第五章干熄焦鍋爐用水處理2

1、第五章 干熄焦鍋爐用水處理第一節(jié) 水凈化的目的干熄焦鍋爐是中高壓鍋爐，鍋爐的給水品質是影響鍋爐及熱力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行的重要因素之一。地面水源和地下水源都含有很多雜質，不能直接運用到干熄焦鍋爐。我國不同區(qū)域水質差異很大，如果進入鍋爐系統(tǒng)的水中含有大量的雜質，將會產生極大的危害。1形成水垢在鍋爐金屬受熱面上形成水垢會導致鍋爐受熱面金屬損壞，降低鍋爐使用壽命，嚴重時會產生“爆管”的情況；降低鍋爐的熱效率，使鍋爐產汽能力下降；另外由于鍋爐結垢，必須及時進行清洗工作，這不但浪費大量的化學藥劑，增加運行成本，還容易使爐水中的雜質在沉積物下濃縮而引起“垢下腐蝕”。2導致金屬腐蝕鍋爐的金屬受熱面長期與

2、水接觸，由于給水水質的不良，則會引起金屬腐蝕。鍋爐的給水管道、熱交換器、省煤器和水冷壁等都會因水質不良而引起腐蝕。3易使蒸汽品質惡化由于給水不良，導致爐水中存有雜質。當爐水不斷受熱而蒸發(fā)和濃縮時，爐水的表面張力加大，爐水含鹽量迅速增高，增加了爐水產生“汽水共騰”的情況。我國不同地區(qū)水質差異較大，為了保證干熄焦系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行，鍋爐及熱力系統(tǒng)不發(fā)生結垢、積鹽和腐蝕情況，必須做好鍋爐水處理工作。一、工業(yè)用水的各種水源及其特點 水是工業(yè)生產中重要的原料之一，沒有合格的水源，任何工業(yè)都不能維持下去。作為工業(yè)用水的淡水水源主要來自地表的江河水、湖泊和水庫水以及地下水(井水)。(一)江河水河流是降水經(jīng)地

3、面徑流匯集而成的，流域面積十分廣闊，又是敞開流動的水體，其水質受地區(qū)、氣候、生物活動以及人類活動的影響而有較大的變化。江河水一般均夾帶有泥沙懸浮物而有混濁度，從數(shù)十到數(shù)百度。夏季或汛期可達上千度，冬季冰封時又可降低到數(shù)度，隨季節(jié)變化很大。河水的含鹽量一般在100200mg/L，一般不超過500mg/L。某些內陸河流也可達到很高的礦化度。河水中主要離子的比例一般是Ca2+Na+HCO3-SO42-Cl-，也有不少河流的Na+Ca2+，個別河流的Cl-HCO3-。我國一些河流的主要離子組成如表51所示。河水中的溶解氧一般不是飽和的正常數(shù)值，有機物含量較低，也就是耗氧量或生化需氧量較小。河水一般情況

4、下是一種含碳酸水類型的水質體系，化學成分有一定的穩(wěn)定性。表51 我國部分河流的水質（mg/L）河流Ca2+Mg2+K+ +Na+HCO3-SO42-Cl-含鹽量長江28.99.68.6128.913.44.2193.6黃河39.117.946.3162.082.630.0377.9黑龍江11.62.56.754.96.02.083.7西江18.54.88.191.52.82.9128.6松花江12.03.86.864.45.91.093.9閩江2.60.66.720.24.90.535.5塔里木河107.6841.510265117.260251436831751.3（二）湖泊水和水庫水湖泊是

5、由河流及地下水補給而成的。它的水質與補給水水質、氣候、地質及生物等條件有密切關系，同時流入和排出的水量、日照和蒸發(fā)強度等也在很大程度上影響湖水的水質。水庫實際上是一種人造湖，其水質也與流入的河水水質和地質特點有關，但最終會形成與湖泊相似的穩(wěn)定狀態(tài)。（三）地下水地下水是由降水經(jīng)過土壤地層的滲流而形成的。地下水水質的基本特點是：懸浮物質含量少、水比較清澈透明、有機物和細菌含量較少、受地面污染的影響小、溶解鹽含量高、硬度和礦化度較大，水溫基本保持穩(wěn)定。地下水按其深度可以分為表層水、層間水和深層水，水層越深，地下水的特點就越明顯。表層水是地殼不透水層以上的地下水，受外界的影響還比較大。層間水是指不透水

6、層以下的中層地下水，受外界的影響較小，水質成分穩(wěn)定而具有明顯的地下水特色，一般較大的供水水源或深井取水都是利用此類水層。深層水是指與外界完全隔絕的地下水層，一般有很高的礦化度或特種鹽類，油田和礦水通常屬于這類地下水。 地下水的含鹽量隨深度增加而增大，主要離子組成也從低礦化度的淡水型向高礦化度的咸水型過渡。二、天然水的化學特性（一） 天然水中的碳酸化合物天然水中普遍存在著各種形態(tài)的碳酸化合物，它們是決定水質pH值的重要因素。并且對外加酸和堿有一定的緩沖能力，同時對水質和水處理有著重要的影響。 天然水中碳酸化合物的來源有以下幾個方面：首先是空氣中二氧化碳的溶解，巖石、土壤中碳酸鹽和重碳酸鹽礦物的溶

7、解；其次是水中動植物的新陳代謝作用以及水中有機物的生物氧化等產生的二氧化碳；有時在水處理過程中也會加入或形成各種碳酸化合物。上述各種來源的碳酸化合物綜合構成水中碳酸化合物的總量。 水中碳酸化合物通常以下列幾種不同形態(tài)存在：溶于水中的游離碳酸，即呈分子狀態(tài)的碳酸，其中包括溶解的氣體C02和未離解的H2CO3分子；重碳酸鹽碳酸，即重碳酸根離子 (HCO3-)，也稱為半化合性碳酸；碳酸鹽碳酸，即碳酸根離子(C032-)，也稱為化合性碳酸。在水中，這四種碳酸化合物之間是一種平衡相互轉化的關系，水中的碳酸平衡同pH值是密切相關的。（二）天然水的酸度 水的酸度是指水中能與強堿發(fā)生中和作用的物質總量。水的酸

