離子法除鹽水處理工藝完整介紹

1、離子法除鹽水第一章水質(zhì)概述第一節(jié)天然水及其分類一、水源水是地面上分布最廣的物質(zhì),幾乎占據(jù)著地球表面的四分之三,構(gòu)成了海洋、江河、湖泊以及積雪和冰川,此外,地層中還存在著大量的地下水,大氣中也存在著相當(dāng)數(shù)量的水蒸氣。地面水主要來自雨水,地下水主要來自地面水,而雨水又來自地面水和地下水的蒸發(fā)。因此,水在自然界中是不斷循環(huán)的。水分子(H2O是由兩個氫原子和一個氧原子組成,可是大自然中很純的水是沒有的,因為水是一種溶解能力很強(qiáng)的溶劑,能溶解大氣中、地表面和地下巖層里的許多物質(zhì),此外還有一些不溶于水的物質(zhì)和水混合在一起。水是工業(yè)部門不可缺少的物質(zhì),由于工業(yè)部門的不同,對水的質(zhì)量的要求也不同,在火力發(fā)電廠

2、中,由于對水的質(zhì)量要求很高,因此對水需要凈化處理。電廠用水的水源主要有兩種,一種是地表水,另一種是地下水。地表水是指流動或靜止在陸地表面的水,主要是指江河、湖泊和水庫水。海水雖然屬于地表水,但由于其特殊的水質(zhì),另作介紹。天然水中的雜質(zhì)要有氧和二氧化碳天然水中的雜質(zhì)是多種多樣的,這些雜質(zhì)按照其顆粒大小可分為懸浮物、膠體和溶解物質(zhì)三大類。懸浮物:顆粒直徑約在10-4毫米以上的微粒,這類物質(zhì)在水中是不穩(wěn)定的,很容易除去。水發(fā)生渾濁現(xiàn)象,都是由此類物質(zhì)造成的。膠體:顆粒直徑約在10-6-10-4毫米之間的微粒,是許多分子和離子的集合體,有明顯的表面活性,常常因吸附大量離子而帶電,不易下沉。溶解物質(zhì):顆

3、粒直徑約在10-6毫米以上的微粒,大都為離子和一些溶解氣體。呈離子狀態(tài)的雜質(zhì)主要有陽離子(鈉離子Na+、鉀離子K+、鈣離子Ca2+、鎂離子Mg2+,陰離子(氯離子CI -、硫酸根SO42-、碳酸氫根HCO3-;溶解氣體主。水質(zhì)指標(biāo)二、水中的溶解物質(zhì)懸浮物的表示方法:懸浮物的量可以用重量方法來測定(將水中懸浮物過濾、烘干后稱量,通常用透明度或渾濁度(濁度來代替。溶解鹽類的表示方法:1.含鹽量:表示水中所含鹽類的總和。2.蒸發(fā)殘渣:表示水中不揮發(fā)物質(zhì)的量。3.灼燒殘渣:將蒸發(fā)殘渣在800時灼燒而得。4.電導(dǎo)率:表示水導(dǎo)電能力大小的指標(biāo)。5.硬度的表示方法:硬度是用來表示水中某些容易形成垢類以及洗滌

4、時容易消耗肥皂得一類物質(zhì)。對于天然水來說,主要指鈣、鎂離子。硬度按照水中存在得陰離子情況。劃分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度兩類。6.堿度和酸度:堿度表示水中含OH -、CO32-、HCO3-量以及其它一些弱酸鹽類量得總和。堿度表示方法可分為甲基橙堿度和酚酞堿度兩種。酸度表示水中能與強(qiáng)酸起中和作用的物質(zhì)的量。有機(jī)物的表示方法:通常用耗氧量來表示。溶解物質(zhì)是指顆粒直徑小于10-6mm的微粒,它們大都以離子或溶解氣體狀態(tài)存在于水中,現(xiàn)概述如下。(1離子態(tài)雜質(zhì)。天然水中含有的離子種類甚多,但在一般的情況下,它們總是一些常見的離子。如按含量多少來分,可以將這些離子歸納為表1-2中的三類。其中第一類雜質(zhì)的含

5、量為最多,是工業(yè)水處理中需要凈化的主要離子。天然水中離子態(tài)雜質(zhì)來自水源經(jīng)地層時溶解的某些礦物質(zhì)。列如石灰石(CaCO3和石膏(CaSO4²2H2O的溶解。CaCO3在水中的溶解度雖然很小,但當(dāng)水中含有游離態(tài)CO2時,CaCO3被轉(zhuǎn)化為較易溶的Ca(HCO32而溶于水中。其反應(yīng)為CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO32又如白云石(MgCO3²CaCO3和菱鎂礦(M g CO3,也會被含游離CO2的水溶解,其中MgCO3溶解反應(yīng)可表示為MgCO3+CO2+H2O=Mg(HCO32由于上述反應(yīng),所以天然水中都存在Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-。在含鹽量不大的水中,

6、 Mg2+的濃度一般為Ca2+的25%50%,水中Ca2+、Mg2+是形成水垢的主要成分含鈉的礦石在風(fēng)化過程中易于分解,釋放出Na+,所以地表水和地下水中普遍含有Na+。因為鈉鹽的溶解度很高,在自然界中一般不存在Na+的沉淀反應(yīng),所以在高含鹽量水中,Na+是主要陽離子。天然水中K+的含量遠(yuǎn)低于Na+,這是因為含鉀的礦物比含鈉的礦物抗風(fēng)化能力大,所以K+比Na+較難轉(zhuǎn)移至天然水中。由于在一般水中K+的含量不高,而且化學(xué)性質(zhì)與Na+相似,因為在水質(zhì)分析中,常以(K+Na+之和表示它們的含量,并取加權(quán)平均值25作為兩者的摩爾質(zhì)量。天然水中都含有Cl-,這是因為水流經(jīng)地層時,溶解了其中的氯化物。所以C

7、l+幾乎存在于所有的天然水中。天然水中最常見的陽離子是Ca2+、Mg2+、K+、Na+;陰離子是HCO3-、SO42-、Cl-,某些地區(qū)的地下水中還含有較多的Fe2+和Mn2+。(2溶解氣體。天然水中常見的溶解氣體有氧(O2和二氧化碳(CO2,有時還有硫化氫(H2S、二氧化硫(SO2和氨(NH3等。天然水中O2的主要來源是大氣中O2的溶解,因為空氣中含有20.95%的氧,水與大氣接觸使水體具有自充氧的能力。另外,水中藻類的光合作用也產(chǎn)生一部分的氧,但這種光合作用并不是水體中氧的主要來源,因為在白天靠這種光合作用產(chǎn)生的氧,又在夜間的新陳代謝過程中消耗了。地下水因不與大氣相接觸,氧的含量一般低與地

