第五部分 水处理Word文档格式.docx

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基本政策和基本做法。

规定了各行业不论抽取地下水还是地表水都要收费。

向公共水体排水也要收费。

污染超标的排水还要罚款。

这些做法都促使并强迫人们重视节约使用水资源，减少水资源的污染，以利工农业进一步发展和人类自身的繁衍。

第二节　水的特性及分子结构

　　一、水的特性：

　　水在常温下以液态存在，有一般液体的共性，但与许多其它物质相比，又有许多异常的特性。

这些特性才使水在自然界和人类活动中发生巨大的作用。

其特性如下：

（一）在0℃～100℃之间有三态变化：

　　常压下，在0℃～100℃范围内水可出现固、液、气三态变化。

它的融点0℃，沸点100℃，都在常见的温度范围内，用一般的加热和冷却方法可达到。

因此，在生产实践中，人们常利用水的固、液、气三态变化来转换能量。

（二）温度－－体积效应：

　　一般物质遵循着“热胀冷缩”的规律，而水在0℃～4℃（严格地说为3.98℃）时体积最小，而密度最大，定为1.000G/cm3，超过或低于此温度体积都会膨胀，0℃的水密度为0.9999g/cm3，另外，水在结冰时，体积也会膨胀。

0℃的冰密度为0.9168g/cm3。

因此，结冰时，冰层能浮于水面，隔绝深层水与外界的热量交换，保持深水水温，使水生物得以生存。

　　（三）压力对冰的融点的影响

　　压力增加时，冰的融点会下降。

冰在常压下融点是0℃，当外界压力每增加1个大气压，它的融点就要下降0.0075℃，这是因为一般物资随着压力的增大，热膨胀系数均减小。

相应的熔点也有提高，而在0℃到45℃之间的水却相反，当压力升高时，其膨胀系数反增大，这是由于冰在融化时，体积会缩小，因而融点下降。

　　（四）热容量大

　　在所有的液体和固体中，水的比热最大，即每升高或降低1℃时所吸收或放出的热量比其它物质都多。

水的汽化热很高，冰的融化热也很高，可见水是良好的热交换介质。

是储存和传授热量的优良载体。

因此，在工业生产中常用水来冷却其它物质。

天然水体可以调节气候温度，使其变化幅度不致过分剧烈。

　　（五）表面能力大

　　常温下所有的液体，除汞以外，水的表面张力最大。

达到72.75*10-5N/cm（20℃），而其它液体大多只有20～50-5N/cm范围内。

水由此产生毛细、润湿，吸除等一系列界面物理化学特性，这在各种化学反应和自然机体生命活动中起着显著的作用。

　　（六）溶解及反应能力极强

　　水是一种极为良好的溶剂，许多物质不但在水中有很大的溶解度，而且有最大的电离度。

水中溶解的各种物质可以进行各种化学反应，而且水本身也参与多种反应，这可起催化作用。

盐类的水解以及许多氧化物与水反应生成酸或碱。

　　（七）导电性

　　不含任何杂质的纯水，几乎不导电，但在一般天然水中总是或多或少溶解了各种电解质类的盐，所以一般的水是导电的。

　　（八）是有机物和生命物质中氢的来源

　　一切有机化合物都是以碳、氢、氧等元素为基础的。

而这些元素的主要来源是C02和H20。

植物通过光合作用把C02和H20转化为各种物质的生命物质，生命和水的确分不开。

　　综上所述，可见水的确是一种具有很多特性的物质，而这些特性又是与水的内部结构有关。

　　二、水的分子结构。

　　水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成的。

水的最简单化学式为H20，分子量为18，在H20分子中，三个原子核排列成以H核为底，以O核为顶的等腰三角形方式。