8、度通常由三類物質組成：一是強酸，如HCI、HNO3和H2SO4等；二是弱酸，如H2C03、H2S、H2Si04以及各種有機酸等；三是強酸弱堿鹽，如FeCI3和Al2(S04)等。這些物質在水中都會電離產生H+或經(jīng)過水解產生H+，而這些H+均能與OH-發(fā)生中和反應。這些H+的總數(shù)叫做總酸度，用mmolL表示?？偹岫扰c水的pH值不是一回事。pH值是水中氫離子濃度的負對數(shù)，而總酸度表示中和過程中與強堿進行反應的全部H+ 數(shù)量，稱為離子酸度。（三）天然水的堿度 水的堿度與酸度相反，是指水中能于強酸即H+發(fā)生中和作用的物質總量，包括強堿、弱堿和強堿弱酸鹽等。（四）天然水的硬度 通常以Ca2+ 和Mg2+

9、的含量來計算水的硬度，作為水質的一個指標。天然水都含有一定的硬度，地下水、咸水和海水的硬度較大。硬度的單位用mmolL表示。三、鍋爐用水的水質要求 鍋爐的用途是將水在一定的溫度和壓力下加熱產生蒸汽，所得蒸汽可用作傳熱和動力的介質。一般工礦企業(yè)常采用低壓或中壓鍋爐產生蒸汽作熱源或動力用，這種鍋爐對水質要求稍低；而干熄焦系統(tǒng)采用高壓鍋爐產生蒸汽以推動汽輪機來發(fā)電，為保證蒸汽對汽輪機無腐蝕和結垢沉積，這種鍋爐對水質要求非常高。因此，鍋爐用水的水質要求根據(jù)鍋爐的工作壓力和溫度的不同而不同。但不論何種鍋爐用水，它對水的硬度都有較嚴格的限制。其他凡能導致鍋爐、給水系統(tǒng)及其他熱力設備腐蝕、結垢及引起汽水共騰

10、現(xiàn)象，使離子交換樹脂中毒的雜質如溶解氧、可溶性二氧化硅、鐵以及余氯等都應大部或全部除去。干熄焦系統(tǒng)的水處理部分，主要包括兩部分的內容：為制備鍋爐所需質量的補給水的“除鹽水處理”和為了防止鍋爐熱力系統(tǒng)產生結垢、腐蝕和積鹽等危害的“鍋爐水質調整處理”。一般工藝是：初步凈化水源，經(jīng)過濾、除鐵除錳、除鹽、除氧、調節(jié)pH值和加藥等工序后供干熄焦鍋爐使用。第二節(jié) 干熄焦鍋爐水、汽質量標準不管鍋爐蒸發(fā)量大小或蒸汽參數(shù)高低，使用符合要求的水質，則是鍋爐能夠安全、經(jīng)濟、可靠而穩(wěn)定運行，以及產出合格的蒸汽或熱水的前提。水質不良會導致鍋爐損壞。實踐證明， 大多數(shù)鍋爐的損壞與水質不良有關。顯然，應熟悉鍋爐用水，了解水

11、質不良對鍋爐的危害，掌握水、汽質量標準，作好鍋爐用水處理。并在運行中嚴格按標準要求監(jiān)督水、汽質量，以確保鍋爐用水和蒸汽品質以及鍋爐安全經(jīng)濟運行是極其重要的。 一、鍋爐用水名稱由于鍋爐水汽循環(huán)系統(tǒng)中水質有較大差別，因此對于不同水質，人們給予這些水以不同的名稱，現(xiàn)分述如下。1原水也稱生水。它是未經(jīng)任何處理的天然水(如江河水、湖泊水、地下水和水庫水等)或城市自來水，作為鍋爐補給水的水源。 2鍋爐補給水 原水經(jīng)各種水處理后，其水質符合補給水水質要求，用來補充鍋爐蒸發(fā)損失的水，稱為鍋爐補給水。根據(jù)補給水處理工藝不同，補給水又有不同名稱： （1）澄清水 去除了原水中懸浮雜質的水； （2）軟化水 去除了原水

12、中鈣、鎂離子的水； （3）凝結水 鍋爐產生的蒸汽，用于汽輪機(透平機)作功以后，經(jīng)冷卻水冷凝成的水。3給水 送進鍋爐的水稱給水。鍋爐給水可以由汽輪機的凝結水、補給水和各種熱力設備的疏水等組成，也可以單獨用補給水。 4鍋爐水 指在鍋爐本體的蒸發(fā)系統(tǒng)中流動著受熱沸騰而產生蒸汽的水。 5排污水 為了保持鍋水在一定濃度范圍內運行，從而防止鍋爐結垢和改善蒸汽品質。需從鍋爐中排放掉一部分鍋水，以排走由給水帶入的鹽分和鍋內的沉渣，這部分排出的鍋水稱為排污水。6疏水指各種蒸汽管道和各種熱力設備中的蒸汽凝結水，稱為疏水。7減溫水干熄焦鍋爐噴淋減溫器用水。減溫水用于調節(jié)過熱器出口蒸汽在允許溫度范圍內，以保護過熱器

13、管壁溫度不超過允許的工作溫度。二、干熄焦鍋爐的水、汽質量標準（一）鍋爐給水質量標準鍋爐給水的硬度、溶氧 鐵、銅、鈉和二氧化硅的含量，應符合表52的規(guī)定。表52 鍋爐給水的硬度、溶氧 鐵、銅、鈉和二氧化硅的含量爐型鍋爐壓力硬度溶氧鐵銅鈉二氧化硅MPamolLgL汽包爐3.85.85.912.612.715.615.718.33.02.02.00157775030202010555應保證蒸汽中二氧化硅符合標準直流爐5.918.3071051020鍋爐給水的pH值、聯(lián)氨和油的含量，一般應符合表53的規(guī)定。爐型鍋爐壓力 MPapH(25)聯(lián)氨 gL油 mgL汽包爐3.85.88.59.2<1.0

