工业水处理技术_第1章_水及工业用水

1、第一篇第一篇 水及工业用水预处理水及工业用水预处理 第一章第一章 水及工业用水水及工业用水 第二章第二章 工业用水预处理工业用水预处理 第一章第一章 水及工业用水水及工业用水 水资源水资源一一 天然水的化学特征及工业用水水质要求天然水的化学特征及工业用水水质要求二二 节约水资源和防止水污染的重要性节约水资源和防止水污染的重要性三三 水是自然界中分布最广的一种资源。它以气、液、固三种状态存在 。自然界的水主要指海洋、河流、湖泊、地下水、冰川、积雪、土壤水 和大气水分等水体，其总共约1.41019m3，如果将其平铺在地球表面上 ，水层厚度可达到约3000米深，但是绝大部分是咸的海水，加上内陆地 表

2、咸水湖、地下咸水。共约占总水量的98。而冰川、积雪约占总水量 的1.7。目前尚难以利用和开发。实际上可供开发利用的淡水只占总水 量的0.3，约为41016m3。因此，淡水是有限的宝贵资源。 我国淡水资源比较丰富，居世界第五位。但人均水资源量与世界许 多国家相比。相差很大，只能排到第88位。 我国河流、湖泊众多水量充沛，根据一些特征基本上可分为四个我国河流、湖泊众多水量充沛，根据一些特征基本上可分为四个 区：区：和和。 潮湿区为我向东南沿海地区，浑浊度也低，一般在潮湿区为我向东南沿海地区，浑浊度也低，一般在10mg/L左右。左右。 硬度也低，属软水。水中主要化学组成为硬度也低，属软水。水中主要化

3、学组成为等。等。 湿润区为长江流域及其以南地区，黑龙江和松花江流域之间的地区也湿润区为长江流域及其以南地区，黑龙江和松花江流域之间的地区也 属湿润区。但在贵州、广西地区有石灰岩溶洞，水的硬度增大。在长属湿润区。但在贵州、广西地区有石灰岩溶洞，水的硬度增大。在长 江流域，水中主要化学组成为江流域，水中主要化学组成为，在东北地区也有含碳酸氢，在东北地区也有含碳酸氢 钠类的。钠类的。 过渡区为黄河流域及其以北地区直到辽河流域。该区降水量较过渡区为黄河流域及其以北地区直到辽河流域。该区降水量较 少，蒸发量较大浑浊度较高。水的含盐量较高，因而矿化度和硬度少，蒸发量较大浑浊度较高。水的含盐量较高，因而矿化

4、度和硬度 都较高都较高, ,水中主要组成为水中主要组成为但也有相当多的地方为碳酸氢钠但也有相当多的地方为碳酸氢钠 类甚至出现硫酸盐或氯化物类。类甚至出现硫酸盐或氯化物类。 干早区为内蒙和西北大片地区。该区降水量少而蒸发强烈，因此形干早区为内蒙和西北大片地区。该区降水量少而蒸发强烈，因此形 成径流量很低的干旱地带。由于径流量小，土壤中可溶性盐含量高，成径流量很低的干旱地带。由于径流量小，土壤中可溶性盐含量高， 所以水的含盐量和硬度都很高。水中主要组成是所以水的含盐量和硬度都很高。水中主要组成是。 水是工业生产中重要的原料之一，没有合格的水源，任何水是工业生产中重要的原料之一，没有合格的水源，任何

5、 工业都不能维持下去。工业都不能维持下去。 工业用水的淡水水源主要来自工业用水的淡水水源主要来自地表的江河水地表的江河水、湖泊湖泊和和水库水库 水水以及以及地下水地下水( (井水井水) )。 河流是降水经地面径流汇集而成的，流域面积十分广阔，河流是降水经地面径流汇集而成的，流域面积十分广阔， 又是敞开流动的水体，受地区、气候以及生物活动和人类活动又是敞开流动的水体，受地区、气候以及生物活动和人类活动 的影响而有较大的变化。河水广泛接触岩石土壤，不同地区的的影响而有较大的变化。河水广泛接触岩石土壤，不同地区的 矿物组成决定着河水的基本化学成分。此外，河流水总混有泥矿物组成决定着河水的基本化学成分

