工业水处理技术工业水处理技术四川职业技术学院四川职业技术学院杨丽华杨丽华工业水处理http:/www.jinzhenghb.com/ wenku1本课程教学目标要求本课程教学目标要求:1、了解水的自然循环过程及水污染状况、了解水的自然循环过程及水污染状况2、知道我国水资源的现状及我国的水危机情况、知道我国水资源的现状及我国的水危机情况3、了解水的基本性质、水质指标及含义、了解水的基本性质、水质指标及含义4、掌握工业水处理的常用方法及原理、掌握工业水处理的常用方法及原理5、知道工业水处理的常用设备、工艺流程、知道工业水处理的常用设备、工艺流程6、知道工业废水的一般处理方法、知道工业废水的一般处理方法填空、解释与简答填空、解释与简答（基础知识）（基础知识）重要设备、构筑物重要设备、构筑物的功能及工作原理的功能及工作原理水处理过程的工艺流水处理过程的工艺流程简图程简图教学任务呈现形式教学任务呈现形式 课题一绪论课题一绪论 教学目的与要求：教学目的与要求： 1、了解水的自然循环过程、了解水的自然循环过程 2、知道水的特性和水质指标及含义、知道水的特性和水质指标及含义 3、了解我国水资源的现状及水水污染、了解我国水资源的现状及水水污染 情况情况 4、知道工业水处理的主要任务、知道工业水处理的主要任务教学任务清单：教学任务清单：一、解释或简答一、解释或简答: 1.诠释下列水质指标的含义诠释下列水质指标的含义 COD BOD5 H pH2.什么叫水体污染？什么叫水体污染？3.水在自然界是如何循环运动的？水在自然界是如何循环运动的？二、填空：二、填空： 1.工业水处理的内容主要包括工业水处理的内容主要包括、 、 三个方面。三个方面。 2. 评价水质的好坏的水质指标主要有评价水质的好坏的水质指标主要有、 、 、 、 、 等几个方等几个方 面。面。 一、我国水资源情况一、我国水资源情况 1.水资源水资源 水水是是一一种种宝宝贵贵的的自自然然资资源源；水水是是人人类类和和一一切切生生物物赖赖以以生生存存的的物物质质基基础础；水水是是可可以以更更新新的的自自然然资资源源, 能能通过自身的循环过程不断地复原。通过自身的循环过程不断地复原。 水资源包括一切可用于生产和生活的地表水与地水资源包括一切可用于生产和生活的地表水与地下水下水,其中其中,海水占海水占 97.3%,淡水占淡水占2.7%,这些淡水中这些淡水中约有约有75%以冰冠和冰川的形式存在于地球的两极，可以冰冠和冰川的形式存在于地球的两极，可以直接被人类利用的淡水仅为以直接被人类利用的淡水仅为0.3%。 2.2.我国的水资源危机我国的水资源危机 水水是是生生命命的的源源泉泉，是是社社会会经经济济发发展展的的命命脉脉。在在3 3月月1818日日，联联合合国国发发出出警警告告，除除非非各各国国政政府府采采取取有有力力措措施施。到到20252025年年，世世界界上上就就将将有有近近1/31/3的的人人口口(23(23亿亿人人) )无无法法获获得得安安全全的的饮饮用用水水，其其主主要原因是这些地区的水资源短缺。要原因是这些地区的水资源短缺。 目目前前，随随着着人人类类生生产产的的发发展展和和生生活活水水平平的的提提高高，用用水水量量以以每每年年接接近近5%5%的的速速度度递递增增，照照此此下下去去，每每1515年年用用水水总总量量就就翻翻一一番番，在在20302030年以前，地球上将有年以前，地球上将有1/31/3以上的人面临淡水资源危机。以上的人面临淡水资源危机。 中中国国淡淡水水资资源源总总量量为为28万万亿亿立立方方米米，居居世世界界第第6位位，次次于于加加拿拿大大、巴巴西西和和俄俄罗罗斯斯，略略多多于于美美国国和和印印尼尼，占占世世界界水水资资源源总总量量的的7%，但但中中国国人人均均水水资资源源2304m3/人人，处处于于缺缺水水上上下下限限(30001000 m3/人人)的的中中值值，在在世世界界银银行行近近年年做做连连续续资资源源统统计计的的13个个国国家家中中居居第第82位位，只只有有世世界界平平均均水水平平的的31%，属属于于水水资资源源紧紧缺缺的的国国家家(以以上上均均按按1998/99世世界界银银行行年年度度报报告最新统计告最新统计)。水危机产生的原因水危机产生的原因(1)自然条件的影响自然条件的影响(2)城市与工业区集中发展城市与工业区集中发展(3)水体污染破坏了有限的水资源水体污染破坏了有限的水资源(4)用水浪费用水浪费水危机产生的原因水危机产生的原因(1)自然条件的影响自然条件的影响(2)城市与工业区集中发展城市与工业区集中发展(3)水体污染破坏了有限的水资源水体污染破坏了有限的水资源(4)用水浪费用水浪费水水中国的水资源分布很不均匀中国的水资源分布很不均匀：北北方方人人均均水水资资源源仅仅为为995.4立立方方米米/人人，属属于于严严重重缺缺水水，并并由由于于水水污污染染和和水水土土流流失失使使情情况况更更为为恶恶化化；南南方方人人均均水水资资源源量量虽虽然然超超过过人人均均3000立立方方米米/人人的的缺缺水水上上限限，但但由由于于分分布布不不均均(如如上上海海仅仅为为185立立方方米米/人人)和和污污染染严严重重，使使得得工工业业、农农业业和和人人民民生生活活将将得得不不到到按按现现模模式式发展的足够水资源供应。发展的足够水资源供应。3.节节 水水 水水资资源源短短缺缺对对于于中中国国大大部部分分地地区区都都是是最最根根本本的的问问题题。水水资资源源供供需需矛矛盾盾解解决决的的根根本本办办法法是是节节水水。这这里里说说的的节节水包括三方面的含义水包括三方面的含义 ： （1）节约用水）节约用水 （2）提高水的重复利用率）提高水的重复利用率 （3）污水资源化）污水资源化（1）节约用水）节约用水节节约约用用水水指指降降低低每每公公斤斤粮粮食食的的耗耗水水量量、万万元元工工业业产产值值的耗水量和每人的生活用水量。的耗水量和每人的生活用水量。农农业业用用水水占占工工农农业业和和生生活活用用水水的的75%左左右右，节节水水工工作作应以农业节水灌溉为重点。应以农业节水灌溉为重点。目目前前我我国国的的万万元元工工业业产产值值耗耗水水量量一一般般是是发发达达国国家家的的1020倍倍，个个别别行行业业达达45倍倍；我我国国每每公公斤斤粮粮食食的的耗耗水水量量是是发发达达国国家家的的23倍倍；我我国国城城市市人人均均耗耗水水量量已已接接近近发发达达国国家家的的中等水平。中等水平。（2）提高水的重复利用率）提高水的重复利用率提提高高水水的的重重复复利利用用率率指指工工业业生生产产的的循循环环用用水水。目目前前我我国国工工业业生生产产用用水水的的重重复复利利用用率率约约为为40%，远远低低于于发发达达国国家家75%85%的水平。的水平。 （3）污水资源化）污水资源化 污污水水资资源源化化指指通通过过污污水水处处理理提提高高水水的的类类别别，从从而而使使该该排排放放掉掉的的污污水水分分别别达达到到生生态态、农农业业、工工业业或或生生活活用用水水的的标标准准，使使其其资源化，是跨类别的广义重复利用。资源化，是跨类别的广义重复利用。4.水工业水工业如如果果把把20世世纪纪称称作作石石油油世世纪纪的的话话，那那么么21世纪很可能就是水世纪。世纪很可能就是水世纪。与与变变幻幻莫莫测测的的通通讯讯技技术术产产业业相相比比，水水工工业业广广阔阔的的市市场场、巨巨额额的的产产值值和和稳稳定定的的收收益益无无疑疑更更具具吸吸引引力力。难难怪怪纽纽约约一一家家投投资资公公司司的的首首席席专专家家伊伊丽丽莎莎白白把把水水工工业业称称之之为为“下下一一世世纪纪最好的投资领域最好的投资领域”。水水处处理理工工业业由由水水工工业业企企业业、水水工工业业制制造造业、水工业高新技术产业三部分组成。业、水工业高新技术产业三部分组成。 水工业企业：水工业企业： 水工业企业将给水排水有机地统一起来。水工业企业将给水排水有机地统一起来。 水水是是一一种种可可再再生生资资源源，取取水水是是对对自自然然资资源源水水的的加加工工活活动动；排排水水是是对对废废水水进进行行处处理理的的工工业业活活动动，不不可偏废任何一方。可偏废任何一方。 水工业制造业：水工业制造业： 水水工工业业制制造造业业是是由由生生产产给给水水排排水水行行业业所所需需的的机机电电、化化工工、生生物物、冶冶金金、材材料料以以及及电电子子等等技技术术装装备备产产品品的的工工业业部部门门无无形形中中组组成成的的工工业业系系统统，它它是是给给排水事业的支柱工业，必须与给排水事业同步发展。排水事业的支柱工业，必须与给排水事业同步发展。 水工业高新技术产业：水工业高新技术产业： 水水工工业业高高新新技技术术产产业业是是指指在在给给排排水水行行业中运用高新技术开发出来的产业。业中运用高新技术开发出来的产业。 科科技技进进步步可可以以有有效效地地为为水水工工业业可可持持续续发发展展提提供供可可靠靠的的依依据据和和手手段段，促促进进水水工工业业管管理理水水平平的的提提高高，提提高高水水资资源源综综合合利利用用效效率率和和经经济济效效益益，提提供供保保护护水水资资源源和和生生态态环环境的有效手段。境的有效手段。5.我国的水处理技术所面临的困境我国的水处理技术所面临的困境1缺乏具有独立知识产权的产品缺乏具有独立知识产权的产品2.生产规模小且分散，技术相对落后，质量不稳定，缺乏国生产规模小且分散，技术相对落后，质量不稳定，缺乏国际竞争力际竞争力3.应用技术水平较低应用技术水平较低4.工程研究设计、生产、技术服务的配套方面未完全系统工程研究设计、生产、技术服务的配套方面未完全系统化，缺乏国际竞争的能力。化，缺乏国际竞争的能力。5.缺乏大量的科研和软件开发的投入。缺乏大量的科研和软件开发的投入。二、水的循环二、水的循环 1.水循环过程水循环过程 水循环是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等水循环是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。大气大气海洋海洋降水降水雨雨雪雪蒸发蒸发渗流渗流径流径流冰川冰川蒸发蒸发地下水地下水江河湖泊江河湖泊植物对水的蒸腾作用及叶片吐水现象植物对水的蒸腾作用及叶片吐水现象2.水体污染水体污染水体污染：水体污染：由于某些物质介入水体，改变了水体由于某些物质介入水体，改变了水体的某些物理、化学、生物以及放射性的某些物理、化学、生物以及放射性等方面的特性，从而影响水的有效利等方面的特性，从而影响水的有效利用，危害人类健康，造成水质恶化，用，危害人类健康，造成水质恶化，破坏生态环境的现象。破坏生态环境的现象。水体中的污染物主要有化学性污染物、物理性污水体中的污染物主要有化学性污染物、物理性污染物、生物性污染物三大类染物、生物性污染物三大类。三、水的特性和水质指标三、水的特性和水质指标1.水的特性水的特性水分子是极性分子水分子是极性分子呈三角型呈三角型水分子间存在氢键水分子间存在氢键自然界的水有固、液、气自然界的水有固、液、气三种状态，水沸点为三种状态，水沸点为1000C、水的凝固点是水的凝固点是00C。水在。水在40C时、密度最大，在其它温度时、密度最大，在其它温度时体积会膨胀。时体积会膨胀。水的热稳定性高，广泛应用于动力、工业生产何民用水的热稳定性高，广泛应用于动力、工业生产何民用取暖，工业上水还是一种价廉物美的热交换介质。取暖，工业上水还是一种价廉物美的热交换介质。2、水质指标（评价水的好坏的物理量）、水质指标（评价水的好坏的物理量）悬浮物：悬浮物：指水中不溶解的悬浮固体、漂浮物等，指水中不溶解的悬浮固体、漂浮物等， 常用比浊法进行测定，单位为常用比浊法进行测定，单位为mg/ml。含盐量：含盐量：指水中各种盐含量的总称。可由全分析法测指水中各种盐含量的总称。可由全分析法测 定出的阴、阳离子的总和表示，单位为定出的阴、阳离子的总和表示，单位为 mg/ml。硬度（硬度（H）：）：指水中含指水中含Ca2+、Mg2+的的总称。其中包括的的总称。其中包括 碳酸盐硬度（暂时硬度）和非碳酸盐硬度碳酸盐硬度（暂时硬度）和非碳酸盐硬度 （永久硬度）两大类。（永久硬度）两大类。碱度（用碱度（用OH-表示）：表示）：指水中各种碱性物质含量的总称。指水中各种碱性物质含量的总称。主要包括主要包括OH-、CO32-、HCO3-等，等，用酚酞作指示剂进行测定时，终点用酚酞作指示剂进行测定时，终点pH为为8.3HCO3-不参与不参与反应，测定出的叫酚酞碱度，用甲基橙作指示剂进行测定反应，测定出的叫酚酞碱度，用甲基橙作指示剂进行测定时，终点时，终点pH为为4.2，可以测定出水中的总碱度。，可以测定出水中的总碱度。酸度（用酸度（用H+表示）：表示）：指水中各种酸性物质含量的总称。主指水中各种酸性物质含量的总称。主要包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐。要包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐。化学需氧量化学需氧量(COD)：指用强氧化剂氧化水中各种有机物及指用强氧化剂氧化水中各种有机物及其它还原性物质所消耗的氧量。反映其它还原性物质所消耗的氧量。反映水中有机物和其它还原性物质的总量。（常用氧化剂为水中有机物和其它还原性物质的总量。（常用氧化剂为KMnO4、K2CrO7）五天生化需氧量五天生化需氧量(BOD5)：指在有氧条件下，水中微生物指在有氧条件下，水中微生物经过五天使有机物氧化分解时所经过五天使有机物氧化分解时所消耗的氧量。反映水中有机物含量多少或表示水中受有机消耗的氧量。反映水中有机物含量多少或表示水中受有机物污染物污染的程度。的程度。四、工业水处理（包括用水处理、循环冷却水处理、污水处理三个方面）四、工业水处理（包括用水处理、循环冷却水处理、污水处理三个方面）1.用水处理用水处理预处理预处理 除去水中的悬浮物、颗粒污染物等，一般采用物理处理法。如：利用除去水中的悬浮物、颗粒污染物等，一般采用物理处理法。如：利用隔栅、筛网进行拦截较大的悬浮物、漂浮物等，利用沉淀、过滤等去除颗粒物。隔栅、筛网进行拦截较大的悬浮物、漂浮物等，利用沉淀、过滤等去除颗粒物。 软化处理软化处理 硬水：硬水：含有较多含有较多Ca2+、Mg2+的水。的水。 软水：软水：含有少量或不含含有少量或不含Ca2+、Mg2+的水。的水。 （硬水又分为暂时硬水和永久硬水两大类。）（硬水又分为暂时硬水和永久硬水两大类。） 硬水的危害主要有：硬水的危害主要有：会使锅炉结垢浪费燃料甚至引起锅炉爆炸；会使锅炉结垢浪费燃料甚至引起锅炉爆炸； 会使印染的色泽不均匀；会使印染的色泽不均匀； 会使造纸的纸张有斑点；会使造纸的纸张有斑点； 硬水的软化：硬水的软化：去除硬水中去除硬水中Ca2+、Mg2+的水处理工艺叫硬水的软化，工业的水处理工艺叫硬水的软化，工业 上广泛采用离子交换法。上广泛采用离子交换法。除盐处理除盐处理 去除水中的其它阴、阳离子的过程。去除水中的其它阴、阳离子的过程。 一般可以采用两种工艺：一般可以采用两种工艺： 即蒸馏法和离子交换法。即蒸馏法和离子交换法。2.循环冷却水处理循环冷却水处理 工业循环水简称冷却水，它是用于带走工业生产中不需要的工业循环水简称冷却水，它是用于带走工业生产中不需要的热量的冷却用水，按工业冷却水的不同系统一般分为两大类：即热量的冷却用水，按工业冷却水的不同系统一般分为两大类：即直流冷却水系统和循环冷却水系统，在循环冷却水系统中可分为直流冷却水系统和循环冷却水系统，在循环冷却水系统中可分为敞开式和密闭式循环水系统。敞开式和密闭式循环水系统。 直流式冷却水系统的方式是水流过直流式冷却水系统的方式是水流过冷却设备或换热器经一次性热交换后，即被排放掉，这样的话，冷却设备或换热器经一次性热交换后，即被排放掉，这样的话，水源浪费太大，故此种方式很少采用，而在循环冷却水系统中，水源浪费太大，故此种方式很少采用，而在循环冷却水系统中，密闭式循环系统由于设备结构较为复杂，技术要求不适宜水量大密闭式循环系统由于设备结构较为复杂，技术要求不适宜水量大的冷却装置，目前尚未广泛采用。