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1、水处理培训教材 水处理培训教程编于2005.12一概述1水处理的任务及意义（1）水的一般知识（2）水处理的任务（3）水处理意义及行业前景二、软水2水质软化的必要性3软化处理的基本方法4硬度的定义及分类5硬度测试方法6离子交换软化的基本原理7离子交换树脂主要产品规格及性能8软化水离子交换器选择9离子交换工艺10固定床离子交换器的发展趋势11离子交换除氧二纯净水1反渗透分离原理2反渗透工艺流程及各部件作用3反渗透膜的分类4反渗透工艺设计5反渗透运行环境6超滤微滤和反渗透性能的比较7纯净水消毒四 混合床五 其它水处理技术简介1离子交换除盐2电渗析法除盐概述随着社会的进步和发展，如何利用和保护好现有的

2、水资源，遵循可持续发展战略，已成为世界各国急需解决的重大问题。水处理是在伴随着工业的发展和科技的进步而兴起的一个全新行业。一水处理的任务及意义1水的一般知识水的分子式是H2O。自然界中的淡水，主要以地表水和地下水两种形式分布、储存。我们知道，水是最普通的一种溶剂，自然界中的许多物质都可以溶解在水中，无论是地下水还是地表水在其储存、运移过程中，都会与周围的矿物质接触，一些易溶的盐类便会溶解于水中，而一些难溶或微溶的物质，会与水中溶解的其它物质发生化学反应，生成易溶物质溶解于水中，例如：CaCO3、MgCO3难溶于水，但它们与水中溶解的CO2反应则生成较易溶的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2

3、。反应公式如下：CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2上述反应是可逆的。灰岩地已形成的溶洞和钟乳石就是因地下水长期作用在灰岩地区而发生溶解、沉淀形成的。由于上述原因，所以自然界中很难找到纯净的水。正是因为水的这种属性，也就为水生生物提供了丰富的物质基础。而微生物水生动、植物的活动，更使水的化学成分变化万千。工农业生产、日常生活都离不开水，水是人们赖以生存和发展的基本物质。而各行各业对水的质量又有不同的要求。2水处理的任务广义来讲：水处理工作的主要任务就是用经济、有效的方法，去除水中有害物质，以满足各行业对水的不同要求。狭义上讲：根据对水的不同要求用一种或几种方法去除水中某一种、几种或全

4、部离子或物质；或将某些有害物质分解、转化为无害物质的过程。 对于我们而言，则主要是水处理技术和方法的研究与应用。水处理设备的开发、生产和销售。3水处理的意义及行业前景：随着我国经济建设的迅猛发展，各行各业对水提出了越来越高的要求，水的耗量越来越大，与此同时，各种污水的排放量也迅速增加，导致水源水质的急剧恶化。因此，对水处理提出了更高的要求。可以说水处理工作是关系到我们国家可持续发展的战略问题，也关系到一个企业的生存。我国的水处理行业起步较早，在某些领域，某些处理方法上工艺已较成熟。但由于多年来对水处理工作重视不够。水处理行业整体水平不高，水处理技术设备较落后，在水处理的自动化控制和检测方面还处

5、于起步阶段。水处理行业的产业化道路还很漫长。 所有这些都为我们在水处理行业的发展提供了广阔的市场空间，无论哪个行业的水处理都有我们发展的机遇。就目前水处理的状况而言，水处理工程几乎能涉及到所有的的行业。按其性质来说，水处理可分为以下三大部分：1、污水处理；2、工业用水处理；3、饮用水处理及医用水处理等。目前，公司的业务主要分布在工业用水、饮用水和医用水处理等三方面。具体一点说，就是软水，纯净水和高纯水等行业。软水1 水质软化的必要性天然水中含有各盐类，根据水中含盐量的不同，水又可以分成硬水和软水。溶解在水中的盐类分为阳离子和阴离子，主要有Ca2+、Mg2+、Na+和SO42-、CL-等。含有这

6、些盐类的水，在加热蒸发浓缩的过程中（如锅炉用水），水中的Ca2+、Mg2+ 离子不断地与水某些阴离子难溶物质而析出，并生成水垢（俗称水锈），附在锅炉的受热面上，由于水垢的导热性能很差，从而阻碍了热交换，大大降低了锅炉的效率，既浪费燃料又易烧坏部件，并危及安全，造成不良后果。为了消除或减少这些危害，就要把水中能形成水垢的成分，如钙、镁离子，还有其它高价金属离子如铁、铝、锰等（因含量很少，虽然成垢，可略去不计），予以去除.因此就需要对水的软化处理2 软化处理的基本方法（1）化学软化法就是在水中加入一些药剂，从而把水中的钙、镁离子转变为难溶的化合物，并使其沉淀析出。如石灰软化法等。（2）离子交换软化

