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工业水处理资料

第一章、水、水资源、水化学2

第一节、自然界的水和水资源2

第二节、水的结构和特性2

第三节、水溶液和电离2

第五节、水中的碳酸平衡3

第六节、工业用水处理方法楷概述3

第二章、预处理4

第一节、预处理概论4

第二节、混凝4

第三节、沉淀p625

第四节、澄清5

第五节、颗粒过滤-压力过滤器6

第六节、精密过滤6

第七节、消毒和氧化6

第八节、吸附7

第九节、除铁除锰7

第三章、微滤（MF）书p1567

第一节、概述7

第四章、UF超滤（p151）8

第一节、反渗透原理9

第二节、反渗透装置设计11

第六章离子交换12

第一节、概述12

第二节、离子交换剂12

第三节、离子交换过程13

第四节、离子交换在水处理中的应用13

第五节、树脂的再生14

第七章连续电除盐EDI15

八冷却水系统15

第一章、水、水资源、水化学

第一节、自然界的水和水资源

一、自然界的水及其分类

按自然界水的存在分类：

地表水、地下水、大气中的水

按水中含有盐分的多少分类：

海水（3000-3500mg/L）、苦咸水（1000-3000mg/L）、淡水（<1000mg/L）

二、水资源和水污染

水是资源，可供人类利用的淡水资源仅占总水量的0.3%，节约用水

水存在污染，需要减少排放，需要治理

三、开源节流和防治污染

节约用水是中国的一项基本国策，破除传统观念，形成节约用水、合理用水的社会风气。

水的重复利用率。

四、地表水环境质量标准

I类 ：

主要适用于源头水、国家自然保护区；

Ⅱ类：

主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；

Ⅲ类：

主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；

Ⅳ类：

主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；

Ⅴ类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域

第二节、水的结构和特性

一、水分子的结构

二、水的特性

1、密度

2、电导率：

表征水的导电能力。

水本身是极弱的电解质，只能较少离解成氢离子和氢氧根离子。

理论上的纯水（理想纯水）的电导率为0.0548us/cm，电阻率是18.248MΩ.cm

第三节、水溶液和电离

一、水溶液和浓度

水本身是一种溶液，盐分在水中有溶解度。

也涉及饱和浓度。

1、（质量）百分浓度：

（W/W）；%

2、重量浓度：

1L溶液中所含溶质的重量（W/V）；mg/L

3、摩尔浓度：

1L溶液中所含溶质的摩尔数；mol/L、mmol/L

第四节、天然水中的杂质和水质分析

一、天然水中的杂质

悬浮物：

颗粒直径，存在形态

胶体：

颗粒直径，存在形态

溶解物：

颗粒直径，存在形态

二、水质分析

不同用途的水，水质分析项目也各不相同，所定的指标也有很大差异。

主要水质分析项目为：

（一）、水中不溶解微粒

1、悬浮固体（S.S）：

水中不溶于水的细微悬浮物质烘干后的重量。

2、浑浊度：

单位及单位值得定于，NTU。

（混凝、沉淀<10NTU石英砂<3NTU精密过滤<1NTU）

3、SDI：

污染指数值

附SDI测定方法

（二）、含盐量

含盐量：

水中的盐分，即各种矿物质离子含量的总和。

1、溶解固体：

将1L水样过滤后蒸干，将残渣烘干后称量即得溶解固体

2、电导率：

间接判断水中含盐量

物理意义：

截面积1cm2，长度1cm的水柱的电导值。

常用的电导率单位：

US/CM

测量：

电极之间的水柱不是单位截面积，不是单位长度（决定电极常数K）。

需要换算。

被测量对象的电导率=测量电导值*K

电导率与温度：

温度补偿/温度校正

（三）、碱度：

水中能含有能与强酸起中和反应的物质的含量。

形成碱度的物质有氢氧化物、碳酸盐和重碳酸盐。

（四）、硬度：

水中钙、镁、铁、铝、锰等离子的总量。

天然水中主要是钙和镁的总和。

分为：

碳酸盐硬度（Ht、暂时硬度）和非碳酸盐硬度（Hf、永久硬度）

（五）、水处理设计用水质分析项目

不同的工艺需要作不同的水质分析

第5节、水中的碳酸平衡

第六节、工业用水处理方法楷概述

一、主要的预处理工艺

1、预处理的目的：

达到后续水处理装置的进水要求。

以RO为例：

二、主要的后处理工艺（膜分离及离子交换）

1、RO+NF2、UF3、EDI4、离子交换

第二章、预处理

浊度:

