1105火力厂水处理教材.ppt

绪绪 论论 水在热力发电厂中作用水在热力发电厂中作用水在热力发电厂中作用水在热力发电厂中作用 在火力发电厂中，水进入锅炉后，吸收燃料（煤）在火力发电厂中，水进入锅炉后，吸收燃料（煤）在火力发电厂中，水进入锅炉后，吸收燃料（煤）在火力发电厂中，水进入锅炉后，吸收燃料（煤）燃烧释放的热能，转化为高温、高压的蒸汽，将高温、燃烧释放的热能，转化为高温、高压的蒸汽，将高温、燃烧释放的热能，转化为高温、高压的蒸汽，将高温、燃烧释放的热能，转化为高温、高压的蒸汽，将高温、高压的蒸汽输送到汽轮机中，在汽轮机中，热能转化为高压的蒸汽输送到汽轮机中，在汽轮机中，热能转化为高压的蒸汽输送到汽轮机中，在汽轮机中，热能转化为高压的蒸汽输送到汽轮机中，在汽轮机中，热能转化为机械能，推动汽轮机转动，并带动发动机将动能转化为机械能，推动汽轮机转动，并带动发动机将动能转化为机械能，推动汽轮机转动，并带动发动机将动能转化为机械能，推动汽轮机转动，并带动发动机将动能转化为电能所以锅炉与汽轮机为火力发电的主要设备为保电能所以锅炉与汽轮机为火力发电的主要设备为保电能所以锅炉与汽轮机为火力发电的主要设备。

为保电能所以锅炉与汽轮机为火力发电的主要设备为保证他们的正常运行，对锅炉用水的质量有很严格的要求，证他们的正常运行，对锅炉用水的质量有很严格的要求，证他们的正常运行，对锅炉用水的质量有很严格的要求，证他们的正常运行，对锅炉用水的质量有很严格的要求，而且，机组中蒸汽参数愈高，对其要求愈严这些对于而且，机组中蒸汽参数愈高，对其要求愈严这些对于而且，机组中蒸汽参数愈高，对其要求愈严这些对于而且，机组中蒸汽参数愈高，对其要求愈严这些对于我们化学工作者提出了更高要求我们化学工作者提出了更高要求我们化学工作者提出了更高要求我们化学工作者提出了更高要求  在共同学习水处理知识之前，先让在共同学习水处理知识之前，先让我们一起看一下某厂水处理设备流我们一起看一下某厂水处理设备流程双介质过滤器双介质过滤器反渗透系统反渗透系统鼓风除碳器鼓风除碳器水泵房水泵房混床混床再生装置再生装置原 水：未经任何处理的天然水锅炉补给水: 原水经过各种净化方法处理后，用来补充热力 发电厂汽水损失的水。

凝 结 水：在汽轮机做功后的蒸汽经冷凝成的水疏 水: 各种蒸汽管道及用汽设备中的蒸汽冷凝水返 回 水：热电厂向热用户供热后，回收的蒸汽冷凝水给 水：送进锅炉的水锅 炉 水：锅炉本体的蒸发系统中流动着的水冷 却 水：用作冷却介质的水由于水在热力发电厂水汽循环系统中所经历的过程不同，水质常有较大的差别根据实际的需要，我们常给予这些水以不同的名称：1 1、热力发电厂各种水质名称、热力发电厂各种水质名称、热力发电厂各种水质名称、热力发电厂各种水质名称一、水质概述一、水质概述2、热力发电厂中水处理的重要性、热力发电厂中水处理的重要性 没有经过净化处理的天然水含有许多杂质，这种水如没有经过净化处理的天然水含有许多杂质，这种水如果进入水汽循环系统，将会造成各种危害为了保证果进入水汽循环系统，将会造成各种危害为了保证热力系统的良好水质，必需对水进行适当的净化处理热力系统的良好水质，必需对水进行适当的净化处理和严格的水汽质量监督和严格的水汽质量监督 由于水汽质量不良引起的危害：由于水汽质量不良引起的危害： a. 热力设备的结垢热力设备的结垢 b. 热力设备的腐蚀热力设备的腐蚀 c. 过热器与汽轮机的积盐。

过热器与汽轮机的积盐3 3、、、、水处理工作者应做好如下工作水处理工作者应做好如下工作a. 净化原水即炉外水处理净化原水即炉外水处理b. 对给水进行除氧（或加氧）、加药等处理对给水进行除氧（或加氧）、加药等处理c. 炉内水处理即加药和排污（汽包炉）炉内水处理即加药和排污（汽包炉）d. 凝结水处理凝结水处理e. 对生产返回水进行除油除铁的净化处理对生产返回水进行除油除铁的净化处理f. 对冷却水进行防垢、防腐、防止微生物处理对冷却水进行防垢、防腐、防止微生物处理g. 发电机内冷水处理发电机内冷水处理h. 对热力系统各部分的汽水质量进行监督对热力系统各部分的汽水质量进行监督 i. 废水、污水及中水处理（环保）废水、污水及中水处理（环保） 4、水质概述、水质概述铵离子(NH4+) ___________ 二氧化碳(CO2) ____________钾离子(K+) ____________ 碳酸根(CO32-) ____________钠离子(Na+) ____________ 碳酸氢根(HCO3-) ___________镁离子(Mg2+) ___________ 亚硝酸根(NO2-) ___________钙离子(Ca2+) ___________ 硝酸根(NO3-) ____________钡离子(Ba2+) ___________ 氯离子(Cl-) _____________锶离子(Sr2+) ___________ 氟离子(F-) _____________亚铁离子(Fe2+) __________ 硫酸根(SO42-) ___________总铁(Fe2+/Fe3+) _________ 磷酸根(PO43-) ____________锰离子(Mn2+) ___________ 硫化氢(H2S) _____________铜离子(Cu2+) ___________ 活性二氧化硅(SiO2) _________锌离子(Zn2+) ____________ 胶体二氧化硅(SiO2) _________铝离子(Al3+) ____________ 游离氯(Cl •) ____________其它离子(如硼离子) _________ 碳酸根碱度(酚酞碱度) __________总溶解固体含量(TDS) _______ 总碱度(甲基橙碱度) __________ 含油量__________ 总硬度__________生物耗氧量(BOD) _________ 化学耗氧量(COD) __________ 总有机碳(TOC) __________ 浊度(NTU) __________污染指数(SDI15) __________ 细菌(个数/mL) __________水质指标：粒 径 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10（mm）分分 类类真真 溶溶 液液胶胶 体体 溶溶 液液悬悬 浮浮 液液特特 征征透透 明明光照下光照下浑浊浑浊浑浑 浊浊肉肉 眼眼 可可 见见常用处理常用处理法法离子交换、离子交换、电渗析、电渗析、反渗透反渗透超超 滤滤精精 密密 过过 滤滤自然沉降、过滤自然沉降、过滤混凝、澄清、过滤混凝、澄清、过滤5、水中杂质的分类、水中杂质的分类5.1 按杂质或离子粒径分5.2 按主要水质指标分类5.3 按硬度分类a. 极软水：硬度在1.0mmol/L(1/2Me2+)以下；b. 软水：硬度在1.0-3.0mmol/L(1/2Me2+) ；c. 中等硬度水：硬度在3.0-6.0mmol/L(1/2Me2+) ；d. 硬水：硬度在6.0-9.0mmol/L(1/2Me2+) ；e. 极硬水：硬度在9.0mmol/L(1/2Me2+) 以上。

a. 低含盐量水：含盐量在200mg/L以下；b. 中等含盐量水：含盐量为200-500mg/L；c. 较高含盐量水：含盐量为500-1000mg/L；d. 高含盐量水：含盐量在1000mg/L以上； 6、各种杂质对水质的影响、各种杂质对水质的影响杂质名称对水质的影响泥沙、粘土1、使水浑浊、沉积于各配管装置系统的锅炉热交换器中2、产生粘泥3、沉积在离子交换树脂上，影响其工作使交换容量下降藻类、微生物1、使水产生色度，并有不愉快的气味2、产生粘泥某些有机物1、产生沉积；2、污染离子交换树脂；3、进入锅炉，易使炉水起泡，产生汽水共腾3、降低炉水PH值，造成酸性腐蚀胶体硅1、在锅炉内沉积；2、易使炉水起泡，产生汽水共腾；3、高压炉因选择性携带而产生蒸汽通路的硅沉积铁、铝化合物1、炉内结垢；2、产生垢下腐蚀高分子有机物1、污染离子交换树脂，使其工作交换容量降低；2、易使炉水起泡，从而使蒸汽品质变坏3、降低炉水PH值，造成酸性腐蚀CL-1、对不锈钢产生点蚀2、使水中含盐量增加SO42-1、与Ca2+结合生成硫酸钙水垢2、使水中含盐量增加HCO3-1、在锅炉内分解、产生碱性腐蚀，并易使炉水气泡。

