08-2-工业用水预处理与水处理工艺.ppt

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 water 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 deposits. 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 used 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 lead 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, flies, 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 alkalinity 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_2011_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。随着颗粒粒径增大，布朗运动基本消失。 当粒径大于1µm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：,µ：水的动力粘度，Pa·s； 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)- 反离子在外力作用下随流体运动形成交变电流 透光率脉动检测法 絮凝颗粒影像检测控制法,Apr_2011_JDY,36,混凝剂的投加,根据所需处理的水量和所选用的混凝剂的不同，或在混凝土搅拌池或在经过防腐处理的钢制圆槽中溶解药剂。其中常装有搅拌装置，或通压缩空气进行搅拌。然后将配好的药液稀释后备用。 将配好的药液通过带有计量装置的加药设备投入水中，使其快速充分混合（flash-mix）。 通常flash-mix采用泵前投药,也有的采用水射器投药。,Apr_2011_JDY,37,2.1.3 混凝设备-混合设备,1、水泵混合：投药投加在水泵吸水口或管上。混合效果好，节省动力，各种水厂均可用。,Apr_2011_JDY,38,泵前投药系统,1：吸水倍 2：出水管 3：水泵 4：水封箱 5：浮球阀 6：浮子式定量加药箱， 7：加药漏斗 8：浮于,Apr_2011_JDY,39,2、管式混合 管式静态混合器：流速不宜小于1m/s，水头损失不小于0.30.4m，简单易行，见图2-4。 扩散混合器：在管式孔板混合器前加一个锥形帽，锥形帽夹角90°。顺流方向投影面积为进水管总截面面积的1/4，开孔面积为进水管总截面面积的3/4，流速为1.01.5m/s，混合时间23s。节管长度不小于500mm。水头损失约0.30.4，直径在DN200DN1200，见图2-5。,Apr_2011_JDY,40,Apr_2011_JDY,41,水射器投药系统（教材p.21, 图2-6）,1:溶药箱；2:水射器，3:原水管,Apr_2011_JDY,42,3、机械混合,在池内安装搅拌装置，搅拌器可以是桨板式、螺旋桨式或透平式，速度梯度7001000s-1，时间1030s以内，优点是混合效果好，不受水质影响，缺点是增加机械设备，增加维修工作。,Apr_2011_JDY,43,微涡流混凝 - 案例,童祯恭,方永忠. 微涡流混凝技术在西桥水厂中的应用J. 