工業(yè)水處理技術(shù)

工業(yè)水處理技術(shù)簡述工業(yè)水處理技術(shù)既是一門邊緣科學(xué)，又是一門實用技術(shù)。在全世界面臨淡水資源緊張的情況下，在熱工裝置和化工、輕工、冶金、機械、電子等行業(yè)對超純水和冷卻水的要求日益提高的情況下，推廣使用工業(yè)水處理技術(shù)有著很大的意義。一、水的基本知識

二、水的凈化

三、水的軟化和除鹽處理

四、爐水處理

五、循環(huán)冷卻水的化學(xué)處理

2023/2/2一、水的基本知識水有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的三態(tài)變化。水的融點為0℃,沸點為100℃。常溫下為液態(tài)存在。工業(yè)生產(chǎn)中，常利用固、液、氣三態(tài)變化的特性，來進行能量的變換。水中的雜質(zhì)種類很多。按其性質(zhì)可分為有機物、無機物和微生物。按分散體系分類，即按雜質(zhì)粒子的大小及同水之間的相互關(guān)系來分類，可分為以下三類。2023/2/2（1）分子-離子分散系。小于1nm，包括有機、無機的低分子物及其離子，在水中成容易溶液。（2）膠態(tài)分散系。大小由1-200nm，其中有的高分子物已溶液存在，溶膠微粒已溶膠存在。（3）粗分散系。大于200nm（0.2um）,其中有懸濁液和乳濁液。2023/2/2二、水的凈化地面水源和地下水源都含有很多雜質(zhì)。地面水源中粗大的雜質(zhì)較多，但在取水過程已被去除，所以原水處理一般是指去除那些較細小的雜質(zhì)。原水中細小雜質(zhì)主要是溶解在水里的鹽類、懸浮雜質(zhì)和膠體顆粒。一般說來，地面水中懸浮物含量較多，而地下水中溶解鹽類含量要高一些。采用物理化學(xué)方法進行水處理可分為三種情況：一是在處理過程中只發(fā)生物理變化；二是在處理過程中只發(fā)生化學(xué)變化；三是在處理過程中同時發(fā)生物理及化學(xué)變化。2023/2/2水的預(yù)處理是在水精制處理之前，預(yù)先進行的初步處理，以便在水的精處理時取得良好效果，提高水質(zhì)。因為自然界的水都有大量的雜質(zhì)，如泥沙、黏土、有機物、微生物、機械雜質(zhì)等，這些雜質(zhì)的存在，嚴重影響精制水的水質(zhì)與處理效果，因此必須在精處理之前將一些雜質(zhì)降低或除去，這就需要預(yù)處理，有時也稱前處理。預(yù)處理的方法很多，主要有預(yù)沉、混凝、澄清、過濾、軟化、消毒等。用這些方法預(yù)處理之后，可以使水的懸浮物（渾濁度）、色度、膠體物、有機物、鐵、錳、暫時硬度、微生物、揮發(fā)性物質(zhì)、溶解的氣體等雜質(zhì)除去或降低到一定的程度。2023/2/2綜能公司原水站蓄水池2023/2/2綜能公司原水站PCF過濾器2023/2/2水預(yù)處理的主要目的減少后段處理和深度處理的負荷延長裝置的壽命和減少藥劑的投加減低總的費用和成本2023/2/2三、水的軟化和除鹽處理天然水中含有各種鹽類，這些鹽類溶解為陽離子和陰離子，主要有Ca2+、Mg2+、Na+和HCO3-、SO42、Cl-等。含有這些鹽類的水，在加熱蒸發(fā)濃縮的過程中（如鍋爐用水），Ca2+、Mg2+等離子不斷地與水中某些陰離子結(jié)合成難溶物質(zhì)而析出，并生成水垢，附在鍋爐的受熱面上。由于水垢的導(dǎo)熱性能很差，從而阻礙了熱交換，大大降低了鍋爐的熱效率，既浪費燃料又易燒壞部件，并危及安全，造成不良后果。為了消除或減少這些危害，就要把水中能形成水垢的硬度成分，如鈣、鎂離子，還有其他高價金屬離子如鐵、鋁、錳等（可略去不計），予以去除。因此，就需要進行水的軟化處理。