工业水处理技术问1

1 工 业 循 环 水
技 术 手 册
蓝 宇
LAN YU
淄博蓝宇环保科技有限公司
生产技术部编制
2 目 录
1、 水中的主要阴阳离子对水质有些什么影响？
2、什么是水中的悬浮物质？
3、什么是水中的胶体物质？
4、什么是水中的溶解物质？
5、天然水中的杂质对水质有些什么影响？
6、水中溶有哪些主要气体？
7、为什么水中CO 2会对碳钢产生腐蚀？
8、什么是水的硬度？
9、水的硬度有哪几种？
10、硬水对工业生产有什么危害？
11、什么是水的碱度？水中的碱度有哪几种形式存在？
12、什么是水的预处理？预处理有哪些主要方法？
13、为什么某些设备要进行水的软化处理？
14、软化处理有哪些基本方法？
15、用钠离子交换树脂进行软化处理的原理和特点是什么？
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工业水处理技术问答
1、 水中的主要阴阳离子对水质有些什么影响？
水中主要的阴离子有CL -、SO 42-、HCO 3-、CO 32-、OH -等，其中HCO 3-、CO 32-、OH -在水中常与阳离子K +、Na +、Mg 2+、Ca 2+等组成碱度，它们之间的量的变化要影响水的PH 值变化，从这一变化可以知道水的属性是腐蚀型或是结垢型的。

因此它们是影响水的性质和应用的主要离子。

CL -是水中最为常见的阴离子，是引起水质腐蚀性的催化剂，能强烈地推动和促进金属表面电子的交换反应，特别是对水系统的不锈钢材料，应力集中处（如热应力、震荡应力等），会引起CL -的富集，加速电化学腐蚀过程。

由于CL -与强碱阴离子交换树脂的亲合力比OH -大15~20倍，因此可用阴离子交换而除去。

SO 42-也是水中较为普遍存在的阴离子，与阳离子Ca 2+等生成CaSO 4沉淀而结垢，它又是水中硫酸盐还原菌的营养源。

水中主要的阳离子有K +、Na +、Mg 2+、Ca 2+和Fe 3+、Mn 2+等，其中Na +是水中最为常见的阳离子，K +、Na +的存在使水的电导率上升，增加了水的不稳定倾向；其中Mg 2+、Ca 2+是组成水中硬度的主要离子，在一定的条件下，常在受热设备的表面结垢，影响传热效果。

Fe 3+、Mn 2+很易生成Fe(OH)3、Mn(OH)2的沉淀形成水垢，从而产生垢下腐蚀，又是铁细菌生长的促进剂。

2、 什么是水中的悬浮物质？
水中的悬浮物质是颗粒直径约在10-4mm 以上的微粒。

肉眼可见。

这些微粒主要是由泥沙、粘土、原生动物、藻类、细菌、病毒、以及高分子有机物等组成，常常悬浮在水流之中，水产生的浑浊现象，也都是由此类物质所造成。

这些微粒很不稳定，可以通过沉淀和过滤而除去。

水在静置的时候，重的微粒（主要是砂子和粘土一类的无机物质）会沉下来。

轻的微粒（主要是动植物及其残骸的一类有机化合物质）会浮于水面上，用过
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滤等分离方法可以除去。