14、5.912.612.715.615.718.38.89.3或9.09.51050或10300.3直流爐5.918.3(加熱器為鋼管)(揮發(fā)性處理)表53 給水的pH值、聯(lián)氨和油的含量（二）鍋爐補給水質量標準補給水的質量以不影響鍋爐給水質量為標準，一般可按表54控制。表54 鍋爐補給水的水質標準種類硬度molL二氧化硅gL電導率(25)Scm堿 度mmolL一級化學除鹽系統(tǒng)出水O10010一級化學除鹽混床系統(tǒng)出水0200.3石灰、二級鈉離子交換系統(tǒng)出水5.0O81.2氫鈉離子交換系統(tǒng)出水5.00.30.5二級鈉離子交換系統(tǒng)出水5.0（三）鍋爐水質量標準（1）干熄焦系統(tǒng)一般采用有汽包的鍋爐。用水采

15、用磷酸鹽處理時，其爐水磷酸根含量和pH值，應按表55的規(guī)定控制。表55 汽包鍋爐采用磷酸鹽處理時，其鍋水磷酸根含量和pH值鍋爐壓力磷酸根 mg/LpHMPa單段蒸發(fā)分段蒸發(fā)(25)凈段鹽段3.85.8515512759115.912.621021050910.512.715.628284091015.718.30.53910（2）爐水的含鹽量和二氧化硅含量，應通過水汽品質試驗確定。一般可參考表56的規(guī)定控制。對于用除鹽水作為補給水的鍋爐，爐水含鹽量也可用電導率進行連續(xù)監(jiān)控，其控制范圍需經(jīng)試驗確定。（3）有汽包的鍋爐進行磷酸鹽-pH控制時，其爐水的Na+和PO43-的摩爾比值一般應維持在2.32

16、.8。若爐水的Na+與PO43-的摩爾比低于2.3，可加中和劑進行調節(jié)。表56 爐水的含鹽量和二氧化硅含量鍋爐壓力含鹽量二氧化硅MPamgL5.912.610020012.715.65004515.718.320O25（四）減溫水質量標準鍋爐蒸汽采用混合減溫時，其減溫水質量，應保證減溫后蒸汽中鈉、二氧化硅和金屬氧化物的含量符合蒸汽質量標準。（五）蒸汽質量標準自然循環(huán)、強制循環(huán)汽包鍋爐或直流鍋爐的飽和蒸汽和過熱蒸汽，其質量應符合表57的規(guī)定。表57 蒸汽和過熱蒸汽質量爐 型鍋 爐 壓 力鈉 gkg二氧化硅MPa磷酸鹽處理揮發(fā)性處理gkg汽包爐3.85.815205.918.31010直流爐5.9

17、18.310第三節(jié) 水凈化除鹽的主要工藝原理及工藝流程一、概述水凈化處理工藝的主要任務是制備鍋爐所需質量的補給水。這個任務包括除去天然水中的懸浮物和膠體態(tài)雜質的澄清、過濾等的預處理；利用離子交換技術或膜分離技術降低或去除水中的成鹽離子，以獲得純度更高的除鹽水。國內外的干熄焦系統(tǒng)用水的處理工藝一般為：離子交換工藝、膜分離（滲透）工藝或兩者相結合的工藝。主要根據(jù)原水水質和操作要求來選擇哪種工藝。除鹽的方法主要有蒸餾法、離子交換法、膜分離法及膜分離-離子交換法等。生產實踐表明：離子交換法具有出水純度高，操作技術較易掌握，供水水質安全可靠等優(yōu)點。一般認為：當原水含鹽量小于500mgL時，利用離子交換法

18、來制取鍋爐補給水是比較經(jīng)濟可靠的。表58列舉了常用除鹽方法的適用范圍。二、預處理 天然水中含有大量的懸浮物和膠體類雜質，如果不首先除去，將影響離子交換工序的正常運行。因為水中的懸浮物雜質將在管道中和水處理設備中沉積，引起堵塞和磨損；懸浮物和膠體類雜質等還會沉積在離子交換劑表面。使交換容量下降或損壞離子交換樹脂。干熄焦系統(tǒng)用水首先要除去懸浮物和膠體類雜質，以減少其對離子交換樹脂的損害，提高樹脂的使用壽命。所以在干熄焦水處理系統(tǒng)中，首先要進行機械化過濾器的過濾。表58 不同除鹽方法的適用范圍及特點方法蒸餾離子交換膜分離電滲析反滲透原理利用水沸騰所產生的不含鹽分的水蒸氣，經(jīng)冷卻凝結后得到的淡水利用離

19、子交換劑上的可交換陽離子(H+)和陰離子(OH-)去交換掉水中的雜質離子，以達到用水水質要求利用離子交換膜的選擇透過性，在直流電場的作用下，由水中成鹽離子定向遷移而得到的除鹽水利用滲透膜對水分子優(yōu)先透過的原理，以大于滲透壓的鹽水壓力，使鹽水中的水分子透過半透膜，從而獲得除鹽水的方法水質純度電導率一般110s/cm最好O5s/cm一級復床：電導率一般小于5s/cm最好為O5s/cm混床(強強)：電導率一般小于O2s/cm最好為0.05s/cm除鹽率50%80%除鹽率85%95%工藝特點 (1)適用于水源水質很差，鍋爐補給水量不大的場合 (2)成本較高，單位體積出水量較多，但運行較為復雜 (3)蒸

20、發(fā)過程中，易帶走揮發(fā)性雜質(例如氨)，而在冷卻過程中又易于帶入C02，所以雖經(jīng)多次蒸餾仍不能滿意地除去水中雜質 (4)蒸發(fā)進行很慢(1)適用于處理含鹽量小于500mg/L的原水(2)出水純度高 (3)供水水質安全可靠 (4)操作技術較易掌握 (5)需用大量化工原材料，易對環(huán)境造成污染 (6)設備較多，系統(tǒng)復雜，投資較大目前在鍋爐補給水處理中，常置于預處理和離子交換工藝之間進行高含鹽量(500mg/L以上)的原水 “預脫鹽”處理機械化過濾器一般是采用單流式機械過濾器，它的進水和出水都只有一路。單流式機械過濾器的本體是一個圓柱體鋼制容器，有的還有進壓縮空氣的裝置。器外設置各種必要的管道和閥門，器內