2023/2/2軟化水，是指將水中硬度（主要是指水中鈣、鎂離子）去除或降低到一定程度的水。其電導(dǎo)率一般為1.0～10.0μS/cm，電阻率（25℃）（0.1～1.0）×106Ω·cm，含鹽量為1～5mg/L。純水，是指水中的強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)（如SiO2、CO2等），去除或降低到一定程度的水。其電導(dǎo)率一般為：1.0～0.1μS/cm，電阻率（1.0～10.0）×106Ω·cm。含鹽量<1mg/L。超純水，是指水中的導(dǎo)電介質(zhì)幾乎完全去除，同時不離解的氣體、膠體以及有機物質(zhì)（包括細菌等）也去除至很低程度的水。其電導(dǎo)率一般為0.1～0.055μS/cm，電阻率（25℃）>10×106Ω·cm，含鹽量<0.1mg/L。理想純水（理論上）電導(dǎo)率為0.05μS/cm，電阻率（25℃）為18.3×106Ω?cm。2023/2/2軟化處理的基本方法有三種（1）化學(xué)軟化法就是在水中加入一些藥劑，從而把水中的鈣、鎂離子轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶的化合物，并使其沉淀析出。如石灰軟化法等。（2）離子交換軟化法利用離子交換劑活性基團中的H+、Na+等陽離子與水中的硬度成分Ca2+、Mg2+進行離子交換，從而除去Ca2+、Mg2+以達到軟化的目的。（3）熱力軟化法就是將水中熱到100℃或100℃以上，在堵沸過程中，使水中的鈣、鎂的碳酸氫鹽轉(zhuǎn)變?yōu)镃aCO3和Mg（OH）2沉淀去除。熱力軟化法只能基本上除去碳酸鹽硬度，而不能去除非碳酸鹽硬度。此外，還有電滲析軟化法等，但通常使用的主要方法是離子交換軟化法和化學(xué)軟化法。2023/2/2由于近年來鍋爐向高溫高壓化迅速發(fā)展，因此，對于鍋爐補給水水質(zhì)的要求也越來越高，需要把水中的鹽類幾乎除盡。為此，陰、陽離子交換技術(shù)得到迅速的發(fā)展。如用H型陽離子交換劑與水中的各種陽離子進行交換而放出H＋；而用OH陰離子交換劑與水中的各種陰離子交換而放出OH－。這樣，當水經(jīng)過這些陰、陽離子交換劑的交換處理后，就會把水中的各種鹽類基本除盡。這種方法，就稱為水的化學(xué)除鹽處理。2023/2/2水的軟化和化學(xué)除鹽處理有三個不同1）要除去水中的離子不同。軟化僅要求除去水中的硬度離子，主要是Ca2+和Mg2+；而化學(xué)除鹽則必須把水中全部的成鹽離子（陽、陰離子）都除掉。2）處理中使用的交換樹脂有些不同。因為水的軟化只要求除去水中的硬度離子，所以它可以使用陽離子交換樹脂，也可以使用磺化煤做交換劑。水的化學(xué)除鹽是要除去水中的全部成鹽離子，所以它必須同時使用強酸性陽離子交換樹脂和強堿性陰離子交換樹脂，而且不能使用鹽型樹脂3）使用的再生劑不同。水的離子交換軟化，其交換劑失效后可以用鹽類來再生。比如再生Na型離子交換劑就可以用食鹽做再生劑。2023/2/2傳統(tǒng)除鹽工藝，弱酸樹脂+強酸樹脂+弱堿樹脂+強堿樹脂主流除鹽工藝，超濾+反滲透+混床2023/2/2綜能公司除鹽水站2023/2/2沒有經(jīng)過處理的水實際上是混合物，混合物之所以能被分離，是由于它們之間的物理或化學(xué)性質(zhì)有所差異。我們就是利用這些差異將其分開的。性質(zhì)完全相同的物質(zhì)稱為元素和化合物，元素和化合物是不能被分離的。性質(zhì)愈相近，分離就愈困難，反之亦然。膜分離是利用一張?zhí)厥庵圃斓?、具有選擇透過性能的薄膜，在外力推動下對混合物進行分離、提純、濃縮的一種分離新方法。這種薄膜必須具有使用的物質(zhì)可以通過、有的物質(zhì)不能通過的特性。