鍋爐水處理基本知識.ppt

2019/7/17,1,鍋爐水處理基本知識,盧麗芳 河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院,2019/7/17,2,介紹,一、鍋爐用水及水質 二、水質標準及水質指標 三、鍋爐水處理方法 四、鍋爐停爐保護和鍋爐化學清洗 五、鍋爐水（介）質處理檢驗 六、復習,2019/7/17,3,水在鍋爐中的作用,水在電力生產(chǎn)過程中的作用 1、傳遞能量； 2、冷卻介質。,2019/7/17,4,水的性質,水是無色、無味、透明的液體。純水是由氫和氧 兩種元素化合而成的，其分子式是H2O 1、水有三態(tài)：隨著溫度的不同，水會呈現(xiàn)液態(tài)、汽態(tài)和固態(tài)三種形式。它們之間能夠互相轉化。 2、水在一個大氣壓下、溫度為4時體積最小，密度最大；超過或低于4時密度減小，體積膨脹。 3、水的壓縮性很小，受到壓力時以相等大小的壓力向各個方向均勻傳遞。 4、水在容器內(nèi)部對任何方向都有壓力，在同一深度，對各個方向的壓力都相等，深度增加，壓力也增加，所以在同一鍋爐上如果壓力表裝的高低位置不同，指示出的壓力值也不同。 5、水有連通器內(nèi)，當水面上的壓力相等時，各處的水面與鍋筒（或汽包）中的水面是一致的。 6、水的比熱為4.19kJ/kg或1kcal/kg. ，較其它液體大，即一定數(shù)量的水當溫度升高時吸收的熱量，比其它液體在相同情況下所吸收的熱量多。 7、水具有毛細現(xiàn)象。水在毛細管內(nèi)形成向上的彎月面，管孔越細，上升量越大。 8、水是極性分子，具有強的溶解能力。,2019/7/17,5,第一節(jié) 鍋爐用水及水質,一、鍋爐用水的水源 1、地表水 形成：雨水、雪水、泉水匯集 種類：江河、湖泊、水庫、海洋 特點：懸浮物、溶解鹽含量高、隨季節(jié)變化大；有機物含量高。,2019/7/17,6,第一節(jié) 鍋爐用水及水質,2、地下水 形成：雨水、地表水滲流 特點：過濾作用、懸浮物、菌類物含量少； 水體不易被污染； 含鹽量較高。 3、自來水 形成：天然水凈化而成 特點：懸浮物少、有機物少、堿度小、余氯高。,2019/7/17,7,圖0-1 凝汽式發(fā)電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)主要流程,2019/7/17,8,二、鍋爐用水的分類,1、原水生水：沒有經(jīng)過凈化的天然水 2、補給水：原水經(jīng)過凈化后用來補充鍋爐汽水損失的水。 類型：清水、軟化水、除鹽水、除氧水等 3、凝結水：蒸汽經(jīng)生產(chǎn)或采暖設備進行熱交換冷凝后的水。 特點：水量大、潔凈、可回收利用； 提高給水水質、減少水處理的工作量。,2019/7/17,9,二、鍋爐用水的分類,4、給水：供給鍋爐工作的水 特點：凝結水和補給水兩部分組成； 水質符合水質標準 5、鍋水：在鍋爐內(nèi)受熱或沸騰的水 特點：幾乎是汽水混合物狀態(tài)（除下降管中的水外）; 濃縮、蒸發(fā) 產(chǎn)生水垢及水渣。 6、排污水：排掉的鍋水 特點：存在泥垢和泥渣； 存在較多鹽類物質；排污量得當。,2019/7/17,10,三、給水水質不良造成的危害,1、鍋爐結垢 1.1結垢的成因：沉淀成垢-泥垢（懸浮物） 析出成垢-軟垢（碳酸鹽） 結晶成垢-硬垢（硫酸鹽、硅酸鹽） 1.2結垢的危害： 1.2.1浪費燃料：結垢1mm，浪費6%燃料 1.2.2受熱面損壞：傳熱性能差；受熱面壁溫高； 超過材料的允許溫度；金屬材料過熱。 1.2.3鍋爐出力降低，破壞正常的鍋爐水循環(huán)。 1.2.4增加鍋爐檢修量，降低鍋爐使用壽命。,2019/7/17,11,三、給水水質不良造成的危害,2鍋爐腐蝕 2.1金屬受壓元件破損 2.2增加鍋水中的結垢成分，水垢含鐵時傳熱效果更差； 2.3產(chǎn)生垢下腐蝕。 3鍋水起沫 3.1起沫的原因：含鹽量高；皂化反應；汽水共騰；蒸汽嚴重帶水。 3.2起沫的危害：蒸汽受到嚴懲污染； 過熱器管和蒸汽流通管道產(chǎn)生積鹽； 過熱蒸汽溫度下降；水位計液面模糊； 在蒸汽流動系統(tǒng)產(chǎn)生水錘作用； 引起系統(tǒng)腐蝕。,2019/7/17,12,第二節(jié) 水質標準和水質指標,一、天然水中的雜質 1、形成：水的溶解能力強； 與大氣、土壤、巖石接觸； 工業(yè)廢水、生活廢水污染。 2、種類：懸浮物 1100um； 膠體物 1100nm； 溶解物 0.11nm 3、性質 3.1懸浮雜質 3.1.1成分：粘土、細砂、礦物廢渣、有機物。 3.1.2性質：顆粒直徑大；呈懸濁狀；動水中懸浮狀；凈水中沉淀狀。 3.1.3危害：受熱面底部沉積；影響傳熱；影響水循環(huán)；造成受熱面堵塞。,2019/7/17,13,第二節(jié) 水質標準和水質指標,3.2膠體雜質 3.2.1成分：無機礦物質；有機膠體；高分子物質； 微生物； 3.2.2性質：顆粒較?。槐缺砻娣e大；表面電荷； 分散狀態(tài)；不易沉淀；光線散射 3.2.3危害：受熱面沉積；引起鍋水起泡沫； 蒸汽帶水；汽水共騰。 