第2章无机化学工艺学工业用水.ppt

武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学第二章第二章 工业用水工业用水•水的特性及在化学工业中重要性水的特性及在化学工业中重要性•水的来源及其杂质水的来源及其杂质•水的硬度水的硬度•工业用水化学处理工业用水化学处理•循环冷却水处理循环冷却水处理武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学一、水的特性及在化学工业生产中的用途一、水的特性及在化学工业生产中的用途Ø不论化学工业、冶金、机械、电力、纺织等各行业，不论化学工业、冶金、机械、电力、纺织等各行业，几乎都离不开水尤其是化学工业是用水大户，几乎都离不开水尤其是化学工业是用水大户，（（由于其化学反应工程、分离工程和公用工程所解由于其化学反应工程、分离工程和公用工程所解决的是：加热、冷却、蒸发、冷凝、聚合、裂解等决的是：加热、冷却、蒸发、冷凝、聚合、裂解等都离不开水）都离不开水）Ø如生产如生产1吨人造纤维需吨人造纤维需500吨以上的水；生产吨以上的水；生产1吨烧吨烧碱要碱要150吨水；加工吨水；加工1吨石油需吨石油需4吨水21世纪用太世纪用太阳能电解水阳能电解水 H2和和O2形成燃料电池的原料，也形成燃料电池的原料，也离不开水。

离不开水Ø为什么化学与水结下了不解之缘呢？为什么化学与水结下了不解之缘呢？这与水的性质这与水的性质有关武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学1、天然水的特性Ø水在常温下呈液态存在，具有一般液体的共性与水在常温下呈液态存在，具有一般液体的共性与其他液体相比，又有许多其他液体相比，又有许多独立的特性独立的特性1 1）水在）水在0 0～～4℃4℃范围内，不是热胀冷缩，而是冷胀热范围内，不是热胀冷缩，而是冷胀热缩，即缩，即t↑vt↑v↓↓γ↑γ↑2 2）在所有的液体中，水的比热容最大，为）在所有的液体中，水的比热容最大，为4.18J/g.℃4.18J/g.℃，因此水可作为化工优质的热介质，用，因此水可作为化工优质的热介质，用于冷却、储热、传热等方面于冷却、储热、传热等方面3 3））0 0～～100℃100℃水可以出现水可以出现g g、、l l、、s s三相变化故利用水三相变化故利用水的相变的相热转换能量是很方便的化学中可用作的相变的相热转换能量是很方便的化学中可用作惰性气体或水蒸汽蒸馏（惰性气体或水蒸汽蒸馏（增加总压，降低沸点增加总压，降低沸点）武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学4 4）在液体中，除汞以外，水的）在液体中，除汞以外，水的表面能最大表面能最大。

5 5）水的）水的溶解及反应能力极强，许多溶解及反应能力极强，许多物质不但在水物质不但在水中有很大的溶解度，而且有最大的电离度因此中有很大的溶解度，而且有最大的电离度因此可作为溶剂、试剂、助剂、电解制可作为溶剂、试剂、助剂、电解制H H2 2的原料等的原料等6 6）水有较好的导电性能，是随着水中含盐量的增）水有较好的导电性能，是随着水中含盐量的增加而增大因此作化工过程加而增大因此作化工过程静电的消除剂静电的消除剂（增湿（增湿法）Ø对水的特性认识后，即可理解对水的特性认识后，即可理解化学工业中水的用化学工业中水的用途武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学2、化学工业中水的主要用途、化学工业中水的主要用途1 1））原料原料：即前述的起始原料，作为制氢气、：即前述的起始原料，作为制氢气、水煤气水煤气和有机合和有机合成等的原料成等的原料2 2））溶剂溶剂（吸附剂）：固体物质的溶解、（吸附剂）：固体物质的溶解、气体的吸收气体的吸收3 3））稀释剂稀释剂：造纸纸浆、酿酒勾兑造纸纸浆、酿酒勾兑4 4））冷却剂冷却剂：间、直冷却水，作为冷却介质，用于几乎所有的：间、直冷却水，作为冷却介质，用于几乎所有的化工厂。

化工厂5 5））热载体热载体：蒸汽或作为蒸汽透平机的动力风机、蒸汽泵：蒸汽或作为蒸汽透平机的动力风机、蒸汽泵等），水蒸汽蒸馏等），水蒸汽蒸馏Ø可见，可见，水已是拟建化工厂外部的极其重要的条件水已是拟建化工厂外部的极其重要的条件西部开发西部开发首先完成基础设施、基础教育建设，然后有了水才能开发附首先完成基础设施、基础教育建设，然后有了水才能开发附加值高的化学工业产品加值高的化学工业产品水是外部条件投资环境的重要部水是外部条件投资环境的重要部分）分）武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学3 3、对水质的要求、对水质的要求Ø化工工业用水，按以上所讲大体可分为两大种：化工工业用水，按以上所讲大体可分为两大种：直接用水、间接用水直接用水、间接用水Ø直接用水直接用水：系水与产品直接接触，或用于生产产：系水与产品直接接触，或用于生产产品，对产品质量有很大的影响，故要求优良的水品，对产品质量有很大的影响，故要求优良的水质浊度、悬浮物、浊度、悬浮物、pHpH和杂质等要求严格和杂质等要求严格））Ø间接用水间接用水：对产品质量一般无影响，出于防腐和：对产品质量一般无影响，出于防腐和防垢的要求，而需要采用不同的水质。

防垢的要求，而需要采用不同的水质对温度、对温度、pHpH和硬度有要求）和硬度有要求）Ø因此，生产对象不同，对水质的要求不同因此，生产对象不同，对水质的要求不同武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学1 1））原料用水原料用水：直接作为原料或作为原料的一部分而：直接作为原料或作为原料的一部分而使用的水使用的水Ø例如电解水、饮料、食品加工、酿造，水质对产品例如电解水、饮料、食品加工、酿造，水质对产品的影响较大，最好的水质：的影响较大，最好的水质：无色、无浊、无味、盐无色、无浊、无味、盐类含量适当（类含量适当（pHpH）、氨氮和亚硝酸盐、细菌）、氨氮和亚硝酸盐、细菌等指标等指标符合生产要求符合生产要求Ø酿酒工业要求更严酿酒工业要求更严，一些名酒除了它的独特酿造技，一些名酒除了它的独特酿造技术外，都是因选用当地的优质井水而著称术外，都是因选用当地的优质井水而著称Ø合成纤维、电解、医药都要求合成纤维、电解、医药都要求优质的纯水优质的纯水武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学2 2）产品处理用水）产品处理用水Ø这种水在水产过程中作为这种水在水产过程中作为洗涤、漂染、打浆洗涤、漂染、打浆等用水，等用水，故也要求同上较好的水质。

故也要求同上较好的水质Ø例如，造纸水中如有铁盐，生产高级纸张会产出斑例如，造纸水中如有铁盐，生产高级纸张会产出斑点3 3）锅炉用水）锅炉用水（（间接用水间接用水）由于水的硬度高（即水）由于水的硬度高（即水中含有钙镁盐类），使锅炉汽包内结垢，致使中含有钙镁盐类），使锅炉汽包内结垢，致使传热传热系数系数↓↓，，易使蒸汽品质恶化，局部过热引起过热爆易使蒸汽品质恶化，局部过热引起过热爆炸Ø要求：锅炉用水对水的要求：锅炉用水对水的硬度、含盐量、碱度、硬度、含盐量、碱度、pHpH值、值、溶解氧溶解氧均有严格的指标要求均有严格的指标要求武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学4 4）冷却用水）冷却用水：冷却用水量最大，作用是来冷却热介：冷却用水量最大，作用是来冷却热介质，所以质，所以防止腐蚀、结垢、微生物危害防止腐蚀、结垢、微生物危害是冷却水处是冷却水处理的三大任务因此冷却水理的三大任务因此冷却水( (循环）的水质要求：循环）的水质要求：硬度、悬浮物、溶解气体、油、其他有机物、藻类、硬度、悬浮物、溶解气体、油、其他有机物、藻类、微生物都应控制微生物都应控制例：煤化工厂、石油化工厂的循环水，要进行杀菌除例：煤化工厂、石油化工厂的循环水，要进行杀菌除藻及除垢处理。

