江建院水處理工程技術課件03地下水處理

情境3地下水處理單元1地下水處理對象與方法單元2地下水處理工藝單元3地下水處理運行與管理本章內(nèi)容單元1地下水處理對象與方法一、地下水處理對象二、地下水處理方法

一、地下水處理對象1.鐵、錳地表水中由于含有豐富的溶解氧，水中鐵、錳主要以不溶解的Fe(OH)3和MnO2存在，故鐵、錳含量不高，一般無需進行除鐵除錳處理。而含鐵、含錳地下水在我國分布很廣，地殼中的鐵質(zhì)多半分散在各種晶質(zhì)巖和沉積巖中，它們都是難溶性的化合物。我國地下水中鐵的含量一般為5～10mg/L，錳的含量一般為0.5～2.0mg/L。地下水中鐵、錳含量高時，會使水產(chǎn)生色、嗅、味，使用不便；作為造紙、紡織、化工、食品、制革等生產(chǎn)用水，會影響其產(chǎn)品的質(zhì)量。我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》GB5749—2006中規(guī)定，鐵的含量不得超過0.3mg/L、錳的含量不得超過0.1mg/L，這主要是為了防止水的腥臭或沾污生活用具或衣物，并沒有毒理學的意義。原水的鐵錳含量超過標準規(guī)定時，須經(jīng)除鐵除錳處理。2.硬度硬度是水質(zhì)的一個重要指標，通常以水中、的總含量稱為水的總硬度（H

t）。硬度又可分為碳酸鹽硬度（H

c）和非碳酸鹽硬度（H

n），前者稱為暫時硬度，后者稱為永久硬度。水的硬度過高，對生活和生產(chǎn)都有危害，特別是鍋爐用水。為了消除或減小水中硬度引起的危害，需對含有、的原水進行處理。降低水中、含量的處理過程稱為水的軟化。水的軟化程度應根據(jù)用戶對水質(zhì)的要求決定，對于低壓鍋爐，一般要進行水的軟化處理，對于中、高壓鍋爐，則要求進行水的軟化與脫鹽處理，鍋爐給水處理主要是硬水軟化。

進入鍋爐的水叫做鍋爐給水。鍋爐給水包括兩部分：一部分是回收的冷凝水（其含鹽量接近于零）；另一部分是經(jīng)軟化后的補充水。鍋爐給水處理的目的在于防止鍋爐系統(tǒng)中產(chǎn)生沉積物、腐蝕以及汽水共騰和發(fā)沫等危害。（1）沉積物鍋爐系統(tǒng)中出現(xiàn)沉積物主要是水中溶解雜質(zhì)的過飽和引起的。沉積物以水垢和水渣兩種形態(tài)出現(xiàn)，水渣可以隨水流動，因而可以通過排污排掉；當鍋爐清垢時，水垢脫落會變成大塊的片狀沉積物，也可以通過排污水排出鍋爐。鍋爐結垢后，堅硬的結垢會產(chǎn)生很大的熱阻，從而引起加熱面金屬的溫度過度升高。在鍋爐溫度過高的部分，金屬會變軟、脹鼓以致最后破裂，造成事故。為了防止出現(xiàn)危害的沉積物，有時要做沉積物的分析。分析的目的是為了解釋沉積物的來源，以便定出適宜的水處理方案。沉積物的分析有化學分析和X光分析兩種方法，一般多采用化學分析法。

（2）腐蝕引起腐蝕的原因主要有：水對金屬的直接腐蝕、水中溶解氧引起的金屬腐蝕、金屬表面產(chǎn)生的電化學腐蝕。（3）苛性脆化苛性脆化是應力腐蝕破裂的一個類型。應力腐蝕破裂指金屬由于拉應力及腐蝕溶液聯(lián)合作用而產(chǎn)生的局部破裂現(xiàn)象。除由于苛性鈉引起的苛性脆化外，氯離子及硝酸鹽也能引起應力腐蝕破裂的現(xiàn)象。在腐蝕的過程中，還會由于其它物質(zhì)（如二氧化硅及一些氧化劑）的參與而加快了破裂的過程，（4）汽水共騰和發(fā)沫汽水共騰和發(fā)沫都是鍋爐運行中出現(xiàn)的不正?，F(xiàn)象，前者是指鍋水隨著蒸汽沖進汽包的蒸汽空間、甚至在蒸汽引出管中出現(xiàn)大量鍋水的現(xiàn)象；后者是指蒸汽從加熱面上升并在鍋水水面聚集成一層泡沫的現(xiàn)象。當出現(xiàn)這些現(xiàn)象時，由于蒸汽帶水，一方面會降低蒸汽的能量效率，另一方面引起蒸汽中含鹽量的增加，產(chǎn)生較多的沉積物，造成危害。汽水共騰和發(fā)沫與鍋水中的溶解鹽分和懸浮物濃度較高、鍋水的堿度較高、鍋水的水位較高及鍋爐的設計等因素有關。3.氟氟是自然界中廣泛分布的元素之一，在鹵素中，它在地殼中的含量僅次于氯，在我國地下水含氟地區(qū)的分布范圍很廣。氟又是機體生命活動所必需的微量元素之一，但過量的氟則產(chǎn)生毒性作用，長期飲用含氟量高于1.5mg/L的水可引起氟斑牙，表現(xiàn)為牙釉質(zhì)損壞，牙齒過早脫落等。我國飲用水衛(wèi)生標準中規(guī)定氟的含量不超過1.0mg/L，超過標準規(guī)定的原水，需進行除氟處理。二、地下水處理方法（一）除鐵除錳方法地下水中的鐵主要是以溶解性二價鐵離子的形態(tài)存在。二價鐵離子在水中極不穩(wěn)定，向水中加人氧化劑后，二價鐵離子迅速被氧化成三價鐵離子，由離子狀態(tài)轉化為絮凝膠體（Fe(OH)3

）狀態(tài)，從水中分離出去。常用于地下水除鐵的氧化劑有氧、氯和高錳酸鉀等，其中以利用空氣中的氧氣最為方便、經(jīng)濟。利用空氣中的氧氣進行氧化除鐵的方法可分為自然氧化除鐵法和接觸氧化除鐵法兩種。在我國地下水除鐵技術中，應用最為廣泛的是接觸氧化除鐵法。

對于含鐵量略高的地表水，在常規(guī)的混凝、沉淀、過濾處理工藝中，只需加強預氧化就可以把二價鐵氧化成三價鐵，所形成的氫氧化鐵在沉淀、過濾中去除，不必單獨設置除鐵處理構筑物。對于含鐵量較高以及其他水質(zhì)指標不符合飲用水標準的含鐵地下水，常規(guī)處理不能達到應用水標準時，就需要考慮另加地下水的除鐵工藝或去除其他雜質(zhì)工藝。

錳的化學性質(zhì)與鐵相近，常與鐵共存于地下水中。通過氧化，將溶解狀態(tài)的Mn2+氧化為溶解狀態(tài)度較低的Mn4+從水中沉淀析出，即為地下水除錳的基本原理，但鐵的氧化還原電位比錳要低，相同pH值時二價鐵比二價錳的氧化速率快，二價鐵的存在往往會阻礙二價錳的氧化。因此，對于鐵、錳共存的地下水，應先除鐵再除錳。當水的pH>9.0時，水中溶解氧能夠較快地將二價錳氧化成四價錳；而在中性pH條件下二價錳幾乎不能被溶解氧氧化。所以在生產(chǎn)上一般不采用空氣自然氧化法除錳，目前常用的除錳方法是催化氧化法和生物氧化法以及化學氧化劑氧化法。（二）鍋爐給水處理方法