2、在蒸汽中产生CO2腐蚀Ca2+,Mg2+,Na2+1、在锅炉、热交换器内产生结垢2、增加含盐量3、增加水的腐蚀倾向Fe2+,Mn2+1、污染离子交换树脂，产生中毒不易再生 2、过炉内结垢3、产生垢下腐蚀 二、锅炉补给水的预处理二、锅炉补给水的预处理二、锅炉补给水的预处理二、锅炉补给水的预处理•水的预处理：除去天然水体中含有的泥砂、粘土、腐殖质等悬浮物和胶体杂质及细菌、真菌、藻类、病毒等这些杂质的混凝、澄清、过滤、超滤等工艺•经过预处理后的水，如作为锅炉补给用水，还必须除去水中溶解性的盐类，如不首先除去这些杂质，后续除盐处理将无法进行•预处理是锅炉补给水处理工艺流程中的一个重要环节1　混凝澄清处理•化学混凝：投加化学药剂（混凝剂）使得胶体分散体系脱稳和凝聚的过程•混凝澄清处理：在混凝过程中，含有微小悬浮微粒和胶体杂质被聚集成较大的固体颗粒，使颗粒性的杂质与水分离的过程 •胶体在水溶液中能持久地保持其悬浮的分散状态的特性叫做稳定性水中的同类胶体带有相同的电荷，彼此之间存在着电性斥力，使之不能聚合表面有一层水分子紧紧地包围着，称为水化层，它阻碍了胶体颗粒间的接触。

•使胶体失去稳定性的过程就称为脱稳胶体所带的电荷影响胶体的凝聚当胶体颗粒和流体之间呈相对运动时，剪切面（滑动面）上的电位，称之为ζ电位若ζ电位愈大，则胶体就愈稳定；若ζ电位等于零，胶体不带电荷，这时胶体极不稳定，易于彼此聚合成大块而沉降 1.1 胶体的稳定性和胶体的稳定性和ξ电位电位  双电层模型及ζ电位•改变胶体颗粒的某些特性，使之失去稳定性称之为胶体的脱稳•在布朗运动的作用下，相互凝聚成细小絮凝物的反应过程称为凝聚•细小絮凝物在范德华引力的作用下或在絮凝剂的吸附架桥作用下，相互粘合成较大絮状物的过程称为絮凝向水中投加混凝剂后，经过混合、凝聚、絮凝等综合作用，可使胶体颗粒和其它微小颗粒聚合成较大的絮状物•凝聚和絮凝的全过程称为混凝1.2 胶体的脱稳、凝聚和絮凝胶体的脱稳、凝聚和絮凝 •常用的混凝剂主要分为铝盐和铁盐两类：铝盐中以硫酸铝和聚合铝为主；铁盐中以三氯化铁和聚合硫酸铁居多铁盐与铝盐相比，铁盐生成的絮凝物密度大，沉降速度快， pH适应范围宽；混凝效果受温度的影响比铝盐小；但投加铁盐时要注意，设备运行不正常时，带出的铁离子会使出水带色，并可能污染后续除盐设备•助凝剂分无机类和有机类。

典型的无机助凝剂有氧化钙、水玻璃、膨润土；有机类的助凝剂有聚甲基丙烯酸钠、聚丙烯酰胺（PAM）等1.3 常用的混凝药剂常用的混凝药剂 •pH值的影响pH是指加药后的水的pH，pH的影响主要是pH对混凝剂的水解产物的形态、混凝效果和对原水有机物的影响•水的碱度；•混凝剂的剂量；•水力条件对混凝效果的影响；•水温的影响；•水中阴离子的组成；•接触介质的影响；•水的浊度1.4 影响混凝效果的因素影响混凝效果的因素通常以出水的浊度来评价混凝处理的效果因为混凝澄清处理包括了药剂与水的混合，混凝剂的水解、羟基桥联、吸附、电性中和、架桥、凝聚及絮凝物的沉降分离等一系列过程，因此混凝处理的效果受到许多因素的影响，其中影响较大的有: 2 常用混凝澄清设备常用混凝澄清设备2.1 混合设备混合设备分管道混合，水泵混合，水力混合和机械混合等 2.2 泥渣循环型澄清池泥渣循环型澄清池•机械搅拌澄清池机械搅拌澄清池机械搅拌澄清池示意图1—进水管；2—环形进水槽； 3—第一反应室； 4—第二反应室； 5—导流室； 6—分离室；7—集水槽；8—泥渣浓缩室；9—加药管；10—搅拌叶轮； 11—导流板；12—伞形板• 水力循环澄清池水力循环澄清池水力循环澄清池示意图1—混合室；2—喷嘴； 3—喉管； 4—第一反应室； 5—第二反应室； 6—分离室；7—环形集水槽；8—穿孔集水管；9—污泥斗；10—伞形罩； 11—进水管；12—排泥管2.3 气浮澄清池气浮澄清池• 气浮澄清池机理及工艺过程气浮澄清池机理及工艺过程气浮澄清池示意图1—接触室；2—分离室； 3—进水管； 4—溶气释放器； 5—集水装置； 6—集水斗；7—出水装置；8—排渣槽；9—刮泥机；10—电机及减速机； 11—接触室、分离室排污管气浮澄清池气浮澄清池3 水的过滤处理水的过滤处理3.1 过滤的基本概念•过滤：是杂质脱离流体在滤料颗粒表面被截流（大颗粒）、被吸附（小颗粒或带电粒子）的过程。

即水通过过滤介质除去悬浮物等颗粒性物质的过程•用于过滤的材料称为滤料或过滤介质石英砂是最常用的粒状过滤材料，过滤设备中堆积的滤料层称为滤层或滤床•装填粒状滤料的钢筋混凝土构筑物称为滤池•装填粒状滤料的钢制设备称为过滤器，•运行时相对压力大于零的过滤器称之为压力式机械过滤器•悬浮杂质在滤床表面截留的过滤称为表面过滤；•而在滤床内部截留的过滤称为深层过滤或滤床过滤•水通过滤床的空塔流速简称滤速•水经过澄清处理后，其浊度通常在10～20mg/L需要进一步降低水中浊度•水的过滤是一种去除水中悬浮颗粒状杂质的操作过程，过滤不仅可以降低水的浊度，而且还可以除去水中的部分有机物、细菌甚至病毒•按水流方向分有：下向流、上向流、双向流等；•按填充滤料的种类分有：单层滤料、双层滤料和三层滤料滤池；•按阀门分有：单阀滤池、双阀滤池、无阀滤池等 过滤设备通常位于澄清池或沉淀池之后，过滤浊度一般在15mg/L以下，滤出浊度一般在2mg/L以下3.2 过滤工艺的类型过滤工艺的类型作为滤料的固体颗粒材料必须满足下列要求：•有足够的机械强度，以减轻在运行和冲洗过程中因摩擦而磨损、破碎的程度•具有足够的化学稳定性，在过滤过程中极少的发生溶解现象。

•外形接近于球状，表面粗糙而有棱角•价格便宜满足上述要求可用作滤料的有：天然砂、人工破碎的石英砂、无烟煤、磁铁矿砂、石榴石、大理石、白云石、花岗石等，其中石英砂、无烟煤和磁铁矿砂较为常用3.3 滤料的要求条件滤料的要求条件过滤运行呈循环状态：反洗→正洗→过滤组成的周而复始的过程当颗粒状滤料工作到滤层中截留有较多量泥渣时，为了恢复其过滤能力，需要将滤层进行反冲洗，如果冲洗不当，会使滤池的水头损失加快、过滤周期缩短正洗是在反冲操作之后，将按水的过滤方向通水，将不合格的出水排走待正洗完成后，即可重新投入运行3.4 过滤的工作过程过滤的工作过程滤池的反冲洗周期与以下因素有关a.过滤速度、b.滤层厚度、c.滤料粒径、d.进水品质、e.要求的出水品质等在运行中一般以下列指标来决定反冲洗频率•滤池的水头损失达到预定的极限值；•滤池的出水浊度达到预定的极限值；•滤池的运行时间达到一定值•当滤池出水量达到一定值时以水头损失决定冲洗频率的较多3.5 滤池的反冲洗滤池的反冲洗过滤设备反洗时，利用水的动力使滤层松动，滤料间高速水流产生的剪切力使滤料颗粒相互碰撞、摩擦，将粘在滤料颗粒表面的泥渣剥离下来。

