热力发电厂水处理.ppt

1、2020年11月16日6时11分,1,热力发电厂水处理,2020年11月16日6时11分,2,绪 论,第一节 水在热力发电厂中的作用 一、水在电力生产过程中的作用 1、传递能量的介质； 2、冷却介质。 二、火力发电厂的水汽循环系统 1、系统 2、汽水损失 （1）锅炉排汽、蒸汽吹灰、向空排汽； （2）汽机轴封排汽、除氧器排汽、抽气器排汽； （3）各种水箱的溢流、蒸发； （4）管道、阀门泄漏； 三、火力发电厂中不同名称的水 1、原水（生水）未经处理的水； 2、补给水补充汽水损失的水（原水经各种方法、净化处理的水）； 3、凝结水蒸汽凝结的水； 4、疏水蒸汽管道和用汽设备中凝结的水； 5、返回水（凝结

2、水）供热网中回收的水； 6、给水送往锅炉的水； 7、锅炉水在锅炉内循环的水； 8、冷却水作为冷却介质的水；,2020年11月16日6时11分,3,图0-1 凝汽式发电厂水汽循环系统主要流程,2020年11月16日6时11分,4,第二节 热力发电厂中水处理的重要性 一、水汽品质不良的危害 1、热力设备结垢 （1）锅炉受热面结垢 a.降低热效率、增加燃料消耗； b.金属超温、强度降低、诱发爆管； c.沉积物下腐蚀。 （2）凝汽器结垢 导致真空度下降，机器效率下降。 2、热力设备腐蚀 （1）缩短设备的使用寿命； （2）腐蚀产物结垢； 3、过热器和汽轮机积盐 （1）排烟温度上升，热效率下降； （2）过

3、热器金属管壁超温，引起爆管； （3）增加蒸汽流通阻力，降低了汽轮机出力、效率； （4）汽轮机轴向推力增加，容易损坏设备；,绪 论,2020年11月16日6时11分,5,二、火力发电厂水处理工作的内容 1、补给水处理：（1）预处理、（2）除盐处理 2、给水处理：（1）加氨处理、（2）除氧处理 3、炉水处理：（1）加磷处理、（2）排污 4、凝结水处理：（1）除浊、（2）除盐 5、返回凝结水处理：（1）除油、（2）除铁 6、冷却水处理：（1）防腐（杀生） （2）防垢（稳定处理） 7、热力设备停用保护 8、热力设备检查 9、化学清洗 10、水、汽质量监督,绪 论,2020年11月16日6时11分,6,

4、第一节 常用化学名词概述 一、溶液 溶液一种物质分散在另一种物质中形成的均一的分散体系 叫溶液。 二、溶液中溶质的含量 1、质量分数 2、用单位体积或单位质量溶液中含有溶质质量表示含量 （1）g/L 、mg/L 、 g/L （2） g/kg 、 g/kg 、 g/kg ppm： ppb：,第一章 水质概述,2020年11月16日6时11分,7,3、物质的量 （mol） m质量，g； M摩尔质量，g/mol，其值相当于基本单元的相对粒子质量。 4、物质的量的浓度（摩尔浓度） 1升溶液中所含溶质的物质的量 mol/L 三、质量作用定律和化学平衡 1、化学反应速度：单位时间内生成物或反应物的浓度变化

5、 2、影响化学反应速度的因素,第一章 水质概述,2020年11月16日6时11分,8,（1）浓度对化学反应速度的影响 质量作用定律：在简单反应中，化学反应速度与各反应物浓度的适当次方的乘积成正比。 K是常数，与T有关，T，K （2）压力 对于有气体参加（或生成）的反应：压力增加，速度向气体体积减少的方向移动。 （3）温度：升高温度，反应速度加快。 （4）催化剂 3、化学平衡 在可逆反应中，当正逆反应速度相等，体系中各物质的浓度不再发生变化时的状态。,第一章 水质概述,2020年11月16日6时11分,9,平衡常数： Kc与浓度、催化剂无关，仅仅是温度的函数。 四、电离 1、电解质和非电解质 电

6、解质：在水溶液中或在熔融状态下能导电的物质 2、电离过程 3、电离平衡,第一章 水质概述,是电离平衡常数,2020年11月16日6时11分,10,第一章 水质概述,五、水的电离、pH值 H2O为一个常数 KSH水的离子积，此值随温度的增高而增大，在定温下为常数。在22时， KSH 1.000010-14。 在水溶液中： ，酸性溶液，pH7 ，中性溶液，pH=7 ，碱性溶液，pH7 当温度一定时，任何溶液中 和 的乘积总保持一个定值，即等于该温度时的KSH 。,2020年11月16日6时11分,11,第一章 水质概述,注意：在特别强的酸性溶液中，pH值可以0， 在特别强的碱性溶液中，pH值可以1