给水排水, 2004,(06),Apr_2011_JDY,44,涡流反应器的特点-构造,构造特点: 空心球形结构,直径根据工艺需要确定,内外表面均打毛; 表面开有小孔,孔径和开孔率根据工艺需要确定; 采用ABS 塑料,密度略大于水,壁厚由结构强度设计确定。,Apr_2011_JDY,45,涡流反应器的特点-功能,其构造特点决定以下特性: 无方向性,直接投入水中使用,相互堆积不堵塞壁孔,不需要固定安装; 工厂化批量注塑生产,改造工程施工期短; 过孔水流流速、流向变化,加之内外壁面的磨擦阻力,使水流产生微涡旋流动; 材料强度好,无毒性,耐腐蚀,抗老化,使用寿命可达数十年; 在上向流水流中可浮动和旋转,不会漂浮于水面,也不易被漂浮物堵塞。,Apr_2011_JDY,46,涡流反应器应用于净水厂改造工程,Apr_2011_JDY,47,工程改造示意图,Apr_2011_JDY,48,改造前后参数比较,Apr_2011_JDY,49,2.2 沉淀与澄请,水中悬浮的固体颗粒，依靠重力作用由水中分离出来的过程称为沉淀。 沉淀工艺简单，应用极为广泛，主要用于去除100um 以上的颗粒。 原水中悬浮固体颗粒较大，能依靠自身重力自然沉降的称为自然沉降沉淀。这种沉淀只能对含泥砂量高的原水进行预沉淀时采用。 通常，原水预处理都是先经过混凝，水中较小的颗粒凝聚形成絮凝状沉淀物(俗称矾花)，在重力作用下，由水中沉降分离，这种沉淀称混凝沉淀。,Apr_2011_JDY,50,2.2.1 沉淀池,用于沉淀的设备称为沉淀池。 给水处理- 混凝沉淀，高浊预沉 废水处理 沉砂池（去除无机物） 初沉池（去除悬浮有机物） 二沉池（活性污泥与水分离） 根据沉淀池的结构型式可分平流沉淀池、辐射式沉淀池、斜板和斜管沉淀池等。,Apr_2011_JDY,51,2.2.2 澄清池,澄清池将絮凝和沉淀过程综合于一个构筑物完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时被阻留下来使水获得澄清的现象，称为接触絮凝。 澄清池常用于给水处理。有机械加速澄清池和水力循环澄清池两种。,Apr_2011_JDY,52,机械加速澄清池,悬浮状态下的活性泥渣层与加药的原水在机械搅拌下增加颗粒的碰撞机会，提高了絮凝的效果。 经过分离的清水向上升，经集水槽流出。沉下的泥渣再回流与加药原水机械混合反应，部分则经浓缩后定期排放。 机械加速澄清池的优点： 处理效果好，稳定； 适用于大、中水厂。缺点： 维修维护工作量较大； 启动时有时需加大加药量。,Apr_2011_JDY,53,机械加速澄清池,混凝+反应+沉淀-在同一个池子完成 活性泥渣回流，与加药的原水在搅拌下反应,Apr_2011_JDY,54,综合性改进- 强化絮凝+微涡流絮凝器+蜂窝斜管 - 方永忠等,Apr_2011_JDY,55,水力循环澄清池示意图,水射器形成真空自动吸入活性泥渣与加药原水混合、反应,Apr_2011_JDY,56,水力循环澄清池,水力循环澄清池的优点：不需机械搅拌，结构简单；缺点：反应时间短，运行不稳定，泥渣回流控制较难，不能适应水温、水质、水量的变化，只能用于小水厂。,Apr_2011_JDY,57,自我造粒型流化床,水中造粒 采用有极高分子絮凝剂时，由外部提供一定能量，在某些条件下会生成密实的颗粒状絮体。 西安建筑科技大学与日本合作开发出自我造粒型流化床 关于此流化床设计的联想。,Apr_2011_JDY,58,絮体形成模式研究成果,常规混凝脱稳颗粒间随机碰撞结合，形成随机絮体； 通过合理控制无机盐和高分子絮凝剂的投加和混合条件，对水和废水中的微小颗粒进行微脱稳后，导入上流搅拌反应装置，通过初始反应阶段形成高浓度、大粒径的颗粒。 