为了保证良好的反洗效果，滤料的膨胀度和冲洗强度应保持适当，冲洗强度过小时，下部滤层浮不起来；冲洗强度过大时，滤料之间碰撞机率减小，细小滤料也易流失 一般来讲，石英砂的反洗强度为15～18L/（m2·s），无烟煤的反洗强度为10～12L/（m2·s），反洗膨胀率为50%，反洗时间为5～10min 3.6 滤池的反洗强度滤池的反洗强度主要工艺参数滤料：一般采用石英砂或天然河砂为滤料，粒径为0.5～1.2mm，滤层厚度≥700mm过滤速度：设计时一般采用10m/h过滤周期：由水位自动控制，最大允许水头损失1.5～2.0米水柱当进水浊度小于10FTU时，过滤周期大于10h反冲洗强度：12～15L/（s·m2）反冲洗历时：4～5min重力式无阀滤池1—辅助虹吸管 2—虹吸上升管 3—进水槽 4—清水箱 5—出水堰 6—挡板 7—滤池 8—集水区 9—滤板 10—连通渠 11—进水管• 重力式无阀滤池重力式无阀滤池 基本结构基本结构3.7 常用的过滤设备常用的过滤设备 a. 基本结构基本结构 压力式过滤器（亦称机械过滤器）外壳为一个密闭的钢罐，在一定压力下进行工作。

滤料层可以是单层、双层或三层 当过滤阻力达到极限值时，停止运行进行冲洗冲洗方式可根据需要采用水冲洗或辅助空气擦洗冲洗时一般是先将过滤器内的垫层水放到滤层边缘，然后从底部送入压缩空气擦洗滤层，再用气、水同时冲洗，最后单用水冲洗• 压力式过滤器压力式过滤器b. 主要工艺参数主要工艺参数滤层滤料粒径（mm）厚度（mm）不均匀系数（K80）过滤速度m/h反冲洗强度L/（s·m2）单层石英砂0.5～1.0700＜28～1012～15双层无烟煤石英砂1.2～1.60.5～1.0300400＜2＜210～1415～18三层无烟煤石英砂磁铁矿砂0.8～1.60.5～0.80.25～0.545023070＜1.7＜1.5＜1.718～2018～20压力式过滤器滤料层规格过滤速度：用于接触凝聚过滤时过滤速度应适当降低过滤周期：一般以水头损失控制，单双层滤料控制在5～6m水柱，三层滤料控制在10 m水柱以内反冲洗强度：以滤层膨胀率达到40～50%为宜反冲洗历时：5～7min•滤料装填•滤料清洗•过滤•反洗•正洗•过滤器反冲洗时注意：装填滤料时防止伤害滤帽等部件反洗时不应有跑滤料现象遇到反洗时而出水仍然不清的异常情况，应停止反洗，找出原因，必要时打开人孔，检查设备内部构件是否损坏，而不应加大反洗强度，以免损坏设备及多孔板上的排水帽。

c. 压力式过滤器的运行管理压力式过滤器的运行管理卧式过滤器卧式过滤器4 超（微）滤超（微）滤•超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜处理•膜孔径通常在5nm和0.1µm之间•分离悬浮物、大分子和胶体物质、细菌和微生物等杂质，对BOD和COD有部分的去除率所截留分子量（MWCO）在1000～500,000之间，其孔径大约在0.001～0.1µm范围内•可通过定期反洗和化学清洗，保持长期使用•有平板式、管式、涡卷式等多种组件形式，但在火力发电厂主流超滤以中空纤维式超滤装置为主一般用在反渗透前的预处理•超滤 超滤是利用超滤膜为过滤介质，以压力差为驱动力的一种膜分离过程在一定的压力下，只允许水、无机盐及小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶体、微生物等物质透过，以达到水质净化的目的•超滤膜元件 超滤膜元件是指具有端部密封的中空纤维式的膜丝束与外壳组成的元件•超滤膜组件 超滤膜组件是按一定技术要求将超滤膜与外壳、连接器等其他部件组装在一起的组合构件，一般还应包括产水取样或用于检测完整性的透明管等超滤产品按照膜分离的推动力可分为压力式和浸没式两种•超滤装置超滤装置 超滤装置是指将若干个超滤膜组件并联组合在一起，并配备相应的水泵、自动阀门、检测仪表、支撑框架和连接管路等附件，能够独立进行正常过滤、反洗、化学清洗等工作的水处理装置。

4.1 概念概念• 错流过滤 错流过滤是指超滤的进水以平行膜表面的流动方式流过膜的一侧，当给流体加压后，产水以垂直进水的方向透过膜，从膜的另一侧流出，形成产品水• 全量过滤全量过滤又称死端过滤，是指超滤的进水以垂直膜表面的方式流动，产水以平行进水的方向透过膜，从膜的另一侧流出，形成产品水在电厂中，通常采用全量过滤• 平均水回收率 平均水回收率是指超滤装置平均净产水流量和平均进水流量之比• 超滤膜通量 超滤膜通量是指单位时间内通过单位超滤膜面积的产品水体积，单位为l/(m2·h)• 透膜压差 透膜压差指超滤膜进水侧与产品水侧之间的压力差；又称过膜压差 a. 超滤膜组件的操作方式以压力式某产品为例4.2 超滤膜组件的操作方式和工作过程超滤膜组件的操作方式和工作过程b. 超滤装置的工作过程超滤装置的工作过程c. 超滤对预处理的要求超滤装置的进水一般应经过预处理，压力式超滤水处理装置一般应设计预过滤器；浸没式超滤水处理装置应保证进水中不含有易划伤超滤膜的颗粒物质和易缠绕膜丝的丝、带状物d. 正常操作程序一般正常操作程序为：产水—正洗—反洗—正洗—产水—······。

BACD序号模式流向时间1产水15～90min错流操作A至B、C死过滤A至C2正洗A至B5～15s3反洗40～120s反洗1C至A20～60s反洗2D至B20～60s4化学反洗C至A 、1～10min5化学清洗A至B、C> 60min4.3 某厂超某厂超滤装置的主要工装置的主要工艺流程如下：流程如下：图图3 超滤膜丝超滤膜丝图4 组件剖面件剖面图图5 端帽结构图端帽结构图图图6 超滤膜组件超滤膜组件自清洗过滤器自清洗过滤器超滤装置超滤装置5 水的吸附和杀菌消毒处理水的吸附和杀菌消毒处理5.1 活性炭吸附处理活性炭吸附处理采用混凝、澄清、过滤的预处理工艺对于水中的悬浮物、浊度的去除是十分有效的，但对有机物的除率为40％～50％另外，在锅炉补给水的预处理中，为了减少水中有机物而进行氯化处理，为了防止余氯对后续水处理材料(如离子交换树脂、反渗透膜)造成危害，必须考虑除去余氯目前除去水中余氯和有机物的主要方法之一就是采用活性炭吸附处理工艺活性炭是由多种含碳原料经脱水、炭化、活化、筛分加工制成制造活性炭的原料包括木材、褐煤、泥煤、硬果壳、甘蔗渣、锯末、动物骨头及石油残渣•物理性质物理性质活性炭具有不规则的结晶或无定形结构。

