工业水处理技术与应用.

水处理技术及应用主讲：第一篇工业水处理原理一、工业水分类按用途分1锅炉用水2冷却用水3工艺用水工业水处理包括的内容多，本篇就原水处理技术、锅炉水处理技术、冷却水处理技术的作用、原理和方法做讨论和介绍原水即天然水，包括江河、湖泊、水库等的地表水和来自地下的地下水天然水中一般含有一定量的杂质，如泥沙、粘土、悬浮物、有机物、微生物和机械杂质等，这些物质的存在严重影响水精制的处理效果和水质，因此必须出去或降低，为后续的水精制和处理创造良好的水质条件。第一章原水处理水处理技术1、浊度有水中的悬浮物和胶体物质构成。2、颗粒物粒径的大小是影响沉降速度的主要原因一、降浊因此需要采用混凝、沉降、过滤等技术来加快沉降速度，缩短沉降时间和提高去除率。•絮凝剂的加入破坏胶体的稳定性，使较小的胶体微粒凝聚成粒径较大的颗粒而容易沉降。二、原理1.水溶胶和双电层机理-电位离子电位离子层+反粒子反离子层反粒子吸附层—能同胶核一起运动胶粒胶团滑动面热力学点位-由溶液中电位离子浓度决定的，只要其浓度不变，热力学电位保持常数电动电位-代表溶胶体系的电学性质2.电解质对双电层的作用机理★反粒子扩散层厚度于水中离子强度有关，离子强度越大，厚度越小，而高价离子对扩散层厚度影响更大。当扩散层厚度减小时，电动电位也随之降低。当电动电位降到0时，胶粒吸附层中正负电荷相等，胶粒变为电中性，达到等电状态，消除水溶胶体系的稳定性。很容易发生凝聚★当水中的电解质浓度增大，离子价数增高后，反粒子扩散层随之减小，原因有：1同号离子之间作用增强，使扩散层厚度变薄，电动电位降低。2能把一部分反离子压缩到胶团的反粒子吸附层中，使电动电位降低，从而减少扩散层厚度。3高价离子还可以进入胶团的扩散层和吸附层，置换出低价离子，使双电层中离子数目减少，而压缩扩散层，减低电动电位。4胶粒对高价离子有强烈的吸附作用，把高价离子吸引到吸附层中，置换出少量非等物质量的低价离子，使扩散层剧烈缩小，电动电位显著降低3.吸附架桥作用机理高分子电解质破坏胶体稳定性同时形成絮凝体不断形成高分子链状物4.沉淀物卷扫作用机理水溶胶体系中加入铝盐或铁盐等药剂的浓度较高时，铝盐和铁盐在水中形成高聚合度的氢氧化物，可以吸附卷带水中的胶粒而沉淀。原水→预沉降→混凝沉降→过滤→消毒工艺流程混凝剂:能加快原水净化速度和提高原水净化效果的化学剂一类是铝盐，如硫酸铝、聚合铝一类是铁盐，三氯化铁、硫酸亚铁助凝剂：促进混凝过程，提高凝聚效果，减少药剂使用量常用如氯气、生石灰、聚丙烯酰胺等1.混凝剂和助凝剂的选择三、工艺2.混凝剂的投加与调制干投法：粉末直接投入水中湿投法：3.混合混合的目的主要是使原水中的悬浮颗粒物和胶体与药剂的水解物迅速发生凝聚作用，混合过程直接影响反应、沉淀效果。主要混合方式有1，水泵混合2，管道混合3，隔板混合4，机械搅拌混合反应速度一般在0.1m/s----0.75m/s之间反应时间一般在10----30min之间反应主要在反应池内进行反应池分为1，平流式反应池2，竖流式反应池3，涡流式反应池4，机械式反应池4.反应依靠重力将大颗粒的泥沙或经混合反应后的絮状物从水中分离出来，亦称重力分离法。分为自然沉淀和混凝沉淀，在沉淀池中进行沉淀池又分为：1平流式沉淀池2辐射式沉淀池3斜板和斜管式沉淀池5.沉淀6.澄清7.过滤1水温水温低混凝剂溶解慢，水解慢，水的粘度大，布朗运动弱，不易凝聚，絮凝体成长受阻8.影响混凝效果的主要因素2水的PH铝盐在PH5.5—8.5之间混凝效果最好，铁盐在PH﹥8.5且有足够的溶解氧条件下混凝效果好，因为溶解氧能使二价铁氧化成三价铁，高ph有利于三价铁迅速以氢氧化铁的形式沉淀。3浊度对浊度高的水混凝剂的主要作用是起到吸附架桥作用，使悬浮物沉淀第二章锅炉水处理本章将重点讨论锅炉水处理中的软化、脱盐、除氧、锅炉内处理、凝结水回收和节水有关问题采取有效措施，保证锅炉水、汽品质，防止锅炉结垢、腐蚀，消除水汽共沸现象，使锅炉在安全、正常、经济条件下平稳运行。