这种高密度的大颗粒具有极好的沉淀分离特性，通过流化床上部的分离区自动完成固液分离，总水力停留时间仅为传统混凝-沉淀操作的1/51/10。,随机型絮体,致密型絮体,Apr_2011_JDY,59,2.3 过滤,经过混凝沉淀或澄清的原水，其浊度通常在20mg/L左右。 对于循环水量较大的冷却系统，为节省费用也可直接作补充水进入循环冷却系统。 但对循环水量较小、要求较高的系统，最好将原水浊度进一步降低到小于5mg/L，这就需要采用过滤处理。,Apr_2011_JDY,60,过滤过程,将含有浊度的原水通过一定厚度的粒料或非粒状材料，有效地除去水中浊度，使水净化的过程。 这种过滤用的设备称为过滤器或过滤池。过滤用的材料叫滤料，堆在一起的滤料层叫滤层。 当滤层中截留的杂质过多时，滤层中孔隙被堵，水流的阻力增大，过滤速度变小。为恢复原过滤速度，必须定期用清水反向冲洗滤料，将滤料孔隙中积存的杂质冲洗掉，此过程称为反洗。,Apr_2011_JDY,61,Cross Section of a Granular- Media Gravity Filter - MIT,Apr_2011_JDY,62,Conclusion - MIT,为什么1微米的颗粒物最难去除？,Apr_2011_JDY,63,压力式过滤器,亦称为机械过滤器。 带有浊度的原水经过泵的升压后通过滤层，因此进水和出水之间有压差，此压差即为原水通过滤层时克服滤层阻力的压头损失，一般约为5-6m。有时可达10m左右。,Apr_2011_JDY,64,重力式无阀滤池,因过滤过程依靠水的重力自动流入滤池进行过滤或反洗，且滤池没有阀门而得名。 含有一定浊度的原水通过高位进水分配槽由进水管经挡板进入滤料层，过滤后的水由连通渠进入水箱并从出水管排出净化水。,Apr_2011_JDY,65,1-进水分配槽；2-进水管；3-虹吸上升管；4-顶盖；5-挡板；6-滤料层；7-承托层；8-配水系统； 9-底部空间；10-连通渠；11-冲洗水箱；12-出水管；13-虹吸辅助管；14-抽气管；15-虹吸下降管；16-水封井；17-虹吸破坏斗；18-虹吸破坏管,Apr_2011_JDY,66,自动反冲洗,当滤层截留物多，阻力变大时，水由虹吸上升管上升。当水位达到虹吸辅助管口时，水便从此管中急剧下落，并将虹吸管内的空气抽走，使管内形成真空，虹吸上升管中水位继续上升。此时虹吸下降管将水封井中的水也吸上至一定高度，当虹吸上升管中水与虹吸下降管中上升的水相汇合时，虹吸即形成，水流便冲出管口流入水封井排出，反冲洗即开始。 因为虹吸流量为进水流量的6倍，一旦虹吸形成，进水管来的水立即被带入虹吸管，水箱中水也立即通过连通渠沿着过滤相反的方向，自下而上地经过滤池，自动进行冲洗。,Apr_2011_JDY,67,一种石英砂过滤器,精密的多介质过滤器，压力式过滤。 利用过滤器内所填充的精制石英砂滤料，当设备运行到进出水压差为0.5kg/cm2时，即停止运行进行反冲洗，反洗强度为12L/ s·m2，反冲洗时间为10-15分钟。 过滤器底部布水装置采用六爪。过滤层采用专门用于过滤悬浮物及絮凝物的精细石英砂、承垫层为大颗粒石英砂和石英砂砾石按一定高度逐层添装，以保证良好的过滤效果和集水效果，且确保在反洗过程中不会出现乱层现象。 过滤器实现过滤器的反洗、正洗工作。 特点： 自动化程度高、运行、反洗、正洗各过程全自动控制。耗电低，仅为10W。占地面积小，防腐蚀。