21、裝備有使水沿過濾器的截面均勻分配的進水裝置和使水匯集或反洗的排水系統(tǒng)。過濾器是上層裝有濾料（例如：無煙煤）下層裝有石英砂或瓷球的容器。正常工作時上層進水，下層出水。當初次使用或使用過程中壓降升高到一定程度后要進行反洗和正洗操作，以清除濾料中的雜質，使正常運行時出水懸浮物低于2mg/L。三、離子交換除鹽工藝當含有各種離子的原水通過H型陽離子交換樹脂時，水中的陽離子被樹脂吸附。樹脂上的可交換H+被交換到水中，與水中的陰離子組成相應的無機酸。Ca2+2RHR2Ca+2H+Mg2+2RHR2Mg+2H+Na+RHRNa+H+將含有無機酸的水再通過OH型陰離子交換樹脂時，水中的陰離子被樹脂吸附，樹脂上的

22、可交換OH-被交換到水中，并與水中的H+生成水，其反應如下： H2S04+2ROHRHS04+H20 HCL+ROHRCL+H20 H2C03+ROHRHC03+H20 H2Si03+ROHRHSi03+H20這樣，原水在經(jīng)離子交換除鹽工藝處理后，即可將水中的成鹽陽、陰離子去除，從而獲得了除鹽水。除鹽水可以滿足中、高壓鍋爐對補給水質的需求，這種離子交換除鹽工藝也有稱作化學除鹽工藝。根據(jù)離子交換除鹽工藝流程的不同，常用離子交換除鹽工藝可分為：復床式除鹽工藝；混床式除鹽工藝；復床混床式除鹽工藝和膜分離離子交換除鹽工藝等。（一）復床式除鹽工藝復床式除鹽工藝是離子交換除鹽工藝中最常用的一種。H型陽離子

23、交換樹脂和OH型陰離子交換樹脂分別裝在兩個交換床的形式，稱為復床式。原水一次相繼通過H型陽離子交換床(簡稱“陽床”)，和OH型陰離子交換床(簡稱“陰床”)來進行除鹽的形式稱為一級復床式除鹽，工藝流程如下：原水陽床除碳器陰床供出復床式除鹽工藝系統(tǒng)投資少，運行簡單，適用于進水含鹽量較低、強酸陰離子總量小于1.5mmoLL、堿度小于0.6mmoLL的原水處理。中壓鍋爐的給水處理多采用一級復床式除鹽工藝。（二）混床式除鹽工藝混床式除鹽工藝如下所示：原水混床供出當混床失效后，可利用離子交換樹脂的密度差，通過反洗的方法使其分層，然后分別進行再生。與復床式除鹽工藝相比，混床式除鹽工藝有出水水質好、運行穩(wěn)定和

24、交換終點明顯等優(yōu)點?；齑彩匠}工藝通常用于原水含鹽量較低(例如小于200mgL)，堿度較低，陽離子量較小，對出水純度要求較高的場合。但混床式除鹽工藝離子交換樹脂交換容量低，經(jīng)濟性較差，再生時操作復雜。所以一般不單獨用于鍋爐給水處理。（三）復床混床式除鹽工藝當要求處理水的純度較高或原水水質較差時，通常采用復床混床式除鹽工藝。高壓及高壓以上鍋爐常采用復床混床工藝系統(tǒng)來制取純度很高的補給水，工藝流程如下： 原水陽床除碳器陰床混床供出一般講，經(jīng)復床一混床除鹽工藝處理后的出水，其H2Si03-小于20SL，電導率小于0.2Scm，可以滿足高壓鍋爐對補給水水質的要求。適用于處理進水含鹽量較高(例如大于50

25、0mgL)，總陽離子量較高(例如大于4mmolL)的水質處理。四、膜分離離子交換工藝膜分離離子交換除鹽工藝流程如下：原水膜分離裝置除鹽裝置供出膜技術是近30年發(fā)展起來的一種高新技術，在能源、電子、石化和環(huán)保等各個領域發(fā)揮著重要作用。膜技術是當今水處理研究中最活躍的領域，其應用比較廣泛。其中包括海水淡化、苦咸水淡化、廢水處理和給水處理，用膜法可制取礦泉水、純凈水和優(yōu)質飲用水等。膜分離法是利用特殊的薄膜對液體中的某些成分進行選擇性透過的方法總稱。溶劑透過的過程稱為滲透，溶質透過膜的過程稱為滲析。常用的膜分離方法有電滲析、反滲透和膜濾(微濾、納濾、超濾)，其次還有自然滲析和液膜技術。從材料上分，膜主

26、要分為有機膜和無機膜。用于水處理的膜分離法有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)和電滲析(ED)等。下面簡單介紹用于水處理的幾種典型膜法特點和作用。1電滲析電滲析(ED)是以直流電為推動力，并利用陰陽離子交換膜對水溶液中陰陽離子選擇透過性而使溶液中溶質與水分離的一種物化過程。1952年美國Ionics公司研制成功世界上第一臺電滲析器，并用于苦咸水淡化制取生活飲用水。70年代“頻繁倒極電滲析技術”(EDR)開發(fā)成功，使電滲析裝置運行更加方便和穩(wěn)定。1965年我國第一臺電滲析裝置研制成功。1967年開始工業(yè)生產異相離子交換膜，現(xiàn)已在海水、苦咸水淡化制取生活飲用水和工業(yè)生產純水、

27、超純水等領域得到廣泛應用。2反滲透反滲透(RO)是以壓力為推動力，并利用反滲透膜只能透過水而不能透過溶質的選擇透過性而從水體中提取純水的物質分離過程?？梢?，實現(xiàn)反滲透過程的必要條件一是須有高選擇性和高透水性的半透膜，二是操作壓力必須高于溶液滲透壓。1960年Loeb等人制得了世界上第一張高脫鹽率和高通量的不對稱型醋酸纖維素(CA)反滲透膜。后來國外相繼開發(fā)成功芳族聚酰胺(PA)中空纖維膜、聚酰胺復合膜及卷式膜件。1965年我國開始研發(fā)反滲透膜技術，1982年我國開發(fā)成功國內第一個CA卷式膜元件。1991年我國用國產CTA中空纖維反滲透膜組件成功生產食用純凈水。在我國，反滲透膜主要用于海水和苦咸

