1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上濱州魏橋熱電二分公司特種作業(yè)培訓(xùn)教材系列讀本培訓(xùn)科 編制 2010-08-01發(fā)布日期化學(xué)水處理培訓(xùn)教材目 錄第一章 水質(zhì)概述第一節(jié) 水在熱力發(fā)電廠中的作用及水處理的重要性一、水是熱力發(fā)電廠的工作介質(zhì)在熱力發(fā)電廠中，水進(jìn)入鍋爐后，吸收燃料燃燒釋放出來的熱能，變成水蒸汽，導(dǎo)入汽輪機(jī)；在汽輪機(jī)內(nèi)，蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能沖動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)繼而變成機(jī)械能；汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋６⑺幚淼闹匾栽跓崃Πl(fā)電廠中，由于汽水品質(zhì)不良，容易造成以下危害：1.熱力設(shè)備的結(jié)垢。如果進(jìn)入鍋爐或其他熱交換器的水質(zhì)不良，則運(yùn)行一段時(shí)間后，在和水接觸的受熱面上，會(huì)生成一些固體附著物，這

2、種現(xiàn)象稱為結(jié)垢，這些附著物稱為水垢。形成水垢后，容易造成結(jié)垢部位的金屬管壁溫度過高，造成超溫爆管；降低發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，增加燃料消耗。2.熱力設(shè)備的腐蝕。發(fā)電廠熱力設(shè)備的金屬經(jīng)常和水接觸，如水質(zhì)不良，則會(huì)引起金屬腐蝕，縮短設(shè)備使用期限。3.過熱器和汽輪機(jī)的積鹽。水質(zhì)不良會(huì)使鍋爐不能產(chǎn)生高純度的蒸汽，隨蒸汽帶出的雜志就會(huì)沉積在蒸汽通過的各個(gè)部位，形成積鹽。積鹽容易造成汽輪機(jī)效率過低增加蒸汽流通阻力，自動(dòng)主氣門及調(diào)門卡澀，造成過熱器爆管等。第二節(jié) 常用化學(xué)名詞概述一、溶液一種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中的體系稱為分散體系，均一的分散體系叫做溶液。溶液中被分散的物質(zhì)叫做溶質(zhì)，用以分散溶質(zhì)的物質(zhì)叫做溶劑。若

3、將少量NaCl放入水中，稍加攪拌，NaCl就很快地溶于水中，其中NaCl就叫溶質(zhì)，水就叫做溶劑。二、溶液中溶質(zhì)的含量1.質(zhì)量分?jǐn)?shù)和百分含量用溶液的質(zhì)量占全部溶液（溶質(zhì)于溶劑）質(zhì)量的比值來表示溶液中溶質(zhì)的含量，叫做質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如以百分?jǐn)?shù)表示，則稱為百分含量。2.用單位體積或單位質(zhì)量溶液中含有的溶質(zhì)質(zhì)量表示含量在工業(yè)上有時(shí)用1L溶液中含有溶質(zhì)的質(zhì)量（g/L、mg/L、g/L）。對(duì)以水為溶劑的稀釋液，1L水的質(zhì)量近似地等于1kg，在這種情況下，上述含量單位與g/kg、mg/kg、g/kg可看作相等的。3.物質(zhì)的量物質(zhì)的量的單位為摩爾，符號(hào)為mol。摩爾所表示的是參與化學(xué)反應(yīng)的基本單元。4.濃度用1L溶

4、液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量表示溶液中溶質(zhì)的含量，叫做物質(zhì)的量濃度或簡(jiǎn)稱濃度。三、電離電解質(zhì)：物質(zhì)在干燥時(shí)不能導(dǎo)電，而在水溶液中或在加熱熔融狀態(tài)下卻能導(dǎo)電，此類物質(zhì)叫做電解質(zhì)，如食鹽、氫氧化鈉等。非電解質(zhì)：物質(zhì)在干燥時(shí)和其溶液都不能導(dǎo)電，此類物質(zhì)叫做非電解質(zhì)，如酒精、石蠟等。電解質(zhì)溶解于水后所以能導(dǎo)電，是因?yàn)樵谒肿幼饔孟拢娊赓|(zhì)離解為帶正電和帶負(fù)電的離子，它們能在水中自由移動(dòng)，這種過程叫做電離。四、水的電離，pH值水是一種極弱的電解質(zhì)，它只能微弱地電離出H+和OH-：H2O=H+OH-因?yàn)樗肿幽茈婋x成一個(gè)H+和一個(gè)OH-，所以純水中的H+和OH-的離子濃度是相等的。在22時(shí)，純水中H+和OH-離

5、子濃度各等于1×10-7mol/L。若水溶液中的H+和OH-相等，則此水溶液叫做中性溶液；若H+OH-，則叫做酸性溶液；若OH-H+，則叫做堿性溶液。一般溶液中的H+和OH-的值很小，而在不同條件下它們的大小又常常有很大的差別，就是說它們的變動(dòng)范圍很大，用mol/L的濃度表示法在實(shí)用上不方便，所以現(xiàn)在廣泛地采用pH值來表示。pH值的意義是H+濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，如式（1-1）所示pH=-lgH+=lg （1-1）中性溶液中的H+=10-7mol/L,則它的pH值為7，酸性溶液的H+10-7mol/L，則它的pH值7，溶液的酸性越強(qiáng)，pH值越小。堿性溶液的H+10-7mol/L，則它的pH值

6、7，溶液的堿性越強(qiáng)，pH值越大。五、溶度積水是一種很好的溶劑，許多物質(zhì)在水中都能溶解。但是一些固體物質(zhì)在水中的溶解度很小，這些物質(zhì)通常叫做難溶物質(zhì)。在水處理工作中經(jīng)常利用這個(gè)特性，把某些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為難溶物質(zhì)，使它從水中沉淀出來。溶度積表達(dá)式的物理意義是：在難溶電解質(zhì)的飽和溶液中，當(dāng)溫度一定時(shí)，其離子濃度的乘積為一個(gè)常數(shù)。第三節(jié) 天然水中的雜質(zhì)天然水中的雜質(zhì)是多種多樣的，但在一般情況下，它們都是由一些常見元素所組成的酸、堿、鹽之類的化合物。由于水處理方法與雜質(zhì)顆粒的大小有關(guān)，在水處理工藝中，我們通常按這些雜質(zhì)顆粒的大小，將其分為三類：懸浮物、膠體和溶解物質(zhì)。一、懸浮物懸浮物是顆粒粒徑約在10-4m

7、m以上的微粒，這些雜質(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。二、膠體膠體是顆粒粒徑在10-610-4mm之間的微粒，是許多分子和離子的集合體。天然水中的有機(jī)膠體多半是由于水中植物或動(dòng)物肢體的腐爛和分解而生成的，其中主要為腐植質(zhì)。天然水中的礦物質(zhì)膠體，主要是鐵、鋁和硅的化合物。三、溶解物質(zhì)在水中呈真溶液狀態(tài)的物質(zhì)有離子和分子，其顆粒粒徑不大于10-6mm。天然水中的溶解物質(zhì)大都為離子和一些溶解氣體。第四節(jié) 水質(zhì)指標(biāo)一、懸浮物懸浮物的量雖然可以用重量法表示，但操作麻煩，所以常用大致可以表征懸浮物多少的透明度或渾濁度來表示。二、溶解鹽類1.含鹽量含鹽量表示水中所含鹽類的