,Apr_2011_JDY,68,DA全自动反冲洗精密过滤器,在排污过程中，只有被封盘、吸盘盖住的滤芯在进行反冲洗，而其它的滤芯仍然处于过滤工作状态，从而保证了过滤器反冲洗时出口水的滤速及处理水量基本保持不变。 过滤器中滤芯在筒体内是内呈圆周均布的，过滤器的分度机构能精准有效的保证封盘和吸盘同时逐个封住滤芯的两头，滤芯逐个被反冲洗干净。,Apr_2011_JDY,69,纤维束过滤器,Apr_2011_JDY,70,高效纤维束过滤器,压力式纤维束过滤器，它采用了一种新型的束状软填料(纤维束)作为过滤器的滤元，其滤料直径可达几十微米甚至几微米，具有比表面积大，过滤阻力小等优点，解决了粒状滤料的过滤精度受滤料粒径限制等问题。微小的滤料直径，增加了滤料的比表面积和表面自由能，增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会和滤料的吸附能力，从而提高了过滤效率和截污容量。 为发挥束状纤维滤料的特长，在过滤器的滤层内设有加压室，通过加压室对纤维的挤压。使滤层沿水流动的方向的截面逐渐缩小，密度逐渐加大，相应滤层空隙直径和空隙逐渐减小，实现了理想的深层过滤。 当滤层被污染需要清洗再生时，可将加压室的水排出，处于放松状态，用气和水方便地进行清洗。,Apr_2011_JDY,71,纤维束过滤器的反洗-气水联合反洗,当纤维束过滤器截留的悬浮物积累到一定程度，出水浊度高于设计值时，系统将自动反冲洗(浊度自动检测系统和PLC自动运行系统)。 反洗时利用气水联合反洗。 先打开反冲洗进水阀，松床23 min，然后打开进气阀，关闭反冲洗进水阀，单独用气冲洗10 min后，再打开反冲洗进水阀，采用气水联合反洗，约10-20 min，反洗时间约为30 min。待排水清澈后，关闭进气阀，用水排除滤罐上部空气，然后关闭反冲洗进出水阀门，滤床清洗过程结束。反洗过程排出的污水排人污水管网。,Apr_2011_JDY,72,2.4 除铁,我国含铁的地下水分布颇广，一般含铁量在4-30mg/L左右。在地下，铁是以Fe2+状态存在。 刚抽到地面时，水质清澈干净，但有铁腥味；时间略长，即发浑，洗涤织物及器具时会留下锈色斑点。 Fe2+离子极易污染离子交换树脂，使树脂中毒而降低交换能力。 当用含铁水做锅炉补给水时，容易在锅炉受热面上结成铁垢，不仅影响传热，还易引起管壁腐蚀。 冷却水中铁含量超过0.5mg/L时，会促使铁细菌繁殖，产生的粘泥除会堵塞管路外，还会腐蚀换热设备。 常用的除铁方法是曝气除铁和锰砂过滤除铁。,Apr_2011_JDY,73,曝气除铁法,利用空气中的氧气氧化Fe2+； 曝气后的水再经过滤处理即可除去Fe(OH)3沉淀物。,Apr_2011_JDY,74,锰砂过滤除铁,天然锰砂中含有MnO2，是Fe2+氧化良好的催化剂，锰砂同时可作为滤料。 要求原水中有一定的溶解氧。 曝气充氧催化过滤净化。,Apr_2011_JDY,75,2.5 软化,当硬度高、碱度也高的水直接作补充水进入循环冷却水系统后，会使水质处理的难度增大，同时浓缩倍数的提高也受到限制。 浓缩倍数：循环水中某一种组分的浓度或某一性质与补充水中某一组分的浓度或某一性质之比 。 总硬度过高的水不能直接采用离子交换方法达到软化水的要求。 通常有：石灰软化法；石灰-纯碱软化法；石灰-石膏处理法。,Apr_2011_JDY,76,水的硬度和碱度,硬度：水中钙离子和镁离子的浓度之和。 总碱度：总碱度是指水中的OH-、CO32-和HCO3-的总含量。,Apr_2011_JDY,77,碱度与硬度的关系,总碱度总硬度 永硬为0。 总碱度总硬度=负硬。此时，水呈碱性。 