熱力發(fā)電廠水處理幻燈片教學課件

1、江蘇特檢院常州分院 胡月新2007年3月熱力發(fā)電廠水處理2022/9/131緒 論第一節(jié) 水在熱力發(fā)電廠中的作用一、水在電力生產(chǎn)過程中的作用 1、傳遞能量的介質； 2、冷卻介質。二、火力發(fā)電廠的水汽循環(huán)系統(tǒng) 1、系統(tǒng) 2、汽水損失（1）鍋爐排汽、蒸汽吹灰、向空排汽；（2）汽機軸封排汽、除氧器排汽、抽氣器排汽；（3）各種水箱的溢流、蒸發(fā)；（4）管道、閥門泄漏；三、火力發(fā)電廠中不同名稱的水 1、原水（生水）未經(jīng)處理的水； 2、補給水補充汽水損失的水（原水經(jīng)各種方法、凈化處理的水）； 3、凝結水蒸汽凝結的水； 4、疏水蒸汽管道和用汽設備中凝結的水； 5、返回水（凝結水）供熱網(wǎng)中回收的水； 6、給水送

2、往鍋爐的水； 7、鍋爐水在鍋爐內循環(huán)的水； 8、冷卻水作為冷卻介質的水；2022/9/132圖0-1 凝汽式發(fā)電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)主要流程 2022/9/133第二節(jié) 熱力發(fā)電廠中水處理的重要性一、水汽品質不良的危害1、熱力設備結垢（1）鍋爐受熱面結垢 a.降低熱效率、增加燃料消耗； b.金屬超溫、強度降低、誘發(fā)爆管； c.沉積物下腐蝕。（2）凝汽器結垢 導致真空度下降，機器效率下降。2、熱力設備腐蝕（1）縮短設備的使用壽命；（2）腐蝕產(chǎn)物結垢；3、過熱器和汽輪機積鹽（1）排煙溫度上升，熱效率下降；（2）過熱器金屬管壁超溫，引起爆管；（3）增加蒸汽流通阻力，降低了汽輪機出力、效率；（4）汽輪機軸向

3、推力增加，容易損壞設備；緒 論2022/9/134二、火力發(fā)電廠水處理工作的內容1、補給水處理：（1）預處理、（2）除鹽處理2、給水處理：（1）加氨處理、（2）除氧處理3、爐水處理：（1）加磷處理、（2）排污4、凝結水處理：（1）除濁、（2）除鹽5、返回凝結水處理：（1）除油、（2）除鐵6、冷卻水處理：（1）防腐（殺生） （2）防垢（穩(wěn)定處理）7、熱力設備停用保護8、熱力設備檢查9、化學清洗10、水、汽質量監(jiān)督緒 論2022/9/135第一節(jié) 常用化學名詞概述一、溶液溶液一種物質分散在另一種物質中形成的均一的分散體系 叫溶液。二、溶液中溶質的含量1、質量分數(shù)2、用單位體積或單位質量溶液中含有溶

4、質質量表示含量（1）g/L 、mg/L 、 g/L （2） g/kg 、 g/kg 、 g/kg ppm： ppb：第一章 水質概述 2022/9/1363、物質的量 （mol） m質量，g； M摩爾質量，g/mol，其值相當于基本單元的相對粒子質量。4、物質的量的濃度（摩爾濃度） 1升溶液中所含溶質的物質的量 mol/L三、質量作用定律和化學平衡1、化學反應速度：單位時間內生成物或反應物的濃度變化2、影響化學反應速度的因素第一章 水質概述 2022/9/137 第一章 水質概述 五、水的電離、pH值 H2O為一個常數(shù) KSH水的離子積，此值隨溫度的增高而增大，在定溫下為常數(shù)。在22時， KS

5、H 1.000010-14。 在水溶液中： ，酸性溶液，pH7 ，中性溶液，pH=7 ，堿性溶液，pH7 當溫度一定時，任何溶液中 和 的乘積總保持一個定值，即等于該溫度時的KSH 。 2022/9/1310 第一章 水質概述 注意：在特別強的酸性溶液中，pH值可以0， 在特別強的堿性溶液中，pH值可以14， 在這種情況下，一般不用pH值表示，而是用物質的量的濃度來表示。六、濃度積 在難溶電解質的飽和溶液中，當溫度一定時，其離子濃度的乘積為一個常數(shù)。該常數(shù)稱為濃度積。 溶度積規(guī)則： 以離子濃度乘積的大小來說明沉淀生成還是溶液的規(guī)律，叫做溶度積規(guī)則。 2022/9/1311 第一章 水質概述 第

6、二節(jié) 天然水中的雜質一、懸浮物 d10-4mm，肉眼可見，不穩(wěn)定。二、膠體 d在10-410-6mm之間。有機膠體、無機膠體是許多分子或離子的集合體。特點：1、比表面積大，表面活性強； 2、帶有正電荷或負電荷； 3、在水中穩(wěn)定。三、溶解物質1、溶解性離子：Na+、Mg2+、Ca2+、HCO3-2、溶解性氣體：O2、CO23、分子：弱電物質第三節(jié) 水質指標 2022/9/1312 第一章 水質概述 五、有機物和耗氧量有機物的量近似用耗氧量來表示 （P35）第四節(jié) 天然水中幾種主要化合物一、碳酸化合物1、存在形式：4種CO2、H2CO3、HCO3-、CO32- 2022/9/1316第一章 水質概