7、4， 在这种情况下，一般不用pH值表示，而是用物质的量的浓度来表示。 六、浓度积 在难溶电解质的饱和溶液中，当温度一定时，其离子浓度的乘积为一个常数。该常数称为浓度积。 溶度积规则： 以离子浓度乘积的大小来说明沉淀生成还是溶液的规律，叫做溶度积规则。,2020年11月16日6时11分,12,第一章 水质概述,第二节 天然水中的杂质 一、悬浮物 d10-4mm，肉眼可见，不稳定。 二、胶体 d在10-410-6mm之间。 有机胶体、无机胶体是许多分子或离子的集合体。 特点：1、比表面积大，表面活性强； 2、带有正电荷或负电荷； 3、在水中稳定。 三、溶解物质 1、溶解性离子：Na+、Mg2+、C

8、a2+、HCO3- 2、溶解性气体：O2、CO2 3、分子：弱电物质 第三节 水质指标,2020年11月16日6时11分,13,第一章 水质概述,一、悬浮物（SS）（mg/L） 浊度近似表示悬浮物的量。直接从浊度仪中读出。 二、溶解性盐类 1、含盐量：水中各种阴阳离子的总和，mg/L。 2、溶解固形物：水经过滤、蒸干后在105110温度下干燥后的残留物。 3、电导率：水中离子的导电能力。 4、三者关系： （1）含盐量高，溶解固形物高，电导率高； （2）在测定溶固时的过滤、蒸发、干燥过程中，某些杂质会发生化学变化； 如： 所以：含盐量溶固1/2HCO3- （3）电导率不仅与含盐量有关，而且与含盐

9、量种类及其他因素有关，因此， 只能相对反映含盐量多少（如温度、一些气体溶解后）。 三、硬度（H、YD） 1、硬度（H）：水中高价阳离子的总浓度，天然水中主要是Ca2+、Mg2+。 2、碳酸盐硬度（HT）暂时硬度，水中钙、镁的碳酸盐和重碳酸盐的总和。,2020年11月16日6时11分,14,第一章 水质概述,3、非碳酸盐硬度（HF）永久硬度，水中钙、镁的硫酸盐、氯化物的总和。 注意： mmol/L 四、酸度和碱度 1、碱度（A、JD） 表示水中OH-、 CO3-、HCO3- 量及其他一些弱酸盐类量的总和。 酚酞碱度（P）： 以酚酞为指示剂滴定的碱度，终点：pH8.3 甲基橙碱度： 以甲基橙为指示

10、剂滴定的碱度，终点：pH4.4 天然水中P、M与OH-、CO3-、HCO3-的关系,2020年11月16日6时11分,15,第一章 水质概述,基本规律： （1）OH-、HCO3-不能同时存在 （2）P的终点：CO32-只能反应到HCO3- 。 （3）甲基橙碱度的终点： HCO3-能反应到CO2H2O 2、酸度 （1）水中能与强碱起中和作用的物质的量 强酸：HCl、H2SO4等 强酸弱碱盐：FeCl3、Al2(SO4)3等 弱酸：H2CO3、H2S等 （2）强酸酸度（M） 以甲基橙为指示剂滴定：包括、 （3）总酸度： 以酚酞为指示剂滴定：包括、 注意：水处理阳床出水酸度强酸酸度（Cl-、SO42

11、-）,2020年11月16日6时11分,16,第一章 水质概述,五、有机物和耗氧量 有机物的量近似用耗氧量来表示 （P35） 第四节 天然水中几种主要化合物 一、碳酸化合物 1、存在形式：4种 CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-,2020年11月16日6时11分,17,第一章 水质概述,2、四者之间的平衡,（25时，K1=4.4510-7）,（25时，K2=4.6910-11）,2020年11月16日6时11分,18,第一章 水质概述,3、碳酸化合物存在形态与pH的关系,2020年11月16日6时11分,19,第一章 水质概述,（1）当pH4.3时，水中只有游离CO2（以溶解气体形式存

12、在于水 中）； （2）当pH升高时，平衡右移CO2，HCO3-； 当pH=8.35时，98以上的碳酸化合物以HCO3-形态存在； （3）当pH8.3时，没有CO2； （4）当pH再升高，CO2消失，HCO3-，CO32-。 当pH12时，几乎全以CO32-形式存在。 二、硅酸化合物 XSiO2YH2O 当X=Y=1时，H2SiO3偏硅酸。 当X=1、Y=2时， H4SiO4正硅酸。 当X1时，硅酸呈聚合态，多硅酸。 三、铁的化合物 形态,2020年11月16日6时11分,20,第一章 水质概述,一、按主要水质指标分类 1、按含盐量来分 长江水：夏季：200mg/L左右 冬季：200300mg/