　　水的溶解能力极强，电离能力强，化学反应活泼，都是由于水分子有很强的极性，易于同另外的物质生成氢键，产生水合作用。

第三节　　水的用途

水是人类赖以生存的重要物质，人类自身就是由70%的水组成，所以说没有水就没有生命。

同样没有水就没有农业，没有粮食，除此外，水还是工业上最重要的工程原料之一，没有足够的供水和质量合乎要求的水，任何工业都不能维持下去。

　　一、作动力用

　　自从瓦特发明蒸汽机，发生第一次工业革命后，用蒸汽产生动力应用于生产非常广泛，如蒸汽直接带动车辆，蒸汽火车头，或用蒸汽带动透平机发电等等。

还可以利用水位落差，产生巨大的冲击水流，以带动水力透平机产生电力，如大大小小的水力发电站。

可以说没有水也就没有电。

　　二、作传递热量用

　　由于水蒸汽热容量大，传热效率高，而且随着压力的提高，其温度也会升高。

因此，这些工厂均备有锅炉，生产蒸汽，送到各个装置中，改变蒸汽压力就很容易达到控制各个装置的加热温度，以满足生产需要。

　　三、作清洗、运输用

　　各种工业生产中，清洗是必不可少的程序，如化工厂常用的反应釜，每次生产后需清洗，这样可以保证下一釜的质量。

还有各换热器进行定期清洗，以提高传热效率等。

　　四、作产品原料用

　　氯碱工业中，用水溶解食盐，在电解槽中进行电解，可得到氯气、氢气和烧碱，水就是作为原料来使用的。

再如硫酸工业中，用水吸收SO3气体，得到浓硫酸，SO3＋H2O→H2SO4，水也是硫酸生产中不可少的原料。

　　五、作冷却介质用

由于水的热容量大，用水冷却物质可以带去的热量多。

加上水的流动性好，易输送和分配。

因此，许多工业都愿意选用水作冷却介质。

第四节　水质要求及其指标

　　一、天然水中的杂质

　　各种天然水都是由水和杂质组成的，它们决定了不同水系的特性。

因此，所谓水质是和其中杂质共同表现的综合特性。

　　水中杂质的种类很多，按其性质可分无机物、有机物和微生物；

按其颗粒大小可分悬浮物、胶体物和离子、分子即溶解物质。

　　水中杂质分类表

水中杂质

溶解物

胶体颗粒

悬浮物

颗粒尺寸

0.1毫微米　　1毫微米　10毫微米　100毫微米　1微米　10微米　100微米　1毫米

分辨工具

质子显微镜可见

超显微镜可见

显微镜可见　

肉眼可见

水体外观

透明

光照下浑浊

浑浊

较浑浊

（一）悬浮物

　　悬浮物的颗粒较大，在水中不稳定，容易除去。

当水静止时，比重较小的物质会上浮于水面，主要是腐植质及一些有机化合物。

比重较大的则下沉。

主要是砂子和粘土类无机化合物。

（二）胶体物

　　胶体微粒是许多分子和离子的集合体。

这些微粒由于其表面积很大。

因此有很强的吸附性，在其表面常常吸附很多离子而带电。

结果使同类胶体因为带有同性电荷而相互排斥，在水中不能相互粘合起来，而是稳定在微小的胶体颗粒状态下，使这些颗粒不能依靠重力自行沉降。

在天然水中这些胶体主要是腐植质和铁、铝、硅等化合物。

类别

阳离子

阴离子

浓度

I

Na+、K+、ca2+、mg2+

II

nh4+、Fe2+、mn2+

III

Cu2+、Zn2+、Ni2+

（三）溶解物质:

天然水中溶解物质，多数是离子和一些溶解气体。

　　天然水中常见溶解的各种离子如下。

其中以第I类最为常见。

（1）钙离子（Ca2+）对于含盐量少的水，钙离子的量常常在阳离子中占第一位，天然水中的钙离子主要是由地层中的石灰石（CaCo3）和石膏（CaSo4·

'

2H2o）溶解而来的，CaCO3在水中溶解度虽小，但当水中含有二氧化碳时（CO2）时，CaCO3容易转化成溶解度较大的重碳酸钙［Ca（HCO3）2］，因而使Ca2+含量增多，其反应如下：

CaCO3+H2O+CO2→←Ca（HCO3）2.