8、表水,天然水的氧含量一般在014mg/L之間。天然水中CO2的主要來源為水中或泥土中有機(jī)物的分解和氧化,也有因地層深處進(jìn)行的地質(zhì)過程而生成的,其含量在幾毫克/升至幾百毫克/升之間。地表水的CO2含量常不超過2030mg/L,地下水的CO2含量較高,有時達(dá)到幾百毫克/升。天然水中CO2并非來自大氣,而恰好相反,它會向大氣中析出,以為大氣中CO2的體積百分?jǐn)?shù)只有0.03%0.04%,與之相反的溶解度僅為0.51.0mg/L。水中O2和CO2的存在是使金屬發(fā)生腐蝕的主要原因。(3微生物。在天然水中還有許多微生物,其中屬于植物界的有細(xì)菌類、藻類和真菌類;屬于動物界的有鞭毛蟲、病毒等原生動物。另外,還有

9、屬于高等植物的苔類和屬于后生動物的輪蟲、滌蟲等。三、天然水的分類通常,天然水有兩種分類方法,一種是按主要的水質(zhì)指標(biāo),另一種是水中鹽類的組成?，F(xiàn)分述如下:1.按主要水質(zhì)指標(biāo)天然水可以按其含鹽量或硬度分類,因為這兩種指標(biāo)可以代表水受礦物質(zhì)污染程度。天然水按其含鹽量分類如表1-3。表1-3 按含鹽量分類 我國江河水大都屬于低含鹽量和中等含鹽量水,地下水大部分是中等含鹽量水。天然水按其硬度分類如表1-4。表1-4 按硬度分類 根據(jù)此種分類,我國天然水的水質(zhì)是由東南沿海的極軟水,向西北經(jīng)軟水和中等硬度水而遞增至硬水。這里所謂軟水是指天然水硬度較低,不是指經(jīng)軟化處理后所獲得的軟化水。2.按水中鹽類的組成分

10、類為了研究問題方便起見,人為地將水中陰、陽離子結(jié)合起來,寫成化合物的形式,這稱為水中離子的假想結(jié)合。這種表示方法的原理是,鈣和鎂的碳酸氫鹽最易轉(zhuǎn)化成沉淀物,所以令它們首先假想結(jié)合,其次是鈣、鎂的硫酸鹽,而陽離子Na+和K+以及陰離子Cl-都不易生成沉淀物。因此它們以離子的形式存在于水中。第二節(jié)電廠用水的類別及水質(zhì)指標(biāo)一、電廠用水的類別水在火力發(fā)電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)中所經(jīng)歷的過程不同,水質(zhì)常有較大的差別。因此根據(jù)實用的需要,人們常給予這些水以不同的名稱。它們是原水、鍋爐補(bǔ)給水、給水、鍋爐水、鍋爐排污水、凝結(jié)水、冷卻水和疏水等。現(xiàn)簡述如下:(1原水:也稱為生水,是未經(jīng)任何處理的天然水(如江河水、湖水、

11、地下水等,它是電廠各種用水的水源。(2鍋爐補(bǔ)給水:原水經(jīng)過各種水處理工藝凈化處理后,用來補(bǔ)充發(fā)電廠汽水損失的水稱為鍋爐補(bǔ)給水。按其凈化處理方法的不同,又可分為軟化水和除鹽水等。(3給水:送進(jìn)鍋爐的水稱為給水。給水主要是由凝結(jié)水和鍋爐補(bǔ)給水組成。(4鍋爐水:在鍋爐本體的蒸發(fā)系統(tǒng)中流動著的水稱為鍋爐水,習(xí)慣上簡稱爐水。(5鍋爐排污水:為了防止鍋爐結(jié)垢和改善蒸汽品質(zhì),用排污的方法,排出一部分爐水,這部分排出的爐水稱為鍋爐排污水。(6凝結(jié)水:蒸汽在汽輪機(jī)中作功后,經(jīng)冷卻水冷卻凝結(jié)成的水稱為凝結(jié)水,它是鍋爐給水的主要組成部分。(7冷卻水:用作冷卻介質(zhì)的水為冷卻水。這里主要指用作冷卻作功后的蒸汽的冷卻水,

12、如果該水循環(huán)使用,則稱循環(huán)冷卻水。(8疏水:進(jìn)入加熱器的蒸汽將給水加熱后,這部分蒸汽冷卻下來的水,以及機(jī)組停行時,蒸汽系統(tǒng)中的蒸汽冷凝下來的水,都稱為疏水。在水處理工藝過程中,還有所謂清水、軟化水、除鹽水及自用水等。二、水質(zhì)指標(biāo)所謂水質(zhì)是指水和其中雜質(zhì)共同表現(xiàn)出的綜合特性,而表示水中雜質(zhì)個體成分或整體性質(zhì)的項目,稱為水質(zhì)指標(biāo)。由于各種工業(yè)生產(chǎn)過程對水質(zhì)的要求不同,所以采用的水質(zhì)指標(biāo)也有差別。火力發(fā)電廠用水的水質(zhì)指標(biāo)有二類:一類是表示水中雜質(zhì)離子的組成的成分指標(biāo),如Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、SO42-等;另一類指標(biāo)是表示某些化合物之和或表征某種性能,這些指標(biāo)是由于技術(shù)上的需要而專門制定

13、的,故稱為技術(shù)指標(biāo)。1.表征水中懸浮物及膠體的指標(biāo)(1懸浮固體。懸浮固體是水樣在規(guī)定的條件下,經(jīng)過濾可除出的固體,單位為毫克/升(mg/L。這項指標(biāo)僅能表征水中顆粒較大的懸浮物,而不包括能穿透濾紙的顆粒小的懸浮物及膠體,所以有較大的局限性。此法需要將水樣過濾,濾出的懸浮物需經(jīng)烘干和稱量等手續(xù),操作麻煩,不易用作現(xiàn)場的監(jiān)督指標(biāo)。(2濁度。濁度是反映水中懸浮物和膠體含量的一個綜合性指標(biāo),它是利用水中懸浮物和膠體顆粒對光的餓散射作用來表征其含量的一種指標(biāo),即表示水渾濁的程度。濁度是通過專用儀器測定的,操作簡便迅速。由于標(biāo)準(zhǔn)水樣配制方法不同,所使用的單位也不相同,目前以硫酸肼(N2H4SO4和六次甲基

14、四胺(CH26N4配制成渾濁液為標(biāo)準(zhǔn),與水樣相比較,其單位用福馬肼(FTU表示。(3透明度。透明度是利用水中懸浮物和膠體物質(zhì)的透光性來表征其含量的另一中指標(biāo),即表示水透明程度的指標(biāo),單位為厘米(cm。水的透明度與濁度成反比,水中懸浮物含量越高,其透明度越低。由于它是通過人的眼睛觀察水層厚度來確定水中懸浮物含量的,因此它帶有人為的隨意性。2.表征水中溶解鹽類的指標(biāo)(1含鹽量。含鹽量是表示水中各種溶解鹽類的總合,由水質(zhì)全分析的結(jié)果,通過計算求出。含鹽量有兩種表示方法:一是摩爾表示法,即將水中各種陽離子(或陰離子均按帶一個電荷的離子為基本單位,計算其含量(mmol/L,然后將它們(陽離子或陰離子相加