13、L,第五节 天然水的特点,2020年11月16日6时11分,21,第一章 水质概述,2、按硬度来分 (1/2Me2+) 长江水：1.03.0mmol/L 长江水来源：雪山融化和降水聚集而成。,二、按水处理工艺学分类 1、水中离子的假想结合水质图,2020年11月16日6时11分,22,第一章 水质概述,原则： （1）阳离子按Ca2+、Mg2+、Na+、K+的次序排列； （2）阴离子按HCO3-、SO42-、Cl-次序排列； （3）各离子所占空格的大小，按其单电荷摩尔浓度决定。 2、分类 碱性水 A（碱度）H（硬度）,2020年11月16日6时11分,23,第一章 水质概述,非碱性水（负硬水）

14、AH 钙硬水,镁硬水,2020年11月16日6时11分,24,第二章 水的沉淀处理,目的：（包括第三章）去除水中悬浮物和胶体。,第一节 胶体化学基础 一、胶体的稳定性 促使水中胶体具有聚集稳定性的原因： （1）同种胶体微粒带有相同电荷、相互排斥； （2）胶体微粒的表面被水分子包围，阻碍了胶体颗粒间的接触； （3）胶体表面吸附有某些促使胶体稳定的物质。 二、胶体的亲水性与憎水性,2020年11月16日6时11分,25,第二章 水的沉淀处理,二、胶体的亲水性与憎水性,图2-1 胶团的结构,2020年11月16日6时11分,26,第二章 水的沉淀处理,三、胶体的双电层结构,四、胶体的电位 0胶核表面

15、处的电位（热力学电位）； d吸附层与扩散层分界处的电位； 滑动界面处的电位（电动电位）。 对于天然淡水来说，因水中电解质很少，可以认为和d两种电位大致相等。,2020年11月16日6时11分,27,第二章 水的沉淀处理,五、胶体颗粒中的作用力 在溶液中，两个电荷符号相同的胶体之间存在着： 同性电荷间的静电斥力； 分子间的范德华引力。 六、胶体的脱稳 1、压缩双电层 在水溶液中投加某种电解质，当加药量达到一定数量时，会发生胶体聚集现象（助凝剂）。 2、吸附与电中和 向水中加带相反电荷的胶体，使之与原胶体发生电中和（混凝剂）。 3、网捕作用 4、吸附与架桥,2020年11月16日6时11分,28,

16、第二章 水的沉淀处理,第二节 水的混凝处理 一、混凝原理 混凝：向水中投入混凝剂，使之与杂质产生混合现象凝聚过程，变为大颗粒下沉。 1、混凝过程以Al2(SO4)3为例 （1）混凝剂水触,以上整个过程大约在30秒内就完成了。 （2）水中杂质胶体与Al(OH)3胶体相互吸引，中和，生成粗大颗粒下降。,2020年11月16日6时11分,29,第二章 水的沉淀处理,2、混凝作用 （1）吸附与架桥作用； （2）中和作用； （3）表面接触作用； （4）网捕作用。 二、影响混凝效果的因素 （一）水的pH值（加药后） 1、对Al(OH)3溶解度的影响 Al(OH)3的溶解度越大，混凝效果越差（胶体越少）。

17、当pH5.5时，,使Al(OH)3溶解度增加，效果下降。 当pH7.5时，,使Al(OH)3溶解度增加，效果下降。,2020年11月16日6时11分,30,第二章 水的沉淀处理,当pH9时， 使Al(OH)3溶解度增加，效果下降。 因此：最优pH值为5.57.5。,2、对胶粒电荷的影响 Al(OH)3胶粒：pH在58时，带正电荷 pH5时，带负电荷（因吸附SO42-） pH8时，几乎不带电荷（以中性氢氧化物形态存在，最易沉淀下来）。 3、对有机物的影响 pH高时，有机物生成腐植酸盐，不易去除，有利的pH在6.06.5之间（铝盐）。 4、对凝聚速度的影响 胶体内外的电位差越小，越易沉降，pH为6

18、.58之间最快。 综上所述，对于铝盐作混凝剂，其最优pH为6.58之间。,2020年11月16日6时11分,31,第二章 水的沉淀处理,（二）混凝剂的用量 加 Al2(SO4)318H2O 1050mg/L 对于悬浮物少的原水，并非加混凝剂用量越多越好，因为混凝剂加入同时自身也是一种杂质 （三）水温 铝盐：最好2530，低于5，效果较差。 铁盐：温度影响较小。 （四）混和速度 要求：形成时快，长大时慢（即宜先快后慢）,利用水解,防止矾花分解，便于长大,2020年11月16日6时11分,32,第二章 水的沉淀处理,（五）水中杂质 1、反离子浓度高，不利于Al(OH)3的形成； 2、有机物太多，也