悬浮物是造成浊度、色度、气味的主要来源。

它们在水中的含量也不稳定，往往随着季节、地区的不同而变化。

3、 什么是水中的胶体物质？
水中的胶体物质是指直径在10-4~10-6mm 之间的微粒。

胶体是许多分子和离子的集合物。

天然水中的无机矿物质胶体主要是铁、铝和硅的化合物。

水中的有机胶体物质主要是植物或动物的肢体腐烂和分解而生成的腐殖物。

其中以湖泊水中的腐殖质含量最多，因此常常使水呈黄绿色或褐色。

由于胶体物质的微粒小，重量轻，单位体积所具有的表面积很大，故其表面具有较大的吸附能力，常常吸附着多量的离子而带电。

同类胶体因带有同性的电荷而互相排斥，它们在水中不能相互粘合而处于稳定状态。

所以，胶体颗粒不能藉重力自行沉降而去除，一般是在水中加入药剂破坏其稳定，使胶体颗粒增大而沉降予以去除。

4、 什么是水中的溶解物质
水中的溶解物质是直径小于或等于10-6mm 的微小颗粒。

主要是溶于水中的以低分子存在的溶解盐类的各种离子和气体。

溶解物质可以用离子交换或除盐等方法予以去除。

5、 天然水中的杂质对水质有些什么影响？
天然水中的杂质对水质的主要影响如下： 泥沙、粘土：使水浑浊、产生粘泥。

藻类及原生物：使水有色度、有臭味、浑浊并产生粘泥
（1）悬浮物质 细菌：致病、产生粘泥、产生腐蚀。

其他不溶物质：产生沉积。

（2） 胶体物质 溶胶（如硅胶）：致使结垢。

高分子化合物（如腐殖酸胶体等）：使水浑浊、产生吸附和沉积。

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酸式碳酸镁——产生碱度、硬度
钙镁盐 碳酸盐——产生碱度、硬度 硫酸盐——产生硬度
氯化物——产生硬度、腐蚀、气味 酸式碳酸钠——产生碱度 盐类 碳酸盐——产生碱度
钠盐 硫酸盐——产生含盐量
氯化物——产生盐类、气味
氟化物——过量会致病
（3）溶解物质 铁盐及锰盐——产生气味、硬度和腐蚀金属
氧——产生腐蚀
气体 二氧化碳——产生腐蚀和酸度
硫化物——产生腐蚀、酸度和臭味
有机物分解气体——污染水体
悬浮物是颗粒直径10-4mm 以上的微粒。

胶体物质是颗粒直径在10-6~10-4mm 之间的微粒。

是许多分子和离子的集合体。

溶解物质在水中呈真溶液状态，其颗粒大小<10-6mm 。

6、 水中溶有哪些主要气体？
天然水中常见的溶解气体有氧气、二氧化碳、有时还有硫化氢、二氧化硫、氮气和氨等。

这些溶解于水中的气体，大都对金属有腐蚀作用，是引起水系统金属腐蚀的重要因素。

7、 为什么水中CO 2会对碳钢产生腐蚀？
二氧化碳是水中存在较多的杂质，通常情况下是以游离状态存在；水中存在的大量重碳酸根在PH 低时，也是以CO 2游离状态存在的。

于是产生了碳酸平衡问题，反应式如下：
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CO 2+H 2O →H ++HCO 3-→2H ++CO 32-
因此，水中CO 2越多，生成H +越多，水的PH 值越低，产生酸性的腐蚀性水，破坏了碳钢表面生成的保护膜引起碳钢腐蚀。

其腐蚀的化学反应如下：
2CO 2+Fe （OH ）2=Fe （HCO 3）2
4Fe(HCO 3)2+O 2+2H 2O=4Fe(OH)3+8CO 2
如果脱盐水中进入CO 2，水的电导率即会上升，腐蚀性增大。

因此，脱盐水箱应当有防止大气中CO 2溶入水箱的措施，如用N 2或其他惰性气体在水箱顶部空间进行保护，可以防止CO 2污染纯水水质。

8、 什么是水的硬度？
水中有些金属阳离子，同一些阴离子结合在一起，在水被加热的过程中，由于蒸发浓缩，容易形成水垢，附着在受热面上而形成热传导，我们把水中这些金属离子的总浓度称为水的硬度。

如在天然水中最常见的金属离子是钙离子和镁离子，它与水中的阴离子如碳酸根离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、氯离子以及硝酸根离子等结合在一起，形成钙镁的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物、以及硝酸盐等硬度。

水中的铁、锰、锌等金属离子也会形成硬度，但由于它们在天然水中的含量很少，可以略去不计。

因此，通常就把Ca 2+、Mg 2+的总浓度看作水的硬度。

水的硬度对锅炉用水的影响很大，因此，应根据各种不同参数的锅炉对水质的要求对水进行软化或除盐处理。

9、 水的硬度有哪几种？
水的硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两种。

（1） 碳酸盐硬度
主要是由钙、镁的碳酸氢盐所形成的硬度，还有少量的碳酸盐硬度。

碳酸氢盐硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去，故亦称为暂时硬度，其反应式如下：
7 Δ Ca(HCO 3)2 ====CaCO 3↓+CO 2↑+H 2O Δ Mg(HCO 3)2====Mg(OH)2↓+CO 2↑
（2）非碳酸盐硬度
主要是由钙镁的硫酸盐、氯化物和硝酸盐等盐类所形成的硬度。

这类硬度不能用加热分解的方法除去，故也称为永久硬度，如CaSO 4、MgSO 4、CaCL 2、CaCL 2、MgCL 2、Ca(NO 3)2、Mg(NO 3)2等。

碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度之和称为总硬度。

水中Ca 2+的含量称为钙硬度。

水中镁离子的含量称为镁硬度。

当水中的总硬度小于总碱度时，它们之差，称为负硬度。

10、 硬水对工业生产有什么危害？
硬水作为工业生产用的冷却水，会使热交换器结水垢，严重的不仅会阻碍水流通道，使热交换效果大大降低，影响生产的顺利进行，甚至被迫停产。

结垢还会产生垢下腐蚀，会使热交换器穿孔而损坏，不仅物料漏损，而且增加设备投资费用，浪费钢材。

硬水用于洗涤，也往往影响产品质量，如纺织印染会造成织物的斑点，不仅影响美观，而且影响强度。

硬水作为锅炉用水，在锅内加热后，经过蒸发浓缩过程，使锅炉受热面结水垢，而水垢的导热性能极差，水垢的导热性能只有钢材的二百分之一。

在锅炉内结垢之后，如果仍要达到无水垢时同样的炉水温度，势必要提高受热面的壁温，例如1.01MPa （10atm ）的锅炉，壁温为280℃，当结硅酸盐水垢1mm 厚时，要达到同样的炉水温度，壁温要提高到680℃，此时钢板的强度自
3.92MPa （40kgf/cm 2）降至0.98MPa(10kgf/cm 2)，严重的会引起爆裂事故。

