华北理工水质工程学Ⅰ(工业给水处理)课件第1章工业给水处理概述

水质工程学Ⅰ（工业给水处理）序言1、给排水专业性质：半土建、半化工、半机械、半自动化（参与水的社会循环，解决水的质量问题）2、水的社会循环：天然水（地表水与地下水）、使用水（生活与生产用水）、污废水（生活和生产使用过的水，通过水处理使这三种水质不断转换，从而构成了水的社会循环。（原水）【给水处理】给水管网【建筑给排水】排水管网【污废水处理】天然水→水处理Ⅰ→使用水→用户使用→污废水→水处理Ⅱ→↑再生水（中水）达标排放水3、本课程章节：第1章工业给水处理概述第2章水的软化（课本21章）第3章水的除盐（课本22章）第4章水的冷却（课本23章）第5章循环冷却水水质处理（课本24章）第1章工业给水处理概述第一节概述天然水中含有多种杂质，按粒径分为三类：（1）悬浮物质：1µm——100µm，泥土、砂、水藻、细菌等（2）胶体物质：1nm——1µm，水中带电荷的胶体微粒，硅、铁、铝的化合物及一些高分子有机物，如腐殖质等（3）溶解物质：1nm以下，水中所溶解的呈分子和离子状态的溶质或气体，如氯化物、硫酸盐、重金属离子、氧、二氧化碳等。自来水常规处理工艺过程中，主要是去除悬浮物、胶体，以及消毒等，很难去除溶解物质。城市给水处理以满足生活饮用水标准为目标，而工业给水处理则根据工业生产工艺、产品质量、设备材料等对水质的要求来决定处理工艺。由于各种工业产品的工艺要求不同，对水质的要求差异极大。一、工业给水处理的目的软化、除盐、循环冷却水的处理和水质稳定处理。1.软化：去除水中部分或全部硬度（钙、镁离子）的过程称为水的软化。软化的方法通常分为药剂软化法和离子交换法两种，目前还有电渗析、纳滤、反渗透。软化后剩余硬度一般在0.05－0.8mml/l之间。2.除盐：采用物理、化学的方法，去除水中无机盐类，获得电导率为10－0.1μS/cm的除盐水，以及小于0.1μS/cm的高纯水。除盐的方法有：蒸馏、电渗析、反渗透、离子交换等，或这些方法综合使用。3.循环冷却水的处理：用物理的方法，降低工业用水在使用过程中增加的热量，供循环使用。水质稳定处理：采用物理和化学的方法，如加酸、阻垢剂、缓蚀剂和杀生剂等对冷却水作控制沉积物、腐蚀和微生物生长的全面处理。二、工业给水处理的水源（1）地下水（2）地面水（3）自来水三、水质分析原水水质和处理要求是确定适宜的水处理工艺、选择合理处理流程、采用适当的化学药剂及其剂量、进行水处理设备计算的重要资料。在这里水质分析十分重要。1.含盐量和总固体（1）含盐量：水中阴、阳离子含量的总和。（2）总固体：水在一定温度蒸发，烘干后剩留在器皿中的物质重力，包括悬浮物和溶解固体。2.电导率电导率是以数字表示溶液传导电流的能力。纯水电导率很小，水中溶解离子是水能导电的原因。规定1×1×1cm水测得的电阻称为电阻率1Ω.cm,电阻率的倒数叫电导率，单位：S/cm或μS/cm电导率是溶解性固体的替代参数，可以来估算溶解固体：TDS单位mg/l，电导率单位μS/cm，适用于TDS小于50000.2151.006lgklgTDS3.酸度水中含有的能与强碱起作用的酸性物质的含量（强酸、弱酸、强酸弱碱盐）。4.碱度水中含有的能与强酸起作用的碱性物质的含量（重碳酸盐碱度HCO3-、碳酸盐碱度CO32-、氢氧化物碱度OH-）。一般天然水的碱度只有HCO3-,即水的碱度等于碳酸盐硬度。5.硬度水中Ca2+、Mg2+离子的总浓度或总含量。包括：暂时硬度（碳酸盐硬度Hc煮沸时可析出）和永久硬度（非碳酸盐硬度Hn）或分为：钙硬度（HCa）和镁硬度（HMg）。