鍋爐給水的處理過程可分為鍋外處理與鍋內(nèi)處理兩個部分。鍋外處理指鍋爐補充水的混凝、沉淀、過濾、軟化及除鹽等過程。鍋內(nèi)處理是指向鍋內(nèi)直接投加藥劑，利用藥劑在鍋內(nèi)部發(fā)生的反應來解決處理問題。1.軟化處理目前水的軟化處理主要有以下兩種方法：（1）水的藥劑軟化法：基于溶度積原理，向原水中加入一定量的某些化學藥劑（如石灰、蘇打等），使之與水中的、反應生成難溶化合物和沉淀析出，以達到去除水中大部分、的目的。工藝所需設備與常規(guī)凈化工藝過程基本相同，也要經(jīng)過混凝、沉淀、過濾等工序。（2）水的離子交換軟化法：基于離子交換原理，利用某些離子交換劑所具有的可交換陽離子（或）與水中、進行離子交換反應，去除水中的、，以達到水的軟化目的。2.鍋內(nèi)處理當鍋爐給水的補充水已經(jīng)過鍋外處理后，鍋內(nèi)處理的作用只是一種輔助性的。鍋內(nèi)處理的任務是：一是進一步去除進人鍋水中的殘余有害雜質(zhì)；二是對鍋水的雜質(zhì)成分進行調(diào)整控制，從而控制結垢及腐蝕過程。（1）阻垢處理沉淀法的基本原理是向水中加入軟化藥劑使水中結垢的成分從鍋水中沉淀為水渣，并同時投加有機分散劑，以利于這種水渣的流動，最后借排污水排出。根據(jù)使用的鍋內(nèi)軟化藥劑的類型，沉淀的方法又分為堿類處理及磷酸鹽處理兩種。堿類處理是指利用堿類軟化藥劑使水中鈣鎂離子形成碳酸鈣及氫氧化鎂水渣。由于鍋水堿度很高，鍋水中過量的堿度使以形式沉淀。磷酸鹽處理是指利用磷酸鈉鹽軟化藥劑使水中鈣離子形成磷酸鈣水渣，易于借排污排除掉。為了控制形成磷酸鈣水垢，鍋水中必須保持一定的過量濃度。

無論是堿類處理或是磷酸鹽的處理，都要防止出現(xiàn)硫酸鈣水垢，這可以通過一些鍋水的經(jīng)驗指標來控制。通常采用的控制指標是Na2CO3與Na2SO4的比值。在進行堿類處理或磷酸鹽處理時，常在鍋水中同時投加單寧等物質(zhì)作為分散劑，以增加水渣的流動性，易于借排污排出。溶解法的基本原理是向水中投加螯合劑把可能產(chǎn)生結垢的鈣、鎂離子等螯合起來，使之穩(wěn)定在鍋水中。常用的螯合劑為EDTA。螯合劑的作用不僅可以同時防止鍋爐前設備和鍋內(nèi)出現(xiàn)沉積物，而且還兼有對鍋內(nèi)原有結垢的清除作用。使用螯合劑時，為進一步控制沉積物的出現(xiàn)，也可同時投加分散劑。（2）緩蝕處理溶解氧的存在會造成鍋爐的腐蝕，因此必須對鍋爐給水進行除氧。通常采用的除氧方法有熱力除氧和化學除氧兩種。熱力除氧是利用氧氣在水中的溶解度隨水溫的上升而下降的這一現(xiàn)象，進入蒸汽加熱至沸點，使水中的溶解氧及其它氣體以氣泡的形式釋放出來排入大氣，來去除水中溶解氧。熱力除氧的設備叫做除氧器。除氧器還可以在部分真空下工作，稱為真空式除氧器。化學除氧常用亞硫酸鈉去除溶解氧，反應如下：

為保證鍋水中的溶解氧為零，一般須維持鍋水中Na2SO3的剩余量約為20～40mg/L。另外，單寧在鍋內(nèi)能吸收氧氣，也起除氧的作用，所以單寧兼起阻垢劑和除氧劑的雙重作用?？刂聘g速度的一項重要措施是保持給水和鍋水一定的堿度和pH值。當補充水堿度過低時，必須向給水中投加，以保證達到鍋水要求的pH值及堿度。向水中投加單寧物質(zhì)，不僅能增加泥渣的流動性和除氧，又能進行苛性脆化的控制。通常采用的控制苛性脆化的指標是單寧物質(zhì)與堿度（用表示）的重量比。（三）除氟方法

飲用水除氟常用的方法有吸附過濾法、混凝法、電滲析法等，其中應用最多的是吸附過濾法。吸附過濾法的原理是含氟水通過濾料時，利用吸附劑的吸附和離子交換作用，將水中氟離子吸附去除，也是目前比較經(jīng)濟有效的方法。當吸附劑失去除氟能力后，可對吸附劑再生以重復使用。作為濾料的吸附劑主要有活性氧化鋁和骨炭。單元2地下水處理工藝任務1地下水除鐵除錳任務2地下水的軟化除鹽任務3地下水的除氟任務1地下水除鐵除錳一、地下水除鐵方法二、地下水除錳方法地下水除鐵除錳含鐵、含錳地下水在我國分布很廣，地殼中的鐵質(zhì)多半分散在各種晶質(zhì)巖和沉積巖中，它們都是難溶性的化合物。我國地下水中鐵的含量一般為5～10mg/L，錳的含量一般為0.5～2.0mg/L。地下水中鐵、錳含量高時，會使水產(chǎn)生色、嗅、味，使用不便；作為造紙、紡織、化工、食品、制革等生產(chǎn)用水，會影響其產(chǎn)品的質(zhì)量。地下水除鐵除錳地表水中由于含有豐富的溶解氧，水中鐵、錳主要以不溶解的和存在，故鐵、錳含量不高，一般無需進行除鐵除錳處理。我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》GB5749—2006中規(guī)定，鐵的含量不得超過0.3mg/L、錳的含量不得超過0.1mg/L，這主要是為了防止水的腥臭或沾污生活用具或衣物，并沒有毒理學的意義。原水的鐵錳含量超過標準規(guī)定時，須經(jīng)除鐵除錳處理。攀渝鈦業(yè)直排含鐵廢水入長江發(fā)出刺鼻臭味

2013年09月06日09:40

一、地下水除鐵

1.空氣自然氧化法含鐵地下水，經(jīng)曝氣向水中充氧后，空氣中的O2將二價鐵氧化為三價鐵，與水中的氫氧根作用形成Fe(OH)3,沉淀物析出而被排除，習慣上稱為曝氣自然氧化法除鐵。含鐵地下水經(jīng)曝氣充氧后，水中的二價鐵離子發(fā)生如下反應：經(jīng)研究表明，二價鐵的氧化速率與水中二價鐵、氧、氫氧根離子的摩爾濃度有關，可表示為：

反應速率常數(shù)氧在氣相中分壓實踐證明，提高pH值可使二價鐵的氧化速率提高，如果pH值降低，二價鐵的氧化速率則明顯變慢，二價鐵的氧化速率與pH值的關系如圖3.1.1所示。對于含有較多CO2，而pH值較低的水，曝氣除了提供氧氣以外，還可以起到吹脫散除水中CO2氣體，提高水的pH值作用，加速氧化反應的作用。自然氧化除鐵一般采用的工藝如圖3.1.2所示。此法適用于原水含鐵量較高的情況，曝氣的作用主要是向水中充氧。充氧裝置有多種形式，常用的有曝氣塔、跌水曝氣、噴淋曝氣、壓縮曝氣及射流曝氣等。為提高Fe2+氧化速度，通常采用在曝氣充氧時還散除部分CO2，以提高水的pH值的曝氣裝置，如曝氣塔等。曝氣后的水進入氧化反應池停留時間一般在1h左右，以便充分氧化二價鐵為三價鐵，發(fā)揮Fe(OH)3絮體的沉淀作用，減輕后續(xù)快濾池的負荷。除鐵工藝中的快濾池主要用來截留三價鐵絮凝體，與一般澄清用的快濾池相比基本相同，只是濾層厚度根據(jù)除鐵要求稍有增加，可取800~1200mm。對于原水含鐵量>6mg/L時，可采用天然錳砂或石英砂濾料的二級過濾工藝。濾池濾速一般為5~7m/h，含鐵量高或需除錳的采用較低濾速。反沖洗參數(shù)與普通給水過濾相同，石英砂濾料除鐵濾池的反沖洗強度為13~15L/(m2.s)，沖洗時間>7min。2.接觸催化氧化法除鐵在自然氧化除鐵過程中，由于二價鐵的氧化速率比較緩慢，需要一定的時間才能完成氧化作用，但如果有催化劑存在時，可因催化作用大大縮短氧化時間。接觸氧化除鐵法就是使含鐵地下水經(jīng)過曝氣后不經(jīng)自然氧化的反應和沉淀設備，立即進入濾池中過濾，利用濾料顆粒表面形成的鐵質(zhì)活性濾膜的接觸催化作用，將二價鐵氧化成三價鐵，并附著在濾料表面上。其特點是催化氧化和截留去除在濾池中一次完成。曝氣接觸氧化法除鐵工藝系統(tǒng)如圖3.1.3所示。接觸氧化法除鐵包括曝氣和過濾兩個單元。（1）曝氣

曝氣的目的就是向水中充氧。根據(jù)二價鐵的氧化反應式（3-2）可計算出除鐵所需理論氧量，即每氧化1mg/L的二價鐵需氧0.14mg/L。但考慮到水中其他雜質(zhì)也會消耗氧及氧在水中擴散等因素，實際所需的溶解氧量通常為理論需氧量的3～5倍。曝氣裝置有多種形式，常用的有跌水曝氣、噴淋曝氣、射流曝氣、蓮蓬頭曝氣、曝氣塔曝氣等。

