生化班《工业水处理技术

1、工业水处理技术 工业水处理 wenku11本课程教学目标要求:1、了解水的自然循环过程及水污染状况2、知道我国水资源的现状及我国的水危机情况3、了解水的基本性质、水质指标及含义4、掌握工业水处理的常用方法及原理5、知道工业水处理的常用设备、工艺流程6、知道工业废水的一般处理方法 2填空、解释与简答（基础知识）重要设备、构筑物的功能及工作原理水处理过程的工艺流程简图教学任务呈现形式3 课题一绪论 教学目的与要求： 1、了解水的自然循环过程 2、知道水的特性和水质指标及含义 3、了解我国水资源的现状及水水污染 情况 4、知道工业水处理的主要任务4教学任务清单：一、解释或简答: 1.诠释下列水质指标

2、的含义 COD BOD5 H pH2.什么叫水体污染？3.水在自然界是如何循环运动的？二、填空： 1.工业水处理的内容主要包括、 、 三个方面。 2. 评价水质的好坏的水质指标主要有、 、 、 、 、 等几个方 面。 5一、我国水资源情况 1.水资源 水是一种宝贵的自然资源；水是人类和一切生物赖以生存的物质基础；水是可以更新的自然资源, 能通过自身的循环过程不断地复原。 水资源包括一切可用于生产和生活的地表水与地下水,其中,海水占 97.3%,淡水占2.7%,这些淡水中约有75%以冰冠和冰川的形式存在于地球的两极，可以直接被人类利用的淡水仅为0.3%。6 2.我国的水资源危机 水是生命的源泉，

3、是社会经济发展的命脉。在3月18日，联合国发出警告，除非各国政府采取有力措施。到2025年，世界上就将有近1/3的人口(23亿人)无法获得安全的饮用水，其主要原因是这些地区的水资源短缺。 目前，随着人类生产的发展和生活水平的提高，用水量以每年接近5%的速度递增，照此下去，每15年用水总量就翻一番，在2030年以前，地球上将有1/3以上的人面临淡水资源危机。7 中国淡水资源总量为28万亿立方米，居世界第6位，次于加拿大、巴西和俄罗斯，略多于美国和印尼，占世界水资源总量的7%，但中国人均水资源2304m3/人，处于缺水上下限(30001000 m3/人)的中值，在世界银行近年做连续资源统计的13个

4、国家中居第82位，只有世界平均水平的31%，属于水资源紧缺的国家(以上均按1998/99世界银行年度报告最新统计)。8水危机产生的原因 (1) 自然条件的影响 (2) 城市与工业区集中发展 (3) 水体污染破坏了有限的水资源 (4) 用水浪费水危机产生的原因 (1) 自然条件的影响 (2) 城市与工业区集中发展 (3) 水体污染破坏了有限的水资源 (4) 用水浪费水9中国的水资源分布很不均匀： 北方人均水资源仅为995.4立方米/人，属于严重缺水，并由于水污染和水土流失使情况更为恶化；南方人均水资源量虽然超过人均3000立方米/人的缺水上限，但由于分布不均(如上海仅为185立方米/人)和污染严

5、重，使得工业、农业和人民生活将得不到按现模式发展的足够水资源供应。103.节 水 水资源短缺对于中国大部分地区都是最根本的问题。水资源供需矛盾解决的根本办法是节水。这里说的节水包括三方面的含义 ： （1）节约用水 （2）提高水的重复利用率 （3）污水资源化11（1）节约用水 节约用水指降低每公斤粮食的耗水量、万元工业产值的耗水量和每人的生活用水量。 农业用水占工农业和生活用水的75%左右，节水工作应以农业节水灌溉为重点。 目前我国的万元工业产值耗水量一般是发达国家的1020倍，个别行业达45倍；我国每公斤粮食的耗水量是发达国家的23倍；我国城市人均耗水量已接近发达国家的中等水平。12（2）提高

6、水的重复利用率 提高水的重复利用率指工业生产的循环用水。目前我国工业生产用水的重复利用率约为40%，远低于发达国家75%85%的水平。13 （3）污水资源化 污水资源化指通过污水处理提高水的类别，从而使该排放掉的污水分别达到生态、农业、工业或生活用水的标准，使其资源化，是跨类别的广义重复利用。144.水工业 如果把20世纪称作石油世纪的话，那么21世纪很可能就是水世纪。 与变幻莫测的通讯技术产业相比，水工业广阔的市场、巨额的产值和稳定的收益无疑更具吸引力。难怪纽约一家投资公司的首席专家伊丽莎白把水工业称之为“下一世纪最好的投资领域”。 水处理工业由水工业企业、水工业制造业、水工业高新技术产业三

7、部分组成。15 水工业企业： 水工业企业将给水排水有机地统一起来。 水是一种可再生资源，取水是对自然资源水的加工活动；排水是对废水进行处理的工业活动，不可偏废任何一方。 水工业制造业： 水工业制造业是由生产给水排水行业所需的机电、化工、生物、冶金、材料以及电子等技术装备产品的工业部门无形中组成的工业系统，它是给排水事业的支柱工业，必须与给排水事业同步发展。16 水工业高新技术产业： 水工业高新技术产业是指在给排水行业中运用高新技术开发出来的产业。 科技进步可以有效地为水工业可持续发展提供可靠的依据和手段，促进水工业管理水平的提高，提高水资源综合利用效率和经济效益，提供保护水资源和生态环境的有效

8、手段。175.我国的水处理技术所面临的困境 1缺乏具有独立知识产权的产品 2. 生产规模小且分散，技术相对落后，质量不稳定，缺乏国 际竞争力 3. 应用技术水平较低 4. 工程研究设计、生产、技术服务的配套方面未完全系统 化，缺乏国际竞争的能力。5. 缺乏大量的科研和软件开发的投入。18二、水的循环 1.水循环过程 水循环是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。1920大气海洋降水雨雪蒸发渗流径流冰川蒸发地下水江河湖泊21植物对水的蒸腾作用及叶片吐水现象222.水体污染 水体污染：由于某些物