活性炭不仅吸附能力强，而且吸附容量大，其主要原因就是它的多孔结构，比表面积可达到500～1500m2/g多孔的构造和分布与活性炭的原料、活化方法和活化条件等因素有关•化学性质化学性质活性炭在制造过程中有多种表面氧化物生成这些表面氧化物一般带有羟基、羧基、羰基等含氧官能团，使得活性炭表面带有微量电荷，表现出一定的选择性吸附特征活性炭表面所带的含氧官能团和电荷的量随原料组成、活化条件不同而异•活性炭的理化性能活性炭的理化性能活性炭用作吸附处理时，表征其理化性能的技术指标有粒度、视密度、亚甲基蓝脱色力、碘吸附值a. 活性炭的性质活性炭的性质因活性炭对水中有机物的吸附量与很多因素有关，去除率在20%～80%之间，差别很大l活性炭的结构及特性活性炭的孔径、空容分布及比表面积影响吸附容量l被吸附有机物的性质n分子结构和表面张力n有机物的分子量n有机物的溶解度 l影响活性炭吸附的因素n水中有机物的浓度 一般是浓度增加吸附量按指数关系增加npH值 在多数情况下，先把水的pH值降低到2～3，然后再进行活性炭吸附往往可以提高有机物的去除率n温度和共存物质 温度的影响可以忽略不计汞、铬、铁等金属离子含量较高时，则影响活性炭的吸附效果。

n接触时间b. 影响活性炭吸附性能的因素影响活性炭吸附性能的因素■■吸附过程吸附过程可以看作是由液相扩散、细孔内扩散和细孔内表面的吸附反应三个过程组成的■■作用作用•对水中溶解性的各种有机物具有很强的吸附能力，而且对用生物法或其他化学法难以去除的有机物如色度、异臭、表面活性剂、合成洗涤剂和染料等都有较好的去除效果•活性炭还有去除余氯的作用，其对Cl2的吸附不仅有物理吸附作用，而且也有化学吸附的作用其化学吸附原理为： 2Cl2+C+2H2O→4HCl+CO2c. 活性碳过滤器活性碳过滤器■■ 活性炭过滤器示意图活性炭过滤器示意图主要工艺参数具体的工艺参数应根据进水水质、活性炭品种及试验结果决定，下述数据仅是一般范围：•通水空塔流速：8～20m/h•进水浊度：＜5FTU•活性炭层厚度：1.5～2.0m•COD吸附量：200～800mg/kg炭•反冲洗水流速：28～32m/h•反冲洗历时：4～10 min•反冲洗时间间隔：72～144h•反冲洗炭层膨胀率：30～50%•活性炭的性能应符合有关标准或设计规范的要求在选用时应仔细阅读产品的使用说明书，并检查其品种、规格、数量是否符合设计要求。

•装料：按设计要求的层高和到货活性炭的视密度，估算装填数量装料前设备应充水至水帽上方约500～800mm处•清洗：过滤器在装料后应按流速5～8m/h水流由下往上冲洗•过滤：一般压差不超过0.098MPa来决定是否反洗•空气擦洗：将滤层松动3～5min•水反洗：反洗强度7～14L/m2s，一般需20min左右•正洗：正洗强度1～1.5 L/m2s，时间通常为120mind. 活性碳过滤器的运行管理活性碳过滤器的运行管理水中微生物大部分都粘附在悬浮颗粒上，因此在水的混凝沉降和过滤处理中可除去一部分（40～50%）水的杀菌消毒处理分为化学法和物理法：•化学法包括加氯、次氯酸钠、二氧化氯或臭氧处理等；•物理法包括加热、紫外线处理等目前，我国生活饮用水处理大多采用氯及其衍生物处理（如二氧化氯等）a. 二氧化氯杀菌原理概述2ClO2＋H2O→2HCl＋5O二氧化氯的杀菌消毒作用观点：认为是ClO2能与水结合生成原子氧，能对细菌的酶系统起氧化作用，使细菌死亡生产实践表明：加二氧化氯处理不仅有消毒作用，使水中的病原微生物控制在水质标准以下，而且能明显降低水的色度和有机污染物含量另外还能除去水中的臭味。

杀菌消毒能力不受pH影响5.2 水的杀菌消毒处理水的杀菌消毒处理•需氯量是指用于杀死病原微生物、细菌、氧化水中有机物和还原性物质所消耗的氯的总和；•余氯是为了防止残存的病原微生物在输水管网中再度繁殖而多加的那一部分氯•加氯量应为需氯量与余氯之和加氯地点可根据处理水质选用滤后加氯和滤前加氯b. 需氯量与加氯点需氯量与加氯点三三 、锅炉补给水的化学除盐、锅炉补给水的化学除盐（一）、（一）、 离子交换基本理论离子交换基本理论 1 离子交换原理离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化 合物在它的分子结构中，可分为两部分，一部分称为离子交换树脂骨架；另一部分是带有可交换离子的活性基团离子交换树脂具有离子交换的性能类似于电解质，也有酸碱性，具有中和反应和水解反应的特征A .交换反应的可逆性交换反应的可逆性离子交换反应是可逆的，例如： 2RNa＋Ca2+→R2Ca＋2Na+离子交换反应的可逆性是离子交换树脂可以反复使用的离子交换反应的可逆性是离子交换树脂可以反复使用的重要性质重要性质H型阳离子交换树脂和型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂，分别在水中型阴离子交换树脂，分别在水中可以电离出可以电离出H＋、＋、OH－，这种性质被称之为树脂的酸、碱性。

－，这种性质被称之为树脂的酸、碱性根据电离出根据电离出H＋、＋、OH－能力的大小，它们又有强弱之分－能力的大小，它们又有强弱之分在水处理工艺中，常用的强、弱型树脂有：磺酸型强酸性阳离子交换树脂：R－SO3H羧酸型弱酸性阳离子交换树脂：R－COOH季铵型强碱性阴离子交换树脂：R≡NOH叔仲伯型弱碱性阴离子交换树脂：R≡NHOH、R＝NH2OH、R—NH3OH离子交换树脂与水中的中性盐进行离子交换反应，同时生成游离酸或碱的能力，通常称之为树脂的中性盐分解能力显然，强酸性阳树脂和强碱性阴树脂的分解能力强，而弱酸性阳树脂和强碱性阴树脂具有中性盐分解能力弱，而弱酸性阳树脂和弱碱性阴树脂基本无中性盐分解能力B.酸、碱性和中性盐分解能力酸、碱性和中性盐分解能力中和与水解中和与水解在离子交换过程中可以发生类似于水溶液中的中和反应和水解反应不论树脂酸性、碱性强弱如何，反应都容易进行2 离子交换过程水中所含的各种离子，因为树脂对它们具有不同的选择性系数，所以它们在离子交换柱上会发生离子间的互相排代作用，其排代关系与溶液中的离子组成和树脂中各种离子所占的比例有关3 工作层及影响因素3.1 工作层在离子交换器（柱）中，当水流顺流通过离子交换层时，树脂可分为三个区，上层树脂是已失去交换能力的失效层，下层是尚未进行交换反应的保护层区，中层是正在进行离子交换的工作层。

在交换柱运行过程中，随着交换器运行时间的延长，失效层逐渐增加，保护层不断降低，工作层不断向水流方向推移当工作层下缘的某一处移到交换剂出水端时，欲除去的离子便开始泄漏于出水中，为了保证出水水质，此时交换柱应停止运行因此，出水端总有一部分树脂层的交换容量未能完全发挥工作层越厚，穿透点出现越早，交换柱内树脂的交换容量利用率就越低3.2 影响工作层厚度的因素影响工作层厚度的因素很多，大致可分为两个方面：一方面是影响离子交换速度的因素；另一方面是影响水流沿交换柱过水断面均匀分布的因素归纳起来，这些因素有：树脂种类、树脂颗粒大小、空隙率、进水离子浓度、出水水质的控制标准、水通过树脂层时的流速以及水温等• 树脂的选择性系数越大，树脂与水中离子的交换反应势就越大，工作层就越薄• 树脂颗粒越大，单位体积树脂比表面越小，离子在树脂相中的扩散所需要的时间就越长，工作层就越厚 • 进水中离子浓度越高，交换反应所需时间就越长，工作层就越厚• 水的流速越大，水与树脂接触的时间就越短，工作层就越厚• 水温越高，可以减少树脂颗粒外水膜的厚度，有利于交换反应的进行，工作层就越薄水温对弱型树脂的影响更为明显。

4 工作交换容量如果将树脂可以交换的离子量除以交换柱中树脂的体积，即为树脂的工作交换容量它是鉴别离子交换树脂性能的重要指标离子交换树脂的工作交换容量取决于树脂的再生容量与失效时的残余容量之差凡是影响工作层厚度的因素都会影响残余交换容量的大小离子交换器运行至失效终点时，已被交换基团的量占总交换容量的百分比称为失效度；离子交换设备的树脂再生和清洗以后，再生型树脂的交换容量占总交换容量的百分含量称为再生度5 失效树脂的再生运行制水和交换再生是离子交换水处理的两个主要阶段，运行制水是交换剂交换容量的发挥过程，再生是交换容量的恢复过程树脂失去继续交换离子的能力，称为失效通常交换柱运行至欲除去离子泄漏至一定程度，即认为失效失效树脂需经再生，才能恢复其交换能力恢复树脂交换能力的过程称为再生，再生所用的化学药剂称为再生剂5.1 强酸H交换器的再生强酸H交换器失效后，必须用强酸进行再生，通常用HCl或H2SO4再生时的交换反应如下：+2HCl→2RH+或RNa+HCl→RH+NaCl+ H2SO4→2RH+用硫酸再生时，应防止在树脂层中析出CaSO4的沉淀用HCl再生时不会有沉淀物析出再生液浓度一般为2％～4%，再生流速一般为5m/h左右。