各硬度关系：总硬度（Ht）=Hc+Hn=HCa+HMg暂时硬度加热分解：Mg(HCO3)2→Mg(OH)2↓+2CO2↑Ca(HCO3)2→CaCO3↓+H2O+CO2↑硬度单位：（1）法定计量单位：mol/L或mmol/L（2）其它：meq/L德国度:1°d=10mg/LCaO美、日:1度=1mg/LCaCO3（3）换算关系：1meq/L=2.8°d=50mg/LCaCO3硬度和碱度的关系（碱度以A表示）Hc（HZ)Hn（HY)负硬度HtAAHt-A0HtAHt0A-HtHt=AHt(A)006.pH值每升水中氢离子浓度的负对数，即－lg[H+]24℃时纯水的[H+]＝[HO－]＝10－7mmol，因此中性水pH值为7。pH值与酸碱度不同，酸碱度是水中含酸性类或碱性类物质多少的指标，而pH值是水呈酸碱性强度的指标。7.浊度ISO国际标准定义：浊度是由于不溶性物质的存在而引起液体透明度的降低。根据测试所使用的标准液不同，所得浊度数值及单位不同，目前国际国内通用以甲腊（化学试剂在严格的控制下制成）作为浊度标准液用散光浊度仪测得，单位：NTU。采用透射光浊度仪测得的为FTU。8.淤塞密度指数SDI（与污染指数FI等同）SDI是测定在标准压力和标准时间间隔内，一定体积水样通过一特定微孔膜滤器的阻塞率。它表征水中胶体物和悬浮物的多少。与浊度相比，SDI是从不同角度来表示水质，比浊度更准确、可靠。浊度对于不感光的一些胶体测不出来，而SDI用微孔膜孔径0.45μm，凡大于0.45μm的胶体、细菌与其它微粒皆截留在膜面上，重现性好，并可靠。SDI值的测定：在0.21MPa恒定水流压力下，记录从通水开始到收集500ml水样所需要的时间t0(s)，在与上相同的压力下，记录过滤15min（包括初始水样时间）后，再次收集500ml水样，记录所需时间t15(s)；然后用公式计算：15100)1(150ttSDISDI值3低污染，3～5一般污染污染，5严重污染最大值为100/15=6.666SDI测定仪9.有机物CODcr、CODMn、BOD5、TOC、UV25410.二氧化硅天然水中硅一般小于20mg/l，工业给水处理对硅的要求较高，电厂一般要求小于20μg/l。四、水中离子的假想化合物（阴阳离子之间的关系）水质资料的整理内容和原则：第一，全部阳离子所带的总正电荷必须与全部阴离子所带总负电荷相等。第二，阳离子和阴离子之间存在等和组合关系。阴、阳离子在水中本是独立存在的，但在水处理中往往假定它们组合成一些化合物，称为假想化合物。这种假定的原因是：（1）根据假想化合物的成分可以拟定水处理方法，如：碳酸盐、非碳酸盐的去除方法；（2）水因温度升高而引起溶解物沉淀出来时，为了知道沉淀出的成分来，就要分析阴阳离子组合；（3）应用离子间的组合关系可以按照假想化合物来写水处理的化学方程式，比较容易理解。离子组合次序按形成化合物的溶解度大小得出：阳离子组合顺序：Mn2+,Fe2+,Ca2+,Mg2+,Na+,K+阴离子组合顺序：P042-,HCO3-,CO32-,OH-,SO42-,NO3-,Cl-½Ca2+(2.0)½Mg2+(1.5)Na+(2.5)HCO3-(3.0)1/2SO42-(1.5)Cl-(1.5)½Ca(HCO3)2(2.0)½Mg(HCO3)2(1.0)½MgSO42-(0.5)½Na2SO4(1.0)NaCl(1.5)水中离子的假想组合(P393图21—1)：单位：mmol/L四、水的纯度及硬度的概念1、水的纯度（TDS，mg/l25℃，电阻率，MΩ.cm)海水：6000～50000苦咸水：1500～6000半苦咸水：1000～1500淡水：＜1000脱盐水：1～50.1～1.0纯水：＜11.0～10高纯水：＜0.1＞10理论纯水：18.32、水的硬度（以Ca(CO3)2计，mg/l）软化水：＜10特软水：＜70软水：70～140中硬水：140～280硬水：280～530极硬水：＞530五、有关水质标准对含盐量、硬度的要求饮用水有关标准：1.