態(tài)不穩(wěn)，抽筋麻痹，最后瘋狂的跳入水中溺水而死，人群中也出現(xiàn)了耳聾眼瞎，最后精神失常，高叫而死的現(xiàn)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(yǎng)化，藻類過度繁殖，形成“水華”或“赤潮”。
7.水資源的合理開發(fā)和利用建議與對策
隨著人口增加，經(jīng)濟發(fā)展，水環(huán)境特別是水污染問題越來越突出，保護好有限的水資源至關重要。面對水資源短缺、水污染嚴重、水生態(tài)惡化等問題，2012年國發(fā)3號文件提出了《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》。水資源的開發(fā)、利用必須堅持開源、節(jié)流、保護并舉，把節(jié)流放在首位。
7.1開源。優(yōu)化開采方案、控制開采強度和開采節(jié)奏，合理開發(fā)和提取地下水，以緩解用水壓力;修筑水庫、人工增雨，提高降水的利用率;開渠引水，南水北調，實現(xiàn)跨流域調水，改善水資源分布不均的狀況;研究海水淡化工藝，尋找可替代水源。
7.2節(jié)流。農(nóng)業(yè)是用水大戶，要積極改進農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術，實現(xiàn)節(jié)水、增產(chǎn)雙豐收。工業(yè)及城鎮(zhèn)生活用水是新增用水的大頭，也是污染水體的重要源頭。節(jié)水不但可以減少用水量，而且直接減少污水排放量，節(jié)水就是減污。因此要大力開展節(jié)水工作。工業(yè)提倡循環(huán)用水，大幅度提高水的重復利用率，降低單位產(chǎn)值耗水量，減少污水排放量。城鎮(zhèn)積極推廣節(jié)水生活器具，減少生活用水的浪費。
7.3治理。經(jīng)濟要發(fā)展，社會要進步，我們不能再走先污染后治理的老路。嚴格審批制度，對污染指數(shù)不達標的企業(yè)不予審批;對現(xiàn)有企業(yè)，進行治理，采取措施，節(jié)能減排，污染嚴重、達不到污水排放標準的企業(yè)予以關停。污水的再生與利用是污水治理的飛躍，在引進、消化和吸收發(fā)達國家污水處理的技術和經(jīng)驗的同時，加大投資力度，加強自主研發(fā)，切實從源頭治理水污染，實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。
7.4保護。為保護水資源，防治水污染，必須加強水環(huán)境污染的分析工作，弄清污染物的種類、來源、分布、遷移、轉化及消長規(guī)律，為保護水環(huán)境提供監(jiān)測手段和科學依據(jù)。嚴格控制入河湖排污總量，確保水體的自凈系統(tǒng)能夠正常運行。加大宣傳力度，利用公共傳媒在全社會廣泛進行節(jié)約、合理利用和保護水資源的宣傳教育，樹立水資源與水環(huán)境的憂患意識，使節(jié)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(yǎng)物質的含量，防止水體發(fā)生富營養(yǎng)化，而且能吸收積累水中的重金屬，在凈化水質方面能起到很大的作用，適時在淺水區(qū)種植水生高等植物，有助于水體自凈能力的恢復。
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(fā)、利用和保護協(xié)調發(fā)展，實現(xiàn)人水和諧。
參考文獻
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[2]黃君禮.水分析化學(第三版).中國建筑工業(yè)出版社.2010
關于水的科技論文篇二
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循環(huán)流化床機組，于2005年3月相繼投產(chǎn)發(fā)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(jù)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(chǎn)水量為2×90T/H,并聯(lián)運行。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(fā)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(chǎn)生的壓力P足以阻止水繼續(xù)的流入時，滲透處于平衡狀態(tài)，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(shù)量相等，即處于動態(tài)平衡狀態(tài)，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凈化處理裝置
3.1工藝流程
包鋼來水#3、4管→廠區(qū)凈水站→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。由于膜元件是主要部件，設計中應選其類型。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(泥沙濃度大于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，包頭第一熱電廠采用的是陶氏公司的復合反滲透膜。
根據(jù)水源的特點和膜元件的要求：包頭第一熱電廠反滲透裝置采用的預處理方案為：包鋼在黃河取水口后對黃河水進行了簡單的預處理，主要以沉淀為主要手段，這樣進入電廠的黃河水中較大的泥沙顆粒已被沉淀除去。通常情況下包鋼來水的泥沙含量小于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(fā)揮澄清池的作用創(chuàng)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游離氯的作用;超濾裝置中加入殺菌劑后除去懸浮物、細菌、大分子有機物、膠體，保證進入反滲透的游離氯(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(tǒng)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(jīng)過預處理后合格的原水進入置于壓力容器內的膜組件，水分子和極少量的小分子量有機物通過膜層。經(jīng)收集管道集中后，通往產(chǎn)水管再注入淡水箱。其膜組件均采用BW30-365FR低壓抗污染復合反滲透膜，單根膜脫鹽率為99.5%。下表為反滲透裝置技術參數(shù)：
3.4出水利用部分
包頭第一熱電廠的反滲透出水經(jīng)脫氣后由淡水泵進行輸送，輸送到離子交換除鹽裝置生產(chǎn)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(wǎng)絡組成)完成。上位操作站完成對系統(tǒng)中各類參數(shù)的監(jiān)視、設置、人機交互、數(shù)據(jù)保存等操作功能，流程畫面清晰實時動態(tài)顯示工藝流程及生產(chǎn)設備運行情況?？稍诹鞒虉D畫面上對現(xiàn)場設備進行軟手動操作，向PLC發(fā)出指令。生產(chǎn)過程中的運行數(shù)據(jù)可以進行歷史儲存。操作站具有自診斷功能、開放的軟件和網(wǎng)絡通訊接口。控制系統(tǒng)可對整個黃河水制水系統(tǒng)實現(xiàn)程序控制，整個系統(tǒng)的啟動、停運、高低壓保護及系統(tǒng)保護全部實現(xiàn)自動。