圖3.1.4所示為射流曝氣裝置，利用壓力濾池出水回流的高壓水流通過水射器時的抽吸作用吸入空氣，進入深井泵吸水管中。該曝氣裝置具有曝氣效果好、構造簡單、管理方便等優(yōu)點，適合于地下水中鐵、錳的含量不高且無需散除水中二氧化碳以提高pH值的小型除鐵錳裝置。

圖3.1.4射流曝氣裝置1-深井泵；2-水射器；3-除鐵濾池圖3.1.5所示為蓮蓬頭曝氣裝置，每1.0～1.5m2濾池面積安裝一個蓮蓬頭，蓮蓬頭距濾池水面1.5～2.5m，蓮蓬頭上的孔口直徑為4～8mm，孔口與中垂線夾角不大于45°，孔眼流速2～3m/s。該曝氣裝置具有曝氣效果好、運行可靠、構造簡單、管理方便等優(yōu)點，但蓮蓬頭因堵塞需更換。圖3.1.6所示為曝氣塔曝氣裝置，它是利用含鐵錳的水在以水滴或水膜的形式自塔頂?shù)拇┛坠車娏芏峦ㄟ^填料層時溶入氧。在曝氣塔中填有多層板條或1～3層厚度為300～400mm的焦炭或礦渣填料層。該曝氣裝置的特點是水與空氣接觸時間長，充氧效果好。但當水中含鐵錳量較高時，易使填料堵塞。圖3.1.6曝氣塔曝氣裝置1—焦炭層；2—浮球閥（2）過濾濾池可采用重力式快濾池或壓力式濾池，濾速一般為5～10m/h。濾料可以采用石英砂、無煙煤或錳砂等。濾料粒徑：石英砂為0.5～1.2mm，錳砂為0.6～2.0mm。濾層厚度：重力式濾池為700～1000mm，壓力式濾池為1000～1500mm。濾池剛投入使用時，初期出水含鐵量較高，一般不能達到飲用水水質(zhì)標準。隨著過濾的進行，在濾料表面覆蓋有棕黃色或黃褐色的鐵質(zhì)氧化物即具有催化作用的鐵質(zhì)活性濾膜時，除鐵效果才顯示出來，一段時間后即可將水中含鐵量降到飲用水標準，這一現(xiàn)象稱為濾料的“成熟”。從過濾開始到出水達到處理要求的這段時間，稱為濾料的成熟期。無論采用石英砂或錳砂為濾料，都存在濾料“成熟”這樣一個過程，只是石英砂的成熟期較錳砂要長，但成熟后的濾料層都會有穩(wěn)定的除鐵效果。濾料的成熟期與濾料本身、原水水質(zhì)及濾池運行參數(shù)等因素有關，一般為4～20d。3.氧化劑氧化法除鐵在天然地下水的pH條件下，氯和高錳酸鉀都能迅速將二價鐵氧化為三價鐵。當采用常規(guī)方法處理地表水鐵錳有所超標或者用空氣中的氧氧化除鐵有困難時，可以在水中投加強氧化劑，如氯、高錳酸鉀。藥劑氧化時可以獲得比空氣氧化法更為徹底的氧化反應。從經(jīng)濟實用角度來說，目前用作地下水除鐵的氧化藥劑主要是氯。氯是比氧更強的氧化劑，當pH值大于5時，即可將二價鐵迅速氧化為三價鐵，反應方程式：按此理論反應式計算，每氧化1mg/L的Fe2+理論上需要2×35.5/（2×55.8）=0.64mg/L的Cl2。由于水中含有其他能與氯反應的還原性物質(zhì)，實際上所需投氯量要比理論值高一些。二、地下水除錳

1.催化氧化除錳含錳地下水曝氣后，進入濾池過濾，高價錳的氫氧化物逐漸附著在濾料表面，形成黑色或暗褐色的錳質(zhì)活性濾膜（稱為錳質(zhì)熟砂），在錳質(zhì)活性濾膜的催化作用下，水中溶解氧在濾料表面將二價錳氧化成四價錳，并附著在濾料表面上。這種在熟砂接觸催化作用下進行的氧化除錳過程稱為接觸氧化除錳工藝。當?shù)叵滤暮F量和含錳量均較低時，一般可采用單級曝氣、過濾工藝，鐵、錳可在同一濾池的濾層中去除，上部濾層為除鐵層，下部濾層為除錳層。若水中含鐵量較高或濾速較高時，除鐵層會向濾層下部延伸，壓縮下部的除錳層，剩余的濾層不能有效截留水中的錳，因而部分泄漏，濾后水不符合水質(zhì)標準。為此，當水中含鐵量、含錳量較高時，為了防止錳的泄漏，可采用兩級曝氣、過濾處理工藝，即第一級除鐵，第二級除錳。圖3.1.9除鐵除錳雙層濾池在自然曝氣除鐵除錳濾池中，因生存條件適宜，不可避免會孳生一些微生物，其中就有一些能夠氧化二價鐵、錳的鐵細菌，具有加速水中溶解氧氧化二價鐵、錳的作用。在自然氧化除鐵過程中，鐵細菌的作用不甚明顯。而在中性pH條件下自然氧化除錳困難時，生物作用可以發(fā)揮較好的除錳效果。該方法又稱為生物法除錳。生物法除錳也是在濾池中進行的，稱為生物除鐵除錳濾池。曝氣后的含鐵含錳水進入濾池過濾，鐵細菌氧化水中Fe2+

、Mn2+并進行繁殖。經(jīng)數(shù)十日，便有良好的除鐵除錳效果，即認為生物除錳濾層已經(jīng)成熟。如果用成熟濾池中的鐵泥對新的濾料層微生物接種、培養(yǎng)、馴化，則可以加快濾層成熟速度。一般認為，生物除鐵除錳原理是：鐵、錳氧化細菌胞內(nèi)酶促反應以及鐵、錳氧化細菌分泌物的催化反應，使Fe2+

氧化成Fe3+

，Mn2+

氧化成Mn4+

。2.生物法除錳生物除鐵除錳需氧量較少，只要簡單曝氣即可（如鐵水曝氣），曝氣裝置簡單。濾池中濾料僅起微生物載體作用，可以是石英砂、無煙煤和錳砂等。目前，生物除鐵除錳法我國已有生產(chǎn)應用，在pH=6.9條件下，允許含錳量2~3mg/L，含鐵量高達8mg/L。該工藝的原理、適用鐵錳比例以及pH值范圍，尚需不斷研究和積累經(jīng)驗。3.化學氧化除錳和化學氧化除鐵相似，氯、二氧化氯、臭氧、高錳酸鉀強氧化劑能把二價錳氧化成四價錳沉淀析出，具有除錳作用。沈陽市石佛寺水源供水工程

佛寺水源供水工程由沈陽市自來水公司建設，中國市政工程東北設計研究院設計，沈陽市自來水公司工程公司施工。該工程建設規(guī)模為20萬m3/d，一次建成有配水工程凈水廠，輸水工程，配水廠及配水管網(wǎng)改造。工程總投資7776.6萬元，1989年正式投產(chǎn)驗收。1991年獲國家建設部二等獎。根據(jù)試驗推薦除鐵除錳工藝流程如下：

來自石佛寺水源→流量計井→壓力配水井→鐵水氣池→一級濾池、集水池中間提升泵房→表曝池→二級濾池→清水池→送水泵房→流量計井→水經(jīng)消除器井→輸水管道。工程特點

（1）本工程含鐵含錳水源，除鐵除錳凈水廠是全國最大的含鐵錳水源地及除鐵除錳凈水廠，設計規(guī)模20萬m3/d。

（2）輸水管道長距離輸水采用D1000~1200mm預應力鋼筋砼管及配水管網(wǎng)采用D1200mm鋼筋砼管配水，當時在全國還是沒有的。

（3）鐵泥沉淀池，鐵泥濃縮池及其刮泥機，挖泥機全國還是沒有的。

（4）該工程上馬后全國各地到此參觀學習頗多，一段時間內(nèi)連續(xù)不斷，推動了全國除鐵除錳技術發(fā)展及應用，為制定除鐵除錳規(guī)范奠定基礎。（5）水源地46眼深井實現(xiàn)遙控遙測，遙信遙訊四遙系統(tǒng)。采用微機管理，在中控室可遙到水位水量水壓電流電壓有功功率等各種參數(shù)。除鐵除錳凈水廠也實現(xiàn)微機控制，特別是對32格濾池的管理。

