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化学培训资料绪论第一节 水在热力发电厂中的作用在火力发电厂中，水进入锅炉以后，吸收燃料燃烧放出的热量，转变成蒸汽，导入汽轮机；在汽轮机中，蒸汽的热能转变成机械能；汽轮机带动发电机，将机械能抓变成电能。凝汽式发电厂中，水汽呈循环状运行：锅炉产生的蒸汽经汽轮机后进入凝汽器，被冷却呈凝结水，凝结水由泵送到低压加热器，加热后送入除氧器，再经给水泵将已除氧的水送到高压加热器进一步加热后送回锅炉，完成循环。根据水在水汽循环系统中所经历的过程不同，这些水有不同的名称：1. 原水：未经过任何处理的天然水，它是热力发电厂中各种用水的来源。2. 锅炉补给水：原水经过各种方法净化处理后，用来补充热力发电厂水汽损失的水。按净化处理方法的不同，可分为软化水、蒸馏水、除盐水等。3. 凝结水：汽轮机中做功后的蒸汽经冷却凝结成的水。4. 疏水：各种蒸汽管道和用汽设备中的蒸汽凝结成的水。5. 返回水:热电厂向热用户供热后，回收的蒸汽凝结水。6. 给水：送进锅炉的水成为给水，主要由凝结水、补给水和各种疏水组成。7. 锅炉水：在锅炉本体的蒸发系统中流动着的水，习惯上也称炉水。8. 冷却水：用作冷却介质的水，主要指通过凝汽器用以冷却汽轮机排汽的水。第二节 热力发电厂中水处理的重要性热力系统中水的品质，是影响发电厂热力设备安全、经济运行的重要因素之一。没有经过净化处理的天然水含有许多杂质，这种水如进入水汽循环系统，将会造成严重危害。为了保证热力系统中有良好的水质，必须对水进行适当的净化处理和严格的监督水汽质量。水汽品质不良引起的危害1. 热力设备结垢2. 热力设备腐蚀3. 过热器和汽轮机的积盐第一章 水质概述第一节 常用化学名词概述1. 溶液：一种物质分散在另一种物质中的体系称作分散体系，均一的分散体系称为溶液。溶液中被分散的物质叫溶质，用以分散溶质的物质叫溶剂，发生这种分散的现象叫做溶解。2. 质量分数和百分含量：用溶质的质量占全部溶液溶质溶剂质量的比值来表示溶液中溶质的含量叫做质量分数无量纲，如以百分数表示则称为百分含量。3. 用单位体积或单位质量溶液中含有的溶质质量表示含量，如mg/L、ug/L、g/L、g/kg、ppm(106)、ppb109。4. 物质的量摩尔：单位是摩尔，是表示物质多少的物理量，是七个SI基本单位之一，摩尔所表示的是原子、分子、离子和其他粒子或这些粒子的特定组合。5. 浓度：用1L溶液中所含溶质的物质的量表示溶液中溶质的含量，叫做物质的量浓度或简称浓度。6. 化学平衡常数：化学反应达到平衡时，各反应产物的浓度乘积和各反应物的浓度乘积的比值，在一定温度下是一个常数。7. 电解质：一类物质在干燥状态下不能导电，而在水溶液中或在加热熔融状态下却能导电，此类物质叫做电解质。8. 非电解质：在干燥的和溶液中都不能导电的物质。9. 电离：1） 强电解质：在溶液中几乎完全能电离成离子。2） 弱电解质：在溶液中只有部分电离，并具有可逆的过程，即既有分子电离成离子的过程，又有离子结合成分子的过程，如氨水、醋酸的电离反应。3） 电离平衡：弱电解质达到电离的正向速度等于其逆向速度的状态，这种平衡称为电离平衡。10. 水的电离，pH：H2OH+ OHK=HOH/H2OKSH=HOHpH的意义是氢离子浓度的负对数，即：pHlgH11. 溶度积：在难溶电解质的饱和溶液中，当温度一定时，其离子浓度的乘积是一个常数。1） 溶液中组成某难溶电解质的离子浓度的乘积等于其溶度积时，此溶液叫做饱和溶液。2） 当溶液中组成某难溶电解质的离子浓度的乘积小于其溶度积时，此溶液叫做未饱和溶液。这时如果再加入此难溶电解质，还可继续溶解，直到饱和为止。3） 当溶液中组成某难溶电解质的离子浓度的乘积于大其溶度积时，则产生沉淀，但沉淀析出后，此溶液还是饱和溶液。12. 活度：当电解质溶液的浓度较大时，用浓度来进行平衡计算会出现较大的偏差，这有许多原因，其中主要是电解质溶液中的正负离子间存在静电作用力。为了校正这种偏差，将C乘以一个系数，用fC，式中为活度，f是活度系数。第二节 天然水中的杂质1. 水中杂质的分类：悬浮物、胶体和溶解物质2. 悬浮物：颗粒直径在10mm4以上的微粒包括漂浮物、有机物、可沉物、砂子、粘土3. 胶体：粒径在106104mm之间的微粒，是许多分子和离子的集合体，比表面积很大，有很强的表面活性，吸附有多量离子而带电，互相排斥，不易下沉。4. 溶解物质：在水中呈真溶液状态的离子和分子，其颗粒直径不大于106mm。第三节 水质指标1. 