投加杀菌灭藻阻垢剂）藻及除垢处理投加杀菌灭藻阻垢剂）Ø另外，另外，工业废水、有毒物工业废水、有毒物，要求经处理后达到我国，要求经处理后达到我国三废排放制度标准后方可外排三废排放制度标准后方可外排武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学二、水的来源及其杂质二、水的来源及其杂质1 1、水的资源及其分布、水的资源及其分布 水是自然界中分部最广的一种资源，它以气液水是自然界中分部最广的一种资源，它以气液固三种状态存在，固三种状态存在，自然界的水主要指海洋、河流、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湖泊、地下水、冰川、积雪、土壤水和大气水分等水体，水体，其总量为其总量为1.41.4××10101919m m3 3, ,如果将其平铺在地球如果将其平铺在地球表面上，水层深度可达到约表面上，水层深度可达到约3000 m3000 m深，但是大部分深，但是大部分是咸的海水，加上内陆地表咸水湖，地下是咸的海水，加上内陆地表咸水湖，地下咸水约占咸水约占总水量的总水量的98%98%而而冰川、积雪约占总水量的冰川、积雪约占总水量的1.7%1.7%，，目前尚难以利用开发目前尚难以利用开发。

武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学水的资源及其分布水的资源及其分布Ø实际上可供开发利用的淡水只占总水量的实际上可供开发利用的淡水只占总水量的0.3%0.3%，，约约为为4 4××10101616m m3 3因此，淡水是有限的宝淡水是有限的宝贵资源源Ø从我国情况看：我国的淡水从我国情况看：我国的淡水资源比源比较丰富，居世界丰富，居世界第五位，但人均水第五位，但人均水资源量与世界源量与世界许多国家相比，相多国家相比，相关很大，关很大，排列排列8888位位因此我们是一个富水国，也是是一个富水国，也是一个缺水国一个缺水国每年缺水每年缺水500500亿m m3 3, ,目前水荒覆盖几乎目前水荒覆盖几乎遍及全国，遍及全国，水荒已是工水荒已是工农业业发展面展面临的的较严峻的峻的问题从而可见化工化工节水，治理水，治理废水，已刻不容水，已刻不容缓武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø人均水人均水资源源：加拿大：加拿大145900m145900m3 3/ /人均，美国人均，美国14280m14280m3 3/ /人均，中国人均，中国2380m2380m3 3/ /人均。

人均Ø水是化学工业生产中重要的原料之一，水是化学工业生产中重要的原料之一，没有合没有合格的水源，任何工业都难以为继，格的水源，任何工业都难以为继，作为工业用作为工业用水的淡水水源主要水的淡水水源主要来自地表的江河水，湖泊水来自地表的江河水，湖泊水和水库水及地下水（井水）和水库水及地下水（井水）武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学2.2.工业用水的来源及水质工业用水的来源及水质①①地表水地表水：称地上水，指江、河、湖泊及水库：称地上水，指江、河、湖泊及水库中的水Ø其其水质水质一般为：含盐量及硬度比较低，含盐量一般为：含盐量及硬度比较低，含盐量一般在一般在7070～～100mg/L100mg/L，硬度一般在，硬度一般在1.01.0～～8.0 8.0 mmolmmol/L/L；；Ø特点特点：随季节变化较大春冬两季：随季节变化较大春冬两季枯水期枯水期，含，含盐、硬度盐、硬度↑↑，，浊度度↓↓；；丰水期丰水期，含，含盐、硬度、硬度↓↓，，浊度度↑↑水温随温度水温随温度变化大武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学②②地下水地下水：地下水主要来源是通过地层过滤雨水：地下水主要来源是通过地层过滤雨水和雪水渗入地下而形成。

和雪水渗入地下而形成Ø因此水中溶入较多的矿物盐类其因此水中溶入较多的矿物盐类其水质水质：含盐：含盐量在量在100100～～500mg / L500mg / L，硬度在，硬度在2 2～～10 10 mmolmmol / L / L，，悬浮物少，浊度低悬浮物少，浊度低Ø特点特点：硬度大，温度变化小，温度低，是很好：硬度大，温度变化小，温度低，是很好的冷却剂的冷却剂武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø有这么有这么一种说法一种说法：南方水，要解决水温和浊度：南方水，要解决水温和浊度的问题；北方水，要解决水量和硬度问题各的问题；北方水，要解决水量和硬度问题各有各的问题，我们就是要解决这个问题有各的问题，我们就是要解决这个问题Ø值得一提的是值得一提的是，上述二种水或者说自然界中的，上述二种水或者说自然界中的水都是通过太阳和不断蒸发、凝结和再降落等水都是通过太阳和不断蒸发、凝结和再降落等环节实现环节实现自然循环自然循环的，在此循环中不会增加，的，在此循环中不会增加，也不会减少只有也不会减少只有污染和破坏后才会改变污染和破坏后才会改变武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学3.3.水中的杂质及其危害水中的杂质及其危害Ø天然水，不管来自什么水源，通常都含有各种天然水，不管来自什么水源，通常都含有各种溶解溶解物（盐类、气体物（盐类、气体) )和不溶解物（悬浮物和不溶的有和不溶解物（悬浮物和不溶的有机物）机物）。

Ø这些杂质与水这些杂质与水接触的物质的过程接触的物质的过程有关，其数量又与有关，其数量又与接触杂质的时间接触杂质的时间有关由于地质结构，区域及水的有关由于地质结构，区域及水的流动方向状态等的不同，水中混有的杂质也不尽相流动方向状态等的不同，水中混有的杂质也不尽相同Ø杂质大体可分为杂质大体可分为四类四类：：悬浮物和胶体物、微生物、悬浮物和胶体物、微生物、可溶气体及溶解的盐类可溶气体及溶解的盐类武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学1)1)、悬浮物和胶体物、悬浮物和胶体物Ø悬浮物悬浮物指颗粒直径在指颗粒直径在1010～～5050μμm m之间的之间的微粒（主要微粒（主要来自矿物质的砂砾、细泥和粘土来自矿物质的砂砾、细泥和粘土）、）、浮游生物浮游生物（主（主要指藻类）及要指藻类）及腐败的动植物腐败的动植物Ø它的危害它的危害：：堵塞堵塞输送管道、输送管道、降低降低传热效率、某些有传热效率、某些有机物易使锅炉起泡产生汽水机物易使锅炉起泡产生汽水共腾共腾、影响产品、影响产品质量质量（用作原料）、电化学（用作原料）、电化学腐蚀腐蚀武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø胶体物胶体物：指：指1010-6-6～～1010－－5 5μμm,m,分子或离子的集合体分子或离子的集合体。

其其比表面积大比表面积大，具有不同程度的表面活性吸附能力具有不同程度的表面活性吸附能力常常吸附了大量离子而常常吸附了大量离子而带负电荷带负电荷主要来自主要来自有机胶有机胶体物体物( (动植物残骸分解而生成的腐殖质动植物残骸分解而生成的腐殖质) )；；无机胶体无机胶体物物( (主要是铁、铝、硅的化合物和胶体硅主要是铁、铝、硅的化合物和胶体硅) )Ø它的危害它的危害：胶体硅：胶体硅————锅炉内产生锅炉内产生沉积沉积，易产生汽，易产生汽水水共沸共沸现象现象; ;铁铝化合物铁铝化合物————炉内（设备内）清垢炉内（设备内）清垢产生垢下产生垢下腐蚀腐蚀；有机胶体物；有机胶体物————污染污染产品、影响质产品、影响质量，易使炉水起泡，使蒸汽品质变坏量，易使炉水起泡，使蒸汽品质变坏2 2）微生物）微生物Ø危害危害：对酿造、食品工业影响较大，使水产生：对酿造、食品工业影响较大，使水产生色度色度，，并有不愉快的并有不愉快的臭味臭味武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学3 3）可溶气体）可溶气体（（危害是对金属的腐蚀危害是对金属的腐蚀））Ø主要来自大气和环境中的主要来自大气和环境中的COCO2 2、、O O2 2、、H H2 2S S、、NHNH3 3。