（2）镁离子（Mg2+）水中镁离子主要是由于含CO2的水溶解地层中白云石（Mgco3·

caco3）所致。

白云石在水中的溶解和石灰厂相似，其反应如下：

　　Mgco3·

caco3+2co2+2H2o→←Mg（Hco3）2+Ca（Hco3）2

　　水中Ca2+·

Mg2+离子的总量称为水的总硬度。

它们是冷却水和锅炉水结垢的主要离子，与碳酸盐结合的Ca2+·

Mg2+离子总量称为水的硬度。

而与Cl一·

SO42-离子相结合的Ca2+·

Mg2+离子总量则称为永硬，故暂硬＋永硬=总硬。

　　（3）钾（K＋）和钠（Na＋）离子。

天然水中的K＋和Na+统称为碱金属离子，它们的盐类都非常易溶于水，故天然水中的碱金属主要是由于岩石和土壤中这些盐类的溶解所带来。

Na+在水中的含量变化幅度很大。

从基本为0直到数千个ppm。

K＋的含量一般远低于Na+。

由于它们的特性相近，常常合在一起测定。

　　（4）重碳酸根（HCO3－）。

水是重碳酸根主要是由于水中溶解的CO2和碳酸盐反应后产生的HCO3－是天然水中最主要的阴离子，也是冷却水和锅炉水产生结垢的主要离子。

　　（5）氯离子（Cl－）。

天然水中都含有氯离子，这是由于水流经地层时，溶解了氯化物所产生的。

一般的氯化物溶解度都很大，随着地下水和河流带入海洋，逐渐积累起来，使海水中氯离子含量特别高，通常海水中Cl－含量可达18000ppm，内陆咸水湖中Cl－含量更高，可达150000ppm,一般陆地上的淡水只含10到数百个ppm，天然水中Cl－含量高，易对各种金属如碳钢、不锈钢、铝等产生腐蚀。

　　（6）硫酸根（SO42-），天然水中都含有SO42-，主要来自矿物盐的分解，如CaSO4·

2H20溶解，以及有机物分解产物。

天然水中SO42-含量高，对金属产生的腐蚀性大，也是生成硫酸钙垢的主要原因。

　　（7）硅酸（SiO2,又称为可溶性二氧化硅）。

天然水中硅酸来源于硅酸盐矿物的溶解，硅是地球上含量最丰富的第二种元素。

因此，天然水中普遍含硅酸，不过含量的幅度变化较大，可以从约6ppm到120ppm，地下水比地表水含量多。

硅酸在水中的基本形态是单分子的正硅酸H4SiO4，它可以电离为H3SiO4-，H2SiO42-等，在浓度较高，PH较低的条件下，单分子硅酸可以聚合成多核结合物，高分子化合物甚至胶体微粒。

　　水中硅酸的含量统一按当量换算成SiO2（ppm）计算，故又称为可溶性二氧化硅。

水中硅酸过多可生成硅酸盐类水垢，坚硬而难除去，特别是在高压锅炉中。

另外从锅炉蒸汽中带出的硅酸还可在汽轮机叶片上发生沉积，影响汽轮机的运转，因此一般对高压锅炉用水规定SiO2含量应小于1～3ppm。

　　水中其它离子在天然水中一般含量很少。

在天然水和一般的清水中，常见的主要离子总量可以粗略地作为水的总含盐量。

由于水是呈中性的，因此阳离子总物质的量应等于阴离子总物质的量。

　　二、两种主要溶解气体。

（1）二氧化碳（CO2），在大多数天然水中都含有溶解的CO2气体，它的主要来源是水体或土壤中的有机物质进行生物氧化时的分解产物。

在深层地下水中有时含有大量CO2，是由地球的地质化学产生的。

空气中的CO2也可深入水中，但能深入的量很少，只有0.5～1ppm，地表水中溶解的CO2一般不超过20～30ppm，地下水一般含有15～40ppm，最多也不超过150ppm，当然某些矿泉水是例外，其含量高达数百个ppm。

　　溶解在水中呈分子状态的二氧化碳称为游离二氧化碳。

其中大部分以CO2形态存在，很少一部分同水结合成H2CO3形态，故游离CO2又可称为游离碳酸，代表水中CO2和H2CO3的总量，溶解在水中的CO2量多，水的PH值就低。