19、不利于Al(OH)3的形成。 （六）接触介质 在水中保持一定数量的泥渣，可以加快沉淀。 （七）接触时间 从混凝剂加入到泥渣与水的分离需要经过一系列物理、化学过程，这些过程需要一定时间才能完成。一般为12h。 三、常用混凝剂 1、铝盐 Al(SO4)318H2O工业硫酸铝 KAl(SO4)224H2O明矾 NaAlO2偏铝酸钠 2、无机高分子凝聚剂聚合铝和聚合铁 聚合铝（PAC） 聚合铝（PAC），Aln(OH)mCl3n-m m10，1n5 （1）指标,2020年11月16日6时11分,33,第二章 水的沉淀处理,含量 当B30%时，混凝剂全部由小分子构成，混凝能力低。 B，胶体增大，混凝能力

20、上升。B太大，溶液不稳定，易生成沉淀。 （2）聚合铝混凝剂的优点 适应范围广，浊度高、低，有色溶液效果都较好； 用量少，810mg/L； 操作容易；a. 最优pH易控制（产品pH值高，约为5）； b. 低温效果稳定。 形成凝絮速度快； 加药量过量不会引起水质变化。,碱化度：,2020年11月16日6时11分,34,3、铁盐 绿矾 聚合硫酸铁（PFS） 具有铁盐特点； 也具备聚合铝的特点。 铁盐处理的特点： （1）生成凝絮比重大，易沉降； （2）受温度影响小； （3）pH6.5时，铁与腐植酸生成不易沉降的有色化合物，所以不适用 于处理含有机物水的混凝剂； （4）适应的pH比较宽（pH在410）。

21、 4、铁铝盐 采用铁铝盐作混合处理，如和以1:1的比例加入。 优点：凝絮均匀，沉淀完全。 5、有机高分子絮凝剂,第二章 水的沉淀处理,2020年11月16日6时11分,35,第二章 水的沉淀处理,四、经过混凝处理后的水质变化 1、减少部分 （1）悬浮物 （2）有机物 （3）胶体硅 （4）减少了重碳酸盐碱度 2、增加部分 （1）SO4或Cl （2）CO2 （3）HF （4）溶解固形物,第三节 水的沉淀软化 一、沉淀软化处理 1、沉淀软化 把天然水中的钙、镁离子转变成难溶于水的化合物，使其沉淀出来，以降低水硬度的过程，称为水的沉淀软化。 2、方法 热力软化法：将水加热到100或100以上煮沸，使钙

22、、镁转变成CaCO3、Mg(OH)2而沉淀。 化学软化法：在水中加化学药品，促使钙、镁离子转变成难溶化合物而沉淀。,2020年11月16日6时11分,36,第二章 水的沉淀处理,第四节 沉降原理 自然沉降：单个颗粒在水中只受重力和阻力的影响。 拥挤沉降：絮凝沉降、层状沉降、压缩沉降 第五节 沉淀处理设备 一、平流式沉淀池（卧式沉淀池）,图2-2 平流式沉淀池,2020年11月16日6时11分,37,第二章 水的沉淀处理,图2-3 斜管式沉淀池,二、斜管和斜板式沉淀池,2020年11月16日6时11分,38,第二章 水的沉淀处理,三、泥渣悬浮式澄清池 四、泥渣循环式澄清池 五、澄清池的运行与监督

23、 监督：出水水质 澄清池各部位的运行变化 监测项目：出水浊度20mg/L； 温度； 进水水质（浊度）； 泥渣的浓度（用量筒测）； 回流比； 泥渣层的高度。,2020年11月16日6时11分,39,第三章 水的过滤处理,第一节 水的过滤过程,一、过滤原理 在过滤器内堆放粒状滤料，将浑水通过滤层，将水中的悬浮物截留下来。 原理包括两个过程： （1）输送细小悬浮颗粒被“输送”到滤料颗粒表面； （2）附着在物理、化学、界面化学的作用下被滤料截留下来。,2020年11月16日6时11分,40,第三章 水的过滤处理,二、过滤过程中的水头损失 水头损失水流通过过滤层的压力降。 1、影响水头损失的因素 温度

24、当温度升高时，水的粘度减小，水头损失下降。 滤速 水头损失与滤速成正比。 滤料颗粒粒径 随着滤料颗粒粒径的减小，水头损失急剧增大。 滤层污染程度 随着滤层中污物的积累，滤层中水流流通缩小，水头损失便增大。 2、水头损失的控制 如果滤池进出口的压差保持不变，则滤池工作过程中滤速会逐渐减小，出力也渐渐降低。 如果保证出水量恒定，则必须随着滤层污染程度的加深，不断调节阀门的开度，或用其他增大进水压力的办法以增大压差。 当滤池运行到水头损失达到一定数值时，就应停用，进行冲洗。 3、滤层中负压的形成,2020年11月16日6时11分,41,第三章 水的过滤处理,三、滤料 1、对滤料的要求： （1）化学性

