工业用水处理

工业用水处理及其废水的回收利用陕西省质量技术监督局张爱祥第一节概论一、概述对生命和人类的活动来说，水具有极重要的意义。

水大量存在于自然界，由于它是一种良溶剂，所以自然界的水都是不纯净的。

用于生活饮用或工业生产的水，一般都要经过一定的处理，为了掌握工业用水的各种处理技术，对自然界的水及水资源，水的基本知识和工业用水的处理要求及处理方法作简要的论述。

二、自然界的水和水资源（一）自然界的水及其分类水是地球上分布最广的物质之一，自然界的水实际上是一种含有各种微小杂质的水溶液，根据在自然界的分布和含盐量的多少，有两种分类方法。

1.按自然界水的存在分类1）地表水——海水、江河水、湖泊水、水库水等。

2）地下水——泉水、井水、矿坑水、深层地下水等。

3）大气中的水——水蒸气、云、雾等。

2.按水中含有矿物质盐类分类1）海水——含盐量在30000~35000mg/L之间。

2）苦咸水——含盐量在1000~3000mg/L之间。

3）淡水——含盐量在1000mg/L以下。

（二）水资源和水污染1.水资源自然界水的总量约为1.386×10的18次方平米，但其中绝大部分是海水，含盐量很高，而对人类有利用价值的淡水仅占总水量的约3%，随着世界人口的增长、工农业的发展和市政用水量的增加，水资源紧缺已成为本世纪全球资源环境的首要问题，直接威胁人类的生存和发展。

全世界水资源的分布是不平衡的，全世界有80多个国家缺水，有十多亿人口生活在淡水资源贫乏的环境中。

2.现状我国水资源总量占世界第六位，虽然比较多，然而人均水资源占有量仅为世界水平的四分之一，居世界149个国家的第110位，是世界上13个贫水国家之一。

我国水资源分布极不平衡，时空分布不均匀，南方多，北方少，东部多，西部少，春夏多。

地面水少的地区，只能过量开采地下水，导致地下水位下降，20世纪70年代以来，以黄河为首，许多河流都出现了断流情况，河流干涸，地下水位下降，引起沿海地带普遍存在海水倒灌问题。

3.水污染近年来由于工农业生产的发展，人民生活水平的提高，用水量不断增加；而另一方面大量的工业废水和生活废水未经处理或处理不当就直接排放入江、河、湖、海导致水质下降使本已匮乏的水资源更显短缺。

（三）水的结构与特性1.水分子的结构水分子是由两个氢原子和一个氧原子组合成的。

2.水的特性水在常温下、常压下以液态存在，但与其他物质相比，它还有一些特性，现将一些与水处理有关的特性予以叙述。

（1）密度热胀冷缩是一般物质的规律，因而，一般液体温度升高，密度变小。

但水在0~4℃范围内却并非如此，而是温度降低，体积增大，密度减小，在4℃时密度达到最大值1.0000g/cm3,超过或低于此温度体积都会增大，0℃时水的密度为0.9999g/cm3,而0℃的冰体积增大，密度降为0.9168g/cm3。

（2)比热性质在所有的固体与液体物质中，水的比热最大，冰的熔化热和水的汽化热也较高。

因此水是一种良好的热交换介质，工业上常把水用作传热的介质。

（3)表面张力液体自由表面的分子，由于液体内部分子对它们的吸引，会受到一种要将它们向内部吸引的力，这就是表面张力，在液体中表面张力最大的是汞，其次就是水。

（4）电性质①介电常数。

水的介电常数是一致的介电常数中最高的一个，也是谁得知电力能力很高的原因。

②电导率。

水的电阻率很大，极纯的水几乎不导电。

（5）粘滞度这是液体抵抗各种运动的能力，例如流动。

它是导致水头损失的基本原因，在水处理中有很重要的作用。

粘滞度随压力增加而增大，溶解盐类含量高时，粘滞度增大。

（四）天然水中的杂质和水质分析1.天然水中的杂质按杂质分为三类（1）悬浮物凡颗粒直径在0.0001mm以上的杂质，主要成分是泥沙、粘土，其次是动植物遗骸、微生物、有机物等。

