某公司水处理培训教材

目目 录录 第第一一章章 概概述述 . .3 3 1.1 水中不纯物质及其工业用水的要求：3 1.1.1 水中的杂质 3 1.1.2 工业用水的要求 .3 1.2 污水及水质指标：6 1.3 水质标准7 第第二二章章 W WA AT TE ER R T TR RE EA AT TM ME EN NT T P PL LA AN NT T . .8 8 2.1 用水处理原理及工艺：8 2.1.1 水处理厂的工艺设计流程 .8 2.1.2 原水水质： .8 2.1.2 处理后水质指标 9 2.2 流程选择9 2.2.1 加氯 加药 .9 2.2.2 混凝 .9 2.2.3 沉淀 .12 2.2.4 过滤 .14 2.2.5 清水池 .17 2.2.6 水质化验 .17 第第三三章章 P PU UR RE E W WA AT TE ER R P PL LA AN NT T . .1 17 7 3.1 锅炉水的水质要求17 3.1.1 锅炉水对水质要求的标准 17 3.1.2 水质对锅炉的影响 .18 3.2 PURE WATER 工艺流程选择18 3.3 活性炭过滤器19 此装置为水压式活性炭过滤装置。原水经此设备，其所含之杂质、臭味、色度藉此过滤装置的活 性炭滤除杂质、臭味、色度。当杂质积存很多时，则利用逆洗水洗去滤材上之杂质并排除去，如 此重复操作即可得清洁之水质。19 3.3.1 活性炭之介绍及吸附原理： 19 3.3.2 活性炭过滤装置的工作方式： .19 3.4 阳床20 3.4.1 离子交换树脂介绍 .20 3.4.2 离子交换反应原理 21 3.4.3 离子交换树脂层的工作过程与再生过程（钠型树脂为例） .22 3.4.4 阳离子交换树脂床工作方式 .24 3.5 脱气塔24 3.5.1 脱气塔原理 .24 3.6 阴床25 3.6.1 阴离子交换反应原理及工作、再生过程 .25 3.6.2 阴床工作方式 .25 3.7 混床：（阴、阳离子混合床）25 第第四四章章C CO ON ND DE EN NS SE ER R W WA AT TE ER R P PL LA AN NT T . .2 26 6 4.1 冷凝水进出水质要求26 4.1.1 冷凝水进水要求 .26 4.1.2 冷凝水水质要求 .27 4.2 工艺流程选择27 4.2.1 主要设备选择 .27 第第五五章章 W WA AS ST TE E W WA AT TE ER R T TR RE EA AT TM ME EN NT T P PL LA AN NT T . .2 27 7 5.1 污水处理厂的概述27 5.2 规模与水质标准28 5.2.1 污水水量： .28 5.2.2 进水水质： .28 5.2.3 出水水质： 28 5.3 处理方案与流程29 5.4 主要构筑物作用及特点30 5.4.1 格栅间： .30 5.4.2 调节池： 31 5.4.3 初沉池： 31 5.4.4 储存池： .33 5.4.5 污水提升泵房： .33 5.4.6 冷却塔： .33 5.4.7 A/O 生化反应池： 33 5.4.8 活性污泥性能的环境因素： 34 5.4.9 活性污泥的培训与驯化 .35 5.4.10 活性污泥法运行中常见的问题 .36 5.4.11 活性污泥法运行中需要测定的主要项目 .37 5.4.12 中沉池： .38 5.4.13 生物接触氧化池： .38 5.4.14 二沉池： .39 5.4.15 混凝反应池： .39 5.4.16 沉淀池： .40 5.4.17 鼓风机房： .40 5.4.18 回流污泥泵房： .41 5.4.19 污泥浓缩脱水间:41 5.4.20 加药间:41 第第六六章章 水水质质化化验验. .4 42 2 6.1 水质监测的对象和目的42 6.2 造纸制浆工业水污染物质排放标准42 6.3 水质检测测定方法43 第一章 概述 1.1 水中不纯物质及其工业用水的要求：水中不纯物质及其工业用水的要求： 1.1.1 水中的杂质水中的杂质 水，是人类不可缺少的重要物质之一。在地球上，却周而复始的循环运做着，自海 洋或开放的表水经阳光照射而蒸发变成水蒸汽，然后凝聚成云堆，并冷凝成雨珠或结成 冰雪再回覆到地面上。但这些水中都含有一定浓度的容存物及固体物。 水中一般溶解很多杂质或混杂一些不溶物，这些物质按其颗粒大小和混合形态的不 同，将水分类如下： 粒径（mm） 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 10 101 分类真溶液胶体悬浮物 特征透明光照下浑浊浑浊肉眼可见 超滤精密过滤自然沉降、过滤 常用处理法离子交换、反渗透 混凝、澄清、过滤 1.1.2 工业用水的要求工业用水的要求 自然界中的水通常会含有多少量不等之不纯物，此些不纯物质包括溶存气体物、固 体物、及悬浮物等，因而不能直接饮用或作为工业用水，必须依使用的目的予以处理。 