（6）當時配水管網(wǎng)采用計算機，進行大城市配水管網(wǎng)平差，僅此不多見。

（7）水深地采用有限單元法計算46眼深井20年穩(wěn)定水位，當時少見。

運營以來，除鐵除錳凈水廠在進水水量達到設計規(guī)模20萬m3/d時，鐵離子平均8.77mg/L，錳離子平均0.41mg/L。經(jīng)該工程處理構筑物，鐵錳離子降到給水規(guī)范規(guī)定的鐵離子含量0.3mg/L以下，錳離子降到0.1mg/L以下，處理效果是滿意的。該工程除鐵除錳水廠占地面指標為0.56ha/萬m3水。

單元2地下水處理工藝任務1地下水除鐵除錳任務2地下水的軟化除鹽任務3地下水的除氟任務2地下水的軟化除鹽一、水的軟化二、水的除鹽軟化的目的：去除或降低水中的Ca+、Mg2+等易形成難溶鹽類的金屬離子含量。一、水的軟化硬度鹽類包括Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Fe3+、Al3+等易形成難溶鹽類的金屬陽離子。在一般天然水中，主要是Ca2+和Mg2+，其它離子含量很少，通常以水中Ca2+和Mg2+的總含量稱為水的總硬度Ht。硬度又可分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。前者稱為暫時硬度，后者稱為永久硬度。總硬度非碳酸鹽硬度碳酸鹽硬度碳酸鹽硬度(Hc):由于水中含有Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2而形成的硬度，經(jīng)煮沸后可把硬度去掉，這種硬度稱為碳酸鹽硬度，亦稱暫時硬度。非碳酸鹽硬度(Hn):由于水中含有CaSO4和MgSO4等鹽類物質(zhì)而形成的硬度，經(jīng)煮沸后也不能去除，這種硬度稱為非碳酸鹽硬度，亦稱永久硬度。硬度的表示方法和單位物質(zhì)的量濃度（法定計量單位）

mol/L或mmol/L基本單元選用1/2Ca2+和1/2Mg2+（當量粒子）當量濃度（Ca2+和Mg2+的毫克當量數(shù)/體積）

meq/LCaCO3的質(zhì)量濃度（CaCO3的質(zhì)量/體積）

mgCaCO3/L德國度（10mgCaO/L)od硬度的表示方法之間的換算關系表示方法物質(zhì)的量濃度當量濃度CaCO3的質(zhì)量濃度度定義c(Ca2+)=n(Ca2+)/Vc(1/2Ca2+)=n(1/2Ca2+)/VCa2+的毫克當量數(shù)/體積CaCO3的質(zhì)量/體積10mgCaO/L單位mmol/Lmmol/Lmeq/Lmg/L德國度（od）換算關系c(Ca2+)mmol/L12.02.01005.6c(1/2Ca2+)mmol/L0.5011502.8meq/L0.0511502.8mg/l(CaCO3)0.010.020.0210.056德國度(od)0.180.360.3617.91硬水與軟水通常根據(jù)硬度的大小，把水分為硬水與軟水。軟水：<8度稍硬水：8~16度硬水：16度~30度極硬水：>30度水中離子的假想結合天然水（電中性）陽離子陰離子Ca2+Mg2+Na+HCO3-

SO42-Cl-

水加熱后，溶解度變小，會按一定的規(guī)律有先有后分別結合成某些化合物從水中沉淀析出，析出順序如下：Na鹽CaSO4MgSO4CaCO3Mg(OH)2水中離子的假想結合c(1/2Ca2+)=2.4c(1/2Mg2+)=1.2c(1/2Na+)=1.2c(HCO3-)=1.2c(1/2SO42-)=1.8c(Cl-)=1.8c(1/2Ca(HCO3)2)=1.2c(1/2CaSO4)=1.2c(1/2MgSO4)=0.6c(1/2MgCl2)=0.6c(NaCl)=1.2

上圖清晰的表明水中各種離子的假想組合情況以及化合物含量的大小，這樣，便于對水質(zhì)進行分析研究。目前水的軟化處理方法

（1）水的藥劑軟化法：基于溶度積原理，向原水中加入一定量的某些化學藥劑（如石灰、蘇打等），使之與水中的Ca2+、Mg2+反應生成難溶化合物碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀析出，以達到去除水中大部分Ca2+、Mg2+的目的。工藝所需設備與常規(guī)凈化工藝過程基本相同，也要經(jīng)過混凝、沉淀、過濾等工序。（2）水的離子交換軟化法：基于離子交換原理，利用某些離子交換劑所具有的可交換陽離子Na+

（或H+

）與水中Ca2+

、Mg2+進行離子交換反應，去除水中的Ca2+

、Mg2+

，以達到水的軟化目的。（3）電滲析法：基于電滲析原理，利用離子交換膜的選擇透過性，在外加電場作用下，通過離子的遷移，在進行水的局部除鹽的同時，達到軟化的目的。（4）反滲透與超濾（5）蒸餾法電滲析、反滲透、超濾和蒸餾主要用于水的除鹽與咸水淡化。目前水的軟化處理方法

溶度積原理

在一定溫度下，難溶電解質(zhì)（假定為AmBn）飽和溶液中離子的相對濃度的系數(shù)方次項的乘積，為一常數(shù)Ksp

，稱為溶度積常數(shù)。

Ksp=[A+]m[B-]n溶度積規(guī)則：當溶液中

[A+]m?[B-]n>Ksp

有沉淀生成，沉淀完全后，溶液呈飽和狀態(tài)

[A+]m?[B-]n=Ksp

無沉淀生成，溶液呈飽和狀態(tài)

[A+]m?[B-]n<Ksp

溶液不飽和，尚可溶解少量固體水中常見難溶化合物溶度積(25oC)之間的關系

Mg(OH)2<CaCO3<Ca(OH)2<MgCO3<CaSO4水的藥劑軟化工藝基本原理：溶度積原理工藝過程：按一定量投加某些藥劑（如石灰、蘇打等）于原水中，使之與水中Ca2+、Mg2+反應生成沉淀物CaCO3和Mg(OH)2。溶度積原理一、水的藥劑軟化（一）水的藥劑軟化法常用的化學藥劑有石灰（CaO）、蘇打（NaCO3）等。1．石灰軟化法石灰軟化法反應如下：熟石灰與水中非碳酸鹽的鎂硬度起反應生成，但同時又產(chǎn)生了等當量的非碳酸鹽的鈣硬度，其反應如下：所以，石灰軟化法不能降低水的非碳酸鹽硬度。但通過石灰處理，在軟化的同時還可去除水中部分鐵和硅的化合物。在水的藥劑軟化中，由于石灰價格低，來源廣，所以是最常用的軟化藥劑。主要適用于原水的非碳酸鹽硬度較低、碳酸鹽硬度較高且不要求深度軟化的場合。石灰也可以與離子交換法聯(lián)合使用，作為深度軟化的預處理。石灰實際投加量應在生產(chǎn)實踐中加以調(diào)試。石灰用量的計算石灰軟化往往與混凝同時進行，有利于混凝沉淀。石灰用量ρ（CaO)(以100%CaO計算）可按下列兩種情況進行估算。鈣硬度>碳酸鹽硬度，此時水中碳酸鹽硬度僅以Ca(HCO3)2形式出現(xiàn)(13)ρ(CaO)=56[c(CO2)+c(Ca(HCO3)2+c(Fe2+)+K+α],mg/L鈣硬度<碳酸鹽硬度，此時水中碳酸鹽硬度以Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2形式出現(xiàn)ρ(CaO)=56[c(CO2)+c(Ca(HCO3)2+2c(Mg(HCO3)2+c(Fe2+)+K+α],mg/L式中c(CO2)——原水中游離CO2濃度，mmol/L；

c(Fe2+)——原水中鐵離子濃度，mmol/L；

K——鐵鹽或鋁鹽混凝劑投加量，mmol/L；

α——CaO過剩量，一般為0.1~0.2mmol/L。石灰軟化效果經(jīng)石灰軟化處理后，去除效果如下：剩余碳酸鹽硬度：0.25~0.5mmol/L剩余堿度：0.8~1.2mmol/L硅化合物去除率：30%~35%有機物去除率：約25%鐵殘留量：約0.1mg/L2.石灰-蘇打軟化法石灰軟化法只能降低水的碳酸鹽硬度，而不能降低水的非碳酸鹽硬度，石灰一蘇打軟化法就是向水中同時投加石灰和蘇打，以蘇打來降低水的非碳酸鹽硬度，反應如下：石灰—蘇打軟化過程：在水中同時投加石灰和蘇打(Na2CO3)作用：石灰——降低水的碳酸鹽硬度；蘇打——降低水的非碳酸鹽硬度。與Na2CO3有關的化學反應：CaSO4+NaCO3→CaCO3↓+Na2SO4CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaClMgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2SO4MgCl2+Na2CO3→MgCO3+2NaClMgCO3+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓效果：軟化水的剩余硬度可降低到0.15~0.2mmol/L適用范圍：硬度>堿度1.基本原理離子交換法是一種借助于離子交換劑上的離子和水中的離子進行交換反應而去除水中有害離子的方法。按照交換離子帶電的性質(zhì)，離子交換反應可分為陽離子交換和陰離子交換兩種類型。離子交換的基本原理如圖