我国饮用水水质卫生标准（GB5749－2006）TDS＜1000mg/l总硬度（以Ca(CO3)2计）＜450mg/l2.瓶装饮用净水标准（GB17323－1998）电导率25℃，≤10μS/cm3.饮用净水标准（CJ94－1999）TDS＜500mg/l总硬度（以Ca(CO3)2计）＜300mg/l4.饮用天然矿泉水（GB85737－1995）含锂、锶、偏硅酸，TDS＞1000mg/l5.欧共体水质指标TDS＜500mg/l6.世界卫生组织饮用水水质标准TDS＜1000mg/l工业用水种类繁多，水质要求各不相同：1.食品、酿造、饮料原料用水：高于生活饮用水标准2.纺织、造纸：水质清澈，对产生斑点的物质控制3.锅炉补给水：对产生腐蚀、结垢等的物质控制（与锅炉压力有关系）一般硬度≤0.03mol/l，高压锅炉硬度≤0.01mol/l4.电子工业：高纯水，我国电阻率≥15MΩ.cm，美国IBM公司电阻率≥18MΩ.cm5.电厂蒸汽机：总硬度≈0，电导率＜0.2μS/cm6.循环冷却水：水温低，无悬浮物、藻类、微生物，对产生腐蚀、结垢等的物质控制第二节预处理一、预处理的目的工业给水处理包括多道工序，通常把离子交换、电渗析、反渗透等处理工艺作为主要工序，为了保证这些主要工序能安全、高效、经济地运行，需要将原水处理到这些装置允许的进水水质指标。工程中把进入主要工序前的水质净化、预软化或水质调整称为水质预处理。预处理的对象主要是机械杂质、胶体、二氧化硅、微生物、有机物和氧化物（余氯）等对后续处理装置产生不利影响的物质。二、水中有害物质对后续水处理装置的影响1.悬浮物：附着在树脂颗粒或膜表面，降低交换容量；降低RO透水率和脱盐率，堵塞树脂层空隙，引起压力损失增加，恶化出水水质；堵塞ED水流通道，增加膜面电阻。2.有机物：主要污染阴离子交换树脂，使其交换容量下降，再生剂耗量增大，出水水质恶化；堵塞RO和ED膜通道，选择透过性降低，滋生微生物。3.微生物：堵塞通道，水质恶化。4.氧化剂：破坏膜和树脂结构，性能降低，特别是RO复合膜对氧化剂十分敏感。5.重金属：铁、锰离子比钙、镁更易被树脂和膜吸附，且不易再生清除，降低性能，恶化水质。三、膜分离、离子交换装置对进水水质的要求项目EDEDIIECA-RO中空RO复合卷RO浊度10.220.50.30.2SDI－3－534PH－5－9－4－74－112－11温度40404015－3515－3515－35COD3－231.51.5硬度－1－－－－TOC10.5－－－－游余氯0.10.050.1100总铁0.30.010.30.050.050.05锰0.10.01－－－－四、预处理系统选择及单元设施1.悬浮物胶体：混凝沉淀过滤，或直接过滤机械过滤器（压力过滤、多介质过滤）2.高硬度：预软化、加阻垢剂3.RO前：保安过滤（5微米），UF或MF精密过滤器：滤布、PE烧结管、线绕、叠片式4.有机物：加氯、凝聚、澄清、过滤、活性炭5.游余氯：活性炭过滤或加亚硫酸钠2Cl2+C+2H2O=4HCl+CO2↑；1mg/l余氯需2mg/l亚硫酸钠6.铁、锰：空气氧化、锰砂过滤