7、法利用离子交换活性基团中的H+、Na+等阳离子与水中的硬度成分进行离子交换从而去除Ca2+、Mg2+以达到软化的目的。（3）热力软化法就是将水加热或加热到100以上，在煮沸过程中，使水中的钙镁的碳酸氢盐转变为CaCO3和Mg(OH)2沉淀去除。热力软化法只能碳酸盐硬度，而不能去除非碳酸盐硬度。除此之外，还电渗析软化法等，但通常使用的主要方法是离子交换软化法和化学软化法。3 硬度的定义及分类水中金属离子的总浓度称为水的硬度。水的硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两种。1、碳酸盐硬度主要是由钙、镁的碳酸氢盐Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2所形成的硬度，还有少量的碳酸盐硬度，碳酸氢盐硬度经加热之

8、后分解成沉淀物从水中除去，故亦称为暂时硬度，其反应式如下：Ca(HCO3)2 =CaCO3 +CO2+H2OMg(HCO3)2=Mg(OH)2+2CO22、非碳酸盐硬度主要是由钙镁的硫酸盐、氯化物和硝酸盐类所形成的硬度。这类硬度不能用加热分解的方法除去，故也称为永久硬度，如CaSO4 MgSO4 CaCL2 MgCL2 Mg(NO3)2 Ca(NO3)2等。碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度之和称为总硬度。硬度的单位有几种，常用的单位有mmol/L或mg/L，过去常常用毫克当量来表式硬度的单位，即1mgN/L=1H+mmol/L=0.5mmol/L由于硬度并非是由单一的金属离子或盐类形成的，因此，为了有

9、一个统一的比较标准，有必要换算为另一种盐类。通常用CaO或者是CaCO3的质量浓度来表示，当硬度为0 .5mmol/L时，等于28mg/L的CaO或等于50 mg/L的CaCO3.天然水按硬度的大小分，可分为五大类，如表所示：极软水软水中等硬水硬水极硬水9.0mmol/L水处理行业当中，一般需要将水软化.例如锅炉用水及反渗透用水的硬度需0.03mmol/L4 硬度的测试方法测量水的硬度所需的仪器及化学药品包括：25ml碱式滴定管，500ml 锥形瓶，250ml量杯，氨盐缓冲溶液（PH=10）,EDTA标准溶液，铬黑T指示剂等。测量方法：1、用水样将锥形瓶和量杯冲洗干净后，分别滴干；2、用量杯量

10、取水样50ml（以液面最低处为准），倒入锥形瓶内；3、向锥形瓶内滴入5ml氨盐缓冲溶液， 摇匀；4、向锥形瓶内滴入微量和铬黑T指示剂，摇动锥形瓶，使液体变为正红色为止；5、向碱式滴管内倒入EDTA标准溶液至0刻度（以液面最低处为准）；6、将EDTA标准溶液向锥形内缓缓滴入，边滴边摇，当水样即将变色时，放慢EDTA的滴入速度。当水样刚好变为蓝色时，停止滴定，记下EDTA的用量。水的硬度用下面的公式计算： 硬度= EDTA标准溶液浓度EDTA的耗量21000/水样的体积在水处理中，测量水的硬度的目的是为了了解是否适用于用水设备，如果不适用，则需进行软化处理，我公司目前常用的软化法为离子交换软化：5

11、 离子交换软化水的基本原理。1离子交换树脂离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而除去水中有害离子的方法。目前常用的离交换剂是离子交换树脂。离子交换树脂的化学结构可分为不溶性树脂母体和活性基团两部分。树脂母体为有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物。活性基团由起交换作用的离子和与树脂母体结合的固定离子组成。根据活性基团的酸碱性，可将树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。阳离子交换树脂内的活基因是酸性的，阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的；根据其酸碱性的强弱，可将树脂分为强酸（RSO3H）、弱酸（RCOOH）、强碱（R4NOH）、弱碱（RnNH3OH，n=13）四类。酸

12、性树脂活性基团中的H+，碱性树脂活性基团中的OH-，即为可交换离子。且H+和OH-可分别用Na+和Cl-替换，因此，阳离子交换树脂又有氢型和钠型之分；阴离子交换树脂又有氢氧型和氯型之分。离子交换树脂的命名型离子交换树脂的全称由分类名称、骨架（或基团）名称、基本名称组成，孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，全称前加“大孔”。分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的，在名称前加“阴”。如，大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。离子交换树脂的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表新产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基团、交联剂等的差异。第一，