7、述 2、四者之間的平衡 （25時，K1=4.4510-7） （25時，K2=4.6910-11）2022/9/1317第一章 水質概述 3、碳酸化合物存在形態(tài)與pH的關系 2022/9/1318第一章 水質概述 （1）當pH4.3時，水中只有游離CO2（以溶解氣體形式存在于水 中）；（2）當pH升高時，平衡右移CO2，HCO3-； 當pH=8.35時，98以上的碳酸化合物以HCO3-形態(tài)存在；（3）當pH8.3時，沒有CO2；（4）當pH再升高，CO2消失，HCO3-，CO32-。 當pH12時，幾乎全以CO32-形式存在。二、硅酸化合物 XSiO2YH2O當X=Y=1時，H2SiO3偏硅酸。

8、當X=1、Y=2時， H4SiO4正硅酸。當X1時，硅酸呈聚合態(tài)，多硅酸。三、鐵的化合物 形態(tài) 2022/9/1319第一章 水質概述 2、按硬度來分 (1/2Me2+) 長江水：1.03.0mmol/L長江水來源：雪山融化和降水聚集而成。 二、按水處理工藝學分類1、水中離子的假想結合水質圖Ca2+Mg2+Na+、K+HCO3-SO42-Cl-2022/9/1321第一章 水質概述 原則：（1）陽離子按Ca2+、Mg2+、Na+、K+的次序排列；（2）陰離子按HCO3-、SO42-、Cl-次序排列；（3）各離子所占空格的大小，按其單電荷摩爾濃度決定。2、分類堿性水 A（堿度）H（硬度） Ca2

9、+Mg2+Na+、K+HCO3-SO42-Cl-2022/9/1322第一章 水質概述 Ca2+Mg2+Na+、K+HCO3-SO42-Cl- 非堿性水（負硬水） AH鈣硬水 鎂硬水Ca2+Mg2+Na+、K+HCO3-SO42-Cl-2022/9/1323第二章 水的沉淀處理 目的：（包括第三章）去除水中懸浮物和膠體。第一節(jié) 膠體化學基礎一、膠體的穩(wěn)定性 促使水中膠體具有聚集穩(wěn)定性的原因：（1）同種膠體微粒帶有相同電荷、相互排斥；（2）膠體微粒的表面被水分子包圍，阻礙了膠體顆粒間的接觸；（3）膠體表面吸附有某些促使膠體穩(wěn)定的物質。二、膠體的親水性與憎水性2022/9/1324第二章 水的沉淀

10、處理 二、膠體的親水性與憎水性圖2-1 膠團的結構 2022/9/1325第二章 水的沉淀處理 三、膠體的雙電層結構四、膠體的電位0膠核表面處的電位（熱力學電位）；d吸附層與擴散層分界處的電位；滑動界面處的電位（電動電位）。對于天然淡水來說，因水中電解質很少，可以認為和d兩種電位大致相等。2022/9/1326第二章 水的沉淀處理 五、膠體顆粒中的作用力 在溶液中，兩個電荷符號相同的膠體之間存在著：同性電荷間的靜電斥力；分子間的范德華引力。六、膠體的脫穩(wěn) 1、壓縮雙電層 在水溶液中投加某種電解質，當加藥量達到一定數(shù)量時，會發(fā)生膠體聚集現(xiàn)象（助凝劑）。 2、吸附與電中和 向水中加帶相反電荷的膠體

11、，使之與原膠體發(fā)生電中和（混凝劑）。 3、網(wǎng)捕作用 4、吸附與架橋2022/9/1327第二章 水的沉淀處理 第二節(jié) 水的混凝處理一、混凝原理 混凝：向水中投入混凝劑，使之與雜質產(chǎn)生混合現(xiàn)象凝聚過程，變?yōu)榇箢w粒下沉。1、混凝過程以Al2(SO4)3為例（1）混凝劑水觸以上整個過程大約在30秒內就完成了。（2）水中雜質膠體與Al(OH)3膠體相互吸引，中和，生成粗大顆粒下降。2022/9/1328第二章 水的沉淀處理 2、混凝作用（1）吸附與架橋作用；（2）中和作用；（3）表面接觸作用；（4）網(wǎng)捕作用。二、影響混凝效果的因素（一）水的pH值（加藥后）1、對Al(OH)3溶解度的影響Al(OH)3

12、的溶解度越大，混凝效果越差（膠體越少）。當pH5.5時，使Al(OH)3溶解度增加，效果下降。當pH7.5時，使Al(OH)3溶解度增加，效果下降。2022/9/1329第二章 水的沉淀處理 當pH9時，使Al(OH)3溶解度增加，效果下降。因此：最優(yōu)pH值為5.57.5。2、對膠粒電荷的影響 Al(OH)3膠粒：pH在58時，帶正電荷 pH5時，帶負電荷（因吸附SO42-） pH8時，幾乎不帶電荷（以中性氫氧化物形態(tài)存在，最易沉淀下來）。3、對有機物的影響 pH高時，有機物生成腐植酸鹽，不易去除，有利的pH在6.06.5之間（鋁鹽）。4、對凝聚速度的影響 膠體內外的電位差越小，越易沉降，pH