Ø危害危害：：①CO①CO2 2ØCOCO2 2溶于水中呈弱酸，对金属水管有溶于水中呈弱酸，对金属水管有腐蚀腐蚀作用，作用，是因为在低的是因为在低的pHpH和缺氧情况下，它可以将铁和缺氧情况下，它可以将铁溶解，生成碳酸亚铁溶解，生成碳酸亚铁［［Fe(HCOFe(HCO3 3) )2 2］］－－武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学②②O O2 2的存在的存在，引起金属的，引起金属的电化学腐蚀电化学腐蚀，在做电池中，在做电池中: :Ø阳极区阳极区Fe-2e = FeFe-2e = Fe2+2+Ø阴极区阴极区O O2 2+2H+2H2 2O+4e=4OHO+4e=4OH- -Ø Fe Fe2+2++2OH+2OH- -=Fe(OH)=Fe(OH)2 2Ø Fe(OH)Fe(OH)2 2 Fe(OH) Fe(OH)3 3↓↓Ø这些反应促使微电池中的阳极区的金属不断溶解这些反应促使微电池中的阳极区的金属不断溶解而被而被腐蚀腐蚀OO2武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学③③H H2 2S S是有机质腐败后所生成的酸性物质是有机质腐败后所生成的酸性物质，水中含量，水中含量很少，对金属有腐蚀作用，并能与金属盐类发生反很少，对金属有腐蚀作用，并能与金属盐类发生反应，生成应，生成有色沉淀有色沉淀影响产品质量。

影响产品质量④④NHNH3 3: :含量极少含量极少，它是由蛋白质腐败分解而来的，它，它是由蛋白质腐败分解而来的，它对钢容器对钢容器腐蚀腐蚀作用较强作用较强4 4）溶解的盐类）溶解的盐类Ø水中溶解的盐类一般有水中溶解的盐类一般有NaNa、、K K、、CaCa、、MgMg、、AlAl、、FeFe、、MnMn等盐这些盐大多为强电解质这些盐主要是由等盐这些盐大多为强电解质这些盐主要是由于于流经地层时溶解某些矿物所致流经地层时溶解某些矿物所致武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø因此水流地层不同，酸碱度不同，电离的离子亦不因此水流地层不同，酸碱度不同，电离的离子亦不同Ø危害危害Ø①①NaNa+ +、、K K+ +（（称为碱金属离子，它们的盐类非常易溶称为碱金属离子，它们的盐类非常易溶于水，主要于水，主要来自岩石和土壤来自岩石和土壤中），引起锅炉水起泡，中），引起锅炉水起泡，蒸汽夹带水用这种蒸汽作为蒸汽透平机的动力，蒸汽夹带水用这种蒸汽作为蒸汽透平机的动力，在在高速离心下，局部结晶，损坏透平机叶轮高速离心下，局部结晶，损坏透平机叶轮Ø②②CaCa2+2+、、MgMg2+2+————钙离子由地层中石灰石（钙离子由地层中石灰石（CaCOCaCO3 3) )和和石膏（石膏（CaSOCaSO4 4··2H2H2 2O O）溶解而得。

溶解而得武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学ØCaCOCaCO3 3的的溶解度溶解度很小，当水中有很小，当水中有COCO2 2时，容易转化而溶解时，容易转化而溶解 CaCOCaCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=Ca(HCOO=Ca(HCO3 3) )2 2ØMgMg主要由含主要由含COCO2 2的水溶解地层中的白云石（的水溶解地层中的白云石（MgCOMgCO3 3··CaCOCaCO3 3) )所所致致:MgCO:MgCO3 3··CaCOCaCO3 3+2CO+2CO2 2+H+H2 2O=Mg(HCOO=Mg(HCO3 3) )2 2+Ca(HCO+Ca(HCO3 3) )2 2Ø在化工中，当水受热后分解为碳酸盐，溶解度下降，过饱和在化工中，当水受热后分解为碳酸盐，溶解度下降，过饱和的的CaCa、、MgMg盐和氢氧化物沉淀下来盐和氢氧化物沉淀下来 Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2=CaCO=CaCO3 3↓+H↓+H2 2O+COO+CO2 2↑↑ Mg(HCO Mg(HCO3 3) )2 2=MgCO=MgCO3 3+H+H2 2O+COO+CO2 2↑↑ MgCO MgCO3 3+H+H2 2O=Mg(OH)O=Mg(OH)2 2↓+CO↓+CO2 2↑↑ Ksp[Mg(OH) Ksp[Mg(OH)2 2]=5.3]=5.3××1010-12-12

∆∆武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø又由于一般天然水中，又由于一般天然水中，MgMg盐和其氢氧化物的含量比盐和其氢氧化物的含量比较低，较低，主要的垢是主要的垢是CaCO3CaCO3CaCa2+2+、、MgMg2+2+结垢后，设备结垢后，设备的热传导降低，影响最大，这是化工单元中最不希的热传导降低，影响最大，这是化工单元中最不希望的由化工原理知：望的由化工原理知：δ↑，R↑，Q↓又因为垢使λ变小，即λ↓，R↑，Q↓其中：λ为导热系数；F为导热面积；δ为壁厚；R为热阻一般δ增加1mm，热效率降低10%左右武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学③Fe③Fe2 2＋＋、、MnMn2 2＋＋————这二种离子地下水含量比地面水高两者常这二种离子地下水含量比地面水高两者常相伴锰的含量占铁的含量的十分之一左右这两种元素都相伴锰的含量占铁的含量的十分之一左右这两种元素都是人体中的是人体中的微量元素微量元素，饮用水含有一定含量对人的健康有益饮用水含有一定含量对人的健康有益标准饮用水中铁要求标准饮用水中铁要求0.3mg/L0.3mg/LØ在化学工业中在化学工业中危害主要是危害主要是：：①①着色着色。

Ø铁化合物是常见矿物，是天然水中铁是常见杂质，铁化合物是常见矿物，是天然水中铁是常见杂质，地表水地表水中中由于氧充足，以由于氧充足，以FeFe3 3＋＋形式形式存在地下水地下水FeFe2 2＋＋存在存在，易生成，易生成Fe(OH)Fe(OH)2 2或或Fe(OH)Fe(OH)2 2 胶体微粒胶体微粒————着色，影响质量着色，影响质量Ø锰与铁特性相近，锰与铁特性相近，以以MnMn2 2＋＋存在存在相氧化成胶体状的有机锰化相氧化成胶体状的有机锰化物例如：高级纸张，纺织厂，印染厂，人造丝，电镀等对物例如：高级纸张，纺织厂，印染厂，人造丝，电镀等对铁和锰的要求较高，最好不含有使纸张变黄，颜色不艳，铁和锰的要求较高，最好不含有使纸张变黄，颜色不艳，没有光泽等没有光泽等②②同时：铁主要引起铁沉积细菌繁殖，严重地同时：铁主要引起铁沉积细菌繁殖，严重地堵塞管道和设备因此水要杀菌除藻堵塞管道和设备因此水要杀菌除藻武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学④SO④SO4 42-2-、、ClCl- -————腐蚀 SOSO4 42-2-主要来自于矿物的溶解主要来自于矿物的溶解（（CaSOCaSO4 4∙2H2H2 2O O）；）；ClCl- -来自地层的氯化物。

来自地层的氯化物Ø例如：例如：ClCl- -MgClMgCl2 2+2H+2H2 2O=Mg(OH)O=Mg(OH)2 2+2HCl+2HClFe+2HCl=FeClFe+2HCl=FeCl2 2+H+H2 2↑↑FeClFeCl2 2+Mg(OH)+Mg(OH)2 2=Fe(OH)=Fe(OH)2 2+MgCl+MgCl2 2Fe(OH)Fe(OH)2 2=Fe(OH)=Fe(OH)3 3↓↓武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学三、水的硬度三、水的硬度Ø水的硬度主要是由于水中含有各种盐类，如重碳酸盐、硫水的硬度主要是由于水中含有各种盐类，如重碳酸盐、硫酸盐、氯化物形成酸盐、氯化物形成它们均是电解质基本上以离子的形它们均是电解质基本上以离子的形式存在于水中对于天然水来说，主要的离子是式存在于水中对于天然水来说，主要的离子是CaCa2+2+、、MgMg2+2+，，其他的如其他的如FeFe2+2+、、MnMn2+2+、、AlAl3+3+等亦能形成硬度但由于等亦能形成硬度但由于天然天然水含量较少水含量较少（海水就不一样），可以不计因此：（海水就不一样），可以不计因此：Ø硬水硬水————把天然水中含有把天然水中含有CaCa2+2+、、MgMg2+2+离子多的水称为硬水离子多的水称为硬水（（暂时硬水、永久硬水暂时硬水、永久硬水））; ;Ø软水软水————把天然水中含有把天然水中含有CaCa2+2+、、MgMg2+2+离子较少的水称为软水离子较少的水称为软水武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学硬水分成：硬水分成：1 1）、）、暂时硬水暂时硬水Ø含有含有Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2 （碳酸氢钙）的水（碳酸氢钙）的水、、含有含有Mg(HCOMg(HCO3 3) )2 2（碳酸氢（碳酸氢镁）镁）的水当加热时分解形成的水当加热时分解形成Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2、、 Mg(HCOMg(HCO3 3) )2 2沉淀，并沉淀，并从水中析出来的水称为从水中析出来的水称为暂时硬水暂时硬水。

Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2＝＝CaCOCaCO3 3↓+CO↓+CO2 2 ↑+H↑+H2 2O O Mg(HCO Mg(HCO3 3) )2 2=MgCO=MgCO3 3+H+H2 2O+COO+CO2 2↑↑ MgCO MgCO3 3+H+H2 2O=Mg(OH)O=Mg(OH)2 2+CO+CO2 2↑↑武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学2）、永久硬水）、永久硬水Ø 含有钙镁的硫酸盐、氯化物或其他盐类的水，即非含有钙镁的硫酸盐、氯化物或其他盐类的水，即非碳酸盐碳酸盐，由于不能用加热的方法从水中除去的水称，由于不能用加热的方法从水中除去的水称为为永久硬水永久硬水Ø如何定量说明软水和硬水，或不硬不软的水，接下如何定量说明软水和硬水，或不硬不软的水，接下来讲来讲软硬水的指标及单位软硬水的指标及单位2、硬度、硬度（水的）（水的） 硬度表示水质软硬程度的指标硬度表示水质软硬程度的指标1）暂时硬度）暂时硬度（又称碳酸盐硬度）（又称碳酸盐硬度） 指主要由钙镁离子的重碳酸盐［指主要由钙镁离子的重碳酸盐［CaO(HCO3)2、、Mg(HCO3)2]所形成的硬度。

所形成的硬度武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学2）永久硬度）永久硬度（非碳酸盐硬度），指主要由（非碳酸盐硬度），指主要由钙镁离子钙镁离子的硫酸盐和氯化物的硫酸盐和氯化物所形成的硬度所形成的硬度3）总硬度）总硬度 总硬度＝暂时硬度＋永久硬度总硬度＝暂时硬度＋永久硬度4）硬度的单位及水分类）硬度的单位及水分类①①硬度表示反方法及单位硬度表示反方法及单位Ø目前我国用来表示硬度的单位为目前我国用来表示硬度的单位为mmolmmol/L/L（以（以 CaCa为为基本单元）基本单元）Ø由于水中并非单一的离子或盐类，为使用方便，常由于水中并非单一的离子或盐类，为使用方便，常将其还换算为一种统一的盐类，这时可以按照当量将其还换算为一种统一的盐类，这时可以按照当量换算的原则换算的原则以以CaOCaO或或CaCOCaCO3 3的质量浓度表示的质量浓度表示Ø即：即：1mmol/L=28mg/L(CaO) =50mg/L(CaCO1mmol/L=28mg/L(CaO) =50mg/L(CaCO3 3) ) 武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø例例：测得水中含：测得水中含CaCa2+2+150 mg/L,150 mg/L,求硬度求硬度Ø用用CaOCaO表示表示Ø相当于相当于CaOCaO含量含量X=150X=150×× =210 mg =210 mg =7.5 =7.5 mmolmmol/L(/L(硬度）硬度）Ø用用CaCOCaCO3 3表示表示ØX X＝＝150150×× ＝＝374.55 mg374.55 mg ＝＝7.5 7.5 mmolmmol/L/LØ结果一样的。

结果一样的武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø有的国家用有的国家用““度度””来表示硬度：来表示硬度：例：例：1 1德国度德国度————10 mg/10 mg/L(CaOL(CaO) )为为1 1德国度德国度 1 1法国度法国度————10 mg/L(CaCO10 mg/L(CaCO3 3) )为为1 1法国度法国度 1 1美国度美国度————10 mg/L(CaCO10 mg/L(CaCO3 3) )为为1 1美国度美国度Ø这些单位在我国已这些单位在我国已慢慢不采用慢慢不采用了从而可见：了从而可见： 1mmol/L1mmol/L硬度＝硬度＝2.82.8德国度＝德国度＝5 5法国度＝法国度＝5050美国度美国度②②天然水的分类天然水的分类 Ø天然水可以按其天然水可以按其含盐量或硬度含盐量或硬度分类按硬度分为分类按硬度分为五五类：类： 武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学极软水极软水————硬度为硬度为1.0mmol/L1.0mmol/L以下以下软水软水————硬度为硬度为1.01.0～～3.0mmol/L3.0mmol/L之间之间中等硬度中等硬度————硬度为硬度为3.03.0～～6.0mmol/L6.0mmol/L之间之间硬水硬水————硬度为硬度为6.06.0～～9.0mmol/L9.0mmol/L之间之间极硬水极硬水————硬度硬度>9.0mmol/L>9.0mmol/L武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学四、工业用水化学处理四、工业用水化学处理Ø化学工业用水化学处理的化学工业用水化学处理的主要任务（主要任务（4 4个）个）：：①①混凝除悬浮物混凝除悬浮物；；②②软化以消除生成锅垢和深沉的可能性软化以消除生成锅垢和深沉的可能性；；③③中和并除掉气体、盐类和有机物质中和并除掉气体、盐类和有机物质，以避免金属的，以避免金属的腐蚀，水在加热时起泡产生汽水，产生共沸及蒸汽腐蚀，水在加热时起泡产生汽水，产生共沸及蒸汽品质变坏；品质变坏；④④消除消除那些对工艺操作过程进行及对最后产品的质量那些对工艺操作过程进行及对最后产品的质量产生不良影响的产生不良影响的杂质杂质。

武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学水处理方法Ø物理方法物理方法：包括：包括沉淀法、过滤法沉淀法、过滤法Ø化学方法化学方法Ø这里只介绍软化、除铁、除氯这里只介绍软化、除铁、除氯混凝——加入混凝剂软化——离子交换除铁除氯武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学1、软化、软化Ø软化有软化有四种方法四种方法Ø暂时硬度暂时硬度——石灰石膏法石灰石膏法Ø永久硬度永久硬度——石灰纯碱软化法石灰纯碱软化法Ø碱度高的硬水则采用碱度高的硬水则采用——石灰石膏法石灰石膏法Ø磷酸盐法磷酸盐法武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø水的碱度水的碱度Ø水的碱度指水能够与强度进行中和反应的那些物水的碱度指水能够与强度进行中和反应的那些物质的总量通常天然水中指质的总量通常天然水中指HCO3-，，CO32- 和和OH-离子浓度的总和离子浓度的总和武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø虽然是总和，但是这些物质虽然是总和，但是这些物质不能共同存在不能共同存在，， ①①OH-单独存在单独存在 ②②CO32-单独存在单独存在 ③③HCO3-单独存在单独存在 ④④OH-和和CO32-共同存在共同存在 ⑤⑤HCO3-和和CO32-共同存在共同存在ØOH-和和HCO3-不能共存，不能共存，∵∵OH-+HCO3-=CO32-+H2OØ负硬水：负硬水：指指碱度＞硬度碱度＞硬度，即，即[HCO3-]＞＞[Ca2++Mg2+]时水为负时水为负硬水。

其差值总硬度－总碱度硬水其差值总硬度－总碱度=负硬度（主要为负硬度（主要为K、、Na的重的重碳酸盐碳酸盐）因为有多少）因为有多少Ca2+和和Mg2+，有多少，有多少[HCO3-]碱，多出碱，多出来的是来的是K、、Na的重碳酸盐的重碳酸盐以各种形式存在武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学（1）石灰软化法（暂硬高）Ø为避免加生石灰（为避免加生石灰（CaO）产生灰尘污染，先制成）产生灰尘污染，先制成消消石灰石灰Ca(OH)2CaO+H2O=Ca(OH)2Ø消石灰投入水中的消石灰投入水中的反应如下反应如下Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2OCa(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3↓+2H2O2Ca(OH)2+Mg(HCO3)2=2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2OØ形成形成CaCO3和和Mg(OH)2沉淀沉淀而析出，同时除去而析出，同时除去CO2Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø但是水中的但是水中的永硬和负硬永硬和负硬（（K、、Na的重碳酸盐）却不的重碳酸盐）却不能用石灰处理的方法除去，因为镁的永硬与负硬和能用石灰处理的方法除去，因为镁的永硬与负硬和消石灰会产生下列反应。