混凝、沉淀<10NTU石英砂<3NTU精密过滤<1NTU

第一节、预处理概论

一、预处理的任务及必要性

把工业用水的水源处理到后续水处理装置所容许的进水水质指标，从而保证后续水处理装置长期安全、稳定运行。

1、RO对进水水质的要求

二、预处理的对象示例

1、悬浮物2、有机物3、微生物4、游离余氯5、铁、锰离子

第二节、混凝

一、胶体溶液

1、胶体的含义及粒径（书p26）

胶体又称胶状分散体是一种均匀混合物，在胶体中含有两种不同状态的物质，一种分散，另一种连续。

分散的一部分是由微小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1nm—100nm之间的分散系；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，这是一种高度分散的多相不均匀体系。

粒径参见书p26

2、胶体的带电原因：

由于胶体颗粒带电，因此不能聚合

3、胶体的双电层结构：

胶核，胶核表面吸附离子，离子表面吸附部分反离子（吸附层），再离胶核远一点的反离子为扩散层。

扩散层与胶体所吸附的离子之间的吸附力很弱，扩散层中大部分离子脱开微粒，这个脱开的界面为滑动面。

4、胶体的凝聚

胶体颗粒相互聚合吸附，形成较大颗粒直至重力起作用后下沉。

使胶体凝聚的主要方法是向胶体中投加电解质，目的是压缩双电层。

加入的电解质所含离子为胶粒上反离子。

加入后：

异号胶体的相互凝聚；亲水胶体的凝聚；亲水胶体与疏水胶体的相互凝聚；接触凝聚

二、混凝机理

凝聚：

胶体被脱稳的过程；絮凝：

胶体脱稳后聚结成大颗粒絮体的过程。

混凝则包含这两个过程。

三、混凝设备

混凝沉淀工艺分为：

混合、反应（混凝）、沉淀，他们分别在混合器、反应器和沉淀器中完成。

可设置在澄清器中完成，也可单独设置。

四、混凝药剂（参见书p34）

一、混凝剂、絮凝剂、助凝剂定义：

P34

二、无机混凝剂：

铝系无机混凝剂：

PAC及国家标准

铁系无机混凝剂：

常用物质及国家标准

三、有机高分子絮凝剂

阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型

PAM：

又为合成高分子絮凝剂，P35

四、助凝剂

酸碱类助凝剂；氧化剂类助凝剂；无机高分子聚合物类助凝剂

五、影响混凝的主要因素和工业条件

第三节、沉淀p62

沉淀是水处理工艺中最古老最普遍最有效的方法。

根据原水中是否加混凝剂，沉淀可分为：

自然沉淀和混凝沉淀。

混凝沉淀的原理：

原水经过投加混凝剂，进行混合、反应后水中结成絮凝绒体，进入流速很低的沉淀池，绒体继续长大，依靠重力沉降作用，使比水重的绒体得以沉淀或去除。

自然沉淀：

为了减少后续混凝剂使用，可采用预沉措施。

工艺为自然（平流）沉淀池及向上斜管（板）沉淀池

向上斜管（板）：

增加沉淀面积，减少沉淀池占地面积；水力条件有利于水的搅拌，有利于既有絮状物与水的再次凝聚。

第四节、澄清

一、定义

利用原水中的颗粒和池中积聚的活性泥渣相互碰撞、吸附、结合，然后和水分离，使原水较快地得到澄清。

澄清池是综合混凝和泥水分离作用，在一个池内完成混合、絮凝悬浮物分离等过程。

二、分类

按泥渣的情况可以分为悬浮泥渣和循环泥渣型。

1、悬浮澄清池：

利用上升水流和絮粒重力平衡，使絮粒处于既不沉淀又不上浮的悬浮状态，形成泥渣悬浮层，当原水通过时，水中杂质有充分机会与絮粒碰撞接触，并被悬浮泥渣层的絮粒吸附、过滤而截留