9、质介入水体，改变了水体 的某些物理、化学、生物以及放射性 等方面的特性，从而影响水的有效利 用，危害人类健康，造成水质恶化， 破坏生态环境的现象。 水体中的污染物主要有化学性污染物、物理性污染物、生物性污染物三大类 。 23三、水的特性和水质指标1.水的特性 水分子是极性分子 呈三角型 水分子间存在氢键 自然界的水有固、液、气 三种状态，水沸点为1000C、水的凝固点是00C。水在40C时、密度最大，在其它温度时体积会膨胀。 水的热稳定性高，广泛应用于动力、工业生产何民用取暖，工业上水还是一种价廉物美的热交换介质。242、水质指标（评价水的好坏的物理量）悬浮物：指水中不溶解的悬浮固体、漂浮物等

10、， 常用比浊法进行测定，单位为mg/ml。含盐量：指水中各种盐含量的总称。可由全分析法测 定出的阴、阳离子的总和表示，单位为 mg/ml。硬度（H）：指水中含Ca2+、Mg2+的的总称。其中包括 碳酸盐硬度（暂时硬度）和非碳酸盐硬度 （永久硬度）两大类。25碱度（用OH-表示）：指水中各种碱性物质含量的总称。 主要包括OH-、CO32-、HCO3-等，用酚酞作指示剂进行测定时，终点pH为8.3 HCO3-不参与反应，测定出的叫酚酞碱度，用甲基橙作指示剂进行测定时，终点pH为4.2，可以测定出水中的总碱度。酸度（用H+表示）：指水中各种酸性物质含量的总称。主 要包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐。化学需

11、氧量(COD)：指用强氧化剂氧化水中各种有机物及 其它还原性物质所消耗的氧量。反映水中有机物和其它还原性物质的总量。（常用氧化剂为KMnO4、K2CrO7）五天生化需氧量(BOD5)： 指在有氧条件下，水中微生物 经过五天使有机物氧化分解时所消耗的氧量。反映水中有机物含量多少或表示水中受有机物污染 的程度。26四、工业水处理（包括用水处理、循环冷却水处理、污水处理三个方面）1.用水处理预处理 除去水中的悬浮物、颗粒污染物等，一般采用物理处理法。如：利用隔栅、筛网进行拦截较大的悬浮物、漂浮物等，利用沉淀、过滤等去除颗粒物。 软化处理 硬水：含有较多Ca2+、Mg2+的水。 软水：含有少量或不含C

12、a2+、Mg2+的水。 （硬水又分为暂时硬水和永久硬水两大类。） 硬水的危害主要有：会使锅炉结垢浪费燃料甚至引起锅炉爆炸； 会使印染的色泽不均匀； 会使造纸的纸张有斑点； 硬水的软化：去除硬水中Ca2+、Mg2+的水处理工艺叫硬水的软化，工业 上广泛采用离子交换法。除盐处理 去除水中的其它阴、阳离子的过程。 一般可以采用两种工艺： 即蒸馏法和离子交换法。272.循环冷却水处理 工业循环水简称冷却水，它是用于带走工业生产中不需要的热量的冷却用水，按工业冷却水的不同系统一般分为两大类：即直流冷却水系统和循环冷却水系统，在循环冷却水系统中可分为敞开式和密闭式循环水系统。 直流式冷却水系统的方式是水流

13、过冷却设备或换热器经一次性热交换后，即被排放掉，这样的话，水源浪费太大，故此种方式很少采用，而在循环冷却水系统中，密闭式循环系统由于设备结构较为复杂，技术要求不适宜水量大的冷却装置，目前尚未广泛采用。 但现在许多化工企业都将由原来的直流冷却水改为循环冷却水。采用化学处理法进行处理，即通过加入化学药品来防止冷却水系统的腐蚀、结垢何粘泥等问题，不仅提高了换热器的传热效率，又延长了设备的寿命。3.工业污水处理物理处理法 利用物理作用，分离或回收废水中的不溶性固体物质,主要方 法有筛滤、沉降、气浮、过滤、离心分离等。物理化学处理法 利用物理化学性质对污染物进一步进行处理的方法，如： 吸附、浮选、电渗析

14、、反渗透等。283.工业污水处理化学处理法 利用化学反应和传质过程，分离或回收 溶解态和胶体态的污染物，主要方法有 中和、混凝、氧化还原、电解、离子交 换等方法。生物处理法 利用微生物作用，降解胶体和有机污染 物，主要方法有活性污泥法、生物滤池、 厌氧生物处理法、土地处理系统等。 在实际应用中，通常选择几种不同的处理方法组成一个废水处理系统进行有效净化，才能达标排放。29课题二 工业用水的预处理 教学目的与要求： 1、了解工业用水预处理的内容 2、知道工业用水预处理的方法及原理 3、熟悉工业用水预处理的工艺过程 4、知道预处理的常用设备及功能30教学任务清单：一、简答: 1.简述石灰-纯碱法处

15、理高硬度水的原理。2.自来水脱氯的方法有哪些？并用化学反应方程式加以说明。3.影响水的混凝处理效果的因素主要有哪些？二、填空： 1.石灰处理法处理水中暂时硬度的反应主要有、 、 、 四个。 2. 水中胶体稳定的原因主要是、 、 三个方面。 3.工业用水预处理中混凝处理的机理包括、 、 三个方面的作用。 31 是指在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚为絮凝体，然后予以分离除去的水处理法。通过混凝法，可以去除废水中难以用沉降法去除的细小颗粒、乳状油及胶体物质、有机物、重金属离子、放射性物质等。“混凝”是凝聚和絮凝的总称（即混合和反应）胶体失去稳定性的过程脱稳胶体相互聚集注：胶体是指颗粒

16、粒径在0.1m1nm之间的物质。一、混凝处理第一节 天然水中不溶性杂质的去除 （主要为悬浮物和胶体杂质）321.胶体的稳定性 （指胶粒在水中能够长期保持悬浮分散的 状态）其原因主要有以下几个方面： 微粒的布朗运动（指粒径极小的颗粒所作的不规则运 动。） 布朗运动是英国植物学家布朗通过实验发现的。1827年，布朗把花粉放入水中，然后取出一滴这种悬浮液放在显微镜下观察，发现花粉小颗粒在水中象着了魔似的不停运动，而且每个小颗粒的运动方向和速度都改变很快，不会停下来。这些小颗粒实际上是由上万个分子组成的分子团，由于受液体分子撞击不平衡，从而表现出无规则运动的情况.悬浮物和胶体杂质因为颗粒小，质量轻，在

