水系统培训教材.docx

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水系统培训教材

一、水资源分布概况

水是自然界中分布最广的一种资源。

它以气、液、固三种状态存在。

自然界的水，主要指海洋、河流、湖泊、地下水、冰川、积雪、土壤水和大气水分等水体，其总量共约1.4×1019m3,如果将其平铺在地球表面上，水层厚度可以达到约3000m深。

但是绝大部分是咸的海水，加上内陆地表咸水湖、地下咸水，其约占总水量的98﹪。

而冰川、积雪约占总水量的1.7%，目前尚难以利用和开发。

实际上可供开发利用的淡水只占总水量的0.3%，约为4×1016m3。

因此，淡水是有限的宝贵资源。

二、工业用水的各种水源及其特点

水是工业生产中重要的原料之一，没有合格的水源，任何工业都不能维持下去。

作为工业用水的淡水水源主要来自地表的江河水、湖泊和水库水以及地下水（井水）。

（一）江河水

河流是降水经地面径流汇集而成的，流域面积雨十分广阔，又是敞开流动的水体，其水质受地区、气候以及生物活动的影响而有较大的变化。

河水广泛接触岩石封，不同地区的矿物组成决定着河水的基本化学成分。

此外，河流水总混有泥沙等悬浮物而呈现一定混浊度，可从几十mg/L到数百mg/L。

夏季河水上涨浑浊度还要高，冬季又可降到很低。

水的温度则与季节、气候直接有关。

（二）湖泊和水库水

湖泊是由河流及地下水补给而成的，它的水质与补给水水质、气候、地质及生物等条件有密切关系，同时流入和排出的水量、日照和蒸发强度冬也在很大程度上影响湖水的水质。

水库实际上是一种人造湖，其水质也与流入的河水水质和地质特点有关，但最终会形成与湖泊相似的稳定状态。

（三）地下水

地下水是由降水经过土壤地层的渗流而形成的。

地下水按其深度可以分为表层水、层间水和深层水。

通常作水使用的地下水均属层间水，即中层地下水。

这种水受外界影响小，水质组成稳定，水温变化很小，水质透明清澈，有机物和细菌的含量较少，但含盐量较高，硬度较大。

第二章天然水的化学特性及工业用水水质要求

第一节天然水的化学特性

（一）天然水中碳酸化合物

天然水中上普通存在着各种形态的碳酸倾倒物，它们是决定水质PH值的重要因素，并且对外加酸、碱有一定的缓冲能力，同时对水质和水处理有着重要的影响。

（二）天然水的酸度

水的酸度是指水中能与强碱发生中和作用的物质的总量。

水的酸度通常由三类物质组成：

一是强酸，如HCL、HNO3、H2SO4等；二是弱酸，如H2CO3、H2S、H4SiO4以及各种有机酸等；三是强酸弱碱盐，如FeCl3、Al2（SO4）3等。

天然水受到强酸污染时，其PH值均在4以下。

而当水的PH值高于4时，水的酸度一般都由弱酸构成。

如果天然水示受到工业弱酸的污染，则弱酸主要指碳酸。

（三）天然水的碱度

水的碱度与酸度相反，是指水中能与强酸即H+发生中和作用的物质的总量。

其组成通常也是三类物质：

一是强碱，如NaOH、Ca（OH）2;二是弱碱，如NH3、有机胺类；三是强碱弱酸盐，如各种碳酸盐、硅酸盐、硫化物等。

如天然水中有大量藻类繁殖，在繁殖过程中会吸收水中CO2，使水的PH值迅速升高，这时水中总碱度主要由CO32-组成。

水的碱度常影响到水质特性，因此水的总碱度是最常用的一个水质指标。

（四）天然水的硬度

通常以Ca2+和Mg2+的含量来计算水的硬度，并作为水质的一个指标。

天然水都含有一定的硬度，地下水，咸水和海水的硬度较大。

一般将水中所含钙、镁离子的问题称为水的总硬度。

第二节工业用水的水质要求

工业用水通常包括工艺用水、锅炉用水、洗涤用水以及冷却用水等。

不同用途的水，其要求也不相同，下面着重对锅炉用水和冷却用水和冷却用水的水质要求有：

（一）锅炉用水

锅炉用水是将水在一定的温度和压力下加热产生蒸汽，用蒸汽作为传热和动力的介质。

锅炉用水的水质要示根据锅炉的工作压力和温度的不同而不同，不论何种锅炉用水，它对水的硬度都有较严格的限制。

其他凡能导致锅炉、给水系统及其他势力设备腐蚀、及引起汽水散会腾现象，使离子交换树脂中毒的杂质如溶解氧、可溶性二氧化硅、铁以及余氯等都应大部可全部除去。

（二）冷却用水

工业生产中，冷却的方式很多。

有用空气来冷却的，叫空冷；有用水来冷却，叫水冷。

但是在大多数工业生产中都是用水作为传热冷却介质的。

作为冷却用水的水质虽然没有像工艺用水、锅炉用水那样各种指标有严格的限制，但为了保证生产稳定，不损坏制备，能长周期运转，对冷却用水水质的要求还是相当高的，主要有以下几个方面。