13、第二位数字的意义见下表树脂型号中第一，二位数字的意义代号0123456分类名称强酸性弱酸性强碱性弱碱性螯合性两性氧化还原性骨架名称 苯乙烯系丙乙酸系酚醛系环氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系大孔树脂在型号前加“D”凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“”号连接阿拉伯数字表示。如0017，表示强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，其交联度为7。软化水用的树脂一般为，强酸性苯乙烯系钠离子交换树脂。结构式如下：-CH-CH2CHCH2- SO3Na-CH-CH2CHCH2- SO3Na 上式中的苯乙烯聚合体即为树脂母体，-SO3Na为活性基团。离子交换软化水的基本原理，即是利用活性基团中的Na+离子将原水中的Ca2+

14、，Mg2+离子置换出来，从而消除了水中的结垢离子。2离子交换树脂的化学性质 1离子交换反应的可逆性，交换的逆反应即为再生。 2选择性。树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为选择性，它是决定离子交换法处理效率的一个重要因素，本质上取决于交换离子与活性基团中固定离子的亲合力。在常温和稀溶液中，大致具有如下规律。 a离子价数越高，选择性越好。 b原子序数愈大，即离子水合半径愈小，选择性愈好。离子交换平衡理论离子交换平衡是离子交换的基本理论之一，它是离子交换之所以得以进行，树脂之所以能够再生的理论依据。现以Na型树脂交换溶液中的Ca2+离子的反应为例：2RNa+Ca2+ R2Ca+2Na+ R2CaN

15、a+2则平衡常数为：K= RNa2Ca2+上式中： 代表离子浓度反应开始时：RNa、Ca2+浓度很高，而RCa、Na+趋近于零。因此，反应向右进行，即Ca2+进入树脂，而树脂中的Na+被置换到溶液中。当K=c常数，即 R2CaNa+2 RNa2Ca2+ 1时，反应达到平衡。此时交换无法进行，也就是说树脂已饱和；而再生过程则是将反应向逆反应方向进行。软化过程中用NaCl再生，也就是大大增加进液中的Na+浓度，迫使逆反应发生，从而达到再生的目的。6 离子交换树脂主要产品规格及性能(表一)离子交换性质钠离子交换离子交换树脂强酸氢离子交换交换柱形式顺流再生固定床逆流再生固定床浮动床顺流再生固定床逆流再

16、生固定床浮动床交换剂品种强酸性离子交换树脂强酸性离子交换树脂强酸性离子交换树脂强酸性离子交换树脂强酸性离子交换树脂强酸性离子交换树脂运行流速m/h1525一般20瞬时30一般3040最大50一般20瞬时30一般20瞬时30一般3040最大50再生剂品种NaClNaClNaClH2SO4HClH2SO4HClH2SO4HCl再生剂耗量g/mol10012080100801001001507080705055705055工作交换容量mol/m3800100080010008001000500650800100050065080010005006508001000离子交换性质弱酸氢离子交换弱碱氢氧离

17、子交换强碱氢氧离子交换混合离子交换交换柱形式顺流再生固定床顺流再生固定床顺流再生固定床顺流再生固定床浮动床交换剂品种弱酸性离子交换树脂弱碱性离子交换树脂强碱性离子交换树脂强碱性离子交换树脂强碱性离子交换树脂运行流速m/h20302030一般20瞬时30一般20瞬时30一般3040最大5040604060再生剂品种H2SO4HClNaOHNaOHNaOHNaOHHClNaOH再生剂耗量g/mol6040405010012060656065100150200250工作交换容量mol/m3150018008001200250300型250300型400500型250300型4005005005502

18、00250由上表可知，1m3 强酸性阳离子树脂有1000mol的工作交换容量，即1升树脂有1mol 的工作交换容量，再生1升树脂需要的再生剂耗量为100克的NaCL。例如已知：水处理量Q=36m3/h,原水总硬度H0=10mmol/L,工作周期T=10h,计算要用的树脂量。一个工作周期中应除去的硬度值E=QT H0 =361010=3600(mol)所需树脂的体积W=E/E工作交换容量 =36001000=3.6（m3 ）再生一次的耗盐量B= bE0 /1000=100360010000.95=379kg式中 b:耗盐率 :盐的纯度，一般为95%.从上表可知，强碱性离子树脂的工作交换容量仅为强