8、總和，可以通過水質(zhì)的全分析，用計(jì)算法求得。2.蒸發(fā)殘?jiān)舭l(fā)殘?jiān)潜硎舅胁粨]發(fā)物質(zhì)的量。蒸發(fā)殘?jiān)臏y(cè)定方法是取一定體積的過濾水樣蒸干，最后將殘?jiān)?05110下干燥至恒重，其單位用mg/L表示。3.電導(dǎo)率利用水中離子指示水導(dǎo)電能力的大小的指標(biāo)稱做電導(dǎo)率。電導(dǎo)率的大小除了和水中離子量有關(guān)外，還和離子的種類有關(guān)，故單憑電導(dǎo)率不能計(jì)算其含鹽量。但當(dāng)水中各種離子的相對(duì)量一定時(shí)，則離子總濃度愈大，其電導(dǎo)率也愈大，所以在實(shí)際應(yīng)用中可直接以電導(dǎo)率反映水中含鹽量。三、硬度硬度是用來表示水中某些容易形成的垢類以及洗滌時(shí)容易消耗肥皂的一類物質(zhì)。對(duì)于天然水來說，這些物質(zhì)主要是鈣、鎂離子，所以通常把硬度看作是這兩種離

9、子。因此，總硬度（或簡(jiǎn)稱硬度）就表示鈣、鎂離子含量之和。四、堿度和酸度1.堿度堿度表示水中含OH-、CO32-、HCO3-量及其他一些若酸鹽類量的總和。因?yàn)檫@些鹽類在水溶液中都呈堿性，可以用酸中和，所以歸納為堿度。在天然水中，堿度主要由HCO3-的鹽類組成。因?yàn)閴A度是用酸中和的辦法來測(cè)定的，所以當(dāng)采用的指示劑不同，也就是滴定終點(diǎn)不同時(shí)，所測(cè)得的物質(zhì)也不同。常用的指示劑為甲基橙和酚酞。當(dāng)用甲基橙為指示劑時(shí)，終點(diǎn)pH值為4.34.5。通常所稱的堿度，如不加特殊說明，就是指總堿度，即甲基橙堿度。堿度的單位為mmol/L（H+），這里H+表示中和用酸的基本單元。2.酸度酸度是指水中含有能與強(qiáng)堿（如Na

10、OH等）起中和作用的物質(zhì)的量。在天然水中，酸度有H2CO3和HCO3-的鹽類。五、有機(jī)物和耗氧量1.耗氧量利用耗氧量來表征有機(jī)物多少的原理是基于有機(jī)物具有可氧化的共性。通常將重鉻酸鉀（K2Cr2O7）法測(cè)得的耗氧量稱為化學(xué)需氧量（CODCR），其理由是此法測(cè)得的數(shù)據(jù)比較接近余有機(jī)物完全氧化的耗氧量。有人將符號(hào)COD籠統(tǒng)地代表耗氧量，此時(shí)必須標(biāo)明所用氧化劑，否則，意義含糊。2.生化需氧量生化需氧量表示用微生物氧化水中有機(jī)物所消耗的氧量，通常用符號(hào)“BOD”表示，單位為mg/LO2。第二章 水的沉淀處理第一節(jié) 膠體化學(xué)基礎(chǔ)將水中雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為沉淀物而析出的各種方法，稱為沉淀處理。沉淀處理的內(nèi)容包括：懸

11、浮物的自然沉降，混凝處理，沉淀軟化等?；炷幚硎且环N應(yīng)用廣泛的水的沉淀處理方法。因?yàn)樗幕炷幚黻P(guān)系到許多膠體化學(xué)問題，所以這里先介紹膠體的一般知識(shí)。一、膠體的穩(wěn)定性膠體顆粒較小，在水溶液中受到來自各個(gè)方向水分子撞擊的次數(shù)相對(duì)來說較少，各撞擊力相互抵消的可能性也較少，因此它們?cè)谒杏胁灰?guī)則的運(yùn)行，這稱為布朗運(yùn)動(dòng)。膠體微粒有布朗運(yùn)動(dòng)，它們?cè)谒芤褐胁粫?huì)發(fā)生明顯的沉降現(xiàn)象。有些膠體在水溶液中不易相互聚集成較大的顆粒，而是呈穩(wěn)定的分散狀態(tài)。促使水中膠體具有聚集穩(wěn)定性的原因有以下三種：（1） 膠體表面帶電；（2） 膠體表面有水化層；（3） 膠體表面吸附有某些促使膠體穩(wěn)定的物質(zhì)。二、膠體的親水性與憎水性

12、膠體表面水化層的形成是由于膠體對(duì)水的親和力。根據(jù)此種性能，膠體大致可分為親水和憎水兩類。親水膠體的顆粒對(duì)水有很強(qiáng)的親和力，而憎水膠體對(duì)水的親和力很小。三、膠體的脫穩(wěn)在水處理過程中，為了要除去水中膠體，必須使膠體脫穩(wěn)。有以下途徑：1.壓縮雙電層如在水溶液中投加某種電解質(zhì)，則即使它是無(wú)關(guān)電解質(zhì)，當(dāng)加藥量達(dá)到一定的數(shù)量時(shí)，也會(huì)發(fā)生膠體聚集的現(xiàn)象。2.網(wǎng)捕作用在進(jìn)行水的混凝處理時(shí)，有些膠體的去除，是因?yàn)榛炷a(chǎn)生的沉淀物像一個(gè)濾網(wǎng)，它們沉降時(shí)將膠體夾帶著一起沉淀。3.吸附與架橋如在水中投加可以吸附膠體的鏈狀大分子，則因在一個(gè)大分子可以吸附多個(gè)膠體，大分子在膠體之間起了架橋作用。第二節(jié) 水的混凝處理一、

13、混凝原理混凝處理就是在水中投加一種名叫混凝劑的化學(xué)藥品，這種藥品在水中會(huì)促使微小的顆粒變成大顆粒而下沉。以混凝劑硫酸鋁Al2(SO4)3為例，當(dāng)它投入水中時(shí)，首先發(fā)生的是它的電離和水解，因而生成氫氧化鋁：Al2(SO4)32Al3+3SO42-Al3+H2OAl(HO)2+H+Al(HO)2+H2OAl(HO)2+H+Al(HO)2+H2OAl(HO)3+H+這個(gè)過程很快，通常在30s內(nèi)完成了。氫氧化鋁是溶解度很小的化合物，它從水中析出時(shí)形成膠體。這些膠體在近乎中性的天然水中帶正電荷。隨后，它們?cè)诜措x子（如SO42-）的作用力下漸漸凝聚成粗大的絮狀物，然后在重力的作用下沉降。如凝絮過程如圖所示

14、：二、影響混凝效果的因素混凝處理的目的是除去水中的膠體和懸浮物，所以，水的混凝效果，常以生成絮凝體的大小，沉降速度的快慢以及水中膠體和懸浮物殘留量的多好來評(píng)價(jià)。影響混凝效果的因素很多，因?yàn)樗ㄓ须婋x、水解、形成膠體、吸附和聚沉等許多過程，任何一種干擾這些過程的工作條件都會(huì)反映到混凝效果上。1.水的pH值用鋁鹽作混凝劑時(shí)，最優(yōu)pH值一般介于6.57.5之間。2.混凝劑的用量最優(yōu)加藥量與水中膠體的量有關(guān)，在不同的具體情況下應(yīng)試驗(yàn)求得最優(yōu)加藥量，然后，在運(yùn)行中再根據(jù)實(shí)際處理效果加以調(diào)整。天然水的最優(yōu)加藥量一般為0.10.5mmol/L（Al3+）3.水溫用鋁鹽作為混凝劑時(shí)，水溫對(duì)混凝效果有很大影響