1.不温要尽可能低下些

2.水的浑浊度要低

3.水质不易结垢

4.水质对金属设备不易产生腐蚀

5.水质不易滋生菌藻

第三章节约水资源和防治水污染的重要性

第一节水在自然界的循环

水在自然界中并不是静止不动的，它在太阳辐射和地心引力等的影响下不停地流动和转化。

海洋、湖泊等水面受太阳的照射而蒸发，其蒸汽升入天空为支，在适当条件下又降落为雨或雪，称为降水。

降落在陆地上的水又分成两路流动，一路在地面上洪成湘潭湖泊，称为地面径流；另一路渗入地下开采，形成地下水层或水流，称为地下渗流。

最后这两路水流都流入海洋。

高山冰川融化的水常是河流湖泊的发源地，源源不断地补充水源。

地面森林摹也会蒸发大量水分。

大自然中水始终这样周而复始地运动着，构成水的自然循环。

水在自然界循环过程中不会增加，也不会减少。

第二节节水和防止污染的重要性

人类社会为了满足生活及生产的需求，要从各种天然水体中取用大量的水，其数量是极为可观的。

除生活用水晚上，工业用水量也很大，几乎没有哪一种工业不用水。

我国淡水资源虽居世界第5位，但按人均占有量来说，只有世界人均占有量的1/4，排到世界第88位。

因此，我国并不是一个富水国，而是一个缺水国。

地球上的淡水资源上有限的，水在自然循环过程中不会增长，因此补污染的河流愈多，人类可利用的淡水资源就愈少。

为了人类自身的生存，也为了子孙后代的繁衍，治理污染、节约水资源已刻不容缓。

为此，国家除了在宪法中明确规定水是国家资源要有偿使用外，近年来又颁发了《水法》，用法律的形式明确国家保护水资源的基本方针、政策和做法，规定了各行业不论抽取地表水，还是地下水都要收费，向公共水体排水也要收费，若污染超标还要受罚。

这些做法都促使并强迫人们重视节约使用水资源，减少水资源的污染，以得工家业进一步发展和人类自身的生存、繁衍。

第二篇循环冷却水处理

第一章循环冷却水系统及其水处理概况

第一节循环冷却水系统

循环冷却水系统双分封闭式和敞开式两种。

1.封闭式循环冷却水系统

封闭式循环冷却水系统双称为密闭式循环冷却水系统。

在此系统工程中，冷却水用过后不是马上放掉，而是收回再用，循环不已。

在循环过程中，冷却水不暴露于空气中，所以水量损失很少。

水中各种矿物质和离子含量一般不发生变化，而水的再冷却是在另一台换热设备中用其他冷却介质来进行冷却的。

2.敞开式循环冷却水系统在敞开式冷却水系统中，冷却水用过后也不是立即排放掉，而是收回循环再用。

水的再冷却是通过冷却塔来进行的，因此冷却水在循环过程中要与空气接触，部分水在通过冷却塔时还会不断被蒸发损失掉，因而水中各种矿物质和离子含量稳定在某一个定值上，必须对系统补充一定量的冷却水，通常称作补充水；并排出一定量的浓缩水，通称排污水。

第二节敞开式循环冷却水处理的重要性

一、敞开式循环冷却水系统产生的问题

冷却水在循环系统中不断循环使用，由于水的温度升高，水流速度的变化，水的蒸发，各种无机离子和有机物质的浓缩，冷却塔和冷水池在室外受到阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂物的进入，以及结构和材料等多种因素的综合作用，会产生比直流系统更为严重的沉积物的附着、设备腐蚀和微生物的大量滋生，以及由此形成的黏污垢堵塞管道等问题，它们会威胁和破坏工厂周期地安全生产，甚至造成经济损失，因此不能掉以轻心，在推广使用敞开式循环冷却水系统时，必须要选择一种经济实用的循环冷却水处理方案，使问题得到解决或改善。