的冷却装置，目前尚未广泛采用。 但但现在许多化工企业都将由原来的直流冷却水改为循环冷却水。采现在许多化工企业都将由原来的直流冷却水改为循环冷却水。采用化学处理法进行处理，即通过加入化学药品来防止冷却水系统的腐蚀、用化学处理法进行处理，即通过加入化学药品来防止冷却水系统的腐蚀、结垢何粘泥等问题，不仅提高了换热器的传热效率，又延长了设备的寿命。结垢何粘泥等问题，不仅提高了换热器的传热效率，又延长了设备的寿命。3.工业污水处理工业污水处理物理处理法物理处理法 利用物理作用，分离或回收废水中的不溶性固体物质利用物理作用，分离或回收废水中的不溶性固体物质,主要方主要方 法有法有筛滤、沉降、气浮、过滤、离心分离等。筛滤、沉降、气浮、过滤、离心分离等。物理化学处理法物理化学处理法 利用物理化学性质对污染物进一步进行处理的方法，如：利用物理化学性质对污染物进一步进行处理的方法，如： 吸附、浮选、吸附、浮选、电渗析、反渗透等。电渗析、反渗透等。3.工业污水处理工业污水处理化学处理法化学处理法 利用化学反应和传质过程，分离或回收利用化学反应和传质过程，分离或回收 溶解态和胶体态的污染物，主要方法有溶解态和胶体态的污染物，主要方法有 中和、混凝、氧化还原、电解、离子交中和、混凝、氧化还原、电解、离子交 换等方法。换等方法。生物处理法生物处理法 利用微生物作用，降解胶体和有机污染利用微生物作用，降解胶体和有机污染 物，主要方法有物，主要方法有活性污泥法、生物滤池、活性污泥法、生物滤池、 厌氧生物处理法、土地处理系统等。厌氧生物处理法、土地处理系统等。 在实际应用中，通常选择几种不同的处理方法在实际应用中，通常选择几种不同的处理方法组成一个废水处理系统进行有效净化，才能达标排组成一个废水处理系统进行有效净化，才能达标排放。放。课题二课题二工业用水的预处理工业用水的预处理教学目的与要求：教学目的与要求：1、了解工业用水预处理的内容、了解工业用水预处理的内容2、知道工业用水预处理的方法及原理、知道工业用水预处理的方法及原理3、熟悉工业用水预处理的工艺过程、熟悉工业用水预处理的工艺过程4、知道预处理的常用设备及功能、知道预处理的常用设备及功能教学任务清单：教学任务清单：一、简答一、简答: 1.简述石灰简述石灰-纯碱法处理高硬度水的原理。纯碱法处理高硬度水的原理。2.自来水脱氯的方法有哪些？并用化学反应方程式加以说明。自来水脱氯的方法有哪些？并用化学反应方程式加以说明。3.影响水的混凝处理效果的因素主要有哪些？影响水的混凝处理效果的因素主要有哪些？二、填空：二、填空： 1.石灰处理法处理水中暂时硬度的反应主要有石灰处理法处理水中暂时硬度的反应主要有、 、 、 四个。四个。 2. 水中胶体稳定的原因主要是水中胶体稳定的原因主要是、 、 三个方面。三个方面。 3.工业用水预处理中混凝处理的机理包括工业用水预处理中混凝处理的机理包括、 、 三个方面的作用。三个方面的作用。 是指在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微是指在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚为絮凝体，然后予以分离除去的水处理法。悬浮物凝聚为絮凝体，然后予以分离除去的水处理法。通过混凝法，可以去除废水中难以用沉降法去除的细通过混凝法，可以去除废水中难以用沉降法去除的细小颗粒、乳状油及胶体物质、有机物、重金属离子、小颗粒、乳状油及胶体物质、有机物、重金属离子、放射性物质等。放射性物质等。“混凝混凝”是是凝聚凝聚和和絮凝絮凝的总称（即混合和反应）的总称（即混合和反应）胶体失去稳定胶体失去稳定性的过程性的过程脱稳胶体脱稳胶体相互聚集相互聚集注：胶体是指颗粒粒径在注：胶体是指颗粒粒径在0.1m0.1m1nm1nm之间的物质。之间的物质。一、混凝处理一、混凝处理第一节第一节天然水中不溶性杂质的去除天然水中不溶性杂质的去除（主要为悬浮物和胶体杂质）（主要为悬浮物和胶体杂质）1.胶体的稳定性胶体的稳定性（指胶粒在水中能够长期保持悬浮分散的（指胶粒在水中能够长期保持悬浮分散的状态）状态）其原因主要有以下几个方面：其原因主要有以下几个方面：微粒的布朗运动（指粒径极小的颗粒所作的不规则运微粒的布朗运动（指粒径极小的颗粒所作的不规则运动。）动。）布朗运动是英国植物学家布朗通过实验发现的。布朗运动是英国植物学家布朗通过实验发现的。1827年，布朗把年，布朗把花粉放入水中，然后取出一滴这种悬浮液放在显微镜下观察，发现花花粉放入水中，然后取出一滴这种悬浮液放在显微镜下观察，发现花粉小颗粒在水中象着了魔似的不停运动，而且每个小颗粒的运动方向粉小颗粒在水中象着了魔似的不停运动，而且每个小颗粒的运动方向和速度都改变很快，不会停下来。这些小颗粒实际上是由上万个分子和速度都改变很快，不会停下来。这些小颗粒实际上是由上万个分子组成的分子团，由于受液体分子撞击不平衡，从而表现出无规则运动组成的分子团，由于受液体分子撞击不平衡，从而表现出无规则运动的情况的情况.悬浮物和胶体杂质因为颗粒小，质量轻，在水中各个方向受悬浮物和胶体杂质因为颗粒小，质量轻，在水中各个方向受到的水分子的撞击力不平衡，不停的作无规则高速运动并趋于均匀分到的水分子的撞击力不平衡，不停的作无规则高速运动并趋于均匀分散状态，故能够在水中稳定存在。散状态，故能够在水中稳定存在。微粒之间的静电斥力微粒之间的静电斥力胶体稳定的另一个原因是胶粒带有某种相同的电荷，微粒之间因为静电胶体稳定的另一个原因是胶粒带有某种相同的电荷，微粒之间因为静电作用力能够互相排斥而稳定。但同时它又能够与溶液中带相反电荷的离子发作用力能够互相排斥而稳定。但同时它又能够与溶液中带相反电荷的离子发生电性中和，而失去稳定性。生电性中和，而失去稳定性。微粒的水化作用微粒的水化作用由于胶体微粒带电荷能够吸附具有极性的水分子，在其表面形成一层水由于胶体微粒带电荷能够吸附具有极性的水分子，在其表面形成一层水化膜。化膜。2.混凝机理混凝机理（在水中加入混凝剂的主要目的是消除胶体的稳定性）（在水中加入混凝剂的主要目的是消除胶体的稳定性）其混凝机理包括以下三个方面：其混凝机理包括以下三个方面：反离子的压缩作用及电性中和作用反离子的压缩作用及电性中和作用在水中加入某些电解质后，由于电离或水解作用形成带相反电荷的离子在水中加入某些电解质后，由于电离或水解作用形成带相反电荷的离子或聚合体对水中的扩散层起压缩作用、对胶体微粒的电荷进行电性中和，使或聚合体对水中的扩散层起压缩作用、对胶体微粒的电荷进行电性中和，使胶粒之间的排斥力削弱，胶体颗粒通过吸附、碰撞产生凝聚而变大变重。胶粒之间的排斥力削弱，胶体颗粒通过吸附、碰撞产生凝聚而变大变重。胶体吸附与混凝剂的架桥作用胶体吸附与混凝剂的架桥作用在水中加入混凝剂后，在水中加入混凝剂后，沉淀物的网捕作用沉淀物的网捕作用混凝原理混凝原理注：在废水实际处理中，上述各种机理往往同时或交叉发挥作注：在废水实际处理中，上述各种机理往往同时或交叉发挥作用，只是依条件的不同而以其中的某一种起主导作用而已。用，只是依条件的不同而以其中的某一种起主导作用而已。3.网捕作用网捕作用1.反离子的压反离子的压缩作用和电性缩作用和电性中和作用中和作用2.吸附架桥吸附架桥作用作用废水中加入混凝剂后，主要发生了电性中和作用和废水中加入混凝剂后，主要发生了电性中和作用和吸附架桥作用以及沉淀物的吸附架桥作用以及沉淀物的网捕作用网捕作用，使污染物，使污染物微粒相互凝聚变大、变重而产生沉降微粒相互凝聚变大、变重而产生沉降。吸附架桥作用吸附架桥作用混凝剂经过水解反应和混凝剂经过水解反应和缩聚反应生成线型结构的高分子聚合物，缩聚反应生成线型结构的高分子聚合物，其两端分别吸附不同的其两端分别吸附不同的胶体微粒，长线型的两端胶体微粒之间进行吸附胶体微粒，长线型的两端胶体微粒之间进行吸附而而架桥。形成絮体，产生絮凝而沉降。架桥。形成絮体，产生絮凝而沉降。电性中和作用：电性中和作用：许多胶体杂质都带负电荷，在水中相互排斥不能凝聚长期保持稳定许多胶体杂质都带负电荷，在水中相互排斥不能凝聚长期保持稳定状态，加入混凝剂后，混凝剂发生水解产生的胶体微粒带有正电荷，当带状态，加入混凝剂后，混凝剂发生水解产生的胶体微粒带有正电荷，当带相反电荷的胶粒相互吸引，彼此中和了对方的相反电荷的胶粒相互吸引，彼此中和了对方的电荷，并吸附污染物颗粒变电荷，并吸附污染物颗粒变大变重而沉降。大变重而沉降。网捕作用：网捕作用：由于吸附架桥作用由于吸附架桥作用形成的空间网络结构对废水中形成的空间网络结构对废水中的污染物有捕集作用。的污染物有捕集作用。例如硫酸铝作混凝剂时所起的混凝作用表现在以例如硫酸铝作混凝剂时所起的混凝作用表现在以下三个方面：下三个方面：电离出电离出Al3+对扩散层起压缩作用，对胶体微对扩散层起压缩作用，对胶体微粒起电性中和作用粒起电性中和作用水解生成絮凝体水解生成絮凝体对悬浮物起网捕作用对悬浮物起网捕作用缩聚成高聚物缩聚成高聚物对胶体微粒等起吸附架桥作对胶体微粒等起吸附架桥作用用3、影响混凝效果的主要因素、影响混凝效果的主要因素废水的废水的PHPH值值 PHPH值的高低不但直接值的高低不但直接影响着污染物存在的形态影响着污染物存在的形态和表面性质，而且影响着和表面性质，而且影响着混凝剂的水解平衡及产物混凝剂的水解平衡及产物的存在形态和时间。的存在形态和时间。搅拌强度和搅拌时间搅拌强度和搅拌时间 混合阶段搅拌强度混合阶段搅拌强度大，时间短；反应阶段大，时间短；反应阶段搅拌强度小，时间长。搅拌强度小，时间长。水的浑浊度的影响水的浑浊度的影响直接影响混凝剂的添直接影响混凝剂的添加量的多少，一般地，加量的多少，一般地，浑浊度越大，添加的混浑浊度越大，添加的混凝剂量越少。凝剂量越少。水温水温 混凝剂的水解过混凝剂的水解过程需要吸热。温度越程需要吸热。温度越高，混凝效果越好。高，混凝效果越好。4、混凝剂和助凝剂、混凝剂和助凝剂混凝剂混凝剂包括无机混凝剂、有机混凝剂和包括无机混凝剂、有机混凝剂和高分子混凝剂三大类高分子混凝剂三大类见见P14表表2-1所示所示助凝剂助凝剂为了提高混凝效果添加的辅助药为了提高混凝效果添加的辅助药剂，如：剂，如：调节调节pH值的酸、碱溶液，以及改值的酸、碱溶液，以及改变金属变金属离子价态的氧化剂或还原剂和混离子价态的氧化剂或还原剂和混凝过程凝过程的活化剂等。的活化剂等。类别类别名称名称剂量范围剂量范围mg/Lmg/L最佳最佳PHPH值范围值范围应用特点应用特点无无机机盐盐类类硫酸铝硫酸铝AlAl2 2(SO(SO4 4) )3 35 550506 6左右左右混凝效果较好，使用方便；混凝效果较好，使用方便；最佳最佳PHPH值范围窄；值范围窄；使用水温：使用水温：20203030硫酸亚铁硫酸亚铁FeSOFeSO4 45 550508.58.511.011.0适用碱度及硬度均较高的水；适用碱度及硬度均较高的水；水温对混凝效果影响较小；水温对混凝效果影响较小；絮凝体形成快，较稳定；絮凝体形成快，较稳定；产品及溶液腐蚀性强产品及溶液腐蚀性强氯化铁氯化铁FeClFeCl3 34 440408.58.511.011.0处理高浊度水；处理高浊度水；絮凝体较坚固，沉淀性较好；絮凝体较坚固，沉淀性较好；固体产品吸湿性强，对包装运输不利固体产品吸湿性强，对包装运输不利无机高分子无机高分子混凝剂混凝剂聚合氯化铝聚合氯化铝（PACPAC）2 220205 59 9适用于低温低浊及高浊度水；适用于低温低浊及高浊度水；投药量少，混凝效果好；投药量少，混凝效果好；适用适用PHPH值范围广；值范围广；产品腐蚀性强产品腐蚀性强聚合硫酸铁聚合硫酸铁202060605 51111适用于低温低浊及高浊度水；适用于低温低浊及高浊度水；易溶于水；易溶于水；适用适用PHPH值范围广；值范围广；净化后水的净化后水的PHPH值与碱度变化幅度较小；值与碱度变化幅度较小；宜当日配置当日投加宜当日配置当日投加有机高分子有机高分子混凝剂混凝剂聚丙烯酰铵聚丙烯酰铵（PAMPAM）聚氧化乙烯聚氧化乙烯（PEOPEO）5 5以下以下视不同离子情况而定视不同离子情况而定聚合度高；聚合度高；对胶体表面有强吸附作用，在胶粒之间形成桥联对胶体表面有强吸附作用，在胶粒之间形成桥联4、混凝剂和助凝剂、混凝剂和助凝剂5.混凝处理过程混凝处理过程混合池混合池加入混凝剂和助加入混凝剂和助凝剂，时间凝剂，时间2分分钟，快速搅拌，钟，快速搅拌，充分混合。充分混合。反应池反应池反应过程需反应过程需要要30分钟。分钟。沉淀池沉淀池沉淀过程需要沉淀过程需要12小时。小时。出水出水进水进水二、沉淀与澄清二、沉淀与澄清1.沉淀池沉淀池水是按水平方向流过沉降区并完成沉淀过程的。池型呈长方形，水是按水平方向流过沉降区并完成沉淀过程的。池型呈长方形，废水从池的一端流人，水平方向流过池子，从池的另一端流出。在废水从池的一端流人，水平方向流过池子，从池的另一端流出。在池的进口处底部设贮泥斗，其它部位池底有坡度，倾向贮泥斗。池的进口处底部设贮泥斗，其它部位池底有坡度，倾向贮泥斗。平流沉淀池进水板沉淀区链带式刮泥机：链带式刮泥机：链带式刮泥机：链带式刮泥机：缺点是链带的支承和驱动缺点是链带的支承和驱动件都浸没于水中，易锈蚀，难保养。件都浸没于水中，易锈蚀，难保养。桥式行车刮泥机：桥式行车刮泥机：轨道设在池壁上，行车在轨道上移轨道设在池壁上，行车在轨道上移动，刮泥板伸入水中，将污泥刮入污泥斗中，由排泥动，刮泥板伸入水中，将污泥刮入污泥斗中，由排泥管排出。这种刮泥机不但运行灵活，而且保养维修都管排出。这种刮泥机不但运行灵活，而且保养维修都比较方便。比较方便。多斗式平流沉淀池：多斗式平流沉淀池：多斗式平流沉淀池：多斗式平流沉淀池：用于较小的平流沉淀用于较小的平流沉淀池，不设刮泥设备，池，不设刮泥设备，在沿池的长度方向设在沿池的长度方向设置多个泥斗，每个泥置多个泥斗，每个泥斗各自单独排泥，既斗各自单独排泥，既不相互干扰，也有利不相互干扰，也有利于保证污泥浓度。于保证污泥浓度。浅层沉降理论浅层沉降理论浅层沉降理论浅层沉降理论 在沉淀池有效在沉淀池有效容积一定的情况下，容积一定的情况下，池身越浅，沉淀面池身越浅，沉淀面积越大，去除效率积越大，去除效率也越高。也越高。斜板沉淀池工作原理斜板沉淀池工作原理斜板沉淀池工作原理斜板沉淀池工作原理 斜板沉淀池又称浅层沉斜板沉淀池又称浅层沉淀池，在池中将平行薄板按淀池，在池中将平行薄板按45456060倾斜设置，废水从倾斜设置，废水从斜板下面，通过薄板间通道斜板下面，通过薄板间通道向侧上方流去，悬浮物沉积向侧上方流去，悬浮物沉积在斜板上，自动滑落进入污在斜板上，自动滑落进入污泥斗。泥斗。斜板沉淀池沉淀原理斜板沉淀池沉淀原理 2.澄清池澄清池 澄清池的功能可以集絮凝反应过程和澄清分离过程澄清池的功能可以集絮凝反应过程和澄清分离过程 于一体。利用活性泥渣与原水进行二次接触发生混凝，一于一体。利用活性泥渣与原水进行二次接触发生混凝，一般为钢筋混凝土结构或砖石结构的池子。般为钢筋混凝土结构或砖石结构的池子。（1）基本原理：）基本原理：原水流入澄清池后，因为池中加入了原水流入澄清池后，因为池中加入了 较多的混凝剂，经过一定时间运行后较多的混凝剂，经过一定时间运行后 形成泥渣悬浮层（活性泥渣），随着形成泥渣悬浮层（活性泥渣），随着 原水不断的在澄清池中由下向上流原水不断的在澄清池中由下向上流 动，泥渣絮体由于重力作用在上升水动，泥渣絮体由于重力作用在上升水流中始终处于动态平衡状态。当原水通过活性泥渣层时，流中始终处于动态平衡状态。当原水通过活性泥渣层时，发生接触絮凝反应，原水中的悬浮物被絮体泥渣层阻留下发生接触絮凝反应，原水中的悬浮物被絮体泥渣层阻留下来，原水在上部被澄清。来，原水在上部被澄清。