15、;二是重量表示法,即將水中各種陰、陽離子的含量以mg/L為單位全部相加。由于水質(zhì)全分析比較麻煩,所以常用溶解固體近似表示,或用電導(dǎo)率衡量水中含鹽量的多少。(2溶解固體。溶解固體是將一定體積的過濾水樣,經(jīng)蒸干并在1051100C下干燥至恒重所得到的蒸發(fā)殘渣量,單位用毫克/升(mg/L表示。它只能近似表示水中溶解鹽類的含量,因為在這種操作條件下,水中的膠體及部分有機(jī)物與溶解鹽類一樣能穿過濾紙,許多物質(zhì)的濕分和結(jié)晶水不能除盡,碳酸氫鹽全部轉(zhuǎn)換為碳酸鹽。(3電導(dǎo)率。表示水中離子導(dǎo)電能力大小的指標(biāo),稱作電導(dǎo)率。由于溶于水的鹽類都能電離出具有導(dǎo)電能力的離,所以電導(dǎo)率是表征水中溶解鹽類的一種代替指標(biāo)。水越純

16、凈,含鹽量越小。電導(dǎo)率越小。水的電導(dǎo)率的大小除了與水中離子含量有關(guān)外,還和離子的種類有關(guān),單憑電導(dǎo)率不能計算水中含鹽量。在水中離子的組成比較穩(wěn)定的情況下,可以根據(jù)試驗求得電導(dǎo)率與含鹽量的關(guān)系,將測得的電導(dǎo)率換算成含鹽量。電導(dǎo)率的單位為微西/厘米(uS/cm。三.表征水中易結(jié)垢物質(zhì)的指標(biāo)表征水中易結(jié)垢物質(zhì)的指標(biāo)是硬度,它是指水中某些易于形成沉淀的金屬離子,它們都是二價或二價以上的金屬離子。在天然水中,形成硬度的物質(zhì)主要是鈣、鎂離子,所以通常認(rèn)為硬度就是指水中這兩種離子的含量。水中鈣離子含量稱鈣硬(H ca,鎂離子含量稱鎂硬(H Mg,總硬度是指鈣硬和鎂硬之和,即H=H Ca+H Mg=(1/2C

17、 a2+(1/2M g2+。根據(jù)Ca2+、Mg2+與陰離子組合形式的不同,又將硬度分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。(1鹽硬度(HT是指水中鈣、鎂的碳酸鹽及碳酸氫鹽的含量。此類硬度在水沸騰時就從溶液中析出而產(chǎn)生沉淀,所以有時也叫暫時硬度。(2非碳酸鹽硬度(HF是指水中鈣、鎂的硫酸鹽、氯化物等的含量。由于這種硬度在水沸騰時不能析出沉淀,所以有時也稱永久硬度。硬度的單位為毫摩爾/升(mmol/L,這是一種最常見的表示物質(zhì)濃度的方法,是我國的法定計量單位。在美國硬度單位為ppmC a CO3,這里的ppm表示百分之一,它與mg/L大致相當(dāng);在德國硬度單位采用的是德國度o G,1o G相當(dāng)于10mg/LC

18、 a O所形成的硬度。以上幾種硬度單位的關(guān)系如下:1mmol/L=2.8o G=50ppmC a CO31、征水中堿性物質(zhì)的指標(biāo)表征水中堿性物質(zhì)的指標(biāo)是堿度,堿度是表示水中可以用強(qiáng)酸中和的物質(zhì)的量。形成堿度的物質(zhì)有:(1強(qiáng)堿,如NaOH、Ca(OH2等,它們在水中全部以O(shè)H-形式存在;(2弱堿,如NH3的水溶液,它在水中部分以O(shè)H-形式存在;(3強(qiáng)堿弱酸鹽類,如碳酸鹽、磷酸鹽等,它們水解時產(chǎn)生OH-。在天然水中的堿度成分主要是碳酸氫鹽,有時還有少量的腐殖酸鹽。水中常見的堿度形式是OH-、CO32-和HCO3-,當(dāng)水中同時存在有HCO3-和OH-的時候,就發(fā)生如(2-2式的化學(xué)反應(yīng),HCO3+O

19、H-CO32-+H2O (2-2故一般說水中不能同時含有HCO3-堿度和OH-堿度。根據(jù)這種假設(shè),水中的堿度可能有五種不同的形式:只有OH-堿度;只有CO32-堿度;只有HCO3-堿度;同時有OH-+CO32-堿度;同時有CO32-+HCO3-堿度。水中的堿度是用中和滴定法進(jìn)行測定的,這時所用的標(biāo)準(zhǔn)溶液是HCl或H2SO4溶液,酸與各種堿度成分的反應(yīng)是,OH-+H+H2O (2-3CO32-+H+HCO3-(2-4HCO3-+H+H2O+CO2(2-5如果水的PH值較高,用酸滴定是,上述三個反應(yīng)(2-3、(2-4、(2-5將依次進(jìn)行。當(dāng)用甲基橙作指標(biāo)劑,因終點的PH值為4.2,所以上述三個反應(yīng)

20、都可以進(jìn)行到底,所測得的堿度是水的全堿度,也叫甲基橙堿度;如用酚酞作指示劑,終點的PH值為8.3,此時只進(jìn)行(2-3、(2-4式的反應(yīng),反應(yīng)式(2-5并不進(jìn)行,測得的是水的酚酞堿度。因此,測定水中堿度時,所用的指示劑不同,堿度值也不同。堿度的單位為毫摩爾/升(mmol/L,與硬度一樣,在美國和德國分別用ppmC a CO3和o G 為單位。2、表示水中酸性物質(zhì)的指標(biāo)表示水中酸性物質(zhì)的指標(biāo)是酸度,酸度是表示水中能用強(qiáng)堿中和的物質(zhì)的量?？赡苄纬伤岫鹊奈镔|(zhì)有:強(qiáng)酸、強(qiáng)酸弱堿鹽、弱酸和酸式鹽。天然水中酸度的成分主要是碳酸,一般沒有強(qiáng)酸酸度。在水處理過程中,如H離子交換器出水出現(xiàn)有強(qiáng)酸酸度。水中酸度的測

21、定是用強(qiáng)堿標(biāo)準(zhǔn)來滴定的。所用指示劑不同時,所得到的酸度不同。如:用甲基橙作指示劑,測出的是強(qiáng)酸酸度。用酚酞作指示劑,測定的酸度除強(qiáng)酸酸度(如果水中有強(qiáng)酸酸度外,還有H2CO3酸度,即CO2酸度。水中酸性物質(zhì)對堿的全部中和能力稱總酸度。這里需要說明的是,酸度并不等于水中氫離子的濃度,水中氫離子的濃度常用PH值表示,是指呈離子狀態(tài)的H+數(shù)量;而酸度則表示中和滴定過程中可以與強(qiáng)堿進(jìn)行反應(yīng)的全部H+數(shù)量,其中包括原已電離的和將要電離的兩個部分。3、表示水中有機(jī)物的指標(biāo)天然水中的有機(jī)物種類繁多,成分也很復(fù)雜,分別以溶解物、膠體和懸浮狀態(tài)存在。因此很難進(jìn)行逐類測定,通常是利用有機(jī)物比較容易被氧化這一特性,