3.3氣體雜質 3.3.1成分：SO2、H2S、O2、N2、CO2等 3.3.2危害：造成鍋爐金屬腐蝕 3.4離子雜質 3.4.1種類：陽離子、陰離子 3.4.2形成：無機鹽類溶于水 3.4.3危害：形成水垢、鍋水起沫、加速腐蝕,2019/7/17,14,二、水質指標,水質：是指水和其中的雜質共同表現(xiàn)的綜合特性； 水質指標表示水中雜質的種類及含量，用它來判斷水質的優(yōu)劣； 水質標準是指水在具體應用中所限定的水質指標范圍。 工業(yè)鍋爐的水質指標有兩種：一是表示水中某種雜質含量的成分指標，另一種是為了技術上需要人為擬定的，反映水質某一方面特性的技術指標。技術指標通常表示某一類物質的總含量。,2019/7/17,15,二、水質指標,1、濁度：是指水中懸浮物對光線透過時所發(fā)生的阻礙程度。水中的懸浮物一般是泥土、砂粒、微細的有機物和無機物、浮游生物、微生物和膠體物質等。水的濁度不僅與水中懸浮物質的含量有關，而且與它們的大小、形狀及折射系數(shù)等有關。 水中含有泥土、粉砂、微細有機物、無機物、浮游生物等懸浮物和膠體物都可以使水質變的渾濁而呈現(xiàn)一定濁度，水質分析中規(guī)定：1L水中含有1mgSiO2所構成的濁度為一個標準濁度單位，簡稱1FTU。 2、含鹽量：表示水中溶解鹽類的總和。mg/l 指標：溶解固形物RG 電導率DD 氯根CL-,2019/7/17,16,二、水質指標,3、硬度：表示水中某些高價金屬離子含量 的總和。 單位：mmol/l 分類：按陽離子分為鈣硬、鎂硬 按陰離子分為暫硬、永硬 4、堿度：表示水中能與強酸發(fā)生中和作用 的所有堿性物質的總含量。 單位：mmol/l 分類：酚酞堿度、甲基橙堿度,2019/7/17,17,二、水質指標,5、相對堿度：表示水中游離氫氧化鈉與溶 解固形物的比值。 6、PH值：表示水中氫離子濃度的負對數(shù) 7、溶解氧； 8、含油量； 9、亞硫酸根； 10、磷酸根； 11、含鐵量,2019/7/17,18,GB15762008工業(yè)鍋爐水質標準,1、范圍 本標準規(guī)定了工業(yè)鍋爐運行時的水質標準。 本標準適用于額定出口蒸汽壓力小于3.8MPa，以水為介質的固定式蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐，也適用于以水為介質的固定式承壓熱水鍋爐和常壓熱水鍋爐。 本標準不適用于鋁材制造的鍋爐。,2019/7/17,19,GB15762008工業(yè)鍋爐水質標準,術語和定義 下列術語和定義適用于本標準 3.1 原水 raw water 未經(jīng)過任何處理的水。 3.2 軟化水 softened water 除掉大部分或全部鈣、鎂離子后的水。 3.3 除鹽水 demineralized water 通過有效的工藝處理，全部或大部分去除水中的懸浮物和無機陽、陰離子等雜質后，所得成品水的統(tǒng)稱。 3.4 補給水 make-up water 原水經(jīng)過處理后，用來補充鍋爐汽水損耗的水。 3.5 給水 boiler feed water 直接進入鍋爐的水，通常由補給水、回水和疏水等組成。 3.6 鍋水 boiler water 鍋爐運行時，存在于鍋爐中并吸收熱量產(chǎn)生蒸汽或熱水的水。 3.7 回水 back water 鍋爐產(chǎn)生的蒸汽、熱水，作功后或熱交換后返回到給水中的水。 3.8 鍋內(nèi)加藥處理 boiler water internal chemical treatment 為了防止或減緩鍋爐結垢、腐蝕，有針對性的向鍋內(nèi)投加一定數(shù)量藥劑的水處理方法。 3.9 鍋外水處理 boiler water external treatment 原水在進入鍋爐前，對鍋爐運行有害的雜質經(jīng)過必要的工藝進行處理的方法。,2019/7/17,20,GB15762008工業(yè)鍋爐水質標準,采用鍋外水處理的自然循環(huán)蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐的給水和鍋水水質應符合表1規(guī)定 GB1576-09-2-17-正文最后校正稿.doc 4.1.2 單純采用鍋內(nèi)加藥處理的蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐水質 額定蒸發(fā)量小于等于4t/h，并且額定蒸汽壓力小于等于1.3MPa的蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐可以單純采用鍋內(nèi)加藥處理，但加藥后的汽、水質量不得影響生產(chǎn)、生活。給水和鍋水水質應符合表2規(guī)定。GB1576-09-2-17-正文最后校正稿.doc 采用鍋外水處理的熱水鍋爐，給水和鍋水水質應符合表3規(guī)定。GB1576-09-2-17-正文最后校正稿.doc 單純采用鍋內(nèi)加藥處理的熱水鍋爐水質 對于額定功率小于等于4.2MW承壓的熱水鍋爐和常壓熱水鍋爐（管架式熱水鍋爐除外），可單純采用鍋內(nèi)加藥處理，但加藥后的汽、水質量不得影響生產(chǎn)、生活。給水和鍋水水質應符合表4規(guī)定。GB1576-09-2-17-正文最后校正稿.doc 貫流鍋爐、直流鍋爐應采用鍋外水處理，其水質應符合表5的規(guī)定。