悬浮物一般用浊度表示（FTU、JTU）。2. 溶解盐类：1） 含盐量和溶解固形物；2） 蒸发残渣（100105）；3） 灼烧残渣（800）；4） 电导率3. 硬度：1） 酸盐硬度；2） 非碳酸盐硬度4. 碱度和酸度：1） 碱度：水中含有能与强酸反应其中和作用的物质的量。天然水中的碱度主要由OH、CO2、HCO3量以及其他一些弱酸盐类量的总和。2） 酸度：水中含有能与强碱反应其中和作用的物质的量。5. 有机物和耗氧量：1） 化学耗氧量COD2） 生化需氧量BOD3） 其他估量有机物的方法（TOC）。第四节 天然水中的几种主要化合物1. 碳酸化合物，存在形态CO2、H2CO3、HCO3、CO321） 促使CO32和HCO相互转化的重要因素是游离CO2，当CO2增多时，向HCO3方向转化，会促使CaCO3溶解，当CO2消失时，向CO32方向转化，生成CaCO3沉淀。2） 水中CO2是否达到平衡的测试方法：将水通过粒状大理石过滤，然后将过滤前后的水样相比较，如PH升高或碱度增大，则表示水中CO2大于此平衡值，因而使大理石的CaCO3成分溶解了；反之，如PH降低或碱度减小，则表示水中CO2小于平衡值，有CaCO3析出。2. 硅酸化合物：1） 硅酸通式X SiO2YH2O，当X1，Y1，分子式为H2SiO3，称为偏硅酸；当X1，Y2，分子式为H4SiO4，称为正硅酸，当X大于1时，硅酸称聚合态，称多硅酸。2） 当PH不是很高时，溶于水中的SiO2主要呈分子态的的简单硅酸，当水中SiO2的浓度增大，它会聚合成二聚体、三聚体、四聚体等，这些聚合体在水中很难溶解，随着其聚合度的增大，SiO2会由溶解态转变成胶态，以至于成为凝胶而从水中析出。当PH增大超过9时，由于H2SiO3电离成HSiO3的量增加，其溶解度随之加大。3） 活性硅：能够直接用比色法测定的SiO2水中分子量较低的硅酸化合物3. 水中铁的化合物1） 天然水中铁离子有Fe2、Fe3两种形态。2） Fe2主要存在于溶解氧较小、PH较低的水中（深井水）3） 当溶解氧较大时，Fe2eFe3，Fe3易水解形成酸性水在炉水中造成危害。4） PH大于8时，Fe2被水中溶解氧氧化速度很快，5） PH在7左右时，水中几乎只有溶胶状Fe（OH）3。6） 在含有腐植酸的沼泽水中，其PH接近4，Fe2会和腐植酸结合成络合状态存在，这种络合物不易被溶解氧氧化。4. 氮的化合物1） 其来源为各种有机物，硝酸盐的溶解和工业排水混入铵离子。2） 在有氧和细菌的参与下，可将氨类物质转化为亚硝酸盐或硝酸盐。第五节 天然水的特点水质分类：1. 按含盐量分：1） 低含盐量水：含盐量小于200mg/L2） 中等含盐量水：含盐量200500mg/L3） 较高含盐量水：含盐量5001000mg/L4） 高含盐量水：含盐量大于1000mg/L2. 按硬度分：1） 极软水：硬度在1.0mmol/L（1/2Me2）以下。2） 软水：硬度在1.03.0mmol/L（1/2Me2）3） 中等硬度水：硬度在3.06.0mmol/L（1/2Me2）4） 硬水：硬度在6.09.0mmol/L（1/2Me2）5） 极硬水：硬度在9.0mmol/L（1/2Me2)以上3. 按水处理工艺分：1) 碱性水：碱度大于硬度2) 非碱性水：硬度大于碱度第二章 水的沉淀处理沉淀处理：将水中杂质转化为沉淀物而析出的各种方法。沉淀处理的内容：悬浮物的自然沉降、混凝处理、沉淀软化等。第一节 胶体化学基础1. 胶体稳定性的原因：（1） 胶体表面带电；（2） 胶体表面有水化层；（3） 胶体表面吸附有某些促使胶体稳定的物质；2. 胶体的亲水性和憎水性胶体表面的水化层的形成是由于胶体对水的亲和力。所谓亲水胶体实际上是一些可溶性的大分子化合物。3. 胶体的双电层结构（1） 胶核：胶体中心通常是许多分子组成的集合体，称为胶核。（2） 内层与外层离子：（3） 吸附层和扩散层： 吸附层：有吸附作用形成，包括内层离子和外层离子中活动性较差的这一部分离子。 扩散层：离核较远，离子分布受热运动影响较大，较活泼，数量随离胶核表面距离增大而减小。（4） 胶团：胶态物也是电中性，在双电层中正负电荷量必相等，此种包括双电层中全部离子在内的电中性颗粒称为胶团。（5） 滑动界面与胶粒：a. 当胶体运动时，在其扩散层中有一个滑动界面，在界面内的颗粒才是一个独立运动的单元，它是带电的，此种颗粒称为胶粒。b. 用FeCl3水解形成的Fe(OH)3胶体为例，以式子表示：mFe(OH)3.nFeO+.(n-p)Clp+pCl 胶核 胶粒 胶团c. 胶粒可以带有正电荷，也可以带有负电荷。