25、质稳定； （2）机械强度高； （3）粒度适当； （4）价廉，取材方便。 2、滤料的颗粒度指标 （1）粒径颗粒的直径 平均粒径（d50）：有50的滤料粒能通过筛孔的孔径（mm）。 有效粒径（d10）：有10的滤料粒能通过筛孔的孔径（mm）。 粒径过大，细小的悬浮物会穿过滤层，反洗时不易松动，滤层易结块，出水水质不高。 粒径过小，则水流阻力大，过滤周期短，反洗时水耗大。,2020年11月16日6时11分,42,第三章 水的过滤处理,（2）不均匀系数：（KB） 滤料颗粒不均匀易导致：反洗困难；过滤情况易恶化。 石英砂：d100.35mm，KB2 无烟煤：d100.6mm，KB3 （3）滤料颗粒度的测

26、算 取1001000g滤料； 分样筛，筛分称重； 作粒径分布图； 从图中查d10、d50、d80，计算KB。 四、过滤工艺 1、过滤运行 一个周期分三个步骤：反洗、正洗、过滤（运行） 2、过滤效果 过滤效果的评价： 出水水质中残留悬浮物的多少； 滤层的截污能力（泥渣容量）每立方米滤料所能除去泥渣的质量。,2020年11月16日6时11分,43,第三章 水的过滤处理,3、滤速 在过滤经过混凝和澄清处理过的水时，滤速一般为1012m/h。 4、反洗强度 最适宜的反洗强度应通过实验求得。一般而论：石英砂：1518L/(sm2) 无烟煤：1012 L/(sm2) 反洗时滤层膨胀率：2550 反洗时间：

27、58min 五、滤池的维护 当滤层中有不易被水冲洗干净的污物时，应采用化学洗清的措施消除这些污物。,第二节 过滤器 一、普通过滤器 1、结构 内置装备：进水装置 配水系统 进压缩空气的装置 外部装备：管道 阀门 仪表 （1）进水装置（2）配水系数,2020年11月16日6时11分,44,第三章 水的过滤处理,2、运行 普通过滤器： 运行流速810m/h； 装载滤料颗粒（石英砂）粒径一般为0.51.2mm，滤层高0.7mm； 容许压力降约为49KPa。 二、双流式过滤器 三、多层滤料过滤器,2020年11月16日6时11分,45,图3-7 普通过滤器,2020年11月16日6时11分,46,第三

28、章 水的过滤处理,第三节 滤池 原理：与过滤器相同。 一、无阀滤池 1、过滤效果：进水悬浮物不大于100mg/L时，出水的悬浮物量5mg/L。 2、优缺点 优点：结构简单，造价低廉，运行管理方便； 缺点：虹吸管必须很高，单个滤池不宜过大，装铺滤料和更换滤料工作比较困难。 二、单阀和双阀滤池 三、虹吸滤池,2020年11月16日6时11分,47,图3-2 重力式无阀滤池,2020年11月16日6时11分,48,第三章 水的过滤处理,第四节 其他过滤方式 一、混凝过滤 原水悬浮物含量不是很高的水直接经过滤后再降盐处理后所得的除盐水往往在含硅量方面不能满足高温高压锅炉的要求。若原水先进行了混凝处理，

29、其除盐水的含硅量进可以降得更低。这样的水就可以采用混凝过滤。,二、变孔径过滤 三、纤维过滤 1、结构,2020年11月16日6时11分,49,图3-3 纤维过滤器,2020年11月16日6时11分,50,第三章 水的过滤处理,2、运行 （1）失效和胶囊排水； （2）下向洗； （3）上向洗； （4）排气； （5）胶囊充气； （6）投运。 四、吸附过滤 常用的吸附剂：活性炭、硅胶、活性铝、硅藻土等。 1、活性炭的作用： 吸附水中某些有机化合物； 除去水中游离氯。,新生态氧,2020年11月16日6时11分,51,第三章 水的过滤处理,2、活性炭的再生方法 用蒸汽吹洗； 高温焙烧，使吸附的有机物分解

30、与挥发； 用适当的溶液把吸附的杂质解吸下来； 用有机溶剂萃取。,2020年11月16日6时11分,52,第四章 离子交换的基本知识,第一节 离子交换剂的结构 一、离子交换剂概述 1、定义：含有可交换离子，具有离子交换能力的物质。 2、离子交换剂的种类,2020年11月16日6时11分,53,第四章 离子交换的基本知识,二、离子交换树脂的结构 1、苯乙烯系离子交换树脂,2020年11月16日6时11分,54,第四章 离子交换的基本知识,交联度（DVB）聚合时所用二乙烯苯的质量占苯乙烯和二乙烯苯总质量的百分率。 交联度，树脂的机械强度，密度。 浓H2SO4处理强酸阳树脂 R-SO3H,用叔胺处理得