同时对金属的腐蚀性增加。

（2）溶解氧（O2）。

天然水中的溶解氧主要来自空气中氧的溶解，其次水生植物的光合作用也放出氧。

常温下水中溶解氧的量大约为8～14mg/L。

在水藻繁殖的水中，溶解氧可能达到过饱和状态。

水中有机物的量较多时，当其运行生物氧化分解的耗氧速度超过从空气中补充的溶解氧速度，则水中溶解氧的量将减少。

有机物污染严重时，水中溶解氧的量可接近为零。

这时有机物在缺氧条件下分解就出现腐败发酵现象，使水质严重恶化。

在缺氧水体中，水里动植物的生长将受到抑制甚至死亡。

地下水中一般溶解氧含量较少，海水中因含盐量高，其溶解氧含量较低，约为淡水的80%。

　　水中溶解氧是金属设备受到腐蚀的重要原因。

因此控制水中溶解氧的量是防止金属腐蚀的重要手段，如高压锅炉用水必须限定溶解氧在0.007mg/L以下。

第二章　工业用水预处理

　　地表天然水中含有的悬浮物，胶体物构成水的浓度，不除去则不能作为锅炉用水和冷却使用。

通常用混凝沉淀，过滤等方法去除。

　　以离子和分子状态存在于水中的溶解盐类，特别是硬度等不除去，不适用于锅炉水，通常采用离子交换脱盐、软化等。

　　一、混凝

　　以添加混凝剂破坏溶胶的稳定性，使细小的胶体微粒凝聚再絮凝成较大的颗粒而沉淀。

这个过程称为混凝。

　　1、混凝机理：

有以下几个方面：

　　①水溶胶和双电层机理。

　②电解质对双电层的作用机理

　　③吸附架桥作用机理④沉淀物卷扫作用机理。

　　混凝机理很复杂，它与水溶液的组成，药剂性能有关。

　　2、影响混凝的因素：

　　①水温的影响②水的PH值和碱度的影响③水质的影响

　　3、混凝剂：

　　常用的混凝剂有无机盐类。

无机盐的聚合物，以及有机类化合物。

如：

硫酸铝、明矾、三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铝、聚合氯化铝等，我们通常使用的都是聚合氯化铝，具有以下优点：

　　①对高浓度和低浓度都有很好的混凝效果。

②对高色度和低温水的混凝效果好。

　　③形成的絮凝体块，且颗粒大，易沉淀。

　④投加药量少。

　　⑤适用水的PH值范围宽。

　　但加量不能多加，否则也会使水发生浑浊。

　　二、沉淀与澄清

　　1、沉淀与沉淀池：

　　水中悬浮的固体颗粒，依靠本身重力作用，由水中分离出来的过程称为沉淀。

原水中悬浮固体颗粒较大，能依靠自身重力自然沉降的称为自然沉降沉淀。

通常，原水预处理都是先经过混凝，使水中较小的颗粒进一步形成絮凝状沉淀物（俗称矾花），再依靠其本身重力作用，由水中沉降分离出来，这种沉淀称为混凝沉淀。

　　2、澄清与澄清池

　　可利用活性泥渣与混凝处理后的水进一步接触，加速沉淀速度，该过程称为澄清。

用于澄清的设备称为澄清池。

如机械加载澄清池，和水力循环澄清池，我们使用的是水力循环澄清池。

它是利用水射器形成真空自动吸入活性混渣与加药原水进行充分混合反应。

构造简单、节能、维护管理方便。

　　三、过滤

　　1、过滤过程

　　过渡就是将含有浊度的原水通过一定厚度的粒料或非粒状材料，有效地除去水中浊度，使水净化的过程。

这种过滤用的设备称为过滤器，过滤用的材料叫滤料，堆在一起的滤料层叫滤层。

　　2、过滤设备

常用的过滤设备有以下两种：

①压力式过滤器。

②重力式无阀滤池。

这两种我们岗位有。

重点介绍无阀滤池。

①压力式过滤器：

亦称为机械过滤器，是根据进出水压差和过滤效果来判定是否反洗。

一般压差较大，出水流量越小。

　　②重力式无阀滤池：

是因过滤过程依靠水的重力自流入滤池进行过滤或反洗，且滤池没有阀门而得名。

　　含有一定浊度的原水，通过高位进水分配槽由进水管经挡板进入滤料层，过滤后的水由连通渠进入水箱并从出水管排出净化水。

当滤层截留物多，阻力变大时，水由虹吸上升管上升，当水位达到虹吸辅助管口时，水便从此管中急剧下落，并将虹吸管内的空气抽走，使管内形成真空，虹吸上升管中水位继续上升。