19、酸性离子树脂的一半，所以在后面的混合床主题当中，碱性离子树脂的体积是酸性离子树脂的2倍。7 软化水离子交换器选型离子交换器的选型的依据：1周期用水量；2原水硬度；3流速；例如：处理水量Q=10 m3，原水总硬度H0=7mmol/L，每天再生次数n=1，离子交换剂用0017强酸性阳树脂。设计计算（1）一个再生周期应除去的硬度 E=QH0 /n=1071=70(mol)（2）树脂的工作交换容量树脂工作交换容量取1000mol/ m3（3）所需交换剂体积W= E/E工作交换容量 =701000=0.07 m3（4）交换器的台数与尺寸 取交换剂层厚度为H=1.0m，则交换器的总工作截面积为 F=W/H

20、=0.071=0.07 m2 所以采用直径为300mm的过滤器为宜。在设计软化水方案时，离子交换树脂的再生过程一般为全自动控制的多路阀控制器。水处理方面应用最为广泛的是美国富莱克公司和阿图祖公司的生产的全自动控制器。AUTOTROL自动控制阀型号规格产水量（T/h）选配桶体(直径桶高)（英寸）255/440i时间性软化3/4进出水口0.528441054268/440i0时间性软化1进出水口2412521354FLECK自动控制阀型号进/出水口额定产水量最大反洗流量28503/211.51129002245.656003/414.51.55600SE3/414.51.585003/413.40

21、.9900014.71.995003/29.73.6两大控制器生产厂家的控制器虽然控制方式不尽相同，但最后结果是一样的，其中，控制器又分为过滤控制器和软化控制器，软化控制器方面又分时间型和流量型两大类。软化控制器程序大致均包括以下几步：1、反洗；2、吸盐及慢洗；3、快洗；4、盐箱注水等步骤。例如， 5600型控制器再生程序包括以下步骤：1、运行位置 Service， 原水在一定的压力，流量下，流经装有Na+型阳离子交换树脂的容器（软水器）树脂中的可交换离子Na+与水中的Ca2+，Mg2+离子进行置换，使容器出水的Ca2+，Mg2+含量达到我们的要求。我们把一个软水器所具有的离子交换的能力以工作

22、交换容量表示，其单位可用mol，eq，ppm，us grain等。控制器处于工作状态时的位置 2、反洗Backwash 当钠离子交换树脂中的Na+全部被Ca2+，Mg2+置换后，树脂就失效，树脂失效后，在进行再生之前先用水自下而上的进行反洗，反洗的目的有两个，一是通过反洗，使运行中压紧的树脂层松动，有利于树脂颗粒与再生液充分接触，二是清除运行时在树脂层表面积累的悬浮物及破碎树脂颗粒，这样，交换器的水流阻力不会越来越大，为了保证反洗时完整树脂不被冲走，在设计软水器时，应在树脂层上留有一定的反洗空间，反洗强度越大要求的反洗空间就越大，通常设计选用50%的树脂层高度作为反洗膨胀高度，它适应的反洗流速

23、为12m/h（5gpm/ft2）（进水温度为10摄氏度）反洗的好坏直接影响再生效果。3、吸盐Brine， 再生液在一定浓度，流量下流经失效的树脂层，将树脂还原再生，使其恢复原有的交换能力（影响再生效果的因素，在后面会专门阐述。）4、置换Rinse， 在再生液进行完后，交换器膨胀空间及树脂层中还有尚未参与再生交换的盐液，为了充分利用这部分盐液，采用小于或相当于再生液流速的清水进行清洗，目的是不使清水与再生液产生混合，一般清洗水量为树脂体积的0.5-1倍。5、快洗Rapid Rinse， 目的是清除树脂层中残留的再生液及再生时的生成物，通常以正常运行流速清洗至出水合格为止。6、盐罐注水Brine

24、Refill，向盐箱注入适量的水，以溶解再生所需的盐。通常1加仑可溶解3磅盐，即1立方米水溶解360kg盐（浓度为26.4%。为了保证盐箱中的盐液浓度能达到饱的，首先应保证溶解时间不小于6小时，其次是必须保持盐液箱中盐平面始终高于水平面。通俗的讲，盐液箱要做到见盐不见水。8 离子交换工艺1、离子交换系统及应用在水的软化和除盐中，需根据原水水质，出水要求，生产能力等来确定合适的离子交换工艺。如果原水的碱度不高，软化的目的只是为降低Ca2+、Mg2+含量，则可采用Na离子交换系统。当原水碱度比较高，必须在降低Ca2+、Mg2+的同时降低碱度。此时，多采用HNa离子交换器联合处理工艺。利用H离子交换