28、水淡化、鍋爐補給水處理、飲用水制備和廢水處理。我國將反滲透膜技術用于制備飲用水，特別是純凈水生產。凈水器制造業(yè)發(fā)展很快，目前全國純凈水生產廠約二、三千家，這對提高飲用水質、減少供水系統(tǒng)二次污染和節(jié)水都有積極意義。3超濾超濾(UF)是以壓力為推動力，并利用超濾膜的不同孔徑將液體進行分離的物理篩分方法。1965年美國Amicon公司在世界上首先開發(fā)成功中空纖維式超濾器，并投放市場。近些年來，日本盛行的超微濾技術所用膜孔徑約為0070.08m，膜通量遠大于傳統(tǒng)超濾膜，現(xiàn)已成為世界超濾膜的主流。70年代初我國開始研究超濾技術，先后開發(fā)成功CA管式膜組件、聚砜(PS)中空纖維膜組件和聚丙烯腈(PAN)中

29、空纖維膜組件，并得到較為廣泛的應用，其中PAN中空纖維膜組件在水處理中應用較多。國產超濾膜組件在飲用水除菌和降濁方面得到大量應用，尤其是由大孔和不易堵塞的長壽命超濾膜制作的凈水器頗受用戶歡迎。4微濾微濾(MF)是一種精密過濾技術，膜孔徑一般為0.11.5m，介于常規(guī)過程與超濾之間。1952年德國Sartorius公司首先生產經(jīng)營CN微孔濾膜，隨后美國、英國、日本和原蘇聯(lián)都相繼建立、形成了各自的微濾工業(yè)，其應用范圍相當廣泛。MF膜為低壓膜濾，進料壓力小于0.2MPa，一般采用0.2m額定孔徑中空纖維膜處理地下水和地表水，以除去水中顆粒物、濁度和原生動物等。1994年世界上第一座處理地面水的大型微

30、濾水廠在美國加州SanJose建成投產，將原水濁度由250NTU降低到0.03NTU。20世紀70年代初我國開始研究微濾膜。先后開發(fā)成功混纖維片以及聚砜、尼龍和聚偏氟乙烯等膜片，特別是生產出標準折疊式濾芯，并得到廣泛應用。5. 納濾納濾(NF)介于反滲透和超濾之間，是近10年來發(fā)展相當快的一種膜技術。納濾開發(fā)于20世紀70年代，早期納濾膜稱為軟化膜。目前國際上納濾膜大多采用聚酰胺復合膜，操作壓力僅為0.5MPa，對Ca2+、Mg2+等二價離子具有很高的去除率。 總之，電滲析、反滲透、超濾、微濾和納濾等膜分離法可用于水處理，其中電滲析能有效地除去水中離子成分，主要用于海水和苦咸水的脫鹽淡化和工業(yè)

31、水軟化。微濾可分離水中直徑為0.0315m的組分，主要用于去除水中細菌、懸浮物、濁度等。超濾可分離水中直徑為0.005lOm、相對分子質量大于500的大分子化合物和膠體，能有效去除水中懸浮物、膠體、病毒、細菌和部分有機物。由于超濾膜使用壓力低(0.10.6MPa)，產水量大(2.412m3m2·d)，易于操作，故在水處理中應用廣泛。不過，微濾和超濾因其孔徑較大，所以對相對分子質量較低(300400以下)的有機物去除率很低。天然水體中有相當一部分有機物是低分子量的可溶性有機物，若用超濾法處理則有機物去除率低，因此，往往將超濾作為水處理系統(tǒng)中后處理單元，這已得到較多應用。此外，反滲透能分

32、離相對分子質量在500以下的溶質分子，因此對水中有機物和無機鹽都有很高的去除率，這是水和廢水深度凈化處理中的一種有效分離技術，并得到廣泛應用，其中包括用反滲透裝置制造純凈水。不過，反滲透膜使用壓力較高(110MPa)，產水量較低(0.41.8m3m2·d)，水回收率只有7580，因此運行費較高。納濾膜是20世紀80年代初繼典型反滲透復合膜問世之后開發(fā)成功的，早期常被稱為松散反滲透膜(Loose RO)。它是一種能有效去除相對分子質量在200以上、分子大小約為1nm的可溶性組分。反滲透膜和納濾膜因其表皮層孔徑很小，所以理論上它們對水中有機物去除率很高，但它們都要求對進水進行嚴格預處理，

33、否則膜會受到污染或損壞，由此也限制了它們在水處理中的廣泛應用。二者相比，納濾對水預處理要求程度比反滲透膜低些，因此從去除有機物并脫鹽角度看，納濾更具實用價值。在實際應用中，也可將微濾或超濾作為鈉濾的預處理單元，不過大多用傳統(tǒng)水處理工藝作為預處理。表59 列出了國外用于去除污染物的處理工藝。表59 國外應用的處理工藝污染物處理工藝有效性及限制條件投資運行費懸浮物懸浮物溶解性有機物溶解性有機物溶解性離子溶解性離子溶解性離子微有機體微有機體微有機體MF(微濾)UF(超濾)UF(超濾)AC(活性炭)RO(反滲透)ED(電滲析)DR(離子交換樹脂)MF(微濾)UF(超濾)UV(紫外光)粒徑>0.1

34、m顆粒物粒徑<0.1m顆粒物相對分子質量>10000相對分子質量<10000去除率9098去除率8090去除率>99尺寸>2.Om尺寸<2.0m抑制繁殖但不能去除中中中低高高中中中低低低低中低低高低低低制造膜的材料主要有有機聚合物、陶瓷及其他材料。諸如醋酸纖維素、聚砜、聚丙烯腈和聚酰胺等有機聚合物是制作膜的常用有機合成材料。其中用醋酸纖維素制造的膜被稱為第一代有機合成膜，聚砜等為第二代膜，陶瓷膜為代表的無機膜為第三代膜。膜組件主要有平板式、管式、卷式和中空纖維，其中管式和中空纖維最適用于凈水處理過程。膜分離凈水廠大多使用中空纖維有機膜，少數(shù)的使用無機膜。膜分