22、用某些指標(biāo)間接地反映它的含量,如化學(xué)氧化、生物氧化和燃燒等三種氧化方法,都是以有機(jī)物在氧化過程中所消耗或氧化劑的數(shù)量來表示有機(jī)物可氧化程度的。(1化學(xué)耗氧量(COD。在規(guī)定條件下,用氧化劑處理水樣時,水樣中有機(jī)物氧化所消耗該氧化劑的量,即為化學(xué)耗氧量。計算時折合為氧的質(zhì)量濃度,簡寫代號為COD,單位用毫克/升O2表示?；瘜W(xué)耗氧量越高,表示水中有機(jī)物越多。常采用的氧化劑有重鉻酸鉀和高錳酸鉀,氧化劑不同,測得有機(jī)物的含量也不同。如用重鉻酸鉀K2C r2O7作氧化劑,在強(qiáng)酸加熱沸騰回流的條件下,以銀離子作催化劑,可對水中85%95%以上的有機(jī)物進(jìn)行氧化,不能被完全氧化的是一些直鏈的、帶苯環(huán)的有機(jī)物,

23、但這種方法基本上能反應(yīng)水中有機(jī)物的總量。如用高錳酸鉀作氧化劑,只能氧化約70%的一些比較容易氧化的有機(jī)物,并且有機(jī)物的種類不同,所得的結(jié)果也有很大差別,所以這項指標(biāo)具有明顯的相對性,目前它較多地用于輕度污染的天然水和清水的測定。(2生化需氧量(BOD。在特定條件下,水中的有機(jī)物和無機(jī)物進(jìn)行生物氧化時所消耗溶解氧的量,即為生化需氧量。單位也用毫克/升O2表示。構(gòu)成有機(jī)體的有機(jī)物大多是碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪等,其組成元素是碳、氫、氧、氮等,因此不論有機(jī)物的種類如何,有氧分解的最終產(chǎn)物總是二氧化碳、水和硝酸鹽。生物氧化的整個過程一般可分為兩個階段,第一個階段主要是有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和氨的過

24、程;第二個階段主要是氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程。對于工業(yè)用水,因為氨已經(jīng)是無機(jī)物,它的進(jìn)一步氧化,對環(huán)境衛(wèi)生的影響較小,所以,生化需氧量通常只指第一階段有機(jī)物氧化所需的氧量。通常都以5天作為測定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時間,稱5天生化需氧量,用BOD5表示。試驗證明,一般有機(jī)物的5天生化需氧量約為第一階段生化需氧量的70%左右,因此,BOD5具有一定的代表性。此外,用儀器測定有機(jī)物完全燃燒后所產(chǎn)生的氣體來反映總含碳量的,稱為總有機(jī)碳(簡稱TOC,或反映消耗氧的量的,稱總需氧量(簡稱TOD。下表為我公司用淡水水質(zhì)全分析資料,供學(xué)習(xí)時參考 備注:表中各種物質(zhì)的基本單元為1nMe n全硅含量最大值:25

25、mg/L。其它未列指標(biāo)含量約為零。四、天然水中幾種主要化合物的化學(xué)特性天然水中含有雜質(zhì)的種類雖然較多,但天然水中主要雜質(zhì)的種類差不多是一致的,它們總是幾種常見的化合物,所以在研究水的凈化處理時,只需研究若干常見的化合物。1、碳酸化合物碳酸和它的鹽類統(tǒng)稱碳酸化合物,在天然水中特別是在含鹽量較低的水中,含量最大的化合物常常是碳酸化合物。而切,在自然界發(fā)生的自然現(xiàn)象中,如天然水對酸、堿的緩沖性,沉積的生成與溶解等,碳酸也常常起非常重要的作用。(1碳酸化合物的存在形式水中碳酸化合物通常有以下四種形式:溶于水的氣體二氧化碳;分子態(tài)碳酸;碳酸氫根及碳酸根。在水溶液中,這四種碳酸化合物之間有下列幾種化學(xué)平衡

26、:CO2(aq + H2O H2CO3(2-6H2CO3 H+ + HCO3-(2-7HCO3- H+ + CO32-(2-8若把上述平衡式綜合起來可以得到CO2(aq + H2O H2CO3H+ + HCO3- 2H+ + CO32-(2-9利用上述關(guān)系式解決有關(guān)碳酸化合物的問題是有困難的,因為在進(jìn)行水分析時,不能區(qū)分水中的二氧化碳和碳酸,用酸堿滴定測得的二氧化碳是兩者之和。實際上,分子態(tài)的碳酸的形態(tài)只占總量的百分之一以下,故實際工作中可以將二氧化碳和碳酸一起用二氧化碳表示,此時式(2-9式可表示為CO 2 + H 2OH + HCO 3-2H + CO 32-(2-10(2碳酸化合物的形態(tài)

27、與PH 值的關(guān)系碳酸為二元弱酸,可進(jìn)行分級電離。不同溫度下有著不同的電離平衡常數(shù),如在25 時,的平衡常數(shù)值為:723111045.4-+=CO HCO f H f K (2-1111323121069.4-+=HCO f CO f H f K (2-12 式中K 1- H 2CO 3 的一級電離平衡常數(shù)K 2- H 2CO 3 的二級電離平衡常數(shù) -表示相應(yīng)物質(zhì)的濃度f 1、f 2-分別表示1價和2價離子的活度系數(shù)PH 值和各種碳酸化合物相對含量間的關(guān)系。碳酸化合物在各種溶液中的相對含量主要取決于該溶液的PH 值。設(shè)碳酸化合物總濃度為C mol/L ,則CO 2 + HCO 3- + CO

28、32- = C (2-13根據(jù)H 2CO 3一級電離平衡常數(shù)(2-12式,以及(2-13式,并假定在稀溶液中f 1和f 2可視為1,那么可解得一定的pH 值條件下各種碳酸化合物的相對量,如(2-15、(2-16、(2-17式所示121121-+=H K K H K C CO (2-15 12131-+-+=H K K H C HCO (2-16 12212231-+-+=K H K K H C CO (2-17根據(jù)(2-15(2-17式,可繪制圖2-4所示的pH 值與各種碳酸化合物相對量的關(guān)系曲線。由圖可知,當(dāng)pH4.2時,水中碳酸化合物基本是CO 2;當(dāng)pH=4.26.3時,CO 2和HCO

29、 3-同時存在;當(dāng)pH=8.3時,白分之98%以上的碳酸化合物呈HCO 3-狀態(tài);當(dāng)PH8.3時,HCO 3-和CO 32-同時存在。pH 、HCO 3-、CO 32-和CO 2 的關(guān)系。由圖2-4可知,在pH 8.3時,碳酸進(jìn)行的是一級電離,將(2-11式等號兩邊取負(fù)對數(shù)并加以整理,則得pH = pK1 + lgHCO3- lgCO2 + lgf1對于稀溶液,f1=1,lgf1=0;在25時,PK1=6.35;所以pH =6.35 + lgHCO3- - lgCO2 (2-19 對于pH<3的天然水來說,因為水中碳酸氫根的濃度實際就是水中的堿度(B,于是(219式可變?yōu)閜H =35 +