R2Cl2R2SO4 或2RNa+H2SO4→2RH+Na2SO45.2 强碱OH交换器的再生失效的强碱阴树脂一般都采用NaOH再生，其交换反应为：+2NaOH→2ROH+Na2为了有效除硅，强碱OH型交换器除了再生剂必须用强碱（NaOH、KOH）外，还必须满足以下条件：再生剂用量应充足、提高再生液温度、增加接触时间•当再生剂用量达到某一定值后，不仅能提高除硅效果，而且能提高树脂的交换容量；•提高再生温度，可以改善对硅的置换效果，并缩短再生时间，通常Ι型强碱性阴树脂再生温度为40℃左右、Ⅱ型为35±3℃为宜；•提高再生接触时间是保证硅酸型树脂得到良好再生的一个重要条件，一般不得低于40min，而且随硅酸型树脂含量增加，再生接触时间应有所延长强碱OH交换器再生液浓度一般为1%～3%(浮床0.5％～2％)，流速≤5m/h(浮床4～6m/h)此外，再生剂的纯度对强碱性阴树脂的再生效果影响很大工业碱中的杂质主要是NaCl和铁的化合物R25.3 弱型树脂的再生失效的弱型树脂很容易再生，不论再生方式如何，都能得到较好的再生效果用作弱酸树脂再生剂的可以是HCl、H2SO4，也可以是H2CO3，当用强酸作再生剂时，比耗一般为1.05～1.10；用作弱碱树脂再生剂的可以是NaOH，或也可以是NH3·H2O、Na2CO3或NaHCO3，当用强碱作再生剂时比耗一般为1.2左右。

弱型树脂的再生通常都是与强型树脂串联进行的，即再生液先经过强型树脂，再流经弱型树脂，用强型树脂排液中未被利用的酸或碱再生弱型树脂  5.4 再生剂比耗再生剂比耗表示单位体积树脂所用再生剂的量（mol/m3）和该树脂的工作交换容量（mol/m3）的比值它反映了树脂的再生性能，是离子交换器运行的经济性的一项重要指标由于树脂工作交换容量并不随比耗正比的增加，因此在一定条件下，应通过工作交换容量随比耗变化的趋势确定一个既经济又实用的再生剂比耗不同的树脂、不同的离子交换工艺，这种经济比耗也不同树脂牌号001×7D111、D113201×7D301001×7+D113201×7+D301经济比耗1.2～1.6（HCl) 1.8～2.2（H2SO4分布）约1.2（HCl）1.3～1.7约1.2约1.2（HCl）约1.2各种树脂经济比耗参考数据（对流再生）5.5 清洗水耗 水耗表示单位体积树脂再生后用水清洗至交换器可以投入运行所需最少量水的体积，以树脂层体积的倍数表示清洗水耗与① 树脂的结构、② 基团组成、③树脂污染程度、④交换器水流分布均匀性、⑤选择清洗终点指标等有关1 离子交换树脂的物理性能1.1 外观离子交换树脂的外观包括：颗粒的形状、颜色、完整性以及树脂中的异样颗粒和杂质等。

目前各种产品标准外观指标树脂类别常 见 外 观树脂类别常 见 外 观001×7棕黄色至棕褐色透明球状颗粒D201乳白色或浅灰色不透明球状颗粒002棕黄色至棕褐色透明球状颗粒D202乳白色或浅灰色不透明球状颗粒D001浅棕色不透明球状颗粒D301乳白色或浅黄色不透明球状颗粒D111乳白色或浅黄色不透明球状颗粒FB乳白色不透明球状颗粒D113乳白色或浅黄色不透明球状颗粒YB无色透明球状颗粒201×4浅黄色或金黄色透明球状颗粒S-TR黄色或浅褐色球状颗粒201×7浅黄色或金黄色透明球状颗粒（二）、 离子交换树脂的有关性能1.3 含水量指单位质量树脂所含的非游离水分的多少，一般用百分数表示一定离子型的离子交换树脂颗粒内的含水量是树脂产品固有的性质之一它用单位质量、经一定方法除去外部水分后的湿树脂颗粒内所含水分的百分数来表示离子交换树脂的含水量与树脂的类别、结构、酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等因素有关树脂在使用中如果发生链的断裂、孔结构的变化、交换容量的下降等现象，其含水量也会随之发生变化因此，从树脂含水量的变化也可以反映出树脂内在质量的变化含水量越高，越有利于离子扩散；含水量越低，体积全交换容量越高。

1.2 水溶性浸出物将新树脂样品浸泡在水中，经过一定时间以后，可以在水中发现从树脂中浸出许多水溶性杂质，最明显的是聚苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂一般只要有几天时间，浸泡树脂的水就呈棕色，时间越长颜色越深水的颜色一般是由生产中残留的低聚物和化工原料形成1.4 密度离子交换树脂的密度分为湿真密度、湿视密度和装载密度湿真密度是指单位真体积湿态离子交换树脂的质量（单位g/ml）湿视密度是指单位视体积湿态离子交换树脂的质量（单位g/ml）装载密度是指容器中树脂颗粒经水力反洗自然沉降后单位树脂体积湿态离子交换树脂的质量（单位g/ml）所谓湿态离子交换树脂，是指吸收了平衡水量并除去外部游离水分后的树脂为使各种密度的测定结果有可比性，在测定样品时都应使之处于这种湿状态真体积是指离子交换树脂颗粒本身的固有体积，它不包括颗粒间的空隙体积视体积是指离子交换树脂以紧密的无规律排列方式在量器中占有的体积，它包括颗粒间的空隙体积和树脂颗粒本身的固有体积1.5 粒度和粒度分布一般用悬浮法制得的球状颗粒的粒径并不一致，大体上处在0.2mm～1.5mm范围内（经筛分取0.3mm～1.2mm的颗粒用于制造树脂），其中0.3mm～0.6mm的占60%左右，0.6mm～1.0mm的占30%左右。

在一般情况下，树脂颗粒的粒径是连续分布的，不能用一个简单的数来描述这种粒径的大小仅规定粒径范围（如0.3mm～1.2mm的颗粒体积占全部体积的95%以上）是不合理的因为在这样粒径范围内可能有大部分树脂的颗粒粒径为0.3mm～0.6mm，也可能为0.6mm～1.0mm，这两种情况都符合规定的范围，但颗粒大小相差甚远为了正确说明商品用离子交换树脂的颗粒大小，应该用4个指标：范围粒度、有效粒度和均一系数、下限粒度（或上限粒度）1.6 机械性能离子交换树脂的机械性能（即保持颗粒的完整性），是十分重要的性能在使用中，如果树脂颗粒不能保持其完整性，发生破裂或破碎，会给使用带来困难主要表现为：①破碎树脂在反洗时排出、②细末漏过通流部分进入后续设备， ③结果导致树脂层高下降、④交换容量降低、 ⑤水流阻力增加、⑥污染后续设备中的树脂、⑦系统出水水质下降、⑧进入高温系统污染水汽品质等所以应对树脂的机械性能或物理强度有一定要求1.7 不可逆膨胀和转型膨胀新离子交换树脂的体积是不稳定的，由于生产过程时间短，高分子链的缠结，所以未能充分膨胀，经过几个周期的使用，高分子骨架充分膨胀开，树脂体积才稳定下来装入交换器的树脂层高度，在使用几个期后会增加。

