水处理培训教材Word下载.doc

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6离子交换软化的基本原理

7离子交换树脂主要产品规格及性能

8软化水离子交换器选择

9离子交换工艺

10固定床离子交换器的发展趋势

11离子交换除氧

二．纯净水

1反渗透分离原理

2反渗透工艺流程及各部件作用

3反渗透膜的分类

4反渗透工艺设计

5反渗透运行环境

6超滤微滤和反渗透性能的比较

7纯净水消毒

四混合床

五其它水处理技术简介

1离子交换除盐

2电渗析法除盐

概述

随着社会的进步和发展，如何利用和保护好现有的水资源，遵循可持续发展战略，已成为世界各国急需解决的重大问题。

水处理是在伴随着工业的发展和科技的进步而兴起的一个全新行业。

一．水处理的任务及意义

1．水的一般知识

水的分子式是H2O。

自然界中的淡水，主要以地表水和地下水两种形式分布、储存。

我们知道，水是最普通的一种溶剂，自然界中的许多物质都可以溶解在水中，无论是地下水还是地表水在其储存、运移过程中，都会与周围的矿物质接触，一些易溶的盐类便会溶解于水中，而一些难溶或微溶的物质，会与水中溶解的其它物质发生化学反应，生成易溶物质溶解于水中，例如：

CaCO3、MgCO3难溶于水，但它们与水中溶解的CO2反应则生成较易溶的Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2。

反应公式如下：

CaCO3+CO2+H2OCa（HCO3）2

上述反应是可逆的。

灰岩地已形成的溶洞和钟乳石就是因地下水长期作用在灰岩地区而发生溶解、沉淀形成的。

由于上述原因，所以自然界中很难找到纯净的水。

正是因为水的这种属性，也就为水生生物提供了丰富的物质基础。

而微生物水生动、植物的活动，更使水的化学成分变化万千。

工农业生产、日常生活都离不开水，水是人们赖以生存和发展的基本物质。

而各行各业对水的质量又有不同的要求。

2．水处理的任务

广义来讲：

水处理工作的主要任务就是用经济、有效的方法，去除水中有害物质，以满足各行业对水的不同要求。

狭义上讲：

根据对水的不同要求用一种或几种方法去除水中某一种、几种或全部离子或物质；

或将某些有害物质分解、转化为无害物质的过程。

对于我们而言，则主要是水处理技术和方法的研究与应用。

水处理设备的开发、生产和销售。

3．水处理的意义及行业前景：

随着我国经济建设的迅猛发展，各行各业对水提出了越来越高的要求，水的耗量越来越大，与此同时，各种污水的排放量也迅速增加，导致水源水质的急剧恶化。

因此，对水处理提出了更高的要求。

可以说水处理工作是关系到我们国家可持续发展的战略问题，也关系到一个企业的生存。

我国的水处理行业起步较早，在某些领域，某些处理方法上工艺已较成熟。

但由于多年来对水处理工作重视不够。

水处理行业整体水平不高，水处理技术设备较落后，在水处理的自动化控制和检测方面还处于起步阶段。

水处理行业的产业化道路还很漫长。

所有这些都为我们在水处理行业的发展提供了广阔的市场空间，无论哪个行业的水处理都有我们发展的机遇。

就目前水处理的状况而言，水处理工程几乎能涉及到所有的的行业。

按其性质来说，水处理可分为以下三大部分：

1、污水处理；

2、工业用水处理；

3、饮用水处理及医用水处理等。

目前，公司的业务主要分布在工业用水、饮用水和医用水处理等三方面。

具体一点说，就是软水，纯净水和高纯水等行业。

软水

1水质软化的必要性

天然水中含有各盐类，根据水中含盐量的不同，水又可以分成硬水和软水。

溶解在水中的盐类分为阳离子和阴离子，主要有Ca2+、Mg2+、Na+和SO42-、CL-等。

含有这些盐类的水，在加热蒸发浓缩的过程中（如锅炉用水），水中的Ca2+、Mg2+离子不断地与水某些阴离子难溶物质而析出，并生成水垢（俗称水锈），附在锅炉的受热面上，由于水垢的导热性能很差，从而阻碍了热交换，大大降低了锅炉的效率，既浪费燃料又易烧坏部件，并危及安全，造成不良后果。

为了消除或减少这些危害，就要把水中能形成水垢的成分，如钙、镁离子，还有其它高价金属离子如铁、铝、锰等（因含量很少，虽然成垢，可略去不计），予以去除.因此就需要对水的软化处理

2软化处理的基本方法

（1）化学软化法

就是在水中加入一些药剂，从而把水中的钙、镁离子转变为难溶的化合物，并使其沉淀析出。

如石灰软化法等。

（2）离子交换软化法

利用离子交换活性基团中的H+、Na+等阳离子与水中的硬度成分进行离子交换从而去除Ca2+、Mg2+以达到软化的目的。

（3）热力软化法

就是将水加热或加热到100℃以上，在煮沸过程中，使水中的钙镁的碳酸氢盐转变为CaCO3和Mg（OH）2沉淀去除。

热力软化法只能碳酸盐硬度，而不能去除非碳酸盐硬度。

除此之外，还电渗析软化法等，但通常使用的主要方法是离子交换软化法和化学软化法。

3硬度的定义及分类

水中金属离子的总浓度称为水的硬度。

水的硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两种。

1、碳酸盐硬度

主要是由钙、镁的碳酸氢盐[Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2]所形成的硬度，还有少量的碳酸盐硬度，碳酸氢盐硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去，故亦称为暂时硬度，其反应式如下：