13、為6.58之間最快。 綜上所述，對于鉛鹽作混凝劑，其最優(yōu)pH為6.58之間。 2022/9/1330第二章 水的沉淀處理 （二）混凝劑的用量 加 Al2(SO4)318H2O 1050mg/L 對于懸浮物少的原水，并非加混凝劑用量越多越好，因為混凝劑加入同時自身也是一種雜質。（三）水溫 鋁鹽：最好2530，低于5，效果較差。 鐵鹽：溫度影響較小。（四）混和速度 要求：形成時快，長大時慢（即宜先快后慢）利用水解防止礬花分解，便于長大2022/9/1331第二章 水的沉淀處理 （五）水中雜質 1、反離子濃度高，不利于Al(OH)3的形成； 2、有機物太多，也不利于Al(OH)3的形成。（六）接觸介

14、質 在水中保持一定數(shù)量的泥渣，可以加快沉淀。（七）接觸時間 從混凝劑加入到泥渣與水的分離需要經(jīng)過一系列物理、化學過程，這些過程需要一定時間才能完成。一般為12h。三、常用混凝劑 1、鋁鹽 Al(SO4)318H2O工業(yè)硫酸鋁 KAl(SO4)224H2O明礬 NaAlO2偏鋁酸鈉 2、無機高分子凝聚劑聚合鋁和聚合鐵 聚合鋁（PAC） 聚合鋁（PAC），Aln(OH)mCl3n-m m10，1n5（1）指標2022/9/1332第二章 水的沉淀處理 含量 當B30%時，混凝劑全部由小分子構成，混凝能力低。 B，膠體增大，混凝能力上升。B太大，溶液不穩(wěn)定，易生成沉淀。（2）聚合鋁混凝劑的優(yōu)點 適應

15、范圍廣，濁度高、低，有色溶液效果都較好； 用量少，810mg/L； 操作容易；a. 最優(yōu)pH易控制（產(chǎn)品pH值高，約為5）； b. 低溫效果穩(wěn)定。 形成凝絮速度快； 加藥量過量不會引起水質變化。堿化度：2022/9/13333、鐵鹽 綠礬聚合硫酸鐵（PFS）具有鐵鹽特點；也具備聚合鋁的特點。鐵鹽處理的特點：（1）生成凝絮比重大，易沉降；（2）受溫度影響??；（3）pH6.5時，鐵與腐植酸生成不易沉降的有色化合物，所以不適用 于處理含有機物水的混凝劑；（4）適應的pH比較寬（pH在410）。4、鐵鋁鹽 采用鐵鋁鹽作混合處理，如和以1:1的比例加入。優(yōu)點：凝絮均勻，沉淀完全。5、有機高分子絮凝劑第二

16、章 水的沉淀處理2022/9/1334第二章 水的沉淀處理 四、經(jīng)過混凝處理后的水質變化1、減少部分（1）懸浮物 （2）有機物 （3）膠體硅 （4）減少了重碳酸鹽堿度2、增加部分（1）或 （2）CO2 （3）HF （4）溶解固形物第三節(jié) 水的沉淀軟化一、沉淀軟化處理1、沉淀軟化 把天然水中的鈣、鎂離子轉變成難溶于水的化合物，使其沉淀出來，以降低水硬度的過程，稱為水的沉淀軟化。2、方法 熱力軟化法：將水加熱到100或100以上煮沸，使鈣、鎂轉變成CaCO3、Mg(OH)2而沉淀。 化學軟化法：在水中加化學藥品，促使鈣、鎂離子轉變成難溶化合物而沉淀。2022/9/1335第二章 水的沉淀處理 第四

17、節(jié) 沉降原理自然沉降：單個顆粒在水中只受重力和阻力的影響。擁擠沉降：絮凝沉降、層狀沉降、壓縮沉降第五節(jié) 沉淀處理設備一、平流式沉淀池（臥式沉淀池）圖2-2 平流式沉淀池 2022/9/1336第二章 水的沉淀處理 圖2-3 斜管式沉淀池 二、斜管和斜板式沉淀池2022/9/1337第二章 水的沉淀處理 三、泥渣懸浮式澄清池四、泥渣循環(huán)式澄清池五、澄清池的運行與監(jiān)督監(jiān)督：出水水質 澄清池各部位的運行變化監(jiān)測項目：出水濁度20mg/L； 溫度； 進水水質（濁度）； 泥渣的濃度（用量筒測）； 回流比； 泥渣層的高度。2022/9/1338第三章 水的過濾處理 第一節(jié) 水的過濾過程一、過濾原理 在過濾

18、器內堆放粒狀濾料，將渾水通過濾層，將水中的懸浮物截留下來。 原理包括兩個過程：（1）輸送細小懸浮顆粒被“輸送”到濾料顆粒表面；（2）附著在物理、化學、界面化學的作用下被濾料截留下來。2022/9/1339第三章 水的過濾處理 二、過濾過程中的水頭損失 水頭損失水流通過過濾層的壓力降。1、影響水頭損失的因素 溫度 當溫度升高時，水的粘度減小，水頭損失下降。 濾速 水頭損失與濾速成正比。 濾料顆粒粒徑 隨著濾料顆粒粒徑的減小，水頭損失急劇增大。 濾層污染程度 隨著濾層中污物的積累，濾層中水流流通縮小，水頭損失便增大。2、水頭損失的控制 如果濾池進出口的壓差保持不變，則濾池工作過程中濾速會逐漸減小，