2、循环泥渣-机械搅拌斜管澄清池

利用机械或水力的作用，使部分活性泥渣循环回流，以增加和杂质的接触碰撞和吸附机会，提供混凝效果。

3、循环泥渣-超脉冲澄清池

利用脉冲配水方法，自动调整悬浮絮凝层浓度分布，交替充水和放水，增加絮凝体碰撞、接触机会，从而提高净水效果。

三、特点

重复利用了有吸附能力的絮凝体净化原水，因此可以充分发挥混凝剂的净水效能。

第五节、颗粒过滤-压力过滤器

一、过滤

1、水处理净化的一个重要环节。

由沉淀池或澄清池处理过的出水，已大部分去除杂质颗粒和细菌，水中浊度小于10，但是为了进一步提高水质，必须采用过滤的方法去除水中残留的细小杂质颗粒和细菌，出水浊度可小于3。

2、原理：

机械隔离作用：

沉淀作用：

石英砂层可看做是重叠起来的许多微小沉淀池。

每一个空隙即为一个沉淀池单元接触凝聚作用：

细小杂质颗粒，已失去胶体稳定性，在水力作用下，与砂粒表面有更多地碰撞机会，由于分力引力的作用，细小杂质被吸附在砂粒表面

第六节、精密过滤

1、精密过滤的定义：

是指为去除水中通常沙滤所不能去除的微细悬浮物或胶体粒子的过滤处理过程。

常用于给水处理作为制取超纯水的前处理装置。

一般分为下列两中类型：

①预涂层过滤：

在滤网表面预涂硅藻土、珍珠岩、纤维素或细粉末状离子交换树脂进行过滤；②直接过滤：

通过多孔质过滤筒滤膜等进行过滤。

2、精密过滤的处理效果：

出水浊度小于1NTU

精密过滤的名称由来：

3、精密过滤的必要性：

以RO的预处理为例

4、叠片过滤器的优点：

稳定的过滤效果；

深层过滤，杰出的拦污能力；

操作简单，维护方便；

系统运行成本低，性能可靠，寿命可长达10年以上

5、①表面过滤　利用过滤介质表面或过滤过程中所生成的滤饼表面,来拦截固体颗粒,使固体与液体分离。

这种过滤只能除去粒径大于滤饼孔道直径的颗粒，但并不要求过滤介质的孔道直径一定要小于被截留颗粒的直径。

不过当悬浮液的颗粒含量极少而不能形成滤饼时，固体颗粒只能依靠过滤介质的拦截而与液体分离；此时只有大于介质孔道直径的颗粒方能从液体中除去。

　　②深层过滤　当颗粒尺寸小于介质孔道直径时，不能在过滤介质表面形成滤饼,这些颗粒便进入介质内部，借惯性和扩散作用趋近孔道壁面,并在静电和表面力的作用下沉积下来，从而与流体分离。