在天然水中，胶粒都带负电，例如胶体粘土和腐植质等。（阴树脂污染的原因）4. 胶体的电位（1） 在胶体颗粒和溶液之间有以下三种特征电位：胶和表面处的电位（0）即热力学电位；吸附层与扩散层分界处的电位（d）;滑动界面处的电位（）,此电位称为动电位。（2） d是特征值无法测定，对于天然淡水来说，因水中电解质很少，可以设定d和两种电位大致相等。（3） 电位的大小不仅决定于胶体的本质，且与溶液中的离子组成有关，如pH，原因是胶体大都有两性化合物组成，它们的带电是由于两性集团的电荷，而pH的改变影响了两性集团的电离度。（4） 一般而言，胶体的电位都会随水溶液中盐类含量的增大而减小，此种影响主要是由于水中电解质数量增多时，它的渗透压增大，因而促使胶体扩散层中的水向溶液本体中渗透，结果使扩散层压缩，电位下降，当扩散层压缩到一定层度时，电位可以降到零，这一点称为该胶体的等电点，此时，胶体实质上以不带电性能。5. 胶体颗粒间的作用力：在溶液中，两个同号胶体（即电荷符号相同的胶体）之间，有同性电荷间的静电斥力和分子间的范德华引力。6. 胶体脱稳：要除去水中胶体，必须是胶体脱稳。胶体脱稳途径：（1） 压缩双电层：投加电解质，压缩扩散层，降低电位。投加电解质的反离子（与胶粒电荷符号相反的离子）价数愈高，聚集效果愈显著。（2） 吸附与电中和：与胶体物质的吸附作用以及因此，而发生电中和（物质间相互聚集时，静电中和并不总是一个主要因素）。（3） 网捕作用：混凝处理的沉淀物的网捕作用。（4） 吸附与架桥：投加吸附胶体的链状大分子，通过架桥作用使胶体聚成大颗粒沉淀。第二节 水的混凝处理1. 水中悬浮物的沉降：沉降速度与颗粒大小有关，胶体实际上不沉降，沉降应在静止和流速很慢的条件下完成。2. 天然水中的悬浮物：大小不一的颗粒混合物，采用自然沉降法和普通过滤法无法彻底除掉较小的悬浮颗粒，更不能出去胶体。3. 混凝原理：投加混凝剂，促使微小颗粒变成大颗粒下沉。混凝处理是一个复杂的过程，常常混有各种聚沉反应，如压缩双电层，吸附和电中和、网捕作用、吸附与架桥等。4. 影响混凝效果的因素：（1） 水的pH值：a. pH值对Al(OH)3溶解度的影响；b. pH值对胶粒电荷的影响；c. pH值对水中有机物的影响：水中的有机物如腐植质，当pH值低时为负电的腐植酸胶体，此时易于用混凝剂除去；当值高时，为溶解性的腐植酸盐，去除效果较差。（我厂重点，NaOH、HCl调pH）d. pH值对胶体凝聚速度的影响；（2） 混凝剂的用量：当水中胶体含量很少时，需要投加大量混凝剂才能通过网捕作用达到良好效果。（3） 水温：a. 铝盐受水温影响大，低于5度，凝絮细而松，效果不佳。b. 铁盐作混凝剂时，水温对混凝效果影响不大。（4） 水和混凝剂的混合速度：搅拌速度最好是先快后慢（快速混合，防止凝絮破碎）（5） 水中杂质：因离子量大不利，有机物不利（用加Cl2、O3破坏之）（6） 接触介质：（水中保持一定数量的泥渣层）澄清池原理，起吸附、催化及泥渣颗粒作结晶核心等作用。5. 混凝剂：常见混凝剂使一些在分子中有高价阳离子的无机盐类。（1） 铝盐：硫酸铝、明矾、铝酸钠（或称偏铝酸钠）。（2） 铁盐：铁盐的适用pH值范围很广，可为410。特点：a. 生成凝絮的相对密度比Al(OH)3大。b. 温度的影响不大。c. pH6.0时，Fe3会和腐植酸生成不沉淀的有机化合物，所以铁盐是不适于作为处理带有机物水的混凝剂。（3） 铁、铝盐（二者1：1）时效果较好。（4） 无机高分子混凝剂聚合铝和聚合铁。聚合铝碱化度在5080最好。B=OH/1/3Al100（5） 镁盐Mg(OH)2 pH应高于10.5（6） 电混凝：将金属铝或铁作为电极置于被处理水中，然后通以直流电，此时的阳电极进行电化学溶解，溶解下来的Al3+或Fe3+起的作用与化学混凝基本相同。影响电化学溶解的因素：水温、pH值、电流密度、水中离子的组成。（7） 混凝辅助剂（助凝剂）活性SiO2、膨润土、沉淀池污泥都是好的助凝剂。助凝剂的作用：加快凝聚过程、增加凝絮牢固性，本身不起混凝作用。6. 有机高分子絮凝剂（1） 类别：应是线性或使带枝节的线性聚合物，链节10005000为宜，过多水溶性差，过少凝聚作用不佳。a. 根据电离后粒子所带电荷不同可分为阳离子型、因离子型和非离子型三类。b. 昂奥分子组成可分为聚乙烯、聚酰胺、聚胺和聚丙烯等型。（2） 影响絮凝效果的因素，主要机理是吸附与架桥a. 高分子在溶液中的形态b. 絮凝剂在微粒表面的吸附作用c. 官能团的作用。（3） 应用：在我国应用最多的是聚丙烯酰胺（三号絮凝剂），常作为助凝剂与其它混凝剂和用。