30、 lgB - lgCO2 (2-20 當(dāng)水的pH>3時,由碳酸的二級電離平衡方程式(2-12,可求得pH =33 + lgCO32-lgHCO3- (2-212、硅酸化合物硅酸是一種比較復(fù)雜的化合物,它的形態(tài)多,在水中有離子態(tài)、分子態(tài)以至膠態(tài)。硅酸的通式為xSiO2²yH2O。當(dāng)x和y等于1時,分子式可寫成H2SiO3, 稱為偏硅酸;當(dāng)x=1,y=2時,分子式為H4SiO4,成為正硅酸;當(dāng)x>1時,硅酸呈聚合態(tài),稱多硅酸。當(dāng)硅酸的聚合度增大時,它會由溶解態(tài)轉(zhuǎn)化成膠態(tài),當(dāng)其濃度較大時,會呈凝膠狀析出。當(dāng)水的pH值不很高時,溶于水的二氧化硅主要是分子態(tài)的簡單硅酸,至于這些溶于

31、水的硅酸到底是正硅酸還是偏硅酸的問題,還有待研究。因為硅酸通常顯示出二元酸的性質(zhì)。所以本書中均以偏硅酸來表示。硅酸的酸性很弱,電離度不大,所以當(dāng)純水中含有硅酸時不易用pH或電離率檢測出來。當(dāng)pH值增大到9時,二氧化硅的溶解度就明顯增大,此時硅酸電離成H2SiO3的量增多,所以溶解的二氧化硅除了生成硅酸外,還會生成大量的H2SiO3,其反應(yīng)方程式為 H2SiO3 = HSiO-3 + H+當(dāng)pH值較大,且水中溶解的硅酸化合物較多時,他們會形成多聚體,其反應(yīng)方程式為4H2SiO3 = H6Si4O2-12 + 2H+在天然水中,硅酸化合物是常見的雜質(zhì)。它來自水流經(jīng)地層時與含有硅酸鹽和鋁硅酸鹽巖石的

32、反應(yīng)。地下水的硅酸化合物含量通常比地面水多,天然水中硅酸化合物(以二氧化硅表示含量一般在120mg/L范圍內(nèi),地下水有高達(dá)60mg/L的。硅酸化合物的許多形態(tài)會影響到它的測定方法。通常采用的鋁藍(lán)比色法能測得的只是水中分子量較低的硅酸化合物。至于分子量較大的硅酸,有的不與鉬酸反應(yīng),有的反應(yīng)緩慢。根據(jù)此種反應(yīng)的能力不同,水中硅酸化合物可分成兩類。那些能夠直接用比色法測得的稱為活性二氧化硅(簡稱活性硅,不能測得的稱為非活性二氧化硅。在火力發(fā)電廠中,水中硅酸化合物是有害的物質(zhì)。當(dāng)鍋爐水中鋁、鐵和硅的化合物量較高時,會在熱負(fù)荷很高的爐管內(nèi)形成水垢。在高壓鍋爐中,硅酸會溶于蒸汽,隨之帶出鍋爐,最后沉積在汽

33、輪機(jī)內(nèi)。所以,硅酸化合物是水凈化的主要對象之一。3、鐵化合物在天然水中鐵是常見的雜質(zhì)。水中的鐵有Fe2+、Fe3+兩種。在深井中因溶解氧的濃度很小和PH值較低,水中會有大量的Fe2+,高達(dá)10mg/L以上,這是因為常見的亞鐵鹽類的溶解度較大,水溶解度較小,Fe2+不易形成沉淀物。當(dāng)水中溶解氧濃度較大和PH值較高時,Fe2+會氧化成Fe3+,而Fe3+的鹽類很易水解,從而轉(zhuǎn)變成Fe(OH3沉淀物或膠體,其反應(yīng)方程式為4Fe2+ + O2 + 2H2O 4Fe3+ + 4OH-Fe3+ + 3H2O Fe(OH3 + 3H+當(dāng)pH8時,水中亞鐵離子被溶解氧氧化的速度很快。在地表水中,由于溶解氧的含

34、量較多,所以Fe2+的量通常很小,但在含有腐殖酸的沼澤水中,Fe2+的量可能較多,因為這種水的pH值常接近于4,Fe2+會與腐殖酸形成絡(luò)合物,這種絡(luò)合物不易被溶解氧氧化。在pH為7左右的地表水中,一般幾乎只有含有呈膠態(tài)氫氧化鐵的鐵。鍋爐給水?dāng)y帶鐵的氧化物會引起鍋爐爐管內(nèi)生成氧化鐵垢。4、氮的化合物在天然水中有時含有氮的無機(jī)化合物,如NH4+、NO-2、NO-3。它們的主要來源為動植物及各種含氮有機(jī)物,以及隨工業(yè)排污水混入的NH4+等。隨污水帶入水源的含氮有機(jī)物(如蛋白質(zhì)、尿素等,在微生物的作用下會逐漸分解,生成組織較簡單的氮化合物,在沒有氧存在的情況下,氨是有機(jī)氮分解的最終產(chǎn)物;如果水中有氧,

35、則在細(xì)菌參與下,能使氨繼續(xù)分解,逐步轉(zhuǎn)變成亞硝酸鹽和硝酸鹽。為此,根據(jù)天然水中各種氮化合物的相對含量,可以推測此水被有機(jī)物污染的時期。如果NH4+含量百分率較大,則表示被污染的時期不長;反之,如NO-3含量百分率較大,則表示被污染已很久。第二章水的預(yù)處理天然水未進(jìn)鍋爐前除掉水中雜質(zhì)的工作,稱為爐外水處理,也叫做補(bǔ)給水處理。根據(jù)水中所含雜質(zhì)種類不同,采取不同的水處理方法。對水中較大的懸浮物,靠重力沉淀就可以除掉,這種處理稱為自然沉淀法。對于水中的膠體微粒,常向水中加入一些化學(xué)藥品,使膠體顆粒凝聚沉淀,這種處理稱為混凝沉淀法。對于溶于水中的鹽類,可采用蒸餾法、離子交換法、電滲析法等等。目前電廠多采

36、用離子交換法。爐外水處理就是由上述某些方法聯(lián)合組成的水處理流程,一般為:天然水(原水 混凝、沉淀 補(bǔ)給水現(xiàn)將一般水處理流程中,各種水處理方法、原理及其設(shè)備分述如下。第一節(jié)混凝沉淀一、混凝沉淀的原理混凝、沉淀過程一般是在澄清器內(nèi)進(jìn)行的。處理方法,是向水中加入混凝劑(硫酸鋁、聚合鋁和硫酸亞鐵、氯化鐵等、石灰乳和鎂劑(菱苦土或白云粉等化學(xué)藥品。各種藥品的作用如下:1.混凝劑的作用。混凝劑在水中的作用:是促使水中微小的懸浮物或膠體顆粒相互凝聚成大顆粒而下沉。2.石灰乳的作用。石灰乳的成分是氫氧化鈣Ca(OH2。石灰乳加入水中可以提高水的pH值,有利于不溶性氫氧化物的中沉淀出來:Ca(OH2+Ca(HC