工业用水所引起的障碍，可分类如下： （1） 生物腐蚀及其它腐蚀 （2） 污浊 （3） 引起化学反应而污染 使设施恶化方面： （1） 腐蚀 （2） 侵蚀 （3） 起凸凹 减少效率方面： （1） 结垢 （2）污泥的形成 （3）有机物的形成 现将水中的不纯物质所引起的障碍及其处理方法列举如下： 成份障碍处理方法 浊度将水污浊，在配管系统、制造装置、锅 炉中沉积，对大部分制品有障碍 凝剂、沉淀、过滤、超音 波、蒸馏 色度使锅炉用水起泡沫，对铁份去除、热式 磷酸盐软化法时生成沉淀；污染粒子交 换树脂，使纯水的比抗降低，降生成物 着色，高温时产生二氧化碳而引起腐蚀 凝集、沉淀、过滤、氯处 理、活性炭处理、Cl 型 多孔性强碱基树脂吸着。 添加酸使沉淀而过滤去除。 硬度锅炉、热交换器、蒸发器及配管的结垢， 部分过热而引起损害装置。在碱性条件 下生成沉淀使其它药品的品质下降 离子交换、添加药品使沉 淀、添加离子封锁剂、蒸 馏、加表面活性剂 碱度锅炉中生成泡沫、蒸汽中生成二氧化碳 而引起腐蚀、使水的 PH 偏高，使染色 及其它制造工程的 PH 值不稳定 石灰法及石灰苏打软化、 用酸处理，离子交换树脂 脱碱、脱盐，蒸馏 游离磺酸金属材料的腐蚀、妨碍 PH 调节离子交换树脂脱酸，用碱 中和 游离碳酸配管系统、尤其蒸汽及复水管的腐蚀气曝、脱气、碱中和，添 加胺类 PHPH 随水中含有的酸性及碱性物质而变 硫酸盐与钙离子结合成硫酸钙，使水的固形成 分增加 离子交换脱盐或蒸馏 氯化物水的腐蚀性增大，电解时使阳极材料腐 蚀 离子交换树脂或交换膜而 脱盐、蒸馏 硝酸盐通常无害，能防止锅炉碱性化离子交换、蒸馏 氟化物是生成斑状齿的原因，在工业上较无意离子交换去除、氢氧化镁、 成份障碍处理方法 义磷酸等吸着 硅酸在锅炉、冷却水系统中生成 scale 、在 蒸汽相移行中，会在 turbine 叶片上生 成不溶性沉淀物 镁盐热处理去除、强碱基 型阴离子交换树脂、蒸馏 钠钾离子锅炉水浓度增加，而产生污垢，洗涤用 水时，则纤维变黄 离子交换树脂及离子交换 膜脱盐、蒸馏 铁生成铁化合物沉淀而污染。染色、皮革、 制纸、化学纤维制品等的变色、着色、 斑点等生成的原因。在配管系统及锅炉 中生成沉积物而使效率降低。 气曝、凝集沉淀、石灰软 化法。阳离子交换树脂、 接触滤过法、添加离子封 锁剂。 有机铁及胶质 铁 与 Fe2+ 、Fe3+同凝集沉淀、过滤、电解法 胶质硅、悬浊 状硅 在锅炉内生成可溶性分子状硅酸盐，与 硅酸之引起妨碍同 凝集沉淀、电解脱硅、蒸 馏 铜多量时对人体有害、与氧化剂共存时能 促进氧化、金属局部腐蚀之因 阳离子交换或添加离子封 锁剂 油脂成分（石 油醚抽出成分） 锅炉之泡沫形成之原因、使热交换效率 降低、污染离子交换树脂、对大部分制 造工程有害 活性炭、硅藻土过滤、凝 集沉淀 溶存氧配管系统、热交换装置、锅炉、复水系 统之腐蚀 脱气、亚硫酸苏打、 hydrazine 等之脱氧剂、 添加防腐剂 溶存氮原子炉内氧化成硝酸而起腐蚀、对一般 工业无害 脱气 硫化氢产生腐坏的鸡蛋臭，金属表面用水处理 时，使制品变色 气曝、氯处理、强碱基性 阴离子交换树脂吸著、 Zn 凝结剂而凝集沉淀 氨生成可溶性醋盐及对铜、锌合金腐蚀阳离子交换、氯处理、脱 成份障碍处理方法 气 游离氯水管之腐蚀、对重金属存在有强力的氧 化。促进离子交换树脂的分解，对微生 物除去有益 添加亚硫酸苏打之类还原 剂、气曝、脱气、活性炭 处理 有机酸（胺基 酸等） 锅炉之起泡沫、制品着色、妨碍铁离子 之析出及除去，污染离子交换树脂、使 纯水的比抵抗降低。高温时产生二氧化 碳而腐蚀 凝集沉淀、氯处理、 活性炭处理、cl 型多孔性 阴离子交换树脂吸著除去、 添加酸而沉淀过滤 微生物（细菌、 藻类） 对饮用有害、配管系统之闭塞、臭味之 原因,使制品及制造工程中之污染及腐 蚀 添加硫酸铜、氯等杀虫剂、 凝集沉淀、 加热、蒸馏 发热性物质导 电率 用于注射药时产生发热。导电率乃使溶 液中的固体离子化。导电率高则使水的 腐蚀性增大 离子交换后之纯水再蒸馏。 溶解性固体减少则导电率 减少。如脱盐、蒸馏 溶解性固形物蒸发后则可求得溶解性物质的总量、溶 解固形物增加则会使锅炉起泡、原子炉 的效率降低、种种 process 之妨碍 离子交换树脂而脱盐、纯 水制造、离子交换膜脱盐、 蒸馏 悬浮固形物依重量法求不溶性物质的总量、悬浮固 形物会堵塞管、热交换装置、锅炉中产 生沉积物 凝集沉淀、过滤 全固形物由重量法求溶解固形体及悬浮固形物之 和 与溶解固形体及悬浮固形 物同 1.2 污水及水质指标污水及水质指标： 污水是人类在自己的生活，生产活动中用过并为生活或生产过程所污染的水。污水 分为生活污水、工业污水、被污染的降水及各种排水入管渠的其它污染水。 工业污水是废水的总称。是生产过程中排出的废水。其成分主要决定于生产工艺过 程和使用的原料，其中包括高温（水温超过 60OC）而形成热污染的工业废水。不同的 工业生产产生不同的性质的废水，同类工业采用不同的生产工艺过程，产生的废水也不 同。工业废水性质各异，多半具有危害性，未经处理的废水是不允许排放。 污水的水质指标是表示污水水质受污染情况的重要标志。由于污水中的各类污染物 质的组成、形态及含量极为复杂，其水质指标按物理方面的意义大体可分为： （1） 可生物降解的有机污染物，即水体中可降解的有机污染物，在有氧的条件下， 由好氧微生物的作用，进行好氧降解，是水中的溶解氧减少。是水体中有机 物的浓度的重要指标，包括 BOD COD TOD TOC。 （2） 难生物降解的有机污染物，即污水中化学性质比较稳定，不易被微生物降解 的有机物。一般都是为农药（DDT 有机氯和有机磷） 、酚类化合物、芳香族 氨基化合物、高分子合成聚合物。只能用 COD TOC TOD 等表示或用 DDT 等专用指标） （3） 无直接毒害的无机污染物 一般分为地面覆盖物 如泥砂、矿渣等颗粒状无机 物质；酸碱及其无机盐类；氮、磷等植物营养。 （4） 直接毒害的无机污染物 指氰化物、砷化物和重金属离子。如汞、镉、铅、 砷、氰化物被国际公认为“六大毒性物质” 。 1.3 水质标准水质标准 水质标准是水中各项水质参数应达到的指标和限值，而水质参数是水质标准的具体 体现。 我国现行的水质标准包括：生活饮用水卫生标准、工业用水水质标准、水环境质量 标准及污水排放标准等。其中污水排放标准分为排放标准和行业排放标准两类。 第二章 Water treatment plant 2.1 用水处理原理及工艺：用水处理原理及工艺： 用水处理可分为：a 浮游物、着色物等的去除 b.溶解盐类的去除 c.溶存气体的去除 实际上是指利用气曝法、凝集、过滤、离子交换等，单独或合并操作，依原水的水 质及水的用途而决定合适的方法，进行处理以达到用水水质。 工艺流程的选择要从技术、经济方面进行分析比较。合理的工艺形式应为操作管理 方便、节能、减少药耗，在满足使用功能的前提下，从投资和运行成本综合考虑。 2.1.1 水处理厂的工艺设计流程水处理厂的工艺设计流程 超越管线 初 反 废 冲 水 排 水 排泥管由厂区排 水至污水处理厂 2.1.2 原水水质：原水水质： pH=6.0-7.5 电导率 100s/cm 浊度 30NTU 色度 50ppm 总硬度 40ppm 碱度 50ppm 总溶解性固体 130ppm 硫酸盐 10ppm 氯化物 5ppm 钙30ppm 镁20ppm 钾+钠15ppm 锰0.007ppm 铁0.5ppm 加氯 加药 原 水 缓 冲 池 厂区配 水管网 滤 池 清 水 池 微涡旋网格反应、 斜管沉淀池 回收水池 COD60ppm SiO215ppm SS80ppm KmnO4指数 10ppm 2.1.2 处理后水质指标处理后水质指标 pH=6.0-7.0 浊度 1NTU 色度 5ppm 总硬度 50ppm SS5ppm 总铁 0.1ppm 余氯 0.5ppm 2.2 流程选择流程选择 水处理厂主要为造纸生产用水，对浊度、色度、Fe2+的处理结果要求较高。设计选 用了常规的前加氯（预氧化、消毒及除色） 、混凝、沉淀、过滤的处理工艺。除经常能 取得高水质以外，还具有更强的应变能力。在流程上还考虑到设备和构筑物检修和故障 条件下保证正常供水的措施，设置必要的超越、溢流、排空，备用设备和集散型的监控 设备，能及时发现问题及时解决，保证纸浆厂供水安全。水处理厂的设计处理水量规模 为 120000m3/d。 2.2.1 加氯加氯 加药加药 给水处理系统中加氯其目的是为了抑制给水中的微生物、菌类、藻类的生长与繁殖。 水处理厂的加氯系统的氯源由化工厂的碱氯课供给。水厂内加氯点设置一处，采用前加 氯，加在混合器前起杀藻及氧化助凝作用，考虑到原水藻类含量较高，最大加氯量取 4mg/L；24 小时连续工作，每日加氯量为 528Kg/d。加氯机采用两台真空加氯机（一用 一备） ，为闭环自动控制，控制系数为滤后水量和余氯量。加氯间至加氯点采用 DN50 的 ABS 工程塑料管。 同时给水处理中还采用加 NaOH 、PAC、助凝剂，目的分别是为了调节水的 pH 度， 以及给水中的不可见的悬浮物的凝集，去除。 2.2.2 混凝混凝 用自然沉降不能完全去除不纯物，尤其水温低的时候，溶存的盐类极少，含有色度 的浮游物十分安定，不能通过砂滤去除。浮游物通常带阴电荷。若加入阳电荷的物质， 则杂质容易形成较大粒子而容易沉淀！此方式即为混凝现象。 处理中的混凝现象比较复杂，不同的混凝剂以及不同的水质条件，混凝机理都有所 不同。常见的有以下四种水混凝现象：压缩双电层作用机理、吸附电性中和作用机理、 吸附架桥作用机理和沉淀物网捕或卷扫机理。 (1)压缩双电层：当向溶液中投加电解质时，溶液中反离子浓度增高，根据浓度扩散和 异号电荷相吸的作用。这些离子与胶粒吸附的反离子发生交换。挤入扩散层，使扩散厚 度缩小，进而更多地挤入滑动面与吸附层，使胶粒带电荷数减少， 电位降底，从而达 到混凝效果。 (2) 吸附电性中和作用机理: 胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状分子带异号电 荷的部位有强烈的吸附作用而中和了其他的部分电荷，减少了静电压力，因而容易与其 他颗粒接近而互相吸附。 (3) 吸附架桥作用机理：高分子物质与胶粒的吸附与桥连。当高分子链的一端吸附了 某一胶粒后，一端又吸附了另一胶粒形成胶粒高分子胶粒的絮凝体。 (4) 沉淀物网捕或卷扫机理：当铝盐、铁盐、混凝剂的投加量很大而形成大量氢氧化 物沉淀时，可以网捕、卷扫水中的胶粒，以致产生沉淀分离。 PAC 的混凝特性是同过投加铝盐后，发生金属离子的水解和聚合反应过程，其产物 兼有凝聚和絮凝作用的特性。 