消石灰会产生下列反应 MgSO4+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaSO4 MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2Ø负硬：负硬：NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+NaOH+H2OØ所以所以镁永硬镁永硬转化为等量的转化为等量的溶解度溶解度较大的较大的钙的永硬钙的永硬负硬转化为等量的负硬转化为等量的NaOH，碱度，所以水中的碱度，碱度，所以水中的碱度没有除去没有除去永硬武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学（2）石灰—纯碱软化法（永硬高的水）Ø软化剂软化剂：消石灰（除暂硬），纯碱：消石灰（除暂硬），纯碱Na2CO3（除永硬）（除永硬）Ø除永硬除永硬加加Na2CO3反应如下反应如下：（生成碳酸盐沉淀物：（生成碳酸盐沉淀物） CaSO4+Na2CO3=CaCO3↓+Na2SO4 CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl MgSO4+Na2CO3=MgCO3↓+Na2SO4 MgCl2+Na2CO3=MgCO3↓+2NaCl MgCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+MgCO3↓Ø经此方法处理的水，其硬度可以下降经此方法处理的水，其硬度可以下降0.15~0.2 mmol/L。

Ø此外，此外，永硬也可以直接用离子交换法永硬也可以直接用离子交换法除去武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学（3）石灰石膏处理法（碱度高的负硬水，即K、Na的重碳酸盐含量高）Ø此水的此水的总碱度＞总硬度总碱度＞总硬度，水中多余的总碱度常以，水中多余的总碱度常以NaHCO3或或KHCO3的形式存在这些多余的碱以的形式存在这些多余的碱以石灰石灰—石膏（石膏（CaSO4）法）法除去Ø反应：2NaHCO3+CaSO4+Ca(OH)2=2CaCO3↓+Na2SO4 +2H2O2KHCO3+CaSO4+Ca(OH)2=2CaCO3↓+K2SO4 +2H2O武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学（4）磷酸盐法（同时除去永硬和暂硬）Ø软化剂软化剂——磷酸三钠磷酸三钠Na3PO4：是较好的软化高压锅：是较好的软化高压锅炉用水的软化剂，可以同时除去暂硬和永硬，可以炉用水的软化剂，可以同时除去暂硬和永硬，可以处理到极软水，即处理到极软水，即1mmol/L以下Ø①①除暂硬反应如下：除暂硬反应如下： 3Ca(HCO3)2+2Na3PO4=Ca3(PO4)2↓+6NaHCO3 3Mg(HCO3)2+2Na3PO4=Mg3(PO4)2↓+6NaHCO3Ø②②除永硬反应如下：除永硬反应如下： 3CaSO4+2Na3PO4=Ca3(PO4)2↓+3Na2SO4 3MgSO4+2Na3PO4=Mg3(PO4)2↓+3Na2SO4 3CaCl2+2Na3PO4=Ca3(PO4)2↓+6NaCl 3MgCl2+2Na3PO4=Mg3(PO4)2↓+6NaCl武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学（5）几种方法比较：方法方法缺点缺点优点优点备注备注石灰软化法不能除永硬传统，成本低石灰—纯碱软化法成本高（用纯碱），处理后水中的钠盐使锅炉水起泡。

纯碱不能过量，只能1~2%，多了在锅炉内变成NaOH，对锅炉有腐蚀水硬度能够基本消除为克服缺点，采用石灰—离子交换组合法石灰—石膏法这种水少，是一种特殊的处理磷酸盐法成本高软化效率高，可使硬度趋于0，能使之结垢疏松，因此可作为（1）、（2）方法的补充武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学（6）基本工艺（一般石灰软化系统）1.化灰桶；化灰桶；2.石灰池；石灰池；3.灰乳泵；灰乳泵；4.混合池；混合池；5.平流式沉平流式沉淀池；淀池；6.清水池；清水池；7.泵泵武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学2.离子交换法——离子交换软化水处理Ø离子交换法离子交换法是软化水的一种比较好的方法，是软化水的一种比较好的方法，操作简操作简单，效率高单，效率高，又便于实现自动化目前，凡是，又便于实现自动化目前，凡是需水需水量大、水质要求高的企业都采用此法量大、水质要求高的企业都采用此法，或与其他方，或与其他方法配套组成净化水处理系统法配套组成净化水处理系统1））离子交换法机理离子交换法机理：利用某些难溶于水中的固体：利用某些难溶于水中的固体物质能够自水中吸收阳离子或阴离子，而本身同时物质能够自水中吸收阳离子或阴离子，而本身同时放出其他离子以代替它所吸收的离子，将水中的放出其他离子以代替它所吸收的离子，将水中的Ca2+、、Mg2+离子交换离子交换出来，出来，使原水软化使原水软化。

而固体而固体物质的结构并不发生实质性变化的水处理方法，称物质的结构并不发生实质性变化的水处理方法，称为为离子交换法离子交换法把这些固体物质称为把这些固体物质称为离子交换剂离子交换剂武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学（2）离子交换剂（通常为离子交换树脂）Ø离子交换剂离子交换剂有：有： 天然沸石天然沸石：：Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O 海绿石：海绿石：(K·Na)2O·(Al·Fe)2O3·nSiO 人造泡沸石人造泡沸石—人造铝代硅酸盐人造铝代硅酸盐 Na2SiO3+Na3AlO3―→胶状胶状―→干燥而成干燥而成 有机物质有机物质—人造树脂或磺化煤人造树脂或磺化煤Ø离子交换剂的离子交换剂的通常分类通常分类阳离子交换树脂阴离子交换树脂按交换的离子交换Na+—钠型阳离子交换树脂交换H+—氢型阳离子交换树脂交换K+—钾型阳离子交换树脂按树脂交换按树脂交换的反应的离的反应的离子不同子不同武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø反应中分别用反应中分别用RNa表示表示：：R表示树脂中交换以外的表示树脂中交换以外的成分。

成分3）钠型阳离子交换过程（除去硬度））钠型阳离子交换过程（除去硬度） ①①碳酸盐硬度（暂硬）的软化碳酸盐硬度（暂硬）的软化反应为：反应为： Ca(HCO3)2+2RNa=R2Ca+2NaHCO3 Mg(HCO3)2+2RNa=R2Mg+2NaHCO3 ②②非碳酸盐硬度（永硬）的软化非碳酸盐硬度（永硬）的软化反应： CaCl2+2RNa=R2Ca+2NaCl CaSO4+2RNa=R2Ca+Na2SO4 CaSiO3+2RNa=R2Ca+Na2SiO3 MgCl2+2RNa=R2Ca+2MgCl MgSO4+2RNa=R2Ca+Mg2SO4 MgSiO3+2RNa=R2Ca+Mg2SiO3武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø上式可综合表示为：上式可综合表示为： Ca2++2RNa=R2Ca+2Na2+ Mg2++2RNa=R2Mg+2Na2+ Ø从而可见，从而可见，Ca2+、、Mg2+被被RNa型树脂中的型树脂中的Na+置换置换出来以后，使树脂由出来以后，使树脂由RNa转化为转化为R2Ca/R2Mg。

Ø③③交换后水质变化情况交换后水质变化情况：： 硬度大大降低或基本消除硬度大大降低或基本消除，降至，降至0.03mmol/L以下 碱度基本不变：因为是阳离子的交换，碱度基本不变：因为是阳离子的交换， [HCO3-]没没有变因为有变因为HCO3-+H+←→CO2+H2O，消耗，消耗H+所以所以有碱性Ø软水中含盐量软水中含盐量稍有稍有增加武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø∵∵1个个Ca换出换出2个个Na1mol钙离子（钙离子（40.08克）与克）与2mol的钠（的钠（45.98克）进行交换反应，使水的含盐量克）进行交换反应，使水的含盐量增加Ø∴∴当与当与1mmol/L硬硬度度交换时，钙硬水含盐增加交换时，钙硬水含盐增加2.95mg/L；当与；当与1mmol/L硬硬度度交换时，镁硬水含盐交换时，镁硬水含盐增加增加10.84mg/LØ ΔG=2.95HCa+10.84HMgØ可见碱度未解决可见碱度未解决，因此，对硬度高、碱度高的原水，，因此，对硬度高、碱度高的原水，单靠单靠离子交换处理后，仍达不到锅炉用水的标准，离子交换处理后，仍达不到锅炉用水的标准，因此因此必须与前叙的方式相结合必须与前叙的方式相结合，才能达到满意的效，才能达到满意的效果。