15、。當(dāng)水溫很低（如低于5）時(shí)，產(chǎn)生的凝絮細(xì)而松、含水分多，沉降很慢，所以效果差。4.水和混凝劑的混合速度水和混凝劑的混合速度關(guān)系到混凝劑在水中分布的均勻性和膠體顆粒間碰撞的機(jī)會(huì)，故它是影響混凝過程的一個(gè)重要因素。攪拌速度最好由快轉(zhuǎn)慢。水中剛加入混凝劑時(shí)，需要快速攪拌，因?yàn)榛炷齽┰谒械乃夂托纬赡z體的速度非?？?，所以要用快速攪拌方能生成大量小粒的氫氧化物膠體，并使它迅速地?cái)U(kuò)散到水的各個(gè)部分，及時(shí)地和水中雜質(zhì)起作用。5.水中雜質(zhì)當(dāng)天然水中含有大量分子較大的有機(jī)物時(shí)，它們會(huì)吸附在膠體的表面上，起到保護(hù)膠體的作用，使膠粒之間不容易聚集。6.接觸介質(zhì)當(dāng)進(jìn)行混凝或其他沉淀處理時(shí)，如在水中保持一定數(shù)量的泥渣

16、層，則可以使沉淀過程更完全，沉淀速度加快。在這里泥渣層起到接觸介質(zhì)的作用。三、混凝劑可用作混凝劑的化合物有多種。常見的混凝劑是一些在分子中有高價(jià)陽(yáng)離子的無(wú)機(jī)鹽類。1.鋁鹽可用作混凝劑的鋁鹽有多種，如硫酸鋁、明礬、鋁酸納。2.鐵鹽常用作混凝劑的鐵鹽，一般為硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）。3.無(wú)機(jī)高分子混凝劑-聚合鋁和聚合鐵（1）聚合鋁。聚合鋁是一類化合物的總稱，在這類化合物中包含有Al(HO)3聚合成的無(wú)機(jī)高分子和其他組成物。水處理工藝常用的聚合鋁屬于聚氯化鋁（簡(jiǎn)稱PAC），它是一種由堿式氯化鋁聚合而成的無(wú)機(jī)高分子化合物。聚合鋁組成中的OH和Al的相對(duì)含量對(duì)其性質(zhì)有很大影響。此量常用

17、堿化度B來表示。其意義為它們濃度的百分比，即B=×100%式中OH-聚合鋁中OH的濃度，mol/L； Al -聚合鋁中Al的濃度，mol/L。堿化度是聚氯化鋁的一個(gè)重要指標(biāo)，它對(duì)該混凝劑的影響是：堿化度約在30%以下時(shí)，混凝劑全部由小分子構(gòu)成，混凝能力低；隨著堿化度的上升，膠性增大，混凝能力上升。若堿化度過大時(shí)，溶液不穩(wěn)定，會(huì)生成氫氧化鋁的沉淀物。一般，B值控制在50%80%之間。由于聚合鋁加到水中時(shí)可以直接形成高效能的聚合離子，不經(jīng)水解和聚合反應(yīng)，所以它具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）使用范圍廣。對(duì)于低濁度水、高濁度水、有色水和某些工業(yè)廢水等，都有優(yōu)良的混凝效果。2）用量少。按Al2O3計(jì)，其用

18、量可減少到硫酸鋁的。3）操作容易。一般pH值為78都可取得良好的效果，低溫時(shí)效果仍穩(wěn)定。4）形成凝絮快。5）加藥過多也沒有害處。（2）聚合硫酸鐵。聚合硫酸鐵是一種以鐵的硫酸鹽為原料，經(jīng)過加工制造成的無(wú)機(jī)高分子混凝劑。其通常是一種棕紅色粘稠液體，聚合硫酸鐵的混凝能力強(qiáng)，除色和除有機(jī)物的效果由于鐵鹽，對(duì)于低溫和低濁度水，也能取得良好效果。4.此外，還有鎂鹽混凝劑、電混凝、混凝輔助劑等混凝方式。四、有機(jī)高分子絮凝劑1.類別用作有機(jī)高分子絮凝劑的化合物必須是線型或帶枝節(jié)的線型聚合物。聚合物的鏈節(jié)數(shù)以10005000為宜，過多，會(huì)失去水溶性；過少，絮凝作用不佳。在高分子鏈上還必須有能起吸附作用的基團(tuán)，如

19、-COOH、-SO3H、-CONH2等。有機(jī)高分子絮凝劑在水中可電離，是一種電解質(zhì)。根據(jù)其電離后聚合離子所帶電荷性質(zhì)的不同，它們可分為陽(yáng)離子型、陰離子型和非離子型三類。按照其高分子的組成，它們又可分為聚乙烯、聚酰胺、聚胺和聚丙烯等型。2.應(yīng)用在我國(guó)，使用最廣的有機(jī)高分子絮凝劑為聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺常作為助凝劑，與其他混凝劑一起使用。第三節(jié) 沉降原理“沉淀”是指水中雜質(zhì)形成沉淀物和自水中析出的全過程，而“沉降”僅指固體因重力作用而下沉的過程。一、懸浮顆粒的絮凝性水中有些顆粒在沉降時(shí)會(huì)發(fā)生粘合的現(xiàn)象，這種性能稱為絮凝性。二、離散沉降離散沉降是指離散顆粒在稀懸浮液中的沉降過程。三、絮凝沉降天然水中

20、的懸浮顆粒或多或少具有絮凝性。當(dāng)采用混凝處理時(shí)，顆粒的絮凝性更強(qiáng)，所以在水凈化工藝中，發(fā)生的常常是絮凝性顆粒的沉降，所謂絮凝沉降。四、層狀沉降如水中懸浮顆粒的量較多，則它們?cè)谒谐两禃r(shí)常常會(huì)形成一個(gè)由許多顆粒聚集成的“毯狀毯”。此時(shí)，可看到水體中有一個(gè)清水和渾水的交界面在不斷下移。此種沉降稱為層狀沉降。第四節(jié) 沉淀處理設(shè)備沉淀處理用的設(shè)備可分為沉淀池和澄清池兩類，運(yùn)行中池中不帶懸浮泥渣層的設(shè)備稱沉淀池，帶泥渣層的稱澄清池。本節(jié)根據(jù)我公司實(shí)際情況，僅介紹澄清池。泥渣循環(huán)式澄清池的特征為，設(shè)備中有若干泥渣作循環(huán)運(yùn)行，即泥渣區(qū)中有部分泥渣回流到進(jìn)水區(qū)，與進(jìn)水混合后共同流動(dòng)，待流至泥渣分離區(qū)，進(jìn)行澄清

21、分離后，這些泥渣又返回原處。這類澄清池中常見的為機(jī)械攪拌澄清池和水力循環(huán)澄清池。現(xiàn)就機(jī)械攪拌澄清池進(jìn)行闡述。機(jī)械攪拌澄清池（1）工作原理。機(jī)械攪拌澄清池又叫作加速澄清池。它通常由鋼筋混凝土構(gòu)成的，橫斷面呈圓形，內(nèi)部有攪拌裝置和各種導(dǎo)流隔墻，見圖所示。其運(yùn)行流程為：原水由進(jìn)水管1進(jìn)入截面積為三角形的環(huán)形進(jìn)水槽2，通過槽下面的出口孔或縫隙，均勻地流入澄清池的第一反應(yīng)室3，在這里由于攪拌上葉片的攪動(dòng)，進(jìn)水和大量回流泥渣混合均勻；第一反應(yīng)室中夾帶有泥渣的水流被攪拌器上的渦輪提升到第二反應(yīng)室4，在這里進(jìn)行絮凝長(zhǎng)大的過程；然后，水流經(jīng)設(shè)在第二反應(yīng)室上部的四周的導(dǎo)流室5（消除水流的紊動(dòng)），進(jìn)入分離室6；在分