31、季胺型强碱阴树脂 用仲胺处理得叔胺型弱碱阴树脂 用伯胺处理得仲胺型弱碱阴树脂,2、丙烯酸系 由丙烯酸和甲基丙烯酸与二乙烯苯共聚，直接生成RCOOH弱酸阳树脂。,2020年11月16日6时11分,55,第四章 离子交换的基本知识,三、离子交换树脂的分类 1、按单体来分 2、按活性基因分 3、按孔型分,凝胶型树脂的特点： 1、溶胀性好，溶胀时，孔达2040 ，失水时，体积缩小； 2、强度差，抗氧化性差； 3、易受有机物污染。 大孔型树脂的的特点： 1、孔大，在干、湿态时都存在，且孔径在2001000 ； 2、强度大，抗氧化性能好（交联度大，DVB1620）； 3、防有机物污染； 4、孔大，交换容量

32、低； 5、再生时酸、碱消耗较多。,2020年11月16日6时11分,56,第四章 离子交换的基本知识,均孔型树脂的特点： 1、孔径几百 左右； 2、防止有机物中毒。,第二节 离子交换树脂的命名 1、全名称组成部分 有机合成离子交换树脂的全名称，由分类名称（凝胶、大孔、均孔）、骨架名称（苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系）、基本名称（离子交换树脂）组成。 2、命名原则 酸性在基本名称前加“阳”； 碱性在基本名称前加“阴”； 按有机合成离子交换树脂的活性基因性质，分为强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性、螯合性等，分别在基本名称前冠以“强酸”、“弱酸”、“强碱”、“弱碱”、“螯合”等。,2020年11月

33、16日6时11分,57,第四章 离子交换的基本知识,3、型号 以三位阿拉伯数字表示。,孔型：凝胶型空 大孔型D 均孔型J 第一位数字活性基团代号,2020年11月16日6时11分,58,第四章 离子交换的基本知识,第一位数字活性基团代号,第二位数字骨架代号,4、举例 0017凝胶型苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为7。 D311大孔型丙烯酸系弱碱性阴离子交换树脂。 D201大孔型苯乙烯强碱性阴离子交换树脂。 111凝胶型丙烯酸弱酸性阳离子交换树脂。 D301大孔型苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂。,2020年11月16日6时11分,59,第四章 离子交换的基本知识,第三节 离子交换原理 将离子交

34、换树脂看作具有胶体型结构的物质。 “离子交换”就是树脂中原有反离子和溶液中它种反离子相互交换位置。 “离子交换过程”扩散 穿透 交换 穿透 扩散,图4-1 离子交换树脂的双电层结构,2020年11月16日6时11分,60,第四章 离子交换的基本知识,当离子交换剂遇到含有电解质的水溶液时，电解质对其双电层有以下几种作用： 1、交换作用 首先扩散层中的反离子与溶液中的其他反离子进行交换（主要方面），其次再与固定层中的反离子互换位置（难交换，因其能量较小）。 2、压缩作用 当溶液中盐类浓度增大时，可使扩散层压缩而不利于交换。这说明了为什么当再生溶液的浓度太大时，不仅不能提高再生效果，有时反使再生效果

35、降低。,第四节 离子交换树脂的性能 一、物理性能 1、外观 颜色 苯乙烯系均呈黄色，其他也有黑、棕、棕黑色等。 形状 一般均呈球状，圆球率越大越好。,2020年11月16日6时11分,61,第四章 离子交换的基本知识,2、粒度 用于水处理的树脂颗粒粒径一般为0.31.2mm。 3、密度 （1）干真密度,方法：,则：,2020年11月16日6时11分,62,第四章 离子交换的基本知识,（2）湿真密度,方法：,则：,一般为：1.041.3，且阳阴。,注意：反洗时水流速度与湿真密度有关，一般要求湿真密度大； 如为混床，要求阴阳树脂湿真密度差大，有利于分层。 （3）湿视密度 用途：计算树脂的装载量。一

36、般为0.600.85，且阳阴。,2020年11月16日6时11分,63,第四章 离子交换的基本知识,4、含水率指它在潮湿空气中所保持的水量。 含水率愈大，表示它的孔隙率愈大，交联度愈小。 5、溶胀性 （1）影响溶胀率大小的因素 溶剂、交联度、活性基因、交换容量、溶液浓度、可交换离子的本质 6、耐磨性 指在规定条件下，研磨后的树脂，筛分出粒度合格树脂的百分数。 7、耐热性 阳树脂100120 强阴60左右 弱阴80以上 二、化学性能 1、离子交换反应的可逆性,2020年11月16日6时11分,64,第四章 离子交换的基本知识,2、酸、碱性,3、中和与水解 中和：,水解：,4、离子交换树脂的选择性

37、 同一种离子交换树脂对于水中各种离子的吸着交换能力不同，有些离子易被吸着，不易被置换，有些离子则相反。 阳树脂的选择规律：,2020年11月16日6时11分,65,第四章 离子交换的基本知识,带电荷越高，越易吸着，Fe3+Ca2+Na+ 带电荷相同，原子序数越大，越易吸着，K+Na+Li+ RH（强）：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+H+ RwH（弱）：H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+ ROH（强）：SO42-NO3-Cl-OH-HCO3-HSiO3- ROH（弱）：OH-SO42-NO3-Cl-HCO3-，对HSiO3-基本不吸附。 意义：选择再生剂。