悬浮澄清池悬浮澄清池设备及流程设备及流程加药后的原水由下向上通过处于悬浮状态的泥渣层，使水中杂加药后的原水由下向上通过处于悬浮状态的泥渣层，使水中杂质与泥渣悬浮层的颗粒碰撞凝聚而分离沉淀的水池质与泥渣悬浮层的颗粒碰撞凝聚而分离沉淀的水池利用原水的动能，在水射器的作用下，利用原水的动能，在水射器的作用下，将池中的活性泥渣吸入和原水充分混合，将池中的活性泥渣吸入和原水充分混合，从而加强了水中固体颗粒间的接触和吸附从而加强了水中固体颗粒间的接触和吸附作用，形成良好的絮凝，加速了沉降速度作用，形成良好的絮凝，加速了沉降速度使水得到澄清。使水得到澄清。水力循环澄清池的工作原理：加了混水力循环澄清池的工作原理：加了混凝剂的原水从进水管道进入喷嘴，以高速凝剂的原水从进水管道进入喷嘴，以高速喷入喉管，在喉管的喇叭口周围形成真空，喷入喉管，在喉管的喇叭口周围形成真空，吸入大约吸入大约3倍于原水的泥渣量，经过泥渣倍于原水的泥渣量，经过泥渣与原水的迅速混合，进入渐扩管形的第一与原水的迅速混合，进入渐扩管形的第一反应室，以及第二反应室中进行混凝处理。反应室，以及第二反应室中进行混凝处理。喉管可以上、下移动以调节喷嘴和喉管的喉管可以上、下移动以调节喷嘴和喉管的间距，使等于喷嘴直径的间距，使等于喷嘴直径的12倍，并借此倍，并借此控制回流的泥渣量。水流从第二反应室进控制回流的泥渣量。水流从第二反应室进入分离室，由于断面积的突然扩大，流速入分离室，由于断面积的突然扩大，流速降低，泥渣就沉下来，其中一部分泥渣进降低，泥渣就沉下来，其中一部分泥渣进入泥渣浓缩斗定期予以排出，而大部分泥入泥渣浓缩斗定期予以排出，而大部分泥渣被吸入喉管进行回流，清水上升从集水渣被吸入喉管进行回流，清水上升从集水槽流出。槽流出。三、过滤三、过滤混凝沉淀处理后的原水还残留少量悬浮杂质，可以通过混凝沉淀处理后的原水还残留少量悬浮杂质，可以通过过滤的方法加以去除。过滤的方法加以去除。1.过滤过程过滤过程原水原水滤料的种类：滤料的种类：石英砂、无烟煤、活性炭等。石英砂、无烟煤、活性炭等。滤池的敷设：滤池的敷设：理论上应按粒径由小到大排列为宜，有利于截留悬浮杂理论上应按粒径由小到大排列为宜，有利于截留悬浮杂质，但在目前普遍采用逆粒度的方式排列效果更好，即：质，但在目前普遍采用逆粒度的方式排列效果更好，即：滤料粒度由大滤料粒度由大小小大排列的方式进行过滤。大排列的方式进行过滤。过滤周期：过滤周期：当过滤阻力增大，过滤速度缓慢时，需用清水进行反冲洗滤当过滤阻力增大，过滤速度缓慢时，需用清水进行反冲洗滤料，使其恢复过滤能力，两次反冲洗的间隔时间。料，使其恢复过滤能力，两次反冲洗的间隔时间。滤料滤料过滤过滤出水出水2.过滤设备过滤设备机械过滤器机械过滤器点点机械过滤器为压力机械过滤器为压力式过滤净化设备，经过式过滤净化设备，经过滤后的出水浊度在滤后的出水浊度在5mg/1以下，是电渗析以下，是电渗析装置，离子交换装置的装置，离子交换装置的前置处理设备前置处理设备，主要用，主要用于软化、除盐水的预处于软化、除盐水的预处理及循环冷却水、游泳理及循环冷却水、游泳池、印染、食品、化工池、印染、食品、化工等用水的净化处理。其等用水的净化处理。其原理是利用介质截流水原理是利用介质截流水中的悬浮物使出水澄清中的悬浮物使出水澄清.无无阀阀滤滤池池工作原理：工作原理：过滤原水从进水口流入过滤器，水自下而上通过过滤层，经过滤原水从进水口流入过滤器，水自下而上通过过滤层，经过联通渠进入出水箱，最后从出水管流出。随着拦截的悬浮物的增多，过联通渠进入出水箱，最后从出水管流出。随着拦截的悬浮物的增多，过滤阻力加大时，应当及时进行反冲洗。过滤阻力加大时，应当及时进行反冲洗。进进水水出出水水四、处理系统四、处理系统1.混凝、澄清、过滤系统混凝、澄清、过滤系统（由三大部分组成（由三大部分组成图图2-5）这种系统适用于地表水的预处理，主要是去除水中的这种系统适用于地表水的预处理，主要是去除水中的悬浮杂质，在原水中加入混凝剂后，水力搅拌器加速药剂的悬浮杂质，在原水中加入混凝剂后，水力搅拌器加速药剂的溶解与混合，再经过水力循环澄清池，最后进入无阀滤池过溶解与混合，再经过水力循环澄清池，最后进入无阀滤池过滤。滤。2.循环泥渣澄清重力式过滤净水池（由两大部分组成循环泥渣澄清重力式过滤净水池（由两大部分组成图图2-6）这种系统适用于工业锅炉用水等。处理后水，大大地降低了水的浑这种系统适用于工业锅炉用水等。处理后水，大大地降低了水的浑浊度。浊度。将絮凝、澄清和过滤工艺将絮凝、澄清和过滤工艺紧凑合理地组合成一体，能方紧凑合理地组合成一体，能方便地将一般地面水源原水净化便地将一般地面水源原水净化成符合卫生标准的生活用水，成符合卫生标准的生活用水，主要适用于广大农村、乡镇、主要适用于广大农村、乡镇、农场、部队营房和中小企事业农场、部队营房和中小企事业单位改善生活饮水水质使用，单位改善生活饮水水质使用，适用于工业用水软化，除盐工适用于工业用水软化，除盐工艺的水处理，同时也合于某些艺的水处理，同时也合于某些以分离去除水中悬浮物及胶体以分离去除水中悬浮物及胶体杂质为主要目的的接近中性的杂质为主要目的的接近中性的生产废水的净化使用。生产废水的净化使用。3.循环泥渣澄清、逆流过滤净水器循环泥渣澄清、逆流过滤净水器（由一个完整的系统组成（由一个完整的系统组成图图2-7）这种系统简化了预处理系统，投资少，占地面积小，同这种系统简化了预处理系统，投资少，占地面积小，同时可以直接与离子交换系统串联。但运行管理比较复杂一些。时可以直接与离子交换系统串联。但运行管理比较复杂一些。反应区反应区污污泥泥区区悬浮层悬浮层分离区分离区过滤层过滤层清水区清水区原水原水出水出水污污泥泥桶桶排泥排泥第二节第二节除铁与除氯处理除铁与除氯处理一、水的除铁处理一、水的除铁处理地表水硬度较低地表水硬度较低,悬浮物含量大。地下水浊悬浮物含量大。地下水浊度低，硬度高，且含铁、锰。水中含铁除了在度低，硬度高，且含铁、锰。水中含铁除了在生活上和工业生产中带来危害外，对工业锅炉、生活上和工业生产中带来危害外，对工业锅炉、印染、化工、制药及水处理的危害也不能低估。印染、化工、制药及水处理的危害也不能低估。对水处理而言，因为二价铁离子极容易污染交对水处理而言，因为二价铁离子极容易污染交换树脂，造成树脂因铁中毒而影响交换能力。换树脂，造成树脂因铁中毒而影响交换能力。当用含铁水作为锅炉给水时，容易在锅炉受热当用含铁水作为锅炉给水时，容易在锅炉受热面结成铁垢，影响传热效果及产生垢下腐蚀。面结成铁垢，影响传热效果及产生垢下腐蚀。1.曝气除铁法曝气除铁法 Fe2+O2+H2O Fe（OH）3+H+ 生成的氢氧化铁可以与水中的吸附杂质产生吸附架桥作用，达到净生成的氢氧化铁可以与水中的吸附杂质产生吸附架桥作用，达到净化水的目的。化水的目的。 其曝气的方法主要有：其曝气的方法主要有：喷淋式曝气喷淋式曝气 见见P27图图2-8跌水曝气跌水曝气 见见P28图图2-92.接触催化氧化法接触催化氧化法 利用氧化的方法将水中低价铁离子和低价锰离子氧化成高价利用氧化的方法将水中低价铁离子和低价锰离子氧化成高价铁离子和高价锰离子，再经过吸咐过滤去除，达到降低水中铁锰铁离子和高价锰离子，再经过吸咐过滤去除，达到降低水中铁锰含量的目的。滤料采用精制石英砂或锰砂。二价铁含量的目的。滤料采用精制石英砂或锰砂。二价铁(Fe2+)具有较具有较强的还原性，它容易被氧化剂（如氧气、氯气、高锰酸钾等）氧强的还原性，它容易被氧化剂（如氧气、氯气、高锰酸钾等）氧化成三价铁（化成三价铁（Fe3+)。Fe3+在水中容易发生水解反应，生成难溶在水中容易发生水解反应，生成难溶的化合物的化合物Fe(OH)3沉淀析出，从而达到除铁目的。锰砂除铁是沉淀析出，从而达到除铁目的。锰砂除铁是常用方法。天然锰砂的主要成份是二氧化锰（常用方法。天然锰砂的主要成份是二氧化锰（MnO2),它是二价它是二价铁氧化成三价铁的催化剂，由此而生成的铁氧化成三价铁的催化剂，由此而生成的Fe3+立即被水分解成立即被水分解成絮状氢氧化铁而沉淀，铁被去除。采用曝气加氧与锰砂联合除铁絮状氢氧化铁而沉淀，铁被去除。采用曝气加氧与锰砂联合除铁是常用除铁方法。是常用除铁方法。过滤除铁装置过滤除铁装置天然锰砂天然锰砂进水进水出水出水二、自来水的除氯处理二、自来水的除氯处理它的主要作用是去除水体中的余氯，包括化合性余它的主要作用是去除水体中的余氯，包括化合性余氯和游离性余氯氯和游离性余氯ClO-（次氯酸根离子）、（次氯酸根离子）、HClO（次氯酸）、（次氯酸）、Cl2（氯气）等，将自来水中的氯元素变成对人身体无害或（氯气）等，将自来水中的氯元素变成对人身体无害或者有益的元素。通常采用化学还原法和活性炭脱氯法。者有益的元素。通常采用化学还原法和活性炭脱氯法。1.化学还原法（常用的还原剂有化学还原法（常用的还原剂有SO2和和Na2SO3）HClO+SO2H2SO4+HClHClO+Na2SO3Na2SO4+HClNa2SO3+O2Na2SO4（自来水脱氧）（自来水脱氧）2.活性炭脱氯法活性炭脱氯法HClOHCl+OC吸附吸附OCOC吸附吸附OCO2第三节高硬度与高碱度水的预处理第三节高硬度与高碱度水的预处理一、石灰处理一、石灰处理对处理碳酸盐硬度（暂时硬度）效果比较好。对处理碳酸盐硬度（暂时硬度）效果比较好。1.原理原理CaO+H2OCa(OH)2Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2OCa(OH)2+Ca(HCO3)2CaCO3+H2OCa(OH)2+Mg(HCO3)2CaCO3+MgCO3+H2OCa(OH)2+MgCO3CaCO3+Mg(OH)2能同时去除水中的铁和硅：能同时去除水中的铁和硅：Ca(OH)2+Fe(HCO3)2+O2Fe(OH)3+CaCO3+H2OSiO2+Ca(OH)2CaSiO3+H2O但不能除去非碳酸盐硬度与过剩的碱度。但不能除去非碳酸盐硬度与过剩的碱度。MgSO4+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaSO4MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaCl2NaHCO3+Ca(OH)2CaCO3+Na2CO3+H2O2.石灰的用量石灰的用量可根据化学反应方程式进行估算，见教材可根据化学反应方程式进行估算，见教材P333.石灰处理后的水质石灰处理后的水质 经过处理后的水大部分的碳酸盐硬度被去除、碱度经过处理后的水大部分的碳酸盐硬度被去除、碱度降低、部分有机物被去除、硅化合物降低、铁的残留量降低、部分有机物被去除、硅化合物降低、铁的残留量较少。较少。4.石灰处理系统石灰处理系统澄清池石灰处理系统澄清池石灰处理系统P35图图2-10 （这种系统适用于镁（这种系统适用于镁 硬度较大的水处理，硬度较大的水处理，因为因为Mg(OH)2沉淀比较疏松，水分较多，呈絮凝状）沉淀比较疏松，水分较多，呈絮凝状）涡流反应器石灰处理系统涡流反应器石灰处理系统P35图图2-11 （这种系统适用（这种系统适用 于钙硬度较大的于钙硬度较大的水处理，因为水处理，因为Ca(OH)2沉淀比较致密、密度大、沉降速沉淀比较致密、密度大、沉降速度大。）度大。）二、石灰二、石灰-纯碱处理纯碱处理可以同时去除碳酸盐硬度（暂时硬度）和非碳酸可以同时去除碳酸盐硬度（暂时硬度）和非碳酸盐硬度（永久硬度）盐硬度（永久硬度）。1.反应原理反应原理加入石灰的作用：去除碳酸盐硬度（暂时硬度）加入石灰的作用：去除碳酸盐硬度（暂时硬度）CaO+H2OCa(OH)2Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2OCa(OH)2+Ca(HCO3)2CaCO3+H2OCa(OH)2+Mg(HCO3)2CaCO3+MgCO3+H2OCa(OH)2+MgCO3CaCO3+Mg(OH)2能同时去除水中的铁和硅：能同时去除水中的铁和硅：Ca(OH)2+Fe(HCO3)2+O2Fe(OH)3+CaCO3+H2OSiO2+Ca(OH)2CaSiO3+H2O但不能除去非碳酸盐硬度与过剩的碱度。但不能除去非碳酸盐硬度与过剩的碱度。MgSO4+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaSO4MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaCl2NaHCO3+Ca(OH)2CaCO3+Na2CO3+H2O加入纯碱的作用：去除非碳酸盐硬度（永久硬度）加入纯碱的作用：去除非碳酸盐硬度（永久硬度）MgSO4+Na2CO3MgCO3+Na2SO4MgCl2+Na2CO3MgCO3+2NaClCaSO4+Na2CO3CaCO3+Na2SO4CaCl2+Na2CO3CaCO3+2NaClCa(OH)2+MgCO3CaCO3+Mg(OH)22.加药量的计算加药量的计算加入石灰的量：加入石灰的量：可根据化学反应方程式进行估算，见教材可根据化学反应方程式进行估算，见教材P33加入纯碱的量：加入纯碱的量：可按以下公式进行估算见教材可按以下公式进行估算见教材P36G纯碱纯碱=106（非碳酸盐硬度（非碳酸盐硬度+过剩纯碱量）过剩纯碱量）/纯碱的纯度纯碱的纯度mmol/L0.50.7mmol/Lmg/L3.软化极限软化极限增加纯碱可以降低钙硬度（控制增加纯碱可以降低钙硬度（控制pH值约在值约在8.39.5左右）左右）增加石灰可以降低镁硬度（控制增加石灰可以降低镁硬度（控制pH值约在值约在10.3以上即可。）以上即可。）石灰石灰-纯碱处理的工艺可以分为：纯碱处理的工艺可以分为：冷法：冷法：操作温度与原水温度相同，其出水硬度一般为操作温度与原水温度相同，其出水硬度一般为0.50.8mmol/L。温法：温法：操作温度为操作温度为50其出水硬度一般为其出水硬度一般为0.30.6mmol/L。mmol/L热法：热法：操作温度为操作温度为100其出水硬度一般为其出水硬度一般为0.050.2mmol/L。mmol/L4.水的酸化水的酸化通入通入CO2进行酸化：进行酸化：CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2O（控制（控制pH值约在值约在10以上）以上）采用部分原水混合法采用部分原水混合法将将6090的原水经过石灰的原水经过石灰-纯碱处理，其余纯碱处理，其余1040的原水的原水与软化处理后的水进行混合，从而达到中和碱度、降低硬度的目的。与软化处理后的水进行混合，从而达到中和碱度、降低硬度的目的。5.石灰石灰-纯碱处理系统纯碱处理系统纯碱清液的配制与孔板加药系统纯碱清液的配制与孔板加药系统见教材见教材P38图图2-12纯碱纯碱电动吊车输送至溶解箱内，经过水力搅拌溶解配制成电动吊车输送至溶解箱内，经过水力搅拌溶解配制成510的溶液的溶液用药液泵送到加药灌内用药液泵送到加药灌内通过水力排挤到水管。通过水力排挤到水管。热法石灰热法石灰-纯碱软化处理系统纯碱软化处理系统见教材见教材P38图图2-13由加药、沉淀软化和过滤三部分组成。由加药、沉淀软化和过滤三部分组成。课题三课题三 水的离子交换软化处理水的离子交换软化处理教学目的与要求：教学目的与要求： 1、了解水的离子交换基础知识、了解水的离子交换基础知识 2、知道水的离子交换处理的方法及原理、知道水的离子交换处理的方法及原理 3、熟悉离子交换水处理工艺过程常用设备、熟悉离子交换水处理工艺过程常用设备 4、知道离子交换水处理附属设备及运行管理、知道离子交换水处理附属设备及运行管理 教学任务清单：见教材教学任务清单：见教材P84一、解释或简答一、解释或简答: 1.诠释下列符号的含义诠释下列符号的含义 0017 2017 D111二、简答：二、简答：1.什么叫全交换容量？什么叫工作交换容量？什么叫全交换容量？什么叫工作交换容量？2.固定床离子交换水处理设备的特点是什么？固定床离子交换水处理设备的特点是什么？3.在交换树脂的使用与保管过程中，对新树脂在使用前应怎样处理？在交换树脂的使用与保管过程中，对新树脂在使用前应怎样处理？4.树脂污染后应怎样处理？