22、離室中，由于其截面較大，故水流速度很慢，泥渣和水可分離，分離出的水流入集水槽7；集水槽安置在澄清池上部的出水處，以便均勻地集取清水。在此設(shè)備中泥渣的流動(dòng)情況是，由分離室分離出來的泥渣大部分回流到第一反應(yīng)室，部分進(jìn)入泥渣濃縮室。進(jìn)入第一反應(yīng)室的泥渣，隨水流動(dòng)；進(jìn)入泥渣濃縮室的泥渣定期排走。澄清池底部設(shè)有排污管，供排空之用。此外，在環(huán)形水槽上部還設(shè)有排氣管，以排除進(jìn)水帶入的空氣。機(jī)械攪拌器的結(jié)構(gòu)是上部為渦輪，下部為葉片。渦輪的機(jī)構(gòu)與作用類似于泵，它是用來將夾帶有泥渣的水提升到第二反應(yīng)室。在第二反應(yīng)室和導(dǎo)流室中設(shè)有導(dǎo)流板，其目的是緩和攪拌器提升水流時(shí)產(chǎn)生的旋流現(xiàn)象，減輕對(duì)分離室中水流的擾動(dòng)，有利于泥

23、渣和水的分離。第三章 水的過濾過程第一節(jié) 水的過濾過程天然水經(jīng)過混凝處理后，雖然已經(jīng)將其中大部分懸浮物除掉，從外觀上看頁(yè)常常是清澈透明的，但實(shí)際上水中免不了殘留少量細(xì)小的懸浮顆粒，所以還需要進(jìn)一步對(duì)懸浮物進(jìn)行處理，否則，當(dāng)進(jìn)行離子交換處理時(shí)，會(huì)污染交換劑，妨礙運(yùn)行。進(jìn)一步除去水中懸浮物的常用方法為過濾。一、濾料用作濾料的物質(zhì)，應(yīng)具備以下條件；化學(xué)性能穩(wěn)定，不影響出水水質(zhì)；機(jī)械強(qiáng)度良好，使用中不碎裂；粒度適當(dāng)。此外，還應(yīng)當(dāng)價(jià)廉，便于取材。常用的濾料為石英砂、無(wú)煙煤、大理石等。1.化學(xué)穩(wěn)定性為了試驗(yàn)濾料的穩(wěn)定性，可在一定條件下，用中性、酸性和堿性水溶液浸泡各種濾料，以觀察此水溶液被污染的情況。2.

24、機(jī)械強(qiáng)度濾料應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以減少因顆粒間互相摩擦而破碎的現(xiàn)象。3.粒度粒度是指一堆粒狀物料顆粒大小的情況。二、過濾工藝1.過濾運(yùn)行過濾運(yùn)行成循環(huán)狀，是由過濾、反洗和正洗三個(gè)步驟組成一個(gè)周期。當(dāng)粒狀濾料工作到濾層中截留有多量泥渣時(shí)，為了恢復(fù)它的過濾能力，需要將濾層進(jìn)行沖洗。沖洗的第一步是用快速水流由下向上通過濾層，將濾層中截留下來的泥渣和因?yàn)V料顆粒碎裂而生成的粉末沖走，這稱為反洗。第二步是按與過濾運(yùn)行相同的方式通水，只是將不合格的出水排走，這稱為正洗。待正洗至出水合格時(shí)，便可重新投入過濾運(yùn)行。2.過濾效果過濾的運(yùn)行效果，通常由兩個(gè)方面來評(píng)價(jià)：一是出水水質(zhì)，也就是水中殘留懸浮物的多少；二是濾

25、層的截污能力。3.濾速水流通過濾層的真流速應(yīng)該是水在濾料的顆粒與顆粒之間孔隙中的流速。4.反洗強(qiáng)度反洗水流速的大小可用“反洗強(qiáng)度”來表達(dá)，通常按每秒鐘內(nèi)流過每平方米過濾截面的反洗水量來表示。第二節(jié) 過濾器過濾設(shè)備有多種類型，按工作壓力可分為壓力式和重力式；按濾層的組成可分為單層和多層；按水的流向可分做下向流、上向流和雙流；按運(yùn)行狀況可分為恒流和恒壓。習(xí)慣上，把密閉的容器式過濾設(shè)備稱為過濾器。工業(yè)上用的過濾器通常由圓柱形鋼制容器所組成，在壓力下運(yùn)行，屬于壓力式過濾器。一、普通過濾器最簡(jiǎn)單的壓力式過濾器是用單層濾料、下向流式。這種過濾器的機(jī)構(gòu)和運(yùn)行都較簡(jiǎn)單，它最先被采用，現(xiàn)在還在應(yīng)用。1.結(jié)構(gòu)圖3

26、-7所示為普通過濾器結(jié)構(gòu)的示意。此種過濾器本體內(nèi)安置的裝備有：進(jìn)水裝置、配水系統(tǒng)，有時(shí)還有進(jìn)壓縮空氣的裝置。在本體的外面設(shè)有各種必要的管道、閥門和儀表等。（1）進(jìn)水裝置。進(jìn)水裝置是用來送入需過濾的水，有時(shí)兼起反洗排水的作用。在普通過濾器中，進(jìn)水裝置和濾層之間隔著一段空間，它是為了反洗時(shí)濾層膨脹的需要二設(shè)置的。在過濾運(yùn)行時(shí)，此空間一直充滿水，故稱它為水墊層。水墊層的存在，可以起到促進(jìn)水流均勻的用作，所以在普通過濾器中，進(jìn)水裝置的結(jié)構(gòu)形式往往不是影響濾層中水流分布的主要因素，因而可以采用比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，如在進(jìn)水管出口端設(shè)置一個(gè)口向上的漏斗。 （2）配水系統(tǒng)。設(shè)于普通過濾器下部的配水系統(tǒng)是用來安置濾

27、料，排出經(jīng)過濾的水和送入反洗用水。它的作用除了保證水流在濾層中分布均勻外，還可防止濾料泄漏。配水系統(tǒng)的類型較多，現(xiàn)在常使用的有配水帽式、濾布式和砂礫式等。1）配水帽式。配水帽是一種帶有縫隙（或小孔）的部件，它安裝在配水支管上，水由縫隙流經(jīng)支管進(jìn)入配水總管。配水帽可由塑料、銅錫合金或陶瓷等制成。它的形式很多，有縫隙式、疊片式、長(zhǎng)柄式等。2）支管開縫式。水由開縫處流經(jīng)支管進(jìn)入總管?？p的寬度應(yīng)根據(jù)濾料的大小而定，一般比濾料的最大顆粒小0.4mm。3）濾布式。濾布的應(yīng)用有兩種方式：一種為配水系統(tǒng)呈總管支管形式，濾布包在帶孔的配水支管上；一種為將濾布鋪在兩塊穿孔板之間。為防止漏濾料，濾布的網(wǎng)孔比較小，為

28、4060目。在運(yùn)行中濾布的網(wǎng)眼易于因?yàn)V料碎末的堵塞而增大阻力。4）砂礫式。砂礫式配水系統(tǒng)是由細(xì)砂和礫石堆積而成的。2.運(yùn)行普通過濾器的運(yùn)行流速約810m/h，當(dāng)它運(yùn)行到水流通過濾層的壓力降達(dá)到規(guī)定值時(shí)，停止過濾運(yùn)行，開始反洗。此時(shí)，將過濾器內(nèi)的水排放到濾層的上緣為止，然后送入強(qiáng)度為1825L/（s·m2）的壓縮空氣，吹洗35min后，在繼續(xù)供給空氣的情況下，向過濾器內(nèi)送入反洗水，其強(qiáng)度應(yīng)使濾層膨脹10%15%。反洗水送入23min后，停止送空氣，繼續(xù)用水再反洗11.5min，此時(shí)反洗水的強(qiáng)度應(yīng)使濾層膨脹約達(dá)40%50%。最后，用水正洗直至出水合格，方可開始正式過濾運(yùn)行。二、雙流式過濾