果武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学④再生过程Ø由由RNa交换后变交换后变R2Ca或或R2Mg，，交换树脂软化效率交换树脂软化效率降低，失效降低，失效，不再起软化作用，需再生不再起软化作用，需再生Ø再生方法再生方法：用（：用（8%~10%）工业食盐水溶液，将树）工业食盐水溶液，将树脂中吸附的钙、镁离子置换出来反应：脂中吸附的钙、镁离子置换出来反应： R2Ca+2NaCl=2RNa+CaCl2 R2Mg+2NaCl=2RNa+MgCl2 树脂又成了树脂又成了RNa型，重新起软化水的作用型，重新起软化水的作用Ø单靠单靠Na型树脂只软化水，不脱碱，那么为达到要求，型树脂只软化水，不脱碱，那么为达到要求，必须采用软化和脱碱联合处理方法有必须采用软化和脱碱联合处理方法有H-Na离子交离子交换，铵换，铵-Na离子交换离子交换武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学4）氢型强酸性阳离子交换树脂Ø主要用于软化及脱碱联合水处理主要用于软化及脱碱联合水处理Ø氢型强酸性阳离子交换树脂的氢型强酸性阳离子交换树脂的交换过程交换过程：：Ø①①与碳酸盐硬度的交换反应与碳酸盐硬度的交换反应（暂硬）（暂硬） Ca(HCO3)2+2RH=R2Ca+2H2O+2CO2↑ Mg(HCO3)2+2RH=R2Mg+2H2O+2CO2↑Ø②②与非碳酸盐硬度的交换反应与非碳酸盐硬度的交换反应（永硬）（永硬）CaSO4+2RH=R2Ca+H2SO4CaCl2+2RH=R2Ca+2HClMgSO4+2RH=R2Mg+H2SO4MgCl2+2RH=R2Mg+2HCl武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø③③与钠盐交换反应与钠盐交换反应NaHCO3+RH=RNa+H2O+CO2↑NaCl+RH=RNa+HClNa2SO4+2RH=2RNa+H2SO4Na2SiO3+2RH=2RNa+H2SiO3Ø上叙反应可概括为离子式：上叙反应可概括为离子式：Ca2++2RH=R2Ca+2H+Mg2++2RH=R2Mg+2H+Na++RH=RNa+H+武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø④④氢氢—钠离子交换联合软化脱碱反应钠离子交换联合软化脱碱反应Ø ∵∵氢型强酸性阳离子交换出水中的游离酸，氢型强酸性阳离子交换出水中的游离酸，呈酸性呈酸性水水，而钠型树脂交换出现是含碱度的水，若两水相，而钠型树脂交换出现是含碱度的水，若两水相混合，将发生中和反应。

混合，将发生中和反应HCl+NaHCO3=NaCl+H2O+CO2↑H2SO4+2NaHCO3=Na2SO4+2H2O+2CO2↑Ø 即即除去硬度除去硬度，又，又降低碱度降低碱度，且，且使水的含盐量有所降使水的含盐量有所降低低（（3mol变变2mol）） 这就是联合处理的原理联合处理的原理Ø当然要彻底除盐还必须有离子交换除盐的方法，如当然要彻底除盐还必须有离子交换除盐的方法，如H型强酸性阳离子树脂与型强酸性阳离子树脂与OH型阴离子树脂的联合处型阴离子树脂的联合处理理，在此不一一讲了在此不一一讲了武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学⑤ 氢型树脂氢型树脂再生：用再生：用HCl、、H2SO4Ø用用HClR2Ca+2HCl=2RH+CaCl2R2Mg+2HCl=2RH+MgCl2RNa+HCl=RH+NaClØ用用H2SO4R2Ca+NaCl=2RH+NaClØ请注意：请注意：Na离子树脂的水碱度不变，是含碱的水离子树脂的水碱度不变，是含碱的水武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学（（6）基本工艺组合）基本工艺组合Ø一般工艺上采用固定床的型式：将树脂固定在一般工艺上采用固定床的型式：将树脂固定在交换器内。

交换器内固定床移动床（提升床）（树脂送出再生）浮动床单级离子交换器1多级离子交换器2复合离子交换器3、4混合离子交换器5双层离子交换器6双流离子交换器7武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学1 2 34 5 6 7单级多级复合复合混合双层双滤武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø例如例如，上叙的，上叙的H—Na并联离子交换软化和脱碱系统并联离子交换软化和脱碱系统工艺水交换器除CO2器风机中间水箱泵混合武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学3.除铁Ø我国地下水含铁量在我国地下水含铁量在4~30mg/L左右，左右，Fe2+存在：存在：对对造纸造纸和和纺织纺织用水用水不利不利，会留下斑点；，会留下斑点；Ø同时同时Fe2+极易极易污染离子交换树脂，使树脂中毒污染离子交换树脂，使树脂中毒，而，而降低降低交换能力交换能力。

Ø在锅炉中使用易结铁垢在锅炉中使用易结铁垢影响传热影响传热Ø当铁浓度当铁浓度大于大于0.5mg/L时，做冷却水或循环水，会时，做冷却水或循环水，会在管道上沉淀铁，会促使在管道上沉淀铁，会促使铁细菌的繁殖铁细菌的繁殖，，产生粘泥，产生粘泥，堵塞管道堵塞管道Ø 除铁的方法有两种：氯气除铁和锰砂过滤除铁除铁的方法有两种：氯气除铁和锰砂过滤除铁Ø（（1）氯气除铁）氯气除铁 Fe2+极易被极易被O2、、Cl2和高锰酸钾氧化成和高锰酸钾氧化成Fe3+4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学工业上采用莲蓬头曝气跌水曝气水水过滤水台充气池鼓风武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学（（2）锰砂过滤除铁）锰砂过滤除铁Ø因为天然锰砂中含有因为天然锰砂中含有MnO2，它是，它是Fe2+氧化成氧化成Fe3+的的良好催化剂，其反应为：良好催化剂，其反应为： 4MnO2+3O2=2Mn2O7Mn2O7+6Fe2++3H2O=2MnO2+6Fe3++6OH-Fe3++ 3OH-=Fe(OH)3↓Ø经锰砂过滤后除去经锰砂过滤后除去6Fe(OH)3（（锰砂既是催化剂又是锰砂既是催化剂又是滤料滤料）。

Ø从反应可见水中要有足够的氧从反应可见水中要有足够的氧武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø工业上的基本工艺是：工业上的基本工艺是：空气吸水管加气阀水泵锰砂过滤器除铁水(含氯高)去用户武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学4.除氯Ø原水经过原水经过混凝、沉淀，澄清、过滤或软化混凝、沉淀，澄清、过滤或软化后即可后即可作作工业用水工业用水，但若作为饮用水还必须进行，但若作为饮用水还必须进行消毒处理消毒处理通常在水中通入氯气杀菌消毒，但通常在水中通入氯气杀菌消毒，但Cl2极易溶于水极易溶于水Cl2+H2O=HCl+HOClHOCl=H++OCl-Ø氯气在水中生成的氯气在水中生成的HOCl和和OCl-对杀菌极好为维对杀菌极好为维持杀菌的效果，必须持杀菌的效果，必须过量过量，一般在管网的末端保持，一般在管网的末端保持0.05~0.1mg/L的余氯因为的余氯因为余氯对交换树脂有很强余氯对交换树脂有很强的破坏作用，因此要除氯的破坏作用，因此要除氯Ø方法有方法有活性炭除氯法活性炭除氯法和和化学药剂除氯法化学药剂除氯法武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学（（1）活性炭除氯法）活性炭除氯法Ø不仅仅是不仅仅是物理吸附物理吸附作用，还有作用，还有催化作用催化作用，使氯转化，使氯转化为为碳的氧化物碳的氧化物。