2 2. .2 2. .2 2. .1 1 混混凝凝作作用用的的影影响响因因素素： 胶质系的凝集最主要的是微粒子表面的物理化学性质。因为水中的微粒子的凝集 去除，其对象是浊度及色度，水的粘度，水的粘性支配条件为水温、PH、碱度、硬度、 游离碳酸等的溶解，所以微粒子之离子交换能力不得不考虑。 A、水温： 水温是凝集反应、floc 形状、凝集剂使用、floc 的沉降分离的重要支配因素。 通常水温低的时候，要形成 floc 的时间长，而且要使用较多的凝集剂。 B、系统的 PH 值: 系统的 ph 值，会影响凝集剂生成氢氧化物的溶解度，folc 生成所用 的时间，以及胶质粒子的电荷给予能力。 C、浊度粒子的离子交换能力。 D、水中共存物的影响。 E、其他因素：如凝集助剂、搅拌混合等。 2.2.2.2 药品投加方式：药品投加方式： a. 凝集注入設备： 药品的注入有湿式、及干式两种。选择适当 的药品注入方式是有必要的药品的注入有 以下几个要点: 注入速度,注入的最高最低量 制御方式(自动、手动控制) 动力的使用（pump、搅拌装置的使用） 药品的储留槽、仓库、及搬运等 注入量的准确度 .干式注入方式： 药品（粉末状固体）的注入一般用于较小规模，注入装置不必担心腐蚀，但原水浊度急 剧上升，容易使注入量增加， 干式药品的注入装置 .湿式注入： 对于任何凝集剂均可使用，注入药剂量较少 时，也容易调节注入量。但需得注意装置的 腐蚀。浊度急剧上升时，注入量有可能不足， 故需有溶液储留槽。 重力下滴式湿式注入装置 在我们水环制程中，混凝剂按三种药剂设计，考虑干、湿并储，以湿储为主。液体药 剂的输送以容积计量。隔膜计量泵投加量稳定、准确。以投加 PAC 为主，助凝剂和碱 液，备用多级加药,提高了加药系统的灵活性。 b. 凝集剂的混合搅拌： 为了药剂在水中的溶解，凝集剂在水中急速扩散、与水中的杂质相互接触而形成 floc. 在制程中往往加以混合搅拌。常用的混合方式有管式静态混合器、混合池混合及机械混 合等。一般使用的混合池有矩形池和圆形槽，搅拌器的种类依需要而定，通常使用低速 搅拌。螺旋式搅拌器是我们水环药剂溶解搅拌器的使用形式。 螺旋式搅拌器 铅锤式搅拌器 管式静态混合器-混合效果较好、设备简单，不需单建构筑物，但水头损失大，当 流量变化大时，影响混合效果；混合池混合-混合效果较好，占地面积大。某些进水方 式要带进大量气体，流量变化较大时，混合效果不稳定；机械混合-混合效果好，适 应流量变化，水头损失小，缺点是消耗电能，管理维护复杂。设计考虑原水水头有富余， 且供水流量均匀稳定，因此，混合选用管式静态混合器方式。拟采用管式微涡静态混合 器。 c. 絮凝反应: 絮凝反应方式一般分为水力和机械两大类。前者结构简单，但适应流量变化性差，后 者可进行调节，能适应各种流量的变化，但需有一定的机械维修量，能耗大。为节省投 资和运行费用，充分利用有效富余水头，本工程采用水力反应方式。拟在工艺中采用小 孔眼网格絮凝反应池，该工艺应用“涡漩混凝低脉动沉淀给水处理技术” （国家专利技 术、获国家发明奖） 。对混凝过程进行强化与完善，使得该工艺对原水中色度的去除较 常规工艺有明显的效果。 2.2.3 沉淀沉淀 沉淀是在重力作用下，使悬浮液中密度大于水的悬浮固体下沉，从而与水分离的水 处理方法。水中的大部分杂质因为其比重比水大，固可利用重力而沉降，在沉降工段去 除水中的浮游物及 floc.以减轻过滤池的负担，是沉降池的主要目的。影响沉淀的事项有: (1) 原水水质(包括粘性、比重、PH、碱度、水温等) (2) 悬浮物的性质（大小、比重、凝集性） (3) 气候条件（温度、风雨等等） (4)沉淀池的构造（形状、沉淀时间、池内流速、水深、长宽比、整流设备） 沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式及斜管（斜板）式沉淀池等形式。平流式沉淀 池沉淀效果好；对冲击负荷和温度变化的适应能力较强；施工简易，造价较底。竖流式 沉淀池排泥方便，管理简单；占地面积较小。辐流式沉淀池运行较好，管理较简单；排 泥设备已趋定型。 a.普通沉淀池： 沉淀池的形状有长方形即圆形等，理论上沉淀效果亦水流面积大且浅较好，但实际 上太浅时，因沉淀物上浮及温度、风等影响而使效果降低；而且考虑沉淀物堆积，有效 水深为 34 米，长宽比一般为 3：18：1；圆形时，其直径及深度之比为 6:112:1 左右 较佳。 b. 药品沉淀池 容量及平均流速：依原水的水质而加以适当的凝集剂，良好的 floc 形需要 35 小时的 沉淀。沉淀池的容量为计划静水量 35 小时的总额 整流设备：池内水流的状态受流入管、整流壁的设置、温度、及流出侧设置影响 排泥装置：连续式排泥通常设有 sludge 的刮除装置，有走行式、回转式，及 ring belt 式等等。 管理：药品沉淀池的管理与普通池有很多相似，但 sludge 较多是其特点. Ring belt 式 平流沉淀池 辐流式沉淀池污泥靠 池中水静压排 出池外，浮渣通过排渣管排出。 Dor 式圆形沉淀池(辐流式) 对于大型水厂,平流沉淀池和斜管沉淀 池较为合理。而由于场地面积有限，设计只能考虑采用斜管沉淀池，它具有停留时间短、 占地小、沉淀效率高等优点。