如浊度效应在混凝剂后加，浊度高先加，搅拌速度不宜过快。第三节 水的沉淀软化1. 沉淀软化原理：把天然水中钙、镁离子转变成难溶于水的化合物，使其沉淀下来，降低水硬度的过程。2. 沉淀软化种类：热力软化法（加热至100度以上）、化学软化法。3. 石灰处理：CaO加水反应生成熟石灰。（1） 反应顺序 CO2 Ca(HCO3)2 Mg(HCO3)2（2） 反应式： CO2Ca(OH)2 Ca CO3 H2OCa(HCO3)2Ca(OH)2 2Ca CO3 H2OMg (HCO3)2Ca(OH)2 2Ca CO3 Mg(OH)2 H2O石灰处理起到的作用，主要是消除水中钙镁的碳酸氢盐。4. 石灰处理的沉淀过程：（1） 一部分沉淀物当水中有有机物存在时，它们吸附在胶体颗粒上，起到保护胶体的作用，所以该现象不利，会造成水质不稳定，可能在管道、过滤器的滤层沉淀。（2） 石灰处理与混凝剂联合处理效果较好，一般用铁盐，因为水中pH值较高。a. 絮状沉淀物 b. 粒状沉淀物Ca CO3含量大。5. 石灰的用量（1） 只要求Ca CO3析出： DSH石灰加药量，mmol1/2CaO（2） 只要求Ca CO3、Mg(OH)2析出DSH1/2CO2+1/2 Ca(HCO3)221/2 Mg(HCO3)2+ NaHCO3+石灰过剩量，一般取0.2 mmol1/2CaO NaHCO3过剩碱度石灰的用量要适当，不能太多或太少，太少使反应不完全，太多残留Ca(OH)2。6. 水温：提高水温对石灰处理有利。7. 经石灰处理后的水质的评定标准。（1） 悬浮物和不稳定度（2） 游离CO2（应全部除去）（3） 残余碱度（4） 硬度（5） 耗氧量（6） 硅化物（7） 铁（8） 镁（与加入量有关大可形成Mg(OH)2沉淀。8. 其它沉淀软化处理（1） 石灰纯碱处理（用纯碱消除永硬）CaSO4(CaCl2)+Na2CO3 CaCO3 +NaSO4(2NaCl)MgSO4(MgCl2)+Na2CO3 CaCO3 + Mg(OH)2 +NaSO4(2NaCl)（2） 石灰氯化钙处理（除掉过剩碱度氯化钙可用硫酸钙代替）2 NaHCO3(2KH CO3)+CaCl2+Ca(OH)2 2 CaCO3 2NaCl(2KCl)+2H2O（3） 协调磷酸盐处理（130150度进一步降低硬度，炉水磷酸盐处理原理）3 CaCO3+2Na3PO4 Ca（PO4）2 3CO3 3 Mg(OH)2+2Na3PO4 Mg 3（PO4）2 6 NaOH 第四节 沉淀原理1. 悬浮颗粒的絮凝性：（1） 絮凝体：颗粒在沉降过程发生粘结现象，这种性能称为絮凝性，这类物质称为絮凝体。（2） 离散颗粒：沉降时不会结合的颗粒。（3） 絮凝体包含着大量水分，密度与水接近。2. 离散沉降：离散沉降是指离散颗粒在悬浮液中的沉降过程，此时，由于颗粒不会相互干扰和粘结，它们的沉降特性只与颗粒料本身和水的特性有关。u=1/18(PKP)/gd2u沉降速度PK、P分别为颗粒与水的密度g/cm3d颗粒直径cmg重力加速度cm/s2水的动力粘度g/cm.s3. 絮凝沉降：应通过试验来测定水中颗粒在某一流程中的沉降特征。层桩沉降：上层为等浓度区，此层为过渡区或变浓度区，最下层为压实区。第五节 沉淀处理设备1. 沉淀处理设备分为沉淀池和澄清器两类。2. 沉淀池分为间歇式和连续式两类。3. 澄清器有泥渣层（沉淀池无），是连续运行的。4. 平流式沉淀池：水按水平方向流动。结构有四部分：进水区、沉淀区、出水区、存泥区。5. 斜管和斜板沉淀池：1） 原理：沉淀区中设置斜管或斜板，沉降过程在这些装置中进行，可以使水中悬浮物的分离速度加快，从而缩短沉降时间和减小设备体积。2） 结构：斜管（板）、集水器、集水槽、排泥管、集泥斗。3） 沉淀池进水流向以与斜管（板）中水的流向成钝角为宜。6. 泥渣悬浮式澄清池：澄清池是利用悬浮泥渣层与水中杂质颗粒相碰撞、吸附、粘合，从而提高澄清效果的一种沉淀设备。1） 型澄清器2） 脉冲澄清池：水通过一层悬浮泥渣进行澄清，泥渣层不是悬浮在一定的部位，而是进行着周期性的下沉和上升运动，即呈脉冲状态。7. 泥渣循环式澄清器：特征是设备中有若干泥渣做循环运行，即泥渣区中有部分泥渣回流到进水区，与进水混合后共同流动，待流至泥渣分离区，进行澄清分离后，这些泥渣返回原处。1）机械搅拌澄清池8. 