反应机理为：反应机理为：Cl2+H2O=HCl+HOClHOCl=HCl+[O]C+[O] =CO↑C+2[O] =CO2↑ 所以无吸附饱和的问题，另要损失少量碳所以无吸附饱和的问题，另要损失少量碳2）化学药剂除氯法）化学药剂除氯法Ø投加还原性药剂如投加还原性药剂如SO2或或Na2SO3，将余氯还原将余氯还原武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学SO2+HOCl+H2O=3H++Cl-+SO42-Na2SO3+HOCl=Na2SO4+HClØ SO2脱氯效果好，但水中的脱氯效果好，但水中的pH会因反应中生成强会因反应中生成强酸而下降酸而下降，而，而亚硫酸钠亚硫酸钠要好一些，后者操作简单些要好一些，后者操作简单些Ø除气除气Ø对于高压锅炉必须要对于高压锅炉必须要除去水中的除去水中的CO2、、H2S、、SO2等气体等气体方法有两种，方法有两种，一般方法和充气法一般方法和充气法一般方一般方法是升高水温法是升高水温；；充气法充气法是加是加热热在冷却塔中淋洒，加在冷却塔中淋洒，加压使水雾化，增加水与空气的接触面积，降低水面压使水雾化，增加水与空气的接触面积，降低水面上的空气压力，促使气体排出。

上的空气压力，促使气体排出武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学五、循环冷却水处理1.冷却水系统冷却水系统Ø用水来冷却工艺介质的系统称为冷却水系统用水来冷却工艺介质的系统称为冷却水系统冷却水系统分为水系统分为两种两种：：直流冷却水系统和循环水冷却水直流冷却水系统和循环水冷却水系统系统1）直流冷却水系统）直流冷却水系统Ø冷却水仅仅通过冷却水仅仅通过换热设备一次换热设备一次，用后就排放掉（，用后就排放掉（利利用水的温度），因此在化学工业上用量大，排水温用水的温度），因此在化学工业上用量大，排水温升小，各种矿物和离子含量不变的系统升小，各种矿物和离子含量不变的系统Ø优点优点：：因不需要其他因不需要其他 冷却水构筑物，因此投资少，冷却水构筑物，因此投资少，操作简单操作简单武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø缺点缺点：冷却水操作：冷却水操作费用大费用大，而且不符合节约水资源，而且不符合节约水资源的要求不适用温度高的环境（因为的要求不适用温度高的环境（因为Ca(HCO3)2=CaCO3↓+H2O+CO2↑）2）循环冷却水系统）循环冷却水系统Ø 分为封闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系分为封闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系统。

统冷水热水外排武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学①①封闭式循环冷却水系统封闭式循环冷却水系统Ø封闭式循环冷却水系统又称为密闭式循环冷却水系封闭式循环冷却水系统又称为密闭式循环冷却水系统统，冷却水用后不是立即排放掉，而是收回再用，，冷却水用后不是立即排放掉，而是收回再用，循环不已循环过程中冷却水不暴露于空气中，所循环不已循环过程中冷却水不暴露于空气中，所以水量损失少水中各种矿物质和离子含量一般不以水量损失少水中各种矿物质和离子含量一般不变化而水的再冷却是在另一台换热设备用其他冷变化而水的再冷却是在另一台换热设备用其他冷却介质来进行冷却的却介质来进行冷却的缺点是能耗大，投资大缺点是能耗大，投资大热水换热器冷却器可用低温水冷却（冷冻机）冷却器武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学②②敞开式循环冷却水系统敞开式循环冷却水系统Ø敞开式循环冷却水系统，冷却水用后也不是立即排放掉，而敞开式循环冷却水系统，冷却水用后也不是立即排放掉，而是收回循环使用，水的冷却是通过冷却塔来进行的，是收回循环使用，水的冷却是通过冷却塔来进行的，因此冷因此冷却水在循环中与空气接触通过冷却塔蒸发，矿物质和离子却水在循环中与空气接触。

通过冷却塔蒸发，矿物质和离子浓度浓缩增加，为了维持各种矿物质和离子含量稳定在某一浓度浓缩增加，为了维持各种矿物质和离子含量稳定在某一值上，所以要补充水，并排出一定量的浓缩水，即排污水值上，所以要补充水，并排出一定量的浓缩水，即排污水排污换热器渗漏水XX池补充水武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø缺点缺点：损失部分水；冷却的温度受大气湿球温度的限制，：损失部分水；冷却的温度受大气湿球温度的限制，不可能低于当天的湿球温度，这一点不如封闭式循环系不可能低于当天的湿球温度，这一点不如封闭式循环系统；水质发生变化，统；水质发生变化，要要排污，补充水排污，补充水Ø优点优点：比直接冷却水系统节水，排污水也少，操作费用：比直接冷却水系统节水，排污水也少，操作费用比封闭系统少因此不论从节水、环保、节能角度，尽比封闭系统少因此不论从节水、环保、节能角度，尽可能推广采用敞开式循环冷却水系统可能推广采用敞开式循环冷却水系统Ø2.敞开式循环冷却水进行化学处理敞开式循环冷却水进行化学处理Ø原因原因：敞开式循环冷却水系统产生的问题是：循环使用，：敞开式循环冷却水系统产生的问题是：循环使用，水的水的蒸发蒸发，矿物质和离子的浓缩，灰尘杂物的进入和风，矿物质和离子的浓缩，灰尘杂物的进入和风吹日晒。

会产生比直流系统更为严重的问题：沉积物附吹日晒会产生比直流系统更为严重的问题：沉积物附着，设备腐蚀，微生物大量繁殖，粘泥污垢堵塞因此着，设备腐蚀，微生物大量繁殖，粘泥污垢堵塞因此要进行化学处理要进行化学处理武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学产生的原因及危害（（1）沉积物的析出和附着（酸或碳酸盐））沉积物的析出和附着（酸或碳酸盐）Ø主要是天然水中都主要是天然水中都溶解溶解有多碳酸盐，这种盐是冷却有多碳酸盐，这种盐是冷却水发生水垢附着的主要成分水发生水垢附着的主要成分Ø因为因为Ca(HCO3)2浓度随着蒸发浓缩而增加，当达到浓度随着蒸发浓缩而增加，当达到饱和或加热时（在换热器中）饱和或加热时（在换热器中）Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2OØ又加上经冷却塔又加上经冷却塔CO2↑，反应向右进行反应向右进行2）设备的腐蚀（由于与大气接触））设备的腐蚀（由于与大气接触）Ø设备的腐蚀有多种原因：冷却水中的溶解氯引起的设备的腐蚀有多种原因：冷却水中的溶解氯引起的电化学腐蚀，微生物引起的腐蚀电化学腐蚀，微生物引起的腐蚀武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学①①电化学腐蚀（有害气体电化学腐蚀（有害气体O2））Ø由于水中的氯与金属碳钢接触时，金属表面的不均由于水中的氯与金属碳钢接触时，金属表面的不均一性和冷却水的导电性，在碳钢的表面会形成许多一性和冷却水的导电性，在碳钢的表面会形成许多腐蚀微电池，微电池的阳、阴极区分别发生氧化合腐蚀微电池，微电池的阳、阴极区分别发生氧化合还原反应。

还原反应 在阳极区在阳极区 Fe-2e=Fe2+ 在阴极区在阴极区 1/2O2+H2O+2e=2OH- 在水中在水中 Fe2++2OH-=Fe(OH)2 Fe(OH)2=Fe(OH)3Ø使阳极区的金属不断溶解而被腐蚀使阳极区的金属不断溶解而被腐蚀武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学②②有害离子的腐蚀有害离子的腐蚀 主要指氯化物和硫酸盐，随着主要指氯化物和硫酸盐，随着Cl-和和SO42-浓度增大，浓度增大，会加速碳钢的腐蚀会加速碳钢的腐蚀 Cl-和和SO42-会使金属保护膜保护性能降低因为会使金属保护膜保护性能降低因为Cl-离子半径小，穿透性强，容易穿过膜层，置换氯原离子半径小，穿透性强，容易穿过膜层，置换氯原子形成氯化物，加速阳极过程的进行，所以它是引子形成氯化物，加速阳极过程的进行，所以它是引起点蚀的原因之一，尤其对碳钢更甚起点蚀的原因之一，尤其对碳钢更甚。