（一）沉积物的析出和附着

（二）设备腐蚀

1.冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀

2.有害离子引起的腐蚀

3.微生物引起的腐蚀

（三）微生物的滋生和黏泥

二、敞开式循环冷却水长期循环使用后，必然会带来沉积物附着、金属腐蚀和微生物滋生这三个问题，而循环冷却水处理就是通过水质处理的办法解决这些问题。

这样做法的好处如下。

（1）稳定生产没有沉积物附着、腐蚀穿孔和黏泥堵塞等危害，冷却水系统中的换热器就可以始终在良好的环境中工作。

（2）节约水资源

（3）减少环境污染

（4）节约钢材，提高经济效益

第二章循环冷却水系统中的沉积物及其控制

第一节循环冷却水系统中的沉积物

一、沉积物的分类

循环冷却水系统在运行的过程中，会有各种物质沉积在换热器的传热管表面。

这些物质统称主沉积物。

它们主要是由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积物构成。

通常，众把淤泥、腐蚀产物和生物沉积物三者统称为污垢。

（一）水垢

天然水中溶解有各种盐类，如重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等。

其中以溶解的

（二）污垢

污垢一般是由颗粒细小的泥沙、尘土、不溶必盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是的尸体及其黏性分泌物等组成。

水处理控制不当，补充水浊度过高，细微泥沙、胶状物质等到带入冷却水系统，或者菌藻杀灭不及时，或腐蚀严重，腐蚀产物多以及操作不慎，油污、工艺产物等泄漏入冷却水中，都会加剧污垢的形成

第二节循环冷却水系统中的的沉积物的控制

一、水垢的控制

循环冷却水系统中最易生成的水垢是碳酸钙垢，在谈到水垢控制时，主要是指如何防止碳酸盐水垢的析出。

考虑控制水垢方案时，要结合起来循环水量大小、要求如何、药剂来源等，因地制宜地选择控制方案。

控制水垢的方法，大致有以下几类。

（一）从冷却水中除去成垢的钙离子

水中Ca2+是形成碳酸钙垢的主要原因，如能从水中除去Ca2+，使水软化，则碳酸钙就无法结晶，也就形不成水垢。

从水中除支钙离子的方法主要有以下两种。

1.离子交换树脂法

离子交换树脂法就是让水通过离子交换树脂，将Ca2+、Mg2的目的。

2.石灰软化法

补充水未进入冷却水系统之前，在预处理时就投加适当的石灰，让水中的碳酸氢钙与石灰在澄清池中预先反应，生成碳酸钙沉淀析出，从而除去水中的Ca2+。

投加石灰所耗扰本低。

原水钙含量高而补水量双较大的循环冷却水系统常采用这种方法。

但投加石灰时，灰尘较大，劳动条件差。

（二）加酸或通CO2气，降低PH值，稳定重碳酸盐

1.加酸

通常是加硫酸。

加酸法目前仍有使用，由于某种原因硫酸加入后，循环不PH值会下降，如不注意控制而加酸过多，则会加速设备的腐蚀。

2.通CO2气

（三）投加阻垢剂

从水中析出碳酸钙等水垢的过程，就是微溶性盐从溶液中结常常的一种过程。

在其结晶的过程中如能投加某些药剂，破坏其结晶增长，就可达到时控制水垢形成的目的。

二、污垢的控制

污垢的形成主要是由尘土、杂物碎屑、菌藻尸体及其分泌物和细微水垢、腐蚀产物等构成。

因此，欲控制污垢，必须做到以下几点。

（一）降低补充水浊度

（二）做好循环冷却水水质处理

（三）投加分散剂

（四）增加旁滤设备

第二章循环冷却水系统的日常运行

第一节运行过程中水质的变化

循环冷却水在运行过程中，补充水不断进入冷却水系统。

此时，补充水中的一部分水在循环运行过程中被告蒸发进入大气，另一部分则留在冷却水中而被浓缩，并必生以下一系列的变化。

一、二氧化碳含量的降低

补充水进入循环冷却水系统的一，在循环运行时在冷却塔内与大气充分接触，水中游离的和半结合的逸入大气而散失，从而使冷却水中下列离子平衡向右侧移动，引起循环水的结垢。

二、硬度和碱度的增加

随着循环冷却水被告浓缩，冷却水的硬度和碱庆功会升高。

当补充水被浓缩K倍时，循环冷却水的硬度和总碱度则均相应增加为补充水的硬度和总碱度的K倍，从而使冷却水的结垢倾向增大。

三、PH值的升高

补充水进入循环冷却水系统中后，水中游离的和半结合起的酸性气体CO2在曝气过程中逸入大气而散失，故冷却水的PH值逐渐上升，直到冷却水中的CO2与大气中的CO2达到平衡为止。

此时的PH值。