澄清池的运行：1） 运行前的准备工作 打扫干净，检查本体设备、阀门、管道等 估算好各种加药量 配制好各种药液 加药器的加药量调整 池外配好泥渣加速活性泥渣层生成2） 启动3） 运行注意事项 排泥量 泥渣循环量 间歇运行 水温变动 空气混入4） 监督 清水层高度 悬浮泥渣量 进水流量 加药量 水温 排泥时间 排泥间隔 排泥门开度5） 调整 最优加药量 最优运行条件（排泥量的控制调整、负荷的大小、负荷调整的变化速度、水温的变化）9. 澄清池的改进：1） 斜管、斜板在澄清池中的应用2） 双向流斜管澄清池3） 加砂澄清池4） 高速脉冲澄清池第六节 沉淀处理系统和附属设备1. 沉淀处理系统（沉淀池）澄清池加药设备澄清池反应器混合器加药设备2. 加药设备3. 混合器4. 反应器第三章 水的过滤处理第一节 水的过滤过程1. 过滤原理：1） 筛分作用：悬浮颗粒不能通过滤层中的微小孔眼而被机械的阻挡下来。2） 吸附：滤料颗粒表面吸附了水中微小的颗粒。3） 架桥：截留下来的悬浮物在滤料颗粒表面发生彼此重叠和架桥的过程，因此形成了一层附加的滤膜。4） 混凝：在凝絮、悬浮物和砂粒表面之间发生了与混凝作用相同的颗粒凝集过程。2. 过滤过程中的水头损失：1） 影响因素 温度：温度升高，水的粘度下降，水头损失下降。 滤速：水头损失与滤速成正比。 滤料颗粒粒径：粒径减小，水头损失急剧增大。 滤层污染程度2） 水头损失的控制 提高压差 进行反洗3） 滤层中负压的形成：滤层中压力下降，某些部位形成真空防止方法 增高进出口两端的水位 限制运行时间3. 滤料：常用的有石英砂、无烟煤、大理石等。主要技术指标有：1） 化学稳定性2） 机械强度3） 粒度4. 过滤工艺1） 过滤运行：由过滤、反洗、正洗等步骤组成。2） 过滤效果：由出水水质和截污能力两部分组成。3） 滤速4） 反洗强度5） 水流的均匀性及配水系统5. 滤池的维护（1） 反洗强度和膨胀率（2） 化学清洗第二节 过滤器1.普通过滤器(单层滤料,下向流式) 组成:主要是有进水装置,配水系统,压缩空气装置,仪表,阀门和管道等。2.双流式过滤器(两头进水,中间出水,配水装置在中间) 特点:出力较大,但对滤料粒度的要求较高,运行操作和维护等较复杂。3.多层滤料过滤器(改变上细下粗的不利排列)（1） 双层:上层为无烟煤,下层为石英砂,双层滤料能否良好运行,煤砂粒度选择是关键问题（2） 三层:下层一般为石榴石,磁铁矿,钛铁矿等矿石第三节 滤池1.无阀滤池无阀滤池是因其没有阀门而得名,无阀滤池的种类很多:有压力式的,有重力式的。截面可以是圆形的末叶可以是方形的，压力式无阀滤池和重力式无阀滤池的结构原理是相同的。2.单阀和双阀滤池单阀滤池的工作原理和无阀滤池无阀滤池的基本相同,不同点仅仅在于: 单阀滤池虹吸管的高度比无阀滤池的低很多。单阀滤池和无阀滤池相比,它的优点是虹吸管高度降低有利于安装和维修;缺点是操作较繁。3. 虹吸滤池虹吸滤池是一种重力式快速滤池,它的特征是革除了普通快速滤池上的阀门、仪表等配件,而是用抽真空沟通虹吸管的办法,以通水流,用进空气来破坏虹吸作用,以切断水流。第四节 其他过滤方式1.混凝过滤(直接加药.适合低浊度的水)(1) 直流混凝过滤(2) 接触混凝过滤(水有下而上,先进大颗粒滤料)(3) 高速双流过滤2.边孔径过滤(大小粒径混合在一起过滤)3纤维过滤4.吸附过滤（1） 吸附原理 化学吸附(形成化学键和氢键) 物理吸附(范德华力和静电引力)（2） 活性炭:活性炭是非极性吸附剂,所以它对于某些有机物有较强的吸附力,活性炭吸附力以物理吸附为主。A. 活性炭除Cl2效果较好。Cl2 + H2O HCl + HClOHClO HCl O2O C CO2B活性炭再生方法：蒸汽吹灰；高温灼烧；用适当的溶液将吸附的杂质解吸下来（如NaOH和NaCl）;用有机溶剂萃取;5.循环清洗高速过滤:用粒度均一,机械强度大,合成树脂滤料与滤砂组成双滤料过滤器.清洗时利用循环水泵将过滤器的上部水打入砂层中间,是其中水流变为上升流,相对密度小的合成滤料和水一起循环,这样滤层中的泥球被分散,被截留在滤层中的悬浮物就会从合成滤料上剥落下来。第四章 离子交换的基本知识第一节 离子交换剂的结构1离子交换剂的结构:分两部分,一部分具有高分子的结构形式;称为;离子交换剂的骨架,另一部分是带有可交换离子基团(称为活性基团),它们化合在高分子骨架上。2.磺化煤:一种半合成的离子交换剂,以煤质本身空间结构作为高分子骨架,用浓硫酸磺化,引入活性基团SO3H,此外煤质本身还有COOH,OH,以及硫酸氧化生成COOH,所以它实质上是一种混合离子交换剂。3.离子交换树脂: 分类:根据其单体的种类,可分为苯乙烯系,酚醛系和丙烯酸系。（1） 苯乙烯系离子交换树脂（2） 苯乙烯系磺酸型阳离子交换树脂（3） 苯乙烯系阴离子交换树脂（4） 丙烯酸系离子交换树脂基体是丙烯酸甲脂(甲基丙烯酸甲脂)和二乙烯苯共聚而成,结构如下:A. 