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(shí)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(jī)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(shí)

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(shí)水有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的三態(tài)變化。水的融點(diǎn)為0℃,沸點(diǎn)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(jìn)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(jī)物、無機(jī)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(jī)、無機(jī)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(xì)小的雜質(zhì)。原水中細(xì)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(jìn)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(shí)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(jìn)行的初步處理，以便在水的精處理時(shí)取得良好效果，提高水質(zhì)。因?yàn)樽匀唤绲乃加写罅康碾s質(zhì)，如泥沙、黏土、有機(jī)物、微生物、機(jī)械雜質(zhì)等，這些雜質(zhì)的存在，嚴(yán)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(shí)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(jī)物、鐵、錳、暫時(shí)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(fù)荷延長裝置的壽命和減少藥劑的投加減低總的費(fèi)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(fèi)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(jià)金屬離子如鐵、鋁、錳等（可略去不計(jì)），予以去除。因此，就需要進(jìn)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(qiáng)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(shí)不離解的氣體、膠體以及有機(jī)物質(zhì)（包括細(xì)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(tuán)中的H+、Na+等陽離子與水中的硬度成分Ca2+、Mg2+進(jìn)行離子交換，從而除去Ca2+、Mg2+以達(dá)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(bǔ)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(jìn)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(dāng)水經(jīng)過這些陰、陽離子交換劑的交換處理后，就會(huì)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(gè)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?yàn)樗能浕灰蟪ニ械挠捕入x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(shí)使用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂和強(qiáng)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(qiáng)酸樹脂+弱堿樹脂+強(qiáng)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(shí)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(dòng)下對混合物進(jìn)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(gè)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(dāng)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(huì)發(fā)現(xiàn)，含鹽量少的一邊的水分會(huì)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(shí)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(gè)壓力，其結(jié)果也可以使上述滲透停止，這時(shí)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(jìn)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(dá)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(yán)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(jì)運(yùn)行提供有力的保證。對鍋爐給水水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)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(jìn)入鍋爐的水質(zhì)不符標(biāo)準(zhǔn)，而又未及時(shí)正確處理，則經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行后，在和水接觸的受熱面上，會(huì)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(qiáng)度下降，局部變形，產(chǎn)生鼓泡，嚴(yán)重的還會(huì)引起爆裂事故，危及安全運(yùn)行；結(jié)垢還會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐換熱效果，大大地降低鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(huì)使汽輪機(jī)凝汽器內(nèi)真空度降低，從而使汽輪機(jī)的熱效率和出力降低。嚴(yán)重時(shí)，甚至要被迫停產(chǎn)進(jìn)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(huì)造成省煤器水冷壁、給水管道、加熱器、過熱器以及汽輪機(jī)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(jì)損失，同時(shí)腐蝕產(chǎn)物又會(huì)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(jìn)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(jī)中，這種現(xiàn)象稱為積鹽。過熱器的積鹽會(huì)引起金屬管壁過熱，甚至爆裂；汽輪機(jī)內(nèi)積鹽會(huì)降低出力和效率，嚴(yán)重的會(huì)造成事故。由上可見，對于鍋爐給水水質(zhì)的嚴(yán)格控制是十分必要的。2023/2/2鍋爐給水與爐水的控制項(xiàng)目給水控制項(xiàng)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(xiàng)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(jì)運(yùn)行。所以要經(jīng)除鹽處理，這是因?yàn)椋何唇?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(jìn)入鍋爐中，會(huì)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(jìn)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(xiǎn)。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(jìn)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(huì)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(huì)造成熱力設(shè)備的腐蝕。鹽類物質(zhì)會(huì)沉積在蒸汽通過的各個(gè)部位，如過熱器、汽輪機(jī)等，影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(dāng)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(yùn)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(yán)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(jìn)行研究以避免這些可能的發(fā)生或減緩發(fā)生的時(shí)間。2023/2/2被用作工業(yè)循環(huán)補(bǔ)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(xì)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(huì)愈來愈少，而水中各礦物質(zhì)和離子含量就會(huì)愈來愈濃，為了使水中含鹽量維持在一定的濃度，必須補(bǔ)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(bǔ)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(shí)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(yùn)行的過程中，會(huì)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