19、出力也漸漸降低。 如果保證出水量恒定，則必須隨著濾層污染程度的加深，不斷調節(jié)閥門的開度，或用其他增大進水壓力的辦法以增大壓差。當濾池運行到水頭損失達到一定數(shù)值時，就應停用，進行沖洗。3、濾層中負壓的形成2022/9/1340第三章 水的過濾處理 三、濾料1、對濾料的要求：（1）化學性質穩(wěn)定；（2）機械強度高；（3）粒度適當；（4）價廉，取材方便。2、濾料的顆粒度指標（1）粒徑顆粒的直徑 平均粒徑（d50）：有50的濾料粒能通過篩孔的孔徑（mm）。 有效粒徑（d10）：有10的濾料粒能通過篩孔的孔徑（mm）。 粒徑過大，細小的懸浮物會穿過濾層，反洗時不易松動，濾層易結塊，出水水質不高。 粒徑過小

20、，則水流阻力大，過濾周期短，反洗時水耗大。2022/9/1341第三章 水的過濾處理 （2）不均勻系數(shù)：（KB） 濾料顆粒不均勻易導致：反洗困難；過濾情況易惡化。 石英砂：d100.35mm，KB2 無煙煤：d100.6mm，KB3（3）濾料顆粒度的測算 取1001000g濾料； 分樣篩，篩分稱重； 作粒徑分布圖； 從圖中查d10、d50、d80，計算KB。四、過濾工藝1、過濾運行 一個周期分三個步驟：反洗、正洗、過濾（運行）2、過濾效果 過濾效果的評價： 出水水質中殘留懸浮物的多少； 濾層的截污能力（泥渣容量）每立方米濾料所能除去泥渣的質量。2022/9/1342第三章 水的過濾處理 3、濾

21、速在過濾經(jīng)過混凝和澄清處理過的水時，濾速一般為1012m/h。4、反洗強度最適宜的反洗強度應通過實驗求得。一般而論：石英砂：1518L/(sm2) 無煙煤：1012 L/(sm2)反洗時濾層膨脹率：2550反洗時間：58min五、濾池的維護當濾層中有不易被水沖洗干凈的污物時，應采用化學洗清的措施消除這些污物。第二節(jié) 過濾器一、普通過濾器1、結構內置裝備：進水裝置 配水系統(tǒng) 進壓縮空氣的裝置外部裝備：管道 閥門 儀表（1）進水裝置（2）配水系數(shù)2022/9/1343第三章 水的過濾處理 2、運行普通過濾器：運行流速810m/h；裝載濾料顆粒（石英砂）粒徑一般為0.51.2mm，濾層高0.7mm；

22、容許壓力降約為49KPa。二、雙流式過濾器三、多層濾料過濾器2022/9/1344 圖3-7 普通過濾器 2022/9/1345第三章 水的過濾處理 第三節(jié) 濾池原理：與過濾器相同。一、無閥濾池 1、過濾效果：進水懸浮物不大于100mg/L時，出水的懸浮物量5mg/L。 2、優(yōu)缺點 優(yōu)點：結構簡單，造價低廉，運行管理方便； 缺點：虹吸管必須很高，單個濾池不宜過大，裝鋪濾料和更換濾料工作比較困難。二、單閥和雙閥濾池三、虹吸濾池2022/9/1346 圖3-2 重力式無閥濾池2022/9/1347第三章 水的過濾處理 第四節(jié) 其他過濾方式一、混凝過濾 原水懸浮物含量不是很高的水直接經(jīng)過濾后再降鹽處

23、理后所得的除鹽水往往在含硅量方面不能滿足高溫高壓鍋爐的要求。若原水先進行了混凝處理，其除鹽水的含硅量進可以降得更低。這樣的水就可以采用混凝過濾。二、變孔徑過濾三、纖維過濾 1、結構2022/9/1348 圖3-3 纖維過濾器2022/9/1349第三章 水的過濾處理 2、運行（1）失效和膠囊排水；（2）下向洗；（3）上向洗；（4）排氣；（5）膠囊充氣；（6）投運。四、吸附過濾 常用的吸附劑：活性炭、硅膠、活性鋁、硅藻土等。1、活性炭的作用： 吸附水中某些有機化合物； 除去水中游離氯。新生態(tài)氧 2022/9/1350第三章 水的過濾處理 2、活性炭的再生方法用蒸汽吹洗；高溫焙燒，使吸附的有機物分

24、解與揮發(fā)；用適當?shù)娜芤喊盐降碾s質解吸下來；用有機溶劑萃取。2022/9/1351第四章 離子交換的基本知識 第一節(jié) 離子交換劑的結構一、離子交換劑概述 1、定義：含有可交換離子，具有離子交換能力的物質。 2、離子交換劑的種類2022/9/1352第四章 離子交換的基本知識 二、離子交換樹脂的結構 1、苯乙烯系離子交換樹脂2022/9/1353第四章 離子交換的基本知識 交聯(lián)度（DVB）聚合時所用二乙烯苯的質量占苯乙烯和二乙烯苯總質量的百分率。交聯(lián)度，樹脂的機械強度，密度。濃H2SO4處理強酸陽樹脂 R-SO3H用叔胺處理得季胺型強堿陰樹脂用仲胺處理得叔胺型弱堿陰樹脂用伯胺處理得仲胺型弱堿陰樹