25、器产生H2SO4和HCl来中和原水或Na 离子交换器出水中的HCO3。反应产生的CO2再由除CO2器除去。当需要对原水进行除盐处理时，则流程中既要有阳离子交换器，又要有阴离子交换器，以去除所有阳离子和阴离子。离子交换法处理工业废水的重要用途是回收有用金属。2、离子交换器的分类按运行时树脂的状态，可分为固定床离子交换器和浮动床离子交换器两大类。固定床离子交换器是将树脂装于塔或罐内，以类似过滤的方式运行。交换（运行）时树脂层不动，原水从上部经树脂层交换后由下部流出。再生时，按再生液的流动方向，固定床离子交换器分为顺流再生和逆流再生两种。顺流再生是指再生时再生液的流动方向与运行时原水的流动方向相同，

26、即再生液自上而下流动；逆流再生则相反，再生液自下而上流动。顺流再生的优点是设备简单，操作方便，工作可靠。缺点是再生剂用量多，再生效率低，交换时，出水水质较差；逆流再生时，再生剂耗量少（比顺流再生少40%左右），再生效率高，而且能保证出水质量，但设备较复杂，操作控制较严格。逆流再生。切忌搅乱树脂层。固定床离子交换器内树脂不能边饱和边再生，因此树脂层厚度比交换区厚度大得多，故树脂和容器利用率都很低；树脂层的交换能力使用不当，上层的饱和程度高，下层低，而且生产不连续，再生和冲洗时必须停止交换。为了克服上述缺陷，发展了连续式离子交换设备，包括移动床和流动床。移动床和流动床的基本原理是在运行的过程中，将

27、部分饱和树脂输送到再生塔内再生，同时将等量的再生好的树脂，输入到交换塔内。因目前公司未涉及到该产品，故不做过多介绍。9 固定床离子交换器发展趋势固定床离子交换器经历了手动控制、半自动控制、全自动控制几个阶段。手动离子交换器的运行及再生的各过程，均由操作人员手动开启、关闭各个阀门，以改变水的流动方向和路径。再生各过程的时间由操作人员控制，运行和再生的终点。由化验结果确定。这就要求操作人员在设备运行和再生的过程中要不断地监测。手动设备由树脂罐、化盐池、盐泵及若干阀门和相应的管道组成。由于手动软水设备的操作过于复杂，且受人为因素的干扰较大，随着多路阀技术及其它各种自动控制阀门的出现，我国八十年代末期

28、出现了半自动软水设备，半自动软水设备是将原来的手动阀门改为自动阀门（例如：电磁阀、隔膜阀）或多路阀，而不需人工操作各个阀门。而这些阀门或多路阀的控制集中到控制旋钮上，操作人员只需转动旋钮至相应的状态，即可自动完成阀门的启闭，改变水流的方向和路径。从而实现软水设备各过程的自动转换。在这期间软水设备吸盐系统，许多都采用了压加盐罐或射流吸盐等技术。比较而言，这种设备较手动设备已有了很大的进步。但半自动设备的运行及再生终点依然要化验确定，再生各过程的转变也同样需要人来完成。同时由于多路阀和电磁阀在材质或工艺上存在的一些问题，不完全适合于软水设备的使用，因此，导致设备不能长期稳定的运行。全自动离子交换设

29、备，目前在国内软水设备市场上，主要有两大类。一类是国内厂家自行开发的全自动软化水设备，另一类是进口的软化水设备。而这两类设备基本上都是在九十年代初期推向市场的，因此设备的市场普及率还较低，目前处于市场的发展时期，许多用户开始认识到全自动设备的优越性，开始接受这种产品。锅炉结垢的原因及危害1锅炉结垢水垢和水渣的概念水垢是指牢固地附着在受热面上的沉定物，其结晶体坚硬而改密。水渣是指锅水中的悬浮物，呈疏松絮状或细小晶粒状。2锅内沉淀形成原因水垢的水渣主要是由钙的镁的某些盐类组成的，它们生成的原因是因为这些物质锅水中的浓度超过了相应物质的溶解度，经过了一系列物理化学过程从锅炉水中析出。炎何这些物质在锅水中的浓度会超过其溶解度并析出沉淀物？其原因为：蒸发浓缩高温分解高温沉淀：大多数物质的溶解度，随温度的升高而增大，这类物质具有子温度系数；有少数物质的溶解度却随温度的升高减少，它们具有免温度系数，例如硫酸钙，它极容易在受热强度较大的部位析出。锅水中的难溶物质，其相应离子的浓度时常都超噎了其溶度积，处于过饱和溶液状态，没有沉淀产生，但一旦锅水中或与锅水接触的金属表面有某种诱因，如有结晶核心形成，或局部金属表面条件有