37、O322CaCO3+2H2O2Ca(OH2+Mg(HCO322CaCO3+Mg(OH2+2H2O上述化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果,使水中的暫硬降低了。3.鎂劑的作用。鎂劑的主要化學(xué)成分是氧化鎂(MgO。如果在石灰、混凝處理的同時,向水中加入鎂劑,就會使產(chǎn)生的氫氧化鎂沉淀物增多。當(dāng)氫氧化鎂沉淀達(dá)到一定數(shù)量時,就能吸附水中大部分硅化物,然后它們漸漸變成難溶于水的硅酸鎂而沉淀。因此,加鎂劑的目的就是利用生成硅酸鎂的的應(yīng),除掉水中的硅化物。除硅效果的好壞,除了必須加入適量的鎂劑外,還與水的溫度和pH 值有關(guān)。最好的溫度為40±1,pH 值為10.110.3。二、混凝、沉淀設(shè)備及處理過程利用混凝沉淀方法除掉

38、水中懸浮物的沉淀設(shè)備叫做澄清池。目前常見的澄清池也有水力循環(huán)澄清池、機(jī)械攪拌澄清池、脈沖澄清池和泥渣懸浮澄清池等。各種澄清池盡管在結(jié)構(gòu)上有差異,但它們的工作原理則是相似的。這里僅以懸浮澄清池為例來闡述澄 清池的工作過程。圖13-2是懸浮澄清池的結(jié)構(gòu)示意圖。原水首先經(jīng)過空氣分離器,把水中含有的空氣分離出去。這樣就可以避免空氣進(jìn)入澄清池內(nèi),攪動懸浮層和把懸浮泥渣帶出澄清池,破壞懸浮層的正常工作。不含空氣的水和各種藥劑,經(jīng)過噴嘴送入澄清池下部的混合區(qū)。由于混合區(qū)水流旋渦很強(qiáng),可以使混凝劑與水充分混合。在混合區(qū)上部裝有水平和垂直的多孔隔板,從混合區(qū)出來的水繼續(xù)向上流經(jīng)多孔板時,多孔板既能使水得到進(jìn)一步

39、的混合,又能消除旋渦使其成為平穩(wěn)水流,進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)區(qū)是澄清器的中心部分,是主要工作區(qū)。當(dāng)水進(jìn)入反應(yīng)區(qū)后,水中雜質(zhì)逐漸凝聚成絮狀懸浮物(稱為泥渣,由泥渣組成的懸浮層對水起過濾作用。經(jīng)過反應(yīng)區(qū)懸浮層的水,繼續(xù)上升,進(jìn)入過渡區(qū)。由于筒體截面逐漸增大,水的流速逐漸減小,使懸浮物與水分離。澄清池上部出水區(qū)截面最大,水在這里流速最低,水與懸浮物得到了很好的分離。最后,澄清水由環(huán)形集水槽引出,送至清水箱。澄清池的中央設(shè)有垂直圓形的排泥筒。沿著排泥筒的不同高度開有許多層窗口,多余的泥渣自動地經(jīng)排泥窗口進(jìn)入濃縮器,濃縮后的泥渣由底部排污管排入地溝。濃縮器與集水槽之間設(shè)有回水導(dǎo)管。由于濃縮器與集水槽之間有水位

40、差,使?jié)饪s器上部的清水經(jīng)加水導(dǎo)管送入集水槽,而懸浮層上部的水經(jīng)排泥窗口進(jìn)入濃縮器,同時帶走了多余的泥渣,使懸浮層保持固定的高度。澄清池的出水質(zhì)量,一般可以達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn):(1 懸浮物含量不大于20毫克/升。(2 堿度不大于0.85毫克當(dāng)量/升。(3 硅酸根含量,平均可降至1.01.5毫克/升。圖13-2 懸浮澄清池 1空氣分離器;2噴嘴;3混合區(qū); 4水平隔板;5垂直隔板;6反應(yīng)區(qū); 7過渡區(qū);8出水區(qū);9水柵;10集水槽; 11排泥系統(tǒng);12泥渣濃縮器; 13采樣管;14可動罩子(4 耗氧量不大于5毫克/升O2。第二節(jié)過濾處理生水經(jīng)過混凝、沉淀處理后,雖然已將水中大部分懸浮物等雜質(zhì)除掉,但是水

41、中仍殘留有20毫克/升左右的細(xì)小懸浮顆粒,需要進(jìn)一步處理。除去殘留有懸浮雜質(zhì),常用的方法是過濾。在電廠水處理中,主要是采用粒狀濾料形成濾層,當(dāng)渾水通過濾層時,就可以把水中懸浮物吸附截留下來,流出的是清水。一、過濾原理渾水通過濾層時,為什么能除掉水中的懸浮物呢?對過濾的機(jī)理,現(xiàn)在還有些不同的看法。目前人們認(rèn)為,經(jīng)過混凝處理的水,通過濾層的濾料時,有兩個作用:一個是濾料顆粒表面與懸浮物之間的吸力,使懸浮物被吸附;另一個作用濾層對懸浮顆粒的機(jī)械篩除作用,而主要是吸附作用。二、濾料選擇做濾料的固體顆粒,應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和很好的化學(xué)穩(wěn)定性,以免在運(yùn)行和沖洗時,因摩擦而破碎,或因溶解而引出水水質(zhì)惡化。石

42、英砂有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,在中性、酸性水中都很穩(wěn)定。但是在堿性水中石英砂能夠溶解,使水受到污染。無煙煤的化學(xué)穩(wěn)定性較高,在一般堿性、中性和酸性水中都不溶解,它的機(jī)械強(qiáng)度也較好。此外,濾料的粒度和級配都應(yīng)該選擇合適。三、過濾設(shè)備及運(yùn)行過濾設(shè)備有多種,電廠水處理中常見的有機(jī)械過濾器和無閥濾池等。1.機(jī)械過濾器(1設(shè)備結(jié)構(gòu)。機(jī)械過濾器的結(jié)構(gòu)如圖13-3所示。 圖13-3 機(jī)械過濾器1放空氣管;2進(jìn)水漏斗;3縫式濾頭;4配水支管;5配水干管;6混凝土它的本體是一個圓柱形容器,內(nèi)部裝有:進(jìn)入裝置、濾層和排水裝置。外部設(shè)有必要的管道、閥門等。在進(jìn)、出口的兩根水管上裝有壓力表,兩表的壓力差就是過濾時的水頭損失(

43、運(yùn)行時的阻力。進(jìn)水裝置可以是漏頭形式或其他形式的,其主要作用是使進(jìn)水沿過濾器截面均勻分配。濾層由濾料組成,濾料的粒徑一般采用0.61.0毫米。濾層的厚度一般為1.11.2米。排水系統(tǒng)多采用支管縫隙式配水裝置。它的作用:一是使出水的匯集和反洗水的進(jìn)入,能沿著過濾器的截面均勻分布;一是阻止濾料被帶出。(2 設(shè)備運(yùn)行。過濾器在工作時,渾水經(jīng)進(jìn)水口流到進(jìn)水漏斗,然后流經(jīng)過濾層除掉渾水中的細(xì)小懸浮物而成為清水。此清水上排水系統(tǒng)送出。濾速為810米/時,或更大些。過濾器的運(yùn)行過程中,由于濾料不斷吸附渾水中的懸浮雜質(zhì),使運(yùn)行阻力逐漸增大。當(dāng)阻力增大到一定時,應(yīng)停止運(yùn)行,對濾料進(jìn)行反洗。反洗濾料時,先將過濾器