总碱度=总硬度=暂硬 总碱度总硬度 总硬度总碱度=永硬 总碱度=暂硬； 碳酸盐硬度由于在水受热时会以垢形式析出，故又叫暂时硬度(暂硬， temporary hardness ) ，非碳酸盐硬度在水受热时不会析出垢，故又称为永久硬度(永硬，permanent hardness ) 。,Apr_2011_JDY,78,除垢方法,除垢方法分为化学除垢和物理除垢。 化学除垢包括添加阻垢剂、采用软化水以及酸洗等。,Apr_2011_JDY,79,化学软化方法的选择,石灰软化法只适用于暂硬度、永硬低的水质处理。对硬度高碱度低即水硬高的水，可采用石灰-纯碱软化法，即加石灰的同时再投加适量的纯碱(Na2CO3，又称苏打)。 经石灰-纯碱软化后的水，其硬度可降为0.15-0.2mmol/L。此外，永硬也可以直接用离子交换法除去。,Apr_2011_JDY,80,软化设备,石灰软化设备包括制备消石灰的设备、投加消石灰与原水充分混合的设备，以及生成的碳酸钙、氢氧化镁等沉淀物的沉淀和过滤分离设备。,Apr_2011_JDY,81,离子交换软化器,当含有硬度离子的原水通过软水器内阳离子交换树脂层时，水中的钙（Ca2+）、镁（Mg2+）离子被树脂交换吸附，同时释放出钠（Na+）离子。 当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫作“再生”。,Apr_2011_JDY,82,离子交换设备的标准工作流程,主要包括工作(产水)、反洗、吸盐(再生)、正洗、盐箱注水五个过程： 反洗：有两个作用，一是松动树脂层，使盐液与树脂层充分接触，使置换反应更彻底，二是冲洗掉被树脂拦截的悬浮物，这个过程一般需要5-15分钟左右。 吸盐(再生)：盐水以较慢的速度流过树脂的再生效果比单纯用盐水浸泡树脂的效果好。受实际用盐量的影响，这个过 程一般需要60分钟左右。 正洗：为了将残留的盐彻底冲洗干净，要采用与实际工作接近的流速，用原水对树脂进行冲洗，这个过程的最后出水应为达标的软水。一般快冲洗过程为5-15分钟。,Apr_2011_JDY,83,离子交换设备,Apr_2011_JDY,84,阴、阳离子交换树脂,Apr_2011_JDY,85,离子交换的广泛应用,离子交换可除去水中的阴、阳离子，制取软水、纯水及超纯水，与反渗透相结合可大大延长树脂的再生周期。 有机玻璃离子交换装置耐腐蚀、无色透明、适用于食品、医药、制糖及电子工业小规模纯水制备。 碳钢/不锈钢衬胶离子交换装置具有制水量大、强度高、成本低等特点，适用于大型锅炉软化水及大规模纯水制备。,Apr_2011_JDY,86,碳钢衬胶 软化装置,用于锅炉、热电站、化工、轻工、纺织、医药、生物、电子、原子能及纯水处理的预处理，工业生产所需进行硬水软化、去离子水制备的场合； 还可用于食品药物的脱色提纯，贵重金属、化工原料的回收，电镀废水的处理等。,Apr_2011_JDY,87,案例-空气源热泵系统的防垢除垢技术,化学除垢：软化水、添加阻垢剂、酸洗。以下逐个方法进行分析。 软化水做为比较可靠和具有显著效果的防垢技术，一般应用在对水质要求以及供水连续性要求比较高的医院反渗透纯水系统、中央空调循环冷却水中。 结合到空气源热泵系统，我们也不难发现其应用有诸多不方便之处。首先需要增加设备，而且要定期补盐，增加了操作的复杂性，这种情况，背离了用户当初为了节能、节省空间、减少操作量的初衷，加上维护人员的工资费用和设备的安装采购费用，与其他热水系统相比，空气源热泵优势不再具有。而且大多数人是不喜欢用软水洗澡的，因为软化水的质感比较滑腻，洗浴的感觉并不是非常舒服。