树脂应怎样保管？树脂污染后应怎样处理？树脂应怎样保管？三、填空：三、填空：1.离子交换树脂由离子交换树脂由、 、 三部分组成，它们各自的作用分三部分组成，它们各自的作用分别是别是、 、 。 2.离子交换树脂的交换反应主要有离子交换树脂的交换反应主要有、 、 三大类。三大类。 3.离子交换器及其附属设备常用的防腐蚀材料主要有离子交换器及其附属设备常用的防腐蚀材料主要有、 、 、 、 等。等。4.离子交换器的工作过程分为离子交换器的工作过程分为、 两个阶段。两个阶段。5.顺流再生固定床的工作过程顺流再生固定床的工作过程分为分为、 、 、 、 五个步骤。五个步骤。第一节第一节离子交换基础知识离子交换基础知识离子交换法及其原理离子交换法及其原理利用离子交利用离子交换剂组成中可供交换剂组成中可供交换的离子去交换废换的离子去交换废水中的阴阳离子，水中的阴阳离子，以达到离子置换、以达到离子置换、分离、去除、浓缩分离、去除、浓缩等目的。等目的。这种方法只这种方法只能能用于低浓度水用于低浓度水的处理。的处理。离子交换除盐过程：离子交换除盐过程：离子交换是将水中的离子和离子交换树脂离子交换是将水中的离子和离子交换树脂上的功能基团所进行的等电荷反应。它利用阴、上的功能基团所进行的等电荷反应。它利用阴、阳离子交换树脂上的活性基团对水中阴、阳离阳离子交换树脂上的活性基团对水中阴、阳离子的不同选择性吸附特性，在水与离子交换树子的不同选择性吸附特性，在水与离子交换树脂接触的过程中，阴离子交换树脂中的氢氧根脂接触的过程中，阴离子交换树脂中的氢氧根离子（离子（OH）等同溶解在水中的阴离子（例）等同溶解在水中的阴离子（例如如CI等）进行交换，阳离子交换树脂中的氢等）进行交换，阳离子交换树脂中的氢离子（离子（H）等同溶解在水中的阳离子（例如）等同溶解在水中的阳离子（例如Na等）交换。从而使溶解在水中的阴阳离等）交换。从而使溶解在水中的阴阳离子被去除以达纯化的目的。子被去除以达纯化的目的。一、离子交换树脂一、离子交换树脂离子交换剂离子交换剂阴离子交换树脂阴离子交换树脂1.离子交换树脂的结构、孔型和排号离子交换树脂的结构、孔型和排号离子交换树脂的组成：离子交换树脂的组成：由三个部分组成，即：由三个部分组成，即：单体：单体：能聚合成高分子化合物的低分子有机物，是树脂的主要组成成分。能聚合成高分子化合物的低分子有机物，是树脂的主要组成成分。交联剂：交联剂：是固定树脂形状和增强树脂机械强度的成分，常用交联度表示是固定树脂形状和增强树脂机械强度的成分，常用交联度表示塔在树脂中的百分含量。塔在树脂中的百分含量。交换基团：交换基团：是连接在单体上的具有活性离子的基团。是可共交换的活性是连接在单体上的具有活性离子的基团。是可共交换的活性基团。基团。简单表示为：简单表示为：阳离子交换树脂阳离子交换树脂RH（是一种高分子电解质）（是一种高分子电解质）阴离子交换树脂阴离子交换树脂ROH（是一种高分子电解质）（是一种高分子电解质）其中其中:R为树脂中的惰性母体；为树脂中的惰性母体；H、OH为树脂中的活性基团，即可供交换的成分。为树脂中的活性基团，即可供交换的成分。树脂内部结构树脂内部结构凝胶型凝胶型:孔径较小，适合去除无机物离子。孔径较小，适合去除无机物离子。大孔型：孔径较大，适合去除大分子杂质大孔型：孔径较大，适合去除大分子杂质国产离子交换树脂的排号国产离子交换树脂的排号一般主要由三位阿拉伯数字组成。一般主要由三位阿拉伯数字组成。从左到右第一位数字：从左到右第一位数字：代表产品交换基团的性质。（代表产品交换基团的性质。（分类代号分类代号，如：强，如：强酸性、强碱性）酸性、强碱性）第二位数字：第二位数字：代表骨架组成。（代表骨架组成。（骨架代号骨架代号，如：苯乙烯树脂系、酚醛树，如：苯乙烯树脂系、酚醛树脂系、环氧树脂系）脂系、环氧树脂系）第三位数字：为顺序号第三位数字：为顺序号，区别交换基团或交联剂的差异。，区别交换基团或交联剂的差异。凡大孔型树脂：凡大孔型树脂：数字前面加数字前面加D.见教材见教材P42表表3-1.实例：实例：2017强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，交联度为强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，交联度为70017强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，交联度为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，交联度为7D111大孔型弱酸性苯烯酸系阳离子交换树脂。大孔型弱酸性苯烯酸系阳离子交换树脂。D0117表示大孔强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，其交联度表示大孔强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，其交联度为为7。2.离子交换树脂的性能离子交换树脂的性能离子交换树脂的物理性能离子交换树脂的物理性能形状形状 一般呈球形，要求圆球率大于一般呈球形，要求圆球率大于90，水流阻力小，装填量，水流阻力小，装填量 大。大。粒度粒度 要求大小合适，一般为要求大小合适，一般为1650目（目（1.20.3mm）颜色颜色 不同树脂颜色不同，其颜色不影响其使用，但是在使用过不同树脂颜色不同，其颜色不影响其使用，但是在使用过 程中发生颜色变化，应考虑是树脂受到了污染。程中发生颜色变化，应考虑是树脂受到了污染。含水率含水率 指树脂在水中充分膨胀时的湿树脂所含有的溶胀水的质量指树脂在水中充分膨胀时的湿树脂所含有的溶胀水的质量 分数，分数，含水率含水率 的高低反映了的高低反映了树脂交联度的大小，一般交联树脂交联度的大小，一般交联 度越大，含水率越小，反之，含水率越高。例如交联度在度越大，含水率越小，反之，含水率越高。例如交联度在 1 2 时，含水率达时，含水率达90以上。这时的树脂就像胶以上。这时的树脂就像胶水水 一样，没有固定的形状。一样，没有固定的形状。溶涨性溶涨性 干树脂进入水中体积膨胀的性质。干树脂进入水中体积膨胀的性质。密度密度 分干密度和湿密度（应用较多）。一般湿真密度（颗粒分干密度和湿密度（应用较多）。一般湿真密度（颗粒 密度）在密度）在1.041.3g/ml（颗粒真实体积）（颗粒真实体积）,湿视密度湿视密度（颗粒（颗粒 的堆积密度）在的堆积密度）在0.60.85g/ml（颗粒堆积体积）（颗粒堆积体积）,离子交换剂的特点离子交换剂的特点交换作用严格按交换作用严格按等当量等当量进行进行交换作用具有交换作用具有可逆性可逆性交换剂对交换离子有交换剂对交换离子有选择性选择性离子交换树脂的选离子交换树脂的选择性是水处理中选择性是水处理中选择树脂和确定处理择树脂和确定处理工艺的主要依据之工艺的主要依据之一。一。离子交换树脂的化学性能离子交换树脂的化学性能酸、碱性酸、碱性 离子交换树脂是一种高分子电解质。离子交换树脂是一种高分子电解质。 酸性阳离子交换树脂酸性阳离子交换树脂:RSO3H RSO3-+H+ RCOOH RCOO-+H+ 碱性阴离子交换树脂碱性阴离子交换树脂:R NOH R N+ + OH- R NHOH R NH+ + OH- 所以不同类型的离子交换树脂，在使用过程中都有一定的有效所以不同类型的离子交换树脂，在使用过程中都有一定的有效pH值范围。值范围。离子交换树脂的交换反应离子交换树脂的交换反应 强型离子交换树脂的离子交换反应：强型离子交换树脂的离子交换反应：中性盐的分解反应中性盐的分解反应RSO3H +NaCl RSO3Na +HCl中和反应中和反应RSO3H +NaOH RSO3Na +H2O 复分解反应复分解反应RSO3Na +CaCl2 （RSO3）2Ca +NaCl弱型离子交换树脂的离子交换反应：原理同上弱型离子交换树脂的离子交换反应：原理同上 见教材见教材 P44非中性盐的分解反应非中性盐的分解反应 R（COOH ）2 +Ca(HCO3)2 R（COO ）2 Ca +H2CO3中和反应中和反应 复分解反应复分解反应离子交换树脂的化学性能离子交换树脂的化学性能酸、碱性酸、碱性离子交换树脂是一种高分子电解质。离子交换树脂是一种高分子电解质。酸性阳离子交换树脂酸性阳离子交换树脂:RSO3HRSO3-+H+RCOOHRCOO-+H+碱性阴离子交换树脂碱性阴离子交换树脂:RNOHRN+OH-RNHOHRNH+OH-所以不同类型的离子交换树脂，在使用过程中都有一定的有效所以不同类型的离子交换树脂，在使用过程中都有一定的有效pH值范围。值范围。离子交换树脂的交换反应离子交换树脂的交换反应强型离子交换树脂的离子交换反应：强型离子交换树脂的离子交换反应：中性盐的分解反应中性盐的分解反应RSO3H+NaClRSO3Na+HCl中和反应中和反应RSO3H+NaOHRSO3Na+H2O复分解反应复分解反应RSO3Na+CaCl2（RSO3）2Ca+NaCl弱型离子交换树脂的离子交换反应：原理同上弱型离子交换树脂的离子交换反应：原理同上见教材见教材P44非中性盐的分解反应非中性盐的分解反应R（COOH）2+Ca(HCO3)2R（COO）2Ca+H2CO3中和反应中和反应复分解反应复分解反应3.交换树脂的使用与保管交换树脂的使用与保管新树脂使用前的处理新树脂使用前的处理食盐水浸泡食盐水浸泡用二倍于用二倍于树脂体积的树脂体积的10食盐水浸泡食盐水浸泡1820小时以小时以上，放掉食盐水后用水冲洗上，放掉食盐水后用水冲洗树脂致溶液不呈黄色。树脂致溶液不呈黄色。稀盐酸浸泡稀盐酸浸泡用二倍于用二倍于树脂体积的树脂体积的5盐酸溶液浸泡盐酸溶液浸泡24小时以小时以上，放掉盐酸后用水冲洗上，放掉盐酸后用水冲洗树脂致排出水为中性。树脂致排出水为中性。稀氢氧化钠浸泡稀氢氧化钠浸泡用二倍于用二倍于树脂体积的树脂体积的24氢氧化钠溶液浸泡氢氧化钠溶液浸泡24小时以上，放掉碱液后用水冲洗小时以上，放掉碱液后用水冲洗树脂致排出水树脂致排出水为中性。为中性。树脂在使用中应注意的问题树脂在使用中应注意的问题保持树脂强度保持树脂强度减少各种因素对树脂的磨损。如机械、物理、化学等减少各种因素对树脂的磨损。如机械、物理、化学等方面的因素的影响。方面的因素的影响。保持树脂的稳定性保持树脂的稳定性避免各种因素对树脂的污染。如各种金属元素、避免各种因素对树脂的污染。如各种金属元素、细菌、有机物等的影响。细菌、有机物等的影响。树脂污染后的处理树脂污染后的处理树脂层的灭菌树脂层的灭菌用用1的甲醛溶液浸泡数小时，用清水冲洗干净。的甲醛溶液浸泡数小时，用清水冲洗干净。有机物的清除有机物的清除用无油压缩空气冲刷树脂，然后用水反洗。用用无油压缩空气冲刷树脂，然后用水反洗。用10热热食盐水或用食盐水或用10食盐水与食盐水与5氢氧化钠复合溶液进行处氢氧化钠复合溶液进行处理。理。铁、铝及其氧化物的去除铁、铝及其氧化物的去除用用1015稀盐酸处理，再用相应的再生剂稀盐酸处理，再用相应的再生剂转型处理。转型处理。树脂中沉淀物的去除树脂中沉淀物的去除在处理过程中由于硫酸根参与反应，生成硫酸盐在处理过程中由于硫酸根参与反应，生成硫酸盐沉淀，可用沉淀，可用5稀盐酸逆向清洗。稀盐酸逆向清洗。树脂的保管树脂的保管湿法保存湿法保存防止干燥而破损防止干燥而破损用食盐水浸泡，再加水稀释，要勤换水，避免细用食盐水浸泡，再加水稀释，要勤换水，避免细菌繁殖污染树脂。菌繁殖污染树脂。保存保存的最佳温度为的最佳温度为520无保温条件时，可以存放在一定浓度的食盐无保温条件时，可以存放在一定浓度的食盐水中。水中。防止被重压和接触污染物防止被重压和接触污染物盐型封存保持稳定盐型封存保持稳定使用过的树脂需要转变成出厂时的盐型进行保使用过的树脂需要转变成出厂时的盐型进行保管。管。二、离子交换器的工作过程二、离子交换器的工作过程1.离子交换反应离子交换反应硬水软化的离子交换反应硬水软化的离子交换反应 交换：交换： R(SO3Na)2+Ca2+ R(SO3)2Ca+2Na+ R(SO3Na)2+Mg2+ R(SO3)2Mg+2Na+ 再生：再生：R(SO3)2Ca+2Na+ R(SO3Na)2+Ca2+ R(SO3)2Mg+2Na+ R(SO3Na)2+Mg2+除盐系统阳床离子交换反应除盐系统阳床离子交换反应交换剂为交换剂为RSO3H Ca2+ Ca交换：交换： R（SO3H）2+Mg2+ R（SO3）2 Mg+H+ Na Na Ca Ca2+再生：再生： R（SO3）2 Mg+HCl R（SO3H）2+Mg2+ Na Na+除盐系统阴床离子交换反应除盐系统阴床离子交换反应交换剂为交换剂为RNOH与阳床出水中的阴离子发生交换。与阳床出水中的阴离子发生交换。反应为：反应为：H2SO4SO4R（NOH）2+HClR（N）2Cl2+H2OH2（HSiO3）2(HSiO3)2再生：见教材再生：见教材P49SO4Na2SO4R（N）2Cl2+NaOHR（NOH）2+NaCl(HSiO3)2Na2(HSiO3)2混合床离子交换反应混合床离子交换反应是将阴阳离子交换树脂放在同一交换器内，运是将阴阳离子交换树脂放在同一交换器内，运行时水中的阴阳离子几乎同时发生几乎反应。行时水中的阴阳离子几乎同时发生几乎反应。见教材见教材P50。Ca(HCO3)2CaR（SO3H）2+Mg(HSiO3)2R（SO3）2Mg+H2O（阳离子交换）（阳离子交换） Na2R（NOH）2+Na2SO4SO4NaClR（N）2Cl2（阴离子交换）（阴离子交换）NaHCO3(HCO3)2NaHSiO3(HSiO3)22.离子交换器的运行过程（在交换器内原水中的去除离子与离子交换器的运行过程（在交换器内原水中的去除离子与树脂中可供交换的离子树脂中可供交换的离子自上而下进行动态交换的工作过程，树脂层经历了三个阶段）自上而下进行动态交换的工作过程，树脂层经历了三个阶段）交换带的形成交换带的形成交换带的下移交换带的下移（交换带以上是失效层、（交换带以上是失效层、接着是工作层、接着是工作层、以下是未交换层）以下是未交换层）交换带的消失交换带的消失（在正常运行过程中，失效层（在正常运行过程中，失效层不断增大、工作层基本不变，不断增大、工作层基本不变，未交换层不断缩小，工作层未交换层不断缩小，工作层不断下移，交换带的下断达到不断下移，交换带的下断达到树脂底部，这时就要停止运行。）树脂底部，这时就要停止运行。）进水进水出水出水交换带的形成交换带的形成交换带下移交换带下移交换带消失交换带消失3.离子交换器的再生过程离子交换器的再生过程离子交换器运行到出水水质不能满足用水要求时，就离子交换器运行到出水水质不能满足用水要求时，就必须停止工作，恢复交换器内树脂的活性，这个过程叫树必须停止工作，恢复交换器内树脂的活性，这个过程叫树脂的再生。脂的再生。再生方式再生方式顺流再生顺流再生再生液与离子交换水流方向相同。（比较传再生液与离子交换水流方向相同。（比较传统，存在再生液利用率不高（统，存在再生液利用率不高（37左右），处左右），处理水水质教差等缺点。）理水水质教差等缺点。）原水原水再升液再升液顺流再生顺流再生P56图图31及及32离子离子交换交换树脂树脂对（逆）流再生对（逆）流再生再生液与离子交换水流方再生液与离子交换水流方向相反。再生液浓度与树向相反。再生液浓度与树脂失效程度成反比关系，脂失效程度成反比关系，有利于树脂的再生反应。有利于树脂的再生反应。原水原水离子离子对对（逆）（逆）流再流再生生再生再生液与液与离子离子交换交换水流水流方方向相向相反。反。再生再生液浓液浓度与度与树树脂失脂失效程效程度成度成反比反比关系，关系，有利有利于树于树脂的脂的再生再生反应。反应。交换交换树脂树脂再升液再升液再生时，再生液首先接触的再生时，再生液首先接触的是失效程度最低的树脂层，依次是失效程度最低的树脂层，依次向失效程度较高的树脂层移动向失效程度较高的树脂层移动,而而再生液中的交换离子浓度也逐渐再生液中的交换离子浓度也逐渐降低，有利于向再生反应方向进降低，有利于向再生反应方向进行。