丙烯酸系羧酸树脂(弱阳)RCOOCH3 RCOOH (在浓ROH和H2O条件下)B丙烯酸系阴离子交换树脂（弱碱）RCOOCH3+H2N-(CH2)2-NH-(CH2)2-NH2 RCONH-(CH2)2-NH-(CH2)2-NH2（5） 树脂的结构类型:A. 凝胶型(特点:抗氧化性和机械性强度较差,易受有机物污染)B. 大孔型树脂(缺点:交换容量低,售价贵,酸碱耗高)C. 第二代大孔型树脂(空隙率较第一代小,交换容量和凝胶相近,反应快)D. 超凝胶型树脂(控制苯乙烯和二乙烯苯之间反应速度,制得机械强度好的凝胶树脂)E. 均孔型强碱性阴树脂(交联均匀,孔眼大小相近,防有机物中毒)第二节 离子交换树脂的命名 1.全称:由分类名称,骨架名称,基本名称三部分组成. (1)分类名称:凝胶型,大孔型 (2)骨架名称:苯乙烯系,丙烯酸系,酚醛系,环阳系等 (3)基本名称:离子交换树脂(酸性冠阳,碱性冠阴) 2.型号:大孔前加D第三节 离子交换原理1. 交换作用(主要在扩散层进行,但由于扩散关系也将与固定层交换)2. 压缩作用(再生液浓度太大时,不能提高再生效果,反使再生效果降低)第四节 离子交换树脂的性能1.物理性能:(1) 外观:A颜色 ; B形状(圆球率90%)(2) 粒度(0.31.2mm)(3) 密度:A.干真密度=干树脂质量树脂的真体积 gmlB. 湿真密度=湿树脂的质量湿树脂的真体积 gmlC. 湿视密度=湿树脂的质量湿树脂的堆积体积 gml(4) 含水率:含水率大则空隙率大,交联度小(5) 溶胀性：溶于水中树脂体积变大。 影响因素：溶剂、交联度、活性基团、交换容量、溶液浓度、可交换离子本质。 对强性树脂：H+Na+NH4+K+Ag+ OH_HCO3_CO32_SO42_Cl_，由此看出树脂再生后体积膨胀。(6) 耐磨性(7) 溶解性(影响因素:交联度小,电离能力大,离子水合半径大,受高温氧化影响)(8) 耐热性(阳树脂100,强阴60,弱80阴)(9) 抗冻性(10) 耐辐射性能(11) 导电性2. 化学性能（1） 离子交换反应的可逆性。离子交换反应是可逆的，例如当含有硬度的水通过H型离子交换树脂时其反应为：2RHCa2+ R2Ca2H+当树脂失效后为了恢复树脂的交换能力，就可以利用离子交换反应的可逆性，用硫酸或盐酸通过此失效的树脂：R2Ca2H+ 2RHCa2+ 这两种反应，实质上是可逆反应似的化学平衡移动，当水中Ca2+ 和H型离子交换树脂多时，反应正向进行；反之则逆行进行。（2） 酸、碱性。树脂的性能与电介质酸碱相同，在水中有电离出H+ 和OH_的能力。（3） 中和与水解。离子交换树脂的中和与水解的性能和同城的电解质一样。H型树脂和碱溶液会进行中和反应，如RSO3H NaOH RSO3NaH2O 。水解反应也和通常电解质的水解反应一样，当水解产物有弱酸或弱碱时，水解度就大，如RCOONaH2O RCOOHNaOH RNH3ClH2O RNH3OHHCl所以，具有弱酸性基团和弱碱性基团的离子交换树脂的盐型，容易水解。（4） 离子交换的选择性。离子交换树脂细琢各种粒子的能力不一，有些离子易被吸着，但吸着后要把它置换下来就比较困难；而另一些例子很难被吸着，但置换下来比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。（5） 交换容量：分为全交换容量、工作交换容量、平衡交换容量。单位mol/l或mol/m3第五节 离子交换平衡在稀溶液中，强酸型阳树脂对常见阳离子的选择性顺序如下：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+ NH4+Na+ 这可以归纳两个规律：离子所带电荷愈大，愈易被吸收；当离子所带电荷相同时，离子水合半径较小的易被吸取。对弱阳树脂H+位置前移，例如羧酸型树脂H+位于Fe3+之前，所以弱酸树脂易再生。在浓溶液中，排列顺序发生改变，某些低价离子会居于高价离子之前。对稀溶液，强碱阴树脂对阴离子的选择性顺序为：SO42_Cl_HCO3_HSiO3_ 在浓溶液中交换顺序是: Cl_ SO42_CO32_SiO32_强碱型树脂的选择性顺序，遵循以下三条规律：（1） 在强弱酸混合的溶液中，易吸取强酸的阴离子。（2） 浓溶液与稀溶液相比，前者利于低价离子被吸取，后者利于高价离子被吸取。（3） 在浓度和价数等条件相同的情况下，选择性系数大的易被吸取。