所示。離子交換反應平衡示意圖

（二）水的離子交換軟化法2.離子交換劑離子交換劑無機離子交換劑有機離子交換劑（離子交換樹脂）天然沸石（如海綠石砂）合成沸石（鋁代硅酸鹽）強酸性陽離子交換樹脂RSO3H弱酸性陽離子交換樹脂RCOOH強堿性陰離子交換樹脂R4NOH弱堿性陰離子交換樹脂R≡NHOHR=NH2OHR-NH3OH（1）離子交換樹脂的結構組成離子交換樹脂由骨架和活性基團兩部分組成。骨架又稱為惰性母體R-，它是不參加交換過程的，主要由高分子材料通過交聯(lián)而成的三維空間網(wǎng)絡骨架，它是形成離子交換樹脂的結構主體，如圖所示的鏈狀物?；钚曰鶊F由固定離子和活動離子組成，兩者電性相反、電荷相等，處于電性中和狀態(tài)。（2）離子交換樹脂的分類離子交換樹脂按樹脂類型和孔結構的不同可分為：凝膠型樹脂和大孔型樹脂。

凝膠型樹脂是一種呈透明狀態(tài)的無孔聚合體。在水溶液中，樹脂吸水溶脹，樹脂相內(nèi)產(chǎn)生微孔，反離子可擴散進微孔內(nèi)進行離子交換，樹脂的交聯(lián)度越低，吸水量越大，溶脹也大，產(chǎn)生的微孔也較大。大孔離子交換樹脂在整個樹脂內(nèi)部無論干、濕或收縮、溶脹都存在著比一般凝膠型樹脂更多、更大的孔道，因而比表面極大，在離子交換過程中，離子容易遷移擴散，交換速度較快。按樹脂交聯(lián)度（交聯(lián)劑含量的百分數(shù)）大小分類，可把離子交換樹脂分為：低交聯(lián)度（2%~4%）、一般交聯(lián)度（7%~8%）、高交聯(lián)度（12%~20%）等三種。實際中常用的是交聯(lián)度為7%~12%的樹脂。離子交換樹脂按照功能基團的性質(zhì)可分為以下五種：可交換離子為陽離子（活性基團為酸性基）時，稱陽離子交換樹脂；可交換離子為陰離子（活性基團為堿性基）時，稱為陰離子交換樹脂；樹脂中既有陰離子又有陽離子的稱為兩性離子交換樹脂。根據(jù)陰、陽離子交換樹脂的酸堿性反應基強度的不同，分為強酸性和弱酸性、強堿性和弱堿性交換樹脂。以強酸性陽離子交換樹脂RH為例，其活性基團的活動離子為H+，被交換的廢水中的金屬離子為M+，則反應如下：（3）離子交換樹脂的性質(zhì)離子交換樹脂是人工合成的高分子聚合物，生產(chǎn)這種聚合物常見的單體是苯乙烯系、酚醛系、或丙烯酸系。通過聚合反應得到的化合物通常是線性結構的有機高分子化合物，為此在原料中常加入一定量的二乙烯苯作為交聯(lián)劑，使線性結構轉變?yōu)榱Ⅲw網(wǎng)狀結構，增強了樹脂物理機械性能及化學穩(wěn)定性。1）離子交換樹脂的物理性能①外觀離子交換樹脂外觀呈透明或半透明球形，顏色有黃、白、赤褐色等樹種。樹脂粒徑一般為0.3~1.2mm。②含水率樹脂含水率一般以每克濕樹脂所含水分的百分比表示（50%左右）。③溶脹性各種離子交換樹脂都含有極性很強的交換基團，因此親水性很強。樹脂的這種結構使它具有溶脹和收縮的性能。樹脂溶脹或收縮的程度以溶脹率表示。干樹脂浸泡水中時，體積脹大，成為濕樹脂；濕樹脂轉型時，例如陽離子樹脂離子交換后由鈉型轉變?yōu)闅湫?，體積也有變化，前一種所發(fā)生的體積變化，稱為絕對溶脹度，后一種所發(fā)生的體積變化，稱為相對溶脹度。品種不同的數(shù)值具有不同的溶脹率；同一種樹脂，活動離子不同，其體積也不相同，因此樹脂在轉型時就會發(fā)生體積改變。樹脂的這種溶脹和收縮性能，直接影響到樹脂的操作條件和使用壽命，因此在交換器的設計和使用過程中，都應注意這一因素。④粒度、密度通常所說樹脂真密度（或真比重）和視密度（或視比重）是指濕真密度和濕視密度，以區(qū)別于干真密度和干濕密度（這兩項實際意義不大）。

濕真密度：指樹脂在水中充分溶解后的質(zhì)量與真體積（不包括顆?？紫扼w積）之比，一般為1.04~1.30g/mL。

濕視密度：指樹脂在水中溶解后的質(zhì)量與堆積體積之比，該值一般為0.60~0.85g/mL。

干真密度：表示樹脂在干燥情況下的真實密度，一般用g/mL表示。⑤耐熱性各種數(shù)值都有一定的工作溫度范圍，操作溫度過高，容易使活性基團分解，從而影響交換容量和使用壽命。如溫度低于0℃，樹脂內(nèi)水分凍結，使顆粒破裂。

通常控制樹脂的貯藏和使用溫度在5~40℃為宜。2）離子交換樹脂的化學性能①交聯(lián)度樹脂合成時采用的交聯(lián)劑（如二乙烯苯）的用量，影響樹脂分子的交聯(lián)度。交聯(lián)度對樹脂的許多性能具有決定性的影響。交聯(lián)度較高的樹脂，孔隙率較低，密度較大，含水率也小。交聯(lián)度取決于制造過程。工業(yè)上常用的凝膠型樹脂含有2%~12%的二乙烯苯作為交聯(lián)劑。對于苯乙烯系數(shù)值，交聯(lián)度指二乙烯苯的重量占苯乙烯和二乙烯苯總重量的百分率。交聯(lián)度的改變將引起交換容量、含水率、溶脹度、機械強度等性能的改變。水處理用的離子交換樹脂交聯(lián)度以7%~10%為宜。此時，樹脂網(wǎng)架中的平均孔隙亦即孔道寬度約為2~4nm。Ev=Ew(1-含水率)×濕視密度②交換容量交換容量是樹脂最重要的性能，它定量地表示了樹脂交換能力的大小。可以用質(zhì)量法和容量法來表示。質(zhì)量法是指單位質(zhì)量的干樹脂中離子交換基團的數(shù)量，用Ew（mol/g干樹脂）來表示；容積法是指單位體積的濕樹脂中離子交換基團的數(shù)量，用Ev（mol/L濕樹脂）來表示。二者之間關系為：

由于樹脂一般在濕態(tài)下使用，因此常用的是容積法。離子交換容量又可分為全交換容量和工作交換容量。前者是指樹脂交換基團中所有可交換離子全部被交換的交換容量，也即離子交換樹脂能夠起交換作用的活性基團的總數(shù)。其數(shù)值一般用滴定法測定。后者是指樹脂在給定條件下的交換容量。由于運行條件不同，測得的工作交換容量也就不同。③交換勢與選擇性離子交換反應是可逆反應，可利用化學反應平衡的有關規(guī)律來解釋離子交換反應。對同一種交換樹脂RH來講，交換反應得平衡常數(shù)K值隨交換離子M+而異，K值越大，表明交換離子與樹脂之間的親和力越大，交換離子愈容易取代樹脂上的可交換離子，選擇性愈高，我們說這種離子的交換勢很大；反之，K值越小，選擇性越小，則交換勢很小。在常溫和低濃度溶液中，各種樹脂對不同離子的選擇性大致有如下規(guī)律：強酸性陽離子交換樹脂的選擇性順序：Fe3+＞Co3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞Ag+＞K+＞Na+＞H+＞Li+

弱酸性陽離子交換樹脂的選擇性順序：H+＞Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞Li+

強堿性陰離子交換樹脂的選擇性順序：Cr2O72-＞SO42-＞CrO42-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞F-＞HCO3-＞HSiO3-