（2）胶体凡颗粒直径在0.000001~0.0001mm范围内的杂质，胶体颗粒是许多分子或离子的集合体，带有一定的电荷。

（3）溶解物溶解物的粒径在0.000001mm以下，同时以分子或离子状态存在的。

2.各种天然水的特性（1）地表水①天然水的悬浮物和胶体含量较少。

②天然水水质和水温较稳定。

③天然水中的硬度、含盐量、含铁量较高。

（2）江河水①江河水中的悬浮物和胶体含量较高，随季节波动。

②江河水中的含盐量和硬度较低，水质易变化。

③江河水易受废水的污染。

（3）湖泊与水库水①湖泊与水库水中悬浮物较少。

②湖泊与水库水含盐量略高。

③湖泊与水库水中腐殖质含量较高。

（3）海水①含盐量高，通常为30~35g/L，最高可达到50g/L。

②海水中各种盐类的祖分基本稳定。

3.水质分析为了要知道所用水源的水质情况和各种用水对水质的要求和废水的情况，需要对水进行各种分析和监测，并对各种用水定出水质指标。

不同用途的水，水质分析项目也各不相同，所定的指标也有很大的差异。

（1）水中不溶解微粒（2）含盐量含盐量是指水中的盐类，即各种矿物质离子含量的总和。

3.碱度碱度是指水中含有能与强酸去中和反应的物质的含量。

4.硬度水中的硬度是指水中钙、镁、铁、鋁等离子的总量。

5.pH值pH值是每升水中氢离子浓度的负对数，常用试纸测定。

6.有机物天然水中无机物很多，无法分别测定，总量的测定也很困难。

一般采用以下几种表征性的指标来表示。

1）化学耗氧量。

2）总有机碳。

3)紫外消光值。

第二节水的预处理水质预处理的目的是把原水处理到后续水处理装置所允许的进水水质指标，从而保证水处理装置安全、稳定运行。

一、预处理系统的选择预处理系统的选择应根据进水水质，采用的后续处理装置所要求的进水水质指标及后处理设备的情况，同时结合系统规模，通过技术经济比较选定。

（1）混凝1．混凝剂和助凝剂（1）混凝剂有两大类无机盐类混凝剂和高分子混凝剂。

（2）助凝剂有氯和生石灰两种。

2．混凝剂的投加（1）投药位置：在泵前和泵后投加。

（2）投药设备：一般由溶药池、贮液池、计量器和投加装置等组成。

3）投加量：采用手动和自动两种方法控制量。

（三）沉淀1．常用沉淀池：平流和上向流斜管两种。

2．平流沉淀池应用较多，上向流斜管假装在平流沉淀池中效果较好。

（四）澄清1．澄清池按泥渣的情况分为悬浮性和循环型两种。

2．协管技术应用在澄清池中后，有改良性悬浮澄清池和机械搅拌协管澄清池两种。

（五）过滤1．过滤有三个作用：机械隔离作用；沉淀作用；接触凝聚作用。

2．滤池的形式（1）普通快滤池和双阀滤池。

（2）均粒滤料气水冲洗滤池。

（3）无阀滤池（六）综合净水设备1．钢筋混凝土结构的综合净水设备。

2．综合净水构筑物。

（七）精密过滤精密过滤器又常被称为保安过滤器，有两个作用，一是防止上道工序泄露，二是确保下道工序的进水水质要求。

常用的精密过滤器有以下几种。

1．滤布过滤器2．烧结滤管过滤器3．蜂房过滤器4．叠片式过滤器（八）消毒1．在工业用水处理过程中消毒主要是防止细菌、微生物对离子交换膜、反渗透膜等污染采取的措施。