38、 注意：使用弱酸性阳树脂，那么水中必须有一定的碱度，必须放在强酸性阳树脂前面。 树脂选择性的启示： 弱酸阳树脂，只能吸着与碱度相对应的硬度离子，只适用于高碱度，高硬度水； 强碱阴树脂只有在酸性条件下才能吸着弱酸根； 弱碱阴树脂不能吸着弱酸根； 弱酸（弱碱）树脂可用强酸（强碱）树脂的再生废液来再生。 5、交换容量树脂中可交换离子的量 单位：mmol/g单位质量离子交换树脂的吸着能力； mol/m3单位体积离子交换树脂的吸着能力。,2020年11月16日6时11分,66,第四章 离子交换的基本知识,全交换容量（Q）指树脂中所有活性基团的总量。 工作交换容量（QG）指交换剂在工作情况下的有效交换容量

39、,影响工作交换容量的因素：进水中离子的浓度，交换终点的控制指标，树脂层高度、水流速度等。,2020年11月16日6时11分,67,第四章 离子交换的基本知识,例：某台钠离子交换器装入0017树脂1m3，测得原水硬度为2.52，软水平均残余硬度为0.02，周期制水量为400m3，求工作交换容量？ 解:,第五节 离子交换平衡 1、离子交换方程式：,2020年11月16日6时11分,68,第四章 离子交换的基本知识,2、离子交换平衡的移动 在平衡的树脂溶液体系中，加入HCl，H+，平衡逆向移动，RH，RNa，树脂得到再生。 制水时： （1）H+低，其他阳离子浓度高，pH7，H+=10-7mol/L=

40、0.1mol/L其他离子浓度； （2） 、 、 1。,第六节 离子交换速度 一、各种吸着离子在交换剂层中的分布规律 1、各种形态的树脂按其相应离子被交换剂吸着能力的大小（选择性系数大小）自上而下依次分布； 2、离子选择性系数相差较大，交换剂层中分界越明显。相反，就不明显。,2020年11月16日6时11分,69,第四章 离子交换的基本知识,第六节 离子交换速度 一、各种吸着离子在交换剂层中的分布规律 1、各种形态的树脂按其相应离子被交换剂吸着能力的大小（选择性系数大小）自上而下依次分布； 2、离子选择性系数相差较大，交换剂层中分界越明显。相反，就不明显。 二、影响离子交换的主要因素 1、树脂的

41、交换基团及交换剂形态； 2、树脂的交联度大，交换速度慢； 3、树脂颗粒大，交换速度慢，交换容量低；树脂颗粒小，交换速度快，交换容量高，水流阻力大，反洗困难； 4、进水中离子浓度大，交换速度快，交换剂利用率高，但出水质量差； 5、水温高，交换速度快，树脂稳定性下降； 6、水流速度快，交换速度快，但水质下降； 7、离子水合半径大，则反应慢。,2020年11月16日6时11分,70,第五章 水的阳离子交换处理,按离子交换运行方式的不同，离子交换装置可分为下面几种类型：,2020年11月16日6时11分,71,第五章 水的阳离子交换处理,第一节 固定床离子交换的原理,图5-1 离子交换器的工作情况,2

42、020年11月16日6时11分,72,第五章 水的阳离子交换处理,一、水流经树脂时，树脂的形态变化 1、三个区域 2、二个阶段 先形成一个工作区； 工作区逐渐往下移动。,二、出水水质的变化 ABDE面积最大的工作交换容量 ABCDE面积平衡交换容量 由此可得出：当增加离子交换剂层高度时，全部离子交换剂交换能力的平均利用率会提高。但交换剂层过高会使水通过交换剂层的压降太大，给运行带来困难。,2020年11月16日6时11分,73,第五章 水的阳离子交换处理,三、保护层 影响保护层厚度的因素很多，如： 1、水通过离子交换剂层的速度愈大，保护层愈厚； 2、进水中要除去的离子浓度和其在交换后水中残留浓

43、度的比值愈大，保护层愈厚； 3、离子交换剂颗粒愈大，保护层愈厚； 4、交换剂的孔隙率和温度等因素有关。,图5-2 出水水质的变化,2020年11月16日6时11分,74,第五章 水的阳离子交换处理,第二节 离子交换软化和除碱 一、软化 1、目的 除去Ca2+、Mg2+，即降低硬度。 2、方法 交换：2RNaCa2+(Mg2+) R2Ca(Mg)2Na+ 再生：R2Ca(Mg)2NaCl 2RNaCaCl2(MgCl2) 盐耗：恢复交换剂1mol（1/2Me2+）的交换能力所消耗再生剂的质量,若H出很小时，则,式中：G再生一次所用的NaCl的量，g； Q周期制水量，m3； H进原水的硬度，,20