2023/2/2工業(yè)水處理采用的膜分離技術(shù)主要有反滲透（RO），超濾（UF）和電滲析（ED）三種。以反滲透的應(yīng)用最為廣泛。但近年來，納濾（NF）和不同一般微濾（MF）技術(shù)也開始應(yīng)用于水處理的各個領(lǐng)域。2023/2/2要了解反滲透法除鹽原理，先要了解“滲透”的概念。滲透是一種物理現(xiàn)象，當兩種含有不同濃度鹽類的水，如用一張半滲透性的薄膜分開就會發(fā)現(xiàn)，含鹽量少的一邊的水分會透過膜滲到含鹽量高的水中，而所含的鹽分并不滲透，這樣，逐漸把兩邊的含鹽濃度融和到均等等為止。然而，要完成這一過程需要很長時間，這一過程也稱為自然滲透。但如果在含鹽量高的水側(cè)，試加一個壓力，其結(jié)果也可以使上述滲透停止，這時的壓力稱為滲透壓力。如果壓力再加大，可以使水向相反方向滲透，而鹽分剩下。因此，反滲透除鹽原理，就是在有鹽分的水中（如原水），施以比自然滲透壓力更大的壓力，使?jié)B透向相反方向進行，把原水中的水分子壓到膜的另一邊，變成潔凈的水，從而達到除去水中鹽分的目的，這就是反滲透除鹽原理。2023/2/2四、爐水處理嚴格控制鍋爐給水的水質(zhì)有著十分重要的意義，它是防止熱力系統(tǒng)設(shè)備的結(jié)垢、腐蝕和積鹽的必要措施，并對鍋爐安全、經(jīng)濟運行提供有力的保證。對鍋爐給水水質(zhì)進行嚴格監(jiān)督的目的，具體地說有三條。2023/2/2①防止結(jié)垢。如果進入鍋爐的水質(zhì)不符標準，而又未及時正確處理，則經(jīng)一段時間運行后，在和水接觸的受熱面上，會生成一層固體的附著物－－水垢。由于水垢的導(dǎo)熱性能很差，比金屬要相差幾百倍。因此，使得結(jié)垢部位溫度過高，引起金屬強度下降，局部變形，產(chǎn)生鼓泡，嚴重的還會引起爆裂事故，危及安全運行；結(jié)垢還會嚴重影響鍋爐換熱效果，大大地降低鍋爐運行的經(jīng)濟性，如在省煤器中結(jié)有1mm厚水垢，燃料就得多耗1.5%-2.0%；由于結(jié)垢會使汽輪機凝汽器內(nèi)真空度降低，從而使汽輪機的熱效率和出力降低。嚴重時，甚至要被迫停產(chǎn)進行檢修。因此，控制水質(zhì)防止結(jié)垢十分重要。②防止腐蝕。鍋爐給水水質(zhì)不良，會造成省煤器水冷壁、給水管道、加熱器、過熱器以及汽輪機冷凝器等的腐蝕。腐蝕不僅要縮短設(shè)備的使用壽命，造成經(jīng)濟損失，同時腐蝕產(chǎn)物又會黑心入水中污染水質(zhì)，從而加劇了受熱面的結(jié)垢，結(jié)垢又促進了垢下腐蝕，造成腐蝕和結(jié)垢的惡性循環(huán)。③防止積鹽。鍋爐給水中的超量雜質(zhì)和鹽分，隨蒸汽帶出而沉積于過熱器和汽輪機中，這種現(xiàn)象稱為積鹽。過熱器的積鹽會引起金屬管壁過熱，甚至爆裂；汽輪機內(nèi)積鹽會降低出力和效率，嚴重的會造成事故。由上可見，對于鍋爐給水水質(zhì)的嚴格控制是十分必要的。2023/2/2鍋爐給水與爐水的控制項目給水控制項目：硬度、溶解氧、鐵、銅、鈉、二氧化硅、pH值、聯(lián)氨、油等；爐水控制項目：總含鹽量、SiO2、pH值、氯離子（Cl-）、磷酸根（PO43－）。2023/2/2鍋爐給水要求一定純凈的水質(zhì)，以確保鍋爐的安全經(jīng)濟運行。所以要經(jīng)除鹽處理，這是因為：未經(jīng)除鹽處理的水中除含有少量懸浮雜質(zhì)外，還存在Ca2＋、Mg2+、Na+等陽離子和SO42－、Cl-、HCO3－、HSiO3－等陰離子所組成的溶解鹽類及O2、CO2等氣體雜質(zhì)。這些雜質(zhì)隨水進入鍋爐中，會在鍋爐及蒸汽系統(tǒng)中產(chǎn)生以下危害：2023/2/21）O2、CO2等氣體在給水管路和熱力設(shè)備中造成腐蝕。