25、脂2、丙烯酸系由丙烯酸和甲基丙烯酸與二乙烯苯共聚，直接生成RCOOH弱酸陽樹脂。2022/9/1354第四章 離子交換的基本知識 三、離子交換樹脂的分類1、按單體來分 2、按活性基因分 3、按孔型分 凝膠型樹脂的特點： 1、溶脹性好，溶脹時，孔達2040 ，失水時，體積縮小； 2、強度差，抗氧化性差； 3、易受有機物污染。大孔型樹脂的的特點： 1、孔大，在干、濕態(tài)時都存在，且孔徑在2001000 ； 2、強度大，抗氧化性能好（交聯(lián)度大，DVB1620）； 3、防有機物污染； 4、孔大，交換容量低； 5、再生時酸、堿消耗較多。2022/9/1355第四章 離子交換的基本知識 均孔型樹脂的特點：1

26、、孔徑幾百 左右；2、防止有機物中毒。第二節(jié) 離子交換樹脂的命名1、全名稱組成部分 有機合成離子交換樹脂的全名稱，由分類名稱（凝膠、大孔、均孔）、骨架名稱（苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、環(huán)氧系）、基本名稱（離子交換樹脂）組成。2、命名原則 酸性在基本名稱前加“陽”； 堿性在基本名稱前加“陰”； 按有機合成離子交換樹脂的活性基因性質，分為強酸性、弱酸性、強堿性、弱堿性、螯合性等，分別在基本名稱前冠以“強酸”、“弱酸”、“強堿”、“弱堿”、“螯合”等。2022/9/1356第四章 離子交換的基本知識 3、型號 以三位阿拉伯數(shù)字表示?？仔停耗z型空 大孔型D 均孔型J第一位數(shù)字活性基團代號2022/9

27、/1357第四章 離子交換的基本知識代號0123456活性基團強酸性 弱酸性強堿性 弱堿性 螯合性 兩性 氧化還原性 第一位數(shù)字活性基團代號第二位數(shù)字骨架代號代號01234骨架類別苯乙烯系丙烯酸系酚醛系環(huán)氧系乙烯吡啶系4、舉例0017凝膠型苯乙烯系強酸陽離子交換樹脂，交聯(lián)度為7。 D311大孔型丙烯酸系弱堿性陰離子交換樹脂。 D201大孔型苯乙烯強堿性陰離子交換樹脂。 111凝膠型丙烯酸弱酸性陽離子交換樹脂。 D301大孔型苯乙烯系弱堿性陰離子交換樹脂。2022/9/1358第四章 離子交換的基本知識 第三節(jié) 離子交換原理 將離子交換樹脂看作具有膠體型結構的物質?！半x子交換”就是樹脂中原有反離

28、子和溶液中它種反離子相互交換位置?！半x子交換過程”擴散 穿透 交換 穿透 擴散圖4-1 離子交換樹脂的雙電層結構 2022/9/1359第四章 離子交換的基本知識 當離子交換劑遇到含有電解質的水溶液時，電解質對其雙電層有以下幾種作用：1、交換作用 首先擴散層中的反離子與溶液中的其他反離子進行交換（主要方面），其次再與固定層中的反離子互換位置（難交換，因其能量較?。?、壓縮作用 當溶液中鹽類濃度增大時，可使擴散層壓縮而不利于交換。這說明了為什么當再生溶液的濃度太大時，不僅不能提高再生效果，有時反使再生效果降低。第四節(jié) 離子交換樹脂的性能一、物理性能1、外觀顏色 苯乙烯系均呈黃色，其他也有黑、棕

29、、棕黑色等。形狀 一般均呈球狀，圓球率越大越好。2022/9/1360第四章 離子交換的基本知識 2、粒度 用于水處理的樹脂顆粒粒徑一般為0.31.2mm。3、密度（1）干真密度方法：則： 2022/9/1361第四章 離子交換的基本知識 （2）濕真密度方法：則： 一般為：1.041.3，且陽陰。 注意：反洗時水流速度與濕真密度有關，一般要求濕真密度大； 如為混床，要求陰陽樹脂濕真密度差大，有利于分層。（3）濕視密度 用途：計算樹脂的裝載量。一般為0.600.85，且陽陰。2022/9/1362第四章 離子交換的基本知識 4、含水率指它在潮濕空氣中所保持的水量。 含水率愈大，表示它的孔隙率愈大

30、，交聯(lián)度愈小。5、溶脹性（1）影響溶脹率大小的因素溶劑、交聯(lián)度、活性基因、交換容量、溶液濃度、可交換離子的本質6、耐磨性 指在規(guī)定條件下，研磨后的樹脂，篩分出粒度合格樹脂的百分數(shù)。7、耐熱性 陽樹脂100120 強陰60左右 弱陰80以上二、化學性能1、離子交換反應的可逆性2022/9/1363第四章 離子交換的基本知識 2、酸、堿性3、中和與水解中和：水解：4、離子交換樹脂的選擇性 同一種離子交換樹脂對于水中各種離子的吸著交換能力不同，有些離子易被吸著，不易被置換，有些離子則相反。陽樹脂的選擇規(guī)律：2022/9/1364第四章 離子交換的基本知識 帶電荷越高，越易吸著，F(xiàn)e3+Ca2+Na+