因为这种膨胀是不可逆的，故称不可逆膨胀树脂的离子型态不同，其体积也不相同当树脂从一种离子型态变为另一种离子型态时，树脂的体积就发生了变化这种变化称为转型膨胀，是一种可逆膨胀当恢复成原来的离子型态时，树脂的体积也恢复为原来的值1.8 耐热性与抗氧化性(1) 耐热性耐热性1) 阳树脂的耐热性阳树脂的耐热性强酸性阳离子交换树脂耐热性比较高，通常最高使用温度为100℃～120℃，所以它在水处理中使用是足够稳定的丙烯酸系弱酸性阳树脂的热稳定性更高一些2) 阴树脂的耐热性阴树脂的耐热性季胺盐和季胺碱相比，其耐热性能要好得多，因此，盐型强碱树脂的耐热性比氢氧型的好对不同离子型的阴树脂规定了不同的允许使用温度：ROH（Ⅱ型）为40℃，ROH（Ⅰ型）为60℃，RCl为80℃弱碱阴树脂在受热时会发生交换容量的下降，其主要原因是胺基的脱落，但它们的耐热性能要比强碱性阴离子交换树脂的好得多通常规定的使用温度是：聚苯乙烯类为100℃，丙烯酰胺类为60℃根据以上所述，离子交换树脂的热稳定性顺序为：弱酸性>强酸性>弱碱性>Ⅰ型强碱性>Ⅱ型强碱性在水处理中经常碰到的问题是强碱性阴离子交换树脂交换容量迅速下降这要特别注意水温，在我国南方某些地区夏天因冷却水温度高，致使凝结水温度有时高达50℃～60℃，这对混床中强碱性阴离子交换树脂威胁很大。

2) 抗氧化性抗氧化性水中的重金属离子是氧化降解的催化剂，尤其是铁和铜强酸性阳离子交换树脂氧化产生的低分子有机磺酸（水溶性的），可以从树脂中溶出，随水而进入后续阴床，污染阴树脂在水处理系统中，最容易遭受氧化的是第一级阳离子交换树脂，因此对进入除盐系统的水中含氯量有所规定2 离子交换树脂的化学性能离子交换树脂的化学性能2.1 交换容量(1) 质量全交换容量质量全交换容量通常称质量全交换容量为全交换容量，它表示的是单位质量树脂所具有的全部交换基团的数量它是离子交换树脂固有性质的一个重要指标，反映在实际使用中可交换离子量的极限值质量全交换容量是指干基交换容量，单位为mmol/g离子交换树脂质量全交换容量是由其本身结构决定的，和外界条件无关2) 干基和湿基交换容量干基和湿基交换容量在实际中，经常使用的是湿态树脂的体积交换容量，它表示单位体积完全浸泡在水中的树脂所具有的交换基团总量湿态体积全交换容量和干基质量全交换容量有如下关系： 式中：qv ——体积全交换容量，湿态； q ——质量全交换容量，干基； x ——含水量； ds——湿视密度。

 (3) 基团容量基团容量某些离子交换树脂具有两种或两种以上的离子交换树脂基团，它们各有不同的特性基团交换容量是用来表示单位质量或体积树脂中某种离子交换基团的量（如磺酸基团容量、羧酸基团容量、季胺基团容量、仲胺基团容量等）4) 平衡交换容量平衡交换容量平衡交换容量用于表示达到平衡状态时单位质量或单位体积的树脂中参于反应的交换基团的量它表示在给定条件下，该树脂可能发挥的最大交换容量，是离子交换体系的重要参数平衡交换容量和平衡条件有关，它不是一个恒定值，平衡条件不同，平衡交换容量就不同在同一条件下，不同树脂的平衡交换容量也不同，它反映了树脂化学性能的不同5) 交换容量和离子型态交换容量和离子型态由于反离子种类不同，每个单元交换基团的质量也不相同例如1摩尔的离子交换基团RSO3Na的质量为x（约为222g），则当它变为RSO3H时，即交换基团中的钠离子被氢离子所取代，质量减少为x - （23-1）g（约为200g）在计算单位质量（如1000g）树脂中交换基团的量时，显然由于反离子不同，其交换容量不同，前者约为4.5mmol/g（钠型）后者约为5.0mmol/g（氢型）在计算树脂交换基团时必须注意其离子型态。

2.2 阳离子交换树脂交换容量常用的强酸性阳离子交换树脂是聚苯乙烯骨架经磺化反应而得，反应后苯环上接上磺酸基- SO3H，可能含有少量的弱酸基-COOH常用的弱酸树脂是聚丙稀酸甲酯经水解反应而得，反应后聚合物上酯基变为羧酸基-COOH，但不会带有磺酸基因此常用强酸阳树脂交换容量测定包括测定全交换容量及基团交换容量，而常用弱酸树脂只测定全交换容量即是弱酸基团容量阳树脂交换容量测定结果mmol/ g树脂牌号全交换容量强酸基团容量弱酸基团容量001×75.094.990.10001×104.944.830.11001×14.54.734.560.17D001×164.364.640.22D11311.36____11.36表中数据表明，同类树脂001×7、001×10、001×14.5的交换容量随交联度增大而减少D001×16大孔树脂磺化反应温度较其它树脂高，其产生弱酸基的量也较大2.3 阴离子交换树脂交换容量阴离子交换树脂交换容量测定包括对强碱性和弱碱性两种阴树脂的全交换容量、强碱基团及弱碱基团容量的测定下表列举了一些阴树脂测定结果，可以看出：（1）无论何种聚苯乙烯类阴树脂都存在强、弱两种基团，新的强碱性阴离子交换树脂中含有约10%的弱碱基团，而弱碱阴树脂中可能含有约15%的强碱基团； 常用阴树脂交换容量测定结果mmol/g（干）树脂牌号全交换容量强碱基团容量弱碱基团容量201×7 （1）201×7 （2）3.933.453.803.250.130.20D301（1）D301（4）4.595.100.620.533.974.57D201 4.303.730.57AmberliteIRA4024.34.240.06AmberliteIRA4103.633.150.48AmberliteIRA-934.760.234.53BtratabedIRA-935.210.394.822.4 离子交换的选择性（（1）平衡常数）平衡常数（（2）选择性系数）选择性系数（（3）选择性顺序）选择性顺序离子交换基团和反离子之间的吸引力是库仑力（静电引力），连在树脂骨架上的基团带有一个固定电荷，和反离子电荷相反，从而互相吸引。

固定电荷是不变的，而反离子的电荷及其半径是可变的，因此反离子的电性能是影响树脂和离子结合能力的主要因素a. 溶液中选择顺序；Fe3+ >Al3+> Ca2+ >Mg2+> K+> NH4+> Na+SO42-> HSO4-> ClO3->NO3->HSO3-> NO2->Cl-> HCO3-> F-b. 溶液中选择顺序：K+ >NH4+> Na+，Ca2+>Mg2+，Fe3>+AI3+HSO4->NO3- >Cl-不等价离子的选择性顺序还应根据溶液浓度而定3 离子交换树脂工艺性能3.1 工作交换容量（（1 ）基本概念）基本概念工作交换容量是指在一定条件下，一个交换周期中单位体积树脂实现的离子交换量，即从再生型离子交换基团变为失效型基团的量它可以用下式计算：q工 = q ′v (R 初–R残)（1.60)式中：q工——树脂工作交换容量，mmol/L；q′v——树脂体积全交换容量，mmol/L；R初——整个树脂层平均初始再生度；R残——整个树脂层平均残余再生度树脂的工作交换容量除了和树脂本身的性能有关以外，还和工作条件有关工作条件包括下列内容：树脂开始工作的状态，即树脂的再生度对给定的树脂层，再生度与再生前树脂层的离子成分及分布情况有关，也与再生条件（再生剂种类、浓度、用量、再生液温度、流速、配制再生液用水质量等）有关。

（（2）影响工作交换容量的因素）影响工作交换容量的因素1）影响）影响R初的因素初的因素它包括水源的成分、杂质浓度、温度、流速及对出水水质要求、树脂层高度、运行方式、设备结构的合理性等a树脂的酸碱性树脂的酸碱性 b再生剂用量再生剂用量 c再生剂纯度再生剂纯度 d再生液温度再生液温度 e再生液再生液流速流速 f再生液浓度再生液浓度 g失效树脂的离子组成失效树脂的离子组成2）影响）影响R残的因素残的因素A 水中离子总量水中离子总量 水中欲被去除的离子总量越大，工作层高度越高，残留再生度也越高B 水中离子组成水中离子组成 欲被去除的离子和树脂的亲和力越大，树脂残留容量就越低这对再生不利C 运行流速运行流速 根据离子交换速度可知，运行流速对弱型树脂的离子交换过程影响较大强型树脂的残留容量受流速影响较小D 运行水温运行水温 和运行流速一样，温度对弱型树脂的离子交换影响较大，运行水温越高，残留容量就越低(3)树脂层高度树脂层高度从整个树脂层看，残留容量的分布是不均匀的出水端处工作层内树脂的残留容量最多在一定条件下运行时，工作层高度和树脂层高度有关因此，树脂层高度越大，工作交换容量就越大。