2）含有溶解鹽類的水進入鍋爐受熱后，水不斷被蒸發(fā)，鹽類逐漸濃縮、超過其濃度積而析出產(chǎn)生沉積物。又由于鈣鎂鹽類的溶解度隨溫度升高而降低及碳酸氫鹽受熱分解產(chǎn)生沉積物。反應(yīng)式如下：Ca(HCO3)2→CaCO3↓+H2O＋CO2↑Mg(HCO3)2→Ma(OH)2↓+2CO2↑由于上述原因，鹽類物質(zhì)在鍋爐系統(tǒng)中極易生成水垢或水渣。水垢的熱導(dǎo)率只有金屬的幾十至幾百分之一，從而導(dǎo)致鍋爐受熱面熱阻增加，使受熱面受熱不勻或局部過熱，直至爆管的危險。這樣就使設(shè)備壽命縮短，燃料消耗高。3）污染蒸汽。鹽類及雜質(zhì)進入鍋爐系統(tǒng)后，由于水滴攜帶或蒸汽的溶解攜帶，水中鈉鹽、硅酸鹽的氣體雜質(zhì)會帶入蒸汽系統(tǒng)。鍋爐的壓力等級越高，攜帶量越大。這些雜質(zhì)會造成熱力設(shè)備的腐蝕。鹽類物質(zhì)會沉積在蒸汽通過的各個部位，如過熱器、汽輪機等，影響機組的安全經(jīng)濟運行。由于上述原因，未經(jīng)除鹽處理的水不能作為鍋爐給水。2023/2/2五、循環(huán)冷卻水的化學(xué)處理隨著工業(yè)的發(fā)展和生活的需要，水的用量急劇增加。因此，節(jié)約水資源成了當務(wù)之急。采用循環(huán)冷卻水是節(jié)約水資源的重要途徑，而且高濃縮倍數(shù)運行的循環(huán)冷卻水還可以減少環(huán)境的污染。循環(huán)冷卻水的結(jié)垢、腐蝕現(xiàn)象比較嚴重，容易滋生菌藻，以至影響設(shè)備的傳熱效率，威脅設(shè)備的使用壽命，因此需要對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行研究以避免這些可能的發(fā)生或減緩發(fā)生的時間。2023/2/2被用作工業(yè)循環(huán)補充水的條件水溫在一定范圍內(nèi)盡可能的低水的濁度要低水質(zhì)不易結(jié)垢水質(zhì)對金屬設(shè)備不易產(chǎn)生腐蝕水質(zhì)不易滋生細藻2023/2/2在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，由于蒸發(fā)，系統(tǒng)中的水會愈來愈少，而水中各礦物質(zhì)和離子含量就會愈來愈濃，為了使水中含鹽量維持在一定的濃度，必須補入新鮮水，排出濃縮水。通常用濃縮倍數(shù)表示濃縮的程度。N=C濃∕C原離子電導(dǎo)率總固體含量2023/2/2R：循環(huán)量M：補加水N：濃縮倍率B：排污量D：風(fēng)吹損失CMCR：鹽溶度E：蒸發(fā)量M=E+B+DE=e△t(R-B)%D=（0.2～0.5%）RN=CR∕CMMCM=BCRB=MN2023/2/2金屬的腐蝕和控制技術(shù)由于金屬和冷卻水溶液的作用，使金屬材料轉(zhuǎn)化成離子或化合物而遭受損害并且使其使用性能惡化的現(xiàn)象稱為冷卻水對金屬的腐蝕。實質(zhì)：是水中的懸浮物、膠體、溶解鹽類及溶解氣體等雜質(zhì)中氧化性的物質(zhì)對金屬發(fā)生物理的、化學(xué)的和電化學(xué)作用的結(jié)果。成膜處理鈍化處理緩蝕劑的使用2023/2/2冷卻水中污垢及其控制技術(shù)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運行的過程中，會有各種物質(zhì)沉積在換熱器的傳熱管表面，這些物質(zhì)統(tǒng)稱為沉積物。它們主要是由水垢、淤泥、腐蝕產(chǎn)物和生物沉積構(gòu)成。通常，人們把它們統(tǒng)稱為污垢。污垢的