44、內(nèi)的水排放到濾層以上約10厘米處,用壓縮空氣吹洗3分鐘左右,然后將反洗清水和壓縮空氣從過濾器底部排水系統(tǒng)進(jìn)入,經(jīng)過濾層上升并沖動濾料使濾料浮動起來。此時濾料顆粒在水中游動并相互摩擦,這樣將濾粒表面所吸附的雜質(zhì)洗掉。在用清水和壓縮空氣混合反洗35分鐘后,停止壓縮空氣,僅用清水繼續(xù)反洗約2分鐘后停止反洗。洗掉的吸附雜質(zhì)隨水上升,經(jīng)上部進(jìn)水漏斗上底部排水門排入地溝。最后,用水正洗至合格投入運(yùn)行或備用。(3 雙層濾料。一般機(jī)械過濾器多用單層濾料,但單層濾料反洗后,在水流的作用下,濾料顆粒形成了“上細(xì)下粗”的排列。由于濾層上部的砂粒細(xì),砂粒之間孫隙小,所以吸附的懸浮物大多數(shù)集中在上面,致使濾層下部的濾料

45、不能充分發(fā)揮吸附作用。這樣就帶來了水流阻力增長快,運(yùn)行周期短的缺點。為了消除上述缺點,采用了雙層濾料的辦法。就是將濾層上部石英砂換一層顆粒較大的無煙煤,組成無煙煤-石英砂的雙層濾料的過濾器。由于無煙煤的比重比石英砂的小,所以反洗后無煙煤仍然保持在上層。上層無煙煤顆粒之間的孔隙較大,水中懸浮物除被無煙煤吸附外,還可以進(jìn)入下層石英砂濾層。這樣就充分發(fā)揮了濾料的截污能力,使水流阻力增長較慢,延長了運(yùn)行周期。2.無閥濾池(1 設(shè)備結(jié)構(gòu)。無閥濾池的結(jié)構(gòu)如圖13-4所示。這種過濾設(shè)備是用鋼筋水泥筑成的主體,由沖洗水箱、過濾室、集水室、進(jìn)水裝置以及沖洗用的虹吸裝置等組成。(2 設(shè)備運(yùn)行。無閥濾池運(yùn)行時,渾水

46、由進(jìn)水槽1進(jìn)入,經(jīng)過進(jìn)水管2流入過濾室4,然后通過濾層除掉渾水中懸浮雜質(zhì),成為清水匯集到下部集水室5,此清水再由連通管進(jìn)入上部沖洗水箱6,當(dāng)水箱圖13-4 無閥濾池1進(jìn)水槽;2進(jìn)水管;3檔板;4過濾室;5集水室;6沖洗水箱;7虹吸上升管;8虹吸下降管;9虹吸輔助管;10抽氣管; 11虹吸破壞管;12錐形擋板;13水封槽;14排水井;15排水管充滿水后,澄清的水便經(jīng)出水漏斗送出。隨著運(yùn)行時間的增長,濾層的阻力逐漸增大。虹吸上升管7中的水面也隨之升高,當(dāng)水面上升到虹吸輔助管9的管口時,水立即從此管中急劇下降。這時主虹吸管(包括虹吸上升管7和虹吸下降管8中的空氣,便通過抽氣管10抽走,管中產(chǎn)生負(fù)壓,

47、使虹吸上升管和下降管中的水面同時上升,當(dāng)兩管水面上升達(dá)到匯合時,便形成了虹吸作用。這時,沖洗水箱的水,便沿著與過濾時相反的方向從下而上的經(jīng)過濾層,形成自動反洗。這樣,沖洗水箱的水位便下降,當(dāng)水位降到虹吸破壞管11的管口以下時,空氣便進(jìn)入虹吸管內(nèi),虹吸作用遭到破壞,虹吸上升管的水位下降,反洗過程自動停止,過濾又重新開始。經(jīng)過機(jī)械過濾器或無閥濾池處理后的水,可以使出水中的懸浮物含量達(dá)到5毫克/升以下。第三章水的除鹽處理第一節(jié)離子交換樹脂水中能電離的雜質(zhì)可用離子交換法除掉,這種方法是用離子交換劑進(jìn)行的。離子交換劑包括天然沸石、人造鋁硅酸鈉、磺化煤和離子交換樹脂等四類,其中離子交換樹脂在水處理中應(yīng)用得

48、比較廣泛。因此,在討論離子交換法前,先對離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)做一些介紹。一、樹脂的結(jié)構(gòu)離子交換樹脂是一種不溶于水的高分子化合物,外觀上是一些直徑為0.31.2毫米的淡黃色或咖啡色的小球。微觀上是一種立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的骨架;骨架上聯(lián)結(jié)著交換基團(tuán),交換基團(tuán)中含有能解離的離子,圖13-5是一種離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)示意圖。下面簡單的介紹樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔隙和交換基團(tuán)。 圖13-5 H型離子交換樹脂結(jié)構(gòu)示意1.樹脂孔隙。樹脂內(nèi)部的網(wǎng)架形成樹脂中許多類似毛細(xì)孔狀的溝道,即樹脂的孔隙。實際上這些孔隙非常小,一般常用樹脂的孔隙直徑為2040埃(1埃=10-8厘米,而且同一顆粒內(nèi)的孔隙也是不均勻的。孔隙中充滿著水分

49、子,這些水分子也是樹脂孔隙的一個組成部分。水和交換基團(tuán)解離下來的離子組成濃度很高的溶液,離子交換作用就是在這樣溶液條件下進(jìn)行的。樹脂孔隙的大小,對離子交換運(yùn)動有很大影響,孔隙小不利于離子交換運(yùn)動,以致半徑大的離子不能進(jìn)入樹脂內(nèi),也就不能發(fā)生交換作用。樹脂網(wǎng)狀骨架部分不溶于水,在交換反應(yīng)時也是不變的,一般用英文樹脂的第一個字母R 來表示不變的這一部分。2.交換基團(tuán)。交換基團(tuán)是由能解離的陽離子(或陰離子和聯(lián)結(jié)在骨架上的陰離子(或陽離子組成。例如,磺酸基交換基團(tuán)+-H SO 3,季胺基交換基團(tuán)-+OH N(CH 33等,其中+H 或-OH 是能解離的并在反應(yīng)中發(fā)生交換的離子;-3SO 或+N(CH

50、3是聯(lián)結(jié)在骨架上的離子,即R -3SO 或R N(CH 3+,它們在反應(yīng)中是不變的。 在書寫某種離子交換樹脂時,一般只寫出樹脂骨架符號R 和交換基團(tuán)中能解離的離子本身符號,如RH 或ROH 等。二、 樹脂的分類離子交換樹脂的分類,一般按交換基團(tuán)能解離的離子種類分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。1.陽離子交換樹脂。交換基團(tuán)能解離的離子是陽離子的,叫做陽離子交換樹脂。在使用時通常是游離酸型即RH 型,而且各種RH 解離出H +能力的大小不同。所以,其中又分為強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂和弱酸性陽離子交換樹脂。2.陰離子交換樹脂。交換基團(tuán)能解離的離子是陰離子的,叫做陰離子交換樹脂。使用時通常是游離堿型即R

