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1、第二章 工业用水预处理与水处理工艺,Apr_2011_JDY,2,给水处理的目的,给水处理的主要水源有地表水和地下水两大类。 常规的地表水处理以去除水中的浑浊物质和细菌、病毒为主，水处理系统主要由澄清和消毒工艺组成。,Apr_2011_JDY,3,工业用水的水质要求,锅炉用水 加热产生蒸汽，以传热或作为动力。 水质要求高，限制硬度，溶解氧、消毒余氯和铁等杂质含量尽可能除去。 冷却用水 水温低、浊度低、不易结垢、不易腐蚀设备、微生物不易繁殖 工艺用水和洗涤用水,Apr_2011_JDY,4,Industrial water treatment objectives,Industrial wate
2、r treatment seeks to manage four main problem areas: Scaling 结垢 Corrosion 腐蚀 microbiological activity 微生物腐蚀,Apr_2011_JDY,5,结垢 - scaling,Scaling occurs when the chemistry and temperature conditions are such that the dissolved mineral salts in the water are caused to precipitate and form solid deposit
3、s. These can be mobile, like a fine silt, or can build up in layers on the metal surfaces of the systems. Scale is a problem because it insulates and heat exchange becomes less efficient as the scale thickens, which wastes energy. Scale also narrows pipe widths and therefore increases the energy use
4、d in pumping the water through the pipes.,Apr_2011_JDY,6,腐蚀 - corrosion,Corrosion occurs when the parent metal oxidises (as iron rusts, for example) and gradually the integrity of the plant equipment is compromised. The corrosion products can cause similar problems to scale, but corrosion can also l
5、ead to leaks, which in a pressurised system can lead to catastrophic（灾难性的） failures.,Apr_2011_JDY,7,微生物腐蚀 - microbiological activity,Microbes can thrive in untreated cooling water, which is warm and sometimes full of organic nutrients, as wet cooling towers are very efficient air scrubbers. Dust, fl
6、ies, grass, fungal spores and so on collect in the water and create a sort of “microbial soup” if not treated with biocides（抗微生物剂）.,Apr_2011_JDY,8,工业给水预处理,混凝： 机理、混凝剂、影响因素 沉淀与澄清 设备：斜板沉淀池、澄清池等 过滤 设备：压力过滤、重力无阀过滤,除铁 方法：曝气除铁、锰沙过滤除铁 软化 方法：石灰软化法、石灰-纯碱软化法、石灰-石膏软化法 除氯 方法：活性炭脱氯法、化学药剂脱氯法,Apr_2011_JDY,9,水处理工艺流程
7、的概念,单一的水处理方法和单元难以满足实际应用要求，将多种处理单元相结合，所组成的工艺过程称为水处理工艺流程。 选择水处理流程的基本出发点是： (1) 以较低的成本、安全稳定的运行过程； (2) 获得满足水质要求的水； (3) 水处理设施所在的地区气候、地形地质、技术经济条件的差异，也会影响到水处理工艺流程的选择。,Apr_2011_JDY,10,GE锅炉水处理案例,Apr_2011_JDY,11,GEs solution,To install a PRO-150 Reverse Osmosis (RO) system, which allows control of the alkalini
8、ty concentrations（碱度） and increases the boiler cycles. The RO alone cannot treat all of the water problems such as the high iron content, so GE also provided a chemical RO pretreatment regiment to treat the high iron content and remove chlorine.,Apr_2011_JDY,12,锅炉和冷却水处理主要技术,混凝沉淀 - 去除悬浮物、胶体 离子交换、软化、除
9、铁 - 去除溶解盐类（硬度）、铁 除氧 - 避免金属腐蚀 除氯 - 余氯破坏离子交换树脂的结构,Apr_2011_JDY,13,2.1 混凝,基本概念 混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。 凝聚：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。 絮凝：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。,Apr_2011_JDY,14,混凝过程,混凝过程涉及： 水中胶体的性质； 混凝剂在水中的水解； 胶体与混凝剂的相互作用。,Apr_2011_JDY,15,水中胶体的稳定性,胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。 胶体稳定性分“动力学稳定性”和“聚集稳定”两种。 动力学稳定性：无规