提高了再生液的利用率，可行。提高了再生液的利用率，可以达到以达到7585左右。左右。再生剂用量再生剂用量再生剂利用率约为再生剂利用率约为3050，所以，所以再生剂的用量应为理论量的再生剂的用量应为理论量的23倍，交换剂的再生程度也只能达到倍，交换剂的再生程度也只能达到6080.一般地：一般地：NaCl（工业）（工业）80150kg/m2树脂树脂HCl（工业）（工业）50100kg/m2树脂（按树脂（按100浓度计）浓度计）H2SO4（工业）（工业）80150kg/m2树脂树脂再生剂浓度再生剂浓度再生剂浓度要合适才有利于交换剂的再生，浓度过高，再生剂浓度要合适才有利于交换剂的再生，浓度过高，再生产物浓度高，再生反应受到阻碍。浓度过底，再生再生产物浓度高，再生反应受到阻碍。浓度过底，再生反应不彻底反应不彻底.如：对如：对0017（交联度为（交联度为7强酸型苯乙烯强酸型苯乙烯系离子交系离子交换树脂换树脂）而言：）而言：NaCl38HCl25H2SO4（1）0.52（2）35，通过两步再生是为了防止通过两步再生是为了防止CaSO4沉淀的生成避免影响树脂沉淀的生成避免影响树脂的活性。的活性。再生液流速再生液流速指再生液通过树脂层的速度，控制再生液的流指再生液通过树脂层的速度，控制再生液的流速就是为了保证再生液与树脂之间有一个适当速就是为了保证再生液与树脂之间有一个适当的接触时间。的接触时间。一般地：线速度（一般地：线速度（LV）控制在）控制在48m/h,体积流速体积流速SV控控制在制在2.55m3/m3.h。再生液纯度再生液纯度提高纯度可以保证再生过程的顺利进行和不提高纯度可以保证再生过程的顺利进行和不影响交换器的出水水质。影响交换器的出水水质。例如：对食盐再生液，可以采取以下措施保证其纯度。例如：对食盐再生液，可以采取以下措施保证其纯度。使用等级较高的食盐使用等级较高的食盐妥善保存，避免污染（特别是含钙、镁、铁等杂质的污染）妥善保存，避免污染（特别是含钙、镁、铁等杂质的污染）用软化水溶解食盐）用软化水溶解食盐）4.离子交换器中树脂的利用率离子交换器中树脂的利用率离子交换树脂在工作过程中，运行时不能完全被饱和离子交换树脂在工作过程中，运行时不能完全被饱和（交换），运行终点时树脂饱和（交换）程度越大，未被（交换），运行终点时树脂饱和（交换）程度越大，未被交换的树脂量越小，树脂的利用率越高。再生也不能完全交换的树脂量越小，树脂的利用率越高。再生也不能完全被再生，树脂再生程度越大恢复的活性越高，树脂的利用被再生，树脂再生程度越大恢复的活性越高，树脂的利用率越高。率越高。离子交换法一般工艺过程离子交换法一般工艺过程（一）（一）交换阶段交换阶段 利用离子利用离子交换树脂的交交换树脂的交换能力，从废换能力，从废水中分离脱除水中分离脱除需要去除的离需要去除的离子。子。（二）（二）反冲洗阶段反冲洗阶段（三）（三）再生阶段再生阶段（四）（四）清洗阶段清洗阶段目的是松动树目的是松动树脂，使再生液能均脂，使再生液能均匀渗入层中，与交匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；换剂颗粒充分接触；把过滤过程中产生把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的破碎粒子和截留的污物冲走。的污物冲走。洗涤残留洗涤残留的再生液和再的再生液和再生时可能出现生时可能出现的反应产物。的反应产物。用食盐水或稀盐用食盐水或稀盐酸浸泡树脂，恢酸浸泡树脂，恢复树脂的活性。复树脂的活性。第二节第二节固定床离子交换水处理工艺固定床离子交换水处理工艺固定床：交换剂在静止的条件下运行的离子交换器。其特固定床：交换剂在静止的条件下运行的离子交换器。其特点是原水的交换净化与交换剂的再生在同一设备内点是原水的交换净化与交换剂的再生在同一设备内进行。进行。固定床阴、阳离子交换器固定床阴、阳离子交换器固定床通常固定床通常有顺流再生、逆有顺流再生、逆流再生和浮动床流再生和浮动床三大类三大类一、顺流再生离子交换水处理工艺一、顺流再生离子交换水处理工艺1.顺流再生离子交换器结构（进水、出水、进再生液）见教材顺流再生离子交换器结构（进水、出水、进再生液）见教材P56图图3-1和图和图3-2进水进水出水出水进再生液进再生液进水装置的作用：进水装置的作用：运行时均匀配水，满足最大进水量的要求，反洗时通运行时均匀配水，满足最大进水量的要求，反洗时通过过进水装置进水装置将积留的悬浮物和破碎的树脂随反洗水排出。将积留的悬浮物和破碎的树脂随反洗水排出。在交换剂表面与进水装置之间留有一定空间叫水垫层，一般为交在交换剂表面与进水装置之间留有一定空间叫水垫层，一般为交换剂层高的换剂层高的4060，（混床为，（混床为80100），否则会造成交换剂），否则会造成交换剂颗粒的流失。颗粒的流失。排水装置的作用：排水装置的作用：运行时均匀疏水，反洗时均匀配水。运行时均匀疏水，反洗时均匀配水。进再生液装置：进再生液装置：如果交换器直径小于如果交换器直径小于500mm时就不设进再生液装置，将时就不设进再生液装置，将它和进水装置合并。它和进水装置合并。2.工作过程工作过程分为五个步骤分为五个步骤：运行：运行反洗反洗再生再生置换置换正洗正洗运行：运行：开启进、出水阀，见上图所示，技术关键是控制好水流速度，过开启进、出水阀，见上图所示，技术关键是控制好水流速度，过快交换不彻底，过慢反应产物不能及时去掉。快交换不彻底，过慢反应产物不能及时去掉。反洗：反洗：目的是松动树脂层，去除表面的悬浮杂质，排出气泡。目的是松动树脂层，去除表面的悬浮杂质，排出气泡。再生：再生：利用再生液恢复树脂的活性，时间需用利用再生液恢复树脂的活性，时间需用3060分钟。分钟。置换：置换：再生过程结束后，需用精制水冲洗树脂，去除残留在树脂层内的再生过程结束后，需用精制水冲洗树脂，去除残留在树脂层内的再生液。时间需用再生液。时间需用1520分钟。此时留在交换器内的再生液可以分钟。此时留在交换器内的再生液可以提通过下一步正洗加以回收、利用。提通过下一步正洗加以回收、利用。正洗：正洗：彻底清除树脂层内的再生产物和剩余残留液。彻底清除树脂层内的再生产物和剩余残留液。二、逆流再生钠离子交换水处理工艺二、逆流再生钠离子交换水处理工艺1.逆流再生离子交换器结构逆流再生离子交换器结构设计有中设计有中间排液装间排液装置置2.无顶压逆流再生钠离子交换器的运行无顶压逆流再生钠离子交换器的运行工作程序分为工作程序分为：运行：运行小反洗小反洗再生再生置换置换小正洗小正洗正洗正洗大反洗大反洗运行：运行：开启进、出水阀，见上图所示，技术关键开启进、出水阀，见上图所示，技术关键是控制好水流速度，过快交换不彻底，过慢反应产物是控制好水流速度，过快交换不彻底，过慢反应产物不能及时去掉。不能及时去掉。小反洗：小反洗：再生前，对中间排液装置以上压树脂层进行反洗，再生前，对中间排液装置以上压树脂层进行反洗，保持树脂层的有序性。保持树脂层的有序性。再生：再生：再生剂用量接近理论值，要确保再生液与交换剂的接再生剂用量接近理论值，要确保再生液与交换剂的接触时间，必须控制好再生液的浓度和流速。触时间，必须控制好再生液的浓度和流速。再生液的配制可按照以下工艺进行。再生液的配制可按照以下工艺进行。无顶压逆流再生钠离子交换器再生液的配制过程无顶压逆流再生钠离子交换器再生液的配制过程置换：置换：再生过程结束后，继续用再生液的稀释液再生过程结束后，继续用再生液的稀释液置换再生废液，去除残留再生液。时间置换再生废液，去除残留再生液。时间需用需用3040分钟。分钟。小正洗：小正洗：再生后，从中间排液装置进水，排出树再生后，从中间排液装置进水，排出树脂层空气后并充满交换器上部空间后，再从交脂层空气后并充满交换器上部空间后，再从交换器上部进水，从中间排液装置排水。时间大约换器上部进水，从中间排液装置排水。时间大约10分钟。分钟。正洗：正洗：关闭中间排液装置，用清水按顺流方向进行冲关闭中间排液装置，用清水按顺流方向进行冲洗，直到出水合格。洗，直到出水合格。大反洗大反洗:经过一定周期运行后，需要对整个树脂床层进经过一定周期运行后，需要对整个树脂床层进行逆向冲洗，一般行逆向冲洗，一般1020个运行周期需要大反个运行周期需要大反洗一次。洗一次。三、浮动床三、浮动床双室浮动床离子交换器双室浮动床离子交换器三、浮动床三、浮动床1.浮动床离子交换器的工作原理浮动床离子交换器的工作原理浮动床离子交换器属于逆流再生固定床的一种，床内浮动床离子交换器属于逆流再生固定床的一种，床内几乎装满了离子交换树脂，几乎装满了离子交换树脂，浮动床运行时，浮动床运行时，入口水由底部入口水由底部进入浮动床，经下部分配装置后，均匀地进入床层，系进入浮动床，经下部分配装置后，均匀地进入床层，系上升水流将整个树脂层以密实的状态向上浮起至顶部（称上升水流将整个树脂层以密实的状态向上浮起至顶部（称为成床），同时水在向上流的过程中完成离子交换反应，为成床），同时水在向上流的过程中完成离子交换反应，并经上部分配装置引出体外。于是浮动床转入停运状态。并经上部分配装置引出体外。于是浮动床转入停运状态。因为交换剂受水流的冲击以及自身重力的作用而上下浮动，因为交换剂受水流的冲击以及自身重力的作用而上下浮动，故称浮动床。当床层失效后，需要进行再生。树脂层（也故称浮动床。当床层失效后，需要进行再生。树脂层（也称床层）的运行和再生这两种工况交替循环的过程。称床层）的运行和再生这两种工况交替循环的过程。浮动床再生时浮动床再生时，再生液由上部进入，经上部分配装置均，再生液由上部进入，经上部分配装置均匀地自上而下流过床层进行再生，然后用合格的水继续自匀地自上而下流过床层进行再生，然后用合格的水继续自上而下地进行清洗，至出水合格便可投入运行。上而下地进行清洗，至出水合格便可投入运行。般投入般投入运行时，应先进行成床后的向上流清洗（也称顺洗），至运行时，应先进行成床后的向上流清洗（也称顺洗），至出水合格后才可送入给水箱。出水合格后才可送入给水箱。2.浮动床的结构浮动床的结构见教材见教材P63图图3-4上部分配装置上部分配装置有两个作用运行时输送水，再生时，分配再生液和清有两个作用运行时输送水，再生时，分配再生液和清洗水洗水惰性树脂层惰性树脂层应用于防止破碎树脂堵塞滤网，有利布水。应用于防止破碎树脂堵塞滤网，有利布水。床层和水垫层床层和水垫层在上下、部分配装置之间，水垫层的作用在上下、部分配装置之间，水垫层的作用一是一是作为床作为床层的缓冲高度层的缓冲高度，二是二是使水流忽和再生液分配更均匀。使水流忽和再生液分配更均匀。下部分配装置下部分配装置一是一是对处理水顺洗水进行合理分配，对处理水顺洗水进行合理分配，二是二是在再生和反在再生和反洗时能均匀布水。洗时能均匀布水。体内取样管体内取样管保证出水的水质。保证出水的水质。空气管空气管防止交换剂外漏。防止交换剂外漏。窥视孔窥视孔观察交换器内的运行情况是否正常。观察交换器内的运行情况是否正常。管道与阀门管道与阀门3.附属设备附属设备体外清洗装置体外清洗装置因为浮动床内装满树脂，不方便在体内进行清洗，需因为浮动床内装满树脂，不方便在体内进行清洗，需设体外清洗树脂的专用设备。如：空气摖洗器。设体外清洗树脂的专用设备。如：空气摖洗器。仪表仪表4.操作方法操作方法运行：运行：技术关键是控制好水流速度，过快交换不彻底，技术关键是控制好水流速度，过快交换不彻底，过慢反应产物不能及时去掉。过慢反应产物不能及时去掉。落床：落床：运行操作达到终点时，关闭进、出水阀，和其它运行操作达到终点时，关闭进、出水阀，和其它阀门，先开启空气阀，迅速开启排水阀，进行阀门，先开启空气阀，迅速开启排水阀，进行排水落床。排水落床。再生：再生：落床后，利用再生液恢复树脂的活性落床后，利用再生液恢复树脂的活性置换：置换：再生过程结束后，开正洗水阀门冲洗树脂，去除再生过程结束后，开正洗水阀门冲洗树脂，去除残留在树层内的再生液。时间需用残留在树层内的再生液。时间需用1530分钟。分钟。正洗：正洗：彻底清除树脂层内的再生产物和剩余残留液。彻底清除树脂层内的再生产物和剩余残留液。顺洗（向上流清洗）：顺洗（向上流清洗）：开启人口水阀门清洗成床致出水开启人口水阀门清洗成床致出水合格，投入运行。合格，投入运行。四、固定床工艺改进和发展四、固定床工艺改进和发展阴阳离子浮动床是一种制备纯度水的水处理装置，可用于电力、阴阳离子浮动床是一种制备纯度水的水处理装置，可用于电力、石油、化工、电子等部门对天然水进行除盐处理。公司生产的浮动石油、化工、电子等部门对天然水进行除盐处理。公司生产的浮动床离子交换器是由东北电力设计院吸收了从西德引进的浮动床设备床离子交换器是由东北电力设计院吸收了从西德引进的浮动床设备优点设计而成的成套设备。优点设计而成的成套设备。第三节连续式离子交换水处理工艺第三节连续式离子交换水处理工艺一、移动床（不能完全连续供水，自动化控制程序比较复杂）一、移动床（不能完全连续供水，自动化控制程序比较复杂）1.主要设备主要设备( 交换塔、再生塔、清洗塔交换塔、再生塔、清洗塔)交换塔图交换塔图3-5再生、清洗塔再生、清洗塔（重力式再生清洗塔和力式再生（重力式再生清洗塔和力式再生清清 洗塔。见洗塔。见P71图图3-6和图和图3-7）进水进水出水出水树脂斗树脂斗浮球阀浮球阀排树脂排树脂2.工艺流程工艺流程单塔式单塔式 将交换塔、再生塔、清洗塔三合一，将交换塔、再生塔、清洗塔三合一，P72图图3-8双塔式双塔式 单独设置交换塔，再生、清洗塔二合一，见图单独设置交换塔，再生、清洗塔二合一，见图3-9三塔式三塔式 将交换、再生、清洗过程分别设置，将交换、再生、清洗过程分别设置，P72图图3-10及前面及前面的彩图。的彩图。 3. 移动床的运行操作移动床的运行操作交换塔的运行操作交换塔的运行操作 水从下部进入交换塔，水流向上穿过树脂层将其托起水从下部进入交换塔，水流向上穿过树脂层将其托起 （起床），进行离子交换，处理水从上部排出，上边浮球阀（起床），进行离子交换，处理水从上部排出，上边浮球阀 处于关闭状态，失效的树脂需进行再生。处于关闭状态，失效的树脂需进行再生。失效树脂的再生失效树脂的再生 除单塔式移动床树脂的再生、清洗都在交换器顶部除单塔式移动床树脂的再生、清洗都在交换器顶部的树脂贮斗内进行外，双塔式、三塔式移动床斗必须将的树脂贮斗内进行外，双塔式、三塔式移动床斗必须将失效的树脂送入再生塔与再生液充分接触、交换再生，失效的树脂送入再生塔与再生液充分接触、交换再生，时间大约需要时间大约需要3045分钟。分钟。再生树脂的清洗再生树脂的清洗 再生后的树脂送入清洗塔徐徐落下，清水从塔底缓缓再生后的树脂送入清洗塔徐徐落下，清水从塔底缓缓上升进行清洗，干净树脂存入塔斗。上升进行清洗，干净树脂存入塔斗。运行终点的落床操作运行终点的落床操作 让树脂斗中的树脂落入交换塔中，失效树脂落入进让树脂斗中的树脂落入交换塔中，失效树脂落入进水装置下部。水装置下部。二、流动床（可以完全连续式供水，控制比较简二、流动床（可以完全连续式供水，控制比较简单。）单。）在此系统中树脂、被处理水、再生剂和清洗水完全处于在此系统中树脂、被处理水、再生剂和清洗水完全处于流动状态。如流动状态。如P72图图3-111、主要设备主要设备交换塔（主体设备）交换塔（主体设备）再生、清洗塔（主体设备）再生、清洗塔（主体设备）附属设备（送盐泵、再生液配制槽、再生液贮箱、流量计、管附属设备（送盐泵、再生液配制槽、再生液贮箱、流量计、管道、阀门等）道、阀门等）2、工艺流程、工艺流程见教材见教材P72图图3-11整个处理过程可以分为四大系统：整个处理过程可以分为四大系统：离子交换运行系统（离子交换运行系统（11、7、8、9）再生液制备系统（再生液制备系统（4）再生液输送系统（再生液输送系统（5、3、1）树脂再生清洗系统（树脂再生清洗系统（2、6）第四节离子交换水处理的附属设备及运行管理第四节离子交换水处理的附属设备及运行管理一、附属设备一、附属设备1.