17、水中各个方向受到的水分子的撞击力不平衡，不停的作无规则高速运动并趋于均匀分散状态，故能够在水中稳定存在。33微粒之间的静电斥力 胶体稳定的另一个原因是胶粒带有某种相同的电荷，微粒之间因为静电作用力能够互相排斥而稳定。但同时它又能够与溶液中带相反电荷的离子发生电性中和，而失去稳定性。微粒的水化作用 由于胶体微粒带电荷能够吸附具有极性的水分子，在其表面形成一层水化膜。2.混凝机理 （在水中加入混凝剂的主要目的是消除胶体的稳定性）其混凝机理包括以下三个方面：反离子的压缩作用及电性中和作用 在水中加入某些电解质后，由于电离或水解作用形成带相反电荷的离子或聚合体对水中的扩散层起压缩作用、对胶体微粒的电荷

18、进行电性中和，使胶粒之间的排斥力削弱，胶体颗粒通过吸附、碰撞产生凝聚而变大变重。胶体吸附与混凝剂的架桥作用 在水中加入混凝剂后，沉淀物的网捕作用34混凝原理 注：在废水实际处理中，上述各种机理往往同时或交叉发挥作用，只是依条件的不同而以其中的某一种起主导作用而已。3. 网捕作用1. 反离子的压缩作用和电性中和作用2. 吸附架桥作用废水中加入混凝剂后，主要发生了电性中和作用和 吸附架桥作用以及沉淀物的网捕作用，使污染物微粒相互凝聚变大、变重而产生沉降。35吸附架桥作用 混凝剂经过水解反应和 缩聚反应生成线型结构的高分子聚合物，其两端分别吸附不同的 胶体微粒，长线型的两端胶体微粒之间进行吸附而 架

19、桥。形成絮体，产生絮凝而沉降。 电性中和作用： 许多胶体杂质都带负电荷，在水中相互排斥不能凝聚长期保持稳定状态，加入混凝剂后，混凝剂发生水解产生的胶体微粒带有正电荷，当带相反电荷的胶粒相互吸引，彼此中和了对方的 电荷，并吸附污染物颗粒变大变重而沉降。网捕作用：由于吸附架桥作用形成的空间网络结构对废水中的污染物有捕集作用。36例如硫酸铝作混凝剂时所起的混凝作用表现在以下三个方面：电离出Al3+ 对扩散层起压缩作用，对胶体微 粒起电性中和作用水解生成絮凝体 对悬浮物起网捕作用缩聚成高聚物 对胶体微粒等起吸附架桥作 用 373、影响混凝效果的主要因素废水的PH值 PH值的高低不但直接影响着污染物存在

20、的形态和表面性质，而且影响着混凝剂的水解平衡及产物的存在形态和时间。搅拌强度和搅拌时间 混合阶段搅拌强度大，时间短；反应阶段搅拌强度小，时间长。水的浑浊度的影响 直接影响混凝剂的添加量的多少，一般地，浑浊度越大，添加的混凝剂量越少。 水温 混凝剂的水解过程需要吸热。温度越高，混凝效果越好。384、混凝剂和助凝剂混凝剂 包括无机混凝剂、有机混凝剂和 高分子混凝剂三大类 见P14表2-1所示助凝剂 为了提高混凝效果添加的辅助药剂，如： 调节pH值的酸、碱溶液，以及改变金属 离子价态的氧化剂或还原剂和混凝过程 的活化剂等。39类别名称剂量范围mg/L最佳PH值范围应用特点无机盐类硫酸铝Al2(SO4

21、)35506左右混凝效果较好，使用方便；最佳PH值范围窄；使用水温：2030硫酸亚铁FeSO45508.511.0适用碱度及硬度均较高的水；水温对混凝效果影响较小；絮凝体形成快，较稳定；产品及溶液腐蚀性强氯化铁FeCl34408.511.0处理高浊度水；絮凝体较坚固，沉淀性较好；固体产品吸湿性强，对包装运输不利无机高分子混凝剂聚合氯化铝（PAC）22059适用于低温低浊及高浊度水；投药量少，混凝效果好；适用PH值范围广；产品腐蚀性强聚合硫酸铁2060511适用于低温低浊及高浊度水；易溶于水；适用PH值范围广；净化后水的PH值与碱度变化幅度较小；宜当日配置当日投加有机高分子混凝剂聚丙烯酰铵（PA

22、M）聚氧化乙烯（PEO）5以下视不同离子情况而定聚合度高；对胶体表面有强吸附作用，在胶粒之间形成桥联4、混凝剂和助凝剂405.混凝处理过程混合池加入混凝剂和助凝剂，时间2分钟，快速搅拌，充分混合。反应池反应过程需要30分钟。沉淀池沉淀过程需要12小时。出水进水41二、沉淀与澄清1.沉淀池 水是按水平方向流过沉降区并完成沉淀过程的。池型呈长方形，废水从池的一端流人，水平方向流过池子，从池的另一端流出。在池的进口处底部设贮泥斗，其它部位池底有坡度，倾向贮泥斗。平流沉淀池进水板 沉淀区4243链带式刮泥机：缺点是链带的支承和驱动件都浸没于水中，易锈蚀，难保养。44桥式行车刮泥机：轨道设在池壁上，行车