此时虹吸下降管将水封井中的水也吸上至一定高度，当虹吸上升管中水与虹吸下降管中上升的水相汇合时，虹吸即形成，水流便冲出管口流入水封并排出，反冲洗即开始。

因为虹吸流量为进水流量的6倍。

一但虹吸形成，进水管来的水立即被带入虹吸管，水箱中的水也立即通过连通渠沿着过滤相反的方向，自下而上地经过滤池，自动进行冲洗。

冲洗水径虹吸上升管流到水封井中排出。

当水箱中水位降到虹吸破坏斗缘口以下时，虹吸破坏管即将斗中水吸光，管口露出水面，空气便大量由破坏管进入虹吸管，破坏虹吸，反冲洗即停止，过滤又重新开始。

　　重力式无阀滤池的运行全部自动进行，操作方便，工作稳定可靠，结构简单，造价也较低，适用于工矿，小型水处理工程。

以及较大型循环冷却水系统中作旁滤池用。

该滤池的缺点是冲洗时自耗水量较大。

　　③高效纤维过滤器。

是近年来新研制成的新型过滤器，其根据流体力学的原理，集砂滤器和胶囊式过滤器的优点于一身，既利用了纤维过滤器阻力小，流速大，过滤精度高，寿命长的优点，也利用了砂滤器操作简单的优点结合而成为新型过滤器。

这种过滤器是用原水压紧纤维滤料，因此不需要任何外加压紧机构，做到了简单、实用，且不易损坏。

　　高效纤维过滤器具有如下特点：

　　①过滤速度大，30～45m/h,是碤砂过滤器的3～4倍。

　　②过滤阻力小、节能、滤速为30m/h,起始压降为0.02mpa。

　　③过渡效率高：

当进水浊度不大于20mg/L时，出水浊度可降到1mg/L.

　　④设备体积小，设备体积与同样滤水量的碤砂过滤器相比，为其体积的0.3倍左右。

　　⑤载物容量大，设备的截污容量为6～10kg/m2滤料。

　　⑥操作简单、维护方便，运行可靠。

第三章　水的降盐处理

　　水的除盐处理是除去水中溶解盐类，以满足工业生产原料和介质用水以及产品检验和料研开发用水的需要。

目前国内已经应用的除盐工艺有四种：

化学除盐－－离子交换法，电力除盐－－电渗析法，压力除盐－－反渗透法，热力除盐－－蒸溜法。

第一节　反渗透法除盐

一、工艺

1、反渗透原理

　　当把一张具有一定透过性的薄膜放到溶液中时，膜对溶剂或溶质表现出一定的选择透过性，即膜或是使溶剂通过或是使溶质通过。

前者称为渗透，后者称为渗析。

若所用薄膜称为半透膜。

对于反渗透，渗析及电渗析使用的是致密膜，而超过滤及微孔过渡使用的是多孔质膜。

　　反渗透是反其自然渗透过程的一种科学方法，渗透和反渗透均是通过半透膜来完成的。

　　当用半透膜隔开两种不同浓度的溶液时，稀溶液中的溶剂就会自发地通过半透膜进入浓溶液一侧，这种现象叫渗透。

渗透过程中，浓溶液侧液面不断上升而逐渐稀释，稀溶液侧液面不断下降而逐渐浓缩，当渗透停止时侧浓度相当，液面不再升降，并保持一定的液位差（H），形成一个压差（π），称为渗透压（如图a/b），渗透压是溶液本身的一种性质，其值与膜无关。