6、。此外，河流水总混有泥 沙等悬浮物而呈现一定混浊度，可从几十沙等悬浮物而呈现一定混浊度，可从几十mgL到数百到数百mgL 。夏季河水上涨浑浊度还更高，冬季又可降到很低。夏季河水上涨浑浊度还更高，冬季又可降到很低。 河流水中主要离子成分构成的含盐量，一般在河流水中主要离子成分构成的含盐量，一般在100-200mg L不超过不超过500mgL，个别河流也可达，个别河流也可达30000mgL以上。以上。 如果流入和排出的河流水量都较大而湖水蒸发量较如果流入和排出的河流水量都较大而湖水蒸发量较 小则湖水含盐量较低，形成淡水湖，其含盐量一般小则湖水含盐量较低，形成淡水湖，其含盐量一般 在在以下。通常淡水

7、湖泊在湿润地区形成。以下。通常淡水湖泊在湿润地区形成。 水质组成稳定，水温变化很小，水质透明清澈，有水质组成稳定，水温变化很小，水质透明清澈，有 机物和细菌的含量较少，但含盐量较高，硬度较大；机物和细菌的含量较少，但含盐量较高，硬度较大； 随着地下水深度的增加，其主要离子组成从随着地下水深度的增加，其主要离子组成从 。 天然水中普遍存在着各种形态的天然水中普遍存在着各种形态的碳酸化合物碳酸化合物，它们，它们 是决定水质是决定水质pH值的重要因素并且对外加酸、碱有一定值的重要因素并且对外加酸、碱有一定 的缓冲能力，同时对水质和水处理有着重要的影响。的缓冲能力，同时对水质和水处理有着重要的影响。

8、天然水中碳酸化合物的天然水中碳酸化合物的有以下几个方面：有以下几个方面： 首先是空气中二氧化碳的溶解、岩石、土壤中碳酸盐首先是空气中二氧化碳的溶解、岩石、土壤中碳酸盐 和重碳酸盐矿物的溶解；和重碳酸盐矿物的溶解； 其次是水中动植物的新陈代谢作用以及水中有机物的其次是水中动植物的新陈代谢作用以及水中有机物的 生物氧化等产生的二氧化碳；生物氧化等产生的二氧化碳； 有时在水处理过程中也会加入或形成各种碳酸化合物有时在水处理过程中也会加入或形成各种碳酸化合物 水中碳酸化合物的水中碳酸化合物的有以下几种：有以下几种： 溶于水中的游离碳酸；溶于水中的游离碳酸； 重碳酸盐碳酸；重碳酸盐碳酸； 碳酸盐碳酸。碳

9、酸盐碳酸。 上述上述存在着以下几种平衡关系：存在着以下几种平衡关系：p4 CO2 H2CO3 HCO3- CO32- H2CO3的离解的离解 水的酸度是指水中能与强碱发生中和作用的物质的总量。水的酸水的酸度是指水中能与强碱发生中和作用的物质的总量。水的酸 度通常由三类物质组成：度通常由三类物质组成：，如，如HCl、HNO3、H2SO4等；等； ，如，如H2CO3；H2S、H4SiO4以及各种有机酸等：以及各种有机酸等： 等。这些物质在水中都会电离产生等。这些物质在水中都会电离产生H+或经过水解产生或经过水解产生H+而这些而这些H+均能均能 与与OH-发生中和反应。这些发生中和反应。这些H+的总