23、在轨道上移动，刮泥板伸入水中，将污泥刮入污泥斗中，由排泥管排出。这种刮泥机不但运行灵活，而且保养维修都比较方便。45多斗式平流沉淀池：用于较小的平流沉淀池，不设刮泥设备，在沿池的长度方向设置多个泥斗，每个泥斗各自单独排泥，既不相互干扰，也有利于保证污泥浓度。46浅层沉降理论 在沉淀池有效容积一定的情况下，池身越浅，沉淀面积越大，去除效率也越高。斜板沉淀池工作原理 斜板沉淀池又称浅层沉淀池，在池中将平行薄板按4560倾斜设置，废水从斜板下面，通过薄板间通道向侧上方流去，悬浮物沉积在斜板上，自动滑落进入污泥斗。斜板沉淀池沉淀原理47 2.澄清池 澄清池的功能可以集絮凝反应过程和澄清分离过程 于一体

24、。利用活性泥渣与原水进行二次接触发生混凝，一般为钢筋混凝土结构或砖石结构的池子。（1）基本原理：原水流入澄清池后，因为池中加入了 较多的混凝剂，经过一定时间运行后 形成泥渣悬浮层（活性泥渣），随着 原水不断的在澄清池中由下向上流 动，泥渣絮体由于重力作用在上升水流中始终处于动态平衡状态。当原水通过活性泥渣层时，发生接触絮凝反应，原水中的悬浮物被絮体泥渣层阻留下来，原水在上部被澄清。48悬浮澄清池设备及流程 加药后的原水由下向上通过处于悬浮状态的泥渣层，使水中杂质与泥渣悬浮层的颗粒碰撞凝聚而分离沉淀的水池 49 利用原水的动能，在水射器的作用下，将池中的活性泥渣吸入和原水充分混合，从而加强了水中

25、固体颗粒间的接触和吸附作用，形成良好的絮凝，加速了沉降速度使水得到澄清。 水力循环澄清池的工作原理：加了混凝剂的原水从进水管道进入喷嘴，以高速喷入喉管，在喉管的喇叭口周围形成真空，吸入大约3倍于原水的泥渣量，经过泥渣与原水的迅速混合，进入渐扩管形的第一反应室，以及第二反应室中进行混凝处理。喉管可以上、下移动以调节喷嘴和喉管的间距，使等于喷嘴直径的12倍，并借此控制回流的泥渣量。水流从第二反应室进入分离室，由于断面积的突然扩大，流速降低，泥渣就沉下来，其中一部分泥渣进入泥渣浓缩斗定期予以排出，而大部分泥渣被吸入喉管进行回流，清水上升从集水槽流出。 50三、过滤 混凝沉淀处理后的原水还残留少量悬浮

26、杂质，可以通过过滤的方法加以去除。1.过滤过程原水 滤料的种类：石英砂、无烟煤、活性炭等。滤池的敷设：理论上应按粒径由小到大排列为宜，有利于截留悬浮杂 质，但在目前普遍采用逆粒度的方式排列效果更好，即： 滤料粒度由大 小 大排列的方式进行过滤。过滤周期：当过滤阻力增大，过滤速度缓慢时，需用清水进行反冲洗滤 料，使其恢复过滤能力，两次反冲洗的间隔时间。滤料过滤出水512.过滤设备机械过滤器52点 机械过滤器为压力式过滤净化设备，经过滤后的出水浊度在5mg/1以下，是电渗析装置，离子交换装置的前置处理设备 ，主要用于软化、除盐水的预处理及循环冷却水、游泳池、印染、食品、化工等用水的净化处理。其原理

27、是利用介质截流水中的悬浮物使出水澄清.5354无阀滤池工作原理：过滤原水从进水口流入过滤器，水自下而上通过过滤层，经过联通渠进入出水箱，最后从出水管流出。随着拦截的悬浮物的增多，过滤阻力加大时，应当及时进行反冲洗。进水出水55四、处理系统1.混凝、澄清、过滤系统 （由三大部分组成 图2-5 ） 这种系统适用于地表水的预处理，主要是去除水中的悬浮杂质，在原水中加入混凝剂后，水力搅拌器加速药剂的溶解与混合，再经过水力循环澄清池，最后进入无阀滤池过滤。562.循环泥渣澄清重力式过滤净水池（由两大部分组成 图2-6） 这种系统适用于工业锅炉用水等。处理后水，大大地降低了水的浑浊度。 将絮凝、澄清和过滤

28、工艺紧凑合理地组合成一体，能方便地将一般地面水源原水净化成符合卫生标准的生活用水，主要适用于广大农村、乡镇、农场、部队营房和中小企事业单位改善生活饮水水质使用，适用于工业用水软化，除盐工艺的水处理，同时也合于某些以分离去除水中悬浮物及胶体杂质为主要目的的接近中性的生产废水的净化使用。 573.循环泥渣澄清、逆流过滤净水器 （由一个完整的系统组成 图2-7 ） 这种系统简化了预处理系统，投资少，占地面积小，同时可以直接与离子交换系统串联。但运行管理比较复杂一些。反应区污泥区悬浮层分离区过滤层清水区原水出水污泥桶排泥58第二节 除铁与除氯处理一、水的除铁处理 地表水硬度较低,悬浮物含量大。地下水浊

29、度低，硬度高，且含铁、锰。水中含铁除了在生活上和工业生产中带来危害外，对工业锅炉、印染、化工、制药及水处理的危害也不能低估。对水处理而言，因为二价铁离子极容易污染交换树脂，造成树脂因铁中毒而影响交换能力。当用含铁水作为锅炉给水时，容易在锅炉受热面结成铁垢，影响传热效果及产生垢下腐蚀。 591.曝气除铁法 Fe2+O2+H2O Fe（OH）3+H+ 生成的氢氧化铁可以与水中的吸附杂质产生吸附架桥作用，达到净化水的目的。 其曝气的方法主要有：喷淋式曝气 见P27图2-8跌水曝气 见P28图2-92.接触催化氧化法 利用氧化的方法将水中低价铁离子和低价锰离子氧化成高价铁离子和高价锰离子，再经过吸咐过