31、帶電荷相同，原子序數(shù)越大，越易吸著，K+Na+Li+ RH（強）：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+H+ RwH（弱）：H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+ ROH（強）：SO42-NO3-Cl-OH-HCO3-HSiO3- ROH（弱）：OH-SO42-NO3-Cl-HCO3-，對HSiO3-基本不吸附。 意義：選擇再生劑。 注意：使用弱酸性陽樹脂，那么水中必須有一定的堿度，必須放在強酸性陽樹脂前面。 樹脂選擇性的啟示： 弱酸陽樹脂，只能吸著與堿度相對應的硬度離子，只適用于高堿度，高硬度水； 強堿陰樹脂只有在酸性條件下才能吸著弱酸根； 弱堿陰樹脂不能吸著弱酸

32、根； 弱酸（弱堿）樹脂可用強酸（強堿）樹脂的再生廢液來再生。5、交換容量樹脂中可交換離子的量 單位：mmol/g單位質量離子交換樹脂的吸著能力； mol/m3單位體積離子交換樹脂的吸著能力。2022/9/1365第四章 離子交換的基本知識 全交換容量（Q）指樹脂中所有活性基團的總量。工作交換容量（QG）指交換劑在工作情況下的有效交換容量影響工作交換容量的因素：進水中離子的濃度，交換終點的控制指標，樹脂層高度、水流速度等。2022/9/1366第四章 離子交換的基本知識 例：某臺鈉離子交換器裝入0017樹脂1m3，測得原水硬度為2.52，軟水平均殘余硬度為0.02，周期制水量為400m3，求工作

33、交換容量？解:第五節(jié) 離子交換平衡1、離子交換方程式：2022/9/1367第四章 離子交換的基本知識 2、離子交換平衡的移動 在平衡的樹脂溶液體系中，加入HCl，H+，平衡逆向移動，RH，RNa，樹脂得到再生。制水時：（1）H+低，其他陽離子濃度高，pH7，H+=10-7mol/L=0.1mol/L其他離子濃度；（2） 、 、 1。 第六節(jié) 離子交換速度一、各種吸著離子在交換劑層中的分布規(guī)律 1、各種形態(tài)的樹脂按其相應離子被交換劑吸著能力的大?。ㄟx擇性系數(shù)大?。┳陨隙乱来畏植?； 2、離子選擇性系數(shù)相差較大，交換劑層中分界越明顯。相反，就不明顯。2022/9/1368第四章 離子交換的基本知

34、識 第六節(jié) 離子交換速度一、各種吸著離子在交換劑層中的分布規(guī)律 1、各種形態(tài)的樹脂按其相應離子被交換劑吸著能力的大小（選擇性系數(shù)大?。┳陨隙乱来畏植?； 2、離子選擇性系數(shù)相差較大，交換劑層中分界越明顯。相反，就不明顯。二、影響離子交換的主要因素 1、樹脂的交換基團及交換劑形態(tài)； 2、樹脂的交聯(lián)度大，交換速度慢； 3、樹脂顆粒大，交換速度慢，交換容量低；樹脂顆粒小，交換速度快，交換容量高，水流阻力大，反洗困難； 4、進水中離子濃度大，交換速度快，交換劑利用率高，但出水質量差； 5、水溫高，交換速度快，樹脂穩(wěn)定性下降； 6、水流速度快，交換速度快，但水質下降； 7、離子水合半徑大，則反應慢。 2

35、022/9/1369第五章 水的陽離子交換處理 按離子交換運行方式的不同，離子交換裝置可分為下面幾種類型： 2022/9/1370第五章 水的陽離子交換處理 第一節(jié) 固定床離子交換的原理 圖5-1 離子交換器的工作情況 2022/9/1371第五章 水的陽離子交換處理 一、水流經(jīng)樹脂時，樹脂的形態(tài)變化1、三個區(qū)域2、二個階段 先形成一個工作區(qū)； 工作區(qū)逐漸往下移動。 二、出水水質的變化 ABDE面積最大的工作交換容量 ABCDE面積平衡交換容量 由此可得出：當增加離子交換劑層高度時，全部離子交換劑交換能力的平均利用率會提高。但交換劑層過高會使水通過交換劑層的壓降太大，給運行帶來困難。2022/

36、9/1372第五章 水的陽離子交換處理 三、保護層 影響保護層厚度的因素很多，如： 1、水通過離子交換劑層的速度愈大，保護層愈厚； 2、進水中要除去的離子濃度和其在交換后水中殘留濃度的比值愈大，保護層愈厚； 3、離子交換劑顆粒愈大，保護層愈厚； 4、交換劑的孔隙率和溫度等因素有關。圖5-2 出水水質的變化2022/9/1373第五章 水的陽離子交換處理 第二節(jié) 離子交換軟化和除堿一、軟化 1、目的 除去Ca2+、Mg2+，即降低硬度。 2、方法 交換：2RNaCa2+(Mg2+) R2Ca(Mg)2Na+ 再生：R2Ca(Mg)2NaCl 2RNaCaCl2(MgCl2) 鹽耗：恢復交換劑1m