第六节 离子交换速度离子交换的动力学过程一般可分为五步：（1） 水中扩散通过膜（2） 进入胶联网孔（3） 与交换基团接触，进行H+离子交换（4） H+向表面扩散（5） H+通过水膜进入水中影响离子交换速度的因素：（1） 树脂交换基团（2） 树脂的交联度（交联度大，网孔小，交换慢）（3） 树脂的颗粒（颗粒小交换快）（4） 溶液的浓度（5） 温度（6） 搅拌或提高流速（7） 离子的本性第五章 水的离子交换处理第一节 固定床离子交换原理固定床是动态离子交换的一种形式，它是指运行中离子交换剂层固定在一个交换器中，一般不将交换剂转移到床体外部进行再生。固定床的运行方式，通常是使水由上向下不断地通过交换剂层。1. 水中阳离子只有Ca2+时和Na离子交换剂的交换 进水 影响保护层厚度的因素：流速、生水 质量、树脂粒度、交换剂孔隙率 失效层 和温度。 工作层 尚未工作层 出水 2. 水中含有Ca2+、Mg2+ 、Na+时和H离子交换剂的交换 进水 Ca2+ Mg2+ Na+ H+ 出水第二节 离子交换软化和除盐1. 软化如离子交换水处理的目的只是为了软化，即除去水中钙镁，则可采用钠离子交换法。其交换过程如下式：（1）运行：2RNaCa2+（Mg2+） R2Ca(Mg)2Na（2）再生：R2Ca(Mg)2Na 2RNaCa2+（Mg2+） 盐耗G/V(HHC) g/molG再生盐量g V制水量m3 HHC原水硬度和生水硬度差值mol/m2(1/2Me2+)2. 软化和除碱：（1）加硫酸除碱： NaHCO3H2SO4 Na2SO4CO2 2H2O CO2用除碳器除去（2）采用强酸性H离子交换剂的HNa离子交换强酸性H离子交换剂可以将水中各种阴离子转变成相应的酸，固它的出水是酸性的。因此和加酸法相似，可以利用它的出水中和调另一部分水的碱度。由于它不是外加药剂到水中，所以不会增大水中的含盐量，而是降低。（3）采用强酸性H离子交换剂的HNa离子交换用弱酸H离子交换剂来除去水中碱度是一种很好的方法，因为这种交换剂分解中盐的能力较弱，它仅与弱酸盐类（碱度）反应，交换后不产生强酸。弱酸H离子交换剂失效后，很容易再生，酸耗低，通常为理论的110，因此比较经济，排废酸问题也较少。（4）H离子交换剂采用贫再生方式的HNa离子交换是指H离子交换剂失效后，用理论量的酸进行再生，是交换剂再生不充分，上层为H型，下部还有钙镁型的树脂。（5）除碳器鼓风式除碳器：使水中的CO2随吹入的空气排入大气。因为空气中的CO2含量很少，即它的分压很小，所以当鼓入除碳器的空气流和经H交换处理的水接触时，水中CO2便会析出并被空气带走。真空式除碳器：利用真空泵或喷射器从除碳器的上部抽真空，使水达到沸点从而除去水中的气体。第三节 固定床离子交换1. 顺流式运行水流与再生液流动方向一致，通常是由上向下流动。运行：反洗、再生（剂量、浓度、再生流速、湿度、再生剂种类和纯度）、正洗、交换。2. 逆流式运行水流与再生液流动方向相反。运行：小反洗、放水、顶压、进再生液、逆流冲洗（置换）、小反洗、正洗、投运。逆流再生注意事项：（1） 实层厚度和空气压力应符合要求（2） 再生水质好（3） 中排应加固（4） 采用白球作压实层其密度应小于树脂（5） 再生剂质量要好（6） 防止气泡混入3. 分流再生分流再生是在床层表面下约400600mm处装排水装置，使再生液自上下同时进入，废液自中间排水装置排出。4. 浮动床（1） 运行水由下至上，将树脂托起，再生由上至下优点：出水质量好，流速高。阻力小，酸耗低，操作方便。缺点：树脂絮体外清洗。（2） 运行：落床、再生、置换和正洗、成床。第四节 连续床离子交换1. 移动床是指交换器中的交换剂层在运行中是不断移动的，即定期的排出一部分树脂和不仅等量再生好的新鲜树脂。被排除失效树脂的再生过程，是在另一专用设备中进行的。，所以供水基本上是连续的。2. 流动床流动床分为无压力式和压力式两种类型。第六章 水的离子除盐第一节1.强碱性阴树脂工艺性能（1） 在稀溶液中选择性：SO42_NO3_Cl_OH-F-HCO3_HSiO3_ ROHNaHSiO3RHSiO3NaOH水中OH-含量大，交换不彻底，先进阳床使NaHSiO3 则ROHH2SiO3RHSiO3H2O（2） 再生：a. 再生剂：用NaOH，因为强碱阴树脂除硅必须转化成OH型。b.再生液用量，提高碱耗对洗硅有利。c.再生液浓度:先浓(0.2%0.3%后稀)洗硅效果好(浓压缩双电层)d:再生液温度和再生时间 f:再生剂的纯度(3)交换(制水)1).进水中金属阳离子要低(有利于除硅)2).进水中碳酸会计师要低(树脂对HCO3-吸附性与HSiO3-的相似)2.