GB1576-09-2-17-正文最后校正稿.doc,2019/7/17,21,GB15762008工業(yè)鍋爐水質標準,余熱鍋爐水質 余熱鍋爐的水質指標應符合同類型、同參數(shù)鍋爐的要求。 補給水水質 4.5.1 應當根據(jù)鍋爐的類型、參數(shù)、回水回收率、排污率、原水水質和鍋水、給水質量標準選擇補給水處理方式。 4.5.2 補給水處理方式應保證給水質量符合本標準。 4.5.3 軟水器再生后或連續(xù)床出水氯離子含量不得大于進水氯離子含量1.1倍。 4.5.4 以軟化水為補給水或單純采用鍋內(nèi)加藥處理的鍋爐正常排污率不宜超過10.0；以除鹽水為補給水的鍋爐正常排污率不宜超過2.0。,2019/7/17,22,GB15762008工業(yè)鍋爐水質標準,回水水質 回水質量應當保證給水質量符合本標準，并盡可能地提高回水利用率?；厮|量符合表6規(guī)定，并應根據(jù)回水可能受到的污染介質，增加必要的監(jiān)測項目。20110325宣貫GB1576-2008講稿.doc,2019/7/17,23,第三節(jié) 鍋爐水處理方法,一、鍋外化學處理 1、預處理 2、沉淀軟化法 3、離子交換軟化法 二、鍋內(nèi)加藥處理,2019/7/17,24,1、補給水處理：（1）預處理、（2）除鹽處理 2、給水處理：（1）加氨處理、（2）除氧處理 3、鍋水處理：（1）加磷酸鹽處理、（2）排污 4、凝結水處理：（1）混床精處理 5、返回水處理：（1）除油、（2）除鐵 6、冷卻水處理：（1）防腐（殺菌） （2）防垢（穩(wěn)定處理） 7、熱力設備停用保護 8、熱力設備檢驗 9、化學清洗 10、水、汽質量監(jiān)督,火力發(fā)電廠水處理工作內(nèi)容,2019/7/17,25,預處理,一、預處理的目的 1、去除水中懸浮物質 2、去除水中膠體物質 二、預處理的藥劑 1、鋁鹽：硫酸鋁；明礬；偏鋁酸鈉 2、鐵鹽：硫酸亞鐵；氯化鐵 三、預處理的方法 1、混凝 2、沉淀 3、過濾,2019/7/17,26,水的預處理,第一節(jié) 概述 預處理目的：去除水中懸浮物和膠體物質，使水澄清。 高硬度高堿度水軟化降堿（石灰處理） 預處理工藝流程： 混凝、(沉淀)、澄清、過濾,第二節(jié) 水的混凝處理 一、混凝原理 水中懸浮物在水流滯緩或靜止狀態(tài)下會自行沉降。 顆粒越細小，沉降越緩慢； 當顆粒非常細小呈膠體狀時，基本不會自行沉降。 混凝處理：向水中投加混凝劑，通過混凝作用，破壞膠體的穩(wěn)定性（此過程也稱“脫穩(wěn)”），使細微的懸浮物和膠體物顆粒凝聚成絮狀大顆粒沉淀下來，使水得到澄清。,2019/7/17,27,1、膠體的穩(wěn)定性,2、膠體的親水性與憎水性,促使水中膠體具有聚集穩(wěn)定性的原因： （1）同種膠體微粒帶有相同電荷、相互排斥； （2）膠體微粒的表面被水分子包圍，阻礙了膠體顆粒間的接觸； （3）膠體表面吸附有某些促使膠體穩(wěn)定的物質。,2019/7/17,28,3、膠體的雙電層結構,4、膠體的電位 0膠核表面處的電位（熱力學電位）； d吸附層與擴散層分界處的電位； 滑動界面處的電位（電動電位）。 對于天然淡水來說，因水中電解質很少，可以認為和d兩種電位大致相等。,2019/7/17,29,5、膠體顆粒中的作用力,在溶液中，兩個電荷符號相同的膠體之間存在著： 同性電荷間的靜電斥力； 分子間的范德華引力。 6、膠體的脫穩(wěn) （1）壓縮雙電層 在水溶液中投加某種電解質，當加藥量達到一定數(shù)量時，會發(fā)生膠體聚集現(xiàn)象（助凝劑）。 （2）吸附與電中和 向水中加帶相反電荷的膠體，使之與原膠體發(fā)生電中和（混凝劑）。 （3）網(wǎng)捕作用 （4）吸附與架橋,2019/7/17,30,一、混凝原理,1、混凝過程以硫酸鋁Al2(SO4)3為例 （1）混凝劑發(fā)生水解反應：,反應過程中不斷有H+產(chǎn)生，水的pH有所下降 （2）水中雜質膠體與Al(OH)3膠體相互吸引，中和，生成粗大顆粒下降。,2019/7/17,31,2、混凝作用,（1）吸附與架橋作用； （2）中和作用； （3）表面接觸作用； （4）網(wǎng)捕作用。 二、影響混凝效果的因素 （一）水的pH影響（加藥后） 1、對Al(OH)3溶解度的影響： pH過高或過低都會促使Al(OH)3溶解，影響混凝效果。 pH5.57.5較適宜 當pH5.5時，發(fā)生如下反應：,使Al(OH)3溶解度增加，混凝效果下降,2019/7/17,32,當pH7.5時：,當pH9時： 使Al(OH)3溶解度增加，效果下降。,2、對膠粒電荷的影響 Al(OH)3膠粒：pH在58時，帶正電荷 pH5時，帶負電荷（因吸附SO42-） pH8時，幾乎不帶電荷（以中性氫氧化物形態(tài)存在，最易沉淀下來）。 3、對有機物的影響 pH高時，有機物生成腐植酸鹽，不易去除，pH6.06.5之間有利（鋁鹽） 4、對凝聚速度的影響 膠體內(nèi)外的電位差越小，越易沉降，pH為6.58之間最快。 綜上所述，對于鋁鹽作混凝劑，其最優(yōu)pH為6.58之間。,2019/7/17,33,（二）混凝劑的用量,加 Al2(SO4)318H2O 1050mg/L 對于懸浮物少的原水，并非加混凝劑用量越多越好，因為混凝劑加入同時自身也是一種雜質 （三）水溫 鋁鹽：最好2530，低于5，效果較差。 