2．消毒方法分为物理和化学两大类。

有加热至沸汤、紫外线、有氯化消毒、臭氧消毒等等。

（九）氧化1．在工业用水的水质预处理中，氧化是利用强氧化剂氧化分解水中有机污染物的一种化学方法。

2．两种氧类氧化剂：臭氧氧化和氧化联合法。

（十）吸附1．吸附法使用含有多孔的固体物质，使水中污染物被吸附在固体孔隙内耳取出的方法。

2．常用的是活性炭吸附和树脂吸附。

（十一）除铁和除锰1．天然水中含有铁和锰的化合物，两者大多是同时存在的。

2．常用的方法有以下几种：曝气氧化法、药剂氧化法和天然锰砂过滤法。

第三节离子交换离子交换是除去水中离子态物质的水处理方法之一，在水处理领域中被广泛应用。

一、离子交换剂及其分类1.离子交换作用是用一种称为离子交换剂的物质来进行，这种物质在溶液中能以所含的可交换离子与溶液中的同种符号的离子进行交换。

2.离子交换剂的种类很多，有天然的和合成的、有有机的和无机的、有阳离子型的和阴离子型的。

3.离子交换树脂是一种高分子的聚合物，它具有交换容量高、水阻力小、机械强度高、化学稳定性好等优点，已成为目前最普遍采用的离子交换材料。

二、离子交换树脂（一）树脂的结构：其结构通常分为两个部分，一部分成为骨架，不参与交换反应，一部分为活性基团它所带的可交换离子能于水中的离子进行交换。

（二）类型：按树脂骨架的结构特征离子交换树脂可分为凝胶型和大孔型；按聚合物单体分有苯乙烯系和丙烯酸系两类。

（三）命名和型号1.离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架名称、基本名称组成。

凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”两字。

分类属酸性的应在名称前加一“阳”字，分类属碱性的应在名称前加一“阴”字。

2.离子交换树脂产品的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号以区别基团交联剂等的差异。

大孔型型号前加“D”，凝胶型树脂的交联度值可在型号后用符号“×”连接阿拉伯数字表示。

（四）离子交换树脂的性能1．物理性能（1）外观：常用凝胶型离子交换树脂为透明或半透明的珠体，大孔树脂为乳白色或不透明珠体。

（2）粒度：离子交换树脂的颗粒度要适当，要有一定的均匀性。

（3）密度：湿真密度是指树脂在水中充分溶胀后的树脂颗粒密度和湿视密度是指树脂在水中充分溶胀后的树脂堆积密度。

(4)含水量：是指在水中充分溶胀的湿树脂中所含的百分数。

(5)溶胀性：干树脂浸入水中，由于活性基团的水合作用，交联网孔变大，体积变大的现象。

(6)强度：树脂在实际运行中由于互相摩擦以及胀缩，会发生破裂。

(7)溶解性：树脂本身不溶于水，但在合成的过程中难免有低分子聚合物包含在树脂中，也会在出水中含有溶解物。

(8)耐热性：每种树脂所能承受的温度不一样,通常控制树脂的贮藏和使用温度在5~40℃为宜。

（9）导电性：干燥的离子树脂不导电，湿树脂因有解离的离子所以能导电。

2．化学性能（1）离子交换反应的可逆性。

（2）酸碱性。

（3）选择性。

（4）交换容量。

有全交换容量和工作交换容量。

（五）水处理常用离子交换树脂的交换特性1．强酸性阳离子交换树脂氢型强酸性离子交换树脂能与水中所有的阳离子进行交换。

2．弱酸性阳离子交换树脂氢型弱酸性离子交换树脂只能与水中的重碳酸钙和碳酸镁交换，而不能交换中性盐的阳离子。

3．强碱性阴离子交换树脂强碱性阴树脂能与其中所有阴离子进行交换。

4．弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂的交换功能有局限性，但它的交换容量要比强碱性阴离子交换树脂大得多，也特别容易再生。

（六）离子交换树脂的验收、保存、使用和鉴别1．离子交换树脂的验收要掌握离子交换树脂的国家标准，严格按标准验收。

2．离子交换树脂的保存（1）离子交换树脂应在以下状态下保存，强酸性阳树脂应为钠型，强碱性阴树脂应为氯型；弱酸性阳树脂应为氢型，弱酸性阴树脂应为游离氨型。