4)树脂的性质树脂的性质除了树脂层高度以外，上述的每一项都和树脂本身的性质有关，它包括树脂的体积全交换容量、选择性系数和动力学性质在实际运行中，离子交换设备还会出现水流分布不均的现象，同一层面上各点的树脂再生度和失效度也不同树脂在使用一段时间后，其性能会发生一定的变化或受到一定程度的污染 (5) 标准条件下测定结果标准条件下测定结果只有在一个统一标准条件下测定的工作交换容量才具有可比性，才能用于比较不同生产厂的产品3.2 再生剂耗、比耗一般用再生剂耗（通常分别称为盐耗、酸耗或碱耗）、比耗来衡量树脂再生能力在失效的树脂中再生每摩尔交换基团所耗用的再生剂质量（g）称为再生剂耗（单位为g/mol） 在树脂中再生每摩尔交换基团所耗用的HCl或NaOH的摩尔数称为比耗（单位是mol/mol），通常以无量纲形式表示显然，比耗越接近于1，再生效率越高 树脂再生工艺再生剂耗g/mol比耗强酸性阳离子交换树脂顺流NaCl 100～200、HCl ≥73、H2SO4 100～150NaCl ～2、HCl ≥2、H2SO4 2～3对流NaCl 180～100、HCl 50～55、H2SO4 ≤70NaCl ～1.4、HCl 1.4～1.5、H2SO4 ≤1.9弱酸性阳树脂HCl 38～44HCl 1.05～1.2强碱性阴树脂顺流80～1202～3对流液碱60～65、固碱48～60液碱1.5～1.6、固碱1.2～1.4弱碱性阴离子交换树脂44～481.1～1.23.3 自用水率整个离子交换周期包括反洗、再生、清洗和交换等过程。

根据床层干净程度，定期或不定期的反洗，要耗用一定量的水再生时要耗用一定量的水来配再生剂溶液，置换时也要耗用相当于床层1—2倍体积的水，清洗时还要耗用更多的水每周期耗用的这些水量的和与周期制水量的比，称为离子交换设备的自用水率其中清洗用水量最大，它和树脂结构及树脂污染情况等有直接的关系所以自用水率也表示了树脂的一种性能新品种树脂在投入使用前，必须测定自用水率一般说来，阳离子交换树脂清洗用水量较少，清洗时间约为20min；阴树脂清洗用水量较大，清洗时间约为40min自用水率计算公式如下：式中：RW——树脂自用水率，%； W1——配制再生液用水量，m3； W2——置换用水量，m3； W3——清洗用水量，m3； W4——反洗用水量，m3； QT——周期制水量，m3 如果不是每周期都进行反洗，则每次反洗用水量按周期数平均分配计算当离子交换设备完好时，如发现清洗水用量逐渐增大，这是树脂性能劣化的一种反映（它表示树脂受到污染或有其它树脂的混杂）通常以清洗时间长短来判断清洗水用量的情况。

4 离子交换树脂的使用方法 4.1 投运前的处理投运前的处理 在正式投运前应对树脂进行预处理，最好的办法是用酸碱反复处理两次，即按树脂床层体积的5倍量通过1mol/l的酸和碱（要注意转型膨胀对设备的损害当用硫酸时要加大流量，防止结硫酸钙），在进酸碱之间，必须用水洗至中性 如果处理不彻底，初期运行的几个周期出水水质较差，以后才达到正常的出水指标(1) 反洗流失反洗流失 (2) 通流部位损坏通流部位损坏 (3) 树脂分层不清树脂分层不清 (4) 浊度对阳树脂的污染浊度对阳树脂的污染 (5) 结硫酸钙沉淀结硫酸钙沉淀 (6) 铁污染铁污染 (7) 结胶体硅结胶体硅(8) 热降解热降解(9) 有机物污染有机物污染阴树脂受到有机物污染程度的顺序是：凝胶强碱Ⅰ型 > 大孔强碱Ⅰ型 > 强碱Ⅱ型 > 弱碱4.2 使用中可能出现问题使用中可能出现问题一般来说，短期停运的离子交换设备，不需要采取特别措施 长期停用，必须考虑有适当的保护措施防止树脂失水和受冻，还要防止树脂发霉和细菌繁殖应该定期地用水冲洗来保护树脂的清洁长期停运的树脂都应采用失效状态备用，并将设备压力释放。

4.3 停运4.4 定期检查4.5 离子交换树脂的补充4.6 离子交换树脂的寿命和更换树脂的寿命或者树脂是否需要更换应由树脂使用的状况来确定显然，衡量树脂能否继续使用的主要依据是交换器制水周期和出水水质能否满足要求，值得注意的是设备的压降及树脂溶出物有时也会影响树脂的寿命1983年曾对我国167个电厂树脂更换和补充情况进行过调查，其结果如下表所示总的看来，绝大部分厂的树脂年补充率小于10%，可以作为树脂寿命的估计数据；个别电厂阳树脂年补充率高达40%左右，应该考虑新树脂质量不佳或有氧化剂的影响个别电厂阴树脂的年补充率高达30%，主要原因是树脂被有机物污染树脂年补充率（%）统计结果树脂年补充率下的统计百分率强酸性阳树脂强碱性阴树脂被统计电厂总数7471年补充率<5%的厂百分数∽54∽62年补充率5%—10%的厂百分数∽35∽24年补充率>15%的厂百分率∽11∽14(1) 离子交离子交换树脂脂报废技技术指指标和和经济指指标DL/T673-1999《火力发电厂水处理用001×7强酸性阳离子交换树脂报废标准》明确规定了001×7树脂的更换与报废的技术与经济指标和DL/T807-2002《火力发电厂水处理用201×7强碱性阴离子交换树脂报废标准》明确规定了201×7树脂的更换与报废的技术与经济指标。

强酸性阳离子交换树脂(001×7)报废技术指标项目报废指标含水量(钠型)%≥60体积交换容量下降百分率≥0.25含铁量μg/g(湿)≥9500圆球率(原样)%≤80强碱性阴离子交换树脂(201×7)的报废技术指标项目指标值工作交换容量下降%≥16强型基团容量下降%≥50含水率% ≤40圆球率% ≤80有机物含量mgO2/LR (COD)Mn ≥2500铁含量mgFe/kg湿R ≥6000水处理单床用离子交换树脂报废经济指标项目报废经济指标说明回收年限≤3回收年限3～4时酌情处理 (2) 树脂报废规则树脂报废规则1）当含水量、体积交换容量其中任一项超过规定指标值时，离子交换器继续运行将影响水处理系统的安全，可以判定该树脂应当报废2）通过现场除铁处理后，如果树脂中的铁含量仍大于规定指标值时，即可判定该树脂遭受严重铁污染，应当报废3）圆球率是反映运行树脂破碎程度的一项重要指标，尽管它并不直接影响树脂的工作交换容量，但却直接影响树脂床层的运行压降或床层阻力，从而间接影响到系统的出力3) 树脂更换规则树脂更换规则有时树脂性能并没有下降到可以直接报废的程度，但其运行经济性不一定合理根据测定其理化性能参数或工艺性能的变化，通过比较计算购买新树脂的经济合理性，确定回收年限，再确定是否更换新树脂。

1 化学除盐原理水的化学除盐是水中所含各种离子和离子交换树脂进行化学反应而被除去的过程当水中的各种阳离子和H型离子交换树脂反应后，水中的阳离子就只含从H离子交换树脂上交换下来的氢离子；而水中的各种阴离子与OH型离子交换树脂反应后，水中的阴离子就只含从阴树脂上交换下来的氢氧根离子这两种离子互相结合而生成水，从而实现了水的化学除盐当水中各种离子都被交换成氢离子和氢氧根离子，则实现了水的深度化学除盐如果水中还残留某种或某几种阳离子或阴离子，则实现的是水的部分化学除盐在H型阳离子交换后，水中存在大量的H+，并与 HCO3-结合生成难解离的H2CO3它可以用真空脱碳器或大气式除碳器除去，也可以用强碱性阴离子交换树脂交换除去前者操作简单，能节约运行费用，因此在化学除盐系统中，一般均设有除碳器三）、 水的化学除盐2 化学除盐系统设备的设置原则化学除盐系统设备的设置原则2.1组成除盐系统的原则组成除盐系统的原则⑴H离子交换器设在强碱OH离子交换器之前⑵除碳器应设在H离子交换器之后、强碱OH离子交换器之前当原水碱度≤0.6mmol/L时可不设综上所述，最简单的化学除盐系统为：原水→H型阳离子交换器→除碳器→强碱OH型阴离子交换器→除盐水循序进行一次阳、阴离子交换反应的系统称为一级化学除盐系统，循序进行二次阳、阴离子交换反应的系统称为二级化学除盐系统。