35、離技術的主要優(yōu)點有：1水質優(yōu)良且穩(wěn)定。用膜分離法可有效去除水中臭、味、色度、消毒副產物母體及其他有機物和微生物，可使濾后出水優(yōu)于其他水處理法。2用藥少，基本上不加化學藥劑，從而避免因加藥產生的毒性問題。3占地面積小。4操作管理方便，容易實現(xiàn)自動化。5運行費和管理費較低。膜技術已被國內外列入“21世紀水計劃”，其中首選是納濾技術。五、離子交換除鹽工藝所用的主要化學品（一）離子交換樹脂1離子交換樹脂的性能：離子交換樹脂的性能包括物理性能和化學性能兩種。其主要性能敘述如下：（1）外觀有透明和不透明兩種。凝膠型樹脂的外形多為球狀。樹脂的顏色因合成原料中雜質含量及制造工藝不同，而略有差別；但與其性能關系

36、不大。樹脂在使用中，再生態(tài)與飽和態(tài)的顏色也有不同。樹脂被鐵和有機物污染后，顏色會加深。（2）粒徑樹脂粒徑的大小，對交換容量、交換速度、阻力和水流分布等均有影響。一般樹脂粒徑越小，其交換速度越快，交換容量越高，但其樹脂層的阻力也越大。樹脂的粒徑還與反洗強度和樹脂分層等有關。一般水處理樹脂粒徑為0.31.2mm。（3）密度常用樹脂密度有兩項：樹脂的濕真密度與濕視密度。濕真密度：樹脂的濕真密度是指樹脂在水中充分膨脹后的質量與其占有體積(不包括樹脂間的空隙)之比。樹脂的濕真密度對反洗強度的大小及混床再生前的分層好壞影響很大，此值一般為1.041.30，通常陽樹脂比陰樹脂的濕真密度大。濕視密度：樹脂的濕

37、視密度是指樹脂在水中充分膨脹后的堆積密度。一般為0.60-0.85，在實際使用中，常用此值來計算一定體積樹脂層所需裝填濕樹脂的質量。（4）含水率樹脂的含水率是樹脂在潮濕空氣中所保持的水量，它可以反映交聯(lián)度和網(wǎng)眼中的孔隙率。樹脂的含水率一般在40%60%，含水率越大，則表示它的孔隙率越大，交聯(lián)度越小。（5）交換容量交換容量有全交換和工作交換容量兩項，其中全交換容量是指離子交換樹脂中可交換離子的總量，以單位干樹脂質量所表示的交換容量稱為質量全交換容量，以molg(干)表示之；以單位樹脂體積表示的交換容量稱為體積全交換容量，以moLL表示。工作交換容量是指交換樹脂在運行工藝中，實際起到交換作用的可交

38、換離子總量，以molL樹脂表示。工作交換容量與實際運行條件有很大關系。例如原水含鹽量及組成，樹脂層高度，運行水流速，水溫，再生方式，再生劑品種及再生狀況等均會影響樹脂的實際工作交換容量。（6）耐熱性指樹脂的耐熱程度和允許最高使用溫度。因為超過允許最高使用溫度后，樹脂會發(fā)生熱分解，使工作性能受到影響。2離子交換樹脂的存貯（1）離子交換樹脂應在出廠型態(tài)下保存，即陽離子交換樹脂為鈉型；陰離子交換樹脂為氯型。（2）離子交換樹脂在存貯與運輸過程中應保持水分，防止脫水。脫水后的干樹脂不應直接浸在水中，而應在濃度大于10%的食鹽溶液中，使其緩慢并且充分膨脹后，方可逐漸用水釋釋。（3）離子交換樹脂存貯和運輸過

39、程中的最高溫度不得高于40，最低溫度不得低于0，以免造成樹脂中水分結冰脹裂樹脂。（4）如果必須在低于0，且又無保溫措施的條件下存貯離子交換樹脂，則可以通過調節(jié)浸泡樹脂的食鹽水溶液濃度，來降低溶液的冰點防止結冰。（二）再生劑在進行離子交換處理過程中，當交換床出水中殘留的被交換離子超過水質標準的規(guī)定時，就認為交換床已失去繼續(xù)交換水中離子的能力，需要對交換床進行再生工作。所謂“再生”(又稱“復蘇”)是指將一定濃度的化學藥劑溶液，通過“失效”的離子交換樹脂，利用藥劑溶液中的可交換離子將樹脂上所吸附的離子交換下來，使樹脂重新具有交換水中離子的能力。這個操作過程稱為“再生”。再生使用的化學藥劑稱為“再生劑

40、”。在再生劑的選用上主要考慮再生劑品種與純度。1再生劑品種：目前在離子交換工藝中常使用的再生劑見表510。在選用再生劑品種時，應注意如下幾點：（1）選擇再生效果好的再生劑對于陽床的再生，再生劑主要有兩種：一是鹽酸(HCl)，一是硫酸(H2S04)。從再生效果上講，鹽酸優(yōu)于硫酸。試驗表明：當陽床運行流速均采用10mh和再生劑用量均為4倍理論再生劑量的條件下，用鹽酸再生，其離子交換樹脂的工作交換容量比用硫酸再生的，可提高40%50% 。所以在各方面條件相近的情況下，通常選用鹽酸做再生劑。表510 離子交換工藝常用再生劑交換工藝床型陽床陰床混床離于交換除鹽HCl或 H2S04NaOH陽樹脂：HCI或

41、 H2S04陰樹脂：NaOH 201X7強堿陰離子交換樹脂所用再生劑必須選用氫氧化鈉，這是該樹脂在除硅方面的特殊需要決定的。（2）化學性能穩(wěn)定，不應引起離子交換樹脂分解和氧化等作用在再生陽床時，不能選用硝酸(HN03)，因為硝酸是強氧化劑，對離子交換樹脂有分解作用。（3）操作方面，避免采用能與離子交換樹脂所吸附的雜質產生不溶性沉淀的再生劑。在離子交換工藝中，常采用鹽酸做再生劑，而較少采用硫酸做再生劑的又一個原因是：硫酸是多元酸，會產生二級電離，而它的二級電離度小，酸的利用低；同時采用硫酸再生時，應正確掌握再生工藝條件。因為當操作一旦不慎硫酸會產生“結鈣”情況，即在離子交換樹脂中產生硫酸鈣(Ca