再生剂系统再生剂系统食盐再生剂系统食盐再生剂系统食盐贮存和盐液配制食盐贮存和盐液配制P79图图3-13和图和图3-14盐液输送盐液输送用喷射器或盐泵进行输送用喷射器或盐泵进行输送酸碱系统酸碱系统酸碱的贮存酸碱的贮存地下贮存槽中贮存。地下贮存槽中贮存。酸碱的输送与配制酸碱的输送与配制用压力法、真空或用泵输送到高位贮存灌。用压力法、真空或用泵输送到高位贮存灌。计量箱计量箱废再生液的处理废再生液的处理2.除气器（除碳器）除气器（除碳器）去除水中游离态二氧化碳，减小二氧化碳对设备的腐蚀，降低离去除水中游离态二氧化碳，减小二氧化碳对设备的腐蚀，降低离子交换器的负荷。子交换器的负荷。通常常用鼓风式除气器和真空式除气器。如：通常常用鼓风式除气器和真空式除气器。如：P81图图3-15二、离子交换器运行管理二、离子交换器运行管理1.调试阶段调试阶段目的目的（发现问题、及时纠正、优选工艺、人员培训。）（发现问题、及时纠正、优选工艺、人员培训。）准备工作准备工作（制定试验计划、配备仪器药品等。）（制定试验计划、配备仪器药品等。）调整试验过程调整试验过程（按照要求、投入运行、验证设备和仪器（按照要求、投入运行、验证设备和仪器 状况、优选出各步合理工艺参数）状况、优选出各步合理工艺参数）2.运行管理运行管理运行过程的管理运行过程的管理（调整进水量、观察仪器仪表是否正常、（调整进水量、观察仪器仪表是否正常、 监控树脂运行状况等。）监控树脂运行状况等。）水质监测水质监测（监测出水水质、确保成品水水质达标。）（监测出水水质、确保成品水水质达标。）设备维护设备维护（做到按周期、按章程、按标准精细检修，保（做到按周期、按章程、按标准精细检修，保 证离子交换水处理设备的安全运行。）证离子交换水处理设备的安全运行。）经济核算经济核算（生产过程中，要控制再生剂消耗率、交换剂的（生产过程中，要控制再生剂消耗率、交换剂的 实际利用率、交换剂的清洗水耗等。）实际利用率、交换剂的清洗水耗等。）三、离子交换器及其系统的防腐蚀三、离子交换器及其系统的防腐蚀1.离子交换器的防腐（本体、管道、阀门、离子交换器的防腐（本体、管道、阀门、等）：等）：一般采用橡胶衬里或玻璃钢衬里进行防一般采用橡胶衬里或玻璃钢衬里进行防腐蚀。腐蚀。2.再生系统的防腐（进酸碱盐的管道、中间再生系统的防腐（进酸碱盐的管道、中间排液装置等）：排液装置等）：有的采用聚乙烯塑料防腐蚀、有的采用有的采用聚乙烯塑料防腐蚀、有的采用不锈钢防腐蚀。不锈钢防腐蚀。3.输送硫酸的喷射器要用耐酸陶瓷或玻璃钢输送硫酸的喷射器要用耐酸陶瓷或玻璃钢制作。制作。4.地沟的防腐：地沟的防腐：衬软聚氯乙烯、涂沥青漆、衬软聚氯乙烯、涂沥青漆、衬还氧衬还氧玻璃钢等。玻璃钢等。课题四课题四水的除盐处理水的除盐处理教学目标要求：教学目标要求：1.掌握水的几种除盐处理技术掌握水的几种除盐处理技术2.知道水的化学除盐典型设备名称及功能知道水的化学除盐典型设备名称及功能3.掌握电渗析法、反渗透法除盐的工作原理掌握电渗析法、反渗透法除盐的工作原理4.了解蒸馏法除盐设备的特点了解蒸馏法除盐设备的特点教学任务清单：教学任务清单：一、解释：一、解释：混合床混合床 渗析渗析 渗透渗透 阴膜阴膜 阳膜阳膜二、简要回答：二、简要回答： 1.P111第二题第二题 2. P111第三题第三题 3.水的除盐系统三床四塔应该怎样布置才是合理的？水的除盐系统三床四塔应该怎样布置才是合理的？三、填空题：三、填空题： 1.目前我国应用的水的除盐技术主要有目前我国应用的水的除盐技术主要有 、 、 、 四种。四种。 2.反渗透法除盐的主要条件是需要一种透过性好、选择性反渗透法除盐的主要条件是需要一种透过性好、选择性 高的高的和和。 3.电渗析器的整体结构分为电渗析器的整体结构分为 、 、 三三 大部分。大部分。 4.四、画图说明反渗透法除盐的工作过程。四、画图说明反渗透法除盐的工作过程。五、画图说明电渗析法除盐的工作原理。五、画图说明电渗析法除盐的工作原理。课题四课题四 水的除盐处理水的除盐处理 我国目前常用的处理方法主要有：我国目前常用的处理方法主要有：化学除盐：离子交换法化学除盐：离子交换法电力除盐：电渗析法电力除盐：电渗析法压力除盐：反渗透法压力除盐：反渗透法热力除盐：蒸馏法热力除盐：蒸馏法第一节水的化学除盐第一节水的化学除盐一、化学除盐原理一、化学除盐原理利用利用H型阳离子交换树脂（型阳离子交换树脂（阳床阳床）和）和OH型阴离子交换树脂（型阴离子交换树脂（阴床阴床），对水中的），对水中的阴阳离子进行交换，达到除盐的目的。将阴阳离子进行交换，达到除盐的目的。将H型阳离子交换树脂和型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂型阴离子交换树脂均匀混合后放在同一交换器内直接进行化学均匀混合后放在同一交换器内直接进行化学交换的设备（交换的设备（混合床混合床）。）。阳床的再生：阳床的再生：用稀盐酸或稀硫酸溶液。用稀盐酸或稀硫酸溶液。阴床的再生：阴床的再生：用稀氢氧化钠溶液。用稀氢氧化钠溶液。混合床的再生：混合床的再生：首先利用阴、阳离子交换树首先利用阴、阳离子交换树脂的湿脂的湿真密度差异采取水力反洗将真密度差异采取水力反洗将两种树两种树脂分开，再分别用用稀盐酸、脂分开，再分别用用稀盐酸、稀氢稀氢氧化钠溶液处理。氧化钠溶液处理。二、化学除盐系统二、化学除盐系统1.一级复床系统一级复床系统P86图图4-2其特点是将阳离子交换树脂和阴离子交换其特点是将阳离子交换树脂和阴离子交换树脂分别进行一次交换（树脂分别进行一次交换（一级交换一级交换）的除盐系）的除盐系统。两个设备之间安装一个统。两个设备之间安装一个除二氧化碳器，除二氧化碳器，目目的一是减少二氧化碳对设备的腐蚀，二是减轻的一是减少二氧化碳对设备的腐蚀，二是减轻阴离子交换器的负担。阴离子交换器的负担。2.混合床及其管阀系统混合床及其管阀系统P86图图4-1两个混床并联安装两个混床并联安装工作原理在同一个交换工作原理在同一个交换器中，将阴阳离子交换树脂按器中，将阴阳离子交换树脂按照一定的体积比例进行填装在照一定的体积比例进行填装在均匀混合状态下，进行阴阳离均匀混合状态下，进行阴阳离子交换，从而除去水中的盐份。子交换，从而除去水中的盐份。混合床的阴阳离子交换树脂在混合床的阴阳离子交换树脂在交换过程中，由于是处于均匀交换过程中，由于是处于均匀混合状态，交错排列，互相接混合状态，交错排列，互相接触，可以看作是由许许多多的触，可以看作是由许许多多的阴阳离子交换树脂而组成的多阴阳离子交换树脂而组成的多级式复床，因为均匀混合，所级式复床，因为均匀混合，所以阴阳离子的交换反应几乎是以阴阳离子的交换反应几乎是同时进行的，所产的的同时进行的，所产的的H和和OH随即合成随即合成H2O，交换反应，交换反应进行得很彻底，出水水质好。进行得很彻底，出水水质好。3.一级复床加混床系统（三床四塔系统）一级复床加混床系统（三床四塔系统）P86图图4-3这种系统可以大大的提高出水水质。被这种系统可以大大的提高出水水质。被广泛应用于化工生产原料及溶剂、电子工业、广泛应用于化工生产原料及溶剂、电子工业、化验室及锅炉用水的处理。化验室及锅炉用水的处理。4.除盐设备的布置及对进水水质的要求除盐设备的布置及对进水水质的要求进水进水（阳床）（阳床）（阴床）（阴床）（混合床）（混合床）（除二氧化碳器）（除二氧化碳器）这种系统对进水中的其它杂质如：浊度（二这种系统对进水中的其它杂质如：浊度（二氧化硅的含量）、残余氯量、溶解氧量、含铁量氧化硅的含量）、残余氯量、溶解氧量、含铁量等都有一定的要求。等都有一定的要求。三、化学除盐的出水水质及树脂失效的监督三、化学除盐的出水水质及树脂失效的监督1.阳床失效的监督方法：阳床失效的监督方法：阳床终点计（专用仪器）阳床终点计（专用仪器）测定出水钠离子含量测定出水钠离子含量2.阴床和混合床失效的监督方法：阴床和混合床失效的监督方法：测定电导率（专用仪器）测定电导率（专用仪器）测定出水二氧化硅含量测定出水二氧化硅含量电渗析器电渗析器第二节电渗析法除盐第二节电渗析法除盐一、电渗析的基本原理与除盐过程一、电渗析的基本原理与除盐过程： 在外加直流电场作用下，水中的阴阳离子作定向在外加直流电场作用下，水中的阴阳离子作定向迁移，利用阴、阳离子交换膜对离子的选择透过性，使一迁移，利用阴、阳离子交换膜对离子的选择透过性，使一部分溶液中的离子迁移到另一部分溶液中去，同时达到浓部分溶液中的离子迁移到另一部分溶液中去，同时达到浓缩、分离的目的。缩、分离的目的。1.基础知识基础知识阴离子交换膜（阴膜）：只允许阴离子透过的膜装物质。阴离子交换膜（阴膜）：只允许阴离子透过的膜装物质。阴离子交换膜（阴膜）：只允许阴离子透过的膜装物质。阴离子交换膜（阴膜）：只允许阴离子透过的膜装物质。阳离子交换膜（阳膜）：只允许阳离子透过的膜装物质。阳离子交换膜（阳膜）：只允许阳离子透过的膜装物质。阳离子交换膜（阳膜）：只允许阳离子透过的膜装物质。阳离子交换膜（阳膜）：只允许阳离子透过的膜装物质。离子交换膜的性能要求：离子交换膜的性能要求：离子交换膜的性能要求：离子交换膜的性能要求：选择透过性高，要求选择透过性高，要求 在在95以上；以上；导电性好，要求其导电能力应大于溶液的导电能力；导电性好，要求其导电能力应大于溶液的导电能力；交换容量大；交换容量大；化学稳定性强；化学稳定性强；机械强度大。机械强度大。离子交换膜材料种类：离子交换膜材料种类：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。 阳极阴极阴膜阳膜阴膜阳膜阴膜阳膜-+阳极室阴极室淡水浓水淡水浓水淡水极水极水2.电渗析原理示意图电渗析原理示意图除盐过程除盐过程：在电渗析池中通入含盐水，接上电源，在电渗析池中通入含盐水，接上电源，溶液中带正电荷的阳离子，在电场的作用溶液中带正电荷的阳离子，在电场的作用下，向阴极方向移动到阳膜，受到膜上带下，向阴极方向移动到阳膜，受到膜上带负电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过负电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入右侧的浓缩室。带负电荷的阴离膜，进入右侧的浓缩室。带负电荷的阴离子，向阳极方向移动到阴膜，受到膜上带子，向阳极方向移动到阴膜，受到膜上带正电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过正电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入左侧的浓缩室。淡化室盐水中的膜，进入左侧的浓缩室。淡化室盐水中的氯化钠被不断除去，得到淡水，氯化钠在氯化钠被不断除去，得到淡水，氯化钠在浓缩室中浓集。浓缩室中浓集。3.工作原理演示工作原理演示:电渗析回收硫酸工艺流程电渗析回收硫酸工艺流程4.4.电渗析法在水处理中的应用电渗析法在水处理中的应用电渗析法在水处理中的应用电渗析法在水处理中的应用案例一案例一适用于间歇式吸附。适用于间歇式吸附。案例二案例二 电渗析法处理含镍废水流程图电渗析法处理含镍废水流程图 经电渗析处理含镍废水，镍可浓缩经电渗析处理含镍废水，镍可浓缩100300倍，浓水可回镀倍，浓水可回镀槽使用，淡水电导率为槽使用，淡水电导率为4050s，过达蒸镏水纯度，可打回清洗槽，过达蒸镏水纯度，可打回清洗槽，做清洗水使用。做清洗水使用。 镀槽镀槽回收槽回收槽泵泵过过滤滤机机滤净器滤净器流流量量计计电渗析器电渗析器清水槽清水槽浓水浓水废水废水二、电渗析器设备的组成和除盐工艺流程二、电渗析器设备的组成和除盐工艺流程 1.设备的组成：设备的组成： 离子交换膜堆、极区、紧固装置等三大部分。离子交换膜堆、极区、紧固装置等三大部分。电渗析器的基本结构及组装形式电渗析器的基本结构及组装形式1-压紧板；压紧板；2-垫板；垫板；3-电极；电极；4-垫圈；垫圈；5-导水、极水板；导水、极水板；6-阳膜；阳膜；7-淡水隔板框；淡水隔板框；8-阴膜；阴膜；9-浓水隔板框浓水隔板框极水；极水；浓水；浓水；淡水淡水膜堆膜堆膜对：膜对：它由一对阴膜、阳膜和一对隔板组成。是构成电渗析它由一对阴膜、阳膜和一对隔板组成。是构成电渗析器的最小基本单元。器的最小基本单元。膜堆：膜堆：它由电极间若干组膜对堆叠而成。它由电极间若干组膜对堆叠而成。离子交换膜（离子交换膜（0.51mm）离子交换膜的性能要求：离子交换膜的性能要求：离子交换膜的性能要求：离子交换膜的性能要求：选择透过性高，要求选择透过性高，要求在在95以上；以上；导电性好，要求其导电能力应大于溶液的导电能力；导电性好，要求其导电能力应大于溶液的导电能力；交换容量大；交换容量大；化学稳定性强；化学稳定性强；机械强度大。机械强度大。离子交换膜材料种类：离子交换膜材料种类：离子交换膜材料种类：离子交换膜材料种类：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。隔板隔板分为甲乙两种，形状有鱼鳞状网、方格编织网、波纹多孔网分为甲乙两种，形状有鱼鳞状网、方格编织网、波纹多孔网等，其功能有布水、配水、收集浓水和淡水。等，其功能有布水、配水、收集浓水和淡水。极区极区与电源相连，兼作与电源相连，兼作原水进口、淡水、浓原水进口、淡水、浓水出口以及极水室通路。水出口以及极水室通路。夹紧装置夹紧装置辅助设备辅助设备2.电渗析除盐的工艺流程电渗析除盐的工艺流程组装方式组装方式单台电渗析器组装时通常用级和段说明组装方式。级：单台电渗析器组装时通常用级和段说明组装方式。级：一般称一对电极之间的膜堆为一级。一般称一对电极之间的膜堆为一级。段：段：具有相同水流方向的并联膜堆为一段。具有相同水流方向的并联膜堆为一段。因此一台电渗析器的组装方式有：因此一台电渗析器的组装方式有：一级一段、一级多段、多级一段、多级多段四种。如一级一段、一级多段、多级一段、多级多段四种。如下下图所示：图所示：工艺流程工艺流程一级一段一级一段电渗析器即一台电渗析器仅含一段膜堆，由于只有一电渗析器即一台电渗析器仅含一段膜堆，由于只有一对端电极，通过每个膜对的电流强度相等。对端电极，通过每个膜对的电流强度相等。水流通过膜堆时，是平行水流通过膜堆时，是平行地向同一方向通过各膜对地向同一方向通过各膜对，实际上这样的膜堆是以并联的形式组成一，实际上这样的膜堆是以并联的形式组成一段。这种电渗析器的产水量大，整台脱盐率就是段。这种电渗析器的产水量大，整台脱盐率就是1张隔板流程长度的张隔板流程长度的脱盐率，多用于大、中型制水场地。国内一级一段电渗析器一般含有脱盐率，多用于大、中型制水场地。国内一级一段电渗析器一般含有200360个膜对。个膜对。一级多段一级多段电渗析器通常含有电渗析器通常含有23段，使用一对电极，膜堆中通段，使用一对电极，膜堆中通过每个膜对的电流强度相等。过每个膜对的电流强度相等。这类电渗析器段与段之间的水流方向这类电渗析器段与段之间的水流方向相反，相反，内部必须装有用来改变水流方向的导向隔板，使水流从一段出内部必须装有用来改变水流方向的导向隔板，使水流从一段出来改变方向流入另一段，这种方式实际是串联组装。在级内分段是为来改变方向流入另一段，这种方式实际是串联组装。在级内分段是为了增加脱盐流程长度，以提高脱盐率。这种形式的电渗析器单台产水了增加脱盐流程长度，以提高脱盐率。这种形式的电渗析器单台产水量较小，脱盐率较高，适用于中、小型制水场地。量较小，脱盐率较高，适用于中、小型制水场地。多级多段多级多段电渗析器使用共用电极使膜堆分级。一台电渗析器含电渗析器使用共用电极使膜堆分级。一台电渗析器含有有23级、级、46段。将一台电渗析器分成多级多段进行组装，是为了段。将一台电渗析器分成多级多段进行组装，是为了获得更高的脱盐率，多用于小型海水淡化器和小型纯水装置。获得更高的脱盐率，多用于小型海水淡化器和小型纯水装置。