深层过滤会使过滤介质内部的孔道逐渐缩小，所以过滤介质必须定期更换或再生。

第七节、消毒和氧化

一、消毒（书P363）

1、消毒的定义;是指利用温和的物理化学因素抑制病原体繁殖的手段。

消毒有物理方法，化学方法及生物方法，但生物方法利用生物因子去除病原体，作用缓慢，而且灭菌不彻底，一般不用于传染疫源地消毒，故消毒主要应用物理及化学方法。

2、消毒的必要性：

在饮用水中；在工业水处理的预处理中

3、消毒方法分类：

物理+化学

氯化：

氯的化学性质；消毒原理；缺点

次氯酸钠：

化学性质；消毒原理；缺点

漂白粉：

化学性质；消毒原理；缺点

二氧化氯：

化学性质；消毒原理；缺点

紫外线：

化学性质；消毒原理（254nm）；缺点

二、氧化

利用强氧化剂氧化分解水中有机物的一种化学处理方法。

含氯类和氧类。

在氯类中广泛应用二氧化氯。

（一）、臭氧氧化：

1906年尼斯发明

1、化学性质：

溶解度；稳定性2、在水处理中的应用：

是氧化剂也是消毒剂。

因没有持续杀菌能力，一般被应用为氧化剂，用于氧化有机物、铁锰等。

3、现场制备系统A、必要性

B、工艺系统：

空气净化干燥装置：

空气中的灰尘和水蒸汽会降低产量。

臭氧发生器

水-臭氧接触池：

以气泡的形式，在水中迅速混合和扩散

C、臭氧发生量

D=1.06*臭氧投加量*所处理的水量

在纯净水生产线中，臭氧投加量为1-5mg/L,接触时间为4-10min，保持0.1-1mg/L剩余臭氧浓度。

第八节、吸附

一、吸附法是用含有多孔的固体物质，使水中污染物被吸附在固体孔隙内而去除的方法。

如去除水中的余氯、有机物、胶体微粒、异味等。

常用的吸附剂有活性炭和树脂。

二、活性炭吸附

用木质、煤质、果壳等含碳物质通过高温下隔绝空气碳化，再进行活化制成的。

它有非常多的微孔和巨大的比表面积，因此具有很强的吸附能力。

活性炭的吸附以物理吸附为主，但也存在化学选择性吸附。

三、活性碳的技术要求

碘吸附值：

粒度：

比表面积：

充填密度

四、活性炭过滤器

结构：

运行参数：

层高、滤速、接触时间、反冲洗强度

五、树脂吸附

大孔型强碱性离子交换阴树脂用碱性食盐水处理成氯型树脂来吸附水中有机物、色度和胶体硅。

装有这种树脂的交换柱称为有机物清除器。

第九节、除铁除锰

虽然天然水中的铁、锰含量不高，但是他们对水质的影响是很大的。

增加水的色度、浊度，并散发出一种金属味并影响口感（GB饮用水中关于铁锰的规定）。

在工业水处理中，铁锰对后续水处理装置及设备有很大的影响。

。

。

。

一、曝气氧化法

利用设备装置使水尽可能和空气中的氧接触，使二价铁氧化成氢氧化铁沉淀，然后过滤去除。

二、药剂氧化法：

二氧化氯

三、天然锰砂过滤法：

原理、运行参数，工书P89

第三章、微滤（MF）书p156

第一节、概述

一、截留机理

微孔滤膜的含义：

一种精密过滤介质，可以滤除液体或气体中的0.05-10um的微粒。

由天然的或合成的高分子材料在特定条件下制成的孔形较为整齐的多孔结构介质。

孔的结构形态：

通孔型、网络型（微观结构与开孔型的泡沫海绵相类似）

截留机理：

机械截留、物理作用或吸附截留（吸附和电性能导致一些粒径小于孔径的微粒也可能被截留）

二、截留特性

孔隙率高，流速快；膜质地博，吸附小；膜无介质脱落；驱动压力低；纳污量小，易堵塞。

最后一种特性决定需要深层过滤作为预处理

五、囊式折叠过滤芯

囊式过滤芯的特点:

将折叠元件压缩入囊中，可迅速使用，无需特别的过滤壳体，完美的中试应用元件，完全可以任意使用,独个包装的过滤单元，通用性–设计用于水、溶剂、气体中颗粒物和细菌的脱除，迅速使用–完全避免过滤滤壳的清洗,安装等等，可提供各种过滤材料和尺寸.