沉淀工艺我们采用 逆向流斜管沉淀设备，表面负荷 2.5mm/s，该沉 淀池排泥采用穿孔管排泥，运行管理时积泥必须 及时得到排放，发挥斜管沉淀池的最大效率，克 服沉淀池因排泥不及时出现的“跑矾花”现象。 每个沉淀池设有一台超声波泥位计，当泥位超出 预定值时及时报警，并参与控制排泥阀的运行。 2.2.4 过滤过滤 过滤是指液体通过适当的多孔物质层，将液体中的浮游物及其他物质去除的方法。 给水处理所使用的过滤法有：重力式过滤法、急速砂滤净水及压力式过滤法。其滤 材一般使用沙，在其他特殊滤过目的时，又或使用其他特殊滤材。 A.重力式滤池的净水机理 在持续过滤时，慢慢的在沙层的表面会形成堆积物，这种堆积物是由有机与无机质 构成的一种胶质膜。又成为过滤膜，过滤膜有抑制细菌及浮游物质使其留下的作用，此 中作用不仅是机械作用，又有物理化学及生物作用，这种作用无法有物质的本态来判定， 而得考虑过滤膜内胶质、细菌、生物等等，其作用不至十表面过滤作用，亦需考虑其下 沙层的作用。 沙粒子的表面带有负电荷，对有相同电荷的细菌及浮游物质（有机物、无机物）的 微粒子无法吸着。而表面胶质膜在沙面形成时带有正电荷，胶质的组成由不完全分解的 有机物附带铁、锰、铝及无水硅酸等，此状态在最初将吸着水中带有负电荷的微细物质。 其次，经过数日至数周，表层的无机盐或磷酸盐增加，当阳光照射时称为植物繁殖的好 场所，最后形成藻类的薄膜，在藻类的薄膜中有（1）浮游物微粒子（2）因碳酸的同化 效果，放出的氧气荣誉水中，帮助浮游物质的氧化。 在藻类的薄膜之下有无数的细菌 层生存，有机物受到细菌的分解而成为有机物。而使有害的物质转化成为无害物质。 B.急速砂滤净水装置： 沙粒子的表面在水中带有负电荷而能被带有正电荷的铁、铝、锰、硅酸等的氧化物所 吸着，带正电的膜又吸着带有负电的杂志微粒子。而急速过滤是以较高的过滤速度滤过， 接触时间短，这样的变化是不能达到的，单单利用沙粒来抑留浮游物质，固急速砂滤主 要是依靠机械作用及物理的吸着作用来去除杂质，而没有生物学的无机化作用。 砂滤池构造： （1） 沙层 ；（2）砂砾层 ；（3）下部集水装置 ： 下部集水装置是均等过滤和有效洗净的 重要决定因素，其形式有： a.Strainer (滤过网) b.oilier (给油器型) c. 多孔管 d 多孔性滤板 （2） 洗净装置 a .机械搅拌式 b 汽水反冲式 c 水 逆流洗净式 d 表面洗净式 （3） 排水装置 排水沟的配置 （4） 配管 a 原水流入管 b.滤过水流出管 c.洗净管 d 洗净排水管 e 空气管 滤池形式有虹吸滤池、无阀滤池、普快滤池、均质滤料滤池和新引进的瑞士翻板滤 池等。翻板滤池具有许多特殊的优点：施工简单、周期短，投资比单层滤料滤池低， 运行费用减少，操作简单易管理，但由于该滤池的布气技术的专利技术费用太高，经 综合比较采用均质滤料滤池。均质滤料滤池于 70 年代初已在欧洲开始使用，经过不断 完善，广泛沿用至今。采用的均质滤料、不均匀系数 K60很小。它大大提高了滤料层的 孔隙率，使滤速提高、过滤周期延长，且水质好，节水节能等优点。缺点是控制系统 复杂，造价较高。但经过我国给排水设计人员和设备制造商的不断探索和努力，均质 滤料滤池现已基本国产化，并被广泛应用，已达到了比较理想的水平。 滤池设计我们采用深层截污的、气水反冲、恒水头滤速过滤的均质滤料滤池。主要 设计参数如下： 水质：滤池出水浊度1NTU 设计滤速：8.89m/h；强制滤速 10.67m/h； 冲洗强度：气冲强度：15L/s.m2, 3min 气、水同时反冲强度-气冲强度：15L/s.m2 、4min -水冲强度：3-4L/s.m2 、4min 水冲强度：5L/s.m2 、4min 表面扫洗强度：2.1L/s.m2 滤料： 采用均粒石英砂滤料，砂粒径 0.951.25mm；滤床厚度 1.3m。 气水分配系统由气水分配槽、滤板和长柄滤头组成。滤池采用长柄滤头配气、配水 系统，保证布水、布气的均匀。滤头和滤板为国内定型产品，采用成品的钢筋混凝 土滤板每块滤板平面尺寸为 975mmx975mm，其上装 624 个 F4 型滤头。 滤池进水端与沉淀池出水管相连，并与低浊时可以直接过滤的超越管连通。每个滤 池的进口设有可调节的进水堰板，通过堰板的调节和跌落配水，使各滤池的进水流量均 匀一致；为减少工程投资，提高滤池操作的可靠性，所有滤池参与控制操作的闸板阀、 阀门均采用气动；气源由动力厂直接供给，并应确保气源的不间断供应，气源进气量为 2.0 m3/ h，压力为 0.07MPa。滤池所有气动控制闸板阀（橡胶气囊） 、阀门均采用国外引 进设备，出水蝶阀采用电-气动定位器（恒水位控制阀） ，根据滤池水位进行调节，保持 水位稳定。 各格滤池内均设置压力变送器，过滤、反冲洗均由计算机自动操作。 滤池冲洗状态：当滤池出现下列三项中任意一项现象时，即准备反冲洗： 过滤周期达到 36-48h（可由计算机设定） ； 滤层水头损失达 150cm； 清水管出水浊度1NTU。 滤池除常规的过滤、反冲洗实现自动控制以外，其出水浊度巡检采用在线检测的方 法。在滤池管廊的南侧安装两台取样泵（一用一备） ，两台取样泵分别与浊度仪和六格 滤池及滤后水的取样管上的电池阀相通，每隔一定的时间检测一次，每个检测数据都在 计算机及 PLC 上显示，反映的数据准确、完整，每个滤池的出水浊度直观。