10、数叫做总酸度，用的总数叫做总酸度，用mmolL表示。表示。 。 天然水受到强酸污染时其天然水受到强酸污染时其pH值均在值均在 以下。而当水的以下。而当水的pH值高于值高于 4时，水的酸度一般都由弱酸构成：如果天然水未受到工业弱酸的污染时，水的酸度一般都由弱酸构成：如果天然水未受到工业弱酸的污染 ，则弱酸主要指，则弱酸主要指碳酸碳酸。 水的碱度与酸度相反，是指水中能与强酸即水的碱度与酸度相反，是指水中能与强酸即H+发生中发生中 和作用的物质的总量。其组成通常也是三类物质：和作用的物质的总量。其组成通常也是三类物质： ，如，如NaOH、Ca(OH)2等；等；，如，如NH3、有机胺类、有机胺类 ；，

11、如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、 硫化物等。硫化物等。 大多数天然水中，碱度由大多数天然水中，碱度由氢氧化物、碳酸盐和重碳酸氢氧化物、碳酸盐和重碳酸 盐盐组成，通常称之为总碱度，以组成，通常称之为总碱度，以M表示。表示。 只有当天然水受到强碱物污染或人为地用石灰进行软只有当天然水受到强碱物污染或人为地用石灰进行软 化处理时，其化处理时，其pH值才高于值才高于10，这时水的总碱度常由，这时水的总碱度常由氢氧化氢氧化 物和碳酸盐物和碳酸盐组成如造纸厂、制革厂排出的废水及锅炉用组成如造纸厂、制革厂排出的废水及锅炉用 水等。水等。 如果天然水中有大量藻类繁殖，在繁殖过

12、程中会吸收如果天然水中有大量藻类繁殖，在繁殖过程中会吸收 水中水中CO2，使水的，使水的pH值迅速升高，这时水中总碱度主要由值迅速升高，这时水中总碱度主要由 碳酸根碳酸根组成。组成。 水的碱度常影响到水质特性，因此水的总碱度是最常水的碱度常影响到水质特性，因此水的总碱度是最常 用的一个水质指标。用的一个水质指标。 通常以通常以Ca2+和和Mg2+的含量来计算水的硬度，并作为水的含量来计算水的硬度，并作为水 质的一个指标。天然水都含有一定的硬度，地下水、咸水质的一个指标。天然水都含有一定的硬度，地下水、咸水 和海水的硬度较大。和海水的硬度较大。 总硬度。按照阳离子组成，为总硬度。按照阳离子组成，

13、为钙硬度和镁硬度钙硬度和镁硬度；按阴；按阴 离子组成，分为离子组成，分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。暂时硬度、。暂时硬度、 非碳酸盐硬度称为永久硬度。非碳酸盐硬度称为永久硬度。 由于天然水的由于天然水的pH值一般均在值一般均在8.3以下，因此水中以下，因此水中CO32- 的量极少，可以认为天然水中碳酸盐硬度的阴离子就是的量极少，可以认为天然水中碳酸盐硬度的阴离子就是 。 工业用水工业用水 要求各不相同，下面着重对要求各不相同，下面着重对锅炉用水锅炉用水和和冷冷 却用水却用水的水质要求作些阐述：的水质要求作些阐述： 工艺用水工艺用水 锅炉用水锅炉用水 洗涤用水洗涤用水 冷却

14、用水冷却用水 锅炉用水是将水在一定的温度和压力下加热产生蒸汽，用蒸汽作锅炉用水是将水在一定的温度和压力下加热产生蒸汽，用蒸汽作 为传热和动力的介质。一般工矿企业常采用低压或中压锅炉产生蒸汽为传热和动力的介质。一般工矿企业常采用低压或中压锅炉产生蒸汽 作热源或动力用，这种锅炉对水质要求稍低；而发电厂或热电站常采作热源或动力用，这种锅炉对水质要求稍低；而发电厂或热电站常采 用高压锅炉产生蒸汽以推动汽轮机来发电，为保证蒸汽对汽轮机无腐用高压锅炉产生蒸汽以推动汽轮机来发电，为保证蒸汽对汽轮机无腐 蚀和结垢沉积，这种锅炉对水质要求非常高。因此，锅炉用水的水质蚀和结垢沉积，这种锅炉对水质要求非常高。因此，