鐵鹽：溫度影響較小。 （四）混和速度 要求：形成時快，長大時慢（即宜先快后慢） （五）水中雜質 1、反離子濃度高，不利于Al(OH)3的形成； 2、有機物太多，也不利于Al(OH)3的形成。,2019/7/17,34,（六）接觸介質,在水中保持一定數(shù)量的泥渣，可以加快沉淀。 （七）接觸時間 從混凝劑加入到泥渣與水的分離需要經(jīng)過一系列物理、化學過程，這些過程需要一定時間才能完成。一般為12h。 三、常用混凝劑 1、鋁鹽 Al(SO4)318H2O工業(yè)硫酸鋁 KAl(SO4)224H2O明礬 NaAlO2偏鋁酸鈉 2、無機高分子凝聚劑聚合鋁和聚合鐵 聚合鋁（PAC） 聚合鋁（PAC），Aln(OH)mCl3n-m m10，1n5,2019/7/17,35,綠礬 聚合硫酸鐵（PFS） 具有鐵鹽特點； 也具備聚合鋁的特點。 鐵鹽處理的特點： （1）生成凝絮比重大，易沉降； （2）受溫度影響小； （3）pH6.5時，鐵與腐植酸生成不易沉降的有色化合物，所以不適用 于處理含有機物水的混凝劑； （4）適應的pH比較寬（pH在410）。 4、鐵鋁鹽 采用鐵鋁鹽作混合處理，如和以1:1的比例加入。 優(yōu)點：凝絮均勻，沉淀完全。 5、有機高分子絮凝劑,3、鐵鹽,2019/7/17,36,四、經(jīng)過混凝處理后的水質變化,1、減少部分 （1）懸浮物 （2）有機物 （3）膠體硅 （4）減少了重碳酸鹽堿度 2、增加部分 （1）SO42-或Cl （2）CO2 （3）HF （4）溶解固形物,第三節(jié) 水的沉淀軟化 一、沉淀軟化處理 1、沉淀軟化 把天然水中的鈣、鎂離子轉變成難溶于水的化合物，使其沉淀出來，以降低水的硬度，稱為水的沉淀軟化。 2、方法 石灰軟化法：主要降低碳酸鹽硬度。適用于高硬度、高堿度水 石灰純堿法：石灰可降低碳酸鹽硬度，純堿可降低非碳酸硬度。適用于高硬度、低堿度水 其它沉淀軟化法（P163）,2019/7/17,37,沉淀軟化法,一、石灰沉淀軟化 1、目的：除硬、除堿、除鹽、除CO2 2、原理 CaO+H20=Ca(OH)2 除硬：Ca(HCO3)2+ Ca(OH)2 =2CaCO3+2H2O 除堿：Mg(HCO3)2+2 Ca(OH)2 =Mg(OH)2+2CaCO3+2H2O 除鹽： MgSO4+ Ca(OH)2 =Mg(OH)2+CaSO4 除氣：CO2+ Ca(OH)2=CaCO3+H2O 3、設備：平流式沉淀池、 脈沖式沉淀池,2019/7/17,38,沉淀軟化法,二、石灰-純堿軟化法 1、原理：石灰作用同前 純堿消除永久硬度 2、裝置：溶藥裝置 加藥裝置 三、化學熱能綜合軟化法 1、石灰和純堿為基本軟化劑 2、附加軟化劑磷酸三鈉 3、投加混凝劑：鋁鹽、鐵鹽,2019/7/17,39,二、沉降原理,自然沉降：單個顆粒在水中只受重力和阻力的影響。 擁擠沉降：絮凝沉降、層狀沉降、壓縮沉降 第四節(jié) 沉淀處理設備及其運行 （一）平流式沉淀池（臥式沉淀池）,2019/7/17,40,（二）斜管和斜板式沉淀池,圖2-3 斜管式沉淀池,2019/7/17,41,（三）泥渣懸浮式澄清池 （四）泥渣循環(huán)式澄清池 （五）澄清池的運行與監(jiān)督 監(jiān)督：出水水質 澄清池各部位的運行變化 監(jiān)測項目：出水濁度20mg/L； 溫度； 進水水質（濁度）； 泥渣的濃度（用量筒測）； 回流比； 泥渣層的高度。,2019/7/17,42,第五節(jié) 水的過濾處理,一、過濾原理 過濾器內(nèi)加入粒狀濾料，當水通過濾層時，水中的懸浮物截留下來。 原理包括兩個過程： （1）輸送細小懸浮顆粒被“輸送”到濾料顆粒表面； （2）附著在物理、化學、界面化學的作用下被濾料截留下來。,2019/7/17,43,離子交換法,一、離子交換概念 二、離子交換劑 三、鈉離子交換軟化法 四、氫離子交換軟化法 五、離子交換設備,2019/7/17,44,離子交換,一、離子交換概念 1、離子交換是離子交換劑上可交換的離子與溶液中離子間發(fā)生的交換反應的過程。 2、離子交換反應：固態(tài)與液態(tài)之間的反應； 等當量進行； 可逆反應。 二、離子交換劑 1、種類 2、離子交換樹脂 組成、分類、命名、理化性能 三、離子交換樹脂的管理,2019/7/17,45,離子交換的基本知識,第一節(jié) 離子交換劑的結構 一、離子交換劑概述 1、定義：含有可交換離子，具有離子交換能力的物質。 2、離子交換劑的種類,2019/7/17,46,離子交換的基本知識,二、離子交換樹脂的結構 1、苯乙烯系離子交換樹脂,2019/7/17,47,離子交換的基本知識,交聯(lián)度（DVB）聚合時所用二乙烯苯的質量占苯乙烯和二乙烯苯總質量的百分率。 交聯(lián)度，樹脂的機械強度，密度。 濃H2SO4處理強酸陽樹脂 R-SO3H,用叔胺處理得季胺型強堿陰樹脂 用仲胺處理得叔胺型弱堿陰樹脂 用伯胺處理得仲胺型弱堿陰樹脂,2、丙烯酸系 由丙烯酸和甲基丙烯酸與二乙烯苯共聚，直接生成RCOOH弱酸陽樹脂。,2019/7/17,48,離子交換的基本知識,三、離子交換樹脂的分類 1、按單體來分 2、按活性基因分 3、按孔型分,凝膠型樹脂的特點： 1、溶脹性好，溶脹時，孔達2040 ，失水時，體積縮?。?2、強度差，抗氧化性差； 3、易受有機物污染。 