③③微生物引起的腐蚀微生物引起的腐蚀 这是由于微生物排出的粘液与无机垢和泥沙杂物等这是由于微生物排出的粘液与无机垢和泥沙杂物等形成沉积物附着在金属表面，形成氧的浓差电池，形成沉积物附着在金属表面，形成氧的浓差电池，促使腐蚀此外，促使腐蚀此外，武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学 a.厌氧菌的腐蚀厌氧菌的腐蚀Ø由于金属表面和沉积物之间缺氧，厌氧菌（主要是由于金属表面和沉积物之间缺氧，厌氧菌（主要是硫酸盐还原菌）得以繁殖在硫酸盐还原菌）得以繁殖在25~30℃时，繁殖更时，繁殖更快，它分解出来的硫酸盐产生快，它分解出来的硫酸盐产生H2S，引起碳钢腐蚀引起碳钢腐蚀SO42-+8H++8e=S2-+4H2O+能量（细菌生存所需）能量（细菌生存所需）Fe2++S2-=FeS↓（硫化亚铁）（硫化亚铁） b.铁细菌铁细菌Ø铁细菌是钢铁锈腐产生的主要原因，它使铁细菌是钢铁锈腐产生的主要原因，它使Fe2+氧化氧化为为Fe3+，释放出能量供细菌生存所需释放出能量供细菌生存所需Fe2+=Fe3++能量（细菌生存所需）能量（细菌生存所需）武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学（3）微生物的滋生和粘泥Ø冷却水中的冷却水中的微生物一般是指细菌和藻类微生物一般是指细菌和藻类。

在新鲜水中，一般在新鲜水中，一般很少在循环过程中由于养分的浓缩，水温升高和日照，给很少在循环过程中由于养分的浓缩，水温升高和日照，给细菌和藻类提供了迅速繁殖的条件大量的细菌分泌出的粘细菌和藻类提供了迅速繁殖的条件大量的细菌分泌出的粘液像粘合剂一样，使水中悬浮的杂物黏附在一起，形成粘糊液像粘合剂一样，使水中悬浮的杂物黏附在一起，形成粘糊状的沉积物黏附在传热表面上，这种沉积物称为状的沉积物黏附在传热表面上，这种沉积物称为生物粘泥，生物粘泥，或软垢Ø危害危害：：粘泥附在管壁上，除上叙的腐蚀外，还会使冷却水的粘泥附在管壁上，除上叙的腐蚀外，还会使冷却水的流量减少，降低传热效率，严重时堵塞管子流量减少，降低传热效率，严重时堵塞管子，这种现象时有，这种现象时有发生 Ø以上三个原因要求水的处理这种处理不同于以上所讲化学以上三个原因要求水的处理这种处理不同于以上所讲化学处理，将有害物质从水中除掉，而采取另一种方法，即对水处理，将有害物质从水中除掉，而采取另一种方法，即对水质进行控制，以满足要求质进行控制，以满足要求武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学3.循环冷却水系统中有害物质的控制（（1）沉积物控制（阻垢））沉积物控制（阻垢）Ø 沉积物主要由沉积物主要由水垢和泥垢水垢和泥垢构成。

构成①①阻垢阻垢 A.冷却水软化冷却水软化前面已讲的实惠软化法及离子交换前面已讲的实惠软化法及离子交换树脂法，采用较少树脂法，采用较少 B.加酸或通加酸或通CO2，降低，降低pH，稳定住重碳酸盐因为，稳定住重碳酸盐因为 CO32－－＋＋H＋＋↔HCO3－－ ，平衡向左移动对有烟道，平衡向左移动对有烟道气和多余气和多余CO2的厂，的厂， Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O，加入使，加入使CO2平衡平衡向左当然锅炉用水不能加入当然锅炉用水不能加入CO2！！！！！！武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学C.投加阻垢剂投加阻垢剂Ø从水中析出碳酸盐的过程，就是难溶性盐从溶液中从水中析出碳酸盐的过程，就是难溶性盐从溶液中结晶沉淀结晶沉淀的过程Ø按按结晶的动力学观点结晶的动力学观点：首先生成晶核，晶核在溶液：首先生成晶核，晶核在溶液中由于热运动（布朗运动）相互碰撞，和金属壁碰中由于热运动（布朗运动）相互碰撞，和金属壁碰撞，碰撞提供了晶核长大的机会然后形成覆盖在撞，碰撞提供了晶核长大的机会然后形成覆盖在传热面的垢层如果投入某些药剂，破坏其结晶长传热面的垢层。

如果投入某些药剂，破坏其结晶长大，就可达到控制水垢形成的目的大，就可达到控制水垢形成的目的Ø目前的阻垢剂有目前的阻垢剂有聚磷酸盐和有机磷酸聚磷酸盐和有机磷酸武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学聚磷酸盐包括：聚磷酸盐包括：n三聚磷酸钠六偏磷酸钠其链较长，约含20~100PO3-单位武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø有机磷酸：有机磷酸：Ø ATMP：化学名称氨基三甲叉膦酸结构为：：化学名称氨基三甲叉膦酸结构为：Ø EDTMP：化学名称乙二胺四甲叉膦酸结构为：：化学名称乙二胺四甲叉膦酸结构为：(HO)2OP－CH2－NCH2－PO(OH)2CH2－PO(OH)2(HO)2OP－H2C(HO)2OP－H2CCH2－PO(OH)2CH2－PO(OH)2CH2－N－CH2－N武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学②②泥垢的控制泥垢的控制 A.做循环水的水质处理做循环水的水质处理 B.投加分散剂投加分散剂分散剂将粘合在一起的泥团杂物分分散剂将粘合在一起的泥团杂物分散于悬浮水中，经排污排掉，或者旁滤掉目前常散于悬浮水中，经排污排掉，或者旁滤掉。

目前常用的分散剂有上叙聚羧酸，除阻垢外，还有分散的用的分散剂有上叙聚羧酸，除阻垢外，还有分散的作用，其机理有增溶和静电斥力作用此外还有天作用，其机理有增溶和静电斥力作用此外还有天然的分散剂：木质素，丹宁（从植物的然的分散剂：木质素，丹宁（从植物的皮皮部、木质部、木质部、叶、根或果实中提取的），淀粉和纤维素等部、叶、根或果实中提取的），淀粉和纤维素等2）金属腐蚀的控制）金属腐蚀的控制 常用的有四种：常用的有四种： A.提高冷却水的提高冷却水的pH武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学（（2）金属腐蚀的控制）金属腐蚀的控制Ø 常用的有四种：常用的有四种： A.提高冷却水的提高冷却水的pH值值Ø因为因为pH的增加，水中的的增加，水中的H+减少，金属腐蚀过程中减少，金属腐蚀过程中的的H+到阴极反应受到抑制，碳钢表面生成氧化性保到阴极反应受到抑制，碳钢表面生成氧化性保护膜的倾向增加护膜的倾向增加 B.选用耐蚀材料的换热器选用耐蚀材料的换热器 C.用防腐涂料涂覆用防腐涂料涂覆 D.添加缓蚀剂添加缓蚀剂 武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学缓蚀剂Ø铬酸盐铬酸盐：铬酸钠：铬酸钠Na2CrO4·4H2OØ钼酸盐钼酸盐：钼酸钠：钼酸钠Na2MoO4·4H2OØ聚磷酸盐：常用的是六偏磷酸钠和三聚磷酸钠，是线形的聚磷酸盐：常用的是六偏磷酸钠和三聚磷酸钠，是线形的无机聚合物，其通式为：无机聚合物，其通式为：Ø 有机多膦酸有机多膦酸等。

等n武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø其机理是：Ø抑制电极过程抑制阳极反应，减少阴离子浓度；抑制阴极反应（减少阳离子的浓度）武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学我们知道的引起故障的微生物细菌真菌藻类产粘泥细菌，又称粘液形成菌铁细菌（腐蚀）硫酸盐还原菌（腐蚀）硝化细菌（腐蚀）霉菌酵母菌蓝藻绿藻（需阳光）硅藻（3）微生物及其控制武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学Ø它们的它们的危害危害是腐蚀，粘泥，生长堵塞是腐蚀，粘泥，生长堵塞Ø控制的控制的主要方法主要方法是：是：防止阳光照射；旁流过滤；防止阳光照射；旁流过滤；添加杀菌灭藻剂添加杀菌灭藻剂Ø杀菌灭藻剂杀菌灭藻剂主要有：氯，铵盐主要有：氯，铵盐[洁尔灭（十二洁尔灭（十二烷基二甲基苄基氯化铵），新洁尔灭（十二烷烷基二甲基苄基氯化铵），新洁尔灭（十二烷基二甲基苄基溴化铵）基二甲基苄基溴化铵）]，异噻唑啉酮（，异噻唑啉酮（2-甲基甲基-4-异噻唑啉异噻唑啉-3-酮）武汉科技大学化学工程与技术学院 无机化工工艺学。