30、滤去除，达到降低水中铁锰含量的目的。滤料采用精制石英砂或锰砂。二价铁(Fe2+)具有较强的还原性，它容易被氧化剂（如氧气、氯气、高锰酸钾等）氧化成三价铁（Fe3+)。Fe3+在水中容易发生水解反应，生成难溶的化合物Fe(OH)3沉淀析出，从而达到除铁目的。锰砂除铁是常用方法。天然锰砂的主要成份是二氧化锰（MnO2),它是二价铁氧化成三价铁的催化剂，由此而生成的Fe3+立即被水分解成絮状氢氧化铁而沉淀，铁被去除。采用曝气加氧与锰砂联合除铁是常用除铁方法。60过滤除铁装置 天然锰砂进水出水61二、自来水的除氯处理 它的主要作用是去除水体中的余氯，包括化合性余氯和游离性余氯ClO-（次氯酸根离子）、

31、HClO（次氯酸）、Cl2（氯气）等，将自来水中的氯元素变成对人身体无害或者有益的元素。通常采用化学还原法和活性炭脱氯法。1.化学还原法（常用的还原剂有SO2和 Na2SO3） HClO+ SO2 H2SO4+ HCl HClO+ Na2SO3 Na2SO4 + HCl Na2SO3 +O2 Na2SO4（自来水脱氧）2.活性炭脱氯法 HClO HCl +O C吸附O CO C吸附O CO 262第三节高硬度与高碱度水的预处理一、石灰处理 对处理碳酸盐硬度（暂时硬度）效果比较好。 1.原理CaO+H2O Ca(OH)2 Ca(OH)2+CO2 CaCO3+H2OCa(OH)2+Ca(HCO3)

32、2 CaCO3+H2OCa(OH)2+Mg(HCO3)2 CaCO3+MgCO3+H2OCa(OH)2+MgCO3 CaCO3+Mg(OH)2 能同时去除水中的铁和硅：Ca(OH)2+Fe(HCO3)2+O2 Fe(OH)3+CaCO3+H2OSiO2+Ca(OH)2 CaSiO3+H2O但不能除去非碳酸盐硬度与过剩的碱度。MgSO4+Ca(OH)2 Mg(OH)2+CaSO4MgCl2+Ca(OH)2 Mg(OH)2+CaCl2NaHCO3+Ca(OH)2 CaCO3+Na2CO3+H2O2.石灰的用量 可根据化学反应方程式进行估算，见教材P33633.石灰处理后的水质 经过处理后的水大部分

33、的碳酸盐硬度被去除、碱度降低、部分有机物被去除、硅化合物降低、铁的残留量较少。4.石灰处理系统澄清池石灰处理系统P35图2-10 （这种系统适用于镁 硬度较大的水处理，因为Mg(OH)2沉淀比较疏松，水分较多，呈絮凝状）涡流反应器石灰处理系统P35图2-11 （这种系统适用 于钙硬度较大的水处理，因为Ca(OH)2沉淀比较致密、密度大、沉降速度大。）64二、石灰-纯碱处理 可以同时去除碳酸盐硬度（暂时硬度）和非碳酸 盐硬度（永久硬度） 。1.反应原理加入石灰的作用：去除碳酸盐硬度（暂时硬度）CaO+H2O Ca(OH)2 Ca(OH)2+CO2 CaCO3+H2OCa(OH)2+Ca(HCO3

34、)2 CaCO3+H2OCa(OH)2+Mg(HCO3)2 CaCO3+MgCO3+H2OCa(OH)2+MgCO3 CaCO3+Mg(OH)2 能同时去除水中的铁和硅：Ca(OH)2+Fe(HCO3)2+O2 Fe(OH)3+CaCO3+H2OSiO2+Ca(OH)2 CaSiO3+H2O但不能除去非碳酸盐硬度与过剩的碱度。MgSO4+Ca(OH)2 Mg(OH)2+CaSO4MgCl2+Ca(OH)2 Mg(OH)2+CaCl2NaHCO3+Ca(OH)2 CaCO3+Na2CO3+H2O65加入纯碱的作用：去除非碳酸盐硬度（永久硬度）MgSO4+Na2CO3 MgCO3+Na2SO4Mg

35、Cl2+Na2CO3 MgCO3+2NaClCaSO4+Na2CO3 CaCO3+Na2SO4CaCl2+Na2CO3 CaCO3+2NaClCa(OH)2+MgCO3 CaCO3+Mg(OH)22.加药量的计算加入石灰的量：可根据化学反应方程式进行估算，见教材P33加入纯碱的量：可按以下公式进行估算见教材P36 G纯碱=106（非碳酸盐硬度+过剩纯碱量）/纯碱的纯度 mmol/L 0.50.7mmol/L mg/L 663.软化极限增加纯碱可以降低钙硬度（控制pH值约在8.39.5左右）增加石灰可以降低镁硬度（控制pH值约在10.3以上即可。）石灰-纯碱处理的工艺可以分为：冷法：操作温度与原

36、水温度相同，其出水硬度一般为0.50.8 mmol/L。温法：操作温度为50其出水硬度一般为0.30.6 mmol/L。 mmol/L热法：操作温度为100其出水硬度一般为0.050.2 mmol/L。 mmol/L4.水的酸化通入CO2进行酸化： CO2+Ca(OH)2 CaCO3+H2O （控制pH值约在10以上）采用部分原水混合法 将6090 的原水经过石灰-纯碱处理，其余1040 的原水与软化处理后的水进行混合，从而达到中和碱度、降低硬度的目的。5.石灰-纯碱处理系统纯碱清液的配制与孔板加药系统 见教材P38图2-12 纯碱 电动吊车输送至溶解箱内，经过水力搅拌溶解配制成510 的溶液

37、 用药液泵送到加药灌内 通过水力排挤到水管。热法石灰-纯碱软化处理系统见教材P38图2-13 由加药、沉淀软化和过滤三部分组成。67课题三 水的离子交换软化处理教学目的与要求： 1、了解水的离子交换基础知识 2、知道水的离子交换处理的方法及原理 3、熟悉离子交换水处理工艺过程常用设备 4、知道离子交换水处理附属设备及运行管理 68教学任务清单：见教材P84一、解释或简答: 1.诠释下列符号的含义 0017 2017 D111二、简答：1.什么叫全交换容量？什么叫工作交换容量？2.固定床离子交换水处理设备的特点是什么？3.在交换树脂的使用与保管过程中，对新树脂在使用前应怎样处理？4.树脂污染后应