42、S04)沉淀物。由于硫酸鈣是一種難溶物，會附著在樹脂顆粒的表面及內部網(wǎng)格，較難洗出，因而引起樹脂交換能力的降低。（4）選用價格便宜，易購及貯存簡便的再生劑盡管鹽酸(HCl)的再生效果優(yōu)于硫酸，但鹽酸價格較高，而且濃度低，對設備和管道有較強的腐蝕作用，對貯存設備的防腐條件要求較高；而硫酸由于其濃度高(幾乎為鹽酸的三倍)，且價格較便宜，使用較為經(jīng)濟；而且濃硫酸貯存較簡單。所以在實際使用中，應根據(jù)上述情況做技術經(jīng)濟比較。如硫酸可當?shù)厣a，而鹽酸需從遠地運來，則此時采用硫酸就較為有利。在再生操作中，只要妥善掌握硫酸的再生工藝條件（濃度和流速）也可以取得滿意的效果。2再生劑純度 再生劑中雜質對陽離子交換

43、樹脂影響不顯著。而氫氧化鈉中的雜質，特別是其中的氯離子(C1-)對強堿陰樹脂影響較大。這是因為氯離子對強堿陰樹脂有較大的親合力(比OH-強1520倍)。如果用含氯化鈉較多的氫氧化鈉來再生強堿陰樹脂，則由于樹脂較易吸附氯離子和氯離子不易洗脫完全。這樣將降低樹脂的工作交換容量，縮短再生周期，增加再生次數(shù)，提高成本；同時這些雜質附著在樹脂表面，正洗時又不易清洗干凈，而在運行時又會因為被緩慢地洗脫下來，并帶入水中，從而影響水質。 試驗表明：采用含1%2%不純物(NaCl)的氫氧化鈉進行再生，樹脂交換容量會降低15%以上。所以盡可能使用苛化法生產的液體NaOH（含NaCl 約1%2%）而不用隔膜法生產的

44、液體NaOH（含NaCl約 3%4%）。六、水質化驗的主要項目及含義（一）電導率由于水中含有各種離子，而離子能夠導電，所以水的導電能力的大小就稱為水的電導率。電導率反映了水中含鹽量的多少，是水“純度”的一個重要指標。水的含鹽量越高，水的電導率也越大，水的純度也越低；反之，水的純度越高，含鹽量越低，電導率也越小。電導率的單位是Sm，但在實際使用中，由于水的電導率很小，所以常用Scm為單位。（二）酸度酸度是指水中能與強堿(例如NaOH)相作用的物質含量，即能與氫氧根離子OH-相化合的物質的含量。歸納起來，酸度物質可包括如下三類：1在稀溶液中能全部電離為H+的強酸，如HCl和H2S04等；2弱酸，如

45、碳酸H2C03，硅酸H2Si03，磷酸H3P04等；3強酸弱堿鹽，如銨、鐵、鋁等離子與強酸組成的鹽，這些鹽在水中水解而生成H+。酸度的測定是用一定濃度的強堿，例0.1molL的NaOH溶液與水樣進行滴定而求得。測定時：如用甲基橙做指示劑，所測得的酸度，包括第1和第3兩類酸度，一般稱強酸酸度(或無機酸酸度)，也稱甲基橙酸度。用NaOH溶液滴定時，由于第2類物質中和后所生成的鹽(如碳酸鈉Na2C03；硅酸鈉Na2Si03等)在水中發(fā)生水解，而使溶液呈弱堿性(pH>7)。因此滴定時一般采用酚酞做指示劑。當酚酞從無色變?yōu)榧t色時，即表示到達滴定終點。此時測得的酸度稱總酸度。酸度在除鹽工藝過程中，可

46、用來表示經(jīng)陽床交換后，水中H+和游離碳酸的含量。（三）硬度水的硬度是指水中金屬陽離子(對于天然水而言，主要是Ca2+和Mg2+)的總含量。（四）pH值pH值是衡量水溶液的“酸堿性”。一般指水中H+或OH-濃度，為簡便計可以用pH值來表示。當pH=7時，水溶液為中性；pH<7時為酸性；pH>7時，為堿性。天然水的pH值與水中碳酸化合物的含量有關。多數(shù)天然水的pH值為6.88.5。（五）二氧化碳天然水中游離C02含量很少。但是在水除鹽過程中，原水經(jīng)氫離子交換后，鈣、鎂、鈉等離子被H+所置換，水中的碳酸鹽或重碳酸鹽在交換后，則形成大量的游離C02： 2RH+Ca(HC03)2R2Ca+2

47、H2C03 2RH+Mg(HC03)2R2Mg+2H2C03RH +NaHC03RNa+H2C03由于在一定溫度下，水中碳酸化合物的比例與水的pH有關。當pH<4.5時，水中的碳酸幾乎全部以游離C02的形式存在。大量的游離C02存在于水中有下述害處：1對鍋爐給水系統(tǒng)等造成腐蝕。2增加堿耗。由于強堿陰離子交換樹脂對水中陰離子的吸收順序，C02會參與陰床的離子交換，影響陰床對HSiO3-的吸附，增加堿耗。所以當原水中二氧化碳含量超過50mgL時，一般應考慮設置除碳器以除去水中的游離C02。（六）二氧化硅 天然水中二氧化硅的存在形式比較復雜。當pH不很高時，溶于水中的二氧化硅主要以分子態(tài)的形式

48、存在；當pH>7時，水中可同時含有H2Si03和HSiO3-；當pH>11時，水中則同時含有HSiO3-和SiO32-。七、離子交換工藝的運行管理（一）運行前應準備的工作 1離子交換工藝主要設備(交換床，除碳器)及附屬設備(中間水箱，除鹽水箱等)應安裝完好，牢固，垂直，水平誤差應符合設計圖紙要求。 2離子交換工藝所有管道系統(tǒng)(制水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)及再生系統(tǒng)等)應安裝水平，牢固。支架、吊架符合要求，焊縫、法蘭連接部分無滲漏。 3設備及管道上的所有閥門應轉動靈活，無卡澀情況，閥體完好。 4離子交換工藝所有轉動設備的電機接線及絕緣合格，并經(jīng)分部試運合格。 5離子交換工藝所有儀表(壓力表，流