15、锅炉用水的水质 要求根据锅炉的工作压力和温度的不同而不同，不论何种锅炉用水，要求根据锅炉的工作压力和温度的不同而不同，不论何种锅炉用水， 它对水的硬度拥有较严格的限制。其他凡能导致锅炉、给水系统及其它对水的硬度拥有较严格的限制。其他凡能导致锅炉、给水系统及其 他热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象，使离子交换树脂中毒的他热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象，使离子交换树脂中毒的 杂质如溶解氧、可溶性二氧化硅、铁以及余氯等都应大部或全部除去杂质如溶解氧、可溶性二氧化硅、铁以及余氯等都应大部或全部除去 。 大多数工业生产中都是用水作为传热冷却介质的。大多数工业生产中都是用水作为传热冷却介质的。 (

16、1) 水的化学稳定性好，易分解；它的热容量大，在常用温度范围内水的化学稳定性好，易分解；它的热容量大，在常用温度范围内 ，不会产生明显的膨胀或压缩；，不会产生明显的膨胀或压缩； （2）它的沸点较高，在通常使用条件下，在换热器中不致汽化；）它的沸点较高，在通常使用条件下，在换热器中不致汽化； （3）水的来源较广泛；）水的来源较广泛； （4）流动性好，易于输送和分配；）流动性好，易于输送和分配； （5）相对来说价格也较低。）相对来说价格也较低。 在在钢铁、冶金工业钢铁、冶金工业中用大量的水来冷却高炉、平炉转炉、电炉等中用大量的水来冷却高炉、平炉转炉、电炉等 各种加热炉的炉体；各种加热炉的炉体； 在

17、在炼油、化肥、化工炼油、化肥、化工等生产中用大量的水来冷却半成品和产品；等生产中用大量的水来冷却半成品和产品； 在在发电厂、热电站发电厂、热电站则用大量的水来冷凝汽轮机回流水；则用大量的水来冷凝汽轮机回流水； 在在纺织厂、化纤厂纺织厂、化纤厂则用大量水来冷却中调系统及冷冻系统。则用大量水来冷却中调系统及冷冻系统。 这些工业的冷却水用量平均约占工业用水总量这些工业的冷却水用量平均约占工业用水总量 的的，其中又以，其中又以为最高为最高 。作为冷却用水的水质虽然没有像工艺用水、锅。作为冷却用水的水质虽然没有像工艺用水、锅 炉用水那样对各种指标有严格的限制。为了保证炉用水那样对各种指标有严格的限制。为

18、了保证 生产稳定，不损坏设备，能长周期运转，对冷却生产稳定，不损坏设备，能长周期运转，对冷却 用水水质的要求还是相当高的。用水水质的要求还是相当高的。 水质的要求水质的要求 1 1水温要尽可能低一些水温要尽可能低一些 2 2水的浑浊度要低水的浑浊度要低 3 3水质不易结垢水质不易结垢 4 4水质对金属设备不易产生腐蚀水质对金属设备不易产生腐蚀 5. 5. 水质不易滋生菌藻水质不易滋生菌藻 地球上的水经常处于循环中，包括地球上的水经常处于循环中，包括自然循环自然循环和和社会循环社会循环。 由自然力促成的循环，称为由自然力促成的循环，称为水的自然循环水的自然循环，它是水的基本运动方，它是水的基本运动方 式。式。 海水蒸发为云，随气流迁移到内陆，遇冷气流凝为雨雪而降落，海水蒸发为云，随气流迁移到内陆，遇冷气流凝为雨雪而降落， 称为称为降水降水。 一部分水沿地表流动，汇成江河湖泊，称为一部分水沿地表流动，汇成江河湖泊，称为地表径流地表径流； 另一部分降水渗入地下，形成另一部分降水渗入地下，形成地下径流地下径流。 在流动过程中，地表水和地下水相互补给，最终复归大海。这种在流动过程中，地表水和地下水相互补给，最终复归大海。这种 海洋海洋-内陆内陆-海洋的循环，称为海洋的循环，称