44、20年11月16日6时11分,75,第五章 水的阳离子交换处理,比耗：用实际盐耗和理论值的比值来表示。,58.5NaCl的摩尔质量（离子交换是按等物质的量进行的）。 二、软化和除碱在软化的同时降低碱度 方法：软化水酸（H2SO4） HNa交换 1、加酸 2NaHCO3H2SO4 Na2SO42CO22H2O 产生的CO2通过除碳器除去； 为了保证出水pH值，一般使处理过后的水保持残留碱度，0.30.5mmol/L； 加酸增加了水中的溶解固形物。 2、HNa交换 并联,2020年11月16日6时11分,76,第五章 水的阳离子交换处理,图5-3 并联H-Na离子交换,水经RH：,2020年11月

45、16日6时11分,77,第五章 水的阳离子交换处理,水经RNa：,图5-4 串联H-Na离子交换,2020年11月16日6时11分,78,图5-6 鼓风除碳器结构示意,3、除碳,2020年11月16日6时11分,79,第三节 固定床离子交换,图5-7 离子交换器的结构,2020年11月16日6时11分,80,第五章 水的阳离子交换处理,一、顺流式离子交换器 1、结构 （1）外部管路系统 （2）内部装置： 进水装置：多孔管式、挡板式、漏斗式； 出水装置：多孔板上拧排水帽、穹形多孔板加石英砂垫层； 进再生液装置：辐射型、圆环形、支管型。 2、运行 （1）反洗：（控制流速） 目的：清除悬浮物； 松动

46、交换剂层。 时间：一般需1015min。 （2）再生：流向：自上而下； 再生剂用量：理论量的23倍； 再生液浓度：HCl：510； 再生液流速：48m/h； 再生液温度：3040； 再生剂纯度：影响出水水质。,2020年11月16日6时11分,81,第五章 水的阳离子交换处理,（3）正洗 开始流速35m/h，15min左右，再增大流速至610m/h，洗至出水合格。 （4）制水（交换） 流速：2030m/h 3、优缺点：结构简单，易操作； 对进水悬浮物要求不高； 再生效果低，出水水质差。,二、逆流式离子交换器 1、结构 压脂层：中排上面1520mm的树脂（白球）； 压脂层作用：起过滤作用。,20

47、20年11月16日6时11分,82,图5-8 逆流再生离子交换器的结构,2、运行 （1）小反洗（中进上出） 目的：清洗压脂层上的悬浮物。 流速：10m/h左右。 时间：15min。 （2）放水（中出） 打开中排放水。 （3）顶压（上进中出） 上面压气或压水，中排放水。 气顶：3050KPa压缩空气。 水顶：再生液流量的11.5倍。 4）再生：（下进中出） 再生流速：47m/h，30min以上。 再生液的浓度：HCl：45 NaOH：23 NaCl：8左右 再生液的用量：理论量的1.11.5倍。,2020年11月16日6时11分,83,第五章 水的阳离子交换处理,（5）逆流冲洗（下进中出） 关闭

48、进再生液阀门，保持原来流量及状态，用质量较好的逆洗水冲洗，3040min。 （6）小正洗（上进中出） 1015min （7）正洗（上进下出） 至出水合格后投入运行。 （8）制水 （9）不定期大反洗 经过1020个周期后进行一次，主要依据进出水的压力降来确定。 应注意：可先小反洗； 控制流量； 大反洗后再生剂的用量应加倍。 3、逆流再生 习惯上把运行时水流自上而下、再生时再生液由下而上的再生方式称为逆流再生。,2020年11月16日6时11分,84,第五章 水的阳离子交换处理,4、逆流再生的优缺点 优点：再生剂利用率高，再生效果好； 出水水质好； 比耗低，废液排放比顺流少； 交换容量利用率高。

49、缺点：结构复杂，工艺要求高； 进水水质要求高，进水浊度变化对它影响大。 5、逆流再生工艺操作注意事项 （1）压脂层厚度和顶压气（水）要符合要求； （2）逆流再生后，逆流冲洗水必须好； （3）中排要进行必要的加固； （4）对再生剂纯度要求较高； （5）要防止气泡混入交换剂层。,2020年11月16日6时11分,85,第五章 水的阳离子交换处理,三、浮动床式 成床：当自下而上的水流速度大到一定程度时，可以将树脂像活塞一样上移，即称成床，此时，床层仍然保持着密实状态。 落床：当床层失效后，利用排水的办法或停止 进水的办法使床层下落。 浮动床和逆流再生固定床在运行和再生时液流方向恰好相反。 1、浮动床的优缺点： 出水水质好，再生剂比耗低； 运行流速高，水流阻力小； 操作方便，设备投资省； 树脂需要在体外清洗。,2020年11月16日6时11分,86,第六章 水的离子交换除盐,第一节 阴离子交换树脂的工艺性能 一、强碱性阴树脂的工艺性能 1、强碱阴树脂