49、量表，終點計等)應根據(jù)工藝要求及制造廠家的技術條件安裝完畢，并檢驗正確，隨時可投入運行。 6離子交換工藝所屬交換床、管道和閥門等承壓設備，應進行水壓試驗并嚴密不漏。 7離子交換工藝所屬除碳器、水箱和貯槽等應進行灌水或通水試驗并嚴密不漏。 8離子交換工藝入床水水質及所需化學品應符合要求。（1）入床水：入床水清潔，無機械雜質和懸浮物(濁度小于2mg/L)，對于不能滿足其要求的，應檢查機械化過濾器是否正常。（2）離子交換樹脂應符合要求，并應在使用前進行“預處理”。陽離子樹脂飽和食鹽水浸泡1824h清洗至排水不呈黃色2%4%NaOH浸泡48h清洗至中性5%HCl浸泡48h清洗至中性備用。陰離子樹脂飽和

50、食鹽水浸泡1824h清洗至排水不呈黃色5%HCl浸泡48h清洗至中性2%4%NaOH浸泡48h清洗至中性備用。（3）水處理用化學品的純度、濃度、成分符合要求。（二）交換床的運行 交換床的運行通常分為四個步驟：反洗(小反洗或大反洗)，再生，正洗和制水運行。交換床的這四個步驟組成一個運行周期(見表511)。表511 交換床運行步驟床型運行步驟順流再生固定床反洗再生正洗制水對流再生床逆流床小反洗(或大反洗)再生正洗制水浮床大反洗再生正洗制水1反洗反洗有三個目的： （1）松動樹脂層在交換過程中，由于帶有一定壓力的水流通過樹脂層，使樹脂層被壓得很緊。為了使再生液在樹脂層中分布均勻，使樹脂得到充分再生。在

51、再生前對交換床進行反洗工作，使樹脂層充分松動。（2）清除樹脂層中的懸浮物由于在交換過程中，樹脂層上部還起著過濾作用，水中的懸浮物被截留在樹脂層中。這不僅會使水通過樹脂層時的水頭損失增加，還可能使這部分樹脂“結塊”，從而使其交換容量不能充分發(fā)揮。 （3）清除碎樹脂運行中產生的碎樹脂對交換床也不利。因為碎樹脂過多，水通過樹脂層的壓力損失就大。同時碎樹脂還會堵塞正常樹脂顆粒的間隙，使水流不均和阻力增大。反洗可根據(jù)具體情況進行。對順流式固定床而言，陽床每次再生都應進行反洗。而對陰床，由于入床水濁度較小，懸浮物在交換床中積累并不很快，而且樹脂層也不是一下壓得很緊，因而不一定每次再生都反洗；對于對流再生床

52、而言，由于大反洗會打亂整個樹脂層，影響單耗和出水質量。一般都是視運行情況，隔1520個周期大反洗一次。反洗時，要求反洗水應澄清，其中不應含有污染離子交換樹脂的雜質。反洗強度各類型樹脂有所不同，一般可按3L/(m2·h)掌握。應控制在既能洗去淤積在樹脂層中的懸浮物和碎樹脂，又不致“跑樹脂”。反洗應一直進行到出水清晰時為止，時間約1520min。2再生 再生工作是離子交換床的重要操作之一。這是由于再生的進行程度，不但對以后制水運行時，樹脂的工作交換容量、交換床出水水質有著直接的影響。而且再生工作的好壞也直接關系到制水經(jīng)濟性。再生工作好，消耗低；再生不好，消耗高，制水經(jīng)濟性也不好。（1）再

53、生方式如前所述，采用順流再生時，再生液是自上而下地通過樹脂層，其流向與運行時水的流向相同。由于再生液在流動過程中，首先接觸的是上部完全失效的樹脂層，所以這一部分可得到較好的再生。當再生液繼續(xù)向下流，與交換床底部樹脂接觸時，再生液中已有相當數(shù)量的“反離子”，這就嚴重地影響了離子交換樹脂的再生。所以順流再生存在再生劑利用率不高，樹脂工作交換容量偏低，出水水質差的問題；采用對流式再生，由于再生液首先接觸失效程度最低的“保護層”，最后接觸失效程度高的“工作層”樹脂，隨著再生液的流動，再生液中“反離子”濃度逐漸增加，但樹脂的失效程度也在逐漸升高。這樣就保證了再生反應一直進行下去。另外，再生液首先接觸“保

54、護層”樹脂，使原來保護層中沒有失效的樹脂仍然保存下來，所以對流再生可以用較少的再生劑量取得較高的再生程度。即再生劑的利用率比順流再生高，出水質量也好。 （2）再生液濃度當再生劑用量一定時，再生液濃度越大(一定范圍內)，則再生后樹脂的再生度也越高。但過高的再生液濃度會使再生液體積小，不易均勻接觸樹脂和維持足夠的接觸時間。同時再生液濃度過高，也會使樹脂的雙電層受到壓縮，從而抑制了擴散層中可交換H+的濃度，而影響了樹脂的工作交換容量。再生液濃度與所用床型有關。順流床和混床的再生液濃度較高，而對流床和雙層床再生液的濃度則較低(見表512)。表512建議使用的再生液濃度再生方式001X7樹脂201X7混床陽床樹脂001 X7201X7再生劑品種HClNaOHHCINaOH再生液濃度順流逆流浮床5103535341.532323130.20.554（3）再生液流出時間HCl的流出時間不應少于30min，NaOH的流出時間不應少于90min。（4）再生液溫度提高再生液溫度，有利于提高樹脂的再生度。這是因為提高再生溫度，能同時加快水中離子在內擴散和膜擴散的速度，有利于再生交換。一般再生液濕度在3540之間。溫度過高，易使樹脂的交換基團分解，促使交換樹脂變質和影響其交換容量。3