第四章、UF超滤（p151）

一、UF分离机理

典型结构形式

二、UF专业术语-错流过滤

3、UF专业术语-死端过滤

3、UF专业术语-内压式操作

3、UF专业术语-外压式操作

第五章、反渗透

第一节、反渗透原理

一、膜分离

二、RO原理及反渗透膜

1、反渗透的原理

2、反渗透的特点

3、反渗透的渗透压

第二节、反渗透装置设计

1、多段系统

2、系统设计步骤

3、膜化学

絮凝剂：

显著改善胶体的去除率

阻垢剂：

控制膜分离系统中的结垢沉积物，减少微粒阻塞

氧化性杀菌剂：

控制膜分离系统进水中的细菌含量

还原剂：

控制膜分离系统进水中的氧化剂含量

非氧化性杀菌剂：

高效降低膜表面上细菌的生长和生物粘泥的形成

4、给水隔网厚度及其影响

优点：

膜元件初始压力差低，可以容纳更多的污染物，化学清洗周期更长；膜元件污染后，化学清洗时间短，易于清洗干净。

缺点：

给水隔网越厚意味着更小的膜面积，单位面积上的水通量更大；需要更大的切向流速来保证紊流和降低边界层效应；以上情况均有可能导致膜表面的污染速度增加。

第六章离子交换

第一节、概述

一、离子交换分离定义

利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应进行分离的方法。

二、离子交换特点

优点：

分离效率高，设备简单，操作不复杂，树脂又具有再生能力，可反复使用，应用广泛。

缺点：

分离周期长，耗时过多，化学品。

第二节、离子交换剂

一、离子交换剂定义及分类

离子交换剂：

具有离子交换能力的所有物质，通常指固体离子交换剂，固体离子交换剂又称为吸着离子交换剂。

无机离子交换剂：

由天然的（粘土、沸石类矿物）和合成的（合成沸石、分子筛、水合金属氧化物、多价金属酸性盐类、杂多酸盐等）化合物构成。

有机离子交换剂：

人工合成的带有离子交换功能团的高分子聚合物．其中应用最为广泛的是离子交换树脂。

二、离子交换树脂的结构及合成

离子交换树脂是由高聚物骨架和连结在骨架上的可交换基团（简称功能团）组成的。

骨架具有庞大的空间网络结构，它是有许多低分子化合物（称为单体）聚合而形成的不溶于水的高分子化合物，高分子链上有各种可交换功能基团。

根据单体（骨架）的种类树脂可分为苯乙烯系、丙烯酸系和酚醛系等。

下面以苯乙烯系树酯为例讨论。

苯乙烯系树脂的制备：

树脂制备过程可分为高分子聚合物骨架的制备和在高分子聚合物骨架上引入可交换的基团的两个反应阶段。

苯乙烯系树脂是以苯乙烯和二乙烯苯为单体共聚而合成的高分子聚合物骨架。

聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子骨架，也称白球。

二乙烯苯在高聚物中起的是空间架桥作用，使聚合物形成网状交联，聚合物中二乙烯苯的含量愈多，白球的网状结构就愈坚固。

我们通常把聚合物中二乙烯苯的质量百分数叫做交联度。

如交联度为7，就是指白球中二乙烯苯的质量占7%。

白球制备出来以后，再将白球通过磺化反应、氯甲基反应和胺化反应，即可分别得到阴、阳离子交换树脂。

三、离子交换树脂分类

1、按选择性：

阳离子交换树脂：

强酸性阳离子交换树脂R—SO3H弱酸性阳离子交换树脂R—COOH

阴离子交换树脂：

强碱性阴离子交换树脂R-NOH弱碱性阴离子交换树脂R—NH3OH

2、按结构：

凝胶型：

孔径5nm、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。

大孔型：

孔径为20—100nm，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。

等孔型：

孔大、均匀，抗有机污染能力强。

5、树脂的性质

1、外型颜色：

白、黄、黑和褐。

形状：

大多为球形。

大小：

通常用树脂在水中膨胀后通过筛的大小表示。

2、交换容量

单位体积湿树脂（容量表示法）或单位重量干树脂（重量表示法）可发生交换的活性基团数量。

容量表示法EV：

mmol/ml、mol/l。

重量表示法EW：

mmol/g、mol/kg。

EV=EW×[湿比重×（1-含水率）]