弱堿性陰離子交換樹脂的選擇性順序：OH-＞Cr2O72-＞SO42-＞NO3-＞Cl-＞HCO3-

離子交換樹脂的選擇性是廢水處理中選擇樹脂和確定處理工藝的主要依據(jù)之一。④有效pH值范圍樹脂類型強酸性陽離子交換樹脂弱酸性陽離子交換樹脂強堿性陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂有效pH值范圍1~145~141~120~7（4）離子交換樹脂的選用離子交換法主要用于除去廢水中的可溶性鹽類。選擇樹脂時應綜合考慮原水水質(zhì)、處理要求、交換工藝以及投資和運行費用等因素。當分離無機陽離子或有機堿性物質(zhì)時，宜選用陽離子交換樹脂；當分離無機陰離子或有機酸時，宜選用陰離子交換樹脂。對氨基酸等兩性物質(zhì)的分離，既可用陽離子交換樹脂，也可用陰離子交換樹脂。對某些貴金屬和有毒金屬離子（如Hg2+）可選用螯合樹脂交換回收。對有機物（如酚）宜用低交聯(lián)度的大孔樹脂處理。絕大多數(shù)脫鹽系統(tǒng)都采用強型樹脂。污水處理時，對交換勢大的離子，宜采用弱型樹脂。此時弱型樹脂的交換能力強，再生容易，運行費用較省。當污水中含有多種離子時，可利用交換選擇性多級回收，如不需回收時，可用陽陰樹脂混合床處理。廢水水質(zhì)也會影響到離子交換樹脂的使用，主要影響如下所述：

1.廢水中的懸浮物會堵塞樹脂孔隙，油脂會包住樹脂顆粒，它們都會使樹脂的交換能力下降。

2.廢水中的有機物及某些高價金屬離子如Fe3+、Al3+、Cr3+與樹脂的結合能力很強，一旦結合后樹脂的交換能力大大下降，且不易再生。

3.廢水的水溫過高時會使樹脂的交換基團被分解破壞，降低其交換能力。

4.廢水中如果含有氧化劑（如Cl2、O2等）時，會使樹脂氧化分解，強堿性陰離子交換樹脂容易被氧化而完全喪失交換能力。3.離子交換與再生離子交換法的全過程包括：交換、反沖洗、再生、清洗（或淋洗）四個階段。交換階段是利用離子交換樹脂的交換能力，從廢水中分離脫除需要去除的離子的操作過程。反沖洗的目的有二：一是松動樹脂層，使再生液能均勻滲入層中，與交換劑顆粒充分接觸；二是把過濾過程中（即交換階段）產(chǎn)生的破碎粒子和截留的污物沖走。

當離子交換進行到一定時候，出水水質(zhì)變差，即交換達到飽和，需要再生。離子交換床的再生方式主要有順流再生和逆流再生。再生是交換過程的逆過程，借助于較高濃度的再生液流過樹脂層，把已吸附的離子置換出來，使樹脂恢復交換能力。清洗（或淋洗）的目的是洗滌殘留的再生液和再生時可能出現(xiàn)的反應產(chǎn)物。（正洗）

再生方式分為順流再生和逆流再生。再生階段的液流方向和交換時水流方向相同稱為順流再生，反之為逆流再生。順流再生的優(yōu)點是設備簡單，操作方便，工作可靠。缺點是再生劑用量多，獲得的交換容量低，出水水質(zhì)差。而逆流再生時，新鮮的再生劑從交換柱下方進入，首先接觸到的是失效程度不高的樹脂，上升到頂層時，有一定程度失效的再生劑卻接觸失效程度最高的樹脂，這種逆流傳質(zhì)方式，在整個交換柱內(nèi)都有比較均勻、比順流再生更高的推動力。所以再生劑用量少，樹脂再生程度高，且能保證出水質(zhì)量。但逆流再生的缺點是設備復雜，操作控制較嚴格。此外，采用這種方式時，切忌攪亂樹脂層，以免影響出水水質(zhì)，所以要控制再生流速，一般要小于1.5m/h，而順流再生的流速一般為2~5m/h。為了提高再生速度，縮短再生時間，在再生時可通入0.03~0.05MPa的壓縮空氣壓住樹脂層。⑴小反洗⑵放水⑶頂壓→使床不亂

⑷進再生液⑸逆向沖洗（軟化水，流速5～7m/h）⑹正洗（軟化水）逆流再生操作示意4.離子交換工藝常用的離子交換設備有固定床、移動床和流動床三種，目前國內(nèi)應用最為廣泛的為固定床離子交換柱。（1）離子交換設備固定床離子交換器在工作時，床層固定不變，水流由上而下流動。根據(jù)料層的組成，分為單層床、雙層床和混合床三種。

單層床中只裝一種樹脂，可以單獨使用，也可以串聯(lián)使用。

雙層床是在同一個柱中裝兩種同性不同型的樹脂，由于比重不同而分為兩層。

混合床是把陰陽離子兩種樹脂混合裝成一床使用。固定床交換柱的上部和下部設有配水和集水裝置，中部裝填有1.0~1.5m厚的的交換樹脂。這種交換器的優(yōu)點是設備緊湊、操作簡單、出水水質(zhì)好；不過，再生費用大、生產(chǎn)效率不夠高，但目前仍是應用比較廣泛的一種設備。移動床交換設備包括交換柱和再生柱兩個主要部分流動床交換設備是交換樹脂在連續(xù)移動中實現(xiàn)交換和再生的。移動床和流動床與固定床相比，具有交換速度快、生產(chǎn)能力大和效率高等優(yōu)點。但是由于設備復雜、操作麻煩、對水質(zhì)水量變化的適應性差，以及樹脂磨損大等缺點，故限制了它們的應用范圍。（2）離子交換器的設計1）離子交換系統(tǒng)的設計步驟：①根據(jù)排放標準或出水的去向和用途，確定處理后的水質(zhì)要求。②根據(jù)廢水水量、水質(zhì)及處理的要求，選擇交換器的類型，設計系統(tǒng)布置方案，確定合理的處理流程。③選用離子交換樹脂、再生劑種類，確定樹脂的交換容量和再生劑用量。在選擇中必須綜合考慮技術與經(jīng)濟因素。④確定合理的工藝參數(shù)，首先選定合適的過濾速度及工作周期，污染物的濃度大時，濾速應小些，反之則大些。人工操作時，過濾周期需考慮長些，一般為8~24h或更長。自動操作時，可以采用較高的流速和較短的工作周期，這樣可以縮小交換器尺寸，節(jié)省投資。⑤進行有關的計算。2)固定床的設計計算通過實驗或生產(chǎn)實踐取得設計參數(shù)后，按下法計算。①樹脂用量的初步計算選定交換周期Ｔ（h），并按下式計算一個交換周期內(nèi)應去除的污染物總量N（mol）：根據(jù)樹脂的濕視密度ρ（t/m3），按下式計算樹脂重量M（t）：根據(jù)選定的樹脂工作交換容量E（mol/m3樹脂），計算所需的樹脂體積VR（m3）：先選定樹脂層的高度HR（一般為0.70~1.50m），再根據(jù)VR和HR計算交換柱的直徑D（m）。交換柱的總高度Ｈ（m）按下式計算：②交換柱主要尺寸的計算③核算過濾速度按照下式核算過濾線速度v是否合適：如果計算出的濾速與一般經(jīng)驗值相差太大，就得重新計算。此外，也可先選定濾速v

，按上式計算交換柱的直徑。5.應用實例離子交換法在工業(yè)廢水處理中的應用。（1）處理機理氰化鍍金水中金是以[Au(CN)2]－絡離子存在，故用Cl型強堿性陰離子交換樹脂吸附，其反應為：RCl+[Au(CN)2]－R[Au(CN)2]+Cl－（2）處理流程含金廢水一般采用2~3個陰離子交換柱串聯(lián)為雙陰柱或三陰柱全飽和流程。（3）技術參數(shù)下表為氰化鍍金廢水的設計和運轉技術參數(shù)。工序項目單位設計或運轉參數(shù)交換Cl型強堿性陰離子交換樹脂飽和工作交換容量G（Au）/L（樹脂）大孔樹脂：160~180凝膠樹脂：160~190樹脂層高度m0.6~1.0交換流速m/h≤20控制終點出水指標第一交換柱進、出水含金量基本相等，最末交換柱無金泄露（4）回收利用氰化鍍金廢水處理后不利用，排入含氰廢水系統(tǒng)進行破氰后排放。樹脂上吸附金飽和后，再生洗脫工序較復雜，可送專門單位回收；或采用焚燒樹脂的辦法回收金。美國羅門哈斯公司成立于1909年，總公司位于賓西法尼亞州的費城。集研究、生產(chǎn)、經(jīng)營精細化學品于一體的美國羅門哈斯公司，是美國最大的精細化工公司，也是世界上最大的丙烯酸系列產(chǎn)品供貨商之一，在全球25個國家設有100多家生產(chǎn)廠及研究機構，其產(chǎn)品銷售遍及100多個國家。羅門哈斯是離子交換樹脂的發(fā)明者和技術領先者，是世界上最大的離子交換樹脂制造商，其Amberjet系列均粒樹脂，UP系列和MB拋光樹脂以及Amberlite系列品牌，已經(jīng)成為全球在純水超純水應用產(chǎn)品的標志，其產(chǎn)品特點是交換速度快，交換容量高；使用壽命長，不需要預處理等。