29、器在普通過濾器中雖然有機(jī)械篩分和接觸凝聚兩種作用，但由于水流是先通過小顆粒濾料，后通過大顆粒濾料，所以起主要作用的是表層濾料的截留作用。至于濾層中濾料顆粒的接觸凝聚能力，并不能充分發(fā)揮出來。為此，出現(xiàn)了雙流式過濾器的設(shè)計(jì)。在此過濾器中，進(jìn)水分為兩路：一路由上部進(jìn)，另一路由下部進(jìn)，經(jīng)過過濾的水，都由中部流出。三、多層濾料過濾器為了改變普通過濾器中濾料是“上細(xì)下粗”的不利排列方式，辦法之一就是采用多層濾料過濾器。1.雙層濾料過濾器雙層濾料過濾器的機(jī)構(gòu)與普通過濾器相同，只是在濾床上分層安放著兩種不同的濾料。上層為相對(duì)密度小、粒徑大的濾料，下層為相對(duì)密度大、粒徑下的濾料，通常采用的是上層無(wú)煙煤，下層石

30、英砂。由于無(wú)煙煤的相對(duì)密度為1.51.8，而石英砂為2.65左右，它們有較大的差別，所以，即使無(wú)煙煤顆粒的粒徑較大，在反洗后，它仍能處于顆粒較小的石英砂的上面。濾料顆粒層呈上大下小的狀態(tài)對(duì)過濾過程很有利，因?yàn)檫M(jìn)水有上部送入時(shí)，首先遇到的是顆粒較大的無(wú)煙煤濾料，過濾作用可以深入到濾層中，發(fā)生滲透過濾作用。下層較小的顆粒也能截取一部分泥渣，起到保證出水水質(zhì)的作用。雙層濾料與單層的相比，其截污能力較大，水頭損失增加比較緩慢，濾速可提高，工作周期可延長(zhǎng)。雙層濾料能否良好地運(yùn)行，煤砂顆粒的選擇是關(guān)鍵問題。這必須做到反洗時(shí)煤砂分層良好，否則小顆粒砂子混在大顆粒煤粒中，有可能使濾層中的孔隙比單純用砂粒的還小

31、，這不利于過濾。2.三層濾料過濾器三層濾料的原理和結(jié)構(gòu)與雙層濾料床相似，它相當(dāng)于在雙層濾料床下面加了一層相對(duì)密度更大，顆粒更小的濾料。三層濾料過濾器的上層為無(wú)煙煤，中層為石英砂，下層可采用石榴石、磁鐵礦或鈦鐵礦等礦砂作濾料。第三節(jié) 濾池濾池是一種用來過濾水的建筑物，大都采用鋼筋混凝土制成的池子。這里重點(diǎn)介紹無(wú)閥濾池。一、無(wú)閥濾池?zé)o閥濾池是因?yàn)闆]有閥門而得名。無(wú)閥濾池的機(jī)構(gòu)形式很多：有壓力式的，有重力式的；截面積可以是圓形的，也可以是方形的。壓力式和重力式無(wú)閥濾池的結(jié)構(gòu)原理是相同的，壓力式無(wú)閥濾池只適用于小型供水的場(chǎng)合，熱力發(fā)電廠中常用的是重力式的。下面以重力式無(wú)閥濾池為例，加以敘述。1.組成部

32、分重力式無(wú)閥濾池如圖所示。它的主體自上而下分成三個(gè)部分，即沖洗水箱6、過濾室4和集水室5。此外，還有由堰口、進(jìn)水槽1和U形進(jìn)水管2組成的進(jìn)水裝置和虹吸上升管7、虹吸下降管8、虹吸輔助管9、水封槽13等組成的虹吸裝置。2.運(yùn)行概況無(wú)閥濾池的運(yùn)行過程大致為：有進(jìn)水管送入的水通過濾層，匯集到下部集水室，再由連通管流至上部沖洗水箱。當(dāng)此水箱中盛滿水后，便開始向外送水。其失效和清洗的情況為：隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，濾層中阻力增大，于是虹吸上升管內(nèi)的水面隨之升高。當(dāng)阻力繼續(xù)增加使水面上升到虹吸輔助管口時(shí)，水即自此管中急劇下落，這時(shí)主虹吸管中空氣便通過抽氣管10不斷抽走，因而主虹吸管中產(chǎn)生負(fù)壓，使虹吸管上升管和

33、下降管中的水面均很快地上升。當(dāng)此兩股上升的水流匯合后，便形成虹吸，這時(shí)過濾室中的水立即被虹吸管抽走，沖洗水箱中的水迅速倒流至濾層中，形成自動(dòng)反沖洗。這樣，沖洗水箱中水位便下降，當(dāng)它降到虹吸破壞管11的管口以下時(shí)，由于空氣進(jìn)入虹吸管內(nèi)，虹吸作用遭到破壞，沖洗過程結(jié)束，進(jìn)入下一個(gè)運(yùn)行循環(huán)。無(wú)閥濾池中設(shè)置的進(jìn)水槽和U形進(jìn)水管，是為了避免空氣吸入池內(nèi)。因?yàn)楫?dāng)有空氣吸入時(shí)，在運(yùn)行后期可能形不成虹吸。而且如不設(shè)此U形管，則在反洗后期，進(jìn)水管就成了虹吸破壞管。無(wú)閥濾池開始濾水到虹吸管中開始抽氣之間的時(shí)間，稱為工作周期，它一般在幾小時(shí)到十幾小時(shí)之間。沖洗形成時(shí)間為23min，沖洗時(shí)間約為45min。無(wú)閥濾池應(yīng)

34、每隔半年左右進(jìn)行一次內(nèi)部檢修。二、其他過濾水過濾除采用過濾器過濾外，還可采用單閥和雙閥濾池、虹吸濾池過濾，以及混凝過濾、變孔徑過濾、纖維過濾、吸附過濾、循環(huán)清洗高速過濾等方式。這里重點(diǎn)介紹吸附過濾中的活性炭過濾。在水溶液中，常用的吸附劑有活性炭、硅膠、活性鋁和硅藻土等。活性炭是由動(dòng)物炭、木炭或?yàn)r青炭等經(jīng)過藥劑處理或高溫焙燒等活化過程而制成的?；罨哪康氖窃斐杉?xì)孔，擴(kuò)大吸附面積。活性炭的比表面積很大，達(dá)5001500m2/g?；钚蕴康谋砻婧蛢?nèi)部有許多相互連通的毛細(xì)孔道，孔徑由1100nm以上，每克活性炭的細(xì)孔總?cè)莘e可達(dá)0.61.8mL。用于吸附過濾的活性炭都是制成顆粒狀的，其粒徑通常為14mm。

35、第四章 離子交換的基本知識(shí)為了除去水中離子態(tài)雜質(zhì)，現(xiàn)在采用最普遍的方法是離子交換。這種方法可以將水中離子態(tài)雜質(zhì)請(qǐng)出得比較徹底，因而能制得很純的水。所以，在熱力發(fā)電廠鍋爐用水的制備工藝中，它是一個(gè)必要的步驟。離子交換處理，必須用一種稱作離子交換劑的物質(zhì)（簡(jiǎn)稱交換劑）來進(jìn)行。這種物質(zhì)遇水時(shí)，可以將其本身所具有的某種離子和水中同符號(hào)的離子相互交換，如Na型離子交換劑遇到含有Ca2+的水時(shí)，就發(fā)生如式（4-1）的交換反應(yīng)：2RNa+Ca2+R2Ca+2Na+ （注：R表示離子交換劑機(jī)構(gòu)中不可交換的部分）反應(yīng)結(jié)果，水中Ca2+被吸著在交換劑上，交換劑轉(zhuǎn)變成Ca型，而交換劑上原有的Na+跑入水中，這樣水中