全交换容量：

单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。

工作交换容量：

在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层达到的平均交换容量。

6、交换特性

R-HR-COOHR-OH（R-NH）-OH

第三节、离子交换过程

1、影响离子交换速率的因素：

1.溶液浓度：

重要因素，交换速率浓度增加而增加，最后达到一个极限值。

2.树脂颗粒大小：

树脂颗粒越小，交换速率越大。

3.树脂相内扩散系数4.树脂相外扩散系数5.搅拌

第四节、离子交换在水处理中的应用

一、复床除盐：

一级化学除盐系统由阳离子交换器（阳床）、除碳器和阴离子交换器（阴床）所组成，其组合方式分为单元制和母管制。

1.阳离子交换

当水通过强酸性H型阳交换器时，水中所有的阳离子都被强酸性H型树脂吸收，活性基团上的H+被置换到水中，与水中的阴离子组合生成酸。

其反应式：

强酸性阳离子交换树脂交换反应：

阳离子交换器的出水是酸性水。

但当交换器运行失效时，其出水中就会有其它阳离子的泄漏，而在诸多的阳离子中，首先漏出的阳离子是Na+，故习惯上称之为漏钠。

当出水中的Na+超过一个给定的极限值时，阳离子交换器被判失效，需停运再生后才能投入运行。

为什么阳交换器失效时，首先发生漏钠，而不是漏Ca2+或Mg2+离子？

这是因为水中各种阳离子与树脂中H+发生交换反应时，因树脂对各种阳离子的吸收有选择性，故被树脂吸收的离子在交换器内有分层现象，根据树脂对被吸收离子的选择性顺序，最上层是最易被吸收的Ca2+，次层以Mg2+为主，下层就是Na+。

强酸性阳树脂的选择性顺序为：

Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+

第5节、树脂的再生

（一）再生的目的

使用过的树脂恢复到原状的过程称为树脂的再生（以适当浓度的酸溶液处理已变为M型的强酸性阳离子交换树脂，使其恢复到H型。

交换使用过的阴离子树脂以适当浓度的碱溶液处理，可从Cl型转为OH型。

）

（二）影响再生的因素

再生剂：

再生剂的种类

强酸性阳树脂：

用HCl、H2SO4、NaCl、Na2SO4再生；

弱酸性阳树脂：

用HCl、H2SO4再生；

强碱性阴树脂：

用NaOH、NaCl再生；

弱碱性阴树脂：

用NaOH、Na2CO3、NaHCO3等再生。

再生剂的浓度HCl：

5～10%NaOH：

10～12%、4～8%

再生剂用量：

树脂的交换和再生均按等当量进行。

但实际上再生剂用量比理论值大得多。

再生剂用量越多，再生效率越高。

但当再生剂用量增加到一定值后，再生效率随再生剂用量增长不大。

（三）、顺流再生：

顺的含义

1、反洗：

反洗目的、反洗用水

2、再生：

再生剂、再生剂用量、再生液浓度、再生流速、再生剂纯度、再生液温度

3、置换：

目的

4、正洗：

目的

5、管路实现

（四）、逆流再生

1、要点：

逆的含义；不反洗以维持运行时的树脂排列顺序，而使先前失效程度不高的保护层树脂与新鲜的再生液接触。

2、再生步骤：

关键在于不能乱层、不能大反洗，只能小反洗，需要顶压，需要压脂层、需要设置中排

第七章连续电除盐EDI

一、EDI引领水处理技术

EDI使用概览：

进水要求供电要求清洗及消毒条件清洗及消毒方法及管路系统流量及压差：

八冷却水系统

直流冷却水系统：

冷却水仅仅通过换热设备一次，用过后水就被排放掉。

用水量很大。

循环冷却水系统：

冷却水经使用后，通过冷却塔或喷水池等设备将温度降低后又作为冷却介质使用，即重复利用吸热后的冷却水。

水量损失很少。

敞开式循环冷却水系统产生的问题

三大问题：

地点