51、OH 型,而且各種ROH 解離出OH -能力的大小不同。所以,其中又分為強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂。3.此外,離子交換樹脂按其孔隙結(jié)構(gòu)上的差異,又有大孔型樹脂和凝膠型(或微孔型之分。目前生產(chǎn)一種孔隙直徑為2001000埃的樹脂,稱為大孔樹脂;而把一般孔徑在40埃以下的樹脂,稱為凝膠型樹脂。三、物理性質(zhì)離子交換樹脂的物理性質(zhì)很多,下面只介紹常見的幾種。1.粒度。樹脂顆粒的大小,對樹脂的交換速度、樹脂層中水流分布的均勻程度、水通過樹脂層的壓力降和反洗時樹脂的流失等,都有很大影響。樹脂顆粒大,離子交換速度小;顆粒小,水流阻力大,而且反洗時容易發(fā)生樹脂流失。因此,顆粒的大小應(yīng)適當(dāng),常用

52、的樹脂顆粒為2040目,國產(chǎn)離子交換樹脂的顆粒為1650目(粒徑為1.20.3毫米。2.比重。樹脂的比重對樹脂的用量計算和混合床使用樹脂的選擇很重要。樹脂比重的表示有以下幾種:(1 干真比重。干真比重就是樹脂在干燥狀態(tài)下其本身的比重。 干樹脂的體積干樹脂的重量干真比重= 此處所指的干樹脂的體積,既不包括顆粒與顆粒之間的空隙,也不包括樹脂本身的網(wǎng)架孔隙。測干樹脂體積時是將一定重量的干樹脂,浸入某種不使樹脂膨脹的液體(如甲苯中,測量其排出液體的體積,此體積即為該一定重量干樹脂的體積。干真比重一般為1.6左右。(2 濕真比重。濕真比重是樹脂在水中經(jīng)過充分膨脹后,樹脂顆粒的比重。濕樹脂的體積濕樹脂的重

53、量濕真比重= 這里的濕樹脂體積是指顆粒在濕狀態(tài)下的體積,包括顆粒中的網(wǎng)孔,但不包括顆粒與顆粒之間的空隙。濕真比重決定了樹脂在水中的沉降速度。因此,樹脂的濕真比重對樹脂的反洗強(qiáng)度和混床再生前樹脂的分層有很大影響。濕真比重一般為1.041.3左右。(3 濕視比重。濕視比重是指樹脂在水中充分膨脹時的堆積比重。 濕樹脂的堆積體積濕樹脂的重量濕視比重= 濕視比重用來計算交換器內(nèi)裝入一定體積樹脂時,所需濕樹脂的重量。濕視比重一般為0.60.85。3.溶脹性。樹脂的溶脹性是指樹脂由干態(tài)變?yōu)闈駪B(tài),或者由一種離子型轉(zhuǎn)換成為另一種離子型時,所發(fā)生的體積變化。前者稱為絕對溶脹,后者稱為體積溶脹。4.樹脂絕對溶脹度的

54、大小與合成樹脂用的二乙烯苯的數(shù)量有關(guān)。同一種樹脂如果浸入不同濃度的電解質(zhì)溶液中,其溶脹度也不同;溶液濃度小,其溶脹度大;溶液濃度大,其溶脹度就小。因此,當(dāng)把干樹脂開始濕潤時,不宜用純水浸泡,一般飽和和食鹽水浸泡,以防止樹脂因溶脹過大而碎裂。樹脂體積溶脹度的大小與可交換離子的水合離子半徑大小有關(guān),樹脂內(nèi)可交換離子的水合離子半徑越大,其溶脹度越大。由于樹脂轉(zhuǎn)型時其體積發(fā)生變化,所以轉(zhuǎn)型前后兩種樹脂的濕真比重也隨之發(fā)生變化。當(dāng)轉(zhuǎn)型后的樹脂體積增大時,其濕直比重減小;當(dāng)轉(zhuǎn)型后的樹脂體積縮小時,其濕真比重增大。這一性質(zhì)在混床樹脂分層時作用很大。由于樹脂轉(zhuǎn)型時發(fā)生體積變化,也能使樹脂在交換和再生過程中發(fā)生

55、多次脹、縮,致使樹脂顆粒破碎。從這種情況來看,應(yīng)盡量減少樹脂的再生次數(shù),延長使用時間。5.機(jī)械強(qiáng)度。樹脂的機(jī)械強(qiáng)度是指樹脂經(jīng)過球磨或溶脹后,裂球增加的百分?jǐn)?shù)。 機(jī)械強(qiáng)度好的樹脂,應(yīng)呈均勻的球形,沒有內(nèi)部裂紋,有良好的抗機(jī)械壓縮性以及很低的脆性,在失效和再生時具有足夠的抗裂能力。6.耐熱性。各種樹脂所能承受的溫度有一定的最高極限,超過這個限度樹脂就會發(fā)生迅速降解,交換容量降低,使用壽命減少。一般陽樹脂可耐100左右,陰樹脂中強(qiáng)堿性樹脂可耐60左右,弱堿性樹脂可耐80左右。此外,鹽型樹脂比氫型或氫氧型樹脂耐熱性好些。四、 化學(xué)性質(zhì)離子交換樹脂的化學(xué)性質(zhì)有:離子交換、催化、絡(luò)鹽形成等。其中用于電廠水

56、處理的,主要是利用它的離子交換性質(zhì)。所以,這里僅介紹離子交換反應(yīng)的可逆性、選擇性和表示交換能力大小的交換容量。1.離子交換反應(yīng)的可逆性。當(dāng)離子交換樹脂遇到水中的離子時,能發(fā)生離子交換反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果,樹脂的骨架不變,只是樹脂中交換基團(tuán)上能解離的離子與水中帶同種電荷的離子發(fā)生交換。例如,用8%左右的食鹽水,通過RH 樹脂后,出水中的H +濃度增加,Na+濃度減小。這說明食鹽水通過RH 樹脂時,樹脂中的H +進(jìn)入水中,食鹽水中的Na +交換到樹脂上。這一反應(yīng)為:RH+NaCl RNa+HCl 或RH+Na +RNa+H + 如果用4%左右的鹽酸通過已經(jīng)變成RNa 的樹脂后,出水中的Na +濃度增加,

57、H +濃度減小。說明樹脂中的Na +進(jìn)入水中,而鹽酸中的H +交換到樹脂上。這一反應(yīng)為:RNa+HCl RH+NaCl 或RNa+H +RH+Na + 對照兩個反應(yīng)我們知道:離子交換反應(yīng)是可逆的。這種可逆反應(yīng),可用可逆反應(yīng)式表示:RH+NaCl RNa+HCl 或RH+Na + RNa+H + 2.離子交換反應(yīng)的選擇性。這種選擇性是指樹脂對水中某種離子所顯示的優(yōu)先交換或吸著的性能。同種交換劑對水中不同離子選擇性的大小,與水中離子的水合半徑以及水中離子所帶電荷大小有關(guān);不同種的交換劑由于交換換團(tuán)不同,對同種離子選擇性大小也不一樣。下面介紹四種交換劑對離子選擇性的順序:(1 強(qiáng)酸性陽離子交換劑,對水中陽離子選擇順序:Fe 3+>Al 3+>Ca 2+>Mg 2+