37、ol（1/2Me2+）的交換能力所消耗再生劑的質量若H出很小時，則 式中：G再生一次所用的NaCl的量，g； Q周期制水量，m3； H進原水的硬度， 2022/9/1374第五章 水的陽離子交換處理 比耗：用實際鹽耗和理論值的比值來表示。 58.5NaCl的摩爾質量（離子交換是按等物質的量進行的）。二、軟化和除堿在軟化的同時降低堿度 方法：軟化水酸（H2SO4） HNa交換1、加酸 2NaHCO3H2SO4 Na2SO42CO22H2O 產(chǎn)生的CO2通過除碳器除去； 為了保證出水pH值，一般使處理過后的水保持殘留堿度，0.30.5mmol/L； 加酸增加了水中的溶解固形物。2、HNa交換 并聯(lián)

38、2022/9/1375第五章 水的陽離子交換處理 圖5-3 并聯(lián)H-Na離子交換 水經(jīng)RH：2022/9/1376第五章 水的陽離子交換處理 水經(jīng)RNa：圖5-4 串聯(lián)H-Na離子交換2022/9/1377 圖5-6 鼓風除碳器結構示意 3、除碳2022/9/1378 第三節(jié) 固定床離子交換圖5-7 離子交換器的結構 2022/9/1379第五章 水的陽離子交換處理 一、順流式離子交換器1、結構（1）外部管路系統(tǒng)（2）內部裝置： 進水裝置：多孔管式、擋板式、漏斗式； 出水裝置：多孔板上擰排水帽、穹形多孔板加石英砂墊層； 進再生液裝置：輻射型、圓環(huán)形、支管型。2、運行（1）反洗：（控制流速） 目

39、的：清除懸浮物； 松動交換劑層。 時間：一般需1015min。（2）再生：流向：自上而下； 再生劑用量：理論量的23倍； 再生液濃度：HCl：510； 再生液流速：48m/h； 再生液溫度：3040； 再生劑純度：影響出水水質。2022/9/1380第五章 水的陽離子交換處理 （3）正洗 開始流速35m/h，15min左右，再增大流速至610m/h，洗至出水合格。（4）制水（交換） 流速：2030m/h3、優(yōu)缺點：結構簡單，易操作； 對進水懸浮物要求不高； 再生效果低，出水水質差。二、逆流式離子交換器 1、結構 壓脂層：中排上面1520mm的樹脂（白球）； 壓脂層作用：起過濾作用。2022/9

40、/1381 圖5-8 逆流再生離子交換器的結構 2、運行（1）小反洗（中進上出） 目的：清洗壓脂層上的懸浮物。 流速：10m/h左右。 時間：15min。（2）放水（中出） 打開中排放水。（3）頂壓（上進中出） 上面壓氣或壓水，中排放水。 氣頂：3050KPa壓縮空氣。 水頂：再生液流量的11.5倍。4）再生：（下進中出） 再生流速：47m/h，30min以上。 再生液的濃度：HCl：45 NaOH：23 NaCl：8左右 再生液的用量：理論量的1.11.5倍。2022/9/1382第五章 水的陽離子交換處理 （5）逆流沖洗（下進中出） 關閉進再生液閥門，保持原來流量及狀態(tài)，用質量較好的逆洗水

41、沖洗，3040min。（6）小正洗（上進中出） 1015min（7）正洗（上進下出） 至出水合格后投入運行。（8）制水（9）不定期大反洗 經(jīng)過1020個周期后進行一次，主要依據(jù)進出水的壓力降來確定。應注意：可先小反洗； 控制流量； 大反洗后再生劑的用量應加倍。3、逆流再生 習慣上把運行時水流自上而下、再生時再生液由下而上的再生方式稱為逆流再生。2022/9/1383第五章 水的陽離子交換處理 4、逆流再生的優(yōu)缺點優(yōu)點：再生劑利用率高，再生效果好； 出水水質好； 比耗低，廢液排放比順流少； 交換容量利用率高。缺點：結構復雜，工藝要求高； 進水水質要求高，進水濁度變化對它影響大。5、逆流再生工藝操

42、作注意事項（1）壓脂層厚度和頂壓氣（水）要符合要求；（2）逆流再生后，逆流沖洗水必須好；（3）中排要進行必要的加固；（4）對再生劑純度要求較高；（5）要防止氣泡混入交換劑層。2022/9/1384第五章 水的陽離子交換處理 三、浮動床式 成床：當自下而上的水流速度大到一定程度時，可以將樹脂像活塞一樣上移，即稱成床，此時，床層仍然保持著密實狀態(tài)。落床：當床層失效后，利用排水的辦法或停止 進水的辦法使床層下落。 浮動床和逆流再生固定床在運行和再生時液流方向恰好相反。1、浮動床的優(yōu)缺點： 出水水質好，再生劑比耗低； 運行流速高，水流阻力?。?操作方便，設備投資??； 樹脂需要在體外清洗。2022/9/