一次连续式脱盐流程示意图一次连续式脱盐流程示意图（ED为电渗析器为电渗析器）连续式除盐连续式除盐原水经过多台电渗析器后，一次达到脱盐要求，直接原水经过多台电渗析器后，一次达到脱盐要求，直接得到成品水，如图得到成品水，如图7-8所示。具有连续出水、管道简单等所示。具有连续出水、管道简单等优点，但操作弹性小，原水含盐量变化时适应性差。适优点，但操作弹性小，原水含盐量变化时适应性差。适应于中、大型脱盐场地。应于中、大型脱盐场地。循环式循环式在电渗析系统出口的成品水中，有一在电渗析系统出口的成品水中，有一部分要返回到系统的淡水进水槽，使淡水部分要返回到系统的淡水进水槽，使淡水浓度降低，以减少电渗析器的串联级数或浓度降低，以减少电渗析器的串联级数或段数。段数。循环式间歇脱盐流程示意图循环式间歇脱盐流程示意图1-淡水槽；淡水槽；2-浓水槽浓水槽三、运行中应注意的问题三、运行中应注意的问题P96（了解）（了解）1.2.3.四、运行要点及停运操作（了解）四、运行要点及停运操作（了解）五、电渗析除盐的进展五、电渗析除盐的进展1.离子交换树脂电渗析离子交换树脂电渗析2.高温电渗析高温电渗析 如果将纯水和盐水用半透如果将纯水和盐水用半透膜隔开，在溶液的一侧施加压膜隔开，在溶液的一侧施加压力，并且超过它的渗透压，则力，并且超过它的渗透压，则溶液中的水就会透过半透膜，溶液中的水就会透过半透膜，流向纯水一侧，而溶质被截留流向纯水一侧，而溶质被截留在溶液一侧，这种方法就是反在溶液一侧，这种方法就是反渗透法渗透法( (或称逆渗透法或称逆渗透法) )。反渗透原理反渗透原理:在一定工作压力下，在一定工作压力下，利用半透膜（反渗透膜）选择性地透利用半透膜（反渗透膜）选择性地透过溶剂（如水）等小分子，截留大分子或离子，以实现液体混过溶剂（如水）等小分子，截留大分子或离子，以实现液体混合物的分离的过程。合物的分离的过程。第三节第三节反渗透除盐（压力除盐）反渗透除盐（压力除盐）反渗透除盐（压力除盐）反渗透除盐（压力除盐）一、渗透与反渗透一、渗透与反渗透半透膜：半透膜：一种只允许小分子（如水分子）透过而较大分子被截留的膜状物质。一种只允许小分子（如水分子）透过而较大分子被截留的膜状物质。渗透：渗透：溶剂分子透过膜的过程。溶剂分子透过膜的过程。渗透压：渗透压：当浓度不同的两种溶液用半透膜隔开时，渗透开始进行，致使稀溶液一当浓度不同的两种溶液用半透膜隔开时，渗透开始进行，致使稀溶液一 方液面下降，浓溶液一方液面上升，在一定条件下达到渗透平衡时，产方液面下降，浓溶液一方液面上升，在一定条件下达到渗透平衡时，产 生于两液面之间的高度差的静压力。生于两液面之间的高度差的静压力。即：当浓度不同的两种溶液用半透即：当浓度不同的两种溶液用半透 膜隔开时，产生于两液面之间的静压力，叫渗透压。膜隔开时，产生于两液面之间的静压力，叫渗透压。反渗透：反渗透：在浓溶液一侧水面上施加一个大于渗透压的压力在浓溶液一侧水面上施加一个大于渗透压的压力P，废水中的，废水中的 水分子透过半透膜流向清水一方，使溶液浓缩达到分离的目的。水分子透过半透膜流向清水一方，使溶液浓缩达到分离的目的。反渗透过程的实现必须具备两个条件：反渗透过程的实现必须具备两个条件： 其一必须有一种高选择性和高透水性的半透膜（反渗透膜）其一必须有一种高选择性和高透水性的半透膜（反渗透膜） 其二操作压力必须大于溶液的渗透压。（其二操作压力必须大于溶液的渗透压。（比渗透压大比渗透压大 3到到10倍的工作压倍的工作压 力。）力。）应用范围：应用范围：海水淡化、锅炉用水、纯净水制备、电镀废水处理、造纸废水处理、海水淡化、锅炉用水、纯净水制备、电镀废水处理、造纸废水处理、 石油化工废水处理等。石油化工废水处理等。半半透透膜膜半透膜半半透透膜膜清水废废水水清清水水废水清清水水废废水水V向右向右V向左向左V向右=V向左渗透平衡V向右向右V向左向左渗渗透透压压半透膜清清水水废废水水V向左V向右P外外P外=P渗P外外P渗渗反渗透反渗透渗透与反渗透示意图渗透与反渗透示意图实验证明：实验证明：P渗渗=CRT二、反渗透膜二、反渗透膜反渗透膜：反渗透膜：一种不带电荷的含有亲水基团的半透膜。它最大的特点是透一种不带电荷的含有亲水基团的半透膜。它最大的特点是透水量大、机械强度高、化学性能稳定、容易制备成膜等。水量大、机械强度高、化学性能稳定、容易制备成膜等。1.反渗透膜的种类反渗透膜的种类醋酸纤维素膜（醋酸纤维素膜（CA膜）膜）芳香族聚酰胺膜芳香族聚酰胺膜聚苯并咪唑膜（聚苯并咪唑膜（PBI膜）。膜）。2.反渗透半透膜的性能反渗透半透膜的性能有方向性有方向性由于膜结构的不对称性由于膜结构的不对称性,安装时要使表皮层与原水接触安装时要使表皮层与原水接触,否则不能否则不能达到除盐的目的达到除盐的目的.有选择透过性有选择透过性对不同的物质溶液除盐的效果不一样对不同的物质溶液除盐的效果不一样.如如:有机物比无机物容易分有机物比无机物容易分离、电解质比非电解质容易分离等。离、电解质比非电解质容易分离等。3.影响半透膜的性能因素影响半透膜的性能因素见教材见教材P102反渗透膜：反渗透膜：醋酸纤维素膜（醋酸纤维素膜（CACA膜）、芳香族聚酰膜）、芳香族聚酰胺膜、聚苯并咪唑膜（胺膜、聚苯并咪唑膜（PBIPBI膜）。膜）。三、反渗透装置三、反渗透装置 工业上应用的反渗透组件主要有螺旋工业上应用的反渗透组件主要有螺旋卷式和中空纤维式两种。另外还有板式、卷式和中空纤维式两种。另外还有板式、 管式等。管式等。1.螺旋卷式螺旋卷式在两层膜中间衬一层透水隔网，把这两层膜在两层膜中间衬一层透水隔网，把这两层膜的三边用粘合剂密封，将另一开口边与一根多孔集水管密封的三边用粘合剂密封，将另一开口边与一根多孔集水管密封连接。连接。再在下面铺一层多孔透水隔网供原水通过，最后以集再在下面铺一层多孔透水隔网供原水通过，最后以集水管为轴将膜叶螺旋卷紧而成。膜叶越多，卷式组件的直径水管为轴将膜叶螺旋卷紧而成。膜叶越多，卷式组件的直径越大。单位体积中膜面积大，结构紧凑，但比较容易堵塞，越大。单位体积中膜面积大，结构紧凑，但比较容易堵塞，预处理要求比板式和管式高。预处理要求比板式和管式高。2.中空纤维式中空纤维式是是一种细如发丝的空心纤一种细如发丝的空心纤维管，外径维管，外径50100m，内径，内径2542m。将几十根这种中空纤维弯成将几十根这种中空纤维弯成U形装入耐压形装入耐压容器中，纤维开口端固定在圆板上用环氧容器中，纤维开口端固定在圆板上用环氧树脂密封，就成中空纤维式反渗透器。树脂密封，就成中空纤维式反渗透器。四、反渗透除盐系统四、反渗透除盐系统1.除盐过程工艺流程除盐过程工艺流程 原水原水清水池清水池水泵水泵多介质过滤器多介质过滤器原水箱原水箱原水泵原水泵(阻垢剂阻垢剂)5um精密过滤器精密过滤器高压泵高压泵反渗透装置反渗透装置淡水箱淡水箱淡水泵淡水泵后处后处理理 纯净水生成工艺流程示意图纯净水生成工艺流程示意图纯净水纯净水200吨海水淡化反渗透水处理设备吨海水淡化反渗透水处理设备-哈尔滨海德能膜哈尔滨海德能膜-哈尔滨陶氏膜哈尔滨陶氏膜海水淡化反渗透水处理海水淡化反渗透水处理设备用于军舰用海水淡化设备用于军舰用海水淡化渔船用海水淡化渔船用海水淡化海岛用海海岛用海水淡化水淡化陆用海水淡化陆用海水淡化反渗透是在压力驱动下，用反渗透是在压力驱动下，用半透膜分离物质的过程。反半透膜分离物质的过程。反渗透膜表面活性只允许水透渗透膜表面活性只允许水透过，过，99%可溶性盐及所有细可溶性盐及所有细菌、杂技被截留，且水没有菌、杂技被截留，且水没有相变，所以反渗透脱盐是最相变，所以反渗透脱盐是最先进的也是最节能的一种脱先进的也是最节能的一种脱盐方式。盐方式。第四节蒸馏法除盐第四节蒸馏法除盐（热力除盐）（热力除盐）将含盐水进行蒸馏，水转变为水蒸气，将含盐水进行蒸馏，水转变为水蒸气，经过冷凝后成为蒸馏水，使水得到净化。经过冷凝后成为蒸馏水，使水得到净化。用以蒸发的设备主要有两大类，沸腾型用以蒸发的设备主要有两大类，沸腾型蒸发器和闪蒸型蒸发器。蒸发器和闪蒸型蒸发器。一、沸腾型蒸发器（需要对原水进行离子交换一、沸腾型蒸发器（需要对原水进行离子交换软化处理）软化处理）原水经热源加热至沸腾，产生蒸汽，经原水经热源加热至沸腾，产生蒸汽，经过冷却后得到蒸馏水。蒸汽可以作为热源输过冷却后得到蒸馏水。蒸汽可以作为热源输送到蒸发器，称为一次蒸汽，原水受热蒸发送到蒸发器，称为一次蒸汽，原水受热蒸发得到二次蒸汽，冷凝后得到蒸馏水。得到二次蒸汽，冷凝后得到蒸馏水。受热部件受热部件给水（自来水）给水（自来水）排污排污放空放空一次蒸汽一次蒸汽冷凝器冷凝器二次蒸汽二次蒸汽蒸馏水蒸馏水简简单单蒸蒸发发装装置置示示意意图图二、闪蒸型蒸发器（只需要对原水进行简单的加二、闪蒸型蒸发器（只需要对原水进行简单的加酸处理）酸处理）为了防止蒸发器结垢，研制出闪蒸型蒸发器，这种为了防止蒸发器结垢，研制出闪蒸型蒸发器，这种设备的原理是预先将原水在一定压力下（通常为负压）加设备的原理是预先将原水在一定压力下（通常为负压）加热到一定温度后，将其注入压力较低的扩容室（里面注入热到一定温度后，将其注入压力较低的扩容室（里面注入有水），一部分水急速汽化（闪蒸）为蒸汽。它的特点是有水），一部分水急速汽化（闪蒸）为蒸汽。它的特点是水的加热过程和水蒸气的形成过程在不同的部件中进行，水的加热过程和水蒸气的形成过程在不同的部件中进行，大大降低了结垢的可能性。实验表明当给水温度为大大降低了结垢的可能性。实验表明当给水温度为120时，时，闪蒸器内也不会结垢。闪蒸器内也不会结垢。21加热蒸汽加热蒸汽加热器加热器扩容室扩容室进水进水蒸馏水蒸馏水 如如110图图4-13所示。主要由所示。主要由扩容室、冷凝器和分离装置等组扩容室、冷凝器和分离装置等组成。成。 内部结构特征为壳体内设置内部结构特征为壳体内设置了许多隔板和管件形成扩容室和了许多隔板和管件形成扩容室和冷凝器，它们之间用隔板分开，冷凝器，它们之间用隔板分开，一个扩容室和冷凝器形成一级，一个扩容室和冷凝器形成一级，级与级之间也用隔板分开，闪级与级之间也用隔板分开，闪蒸过程中，预先加热的水从一个蒸过程中，预先加热的水从一个扩容室送到另一个扩容室，二次扩容室送到另一个扩容室，二次蒸汽送到冷凝器，蒸馏水从一级蒸汽送到冷凝器，蒸馏水从一级输送到另一级，在扩容室上部设输送到另一级，在扩容室上部设置有汽水分离器，避免水蒸气带置有汽水分离器，避免水蒸气带水影响蒸馏水的质量。水影响蒸馏水的质量。闪蒸型闪蒸型扩扩容蒸发器也可以用于溶液的浓缩容蒸发器也可以用于溶液的浓缩和溶剂的回收等。和溶剂的回收等。闪蒸型闪蒸型扩容蒸发器扩容蒸发器生产高纯度无菌蒸馏生产高纯度无菌蒸馏水的专用设备，也适用于水的专用设备，也适用于食品、饮料、电子等行业食品、饮料、电子等行业制取蒸馏水。制取蒸馏水。多效蒸馏水机多效蒸馏水机多功能闪蒸装置由热源，真空泵，回流薄多功能闪蒸装置由热源，真空泵，回流薄膜蒸发器，汽液分离器，冷凝器、回收溶剂接膜蒸发器，汽液分离器，冷凝器、回收溶剂接收器，浓缩溶液接收器，稀溶液容器及控制管收器，浓缩溶液接收器，稀溶液容器及控制管路组成，热源可以是恒流循环水浴或锅炉蒸汽，路组成，热源可以是恒流循环水浴或锅炉蒸汽，利用恒温循环水浴时，可根据被浓缩液体的沸利用恒温循环水浴时，可根据被浓缩液体的沸点调节温度，点调节温度，利用锅炉蒸汽时可同时制备蒸馏利用锅炉蒸汽时可同时制备蒸馏水，该装置结构新颖，便于仪器组装、使用和水，该装置结构新颖，便于仪器组装、使用和运输。该仪器的下支管与底平直，保证了瓶内运输。该仪器的下支管与底平直，保证了瓶内不留残液，有利于清洗。不留残液，有利于清洗。第五章循环冷却水处理第五章循环冷却水处理教学目标要求：教学目标要求：1.了解循环冷却水系统的种类了解循环冷却水系统的种类2.知道循环冷却水处理的目的和处理的内容知道循环冷却水处理的目的和处理的内容3.知道为什么对冷却水的处理要进行综合治理知道为什么对冷却水的处理要进行综合治理教学任务清单：教学任务清单：一、解释：一、解释：缓蚀剂缓蚀剂阻垢剂阻垢剂二、填空：二、填空：1.根据冷却用水的流程特点，冷却水系统可分为根据冷却用水的流程特点，冷却水系统可分为、两种方式；两种方式；间接冷却方式又可以分为间接冷却方式又可以分为、两种类型。循环冷却水系统两种类型。循环冷却水系统又分为又分为、两种情况。两种情况。2.循环水冷却的原理是：换热后温度升高的冷却水通过水与空气接触，由循环水冷却的原理是：换热后温度升高的冷却水通过水与空气接触，由散热散热、散热、散热、散热三个过程共同作用的结果。散热三个过程共同作用的结果。3.冷却水处理系统中金属腐蚀的控制措施主要有冷却水处理系统中金属腐蚀的控制措施主要有和和两种。两种。4.循环冷却水中常见的细菌有循环冷却水中常见的细菌有、等。等。5.冷却水中微生物控制方法主要有冷却水中微生物控制方法主要有、等。等。三、简答题：三、简答题：1.敞开式循环冷却水系统主要存在哪些问题？敞开式循环冷却水系统主要存在哪些问题？2.防止冷却水系统结水垢的方法有哪些？防止冷却水系统结水垢的方法有哪些？第一节工业生产中的循环冷却水系统第一节工业生产中的循环冷却水系统一、冷却水系统一、冷却水系统工业生产过程中，需要大量的冷却水，对设备或产物工业生产过程中，需要大量的冷却水，对设备或产物进行冷却处理，例如：生成一顿氢氧化钠，需要进行冷却处理，例如：生成一顿氢氧化钠，需要100吨冷吨冷却水，生成氮肥厂生成尿素，每小时需要却水，生成氮肥厂生成尿素，每小时需要2万吨冷却水。万吨冷却水。根据冷却用水的流程特点，有根据冷却用水的流程特点，有两种冷却水系统，即：两种冷却水系统，即：直接冷却系统和间接冷却系统。直接冷却系统和间接冷却系统。直接冷却系统的特点是冷却水与被冷却的物料直接接直接冷却系统的特点是冷却水与被冷却的物料直接接触，排出的冷却水中含有工业物料，成为工业废水。所以触，排出的冷却水中含有工业物料，成为工业废水。所以通常采用通常采用间接冷却系统。间接冷却系统。其中其中间接冷却系统间接冷却系统又分为又分为直流冷却和循环冷却直流冷却和循环冷却两种类两种类型。型。循环冷却水系统循环冷却水系统又分为密闭式和敞开式两种。又分为密闭式和敞开式两种。1.直流冷却系统直流冷却系统换热器换热器冷却水冷却水排出排出它的特点是冷它的特点是冷却水只被利用换热却水只被利用换热一次，供水装置直一次，供水装置直接取水井、水库、接取水井、水库、江河湖泊、海洋及江河湖泊、海洋及城市供水系统。通城市供水系统。通过冷却系统后排入过冷却系统后排入下水道。这种系统下水道。这种系统冷却效果好，用水冷却效果好，用水量大，是一种比较量大，是一种比较落后的、应该被淘落后的、应该被淘汰的冷却方式。汰的冷却方式。2.循环冷却水系统循环冷却水系统（包括密闭式和敞开式）（包括密闭式和敞开式）密闭式循环冷却水系统密闭式循环冷却水系统见教材见教材P114图图5-2它的特点是冷却水它的特点是冷却水在一个闭合回路循环流动，不会与空气在一个闭合回路循环流动，不会与空气接触。可以减轻对环境的污染，对腐蚀、接触。可以减轻对环境的污染，对腐蚀、结垢、微生物生长比较容易控制。这种结垢、微生物生长比较容易控制。这种系统不适宜用水量大的装置，通常用于系统不适宜用水量大的装置，通常用于冷却要求高的部位。这种系统可以避免冷却要求高的部位。这种系统可以避免或减轻工艺物质如放射性元素对环境的或减轻工艺物质如放射性元素对环境的影响。影响。补充水补充水水泵水泵换热器换热器二次冷却器二次冷却器冷却水或空气冷却水或空气冷却后的循冷却后的循环水环水敞开式循环水冷却系统敞开式循环水冷却系统见教材见教材P115图图5-3它的特点是冷却水会与空气接触。用冷却塔作为冷却设备，通过它的特点是冷却水会与空气接触。用冷却塔作为冷却设备，通过蒸发散热和接触散热降低温度，冷却水可以循环利用。冷却过程中要蒸发散热和接触散热降低温度，冷却水可以循环利用。冷却过程中要蒸发一部分水，需要补充一定量的新鲜水只占直接冷却水的四十分蒸发一部分水，需要补充一定量的新鲜水只占直接冷却水的四十分之一）和排出一定浓度的浓缩水。之一）和排出一定浓度的浓缩水。