38、怎样处理？树脂应怎样保管？三、填空：1.离子交换树脂由、 、 三部分组成，它们各自的作用分别是、 、 。 2.离子交换树脂的交换反应主要有、 、 三大类。 3.离子交换器及其附属设备常用的防腐蚀材料主要有、 、 、 、 等。4.离子交换器的工作过程分为、 两个阶段。5.顺流再生固定床的工作过程分为、 、 、 、 五个步骤。69第一节 离子交换基础知识离子交换法及其原理 利用离子交换剂组成中可供交换的离子去交换废水中的阴阳离子，以达到离子置换、分离、去除、浓缩等目的。 这种方法只能 用于低浓度水的处理。70离子交换除盐过程： 离子交换是将水中的离子和离子交换树脂上的功能基团所进行的等电荷反应。它

39、利用阴、阳离子交换树脂上的活性基团对水中阴、阳离子的不同选择性吸附特性，在水与离子交换树脂接触的过程中，阴离子交换树脂中的氢氧根离子（OH）等同溶解在水中的阴离子（例如CI等）进行交换，阳离子交换树脂中的氢离子（H）等同溶解在水中的阳离子（例如Na等）交换。从而使溶解在水中的阴阳离子被去除以达纯化的目的。71一、离子交换树脂72离子交换剂73阴离子交换树脂74751.离子交换树脂的结构、孔型和排号离子交换树脂的组成：由三个部分组成，即：单体：能聚合成高分子化合物的低分子有机物，是树脂的主要组成成分。交联剂：是固定树脂形状和增强树脂机械强度的成分，常用交联度表示 塔在树脂中的百分含量。交换基团：

40、是连接在单体上的具有活性离子的基团。是可共交换的活性 基团。简单表示为：阳离子交换树脂RH（是一种高分子电解质） 阴离子交换树脂ROH （是一种高分子电解质） 其中: R 为树脂中的惰性母体； H、OH 为树脂中的活性基团，即可供交换的成分。树脂内部结构凝胶型:孔径较小，适合去除无机物离子。大孔型：孔径较大，适合去除大分子杂质76国产离子交换树脂的排号 一般主要由三位阿拉伯数字组成。从左到右第一位数字：代表产品交换基团的性质。（分类代号，如：强 酸性、强碱性）第二位数字：代表骨架组成。（骨架代号，如：苯乙烯树脂系、酚醛树 脂系、环氧树脂系）第三位数字：为顺序号，区别交换基团或交联剂的差异。凡大

41、孔型树脂：数字前面加D. 见教材P42表3-1. 实例：2017 强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，交联度为7 0017 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，交联度为7 D111 大孔型弱酸性苯烯酸系阳离子交换树脂。 D0117 表示大孔强酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，其交联度 为7。 772.离子交换树脂的性能离子交换树脂的物理性能形状 一般呈球形，要求圆球率大于90，水流阻力小，装填量 大。粒度 要求大小合适，一般为1650目（1.20.3mm）颜色 不同树脂颜色不同，其颜色不影响其使用，但是在使用过 程中发生颜色变化，应考虑是树脂受到了污染。含水率 指树脂在水中充分膨胀时的湿树脂所含有的溶胀水的质量

42、 分数，含水率 的高低反映了树脂交联度的大小，一般交联 度越大，含水率越小，反之，含水率越高。例如交联度在 1 2 时，含水率达90以上。这时的树脂就像胶水 一样，没有固定的形状。溶涨性 干树脂进入水中体积膨胀的性质。密度 分干密度和湿密度（应用较多）。一般湿真密度（颗粒 密度）在1.041.3g/ml（颗粒真实体积）,湿视密度（颗粒 的堆积密度）在0.60.85g/ml（颗粒堆积体积）,78离子交换剂的特点 交换作用严格按等当量进行交换作用具有可逆性交换剂对交换离子有选择性离子交换树脂的选择性是水处理中选择树脂和确定处理工艺的主要依据之一。79离子交换树脂的化学性能酸、碱性 离子交换树脂是一

43、种高分子电解质。 酸性阳离子交换树脂:RSO3H RSO3-+H+ RCOOH RCOO-+H+ 碱性阴离子交换树脂:R NOH R N+ + OH- R NHOH R NH+ + OH- 所以不同类型的离子交换树脂，在使用过程中都有一定的有效pH值范围。离子交换树脂的交换反应 强型离子交换树脂的离子交换反应：中性盐的分解反应RSO3H +NaCl RSO3Na +HCl中和反应RSO3H +NaOH RSO3Na +H2O 复分解反应RSO3Na +CaCl2 （RSO3）2Ca +NaCl弱型离子交换树脂的离子交换反应：原理同上 见教材 P44非中性盐的分解反应 R（COOH ）2 +Ca

44、(HCO3)2 R（COO ）2 Ca +H2CO3中和反应 复分解反应80离子交换树脂的化学性能酸、碱性 离子交换树脂是一种高分子电解质。 酸性阳离子交换树脂:RSO3H RSO3-+H+ RCOOH RCOO-+H+ 碱性阴离子交换树脂:R NOH R N+ + OH- R NHOH R NH+ + OH- 所以不同类型的离子交换树脂，在使用过程中都有一定的有效pH值范围。离子交换树脂的交换反应 强型离子交换树脂的离子交换反应：中性盐的分解反应RSO3H +NaCl RSO3Na +HCl中和反应RSO3H +NaOH RSO3Na +H2O 复分解反应RSO3Na +CaCl2 （RSO

45、3）2Ca +NaCl弱型离子交换树脂的离子交换反应：原理同上 见教材 P44非中性盐的分解反应 R（COOH ）2 +Ca(HCO3)2 R（COO ）2 Ca +H2CO3中和反应 复分解反应813. 交换树脂的使用与保管新树脂使用前的处理食盐水浸泡 用二倍于树脂体积的10 食盐水浸泡1820小时以 上，放掉食盐水后用水冲洗树脂致溶液不呈黄色。稀盐酸浸泡 用二倍于树脂体积的5盐酸溶液浸泡24小时以 上，放掉盐酸后用水冲洗树脂致排出水为中性。稀氢氧化钠浸泡 用二倍于树脂体积的2 4氢氧化钠溶液浸泡 24小时以上，放掉碱液后用水冲洗树脂致排出水 为中性。树脂在使用中应注意的问题保持树脂强度 减