漂萊特集團是目前世界上規(guī)模最大的專門生產(chǎn)離子交換樹脂的跨國集團，包括總部設在美國的漂萊特有限公司和總部設在英國的漂萊特國際股份有限公司。集團現(xiàn)共有三個生產(chǎn)基地，分別設在美國、羅馬尼亞及中國，年生產(chǎn)離子交換樹脂6萬余噸。

蘇青集團（原江陰市有機化工廠）是中國最大、最強的離子交換樹脂生產(chǎn)廠商，又是新、特、專、異樹脂的研發(fā)基地，離子交換樹脂國家標準工作組組長單位，中國離子交換樹脂常務理事長單位。40多年來公司一直從事離子交換樹脂、填料、交換器的研究、開發(fā)、設計、制造及工程安裝調(diào)試。公司先后通過ISO9001:2008質(zhì)量管理體系認證、ISO14001:2004環(huán)境管理體系認證、OHSAS18001:2007職業(yè)健康安全管理體系認證，并先后獲得中國馳名商標、中國制造網(wǎng)SGS認證、美國食品藥品協(xié)會FDA認證、美國衛(wèi)生會NSF認證，江蘇省飲用水和食品衛(wèi)生許可批件、江蘇省名牌產(chǎn)品、省級企業(yè)技術中心、江蘇省“重合同守信譽企業(yè)”、”AAA”級銀行信用等級企業(yè)，江蘇省離子交換樹脂與吸附樹脂工程技術研究中心。凝結水精處理樹脂、粉末樹脂、乙二醇脫醛樹脂先后獲得了國家專利和六項產(chǎn)品技術國際新型實用專利證，D003NJ、D203NJ凝結水精處理樹脂獲得省高新產(chǎn)品。

二、水的除鹽幾個基本概念：水的純度：以水中含鹽量或水的電阻率來衡量。電阻率：指斷面1cmX1cm，長1cm體積的水所測得的電阻，單位為歐姆?厘米（Ω?cm）。概述分類及處理方法：分類別名含鹽量mg/L電阻率25oC106Ω?cm所屬范疇處理方法淡化水將高含鹽量的水經(jīng)過局部除鹽處理后，成為生活及生產(chǎn)用的淡水。咸水淡化蒸餾、反滲透、電滲析、冷凍脫鹽水蒸餾水1~50.1~1.0水的除鹽離子交換法，可與電滲析或反滲透聯(lián)合用于水的深度除鹽處理純水去離子水<11.0~10高純水超純水<0.1>10進水水質(zhì)預處理：為什么要預處理？水中雜質(zhì)對膜和樹脂的危害：（1）懸浮物和膠體粘附膜表面堵塞樹脂微孔道脫鹽率降低（2）微生物、細菌膜和樹脂表面生長繁殖降低設備性能（3）無機離子（高價離子，鐵或錳）能與膜和樹脂牢固結合，并使之中毒，降低工作性能。鈣、鎂離子在某些情況下能在表面結垢沉淀，在反滲透法中應采取措施調(diào)整PH值（4）水中游離氯能對膜進行氧化，使樹脂降解。概述進水水質(zhì)預處理的作用？保證處理裝置安全運行。去除些什么？懸浮物、有機物、膠體物質(zhì)、微生物、細菌及某些有害物質(zhì)（鐵、錳）膜分離裝置和離子交換起對進水水質(zhì)指標的要求污染指數(shù)FI：在規(guī)定壓力和時間的條件下，濾膜通過一定水量的阻塞率。越小越好概述如何選擇？主要根據(jù)原水水質(zhì)以及脫鹽裝置所要求的進水水質(zhì)指標而定。最簡單機械過濾和微孔過濾地面水源混凝、沉淀、過濾、消毒原水中有機物含量高，增加活性炭吸附膜分離裝置前均應有微孔過濾作為保護措施概述離子交換除鹽方法與系統(tǒng)陰離子交換樹脂的工藝特性陰樹脂所具有的活性基團均呈堿性，所以稱為堿性基團根據(jù)基團堿性的強弱，區(qū)分為強堿性和弱堿性。（1）強堿樹脂的工藝特性A.陰離子交換出水呈弱堿性原因：陽床出水中總是有微量Na+泄漏，致使陰床出水含有微量的NaOH的緣故。B.被吸附離子分布有一定規(guī)律強堿樹脂選擇性順序：SO42->NO3->Cl->F->HCO3->HSiO3-C.清洗分兩步將清洗水排出，直到清洗排水總溶解固體等于進水總溶解固體；將清洗水循環(huán)回收到陽離子交換器的入口，直到出水電導率符合要求，即開始正常運行。D.運行過程曲線（強堿陰離子交換器的運行過程曲線）在運行階段，出水電導率與硅含量均較穩(wěn)定。當?shù)竭_運行終點時，在電導率上升之前，硅酸已開始泄漏。在硅酸泄漏過程中，電導率出現(xiàn)瞬時下降，這是由于出水中含有的微量NaOH為突然出現(xiàn)的弱酸所中和，生成硅酸鈉和碳酸氫鈉，其導電性能低于NaOH。若陰床運行以硅酸開始泄漏作為失效控制點，則電導率瞬時下降可視作周期終點的訊號。E.強堿樹脂除硅要求1）進水應呈酸性有利于反應向右進行2）進水漏鈉量要低陽床出水漏鈉量的增加，會導致陰床出水堿度的增高，對除硅產(chǎn)生不利的影響。3）再生條件要求高再生劑用量64~96kgNaOH/m3樹脂再生液濃度2%-4%再生時間>1h（2）弱堿樹脂的工藝特性弱堿樹脂只能與強酸陰離子起交換反應，而不能吸附弱酸陰離子。因此，在除鹽系統(tǒng)中，弱堿陰床往往設置在強酸陽床之后。弱堿樹脂極易用堿再生。弱堿樹脂交換容量高于強堿樹脂。弱堿樹脂抗有機物污染能力較強，若在強堿陰床之前，設置弱堿陰床，既可減輕強堿樹脂的負荷，又能保護其不受有機物的污染。清洗亦分兩步。正常出水水質(zhì)呈弱堿性，當Cl-開始泄漏，出水出現(xiàn)酸性，由于酸導電性能較堿為強，因而出水電導率迅速上升，即為周期終點的訊號。弱堿陰離子交換器的運行過程曲線（一）復床除鹽什么是復床？復床指陽、陰離子交換器串聯(lián)使用，達到水的除鹽的目的。復床除鹽有哪些組合方式？1.強酸-脫氣-強堿系統(tǒng)2.強酸-脫氣-弱堿-強堿系統(tǒng)3.強酸-脫氣-弱堿-強堿系統(tǒng)1.強酸-脫氣-強堿系統(tǒng)陽床：去除Ca2+、Mg2+、Na+等陽離子，出水為酸性水除二氧化碳器：去除CO2陰床：去除SO42-、Cl-、HCO3-、HSiO3-強堿陰床設置在強酸陽床之后的原因：進水先通過陰床，CaCO3、Mg(OH)2沉積在樹脂層,使強堿樹脂交換容量降低。陰床在酸性介質(zhì)中易于進行離子交換。強酸樹脂抗有機物污染的能力勝過強堿樹脂。若原水先通過陰床，本應由除二氧化碳器去除的碳酸，都要由陰床承擔，從而增加了再生劑耗用量。適用于：制取脫鹽水。2.強酸-脫氣-弱堿-強堿系統(tǒng)弱堿樹脂：去除強酸陰離子強堿樹脂：除硅再生采用串聯(lián)再生方式，全部NaOH再生液先用來再生強堿樹脂，然后再生弱堿樹脂。適用于：原水有機物含量較高、強酸陰離子含量較大的情況3．強酸-脫氣-弱堿-強堿系統(tǒng)如圖所示，該系統(tǒng)是由強酸陽床、除二氧化碳器、弱堿陰床、強堿陰床組成。適用于原水有機物含量較高、強酸陰離子含量較大的情況。陰離子交換樹脂的再生劑以氫氧化鈉為主，再生時，采用串聯(lián)再生方式，全部再生液先用來再生強堿樹脂，然后再生弱堿樹脂。再生劑得到充分利用，再生比耗降低。該系統(tǒng)出水水質(zhì)與1系統(tǒng)大致相同，但運行費用略低。（二）混合床除鹽按一定比例將陰、陽樹脂均勻混合在一起的離子交換器稱為混合床，混合床中陰樹脂的體積一般是陽樹脂的兩倍，再生時陰、陽樹脂分層再生，使用時先將其均勻混合。當原水通過此交換器時，由于混合床中陰、陽樹脂交替緊密接觸，好象由無數(shù)微型的復床除鹽系統(tǒng)串聯(lián)而成的，反復進行多次脫鹽，因而具有出水純度高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、間斷運行對出水水質(zhì)影響小、交換終點分明易于實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點。缺點：樹脂層工作交換容量的利用率低，再生劑利用率低。（再生時，陰、陽樹脂很難徹底分層。導致交叉污染）樹脂破碎率大于復床。再生操作復雜，每再生一次所需時間較長