大孔型樹脂的的特點： 1、孔大，在干、濕態(tài)時都存在，且孔徑在2001000 ； 2、強度大，抗氧化性能好（交聯(lián)度大，DVB1620）； 3、防有機物污染； 4、孔大，交換容量低； 5、再生時酸、堿消耗較多。,2019/7/17,49,離子交換的基本知識,均孔型樹脂的特點： 1、孔徑幾百 左右； 2、防止有機物中毒。,第二節(jié) 離子交換樹脂的命名 1、全名稱組成部分 有機合成離子交換樹脂的全名稱，由分類名稱（凝膠、大孔、均孔）、骨架名稱（苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、環(huán)氧系）、基本名稱（離子交換樹脂）組成。 2、命名原則 酸性在基本名稱前加“陽”； 堿性在基本名稱前加“陰”； 按有機合成離子交換樹脂的活性基因性質，分為強酸性、弱酸性、強堿性、弱堿性、螯合性等，分別在基本名稱前冠以“強酸”、“弱酸”、“強堿”、“弱堿”、“螯合”等。,2019/7/17,50,離子交換的基本知識,3、型號 以三位阿拉伯數(shù)字表示。,孔型：凝膠型空 大孔型D 均孔型J 第一位數(shù)字活性基團代號,2019/7/17,51,離子交換的基本知識,第一位數(shù)字活性基團代號,第二位數(shù)字骨架代號,4、舉例 0017凝膠型苯乙烯系強酸陽離子交換樹脂，交聯(lián)度為7。 D311大孔型環(huán)氧系弱酸性陽離子交換樹脂。 D021大孔型苯乙烯強堿性陰離子交換樹脂。 D111凝膠型丙烯酸弱酸性陽離子交換樹脂。 D031大孔型苯乙烯系弱堿性陰離子交換樹脂。,2019/7/17,52,離子交換的基本知識,當離子交換劑遇到含有電解質的水溶液時，電解質對其雙電層有以下幾種作用： 1、交換作用 首先擴散層中的反離子與溶液中的其他反離子進行交換（主要方面），其次再與固定層中的反離子互換位置（難交換，因其能量較小）。 2、壓縮作用 當溶液中鹽類濃度增大時，可使擴散層壓縮而不利于交換。這說明了為什么當再生溶液的濃度太大時，不僅不能提高再生效果，有時反使再生效果降低。,第四節(jié) 離子交換樹脂的性能 一、物理性能 1、外觀 顏色 苯乙烯系均呈黃色，其他也有黑、棕、棕黑色等。 形狀 一般均呈球狀，圓球率越大越好。,2019/7/17,53,離子交換的基本知識,2、粒度 用于水處理的樹脂顆粒粒徑一般為0.31.2mm。 3、密度 由于離子交換劑需濕態(tài)使用，所以用濕真密度和濕視密度表示樹脂密度 （1）濕真密度：指樹脂在水中經(jīng)過充分浸泡膨脹后，樹脂顆粒的密度： 濕樹脂真體積，指在濕的狀態(tài)下顆粒本身的體積，它包括顆粒中的孔眼及孔眼中所含的水分，但顆粒與顆粒之間的空隙不算在內(nèi)。 濕真密度與樹脂在水中的沉降性能有關，是影響應用性能的一個指標。在采用雙層床或混合床等工藝時，需根據(jù)工藝要求選擇濕真密度合適的樹脂。一般該數(shù)值在1.041.3g/mL之間，陽樹脂的濕真密度通常比陰樹脂大，因此混床樹脂分層后，陰樹脂在上陽樹脂在下 （2）濕視密度：指樹脂在水中經(jīng)充分浸泡膨脹后的堆積密度： 此值一般在0.600.85g/mL之間，通常陰樹脂較輕；陽樹脂相對要重些。濕視密度常用來估算交換劑的裝載量。,2019/7/17,54,離子交換的基本知識,（2）濕真密度,方法：,則：,一般為：1.041.3，且陽陰。,注意：反洗時水流速度與濕真密度有關，一般要求濕真密度大； 如為混床，要求陰陽樹脂濕真密度差大，有利于分層。 （3）濕視密度 用途：計算樹脂的裝載量。一般為0.600.85，且陽陰。,2019/7/17,55,離子交換的基本知識,4、含水率指在潮濕空氣中，樹脂本身所保持的水量，它包括樹脂內(nèi)部結構中親水活性基團的水分和交聯(lián)網(wǎng)孔中的游離水分。 樹脂的含水率與交聯(lián)度有關，交聯(lián)度越低，含水率越大。交聯(lián)度為7%時，含水率通常為45%55%。含水率越小，表明樹脂中能夠進行離子交換的活性基團越少，其交換能力也就越低。 含水率愈大，表示它的孔隙率愈大，交聯(lián)度愈小。 5、溶脹性 （1）影響溶脹率大小的因素 溶劑、交聯(lián)度、活性基因、交換容量、溶液濃度、可交換離子的本質 6、耐磨性 指在規(guī)定條件下，研磨后的樹脂，篩分出粒度合格樹脂的百分數(shù)。 7、耐熱性 陽樹脂100120 強陰60左右 弱陰80以上 二、化學性能 1、離子交換反應的可逆性,2019/7/17,56,離子交換的基本知識,2、酸、堿性,3、中和與水解 中和：,水解：,4、離子交換樹脂的選擇性 同一種離子交換樹脂對于水中各種離子的吸著交換能力不同，有些離子易被吸著，不易被置換，有些離子則相反。 陽樹脂的選擇規(guī)律：,2019/7/17,57,離子交換的基本知識,帶電荷越高，越易吸著，F(xiàn)e3+Ca2+Na+ 帶電荷相同，原子序數(shù)越大，越易吸著，K+Na+Li+ RH（強）：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+H+ RwH（弱）：H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+ ROH（強）：SO42-NO3-Cl-OH-HCO3-HSiO3- ROH（弱）：OH-SO42-NO3-Cl-HCO3-，對HSiO3-基本不吸附。 