Ca（HCO3）2=CaCO3+↓CO2+↑H2O

Mg（HCO3）2=Mg（OH）2↓+2CO2↑

2、非碳酸盐硬度

主要是由钙镁的硫酸盐、氯化物和硝酸盐类所形成的硬度。

这类硬度不能用加热分解的方法除去，故也称为永久硬度，如CaSO4MgSO4CaCL2MgCL2Mg（NO3）2Ca（NO3）2等。

碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度之和称为总硬度。

硬度的单位有几种，常用的单位有mmol/L或mg/L，过去常常用毫克当量来表式硬度的单位，即1mg·

N/L=1[H+]mmol/L=0.5mmol/L由于硬度并非是由单一的金属离子或盐类形成的，因此，为了有一个统一的比较标准，有必要换算为另一种盐类。

通常用CaO或者是CaCO3的质量浓度来表示，当硬度为0.5mmol/L时，等于28mg/L的CaO或等于50mg/L的CaCO3.

天然水按硬度的大小分，可分为五大类，如表所示：

极软水

中等硬水

硬水

极硬水

<

1.0mmol/L

1.0~3.0mmol/L

3.0~6.0mmol/L

6.0~9.0mmol/L

>

9.0mmol/L

水处理行业当中，一般需要将水软化.例如锅炉用水及反渗透用水的硬度需≤0.03mmol/L

4硬度的测试方法

测量水的硬度所需的仪器及化学药品包括：

25ml碱式滴定管，500ml锥形瓶，250ml量杯，氨盐缓冲溶液（PH=10）,EDTA标准溶液，铬黑T指示剂等。

测量方法：

1、用水样将锥形瓶和量杯冲洗干净后，分别滴干；

2、用量杯量取水样50ml（以液面最低处为准），倒入锥形瓶内；

3、向锥形瓶内滴入5ml氨盐缓冲溶液，摇匀；

4、向锥形瓶内滴入微量和铬黑T指示剂，摇动锥形瓶，使液体变为正红色为止；

5、向碱式滴管内倒入EDTA标准溶液至0刻度（以液面最低处为准）；

6、将EDTA标准溶液向锥形内缓缓滴入，边滴边摇，当水样即将变色时，放慢EDTA的滴入速度。

当水样刚好变为蓝色时，停止滴定，记下EDTA的用量。

水的硬度用下面的公式计算：

硬度=EDTA标准溶液浓度×

EDTA的耗量×

2×

1000/水样的体积

在水处理中，测量水的硬度的目的是为了了解是否适用于用水设备，如果不适用，则需进行软化处理，我公司目前常用的软化法为离子交换软化：

5离子交换软化水的基本原理。

〈1〉离子交换树脂

离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而除去水中有害离子的方法。

目前常用的离交换剂是离子交换树脂。

离子交换树脂的化学结构可分为不溶性树脂母体和活性基团两部分。

树脂母体为有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物。

活性基团由起交换作用的离子和与树脂母体结合的固定离子组成。

根据活性基团的酸碱性，可将树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。

阳离子交换树脂内的活基因是酸性的，阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的；

根据其酸碱性的强弱，可将树脂分为强酸（RSO3H）、弱酸（RCOOH）、强碱（R4NOH）、弱碱（RnNH3OH，n=1～3）四类。

酸性树脂活性基团中的H+，碱性树脂活性基团中的OH-，即为可交换离子。

且H+和OH-可分别用Na+和Cl-替换，因此，阳离子交换树脂又有氢型和钠型之分；

阴离子交换树脂又有氢氧型和氯型之分。

离子交换树脂的命名型

离子交换树脂的全称由分类名称、骨架（或基团）名称、基本名称组成，孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，全称前加“大孔”。

分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的，在名称前加“阴”。

如，大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。

离子交换树脂的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表新产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基团、交联剂等的差异。

第一，第二位数字的意义见下表

树脂型号中第一，二位数字的意义

代号

1

2

3

4

5

6

分类名称

强酸性

弱酸性

强碱性

弱碱性

螯合性

两性

氧化还原性

骨架名称

苯乙烯系

丙乙酸系

酚醛系

环氧系

乙烯吡啶系

脲醛系

氯乙烯系

大孔树脂在型号前加“D”凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“×

”号连接阿拉伯数字表示。

如001×

7，表示强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，其交联度为7。

软化水用的树脂一般为，强酸性苯乙烯系钠离子交换树脂。

结构式如下：

--CH--CH2—CH—CH2--

SO3Na

上式中的苯乙烯聚合体即为树脂母体，-SO3Na为活性基团。

离子交换软化水的基本原理，即是利用活性基团中的Na+离子将原水中的Ca2+，Mg2+离子置换出来，从而消除了水中的结垢离子。

〈2〉离子交换树脂的化学性质

1．离子交换反应的可逆性，交换的逆反应即为再生。

2．选择性。

树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为选择性，它是决定离子交换法处理效率的一个重要因素，本质上取决于交换离子与活性基团中固定离子的亲合力。

在常温和稀溶液中，大致具有如下规律。

a．离子价数越高，选择性越好。

b．原子序数愈大，即离子水合半径愈小，选择性愈好。

离子交换平衡理论

离子交换平衡是离子交换的基本理论之一，它是离子交换之所以得以进行，树脂之所以能够再生的理论依据。

现以Na型树脂交换溶液中的Ca2+离子的反应为例：

2RNa+Ca2+R2Ca+2Na+

〔R2Ca〕〔Na+〕2

则平衡常数为：

K=——————————