弱碱性阴树脂的工艺性能对硫酸根.氯根.硝酸根等强酸根吸附,对HCO3-吸附弱,对HSiO3-不能吸附。吸附只能在酸性条件下进行,中性溶液中,弱碱性OH型树脂封锁交换能力。R(NH3OH) 2+H2SO4K(NH3 )2 SO4+ 2H2ORNH3OH+HClRNH3Cl+ H2O弱酸树脂对离子的选择为OH-SO42-NO3-Cl-HCO3-(所以易再生)弱碱树脂吸附有机物可以在再生时被洗出来(因交联度低,孔隙大)第二节 复床除盐 H OH第三节 混合床除盐1. 原理:可看成许多阴阳树脂交错排列的多吸式复床(10002000级)(可消除反离子影响)2. 再生:先反洗分层,阴在上,阳在下(对方便分层,湿真密度差应大于15%20%阴:阳=2:1)失效后行用氢氧化钠将阳树脂转变为钠离子,阴树脂转变为氢氧根,有利于分层因为未失效阳(H型)与失效阴(SO4型)密度差很小.再生分体外再生和体内再生,体内再生有两步法和下一步法.3. 混床特点:优点:.出水水质高.出水水质稳定.间断运行对出水水质影响小.交换终点明显缺点: 交换容量利用率低(酸碱耗大).树脂易破损.再生操作复杂.第四节 各种离子交换除盐系统1.主系统:组成除盐系统的原则：1） 第一个交换器通常是H型阳离子交换器2） 除硅必须用强碱性阴树脂3） 混合床可制得水质高的水4） 弱酸阳树脂的作用是除去与碱度相对应的阳离子5） 弱碱阴树脂的作用是除去水中强酸阴离子6） 除碳器应安置在强碱阴离子交换器之前阴、阳床、混床、除二氧化碳器常用离子交换除盐系统氢离子交换净化技术2.再生系统：用来储存、输送、计量和投加酸、碱。常用酸碱输送方法有压力法、真空法、输送泵法、喷射器等。 第五节 提高离子交换除盐经济性的措施1. 碱液加热2. 应用强碱性浮动床对改进操作条件(洗硅需要)3. 增设弱酸.弱碱性离子交换器和采用双层床交换器双层床注意事项:阳用盐酸再生,防止硫酸再生形成硫酸钙沉淀阴防止胶硅沉积4. 采用对流式再生式和前置式交换器5. 提高淡化高含盐水的经济性措施6. 回收废再生液和清洗水及其处理第六节 新离子交换树脂的处理和储存1.新树脂处理.脱水树脂的食盐处理.阳树脂预处理:2%4%氢氧化钠浸泡(48小时),冲先后用5%盐酸浸泡48小时.联树脂预处理:5%盐酸(48小时) 4%氢氧化钠(48小时)2.树脂贮存:转成盐型,浸泡水中(040)3.树脂的鉴别和分离第七节 树脂的变质和污染1.变质:.阳树脂:水中氧化剂,如游离氯.硝酸根(重金属离子起催化作用) 特点:颜色变淡,树脂体积变大,易碎,体积交换容量降低(质量交换容量变化不大) 除去游离氯方法:活性炭,加亚硫酸钠(用大孔树脂).阴树脂:抗氧化能力 不如阳,但布置在阳后得到保护2.污染:.阳树脂:悬浮物.铁.铝.硫酸钙.油脂类物质污染处理方法:a空气擦洗 b酸洗法 c碱洗法.阴树脂:受有机物.胶体硅.铁的化合物等物质污染 第八节 设备的防腐处理1. 橡胶衬里(天然与合成两类,用天然橡胶)2. 环氧树脂涂料3. 玻璃钢(耐温性差)4. 聚氯乙烯塑料(易老化,怕光)5. 工程塑料6. 不锈钢第七章 水的其它除盐方法第一节:蒸馏1.加热软水,冷凝制水,进水应为软水，水质要求H20mol/L O250g/L2.蒸发器相当于一个低压锅炉第二节 闪蒸原理：将水在一定压力下加热到一定温度，然后将其注入到一个压力较低的容器中，由于注入水的温度高于此容器压力下的沸腾温度，一部分水就汽化为蒸汽并使温度降低，一直到水和蒸汽都达到该压力下的沸腾温度为止，如果不断的将蒸汽取出，同时不断地注入经预热的水，就可以连续制取蒸馏水。第三节 电渗析1. 电渗析原理:将离子交换树脂作成膜状,阳膜只允许阳离子通过,也可以将膜上阳离子排代下来,而其不可移动的内层电子为负离子产生负电场,溶液中负离子受到排斥.同样孙膜内层电子为正电场,对正离子排斥.如果将这些膜做成电解槽的隔膜,即在膜的两侧加两个电极,通以直流电,则离子会发生有规则迁移,这就是电渗析.双膜电渗析: OH- H+ H2 Cl- / / Na+ O2 Na+ / Na+ Cl- / Cl- Na+ / / Cl-电解液以氯化钠为主示意图2.离子交换膜: 有异相膜 均相模 半均相膜 离子树脂粉和粘和剂调合 直接把树脂制成薄膜 树脂和粘合剂混合很均匀一种制成为增加强度有时盖有 产品 尼龙布第四节 反渗透1.反渗透原理:2.市场常用半透膜.醋酸纤维素膜,pH适用范围3-7(不耐氧化性好).聚酰胺膜.复合膜第八章 凝结水的处理 第一节 凝结水的污染1. 凝汽器的漏水2. 污染金属腐蚀产物(凝结水管道腐蚀产物)第二