意義：選擇再生劑。 注意：使用弱酸性陽樹脂，那么水中必須有一定的堿度，必須放在強酸性陽樹脂前面。 樹脂選擇性的啟示： 弱酸陽樹脂，只能吸著與堿度相對應的硬度離子，只適用于高堿度，高硬度水； 強堿陰樹脂只有在酸性條件下才能吸著弱酸根； 弱堿陰樹脂不能吸著弱酸根； 弱酸（弱堿）樹脂可用強酸（強堿）樹脂的再生廢液來再生。 5、交換容量樹脂中能夠交換離子的量 單位：mmol/g單位質量離子交換樹脂的吸著能力； mol/m3單位體積離子交換樹脂的吸著能力。,2019/7/17,58,離子交換的基本知識,全交換容量（Q）指樹脂中所有活性基團的總量。 工作交換容量（QG）指交換劑在工作情況下的有效交換容量,影響工作交換容量的因素： 樹脂粒度。粒度過大，工作交換容量降低； 樹脂層高度。樹脂層高不足，失效快，工交容量降低； 原水水質。原水中反離子濃度高，易造成出水不合格； 離子交換器的構造。 交換器直徑與高度比，布水是否均勻； 運行條件。主要是流速和溫度的影響。溫度低時，流速宜慢； 溶液的酸堿性。對于陰樹脂，進水pH低有利； 再生方式（再生程度）。 逆流再生優(yōu)于順流再生； 樹脂質量。樹脂受污染，工交容量明顯下降。,2019/7/17,59,鈉離子交換軟化法,一、鈉離子交換軟化法 1、原理 2、特點：硬度可以降低可消除； 堿度保持不變； 含鹽量增加。,2019/7/17,60,水的陽離子交換處理,按離子交換運行方式的不同，離子交換裝置可分為下面幾種類型：,2019/7/17,61,水的陽離子交換處理,第一節(jié) 固定床離子交換的原理,圖5-1 離子交換器的工作情況,2019/7/17,62,水的陽離子交換處理,一、水流經(jīng)樹脂時，樹脂的形態(tài)變化 1、三個區(qū)域 2、二個階段 先形成一個工作區(qū)； 工作區(qū)逐漸往下移動。,二、出水水質的變化 ABDE面積最大的工作交換容量 ABCDE面積平衡交換容量 由此可得出：當增加離子交換劑層高度時，全部離子交換劑交換能力的平均利用率會提高。但交換劑層過高會使水通過交換劑層的壓降太大，給運行帶來困難。,2019/7/17,63,水的陽離子交換處理,三、保護層 影響保護層厚度的因素很多，如： 1、水通過離子交換劑層的速度愈大，保護層愈厚； 2、進水中要除去的離子濃度和其在交換后水中殘留濃度的比值愈大，保護層愈厚； 3、離子交換劑顆粒愈大，保護層愈厚； 4、交換劑的孔隙率和溫度等因素有關。,圖5-2 出水水質的變化,2019/7/17,64,水的陽離子交換處理,第二節(jié) 離子交換軟化和除堿 一、軟化 1、目的 除去Ca2+、Mg2+，即降低硬度。 2、方法 交換：2RNaCa2+(Mg2+) R2Ca(Mg)2Na+ 再生：R2Ca(Mg)2NaCl 2RNaCaCl2(MgCl2) 鹽耗：恢復交換劑1mol（1/2Me2+）的交換能力所消耗再生劑的質量,若H出很小時，則,式中：G再生一次所用的NaCl的量，g； Q周期制水量，m3； H進原水的硬度，,2019/7/17,65,水的陽離子交換處理,比耗：用實際鹽耗和理論值的比值來表示。,58.5NaCl的摩爾質量（離子交換是按等物質的量進行的）。 二、軟化和除堿在軟化的同時降低堿度 方法：軟化水酸（H2SO4） HNa交換 1、加酸 2NaHCO3H2SO4 Na2SO42CO22H2O 產(chǎn)生的CO2通過除碳器除去； 為了保證出水pH值，一般使處理過后的水保持殘留堿度，0.30.5mmol/L； 加酸增加了水中的溶解固形物。 2、HNa交換 并聯(lián),2019/7/17,66,水的陽離子交換處理,圖5-3 并聯(lián)H-Na離子交換,水經(jīng)RH：,2019/7/17,67,水的陽離子交換處理,水經(jīng)RNa：,圖5-4 串聯(lián)H-Na離子交換,2019/7/17,68,第三節(jié) 固定床離子交換,圖5-7 離子交換器的結構,2019/7/17,69,水的陽離子交換處理,一、順流式離子交換器 1、結構 （1）外部管路系統(tǒng) （2）內(nèi)部裝置： 進水裝置：多孔管式、擋板式、漏斗式； 出水裝置：多孔板上擰排水帽、穹形多孔板加石英砂墊層； 進再生液裝置：輻射型、圓環(huán)形、支管型。 2、運行 （1）反洗：（控制流速） 目的：清除懸浮物； 松動交換劑層。 時間：一般需1015min。 （2）再生：流向：自上而下； 再生劑用量：理論量的23倍； 再生液濃度：HCl：510； 再生液流速：48m/h； 再生液溫度：3040； 再生劑純度：影響出水水質。,2019/7/17,70,水的陽離子交換處理,（3）正洗 開始流速35m/h，15min左右，再增大流速至610m/h，洗至出水合格。 （4）制水（交換） 流速：2030m/h 3、優(yōu)缺點：結構簡單，易操作； 對進水懸浮物要求不高； 再生效果低，出水水質差。,二、逆流式離子交換器 1、結構 壓脂層：中排上面1520mm的樹脂（白球）； 壓脂層作用：起過濾作用。