经过一级化学除盐后，水中几乎不含游离CO2或HCO3- ，因此在二级除盐系统中不再设置除碳器 ⑶为实现水的深度除盐，除采用多级阳、阴离子交换反应的系统外，还可采用一级除盐系统加混床⑷对于除硅要求高的水也应采用带混床的除盐系统⑸当原水水质差，可以采用强、弱型树脂联合应用工艺• 当原水中强酸阴离子含量较高时，在系统中增设弱碱OH交换器，利用弱碱树脂交换容量大、容易再生等特点，提高系统的经济性弱碱OH交换器应放在强碱OH交换器之前• 当原水碳酸盐硬度比较高时，在除盐系统中增设弱酸H交换器，弱酸H交换器应置于强酸交换器之前3 除盐设备的进水质量要求为保证化学除盐系统的安全、经济运行，进入化学除盐系统的原水水质应达到下表要求项 目要 求 值项 目要 求 值浊 度顺流再生设备 ＜5FTU对流再生设备 ＜2FTU铁一级除盐设备＜0.3mg/L混合床 ＜0.1mg/L游离氯 ＜0.1mg/L化学耗氧量CODMn ＜2 mg/L4 化学除盐系统的出水水质项 目一级除盐水混床出水电导率（µS/cm）（25℃）＜10＜0.2SiO2（µg/L）＜100＜205 常用的除盐系统及适用情况序号系统组成出水水质适用情况及简要特点电导率（25℃）µS/cmSiO2mg/L1H—C—OH＜10＜0.1中压锅炉2H—C—OH—H/OH＜0.2＜0.02高压及以上汽包炉、直流炉3HR—H—C—OH＜10＜0.1中压锅炉；进水碳酸盐硬度＞3mmol/L4HR—H—C—OH—H/OH＜0.2＜0.02高压及以上汽包炉、直流炉；进水碳酸盐硬度＞3mmol/L5H—C—OH—H—OH＜1.0＜0.02较高含盐量水6H—C—OH—H—OH—H/OH＜0.2＜0.02高压及以上汽包炉、直流炉；较高含盐量水注：表中符号：H—强酸H型离子交换器；HR—弱酸H型离子交换器；OH—强碱OH型离子交换器；OHR—弱碱OH型离子交换器；H/OH型—混合离子交换器；C—除碳器；RO—反渗透装置7H—C—OHR—OH＜10＜0.1中压锅炉；进水强酸阴离子＞2mmol/L8H—C—OHR—H/OH＜0.2＜0.05进水强酸阴离子含量较高，但SiO2含量低9H—C—OHR—OH—H/OH＜1.0＜0.02高压及以上汽包炉、直流炉；进水强酸阴离子＞2mmol/L或进水有机物较高10HR—H—C—OHR—OH＜10＜0.1中压锅炉；进水碳酸盐硬度、强酸阴离子都较高11HR—H—C—OHR—OH—H/OH＜0.2＜0.02高压及以上汽包炉、直流炉；进水碳酸盐硬度、强酸阴离子都较高12RO—H/OH＜1.0＜0.02高含盐量水、苦咸水或经经济性比较确定注：表中符号：H—强酸H型离子交换器；HR—弱酸H型离子交换器；OH—强碱OH型离子交换器；OHR—弱碱OH型离子交换器；H/OH型—混合离子交换器；C—除碳器；RO—反渗透装置火力发电厂水处理中应用最广泛的是固定床离子交换器。

固定床是指交换剂在一个容器内先后完成制水、再生等过程的设备固定床离子交换器分为：•按水和再生液的流动方向分为：顺流再生式、对流再生式（包括逆流再生和浮床式）和分流再生式；•按交换器内树脂种类和状态分为：单层床、双层床、双室双层床、满室床及混合床；•按设备的功能有分为：阳离子交换器（包括钠离子交换器和氢离子交换器）、阴离子交换器和混合离子交换器满室床： 类似普通浮床和双室双层浮床满室床系统是由满室床离子交换器和体外树脂清洗罐组成6、常用化学除盐水处理设备7.1混合床的运行操作•反洗分层•再生和置换•正洗•阴、阳树脂混合•正洗8 除碳器 CO2气体在水中的溶解度服从于亨利定律，即在一定温度下气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的分压成正比在正常情况下，阳床出水通过除碳器后，可将水中的CO2含量降至5mg/L以下9 连续电去离子（EDI）9.1 EDI工作原理 EDI与传统混床的比较 EDI具有以下特点：•能够连续运行，不需要因为再生而备用一套设备；•模块化组合方便，运行操作简单；•水回收率高，EDI的浓水可以回收至反渗透进水；•占地面积小，不需要再生和中和处理系统；•运行费用低，不使用酸碱。

四、反渗透水处理技术四、反渗透水处理技术（一） 反渗透脱盐原理及渗透理论1 反渗透脱盐的原理(a)　 　(b) (c)图3-１　反渗透现象图解(a)渗透；(b)渗透平衡；(c)反渗透膜的性能与膜材料的分子结构密切相关，膜主要由高分子材料制成•醋酸纤维素在膜材料中曾占有十分重要的位置其主要原因是资源广、无毒、耐氯、价格便宜、制造工艺简单便于工业化生产等优点，此外制得的膜用途广，水渗透率高，截留率也好但其抗氧化能力差，易水解，易压密，抗微生物侵蚀性能较弱等•聚酰胺复合材料问世以来，复合膜在火电厂水处理领域就很快占据了反渗透应用领域的主导地位薄层复合膜断面图超薄脱超薄脱盐层盐层刚刚性支撑性支撑层层支撑支撑织织物物复合膜的特征是用两种以上膜材料复合而成从结构上来说，复合膜属于非对称膜的一种，实际只不过是两层的薄皮复合体它的制法是将极薄的皮层刮至在一种预先制好的微细多孔支撑层上2.火电厂典型的反渗透膜火电厂典型的反渗透膜弹性压紧装置进水出水滤元出水室排污阀图3-5 保安过滤器 反渗透水处理装置是包括从保安过滤器的进口法兰至反渗透淡水出水法兰之间的整套单元设备。

包含保安过滤器、高压泵、反渗透本体装置、电气、仪表及连接管线、电缆等可独立运行的装置此外包含化学清洗装置和反渗透阻垢剂加药装置，海水脱盐系统中还包含能量回收装置⑴ 反渗透水处理装置a. 保安过滤器3. 反渗透水处理装置反渗透水处理装置b. 高压泵多级离心式水泵使用最广泛这种泵的特点是效率较高，可以达到90%以上，节省能耗c. 反渗透本体反渗透本体是将反渗透膜组件用管道按照一定排列方式组合、连接而成的组合式水处理单元单个反渗透膜称膜元件，将一只或数只反渗透膜元件按一定技术要求串接，与单只反渗透膜壳组装构成膜组件高压泵图3-6 某火某火电厂反渗透本体厂反渗透本体装置照片装置照片图3-7 卷式膜元件断面图进水出水淡水淡水刚性支撑层超薄脱盐层支撑织物进水出水（2）膜壳1 1716101275869 1114131543218（1）膜元件膜组件膜组件淡水浓水佩尔顿能量回收装置高压泵电机原水浓水膜组件淡水浓水浓水PX能量回收装置高压泵增压泵原水d. 能量回收装置能量回收装置分三种形式：佩尔顿能量回收装置、涡轮式能量回收装置和以及PX 能量回收装置图3-11 涡轮式能量回收装置原理图图3-10某公司佩尔顿能量回收装置图片图3-13 PX能量回收装置原理图图3-12 涡轮式佩尔顿能量回收装置图片。

图3-9佩尔顿能量回收装置原理图图3-14 PX能量回收装置图片反渗透本体1段膜组件2段膜组件膜元件膜壳⑵ 一级二段反渗透水处理装置系统图e. 阻垢剂加药装置d. 化学清洗加药装置。