两台取样 泵设在滤池管廊的南端，取样后送至顶层化验室在线检测。 另外，设计还考虑在滤池反冲洗排水出口处设置两个自动控制阀门，其中通向厂区排水 管道的是常闭阀，通向回收管道的是常开阀。通过切换阀门，使前几分钟的反冲洗高浊 水排入厂区排水管道；后阶段的反冲洗低浊水排入回收水池，经提升后再进入反应池进 口，回收水泵由水池水位信号通过中心控制室的 PLC 自动控制开停。 2.2.5 清水池清水池 清水池按照技术规范要求，清水池的储存量需按供水规模 4 小时的水量设计。目的 是为了储存经过絮凝、沉淀、过滤后的得到的处理水。 2.2.6 水质化验水质化验 厂级化验分为早、中、晚，对原水、沉淀池出水、滤后水、出厂水等所要求的指标进 行检测。 第三章 Pure water plant 3.1 锅炉水的水质要求锅炉水的水质要求 3.1.1 锅炉水对水质要求的标准锅炉水对水质要求的标准 硬度0.001mmol/l 电导率 0.2us/cm PH=7.00.5 SiO20.01ppm 3.1.2 水质对锅炉的影响水质对锅炉的影响 锅炉若使用不纯水将会引起障碍、凝定。此种障碍乃因有硬度成分而生成锅垢 （scale） ，溶存之氧及其他腐蚀性物质对锅炉材料腐蚀性将随锅炉水的浓度及硅酸度而 增加。 锅炉的传热面若有锅垢附着，则将引起：传热效率降低，锅炉用煤量将增多，动 力费用增多，酸洗次数增加，传热不均匀还会造成爆管等，蒸气品质降低，烟 气量增加。而腐蚀性对锅炉的更加危险，将会造成锅炉寿命缩小，以及锅炉爆炸等。 因而，锅炉的补给水对水质的要求比较严格，同时对锅炉的补给水水质要在硬度、 胶质硅酸、电导率等处理达到要求标准。 3.2 pure water 工艺流程选择工艺流程选择 为满足锅炉补给水要求选用一级除盐加混床系统，其水处理系统流程为：生水活 性炭过滤器阳离子交换器除二氧化碳器中间水箱中间水泵阴离子交换器阴 阳混合离子交换器除盐水箱 在纯水处理中主要是利用离子交换方式软化处理水以达到锅炉等设备用水水质要求。 我们的处理系统选用 4 套 250m3/h 除盐水处理装置，包括 3200mm 活性炭过滤器 4 台， 3000mm 阳离子交换器 4 台，3000mm 阴离子交换器 4 台及 3000mm 混床 4 台， 树脂选用 DOM AND HAAS AMBERLITE 凝胶型均一树脂。 进水 CO2 出水 过滤器 阳床 脱气塔及中间水箱 阴床 混床 3.3 活性炭过滤器活性炭过滤器 此装置为水压式活性炭过滤装置。原水经此设备，其所含之杂质、此装置为水压式活性炭过滤装置。原水经此设备，其所含之杂质、 臭味、色度藉此过滤装置的活性炭滤除杂质、臭味、色度。当杂臭味、色度藉此过滤装置的活性炭滤除杂质、臭味、色度。当杂 质积存很多时，则利用逆洗水洗去滤材上之杂质并排除去，如此质积存很多时，则利用逆洗水洗去滤材上之杂质并排除去，如此 重复操作即可得清洁之水质。重复操作即可得清洁之水质。 3.3.1 活性炭之介绍及吸附原理：活性炭之介绍及吸附原理： 活性炭：活性炭： 是用含有碳为主的物质作原料，如煤、木材、骨头、硬果壳、石油残渣等，经过高 温炭化而成。炭化温度约为 300400oC,将原料热解成残渣，活化温度约为 920960oC， 迫入水蒸汽造成炭内部十分发达的孔隙。 （如图） 活性炭吸附原理活性炭吸附原理： 吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的过程。它能发生在气-液、气-固、液-固 两相之间。一般都是以多孔性的固相物质作为离子交换吸附剂。吸附可分为： a 物理吸附：是吸附质与吸附剂之间的分子引力产生的吸附：还包括孔隙大小的过 滤吸附。 b 化学吸附：是吸附质与吸附剂之间电子化学键力发生化学作用使得化学性质变化 引起的吸附。 c 子交换吸附：是吸附质的静电引力聚集到吸附剂表面上的带电点上，同时吸附剂 也放出一个等当量离子。 而活性炭的吸附原理包含有以上三种，物理吸附表现在活性炭的孔隙发达性，当杂 质直径大于活性炭的孔隙时，就会被挡住；化学吸附，是由于活性炭孔隙中含有的物质 能与水中的物质发生化学反应实现色度、臭味的过滤，离子吸附也跟化学吸附有相近的 原理。 3.3.2 活性炭过滤装置的工作方式：活性炭过滤装置的工作方式： 活性炭工作过程可简单的总结为以上过程： 采水：生水自活性炭塔槽上方流入，经活性炭过滤装置下方流出，而得到去除杂 质、臭味等水质。 逆洗：目的为逐出活性炭上方之沉积物。 经一段时间的过滤后，若干杂质沉积 在活性炭上方排出并除去。 沉整：在逆洗时活性炭会上浮，逆洗完成后将所有阀门关闭使活性炭因重力而沉 下。 洗净：在逆洗时恐有杂质附在活性炭下面，用正洗来洗净以免在采水时候污染水 质。 活性炭的工作方式就是以上面五步骤循环操作的。但在各个步骤时间上有一定的分 别。 3.4 阳床阳床 此装置采用 3m3mH 的圆桶式的装置。里面装载有阳离子交换树脂，生水流经此 设备，通过阳离子交换树脂时，其所含之阳离子被阳床之强酸性阳离子交换树脂交换成 H+其反应方程式为： R-SO3H Na+；Mg+; Ca+ R-SO3Na;Ca;Mg H+ 同时原水中含有的碳酸藉 H 作用，分解成 H2O 与 CO2 进入 D 塔。 