4進水溫度對反滲透系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的影響
在實際運行中，對反滲透運行效果的好壞的判斷主要是通過脫鹽率和產(chǎn)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，通過實際運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出溫度對產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)水量增加2—3%左右。由于粘度的影響，水通量按以下關系式變化：
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
通量與凈施加推動力成正比，凈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(chǎn)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(shù)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(shù)量。通量是溫度與所加凈壓力的函數(shù)。然而，穿過膜的鹽通過率僅是溫度與總鹽濃度的函數(shù)。就膜而言，這是一個常數(shù)。因此，提高凈推動壓力以提高通量，能夠改善產(chǎn)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(xù)時間長達3個月以上，如僅從提高凈推動壓力上出發(fā)，對設備的磨損及相關經(jīng)濟指標的控制將產(chǎn)生長久的影響，若想從根本上解決此問題，必須采用生水加熱，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℃范圍內，每套反滲透的設計出力90T/H。每套裝置有膜組件12個，每個膜組件內又有6根膜。如果溫度降低而其他條件不變產(chǎn)水量必然降低，這一點在實際運行當中充分的體現(xiàn)出來。冬季反滲透的進水溫度2℃左右，當壓力一定時，產(chǎn)水量為60T/h。產(chǎn)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運行極為不利。另外進水壓力的增大產(chǎn)水量雖然會增加，當壓力增加到一定數(shù)值時脫鹽率不再增加，而是趨向平穩(wěn)。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運行才能保證生產(chǎn)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(chǎn)水量會增加26%-39%，可以使反滲透產(chǎn)水量達到額定產(chǎn)水量。
5、針對提高進水溫度所采取的措施
5.1措施一：用老廠水源來提高進水溫度
由于冬季環(huán)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(huán)境溫度的變化而改變。投產(chǎn)初期的生產(chǎn)運行情況非常緊張，為了盡快提高進水溫度保證安全生產(chǎn)，便采取了最簡單可行的辦法，利用老廠的系統(tǒng)和水源來提高擴建的兩臺125MW循環(huán)流化床鍋爐補給水制水的進水溫度;老廠的除鹽系統(tǒng)是舊設備改造工程，其中保留了一些舊的管道和設施作為雙備用，原水箱是老設備的清水箱，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(jīng)石灰和聚合鐵澄清處理后的清水)，溫度有36℃左右，若每小時補入50噸這樣的水和水箱中凈水站來清水混合后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。在運行了兩個多月后反滲透的膜壓差開始增大有結垢現(xiàn)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、堿度1.2mmol/l、PH值10-11,凈水站水質：硬度：6.0mmol/l、堿度：4.0mmol/l、PH值6-8， 而擴建的兩臺125MW循環(huán)流化床鍋爐采用的反滲透膜是復合膜，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(wěn)定性影響很大，對脫鹽率和產(chǎn)水量影響(如圖所示)可見下圖：
當進水PH值太高時產(chǎn)水量趨于穩(wěn)定，脫鹽率下降，使膜造成結垢現(xiàn)象，同時考慮到PH值超過范圍時可造成結垢和膜的水解，基于以上原因為了保護反滲透膜的性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：采用生水加熱器來提高水溫
針對現(xiàn)場的實際設施情況，從機械加速澄清池到原水泵這段系統(tǒng)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。決定采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(yè)水。在施工前根據(jù)能量守恒定律得出：原水箱每臺體積為200立方米，共兩臺。凈水站來水溫度為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(tǒng)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(jīng)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，這一改造項目從投入使用，一直效果很好，溫度值能完全控制在10-25℃。保證了設備的安全、經(jīng)濟運行，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運行，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運行的重要因素。
6.2保證進水水溫(15—25℃)，是保證反滲透系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的重要指標。
6.3制水設備運行時間短，啟停比較頻繁，這就要求反滲透值班員在啟停設備時一定要提前和生水加熱器值班人員取得聯(lián)系，等到生水加熱器完全停運后才開始停運反滲透設備。
6.4在工業(yè)水壓力低時生水加熱器的水量會降低，出現(xiàn)水溫波動的現(xiàn)象，需專業(yè)值班員及時調整運行參數(shù)。
參考文獻：
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注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。
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