在水處理系統(tǒng)中用強酸與強堿樹脂裝填的混合床出水純度最高，使用廣泛，其他性質(zhì)樹脂的混床較差。注意事項：混合床對有機污染很敏感。陰樹脂變質(zhì)與污染導致出水電阻率逐步下降。為防止污染，應進行必要的預處理?；旌洗苍偕绞椒煮w內(nèi)再生與體外再生兩種。體內(nèi)再生又區(qū)分為酸、堿分步再生和同步再生。以體內(nèi)酸、堿分步再生為例，其再生操作步驟為：（1）反洗分層：反洗流速10m/h左右；（2）進堿陰樹脂再生：再生液濃度為4％，流速為5m/h；（3）第一次正洗：脫鹽水以12～15m/h的流速通過陰樹脂層；（4）進酸陽樹脂再生：濃度5％鹽酸或1.5％硫酸；（5）第二次正洗：用脫鹽水以12～15m/h的流速通過陽樹脂層；（6）陽、陰樹脂混合：先放水至樹脂層上約10～20cm處，然后進壓縮空氣約2～3min，使陽、陰樹脂攪拌均勻混合后，立即快速排水；（7）最后正洗：流速15～20m/h，正洗到出水電阻率大于5.0×105Ω·cm，即可投入運行。以體內(nèi)再生為例，介紹混合床再生操作步驟：1）反洗分層2）進堿再生3）陰樹脂正洗4）進酸再生5）陽樹脂正洗6）混合7）最后正洗離子交換除鹽方法與系統(tǒng)混合床體外再生將失效的樹脂用水力輸送到專設的再生器再生。步驟與體內(nèi)再生大致相同。反洗分層后，將陰樹脂輸送到另一再生器，陰、陽再生分開進行。混合床再生時由于陽、陰樹脂分層不徹底，易形成所謂的交叉污染；另外，考慮到混合床對有機物污染很敏感，因此在水進人混合床之前，應進行必要的預處理，以防有機物污染樹脂。單元2地下水處理工藝任務1地下水除鐵除錳任務2地下水的軟化除鹽任務3地下水的除氟任務3地下水的除氟一、活性氧化鋁吸附過濾法二、骨炭過濾法地下水的除氟

氟是自然界中廣泛分布的元素之一，在鹵素中，它在地殼中的含量僅次于氯，在我國地下水含氟地區(qū)的分布范圍很廣。氟又是機體生命活動所必需的微量元素之一，但過量的氟則產(chǎn)生毒性作用，長期飲用含氟量高于1.5mg/L的水可引起氟斑牙，表現(xiàn)為牙釉質(zhì)損壞，牙齒過早脫落等。飲用水衛(wèi)生標準中規(guī)定氟的含量不超過1.0mg/L，超過標準規(guī)定的原水，需進行除氟處理。一、活性氧化鋁吸附過濾法活性氧化鋁是一種兩性物質(zhì)，其等電點約為9.5，當水的pH值在9.5以上時可吸附水中陽離子，水的pH值在9.5以下時可吸附水中陰離子?；钚匝趸X吸附陰離子的順序為對吸附氟離子具有極大的選擇性。除氟用的活性氧化鋁為白色顆粒狀多孔吸附劑，有較大的表面積?；钚匝趸X在使用前須用硫酸鋁溶液進行活化，活化反應為：除氟時的反應為：當活性氧化鋁失去除氟能力后，需停止運行，進行再生。再生時可用濃度為1％～2％的硫酸鋁溶液，再生反應為：活性氧化鋁對水中氟吸附能力的大小取決于其吸附容量。吸附容量是指1g活性氧化鋁所能吸附氟的重量，一般為1.2～4.5mg/gAI2O3

。它主要與原水的含氟量、pH值、活性氧化鋁的粒度等因素有關。原水的含氟量高時，由于對活性氧化鋁顆粒能形成較高的濃度梯度，有利于氟離子進入顆粒內(nèi)，從而能獲得較高的吸附容量；原水的pH值在5～8之間時，活性氧化鋁的吸附量較大，pH=5.5可獲得最佳的吸附容量，我國多將pH值控制在6.5～7.0之間；活性氧化鋁的粒度小時，吸附容量大，且再生容易，但反洗時小顆粒易流失，一般選用粒徑為l～3mm。活性氧化鋁吸附過濾法除氟裝置可分為固定床和流動床，一般采用固定床，濾層厚度為1.1～1.5m，濾速為3～6m/h。當活性氧化鋁濾層失效后（即出水含氟量超過標準時），需停止運行，進行再生。再生時，為去除濾層中的懸浮物，應先用原水對濾層進行反沖洗（膨脹率為30％～50％）。再生劑可用1％～2％硫酸鋁或1.0％NaOH溶液，其濃度和用量應通過試驗確定。再生后須用除氟水反沖洗，然后進水除氟至出水合格為正式運行開始。再生時間一般為1.0～1.5h。采用流動床時，濾層厚度為1.8～2.4m，濾速10～12m/h。二、骨炭過濾法骨炭是由獸骨燃燒去掉有機質(zhì)的產(chǎn)品，其主要成分是羥基磷酸三鈣，故骨炭過濾法又稱磷酸三鈣過濾法。當水中含氟量高時，反應向右進行，氟被吸附交換去除。骨炭濾層失效后，需停止運行，進行再生，常用的再生液是濃度為1％NaOH溶液。再生后還需用濃度為0.5％的硫酸溶液中和。骨炭已推薦于發(fā)展中國家飲水除氟.但由于骨炭易溶于酸,只能在pH7左右運行,而且磨耗較大,美國從1971年起停止使用.我國目前應用骨炭除氟劑的數(shù)量僅次于活性氧化鋁。由于動物骨骼的來源及加工方法不同,各種骨炭對氟的吸收特性有很大的差異.對比黑色、灰色和白色骨炭的除氟效果以黑色骨炭最為有效地下水除鐵除錳實例1.方案內(nèi)容本工程是將取自地下的含鐵、錳水，經(jīng)錳砂過濾設備后去除水體中的鐵、錳離子。2.設計基礎資料原水水源：地下水；原水水質(zhì)：鐵、錳超標；設計出水：Fe﹤0.3mg/L，Mn﹤0.1mg/L。3.設計原則（1）設計必須符合適用的要求。（2）設計應符合經(jīng)濟的要求。（3）設計技術應當力求先進和合理。（4）設計應注意美觀。（5）系統(tǒng)設備安全性單元3地下水處理運行與管理4.規(guī)范和標準（1）設備制造和材料符合下列標準和規(guī)定的最新版本的要求標準號名稱JB/T2932-99《水處理設備制造技術條件》HG/T2698-95《化工設備襯里用未硫化橡膠板》HGJ32-90《橡膠襯里化工設備》DC130A16《橡膠襯里設備技術條件》DL543-94《工業(yè)用水處理設備質(zhì)量驗收》GB150-1999《鋼制壓力容器》勞鍋字[1990]8號《鋼制壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》JB4730-94《壓力容器無損檢測》JB2532-80《壓力容器油漆、包裝、運輸》JB2880《鋼制焊接常壓容器技術條件》水泵執(zhí)行GB或JB標準（2）外接管口標準和規(guī)范法蘭接口的標準與閥門的法蘭標準配套，并且接口管件符合下列標準及相關標準、規(guī)范的規(guī)定要求：標準號名稱HG21501