所以在空气源热泵系统中使用软化水是不太切合实际的。,Apr_2011_JDY,88,案例-空气源热泵系统的防垢除垢技术,添加阻垢剂的方法在空气源热泵系统中也是不可行的，因为现行的阻垢剂是无法保证对人体无任何副作用的，而且以归丽精(也称硅磷精)为例，需要添加专用的加药设备，这种设备对管道的水压是有一定的损失的，同样需要专人负责加药。 定期酸洗是另外一种比较直接的解决方法。在工业循环水系统以及锅炉热水系统已经有比较成熟的酸洗方案。但在应用实际中，我们发现其实空气源热泵系统的结垢速率是非常快的，因为空气源热泵系统一般将水箱(循环系统)或出水(直排系统)的最高温度设定在50-60，而这个温度是非常容易结垢的温度，所以在水质比较硬的地区，每隔2-3个月甚至一个月就必须酸洗一次。 由于其供水对象的特殊性，酸洗时必须中断对用户的供水，不能像某些锅炉热水那样进行低浓度不间断的酸洗。如此高的酸洗频率，普通家庭用户是无法接受的，对于浴池、宾馆等营业性系统、更是面临断热水甚至停业的危险，如何控制酸洗的酸量?用少了浪费时间，用多了腐蚀设备，这往往也是令用户觉得两难的事情。,Apr_2011_JDY,89,物理防垢除垢-发展,水系统结垢的问题在空气源热泵系统、太阳能热水系统、电热水系统、燃油燃煤热水系统也有发生。从源头上防止水垢产生，能获得良好的除垢效果。 物理除垢已发展10余年，从最初的永磁设备，逐渐发展为高频电子除垢仪、全程水处理器，以及到现在的电子感应水处理器。技术不断地成熟，效果也逐渐地被大家认可和接受。,Apr_2011_JDY,90,物理防垢除垢-永磁设备,下面我们就对目前市场上比较常见的物理防垢除垢设备进行比较： 永磁设备：该类型产品的外观是一个圆环型的永久磁铁，套在直管道上，利用穿过管路的磁场来处理流经管道的水。其应用大多在比较大的管径上(一般为外径100mm以上的管路)，由于其磁场频率和强度固定，所以它适用的水质范围是比较窄的，在某些特定水质条件下表现的比较好。,Apr_2011_JDY,91,物理防垢除垢-高频电子除垢仪,高频电子除垢仪：这种方法目前仍有部分应用，但因其缺点也明显，逐渐的被市场所淘汰，那就是安装需要切割管道，比较麻烦，而且电极容易粘附水中的悬浮物造成系统失灵。,Apr_2011_JDY,92,物理防垢除垢-电子感应水处理器,已在国外发展了数十年。经过不断优化其频谱，使其适应绝大多数水质。一般只需将其安装在被保护设备即换热装置前的进水管处即可。经处理后的水在有效期(热水系统中大概为6小时)内不会结成硬垢附着在管壁。 其原理是通过主机在水中产生一个频率、强度都按一定规律变化的感应电磁场。该电磁场使水中的成垢离子结合成大量的文石晶核，当水中矿物质含量超过水的饱和溶解度时，成垢离子就会析出并优先生长在这些晶核上形成文石晶体，取代了方解石晶体的析出。文石晶体呈松软絮状，很容易被水冲走。此外，器壁上已有的硬垢也不断溶解，最后脱落，并被水冲走。 安装方式比较简单：将主机连接的线圈通过某种特定方式缠绕在被保护设备前端的进水管道上即可。 已经成功地应用于高硬度水质地区的空气源热泵系统。,Apr_2011_JDY,93,应用及推广的问题,但是，该设备的推广方式也存在异议，一种意见是由厂家推广给经销商和工程商，让该产品安装在每个工程的设备外面;另一种意见就是由厂家直接将该处理器集成到设备内部。这两种推广方式各有优劣，我们目前只从技术领域考虑应用的成功性以及合理性，推广以及市场方面的问题就不在赘述。 当空气源热泵系统的质量不再是售后的主要问题，厂家接到售后电话并赶赴现场后，却发现大多数的问题实际上是由结垢引起的。