36、的Ca2+就被除去了。轉(zhuǎn)變成Ca型的交換劑，可以用鈉鹽溶液通過的辦法，使其再變成Na型的交換劑，以便重新使用。 離子交換劑的種類很多，有天然和人造、有機(jī)和無(wú)機(jī)、陽(yáng)離子型和陰離子型等之分，此外，按結(jié)構(gòu)特征來分，還有大孔型和凝膠型等?，F(xiàn)在普遍使用人工合成的離子交換樹脂。一、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)離子交換樹脂屬于高分子化合物，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜， 離子交換劑的結(jié)構(gòu)可以被區(qū)分為兩個(gè)部分：一部分具有高分子的結(jié)構(gòu)形式，稱為離子交換劑的骨架；另一部分是帶有可交換離子的基團(tuán)（稱為活性基因），它們化合在高分子骨架。所謂“骨架”，是因?yàn)樗哂旋嫶蟮目臻g結(jié)構(gòu)，支持著整個(gè)化合物，像動(dòng)物的骨架支持著肌體一樣，從化學(xué)的觀點(diǎn)來說，它

37、是一種不溶于水的高分子化合物。高分子化合物一般是由許多低分子化合物頭尾相結(jié)合、連成一大串而形成的。這些低分子化合物稱為單體，此化合過程稱為聚合或縮合。離子交換樹脂，根據(jù)其單體的種類，可分為苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等。苯乙烯系是現(xiàn)在我國(guó)電廠有得最廣泛的一種，我公司使用的也是苯乙烯系離子交換樹脂。二、離子交換樹脂的性能1.物理性能（1）外觀1）顏色。離子交換樹脂是一種透明或半透明的物質(zhì)，依其組成的不同，呈現(xiàn)的顏色也各異：苯乙烯系呈黃色，其他也有黑及赤褐色的。樹脂的顏色和它的性能關(guān)系不大。2）形狀。離子交換樹脂一般均呈球形。樹脂呈球狀顆粒數(shù)占顆?？倲?shù)的百分率，稱為圓球率。對(duì)于交換柱水處理工藝來說，

38、圓球率愈大愈好，它一般應(yīng)達(dá)90%以上。（2）粒度樹脂顆粒的大小對(duì)水處理的工藝過程有較大的影響。顆粒大，交換速度就慢；顆粒小，水通過樹脂層的壓力損失就大。如果各個(gè)顆粒的大小相差很大，則對(duì)水處理的工藝過程是不利的。這首先是因?yàn)樾☆w粒堵塞了大顆粒間的孔隙，水流不勻和阻力增大；其次，在反洗時(shí)流速過大會(huì)沖走小顆粒樹脂，而流速過小，又不能松動(dòng)大顆粒。用于水處理的=樹脂顆粒粒徑一般為0.31.2mm。（3）密度離子交換樹脂的密度是水處理工藝中的實(shí)用數(shù)據(jù)。例如在估算設(shè)備中樹脂的裝載量，以及在采用混合床、雙層床等工藝時(shí)，都需要知道它的密度。（4）含水率離子交換樹脂的含水率是指它在潮濕空氣中所保持的水量，它可以反

39、映交聯(lián)度和網(wǎng)眼中的孔隙率。樹脂的含水率愈大，表示它的孔隙率愈大，交聯(lián)度愈小。（5）溶脹性當(dāng)將干的離子交換樹脂浸入水中時(shí)，其體積常常要變大，這種現(xiàn)象稱為溶脹。（6）耐磨性交換樹脂顆粒在運(yùn)行中，由于互相磨軋和脹縮作用，會(huì)發(fā)生碎裂現(xiàn)象，所以其耐磨性是一個(gè)影響其實(shí)用性能的指標(biāo)。此外離子交換樹脂還有溶解性、耐熱性、抗凍性、耐輻射性能、導(dǎo)電性等物理性能。2.化學(xué)性能1）離子交換反應(yīng)的可逆性離子交換反應(yīng)是可逆的，例如當(dāng)以含有硬度的水通過H型離子交換樹脂時(shí)，其反應(yīng)如下2RH+Ca2+R2Ca+2H+ 當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行實(shí)效后，為了恢復(fù)離子交換樹脂的交換能力，就可以利用離子交換反應(yīng)的可逆性，用硫酸或鹽酸溶液通過此失效的

40、離子交換樹脂，以恢復(fù)其交換能力，其反應(yīng)式如下R2Ca+2H+2RH+Ca2+離子交換反應(yīng)的可逆性，是離子交換樹脂可以反復(fù)使用的重要性質(zhì)。2）酸、堿性H型陽(yáng)離子交換樹脂和OH型陰離子交換樹脂的性能與電解質(zhì)酸、堿相同，在水中有電力出H+和OH-的能力。因此，根據(jù)此能力的大小可以有強(qiáng)弱之分。強(qiáng)酸性H型交換樹脂在水中電離出H+的能力較大，所以它很容易和水中其他各種陽(yáng)離子進(jìn)行交換反應(yīng)；而弱酸性H型交換樹脂在水中電離出H+的能力較小，故當(dāng)水中有一定量的H+時(shí)，就顯示不出交換反應(yīng)。3）中和與水解離子交換樹脂的中和與水解的性能和通常的電解質(zhì)一樣，H型離子交換樹脂和堿溶液會(huì)進(jìn)行中和反應(yīng)，它的水解反應(yīng)也和通常電解

41、質(zhì)的水解反應(yīng)一樣，當(dāng)水解產(chǎn)物有弱酸或弱堿時(shí)，水解度就較大。4）離子交換樹脂的選擇性離子交換樹脂吸著各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸著，但吸著后要把它置換下來就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。5）交換容量離子交換樹脂的交換容量表示其可交換離子量的多少。第五章 水的陽(yáng)離子交換處理水經(jīng)過混凝和過濾等預(yù)處理后，雖然可除去其中的懸浮物和膠態(tài)物質(zhì)，但硬度并沒有改變，且堿度一般仍然較高，即使在水的預(yù)處理中采用沉淀軟化，水中殘留的硬度仍比鍋爐補(bǔ)給水對(duì)硬度的要求高許多倍，還不能用作鍋爐的補(bǔ)給水，必須作進(jìn)一步軟化處理。目前用的最廣的軟化方法是離子交

42、換：低壓鍋爐用水可用鈉離子交換處理；中、高壓鍋爐用水可用二級(jí)鈉離子交換處理。第一節(jié) 固定床離子交換的原理固定床是動(dòng)態(tài)離子交換的一種形式，它是指運(yùn)行中離子交換劑層固定在一個(gè)交換器中。固定床的運(yùn)行方式，通常是使水由上向下不斷地通過交換劑層。一、水中陽(yáng)離子只有Ca2+時(shí)和Na離子交換劑的交換當(dāng)將水由上部通入交換劑時(shí)，水中Ca2+首先遇到處于表面層的交換劑，與Na+進(jìn)行交換。所以這層交換劑通水后總是很快就失效了。此后水再通過時(shí)，其中的Ca2+已不和此表面交換劑進(jìn)行交換，交換作用就滲入到處于下一層的交換劑。此后，整個(gè)交換劑層可分為三個(gè)區(qū)域：上部是已失效的交換劑層，在這一層中由于前期的運(yùn)行，交換劑均呈Ca

43、型，進(jìn)水通過它后水質(zhì)沒有變化，故這一層稱為失效層（也叫飽和層）；在它下面的一層為工作層，水經(jīng)過這一層時(shí)，水中的Ca2+和交換劑中的Na+逐步進(jìn)行交換反應(yīng)，直到它們達(dá)到平衡；最下部的交換劑層是未參加工作的一層，因?yàn)橥ㄟ^工作層后的水質(zhì)已達(dá)到與這里的離子交換劑呈平衡狀態(tài)。由此可知，交換器的運(yùn)行，實(shí)質(zhì)上是其中交換劑工作層自上而下不斷移動(dòng)的過程。當(dāng)工作層還處于離子交換劑層的中間時(shí)，出水水質(zhì)一直是良好的。當(dāng)工作層的下緣移動(dòng)到和交換器中交換劑層的下緣相重合時(shí)，如再繼續(xù)運(yùn)行，勢(shì)必交換不完全而使出水中Ca2+的殘留量增加。以后如再運(yùn)行時(shí)，水中Ca2+的殘留量就會(huì)較快地上升。在實(shí)際運(yùn)行中，為了保證一定的出水水質(zhì)，