空气空气空气空气排污排污冷却塔冷却塔回水回水风机风机淋淋水水装装置置蒸发蒸发损失损失补充水补充水换热器换热器填料填料二、敞开式循环水冷却系统二、敞开式循环水冷却系统1.循环系统容积循环系统容积包括冷却塔集水池、旁滤池、循环冷却水管道、工包括冷却塔集水池、旁滤池、循环冷却水管道、工艺冷却设备、集水池等的空间体积。一般按循环水艺冷却设备、集水池等的空间体积。一般按循环水量的量的或或确定。确定。2.循环水的冷却循环水的冷却循环水的冷却原理循环水的冷却原理蒸发散热蒸发散热由于形成水滴或水膜扩大与空气的接触由于形成水滴或水膜扩大与空气的接触面积，延长接触时间，加强了水的蒸发。面积，延长接触时间，加强了水的蒸发。接触散热接触散热通过传导和对流作用进行散热。通过传导和对流作用进行散热。辐射散热辐射散热在大面积的冷却池中通过电磁波进行散在大面积的冷却池中通过电磁波进行散热。热。在循环过程中冷却水的损失量与补加水量（了在循环过程中冷却水的损失量与补加水量（了解）解）117-118P循环水的流量循环水的流量Q蒸发损失蒸发损失E风吹损失风吹损失D排污损失排污损失B渗漏损失渗漏损失F补加水量补加水量MM=E+D+B+F浓缩倍数浓缩倍数KK=C/C在实际应用中科按下式进行简单在实际应用中科按下式进行简单计算：计算：K=M/(M-E)循循环环补补加加循环冷却水系统装置循环冷却水系统装置冷却塔冷却塔冷却塔的工作原理：冷却塔的工作原理：冷却塔是水与空气直接接触进行热交换的一种设备，它主要由风冷却塔是水与空气直接接触进行热交换的一种设备，它主要由风机、电机、填料、布水系统、塔身、水盘等组成，主要由在风机作用机、电机、填料、布水系统、塔身、水盘等组成，主要由在风机作用下的温度比较低的空气与填料中的水进行热交换从而达到降低水温的下的温度比较低的空气与填料中的水进行热交换从而达到降低水温的目的。水塔的构造及设计工况在说明书上有注明，我们通常所说的冷目的。水塔的构造及设计工况在说明书上有注明，我们通常所说的冷却塔是指开放式冷却塔：却塔是指开放式冷却塔：A.它是一种在塔内通过布水系统将热水喷洒成水滴或水膜状，水在填料它是一种在塔内通过布水系统将热水喷洒成水滴或水膜状，水在填料中从上向下流动，空气在填料中由下向上或水平方向流动，利用水的中从上向下流动，空气在填料中由下向上或水平方向流动，利用水的蒸发及冷空气和热水的热传递带走水中废热的设备。蒸发及冷空气和热水的热传递带走水中废热的设备。B.B.横流塔是指热水从上向下穿过填料，而空气从水平方向流动穿过填横流塔是指热水从上向下穿过填料，而空气从水平方向流动穿过填料，热水和空气的流动方向呈近乎料，热水和空气的流动方向呈近乎90的一种冷却塔（有些厂家称为的一种冷却塔（有些厂家称为直交式或正交式冷却塔）。直交式或正交式冷却塔）。C.C.逆流塔是指热水从上向下穿过填料，而空气从下向上流动穿过填料，逆流塔是指热水从上向下穿过填料，而空气从下向上流动穿过填料，热水和空气的流动方向呈近乎热水和空气的流动方向呈近乎180的一种冷却塔（有些厂家称为对流的一种冷却塔（有些厂家称为对流式冷却塔）。式冷却塔）。冷却塔的分类：冷却塔的分类：按通风方式分有按通风方式分有自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、混合通风冷却塔。混合通风冷却塔。自然通风冷却塔：自然通风冷却塔：又称风筒式或双又称风筒式或双曲线型塔，它利用塔内外的空气密曲线型塔，它利用塔内外的空气密度差造成的通风抽力使空气流通度差造成的通风抽力使空气流通(自自然通风然通风)，其冷却效果稳定，运行费，其冷却效果稳定，运行费用低，故障少，易维护，风筒高，用低，故障少，易维护，风筒高，飘滴和雾气对环境影响小，缺点在飘滴和雾气对环境影响小，缺点在于空气内外密度差小，通风抽力小，于空气内外密度差小，通风抽力小，不易用在高温高湿地区。不易用在高温高湿地区。机械通风冷却塔：见教材机械通风冷却塔：见教材P120图图5-5又分为抽风式和鼓风式冷却塔，分别利用抽风机或鼓又分为抽风式和鼓风式冷却塔，分别利用抽风机或鼓风机强制空气流动，它的冷却效率高，稳定，占地面积小，风机强制空气流动，它的冷却效率高，稳定，占地面积小，基建投资少，但运行费用高，其中抽风式使塔内呈负正压基建投资少，但运行费用高，其中抽风式使塔内呈负正压状态，有利于水蒸发，鼓风式情况则相反，鼓风式冷却塔状态，有利于水蒸发，鼓风式情况则相反，鼓风式冷却塔主要用于小型冷却塔或水对风机有侵蚀性的冷却塔中。主要用于小型冷却塔或水对风机有侵蚀性的冷却塔中。百叶窗百叶窗集水池集水池空气空气填料填料配水系统配水系统空气分配区空气分配区冷水冷水引风机引风机热空气和水蒸气热空气和水蒸气玻璃钢冷却塔：玻璃钢冷却塔：原理与机械通风冷却塔相似。原理与机械通风冷却塔相似。不同的是外壳全部采用玻璃钢材料制不同的是外壳全部采用玻璃钢材料制作，系列生产，规格齐全，可以现场作，系列生产，规格齐全，可以现场组装和拆迁。组装和拆迁。在所有冷却塔中装有填料，一类是在所有冷却塔中装有填料，一类是板式填料，水顺板条流动形成水滴板式填料，水顺板条流动形成水滴与空气接触，另一类是膜式填料，与空气接触，另一类是膜式填料，水在填料塔表面形成薄膜与空气接触。水在填料塔表面形成薄膜与空气接触。在冷却过程中由于藻类物质和微在冷却过程中由于藻类物质和微物在填料上的沉积，会影响冷却效果。物在填料上的沉积，会影响冷却效果。集水井集水井（收集循环冷却过程中的回流热水的设施）（收集循环冷却过程中的回流热水的设施）回流热水通过栅拦河滤网去除粗大颗粒物、再进行沉降、回流热水通过栅拦河滤网去除粗大颗粒物、再进行沉降、均衡水质后输送至冷却塔顶部，进行冷却降温处理。均衡水质后输送至冷却塔顶部，进行冷却降温处理。旁滤池（进行旁流处理的设施旁滤池（进行旁流处理的设施）从冷却塔出来的冷却水，经过旁滤池过滤处理去除其中从冷却塔出来的冷却水，经过旁滤池过滤处理去除其中的悬浮物后再回流到循环冷却水系统中进行循环利用。过滤的悬浮物后再回流到循环冷却水系统中进行循环利用。过滤介质通常是砂子、无烟煤等。介质通常是砂子、无烟煤等。水泵和风机水泵和风机3.敞开式循环水冷却系统存在的问题敞开式循环水冷却系统存在的问题水垢附着水垢附着Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2由于碳酸钙的沉积，形成水垢，影响换热器的传热效率。由于碳酸钙的沉积，形成水垢，影响换热器的传热效率。严重时还会堵塞管道。严重时还会堵塞管道。产生设备腐蚀产生设备腐蚀冷却系统中涉及许多金属管道和设备，容易产生腐蚀现象，一方面腐蚀产冷却系统中涉及许多金属管道和设备，容易产生腐蚀现象，一方面腐蚀产物沉积影响传热效率，另一方面，长期使用循环水，还会发生腐蚀穿孔现象。物沉积影响传热效率，另一方面，长期使用循环水，还会发生腐蚀穿孔现象。其主要原因有：其主要原因有：溶解氧引起的电化学腐蚀溶解氧引起的电化学腐蚀在原电池的负极在原电池的负极铁失去电子被腐蚀，氧分子获得电子转变为氢氧根，之铁失去电子被腐蚀，氧分子获得电子转变为氢氧根，之后生成氢氧化铁。后生成氢氧化铁。有害物质引起的腐蚀（如有害物质引起的腐蚀（如Cl-、SO42-等）等）微生物引起的腐蚀（如硫杆菌分解水中的硫酸盐生成的硫化氢对金属微生物引起的腐蚀（如硫杆菌分解水中的硫酸盐生成的硫化氢对金属的腐蚀）的腐蚀）微生物的滋生和粘泥微生物的滋生和粘泥在循环冷却水中的细菌和藻类由于氧料的不断浓缩，同时在升温和光照条在循环冷却水中的细菌和藻类由于氧料的不断浓缩，同时在升温和光照条件下，迅速生长繁殖，产生大量的分泌粘液，把水中的悬浮物和化学沉淀物件下，迅速生长繁殖，产生大量的分泌粘液，把水中的悬浮物和化学沉淀物吸附、粘结在一起覆盖在换热器的传热面上形成粘泥，影响传热效率、产生吸附、粘结在一起覆盖在换热器的传热面上形成粘泥，影响传热效率、产生腐蚀穿孔现象。腐蚀穿孔现象。4.循环冷却水水质处理的意义循环冷却水水质处理的意义稳定生产稳定生产节约水资源节约水资源减少环境污染减少环境污染节约钢材、提高经济效益节约钢材、提高经济效益第二节循环冷却水系统中的沉积物及其控制第二节循环冷却水系统中的沉积物及其控制一、循环冷却水系统中的沉积物一、循环冷却水系统中的沉积物水垢和污垢水垢和污垢水垢的形成和种类水垢的形成和种类Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2+OH-CaCO3+H2OCa2+PO43-Ca3（PO4）2污垢污垢指除水垢以外的固体混合物集合体。如：泥渣、砂粒、指除水垢以外的固体混合物集合体。如：泥渣、砂粒、腐蚀产物、有机物、微生物、氧化物、磷酸盐分等。腐蚀产物、有机物、微生物、氧化物、磷酸盐分等。水垢析出的判断水垢析出的判断见教材见教材P126饱和指数饱和指数LSI稳定指数稳定指数RSL结垢指数结垢指数PSI磷酸三钙饱和指数磷酸三钙饱和指数LSI（PO4）二、结垢的防止方法二、结垢的防止方法补加新鲜软化水补加新鲜软化水在循环冷却水加少量酸或二氧化碳在循环冷却水加少量酸或二氧化碳使用阻垢剂使用阻垢剂阻垢剂：凡是能够控制盐类沉淀形成，阻止泥垢或水垢产生的化学药剂。阻垢剂：凡是能够控制盐类沉淀形成，阻止泥垢或水垢产生的化学药剂。阻垢剂的作用机理阻垢剂的作用机理利用分散剂使胶体颗粒表面电荷密度增加，保持较稳定的分散状态。利用分散剂使胶体颗粒表面电荷密度增加，保持较稳定的分散状态。利用鳌合剂或配位剂把金属离子转变为配离子，防止金属离子与阴离子结合形成利用鳌合剂或配位剂把金属离子转变为配离子，防止金属离子与阴离子结合形成沉淀。沉淀。利用混凝剂在水中产生凝聚架桥作用，使胶体颗粒形成矾花，悬浮在水中，经过利用混凝剂在水中产生凝聚架桥作用，使胶体颗粒形成矾花，悬浮在水中，经过旁滤池过滤处理被去除。旁滤池过滤处理被去除。阻垢剂的选择原则阻垢剂的选择原则阻垢剂通常与缓蚀剂和杀菌剂同时并用，选择时主要考虑原料易得、价格低、阻垢剂通常与缓蚀剂和杀菌剂同时并用，选择时主要考虑原料易得、价格低、制备简单、容易操作、易于运输和贮存等。制备简单、容易操作、易于运输和贮存等。阻垢剂的分类阻垢剂的分类阳离子型阳离子型在水中电离出的典型特征基团是胺基和铵离子。在水中电离出的典型特征基团是胺基和铵离子。阴离子型阴离子型在水中电离出的典型特征基团是羧基和磺酸基。在水中电离出的典型特征基团是羧基和磺酸基。非离子型非离子型在水中不能离子化，典型特征基团是酰胺和醇。在水中不能离子化，典型特征基团是酰胺和醇。4.增设旁流设备增设旁流设备目的是控制补充水和循环冷却水的浊度，减少污垢的形成，例如在冷却塔水目的是控制补充水和循环冷却水的浊度，减少污垢的形成，例如在冷却塔水池中增加斜板，利用浅层沉降原理，降低水的浊度。池中增加斜板，利用浅层沉降原理，降低水的浊度。第三节循环冷却水中金属腐蚀的控制第三节循环冷却水中金属腐蚀的控制一、腐蚀及其危害一、腐蚀及其危害循环冷却水运行过程中，由于水中各种介质的影响，会使金属材料中的金循环冷却水运行过程中，由于水中各种介质的影响，会使金属材料中的金属从单质态转变为化合态，这个现象叫做金属的腐蚀。可以影响材料的机械属从单质态转变为化合态，这个现象叫做金属的腐蚀。可以影响材料的机械强度和换热器的传热效果，甚至会产生不安全的因素和成为事故隐患。强度和换热器的传热效果，甚至会产生不安全的因素和成为事故隐患。二、设备腐蚀的影响因素二、设备腐蚀的影响因素溶解氧溶解氧钢铁在水中的腐蚀与溶解氧和溶液的酸碱度有关，一般地说，在酸性钢铁在水中的腐蚀与溶解氧和溶液的酸碱度有关，一般地说，在酸性溶液中溶解氧浓度愈大，腐蚀作用愈强，在碱性溶液中溶解氧浓度愈溶液中溶解氧浓度愈大，腐蚀作用愈强，在碱性溶液中溶解氧浓度愈大，氧与钢铁反应在表面形成氧化膜，可以起到防腐蚀的作用。大，氧与钢铁反应在表面形成氧化膜，可以起到防腐蚀的作用。水中盐类的浓度水中盐类的浓度盐类的浓度愈大，电化学腐蚀愈强。盐类的浓度愈大，电化学腐蚀愈强。减少氢氧化铁胶体微粒沉淀机会，可以减慢腐蚀速度。减少氢氧化铁胶体微粒沉淀机会，可以减慢腐蚀速度。降低溶解氧的量，使阴极反应过程减慢，降低腐蚀速度。降低溶解氧的量，使阴极反应过程减慢，降低腐蚀速度。水的温度水的温度一般情况下，温度每升高一般情况下，温度每升高10，钢铁的腐蚀速度，钢铁的腐蚀速度增加增加30。温度升高，氧气更容易扩散，阴极反应加剧，腐蚀速度加快。温度升高，氧气更容易扩散，阴极反应加剧，腐蚀速度加快。溶液电导率增加，腐蚀电流强度加大。溶液电导率增加，腐蚀电流强度加大。水的粘度减小，有利于阳极铁的反应，腐蚀速度加快。水的粘度减小，有利于阳极铁的反应，腐蚀速度加快。水的水的pH值值在常温条件下，当水溶液的在常温条件下，当水溶液的pH值在值在4.310.0时钢铁表面能自然形时钢铁表面能自然形成氢氧化亚铁覆盖层保护膜，钢铁的腐蚀速度与成氢氧化亚铁覆盖层保护膜，钢铁的腐蚀速度与pH值几乎没有关系，值几乎没有关系，pH值值10.0时时，钢铁表面产生钝化现象，腐蚀速度下降，钢铁表面产生钝化现象，腐蚀速度下降，pH值值4.0时，钢铁表面保护层被破坏，酸度增加，金属产生析氢腐蚀，腐蚀速时，钢铁表面保护层被破坏，酸度增加，金属产生析氢腐蚀，腐蚀速度急剧增加。度急剧增加。水流速度水流速度水流速度增加，有利于溶解氧的扩散水流速度增加，有利于溶解氧的扩散,导致腐蚀加速。导致腐蚀加速。三、冷却水处理系统中金属腐蚀的控制三、冷却水处理系统中金属腐蚀的控制添加缓蚀剂添加缓蚀剂缓蚀剂：在循环冷却水处理时，添加到腐蚀介质中，能干扰金属发生电缓蚀剂：在循环冷却水处理时，添加到腐蚀介质中，能干扰金属发生电化学腐蚀，阻止或降低腐蚀速度的化学药剂。化学腐蚀，阻止或降低腐蚀速度的化学药剂。缓蚀剂的分类缓蚀剂的分类按化学组成分为按化学组成分为:无机缓蚀剂和有机缓蚀剂无机缓蚀剂和有机缓蚀剂按电化学腐蚀机理分为按电化学腐蚀机理分为:阳极分散剂和阴极分散剂阳极分散剂和阴极分散剂按金属表面生成的膜分为：氧化膜型、沉淀膜型和吸附膜型。按金属表面生成的膜分为：氧化膜型、沉淀膜型和吸附膜型。分散剂的特性分散剂的特性氧化膜型缓蚀剂（如钢铁在铬酸盐溶液中形成三氧化二铁膜）氧化膜型缓蚀剂（如钢铁在铬酸盐溶液中形成三氧化二铁膜）沉淀膜型缓蚀剂沉淀膜型缓蚀剂加入沉淀剂与金属离子生成沉淀膜覆盖在金属的表面。加入沉淀剂与金属离子生成沉淀膜覆盖在金属的表面。吸附膜型缓蚀剂吸附膜型缓蚀剂加入有机吸附剂，通过吸附作用，使金属表面形成吸加入有机吸附剂，通过吸附作用，使金属表面形成吸附膜，达到防腐蚀的目的。附膜，达到防腐蚀的目的。循环冷却水常用缓蚀剂循环冷却水常用缓蚀剂铬酸盐缓蚀剂铬酸盐缓蚀剂属于氧化膜型，通过生成三氧化二铁和生成三氧化二属于氧化膜型，通过生成三氧化二铁和生成三氧化二铬钝化膜防止腐蚀。铬钝化膜防止腐蚀。聚磷酸盐缓蚀剂聚磷酸盐缓蚀剂属于沉淀膜型缓蚀剂，通过与水中的金属离子生成属于沉淀膜型缓蚀剂，通过与水中的金属离子生成沉淀覆盖在金属的表面防止腐蚀。沉淀覆盖在金属的表面防止腐蚀。锌盐缓蚀剂锌盐缓蚀剂随着处理水随着处理水pH值升高，通过生成氢氧化锌沉淀沉积值升高，通过生成氢氧化锌沉淀沉积在金属表面达到防止腐蚀的目的。在金属表面达到防止腐蚀的目的。巯基苯并巯基苯并口口塞唑（塞唑（MBT）是金属铜及铜合金的特征防腐剂，通过生成金属螯合）是金属铜及铜合金的特征防腐剂，通过生成金属螯合物保护膜，进行防腐作用。物保护膜，进行防腐作用。苯并三氮唑苯并三氮唑是金属铜及铜合金的特征防腐剂。通过生成金属配合物保护是金属铜及铜合金的特征防腐剂。通过生成金属配合物保护膜，进行防腐作用。膜，进行防腐作用。硅酸盐缓蚀剂硅酸盐缓蚀剂通过生成硅酸盐沉淀或硅酸凝胶沉积在金属表面，防止腐蚀。通过生成硅酸盐沉淀或硅酸凝胶沉积在金属表面，防止腐蚀。钼酸盐缓蚀剂钼酸盐缓蚀剂通过与金属离子生成配合物保护通过与金属离子生成配合物保护膜，进行防腐作用。膜，进行防腐作用。磷系配方缓蚀剂磷系配方缓蚀剂增效作用增效作用发展趋势发展趋势提高冷却水的提高冷却水的pH值值活性炭过滤器