43、1385第六章 水的離子交換除鹽 第一節(jié) 陰離子交換樹脂的工藝性能一、強堿性陰樹脂的工藝性能1、強堿陰樹脂（1）與水中陰離子發(fā)生交換反應： HCl、H2SO4、H2CO3、H2SiO3、Na+ ROHHClRClH2O ROHH2SO4RHSO4H2O 2ROHH2SO4R2SO42H2O ROHH2CO3RHCO3H2O ROHH2SiO3RHSiO3H2O2022/9/1386第六章 水的離子交換除鹽 （2）樹脂層中出水質的變化 ROH對水中陰離子的選擇性 SO42-NO3-Cl-OH-F-HCO3-HSiO3- 最先漏出的是HSiO3-，故以出水中硅含量變化來判斷陰床是否失效。2、除硅性

44、能（1）對進水水質要求 進水中陽離子僅以H+存在最好，此時HSiO3-以H2SiO3存在有利于交換，如有漏Na+，則以NaHSiO3存在，則不能與ROH交換（對交換有抑制作用）。（2）水中HCO3-量少，可促使ROH與水中HSiO3-反應除碳器應放在陰床前（3）再生劑條件： 必須是強堿； 過量； 提高再生溫度（型3550,型353）； 濃度先濃后?。?增加接觸時間，順流再生60min，逆流再生40min； 純度純度高，工作交換容量。2022/9/1387第六章 水的離子交換除鹽二、弱堿性陰樹脂的工藝性能適用水質：進水中強酸陰離子含量比較高； 若進水中有有機物，則弱堿陰樹脂有除去作用。選擇性：O

45、H-SO42-NO3-Cl-HCO3-1、與水中離子的交換反應（1）只能與強酸陰離子起交換作用 HCO3-很弱，不能與HSiO3-反應。（2）只能在酸性條件下進行，所以只能放在陽床后面 R-NH3OHHClR-NH3ClH2O 2R-NH3OHH2SO4(R-NH3)2SO4+2H2O（3）不能與中性鹽起反應2、出水水質 正常出水水質為微堿度。 因為陽床有少量漏Na+，且除碳器工作后剩余CO2約為5mg/L，兩者形成NaHCO3，不能與RwOH進行交換。2022/9/1388第六章 水的離子交換除鹽 3、特點：（1）再生容易； 再生劑：NaOH、NaHCO3、Na2CO3、NH3H2O（2）若

46、為D-RwOH樹脂，其抗有機物污染能力強；（3）有很高的交換容量。第二節(jié) 一級復床除鹽一、組成 設計原則：1、陽床放置在除鹽系統(tǒng)的前部 原因：RH比ROH交換容量高；進水中的礬花可利用RH除掉。2、陰床放在陽床后面 原因： 陰床出水有OH-，與Mg2+、Ca2+結合成難溶于水的Mg(OH)2、Ca(OH)2覆蓋在樹脂上，不利與交換； 陽床出水中H+與HCO3-結合，有利于陰床與其他陰離子交換。 2022/9/1389第六章 水的離子交換除鹽 圖6-1 一級復床除鹽系統(tǒng) 3、除碳器放在強堿陰床前面原因：避免CO2進入陰床，影響交換； 可除去HCO3-，減輕對陰床的交換壓力，且HCO3-與HSiO

47、3-的吸附力相當，先除去HCO3-，有利于ROH與HSiO3-的交換。2022/9/1390第六章 水的離子交換除鹽CO2H+SO42-Cl- D：陽床反應C：H+SO42-Cl-2022/9/1391第六章 水的離子交換除鹽Ca2+Mg2+Na+K+HCO3-SO42-Cl- 二、原理進水：A：陽床反應B：H+HCO3-SO42-Cl-2022/9/1392第六章 水的離子交換除鹽 三、運行1、RH圖6-2 強酸性H型交換器出水水質變化情況 終點控制：通過測定出水Na+含量確定。2、除碳器： CO25mg/L。3、ROH 終點控制：通過測定出水中硅含量確定。 2022/9/1393第六章 水

48、的離子交換除鹽 圖6-3 強堿性OH型交換器出水水質變化情況 2022/9/1394第六章 水的離子交換除鹽 圖6-4四、進行監(jiān)督 1、陽床進水：濁度：下向流5mg/L，上向流2mg/L； CODMn1mg/L； Fe0.3mg/L； 活性Cl2：C0.1mg/L(Cl2)。出水：Na+； PH； 電導率； 示差電導法，DD(DD)1很小 說明在(DD)1出水點已失效。 2、陰床 出水：SiO2 電導 注意：單元制一級復床系統(tǒng)，陰床交換容量比陽床高10%，陽床失效，兩床同時再生。2022/9/1395第六章 水的離子交換除鹽 五、計算： 1、周期制水量Q Q周期制水量，t； JD進水堿度，mmol/L； SD出水酸度，mmol/L； V樹脂的裝載體積，m3； E樹脂的工作交換容量，mol/m3 2、酸耗b（g/mol） m再生劑的用量，kg； p再生劑的百分濃度。， ， 若再生劑的用量以體積為單位，則等于m/d，d為其密度。3、酸的比耗 再生劑為HCl，則 2022/9/1396第六章 水的離子交換除鹽 4、堿耗5、堿的比耗 NaOH： 6、舉例2022/9/1397第六章 水的離子交換除鹽 第三節(jié) 混合床除鹽 單床：由許多陽、陰離子樹脂交錯排列組成的多級復床。一、除鹽原