当在浓溶液侧施加一外来压力（P）时，渗透过程即停止，即达到所谓渗透平衡，平衡状态所需要的外加压力等于渗透压。

当继续增大浓溶液一侧的压力，即所施压力（P）大于渗透压（π）时，溶剂会反其原来的渗透方向，由浓溶液侧通过半透膜进稀溶液侧，这种现象称为反渗透压（如图C）

（a）到（b）水的移动方向从右到左至平衡时停止，属自然渗透过程结果：

膜两侧浓度相当（a）到（c）水的移动方向从左到右弄溶液侧压力，水流反自然渗透方向结果：

浓溶液更浓（浓水）稀溶液更稀（淡水）

（a）初始状态（b）渗透平衡（c）反渗透

　　在渗透和反渗透过程中，溶剂迁移的推动力是浓度差和压力差。

半透膜两侧的浓度差愈大，反渗透施加的压力也就愈大。

为了不致采用很高的压力来克服浓度差引起的反作用，进行反渗透处理的原水浓度不宜过高。

　　简单地说，反渗透原理是在高于溶液渗透压的压力下，借助于只允许水分子透过的反渗透膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分离，从而达到纯净水的目的。

　　2、反渗透膜的脱盐原理

　　对于反渗透膜的脱盐机理，目前主要是“选择吸附－－毛细管流动理论”和“筛分理论”。

当食盐的水溶液与多孔的半透膜表面接触时，则在膜的溶液界面上选择吸附一层水分子，在反渗透压力的作用下，通过膜的毛细管作用流出纯水，并连续地形成和流出这个界面纯水层。

该机理阐明在半透膜的表皮上布满了许多极细的膜孔，在膜的表面选择吸附了一层水分子，盐类溶质则被排斥，化合价越高的离子被排斥的越远，膜孔周围的水分子在反渗透压力的推动下，通过膜孔π的一价盐泄漏较多，二价盐次之，三价盐更次之。

　　至于对于有机物的去除，纯属筛分机理。

反渗透膜能滤除各种细菌，如最小的细菌之一绿脓杆菌；

也能滤除各种病毒，还能滤除热源。

　　3、絮凝原理

　　一般情况下，原水中含有一定数量的悬浮物和胶体物质，这些物质表面带负电荷，经电性中和后才会凝聚。

因此如原水中悬浮物和胶体物质含量较高，应加入高电荷的阳离子或高分子聚合物即絮凝剂，使其凝聚变大变重，再通过多介质过滤器过滤，可大部分去除，达到反渗透进水水质指标。

絮凝剂通常采用碱式氯化铝（PAL），碱式氯化铝（PAL）是一种介于三氯化铝和氢氧化铝之间的水解产物，最适合用于医药及电子行业超纯水的预处理，真净水效果为硫酸铝的3～5倍，三氯化铁的2～5倍，比其它净水剂成本降低40～50%，絮凝体形成快，絮块大，沉降速度快，还有除臭、灭菌、脱色等作用。

　　4、防止结垢

　　膜结垢是由于给水中的微溶盐在给水逐渐浓缩时超过了浓度积而沉淀到膜上。

因此必须防止CaCO3、CaSO4、SrSO4、BaSO4、SiO2、CaF2结垢。

　　为防止结垢造成化学污染，可采用钠离子交换软化或投加阻垢剂的方法。

在水处理装置RO前有软化系统，除去了钙、镁硬度，在日常运行中不致产生结垢现象。

　　但是，用钠床进行软化存在着许多弊端；

一是钠床还原、消耗大量的食盐，食盐的贮存、配制、输送较繁琐，对设施要求太苛刻；

二是钠床失效后切换时，易对系统造成二次污染；

三是刚投入运行的钠床，易造成的SDI值超标；

四是将要失效的钠床，易影响水质。

　　为了保证反渗透系统正常运行，有效防止膜组件结垢，装置采用投加阻垢剂的方法，与传统的加酸和六偏磷酸钠相比，可以免去加酸设备，同时对防止微生物的污堵优于加六偏磷酸钠。

　　二、反渗透膜

　　反渗透膜是一种具有不带电荷的弃水性基团的半透，是实现反渗膜分离过程的关键部件。

良好的反渗透膜应具