10、则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强。 聚集稳定性包括：胶体带电相斥（憎水性胶体）；水化膜的阻碍（亲水性胶体）,Apr_2011_JDY,16,滑动面上的（zeta ）电位,在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。胶体颗粒的双电层结构见图2-1。 滑动面上的电位：称为电位，决定了憎水胶体的聚集稳定性。也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当电位降低，水化膜减薄及至消失。,Apr_2011_JDY,17,胶体双电层结构,胶核表面选择性吸附反离子 双电层结构 吸附层和扩散层 注意-电位离子和反离子的价态和离子强度,Apr_2011_JDY,18,2.1.1 混凝机理,1电
11、性中和作用机理 压缩双电层；吸附电性中和 2吸附架桥 指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥。高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象： 高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； 但投加过多，会出现“胶体保护”现象，见图2-2、2-3。,Apr_2011_JDY,19,电解质对双电层的电性中和机理 - 絮凝过程,当电解质浓度增大，离子价数增高，即离子强度增加时，由于直接压缩双电层、以及高价离子的离子交换和吸附作用，最终使胶团的扩散层减薄，电动电位降低，直至最后全部反离子都有扩散层进入吸附层，胶粒正负电荷相等，变为电中性。,Apr_2011_JDY,20,架桥模型和“胶体保护”,Apr_2
12、011_JDY,21,沉淀物的网捕或卷扫,当铝盐或铁盐投放较多时，形成高聚合度的氢氧化物，在形成过程中对胶粒进行网捕与卷扫产生沉淀。 所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即当原水胶体含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。,Apr_2011_JDY,22,2.1.2 混凝剂,混凝剂应符合以下要求： 混凝效果好； 对人体无危害； 使用方便； 货源充足，价格低廉。 目前混凝剂的种类不少于200300种，分为无机与有机两大系列。,Apr_2011_JDY,23,常用混凝剂,Apr_2011_JDY,24,常用混凝剂性能特点-1,硫酸铝 在我国使用较普遍 固体硫酸铝需溶解投加：配成10%重量百分比水溶液 低温
13、下水解困难 溶解和投加设备要考虑防腐,Apr_2011_JDY,25,常用混凝剂性能特点-2,聚合氯化铝 Al2(OH)nCl6-nm ，m为聚合度，m10。也称为碱式氯化铝或羟基氯化铝。 混凝机理：利用水解缩合过程中产生的高价多核配合物，形成压缩双电层和吸附电中和作用。 优点：形成絮体速度快、投加量低、混凝pH值范围宽、腐蚀性小,Apr_2011_JDY,26,常用混凝剂性能特点-3,聚丙烯酰胺（PAM） m为聚合度，可高达2000090000. 混凝机理：吸附架桥 使用最普遍的非离子型高分子聚合物混凝剂,Apr_2011_JDY,27,助凝剂,凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可称为助
14、凝剂。助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。广义上可分为以下几类： 酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等； 加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸（SiO2 nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂； 氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、O3等。,Apr_2011_JDY,28,新型生物絮凝剂,无机与合成有机物絮凝剂有可能造成二次污染。 可环境降解的新型絮凝剂：壳聚糖和微生物絮凝剂等。,Apr_2011_JDY,29,混凝过程控制,自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，工艺上总称混凝过程。相应设备有混合设备和絮凝设备。 混合（凝聚）过程：在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌的目的主要是使药
15、剂快速均匀分散以利于混凝剂快速水解、聚合、及颗粒脱稳。时间通常在1030s，此阶段杂质颗粒微小，同时存在颗粒间异向絮凝。 絮凝过程 ：在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，故以同向絮凝为主。,Apr_2011_JDY,30,混凝动力学,研究颗粒碰撞速率属于混凝动力学范畴。 颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：颗粒在水中的布朗运动；在水力或机械搅拌所造成的流体运动。 异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。 同向絮凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集称同向絮凝。,Apr_2011_JDY,31,关于布朗运动。,实际上，只有小颗粒才具有布朗运动。随着颗粒粒径增
16、大，布朗运动基本消失。 当粒径大于1m时，布朗运动基本消失。 因此，较大颗粒的进一步碰撞聚集，还要靠流体运动的推动，即同向絮凝。,Apr_2011_JDY,32,同向絮凝的理论,在絮凝池中，水流并非层流，而总是处于紊流状态，流体内部存在大小不等的涡旋。除前进速度外，还存在纵向和横向的脉动。 甘布公式：,：水的动力粘度，Pas； p：单位体积流体所消耗功率，W/m3; G：速度梯度，s-1。,Apr_2011_JDY,33,颗粒碰撞速率公式,G值越大，颗粒碰撞速率越大，絮凝效果越好； 但是，G值越大，水流剪力越大，已形成的絮体有破碎的危险。,Apr_2011_JDY,34,影响混凝的主要因素,影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括： 原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等； 投加的凝聚剂种类与数量； 使用的絮凝设备及其相关水力参数。,Apr_2011_JDY,35,混凝剂投加量的自动控制,数学模型法 现场模拟实验法 流动电流检测法(SCD)- 反