第一节目的及意义导热系数降低，增加燃料消耗，增加排烟热量损耗，排烟温度升高，炉壁过热使金属材料强度降低炉管传热面有水垢，缩短锅炉运转周期，增加锅炉清洗和操作费用一、水垢的危害锅炉给水溶解氧浓度过高，PH过低，阴离子浓度和有机物含量超标都会加快锅炉的腐蚀速度，从而使炉管变薄，缩短锅炉的使用寿命。二、腐蚀危害•杂志随水蒸气的蒸发而浓缩，使炉中含盐量增高，表面张力增大，炉水沸腾时产生大量的泡沫。泡沫的夹带作用使蒸汽含盐，导致蒸汽品质下降，给后期生产带来隐患。三、降低蒸汽品质压力低压锅炉2.45MP中压锅炉3.82---5.78MP高压锅炉5.88---12.64MP超高压锅炉12.74---15.58MP亚临界压力锅炉15.68---18.62MP超临界压力锅炉22.45MP第二节水质特点和要求1悬浮物给水中悬浮物应小于20mg/L，工艺中有离子交换器的悬浮物应小于5mg/L2总硬度对炉内家要处理的给水总硬度不超过3.5mmol/L3PH值酸性环境中金属容易腐蚀，因此PH应适当高些4溶解氧产生腐蚀的原因有水中的氢离子和溶解氧，因此适当提高PH降低溶解氧有助于降低腐蚀，压力越高的锅炉对水中溶解氧要求越苛刻•水的软化是指将水中的硬度（主要是钙镁离子）去除或降低到一定程度的过程。此过程仅降低硬度，不降低总盐度。•目前所用方法有化学软化法，离子交换软化法和热力软化法。第三节软化水技术•化学软化法就是加入药剂使水中的钙镁离子转变成难溶性化合物从水中沉淀析出一化学软化法1.石灰软化法与碳酸物质反应生成难溶性的碳酸钙，或其它难容的碱性物质如氢氧化镁，使其沉淀析出，达到软化目的。主要反应如下：Ca(OH)2+CO2↔CaCO3↓+H2OCa(OH)2+Ca(HCO3)2↔2CaCO3↓+2H2OCa(OH)2+Mg(HCO3)2↔CaCO3↓+MgCO3+2H2OCa(OH)2+MgCO3↔CaCO3↓+Mg(OH)2↓2石灰-纯碱软化法3苛性钠、纯碱-苛性钠软化法将水中的硬度成分钙镁离子与树脂中的阳离子交换。从而使水中钙镁离子降低，得到软化。-----------------------------------------------------------------离子交换树脂的性质（1）酸碱性（2）可交换性（3）选择性（4）可逆性二离子交换软化法•将水中的杂质离子全部去除或降低的过程称为脱盐，得到的水称为脱盐水。•目前所用方法有离子交换树脂法、电渗析法、反渗透法和蒸发冷凝法。第四节脱盐技术•酸性阳离子交换•碱性阴离子交换一离子交换•利用溶质在直流电场作用下，阴阳离子定向迁移，即阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移。再利用离子交换膜的空隙和膜上的活性集团作用，使离子交换膜具有选择性，即阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，从而达到脱盐的目的二电渗析•原理•渗透是指当两种含有不同浓度盐的水溶液，用半渗透性的薄膜分开时，含盐浓度低的一侧水会透过膜渗透到含盐浓度高的一侧，直到膜两边的盐浓度相等，而所含盐分并不渗透的现象。•反渗透•如果在含盐浓度高的一侧施加一个压力，结果正好使渗透现象停止，这个压力就叫渗透压。如果施加的压力高于渗透压，使水向相反的方向渗透，使含盐浓度高的一侧水减少，盐浓度增大，另一侧水增多，盐浓度逐渐减小，从而达到出去盐分的目的。三反渗透12345进水出水一级排水二级排水返回至一级入口1，高压泵2一级反渗透装置3中间储水箱4高压泵5二级反渗透装置•锅炉中的溶解氧是导致锅炉腐蚀的主要原因•方法主要有：•1、热力除氧•2、化学除氧☆第五节除氧技术•化学除氧原理•溶于水中的氧气具有强氧化性，在一定条件下很容易与具有还原性的物质发生化学反应，生成氧化物，自身被还原，从而达到除去氧的目的。•如氧气与联氨反应：O2+N2H4==N2+H2O•氧气与亚硫酸钠反应：2Na2SO3+O2==2Na2SO4•性能好的化学除氧剂具备：•1能迅速与水中的溶解氧起反应；•2反应产物和自身对水汽无不良影响；•3具有一定的使金属表面钝化作用；•4对生产操作人员的健康影响小或无影响；•5操作简单，方便管理；•联氨是无色发烟的吸湿性液体，类似于氨的刺鼻气味，有强还原作用和腐蚀性。