3.4.1 离子交换树脂介绍离子交换树脂介绍 离子交换树脂是由空间网状结构骨架（即母体）与附属在骨架上的许多活性基团所 构成的不溶性高分子化合物。活性基团遇水电离，分成固定部分和活动部分。例如：R- SO3H；R 表示树脂母体即网状结构，-SO3表示活性基团固定离子，H+表示活性基团的活动离 子 水处理的离子交换树脂依其性质可以分类如下： 阳离子交换树脂 C.E.R（强酸性 阳离子交换树脂、中酸性阳离子交换树脂 、弱酸性性阳离子交换树脂 ） ； 阴离子交 换树脂 A.E.R（强碱基 型阴离子交换树脂 、中碱基型阴离子交换树脂、弱碱基 型阴 离子交换树脂） 。而且已有依照桥的程度，多孔性、耐气空性、酸性或碱基性的强度 ， 粒径等的更细分类。 A. 强酸性 C.E.R（R-SO3H） 合成树脂的母体为 Sulfuric acid 在水处理上应用广泛，主要用于脱去水中溶存的阳历 子。 B. 弱酸性 C.E.R（R-COOH） 合成树脂的母体为 Carboxyl 基。用于脱碱及脱盐，再生比较容易 C. 强碱基性 A.E.R（RNOH）合成树脂的母体有第四级胺基，在春水的制造重大量使 用。对硅酸、碳酸等弱酸的去除极为重要。 D. 中碱基性 A.E.R（RN,R=NH） 合成树脂的母体为第 23 级胺，用于脱盐。 E. 弱碱基性 A.E.R(RN,R=NH,R-NH2) 合成树脂的母体为第 13 级胺，用于脱盐。再生比较容易。 3.4.2 离子交换反应原理离子交换反应原理 A、可逆反应 离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进进行的，而是 在固态的树脂和溶液接触的界面间发生的。例如含有 Ca2+的硬水，通过 R-Na 型离子交 换树脂时，发生的交换反应为：2R-Na+Ca2+ R2-Ca+2Na+ 由于上述反应过程不断消耗 R-Na 型树脂，并使它转化为 R2Ca 型树脂,造成树脂的 交换能力减弱、直至失去交换能力。为恢复树脂的交换能力，可用一定浓度的食盐水通 过已失效的树脂层，使树脂由 R2Ca 型树脂恢复为具有交换能力的 R-Na 型树脂。通常 称为再生。其再生反应为：R2-Ca+2Na+ 2R-Na 十 Ca2+ ； 上述两个反应实质上是可逆的，故其反应式可写为：2RNa+Ca2+R2Ca+2Na+ 可见，当水中 Ca2+多且树脂中 R-Na 型亦多时，上述反应向右进行， 即进行交换 反应；反之，上述反应向左进行，则进行再生反应。 所以离子交换反应是可逆的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用， 是其工业上应用的基础。 离子交换树脂的界面现象，与胶体结构相类似，它们在水溶液中形成双电层即固 定离子层和可动离子层(反离子层)。当不同种类的反离子进行交换反应达到定程度 时就建立起离子交换平衡状态。由图 111l 可以看出，对于每颗粒树脂来说，其 中的交换基团很难全部转变成一种离子形式。这就是树脂的工作交换容量和再生交换容 量小于全交换容量的原因之。 在离子交换反应中，如果正反应称为交换过程，其逆反应则称为再生过程。 B、强型树脂的交换反应 强型树脂是指强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。 1. 中性盐分解反应 R-SO3H 十 NaCl=RSO3Na+HCL R NOH+NaCl=R NCL+NaOH 上述离子交换反应致使在溶液中生成游离的强酸或强碱。 2. 中和反应 RSO3H+NaOH=RSO3Na+H2O R NOH 十 HClR NCl 十 H2O 上述反应的结果在溶液中形成电离极弱的水。 3. 复分解反应 R(SO3Na)2+CaCl2=R(SO3)2Ca+2NaCl R( NCL)2+Na2SO4=R( N)2SO4+2NaCl C、 弱型树脂的交换反应： 弱型树脂指弱酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂。它们不能进行中性盐 分解反应，这是因为弱酸性树脂只能在 pH4 时进行交换反应；弱碱性树脂只能在 pH7 时才能进行交换反应，而中性盐分解反应则将生成强酸或强碱之缘故。但弱型树 脂可进行以下反应 1非中性盐的分解反应 R(COOH)2+Ca(HCO3)2=R(COO)2Ca+2H2CO3 RNH2OH+NH4Cl=RNH2Cl+NH4OH 2.强酸或强碱的中和反应 R(SO3H)2+2NaOH=2RCOONa+H2O R=NH2OH+HCl=RNH2Cl+H2O 3.复分解反应 R(NCl)2+CaCl2=R(COO)2Ca+2NaCl RNH2Cl+NaNO3=RNH2NO3+NaCl 3.4.3 离子交换树脂层的工作过程与再生过程（钠型树脂为例）离子交换树脂层的工作过程与再生过程（钠型树脂为例） 3.4.3.1 离子交换树脂层的工作过程离子交换树脂层的工作过程 在装有钠型树脂的离子交换柱中，自上而下地通过含有 Ca2+的水时，树脂层的变化 可分为以下三个阶段。 (1)交换带的形成阶段 溶液一接触树脂，就开始发生离子交换反应。随着水的流动， 溶液的组成和树脂的组成不断发生改变，即树脂愈往上层，层中的 Ca2+浓度就愈大；水 = = = = = = = = 愈往下流，水中的 Ca2+浓度就愈小。当水流至一定深度时，离子交换反应达到平衡，树 脂及溶液中反离子 Na+的浓度就不再改变了。这时，从树脂上层交换反应开始至下层交 换平衡为止，形成了一定高度的离子交换反应区域，称为交换带或工作层。如果把交换 带中树脂的组成作出曲线，纵坐标为树脂层高度，横坐标为树脂的组成，以表示，则 交换带的树脂组成曲线，不难理解，在通水初期，由于离子交换反应刚刚开始，交换带 尚未定型，经一段时间后才形成一定高度的离子交换带。 (2)交换带的移动阶段 随着离子交换的进行，离子交换带逐渐向下部树脂层移动， 这样树脂层中就形成了三个层或区域(图 1114)：交换带以上的树脂层，都为 Ca2+所饱 和，它已失去交换能力，水通过时，水质不发生变化，此层称为失效层；接着是工作层， 此层内钙型树脂和钠型树脂是混存的，上部钙型树脂多，下部钠型树脂多，水流经这一 层时，水中的 Ca2+和钠型树脂中的 Na+进行交换，使出水中 Ca2+浓度由原水(进水)中 Ca2+浓度降至接近于 0，此层是整个树脂层中正在进行离子交换的层区，其层区高度即 为交换带的宽度；交换带以下的树脂层为尚未参与交换的树脂层，即其中全为钠型树脂， 称为末交换层。所以，交换带移动阶段即是水处理中离子交换运行的中期阶段，也就是 离子交换的正常运行阶段。 (3)交换带的消失阶段 由于交换带沿水流方向以一定速度向前推移，致使失效层不 断增大，末交换层不断缩小，当交换带的下端达到树脂层底部时，Ca 在装有钠型树脂 的离子交换柱中，自上而下地通过含有 Ca2+的水时 3.4.3.2 离子交换树脂层的再生过程离子交换树脂层的再生过程 采用含一定化学物质的水溶液，使树脂层内失效(失去交换能力)的树脂重新恢复交 换能力，这种处理过程称为树脂的再生过程。再生能力或再生性能，通常用再生剂耗 (分别称为盐耗、酸耗或碱耗)、再生剂比耗表示。 再生剂耗是指在失效的树脂中再生 1 摩尔交换基团所耗用的再生剂质量，单位为 gmol。再生剂比耗表示再生单位体积树脂用再生剂的量(molm3)和该树脂的工作交换 容量(molm3)的比值。它反映了树脂的再生性能，是离子交换运行经济性的重要指标。 由于树脂工作交换容量并不随比耗正比地增加，因此在一定条件下应通过工作交换容量 随比耗变化的 趋势确定一个既经济又实用的再生剂比耗。不同的树脂、不同的离子交换工艺，这 种经济比 耗也不同。 3.4.4 阳离子交换树脂床工作方式阳离子交换树脂床工作方式 表洗（用脱气塔后的水） 目的为整平树脂层，同时逐出树脂层表面之沉积物及 破碎树脂。 沉整：在逆洗树脂会上浮，此步骤将所有阀门与泵关闭使树脂因重力而自然沉整 排列。 通药：目的为利用纯水经过吸入器之作用而吸进盐酸由塔底进入，分别再生阳离 子交换树脂，同时纯水自阳塔顶部注入，共同自阳塔中间集水器排出。 押出：为使用树脂层之盐酸继续与树脂层作用以提高效率。 洗涤：目的为将残留于树脂层之再生剂 HCL 洗涤干净。 采水：再生完成后纯水纯度达到要求水质转为采水。 排泄：在使用过程中，若水质劣时候，则程序将自动跳到排泄过程。在设定时间 如水质良时则由排泄转入采水阶段。不良时排泄转为再生阶段。 阳床的工作过程就是采水再生采水的过程。 3.5 脱气塔脱气塔 脱气塔，是原水当中含有的碳酸藉 H 作用，分解成 H2O、CO2 进入脱气塔，其中 CO2 在脱气塔中通过逻资风机供气逐出，以减轻后续的阴床之负荷。 3.5.1 脱气塔原理脱气塔原理 通常空气等气体溶解时，将使水对金属具有腐蚀性。其中水的腐蚀性的增加主要是 因为溶解氧及二氧化碳。脱气是使溶存气体放散于空气中，而又气液间物质移动的操作。 此理论是以气体在水中的溶解度，及在某种条件下气体的平衡浓度及气体由水中向大气 中移动速度等为基础。 （如图） 在工厂依据脱气得要求不同通常采用不同的方法 常用的物理方法有：加热脱气、 真空脱气、不活波气体脱气、超声波脱气 在我们水环制程中由于对水中的溶存气体去除率求不高，所以我们使用如上的脱 气装置，由于在阳塔反应而产生的二氧化碳浓度远高于它在该条件下的溶解度。所以我 们用鼓入空气的方法来降低水中的二氧化碳含量。 3.6 阴床阴床 本装置采用 3m3mH 的圆桶式装置，里面装载有阴离子交换树脂，原水经过滤 器、阳床、脱气塔后的水进入阴床，水中之阴离子及硅酸被强酸性阴离子交换树脂交换 成 OH-，其反应方程式为： R-NOH CL-； SO42-； CO32-；SiO2 R-N CL; SO4; CO3; SiO2OH- 再由 H+与 OH-离子结合成水。 3.6.1 阴离子交换反应原理及工作、再生过程阴离子交换反应原理及工作、再生过程 如如 3.4.3 3.6.2 阴床工作方式阴床工作方式 如如 34.4 3.7 混床：（阴、阳离子混合床）混床：（阴、阳离子混合床） 混床：是在交换器内均匀混杂的装填阴、阳两种树脂，一般混合床采用强酸性阳树 脂和强碱性阴树脂，其阴、阳树脂的混合