46、少各种因素对树脂的磨损。如机械、物理、化学等 方面的因素的影响。保持树脂的稳定性 避免各种因素对树脂的污染。如各种金属元素、 细菌、有机物等的影响。82树脂污染后的处理树脂层的灭菌 用1的甲醛溶液浸泡数小时，用清水冲洗干净。有机物的清除 用无油压缩空气冲刷树脂，然后用水反洗。用10热 食盐水或用10食盐水与5氢氧化钠复合溶液进行处 理。铁、铝及其氧化物的去除 用10 15稀盐酸处理，再用相应的再生剂 转型处理。 树脂中沉淀物的去除 在处理过程中由于硫酸根参与反应，生成硫酸盐 沉淀，可用5稀盐酸逆向清洗。树脂的保管湿法保存 防止干燥而破损 用食盐水浸泡，再加水稀释，要勤换水，避免细 菌繁殖污染树

47、脂。保存 的最佳温度为520 无保温条件时，可以存放在一定浓度的食盐 水中。防止被重压和接触污染物盐型封存保持稳定 使用过的树脂需要转变成出厂时的盐型进行保 管。83二、离子交换器的工作过程1.离子交换反应硬水软化的离子交换反应 交换： R(SO3Na)2+Ca2+ R(SO3)2Ca+2Na+ R(SO3Na)2+Mg2+ R(SO3)2Mg+2Na+ 再生：R(SO3)2Ca+2Na+ R(SO3Na)2+Ca2+ R(SO3)2Mg+2Na+ R(SO3Na)2+Mg2+除盐系统阳床离子交换反应交换剂为RSO3H Ca2+ Ca交换： R（SO3H）2+Mg2+ R（SO3）2 Mg+H

48、+ Na Na Ca Ca2+再生： R（SO3）2 Mg+HCl R（SO3H）2+Mg2+ Na Na+84除盐系统阴床离子交换反应 交换剂为R NOH 与阳床出水中的阴离子发生交换。反应为： H2 SO4 SO4R （ NOH）2+ H Cl R （ N）2Cl2 + H2O H2（ HSiO3）2 ( HSiO3)2再生：见教材P49 SO4 Na 2 SO4R （ N）2Cl2 + NaOH R （ NOH）2+ NaCl ( HSiO3)2 Na 2( HSiO3)2 混合床离子交换反应 是将阴阳离子交换树脂放在同一交换器内，运 行时水中的阴阳离子几乎同时发生几乎反应。 见教材P5

49、0。85 Ca ( HCO3)2 Ca R（SO3H）2 + Mg ( HSiO3)2 R（SO3）2 Mg +H2O（阳离子交换） Na 2R （ NOH）2+ Na 2 SO4 SO4 NaCl R （ N）2Cl 2 （阴离子交换） NaHCO3 ( HCO3)2 NaHSiO3 ( HSiO3)22.离子交换器的运行过程（在交换器内原水中的去除离子与树脂中可供交换的离子自上而下进行动态交换的工作过程，树脂层经历了三个阶段）交换带的形成 交换带的下移（交换带以上是失效层、 接着是工作层、以下是未交换层）交换带的消失（在正常运行过程中，失效层不断增大、工作层基本不变，未交换层不断缩小，工作

50、层不断下移，交换带的下断达到树脂底部，这时就要停止运行。）进水出水交换带的形成交换带下移交换带消失86873.离子交换器的再生过程 离子交换器运行到出水水质不能满足用水要求时，就必须停止工作，恢复交换器内树脂的活性，这个过程叫树脂的再生。再生方式顺流再生 再生液与离子交换水流方向相同。（比较传 统，存在再生液利用率不高（37左右），处 理水水质教差等缺点。）原水再升液顺流再生P56图31及32离子交换树脂88对（逆）流再生 再生液与离子交换水流方 向相反。再生液浓度与树 脂失效程度成反比关系， 有利于树脂的再生反应。原水离子对（逆）流再生 再生液与离子交换水流方 向相反。再生液浓度与树 脂失效

51、程度成反比关系， 有利于树脂的再生反应。交换树脂再升液 再生时，再生液首先接触的是失效程度最低的树脂层，依次向失效程度较高的树脂层移动,而再生液中的交换离子浓度也逐渐降低，有利于向再生反应方向进行。提高了再生液的利用率，可以达到75 85左右。89再生剂用量 再生剂利用率约为3050 ，所以再生剂的用量应为理论量的23倍，交换剂的再生程度也只能达到6080 .一般地： NaCl （工业）80150kg/m2树脂 HCl （工业）50100kg/m2树脂（按100 浓度计） H2 SO4 （工业）80150kg/m2树脂再生剂浓度 再生剂浓度要合适才有利于交换剂的再生，浓度过高， 再生产物浓度高

52、，再生反应受到阻碍。浓度过底，再生 反应不彻底. 如：对0017（交联度为7 强酸型苯乙烯 系离子交 换树脂 ）而言： NaCl 3 8 HCl 2 5 H2 SO4 （1）0.5 2 （2）3 5 ， 通过两步再生是为了防止Ca SO4沉淀的生成避免影响树脂 的活性。90再生液流速 指再生液通过树脂层的速度，控制再生液的流 速就是为了保证再生液与树脂之间有一个适当 的接触时间。 一般地：线速度（LV）控制在48m/h,体积流速SV控制在2.55m3/m3.h。再生液纯度 提高纯度可以保证再生过程的顺利进行和不 影响交换器的出水水质。 例如：对食盐再生液，可以采取以下措施保证其纯度。使用等级较