44、當(dāng)運(yùn)行到殘留Ca2+量增加的一定時(shí)，通常即停止運(yùn)行。所以在離子交換器的最下部，有一層不能發(fā)揮其全部交換能力的交換劑層，它只起到保護(hù)出水水質(zhì)的作用，這部分交換劑層稱為保護(hù)層。在運(yùn)行中交換劑保護(hù)層的厚度是一個(gè)對(duì)實(shí)際運(yùn)行有影響的數(shù)據(jù)。如果此厚度大，Ca2+殘留量就會(huì)提前增加，交換劑的工作交換容量就??；反之。保護(hù)層薄，工作交換容量就大。由此可知，當(dāng)增加離子交換劑層高度時(shí)，全部離子交換劑交換能力的平均利用率會(huì)提高。所以熱力發(fā)電廠水處理用的離子交換劑層的高度，一般最低不小于1.0m，有的高達(dá)3.5m以上。交換劑過高的缺點(diǎn)是水通過交換劑層的壓降太大，給運(yùn)行帶來困難。二、水中含Ca2+、Mg2+和Na+時(shí)和H

45、離子交換劑的交換實(shí)際上，天然水中不會(huì)只含單純一種陽(yáng)離子，通常都含有多種陽(yáng)離子，所以離子交換過程就很復(fù)雜。圖5-4畫出了水中同時(shí)含有Ca2+、Mg2+、Na+三種陽(yáng)離子時(shí)進(jìn)行的H離子交換，而且再生和運(yùn)行都是從上向下通過交換劑層情況下離子變動(dòng)的過程。圖5-4表示再生、清洗后，在交換劑層不同高度處Ca、Mg、Na、H四種離子量的分布情況。當(dāng)水流由上向下運(yùn)行時(shí)，也由于上部的交換劑先與進(jìn)水接觸，交換反應(yīng)首先在這里進(jìn)行。因各種陽(yáng)離子選擇性的不同，經(jīng)一段時(shí)間的運(yùn)行，交換劑層中各離子型態(tài)的分布，從上向下大致是Ca、Mg、Na所占的比例依次增大。如圖5-4（b）所示。之所以出現(xiàn)這種情形，是因?yàn)楫?dāng)交換器不斷進(jìn)水時(shí)

46、，Ca2+比Mg2+和Na+更容易被交換劑吸著，進(jìn)水中的Ca2+可和吸著了Mg2+的交換劑進(jìn)行交換，使吸著Ca2+的交換劑量不斷擴(kuò)大；當(dāng)被交換出來的Mg2+連同水中的Mg2+一起向下流遇到Na型交換劑時(shí)，Mg2+會(huì)置換Na+，結(jié)果使Mg型交換劑量也不斷增多，分布位置也下移；同理，Na型交換劑的量也會(huì)不斷增多，分布位置也下移。當(dāng)交換器運(yùn)行到圖5-4（c）的狀態(tài)時(shí)，如再運(yùn)行，出水中將有Na+出現(xiàn)，酸度也開始下降，在要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，交換器應(yīng)停止運(yùn)行，進(jìn)行再生。當(dāng)只要求除去水的硬度，不要求除去Na+時(shí)，即使交換后的水中出現(xiàn)Na+，交換器仍可運(yùn)行，直到出水中有Ca2+、Mg2+穿透時(shí)再停止運(yùn)行，進(jìn)行再生

47、。第二節(jié) 固定床離子交換固定床離子交換的運(yùn)行方式是以離子交換劑為濾料，對(duì)水進(jìn)行過濾。因此， 常用作固定床的離子交換器和壓力式過濾器結(jié)構(gòu)相似，只是在離子交換器中設(shè)有進(jìn)行再生液的裝置。固定床離子交換器按其再生運(yùn)行方式不同，可分為順流、對(duì)流和分流三種。順流式就是指運(yùn)行時(shí)水流的方向和再生時(shí)再生液流動(dòng)的方向是一致的，通常都是由上向下流動(dòng)。因?yàn)橛眠@種方法的設(shè)備和運(yùn)行都較簡(jiǎn)單，所以從前用得比較多?，F(xiàn)在，只在進(jìn)水水質(zhì)較好時(shí)才應(yīng)用。分流再生是在床層表面下約400600mm處安裝排水裝置，使再生自上、下部同時(shí)進(jìn)入，廢液自中間排水裝置中排出。運(yùn)行時(shí)水流自上而下通過床層，所以在這種交換器中，下部床層為對(duì)流再生，上部床

48、層為順流再生。逆流再生式為了克服順流再生方式有底層交換劑再生程度低的缺陷，現(xiàn)在廣泛采用對(duì)流再生方式，即運(yùn)行時(shí)水流方向和再生時(shí)再生液流動(dòng)方向相對(duì)進(jìn)行的水處理工藝。習(xí)慣上將運(yùn)行時(shí)水流向下流動(dòng)、再生時(shí)再生液向上流動(dòng)的對(duì)流水處理工藝稱為逆流再生工藝。陽(yáng)離子交換器實(shí)效后離子在交換劑層中的分布如下圖所示：上層完全是失效層，被Ca2+、Mg2+、Na+所飽和，下層是部分實(shí)效的交換劑層。逆流再生時(shí)，下層部分實(shí)效的交換劑總是和新鮮的再生液接觸，故可得到很高的再生度，越往上交換劑的再生度越低。這種分布情況對(duì)交換很有利。因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)，出水接觸的是這部分再生對(duì)徹底的交換劑，因此出水水質(zhì)好。上層交換劑雖然再生不徹底，但運(yùn)

49、行時(shí)它首先與進(jìn)水相接觸，此時(shí)水中反離子濃度很小，故這部分交換劑仍能進(jìn)行交換，故其交換容量得到充分的發(fā)揮。交換器的結(jié)構(gòu)在用逆流再生工藝時(shí)，必定要有液體向上流動(dòng)的過程，由于這一特點(diǎn)，逆流交換的工藝過程就要比較復(fù)雜一些。因?yàn)楫?dāng)液體通過交換劑層上流時(shí)，如其流速稍微快了一些，就會(huì)發(fā)生和反洗一樣的使交換劑層松動(dòng)的現(xiàn)象。這樣，交換劑層的上下次序完全打亂，通常稱為亂層。為此，在采用逆流再生工藝時(shí)，設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行操作的特點(diǎn)都要注意防止液體上流時(shí)發(fā)生亂層的現(xiàn)象。逆流再生式離子交換器的機(jī)構(gòu)如圖所示。為了防止再生液和清洗水上流時(shí)發(fā)生亂層，逆流再生式離子交換器在交換劑層的表面部分設(shè)有排水系統(tǒng)，使向上流動(dòng)的再生液或沖洗

50、水能均勻地從此排水裝置中排走，不會(huì)因?yàn)橛兴髁飨蚪粨Q劑層上面的空間，而將交換劑層松動(dòng)。逆流交換器中間排水裝置的結(jié)構(gòu)，主要是要求不漏交換劑顆粒，分布均勻。它在交換器中應(yīng)安裝牢固，防止運(yùn)行中被水流沖壞。目前中排裝置常用的形式是母管支管式。母管置于樹脂層上面，阻力較小，也不至于造成中部死區(qū)。支管是以短管與母管連接，用不銹鋼螺栓固定。在中間排水裝置之上，交換劑層上加一層厚約150200mm的粒狀物質(zhì)作為壓脂層， 這是為了使液體上流時(shí)不亂層。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陰離子交換和陽(yáng)離子交換作用相同，是同符號(hào)離子間的相互交換，也有可逆性，是按等物質(zhì)的量進(jìn)行的。但陰離子交換劑的