所以目前被广泛认可的减少这种售后问题的方法就是直接在出厂配置中加上电子感应水处理器，一劳永逸地解决这个问题。但在确认要大规模应用时，建议厂家和经销商还是慎重选择，最好在已有系统中做试验，看其除垢防垢效果能否满意。,Apr_2011_JDY,94,水都(SUITO)电解除垢系统-1,Apr_2011_JDY,95,水都电解除垢系统-2,Apr_2011_JDY,96,使用水都除垢系统的热交换器,Apr_2011_JDY,97,2.6 除氯,当采用经过消毒处理的自来水作锅炉给水时，必须除去自来水中的余氯。余氯的存在会破坏离子交换树脂的结构，使其强度变差，容易破碎。特别是在靠近自来水厂附近时，水中余氯量较高，更需注意除氯。 常用的除氯方法：活性炭脱氯法和添加化学药剂除氯法。,Apr_2011_JDY,98,活性炭脱氯法,过滤用活性炭是颗粒状的，粒径一般为1-4mm。其微孔可以起吸附作用。活性炭脱氯不完全是由于物理吸附作用，它还有催化作用，使余氯进一步转化成碳的化合物。 活性炭在吸附脱氯过程中不存在吸附饱和问题，只是损失少量的炭，所以可以运行相当长的时间。例如用19.6m3的活性炭粒料作滤料，处理余氯量为4mg/L的自来水时，可连续处理265万m3，使其余氯量小于0.01mg/L。在相同条件下，处理余氯量为2mg/L的自来水时，可使用6年。 再生方法：可将失效活性炭在500-1000高温条件下焙烧，将吸附的有机物分解和挥发。,Apr_2011_JDY,99,添加化学药剂除氯法,化学药剂脱氯法是利用投加还原性药剂如二氧化硫和亚硫酸纳等，将余氯还原。 SO2脱氯效果好，但水的pH值会因反应中生成强酸而下降；而Na2SO3法要好一些，还可以与水中的溶解氧作用，达到除氧的目的。,Apr_2011_JDY,100,反渗透和纳滤系统的预处理,为了保证RO和NF系统的稳定运行，有必要对系统进水的质量进行控制。 预处理的目的如下： 防止结垢、胶体污染、微生物污染、有机物污染，防止膜劣化。 保证SDI15 *最大不超过5.0，争取低于3.0； (* SDI15污染指数保持30psi，在15分钟前后，过滤500ml水量的时间差值) 保证浊度低于1.0 NTU，争取小于0.2 NTU； 保证没有余氯或类似氧化物，如：臭氧等。,Apr_2011_JDY,101,反渗透和纳滤预处理的分类,Apr_2011_JDY,102,RO和NF预处理-微滤和超滤,微滤（MF）和超滤（UF）是近几年才大规模应用的反渗透和纳滤预处理工艺。 同絮凝、沉淀以及砂滤比较，其过滤的水质稳定、设备管理比较简单，也不会产生过滤残渣或絮凝污泥等废弃物。 可以完全去除不溶解的物质，降低颗粒物的污染风险，使得反渗透的设计水通量可以适当增加约1020 %。,Apr_2011_JDY,103,RO和NF预处理-微滤和超滤,但是微滤和超滤也不能包治百病，并非采用了微滤和超滤就可以排除一切对反渗透和纳滤产生污染的物质。 这一方面是由于微滤以及用于反渗透和纳滤预处理的超滤膜都属于筛分过滤，过滤孔径大约在0.02 0.05 微米之间，虽然大部分不溶解的物质都会被截留，但是很多溶解在水中的有机物会对反渗透和纳滤系统产生污染。 另一方面，微滤和超滤预处理系统经常要伴随着药剂的加入，例如：絮凝剂、阻凝剂、氧化剂、酸和碱等，这些化学物质有可能在微滤和超滤的产水中存留，进而导致反渗透和纳滤膜的污染和劣化。,Apr_2011_JDY,104,预处理工艺设计举例-地表水预处理,Apr_2011_JDY,105,预处理工艺设计举例-地下水预处理,由于含水层的过滤作用，地下水