•给水中的联氨浓度一般控制在20-50ug/L•联氨一般使用水温在150℃，PH值在9-11之间，并且有适当过量。一联氨•无色单斜晶体，具有强还原性，易溶于水，水溶液呈碱性。•在低温、PH值4以下或9以上，反应缓慢；在50℃以上则与PH值无关，反应剧烈;在微量铜离子和钴离子作用下，反应加快。•一般保持水中亚硫酸浓度在10--40mg/L二亚硫酸钠•白色棱晶，强还原性。•在PH值9—11之间除氧效果最好，加入量通常为理论的2-3倍，一般控制水中过剩浓度为15—40ug/L三二甲基铜肟•A节约水资源。•B减少污水排放。•C确保生产装置高效、长周期运行。•D延长设备的使用寿命。第三章冷却水处理第一节目的和意义•一、冷却•1蒸发散热•2接触散热•3辐射散热•4冷却塔散热第二节处理原理•二、腐蚀与防腐•腐蚀分为，化学腐蚀，电化学腐蚀，生物化学腐蚀，循环水系统主要发生后两个腐蚀。•原理：微电池原理•阳极过程：Fe→Fe2++2e-•阴极过程：1/2O2+H2O+2e-→2OH-•Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓•氢氧化铁的生成即使腐蚀的开始，所以只要阻断阳极过程或是阴极过程就能降低腐蚀•影响腐蚀的因素•1PH值6—8时对碳钢的腐蚀最小•2硬度和碱度硬度碱度高腐蚀小•3氯离子和硫酸根离子起浓度增加腐蚀加快•4带有磁性和电荷的悬浮物悬浮物多将导致垢下腐蚀•5溶解氧浓度高碳钢腐蚀性大•6微生物影响电极电位和浓差电池的变化，促进腐蚀。而且形成的生物粘泥造成垢下腐蚀•7水流速度和温度水流冲刷金属表面形成的保护膜，加速腐蚀。•防腐•物理方法（涂料）•化学方法（投加缓蚀剂，形成保护膜）•电化学方法（外加保护电流，阳极过程抑制）•缓蚀剂按成膜性质分为：1钝化膜缓蚀剂2沉积膜缓蚀剂3吸附膜缓蚀剂•结垢与阻垢•难容盐溶解度是负的温度系数，即随温度升高溶解度降低，很容易在水冷器传热面上沉淀、结晶和附着。•一般水中碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐形成的垢很牢固，磷酸盐和锌盐形成的垢较疏松•阻垢分散剂•螯合增溶作用•阻垢分散剂能与钙镁离子形成稳定的螯合物，降低自由钙镁离子浓度，形成难容盐的趋势减少，起到阻垢作用。阻垢分散剂使用浓度越高，防垢效果越好。•晶格畸变作用•1阻垢分散剂与晶体生长面发生作用，组织难容盐微晶在活性生长点上的生长•2或是镶嵌在晶格中增加晶体张力使其不稳定而抑制生长•分散作用•带电荷的高分子聚合物容易与悬浮颗粒物发生静电作用而吸附于颗粒表面，形成双电层，增加颗粒之间的静电斥力，避免颗粒之间碰撞聚集而形成沉淀物，从而起到防垢作用。•容限效应（低剂量效应，阀值效应）•很低浓度的阻垢分散剂可以阻止很高浓度的难容盐形成晶体而析出，当其浓度增加到一定程度后，阻垢效果不随阻垢分散剂增加而增加。•杀菌剂作用机理•1抑制细胞壁的合成•2改变细胞膜性质•3破坏呼吸作用•4与细胞组成物的作用•5破坏合成代谢•6破坏酶系统•特点:1使用剂量低2效果非常明显•类型：磷（膦）酸盐锌盐钼酸盐唑类第三节水处理剂与配方一、缓蚀剂•1磷（膦）酸盐•包括正磷酸盐、聚磷酸盐和有机膦酸盐，缓蚀效果好，使用剂量低，毒性低，价格低廉。但对环境有富营养化污染，使用不当会造成水中微生物的生长和繁殖问题。•磷酸盐是一种抑制阳极为主的缓蚀剂，一般使用浓度为2—20mg/L。•有机膦酸盐种类多,包括羟基亚乙基二磷酸（HEDP）、胺基三亚甲基膦酸（ATMP）、乙二胺四亚甲基膦酸（EDTMP）、羟基膦基乙酸（HPAA）。形成以沉积膜为主的混合膜，在成膜过程中需要一定浓度的二价金属离子参与，常常与阻垢分散剂配合使用，使用浓度为2-6mg/L。切记，不能与氧化型杀生剂共用，会被分解。•2锌盐•一种无机缓蚀剂，阴极型缓蚀剂，在金属表面形成沉积保护膜。与阻垢分散剂同时使用效果