,2019/7/17,71,圖5-8 逆流再生離子交換器的結構,2、再生過程 （1）小反洗（中進上出） 目的：清洗壓脂層上的懸浮物。 流速：10m/h左右。 時間：15min。 （2）放水（中出） 打開中排放水。 （3）頂壓（上進中出） 上面壓氣或壓水，中排放水。 氣頂：3050KPa壓縮空氣。 水頂：再生液流量的11.5倍。 4）再生：（逆流再生下進中出） 再生流速：47m/h，30min以上。 再生液的濃度：HCl：34 NaOH：23 NaCl：6左右 再生液的用量：理論量的1.21.5倍。,2019/7/17,72,水的陽離子交換處理,（5）置換洗（下進中出） 關閉進再生液閥門，保持原來流速和流向，用質量較好的水（除鹽水或軟化水）置換洗，3040min。 （6）小正洗（上進中出） 1015min （7）正洗（上進下出） 至出水合格后投入運行。 （8）運行制水 （9）不定期大反洗 經(jīng)過1020個周期后進行一次，主要依據(jù)進出水的壓力降來確定。 應注意：應先小反洗； 控制流量逐漸增大； 大反洗后再生劑的用量應加倍。 逆流再生 習慣上把運行時水流自上而下、再生時再生液由下而上的再生方式稱為逆流再生。,2019/7/17,73,4、逆流再生的優(yōu)缺點,優(yōu)點：再生劑利用率高，再生效果好； 出水水質好； 比耗低，廢液排放比順流少； 交換容量利用率高。 缺點：結構復雜，工藝要求高； 進水水質要求高，進水濁度變化對它影響大。 5、逆流再生工藝操作注意事項 （1）必須防止亂層。壓層厚度和頂壓要符合要求； （2）逆流再生后，置換反洗的水必須好； （3）中排要進行必要的加固； （4）對再生劑純度要求較高； （5）要防止氣泡混入交換劑層。,2019/7/17,74,軟化系統(tǒng)的設計,一、單級鈉離子交換系統(tǒng) 適用于生水硬度、堿度較低的水 二、部分鈉離子交換系統(tǒng) 適用于硬度、堿度較高的（尤其是堿度較高）的水 三、氫鈉離子交換系統(tǒng) 1、串聯(lián)系統(tǒng) 2、并聯(lián)系統(tǒng) 3、復合系統(tǒng) 四、二級鈉離子交換系統(tǒng) 1、原水水質硬度較高； 2、給水水質要求高。,2019/7/17,75,水的其他除鹽方法,一、蒸餾 二、閃蒸 三、電滲析 膜處理技術： 基本原理：在直流電場作用下，利用離子交換膜的選擇透過性將水中的電解質分離出來的一種方法。 選擇透過性,2019/7/17,76,膜法水處理,第一節(jié) 電滲析 第二節(jié) 反滲透,2019/7/17,77,膜分離法是利用選擇性透過膜為分離介質當膜兩側存在某種推動力(如壓力差、濃度差、電位差)時，使溶劑(通常是水)與溶質或微粒分離的方法。 分類：包括電滲析、反滲透、超濾、擴散滲析等：其中的反滲透、超濾相當于過濾技術。 用選擇性透過膜進行分離時，使溶質通過膜的方法稱為滲析；而使溶劑通過膜的方法則稱為滲透。 電滲析法是以電位差為推動力的膜分離法，用于從水溶液中脫除離子，主要用于苦咸水脫鹽或海水淡化。其膜是導電膜，即陽離子交換膜和陰離子交換膜。,2019/7/17,78,以壓力差為推動力的膜分離法，根據(jù)溶質粒子的大小及膜的結構性質(超濾膜、納濾膜、反滲透膜等)，又可分為超濾、納濾、反滲透等。反滲透法可用于溶劑的純化和溶液濃縮。反滲透法大部分應用于水的純化主要是苦咸水脫鹽或海水淡化。反滲透法的另一個重要應用為制備高純水。 膜是分離技術的核心。膜材料的化學性能、結構對膜分離法起著決定性的作用；一般是高分子材料制成的膜，有纖維素膜、芳香聚酰胺類膜、雜環(huán)類膜、聚砜類膜、聚烯烴類膜和含氟高分子膜等。,2019/7/17,79,膜分離法的特點： 不發(fā)生相變、常溫進行、適用范圍廣(有機物、無機物等)、裝置簡單、易操作和易控制等。 膜法水處理具有適應性強、效率高、占地面積小、運行經(jīng)濟的特點。所以，國內(nèi)外已把電滲析法、反滲透法或膜分離法與離子交換相結合的方法應用于鍋爐水處理。,2019/7/17,80,第一節(jié) 電滲析,電滲析是膜分離技術的一種，它是在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質從溶液中分離出來，從而實現(xiàn)溶液的淡化、濃縮、精制或純化的目的。,2019/7/17,81,1. 滲析過程,滲析是最早被發(fā)現(xiàn)和研究的一種膜分離過程，它是一種自然發(fā)生的物理現(xiàn)象。 當兩種不同濃度的鹽水用一張滲析膜（半透膜或離子交換膜)隔開時，濃鹽水中的電解質離子就會穿過膜擴散到稀鹽水中去，這種過程稱為滲析過程，亦稱擴散滲析。 滲析過程的推動力是濃度梯度，因此又稱濃差滲析。 滲析過程是緩慢進行的，隨著鹽分濃度 梯度的降低鹽的擴散也逐漸減少，直到 膜兩邊濃度相同，建立了平衡，鹽分的遷 移也就完全停止。,2019/7/17,82,2. 電滲析過程,電滲析過程是電解和滲析擴散過程的組合。 電滲析制取淡水的基本過程：利用離子交換膜的選擇透過性，即陽膜理論上只允許陽離子通過，陰膜理論上只允許陰離子通過，在外加直流電場作用下，陰、陽離子分別往陽極和陰極移動，它們最終匯于離子交換膜，如果膜的固定電荷與離子的電荷相反，則離子可以通過，如果它們的電荷是相同的則離子被排斥，從而可以制得淡水。