51、交換能力、選擇性和化學(xué)穩(wěn)定性等方面和陽(yáng)離子交換有差別，而且水中需要用它除去的某些陰離子也有特殊性，所以它的使用條件就和陽(yáng)離子交換劑有些不同。一、強(qiáng)堿性陰樹脂的工藝性能強(qiáng)堿性O(shè)H型交換劑可以用來和水中各種陰離子進(jìn)行交換，在稀釋液中它對(duì)各種陰離子的選擇性為SO42- NO3-Cl-OH-F-HCO3-HSiO3-。由此可知，它對(duì)于強(qiáng)酸陰離子的系著能力很強(qiáng)，對(duì)于弱酸陰離子則吸著能力較小。對(duì)于很弱的硅酸，雖然能吸著其HSiO3-，但吸著能力很差。如果它和水中硅酸鹽NaHSiO3反應(yīng)，生成物中有強(qiáng)堿NaOH：ROH + NaHSiO3RHSiO3 + NaOH此時(shí)，由于出水中有大量反離子OH-，交換反應(yīng)

52、就不能徹底，除硅的作用往往不完全，難以滿足高參數(shù)鍋爐的要求。所以在水處理工藝中，必須設(shè)法排除OH-的干擾，創(chuàng)造有利于吸著HSiO3-的條件。現(xiàn)在普遍采用的辦法是先將水通過強(qiáng)酸性H型交換劑，使水中各種鹽類都轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的酸。這樣，在用強(qiáng)堿性O(shè)H型交換劑處理時(shí)，由于交換產(chǎn)物中有電離度非常小的H2O，故可防止水中OH-的干擾，反應(yīng)式：ROH + H2SiO3RHSiO3 + O2H二、弱堿性陰樹脂的工藝性能弱堿性陰樹脂只能吸著SO42-、Cl-、NO3-等強(qiáng)酸根，對(duì)弱酸根HCO3-的吸著能力很弱，對(duì)于更弱的酸根HSiO3-不能吸著。不僅如此，而且弱堿性O(shè)H型樹脂對(duì)于這些酸根的吸著是有條件的，那就是吸著

53、過程只能在酸性溶液中進(jìn)行，或者說只有當(dāng)這些酸根成酸的型態(tài)時(shí)才能被吸著，如反應(yīng)式所示：R（NH3OH）2 + H2SiO3R（NH3）2SO4 + 2O2HRNH3OH + HClRNH3Cl + O2H至于在中性溶液中，弱酸性O(shè)H型樹脂就不能和它們進(jìn)行交換。這是弱堿性樹脂不同于強(qiáng)堿性樹脂的地方。強(qiáng)堿性O(shè)H型樹脂能和中性鹽反應(yīng)，將它們轉(zhuǎn)變成堿。陰樹脂的堿性越強(qiáng)，將中性鹽轉(zhuǎn)變成氫氧化物的能力也越大，這種性能稱為分解中性鹽的能力。而弱堿性O(shè)H型樹脂沒有這種能力。用弱堿性陰樹脂處理水時(shí)，對(duì)水的pH值有一定的限制。當(dāng)水的pH值過大時(shí)，可以看作由于水中OH-濃度大，它抑制了樹脂的電離。不再具有可交換性能；

54、也可看作由于弱堿性陰樹脂對(duì)OH-的選擇性較強(qiáng)，優(yōu)先吸著OH-，所以當(dāng)水中OH-較多時(shí)，別的離子無(wú)法取代它。雖然弱堿性O(shè)H型樹脂的交換性能不如強(qiáng)堿性的好，但它極易用堿再生。在離子交換除鹽系統(tǒng)中，弱堿性O(shè)H型樹脂常常是和強(qiáng)堿性O(shè)H型樹脂聯(lián)合使用的，所以它還可以利用再生強(qiáng)堿性O(shè)H型樹脂后的廢液來再生。第二節(jié) 一級(jí)復(fù)床除鹽將H型陽(yáng)床和OH型陰床組成的系統(tǒng)稱為復(fù)床，原水只一次相繼地經(jīng)過H型和OH型交換器稱作一級(jí)。一、原理進(jìn)入除鹽系統(tǒng)的原水中，常含有Ca2+、Mg2+、Na+等陽(yáng)離子和SO42-、Cl-、HCO3-等陰離子，以及弱酸H2CO3和H2SiO3。當(dāng)此水通過強(qiáng)酸性H型樹脂層是，水中的各種陽(yáng)離子均

55、被樹脂吸著，樹脂上的H+被置換到水中。所以，此H型交換器的出水呈酸性，其中含有和進(jìn)水中陰離子相應(yīng)的H2SO4和HCl等強(qiáng)酸，以及H2CO3和H2SiO3等弱酸。這種含有CO2和其他無(wú)機(jī)酸的水，先經(jīng)除碳器除去CO2，之后，通過強(qiáng)堿性O(shè)H型樹脂時(shí)，水中的各種陰離子均被樹脂吸著，樹脂上的OH-被置換到水中，與水中的H+結(jié)合成水。通過一級(jí)復(fù)床除鹽的出水水質(zhì)：硅酸達(dá)0.1mg/L以下，電導(dǎo)率達(dá)5S/cm以下。 二、運(yùn)行1.強(qiáng)酸性H型交換器在除鹽系統(tǒng)中，為了要除去水中的H+以外的所有陽(yáng)離子，必須在有漏Na+現(xiàn)象時(shí)，即停止運(yùn)行，進(jìn)行再生。當(dāng)強(qiáng)酸性H型樹脂交換器經(jīng)再生后沖洗時(shí)，出水中各種雜質(zhì)的含量便迅速下降，

56、但出水水質(zhì)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就可投入運(yùn)行，以后，水質(zhì)就保持平穩(wěn)。當(dāng)出水中開始漏Na+現(xiàn)象時(shí)，即停止運(yùn)行。2.強(qiáng)堿性O(shè)H型交換器因?yàn)閺?qiáng)堿性O(shè)H型交換器常設(shè)在強(qiáng)酸性H型交換器的后面，所以它的進(jìn)水中各種陰離子都以酸的形態(tài)存在。在強(qiáng)堿性O(shè)H型交換器正常運(yùn)行中，出水的pH大都在79之間，電導(dǎo)率為25S/cm,含硅量以SiO2計(jì)為1020g/L。當(dāng)強(qiáng)堿性O(shè)H型樹脂實(shí)效時(shí)，由于有酸漏過，pH值下降；與此同時(shí)，集中在交換劑層下部的硅漏出，致使出水中硅含量上升。至于電導(dǎo)率，則常常出現(xiàn)先略微下降，而后上升的情況。第三節(jié) 混合床除鹽經(jīng)一級(jí)離子交換除鹽系統(tǒng)處理過的水質(zhì)雖已較高，但還不能滿足許多工業(yè)部門對(duì)水質(zhì)的要求。為了得到更好的水質(zhì)，人們?cè)捎眠^二級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)（即在一級(jí)復(fù)床除鹽后面又加一級(jí)復(fù)床）。近年來，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，有些工業(yè)部門對(duì)水質(zhì)的要求更高了，以至二級(jí)復(fù)床除鹽也不能滿足要求，再增加除鹽設(shè)備的級(jí)數(shù)，會(huì)使除鹽系統(tǒng)越來越復(fù)雜。為此，現(xiàn)在常采用一種在同一交換器中，完成許多級(jí)陰、陽(yáng)離子交換過程，以制出更純的水的方法，這就是常稱的混合床除鹽。一、原理混合床離子交換法，就是把陰、陽(yáng)離子交換樹脂放在同一個(gè)交換器中，并且在運(yùn)