53、高的食盐妥善保存，避免污染（特别是含钙、镁、铁等杂质的污染）用软化水溶解食盐）4.离子交换器中树脂的利用率 离子交换树脂在工作过程中，运行时不能完全被饱和（交换），运行终点时树脂饱和（交换）程度越大，未被交换的树脂量越小，树脂的利用率越高。再生也不能完全被再生，树脂再生程度越大恢复的活性越高，树脂的利用率越高。91离子交换法一般工艺过程（一）交换阶段 利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分离脱除需要去除的离子。（二）反冲洗阶段（三）再生阶段（四）清洗阶段 目的是松动树脂，使再生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的污物冲走。 洗涤残留的再生液和再生时可能出现

54、的反应产物。用食盐水或稀盐酸浸泡树脂，恢复树脂的活性。92第二节 固定床离子交换水处理工艺固定床：交换剂在静止的条件下运行的离子交换器。其特 点是原水的交换净化与交换剂的再生在同一设备内 进行。固定床阴、阳离子交换器 固定床通常有顺流再生、逆流再生和浮动床三大类93一、顺流再生离子交换水处理工艺1.顺流再生离子交换器结构（进水、出水、进再生液）见教材P56图3-1和图3-2进水出水进再生液949596进水装置的作用：运行时均匀配水，满足最大进水量的要求，反洗时通 过进水装置将积留的悬浮物和破碎的树脂随反洗水排出。 在交换剂表面与进水装置之间留有一定空间叫水垫层，一般为交换剂层高的40 60，（

55、混床为80 100 ），否则会造成交换剂颗粒的流失。排水装置的作用：运行时均匀疏水，反洗时均匀配水。进再生液装置：如果交换器直径小于500mm时就不设进再生液装置，将 它和进水装置合并。2.工作过程 分为五个步骤 ：运行 反洗 再生 置换 正洗 运行：开启进、出水阀，见上图所示，技术关键是控制好水流速度，过 快交换不彻底，过慢反应产物不能及时去掉。 反洗：目的是松动树脂层，去除表面的悬浮杂质，排出气泡。 再生：利用再生液恢复树脂的活性，时间需用3060分钟。 置换：再生过程结束后，需用精制水冲洗树脂，去除残留在树脂层内的 再生液。时间需用1520分钟。此时留在交换器内的再生液可以 提通过下一步

56、正洗加以回收、利用。 正洗：彻底清除树脂层内的再生产物和剩余残留液。97二、逆流再生钠离子交换水处理工艺1.逆流再生离子交换器结构设计有中间排液装置982.无顶压逆流再生钠离子交换器的运行 工作程序分为：运行 小反洗 再生 置换 小正洗 正洗 大反洗 运行：开启进、出水阀，见上图所示，技术关键 是控制好水流速度，过快交换不彻底，过慢反应产物 不能及时去掉。小反洗：再生前，对中间排液装置以上压树脂层进行反洗， 保持树脂层的有序性。再生：再生剂用量接近理论值，要确保再生液与交换剂的接 触时间，必须控制好再生液的浓度和流速。再生液的配制可按照以下工艺进行。99无顶压逆流再生钠离子交换器再生液的配制过

57、程 100置换：再生过程结束后，继续用再生液的稀释液 置换再生废液，去除残留再生液。时间 需用3040分钟。小正洗：再生后，从中间排液装置进水，排出树 脂层空气后并充满交换器上部空间后，再从交换器上部进水，从中间排液装置排水。时间大约10分钟。正洗：关闭中间排液装置，用清水按顺流方向进行冲 洗，直到出水合格。大反洗:经过一定周期运行后，需要对整个树脂床层进 行逆向冲洗，一般1020个运行周期需要大反 洗一次。101三、浮动床双室浮动床离子交换器 102三、浮动床1.浮动床离子交换器的工作原理 浮动床离子交换器属于逆流再生固定床的一种，床内几乎装满了离子交换树脂，浮动床运行时，入口水由底部进入浮

58、动床，经下部分配装置后，均匀地进入床层，系上升水流将整个树脂层以密实的状态向上浮起至顶部（称为成床），同时水在向上流的过程中完成离子交换反应，并经上部分配装置引出体外。于是浮动床转入停运状态。因为交换剂受水流的冲击以及自身重力的作用而上下浮动，故称浮动床。当床层失效后，需要进行再生。树脂层（也称床层）的运行和再生这两种工况交替循环的过程。 浮动床再生时，再生液由上部进入，经上部分配装置均匀地自上而下流过床层进行再生，然后用合格的水继续自上而下地进行清洗，至出水合格便可投入运行。般投入运行时，应先进行成床后的向上流清洗（也称顺洗），至出水合格后才可送入给水箱。1032.浮动床的结构 见教材P63

59、图3-4上部分配装置 有两个作用运行时输送水，再生时，分配再生液和清 洗水惰性树脂层 应用于防止破碎树脂堵塞滤网，有利布水。床层和水垫层 在上下、部分配装置之间，水垫层的作用一是作为床 层的缓冲高度 ，二是使水流忽和再生液分配更均匀。下部分配装置 一是对处理水顺洗水进行合理分配，二是在再生和反 洗时能均匀布水。 体内取样管 保证出水的水质。空气管 防止交换剂外漏。窥视孔 观察交换器内的运行情况是否正常。管道与阀门3.附属设备体外清洗装置 因为浮动床内装满树脂，不方便在体内进行清洗，需 设体外清洗树脂的专用设备。如：空气摖洗器。仪表1044.操作方法运行：技术关键是控制好水流速度，过快交换不彻底

60、， 过慢反应产物不能及时去掉。落床：运行操作达到终点时，关闭进、出水阀，和其它 阀门，先开启空气阀，迅速开启排水阀，进行 排水落床。再生：落床后，利用再生液恢复树脂的活性置换：再生过程结束后，开正洗水阀门冲洗树脂，去除 残留在树层内的再生液。时间需用1530分钟。正洗：彻底清除树脂层内的再生产物和剩余残留液。顺洗（向上流清洗）：开启人口水阀门清洗成床致出水 合格，投入运行。四、固定床工艺改进和发展105 阴阳离子浮动床是一种制备纯度水的水处理装置，可用于电力、石油、化工、电子等部门对天然水进行除盐处理。公司生产的浮动床离子交换器是由东北电力设计院吸收了从西德引进的浮动床设备优点设计而成的成套设