,2019/7/17,83,電滲析運行時可能發(fā)生的過程,2019/7/17,84,滲析的應用,血液透析 從酸堿廢液中回收酸堿。,2019/7/17,85,濃差滲析回收酸,料液中由于H2SO4 和FeSO4 的濃度高，其中Fe2+、H+、SO42-均有向滲析液H2O中擴散的趨勢，由于使用陰離子交換膜作滲析膜，因此理論上陰膜只允許SO42- 透過膜進入滲析液，而H+ 離子由于水合離子半徑小，遷移速度快，故也能透過膜遷移到滲析液中。 H+和1/2SO42-等摩爾透過膜，以保 持溶液的電中性。但是Fe2+ 離子則 不透過陰膜。經(jīng)過一段時間的滲析 后，料液中的 H2SO4 即進入滲析液 中，實現(xiàn)了 FeSO4和 H2SO4的分離， 即可實現(xiàn)回收廢硫酸的目的。,2019/7/17,86,3. 電滲析法脫鹽的基本原理,把陽離子交換膜和陰離子交換膜交替排列于正負兩個電極之間，并用特制的隔板將其隔開，組成脫鹽(淡化)和濃縮兩個系統(tǒng)。 當向隔室通入鹽水后，在直流電場作用下，陽離子向陰極遷移，陰離子向陽極遷移，但由于離子交換膜的選擇透過性，而使淡室中的鹽水淡化，濃室中鹽水被濃縮，實現(xiàn)脫鹽目的。,2019/7/17,87,電滲析法原理示意圖,2019/7/17,88,4. 電滲析技術的特點,(1) 能量消耗低。 (2) 藥劑耗量少環(huán)境污染小。 (3)對原水含鹽量變化適應性強。 (4) 操作簡單，易于實現(xiàn)機械化、自動化。 (5) 設備緊湊耐用預處理簡單。 (6) 水的利用率較高。,2019/7/17,89,電滲析的缺點,電滲析只能除去水中的鹽分而對水中有機物不能去除，某些高價離子和有機物還會污染膜。 電滲析運行過程中易發(fā)生濃差極化而產(chǎn)生結垢(用頻繁倒極電滲析可以避免)，這些都是電滲析技術較難掌握而又必須重視的問題。 與反滲透相比，由于它的脫鹽率較低，裝置比較龐大且組裝要求高，因此它的發(fā)展不如反滲透快。,2019/7/17,90,第二節(jié) 反 滲 透,一、反滲透原理 二、反滲透膜 三、反滲透膜組件 四、反滲透膜污染因素及其防止 五、反滲透脫鹽系統(tǒng)的設計 六、反滲透脫鹽系統(tǒng)的運行 七、反滲透與其它除鹽設備的組合系統(tǒng),2019/7/17,91,一、反滲透的原理,滲透的定義：一種溶劑通過一種半透膜進入一種溶液或一種稀溶液向一種比較濃的溶液的自然滲透。 滲透壓：當稀溶液向濃溶液的滲透停止時的壓力 反滲透的定義：在濃液一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，扭轉自然滲透方向，把濃溶液中的溶劑壓到半透膜的另一邊稀溶液中，這和自然界正常滲透過程相反。 反滲透的條件：高選擇性和高滲透性的選擇性半透膜 高于溶液滲透壓的操作壓,2019/7/17,92,反滲透原理圖,2019/7/17,93,反滲透與其它除鹽設備的組合系統(tǒng),1.反滲透-離子交換除鹽系 2. 反滲透-EDI系統(tǒng),2019/7/17,94,1.反滲透-離子交換除鹽系統(tǒng),反滲透與離子交換聯(lián)合組成的除鹽系統(tǒng)是目前使用較為廣泛的除鹽水處理系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，反滲透作為離子交換的預脫鹽系統(tǒng)，可以除去原水中約95的鹽分和絕大部分的其他雜質，如膠體、有機物、細菌等；反滲透產(chǎn)水中剩余的鹽分則通過后繼的離子交換系統(tǒng)除去。 與單純的離子交換除鹽水處理系統(tǒng)相比，該種系統(tǒng)的特點是： (1)系統(tǒng)對進水水質的適應范圍廣； (2)出水水質好(對膠體、有機物、硅的去除率高)； (3)延長了離子交換設備的運行周期； (4)大幅度降低了離子交換樹脂的再生用酸堿消耗量； (5)酸堿廢液排放量減少。,2019/7/17,95,反滲透-離子交換聯(lián)合除鹽系統(tǒng)的具體組合形式，是由系統(tǒng)進水水質、反滲透裝置產(chǎn)水水質及要求的系統(tǒng)出水水質確定的。 在鍋爐補給水處理中常用的系統(tǒng)組合形式有； (1)預處理反滲透脫碳器混合離子交換器； (2)預處理反滲透脫碳器陽離子交換器陰離子交換器 (3)預處理反滲透脫碳器陽離子交換器陰離子交換器 混合離子交換器。,2019/7/17,96,2. 反滲透-EDI系統(tǒng),反滲透與EDI(電去離子除鹽)聯(lián)合組成的除鹽系統(tǒng)的基本組成形式為：預處理反滲透EDI。 在這種系統(tǒng)中，預處理通常采用微濾或其他過濾等方式，原水經(jīng)預處理后，達到反滲透進水的要求；在反滲透裝置中，進水中的絕大部分鹽分、有機物和其他各種雜質被除去；在EDI裝置中，反滲透產(chǎn)水中的剩余鹽分被除去。 反滲透-EDI除鹽系統(tǒng)的特點是： (1) 真正實現(xiàn)了制備高品質的除鹽水不需要酸堿； (2) 簡化了除鹽水處理系統(tǒng)，設備占地面積小，操作簡單； (3) 對原水水質變化的適應性強； (4) 出水水質好，出水電導率可以穩(wěn)定在0.1s/cm以下； (5) 系統(tǒng)維護工作量小，但要求較為嚴格。,2019/7/17,