金属温度升高还会使金属伸长，1m 长的钢板，每升高100℃,伸长1.2mm,增加材料应力,导致损坏。

此外，结垢之后，使受热面的传热情况变坏，燃烧热也不能很好地传给水，降低了锅炉的热效率，从而白白浪费燃料，如
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结有1.5mm 厚硫酸盐水垢，就要浪费燃料10%以上，并使锅炉的出力大为降低。

结水垢之后，还得经常清洗，不仅影响生产，而且降低锅炉使用寿命，还要耗费人力物力。

因此，硬水对工业生产的危害很大，必须根据产品或设备对水质的要求，对硬水进行软化、除盐或其它有效的水处理。

11、 什么是水的碱度？水中的碱度有哪几种形式存在？
水的碱度是指水中能够接受[H +]离子与强酸进行中和反应的物质含量。

水中产生碱度的物质主要由碳酸盐产生的碳酸盐碱度和碳酸氢盐产生的碳酸氢盐碱度，以及由氢氧化物存在而产生的氢氧化物碱度。

所以，碱度是表示水中CO 32-、HCO 3-、OH -及其他一些弱酸盐类的总和。

然而在天然水
中，碱度主要是由HCO 3-的盐类所组成。

形成水中碱度的物质碳酸盐和碳酸氢盐可以共存，碳酸盐和氢氧化物也可以共存。

然而，碳酸氢盐与氢氧化物不能同时存在，它们在水中能起如下反应：
HCO 3-+OH -=CO 32-+H 2O
由此可见，碳酸盐、碳酸氢盐、氢氧化物可以在水中单独存在之外，还有两种碱度的组合，所以，水中的碱度有五种形式存在，即：
（1） 碳酸氢盐碱度HCO 3-；
（2） 碳酸盐碱度CO 32-；
（3） 氢氧化物碱度OH -；
（4） 碳酸氢盐和碳酸盐碱度HCO 3-+CO 32-；
（5） 碳酸盐和氢氧化物碱度CO 32-+OH -。

12、 什么是水的预处理？预处理有哪些主要方法？
水的预处理是在水精制处理之前，预先进行的初步处理，以便在水的精处理时取得良好效果，提高水质。

因为自然界的水都有大量的杂质，如泥沙、粘土、有机物、微生物、机械杂质等，这些杂质的存在，严重影响精制水的水质与处理效果，因此必须在精处理之前将一些杂质降低或除去，
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这就需要预沉、混凝、澄清、过滤、软化、消毒等。

用这些方法预处理之后，可以使水的悬浮物（浊度）、色度、胶体物、有机物、铁、锰、暂时硬度、微生物、挥发性物质、溶解的气体等杂质除去或降低到一定程度。

预沉：就是大容积、低流速的自然沉淀处理，如沉沙池、预沉池。

混凝：利用铁盐、铝盐、高分子等混凝剂，与水中的杂质通过絮凝和架桥作用生成大颗粒沉淀物，然后通过其他设备，如澄清池、过滤池等，予以除去。

澄清：通过混凝剂作用而形成的大颗粒沉淀物在澄清池内分离，沉淀物除去，得到澄清水。

过滤：将被处理的水，流经装有特殊过滤材料装置，如各种滤池等，截留水中杂质，予以去除。

软化：采用化学药剂，如石灰水，苏打粉等，使水中碳酸氢盐硬度除去；或是采用阳离子交换树脂等方法除去水中的钙、镁、铁离子等，这一过程称为软化。

消毒：加入杀生剂，如液氯、漂白粉等，杀灭水中的微生物。

13、 为什么某些设备要进行水的软化处理？
天然水中含有各种盐类，这些盐类溶解为阳离子和阴离子，主要有Ca 2+、Mg 2+、Na +和HCO 3-、SO 42-、CL -等。

含有这些盐类的水，在加热蒸发浓缩的过程中（如锅炉用水），水中的Ca 2+、Mg 2+等离子不断地与水中某些阴离子结合成难溶物质而析出，并生成水垢（俗称水锈），附在锅炉的受热面上。

由于水垢的导热性能很差，从而阻碍了热交换，大大降低了锅炉的热效率，既浪费燃料又易烧坏部件，并危及安全，造成不良后果。

为了消除或减少这些危害，就要把水中能形成水垢的硬度成分，如钙、镁离子，还有其它高价金属离子如铁、铝、锰等（因含量很少，虽然成垢，可略去不计），予以去除。

因此，就需要进行水的软化处理，特别对于某些闭式系统更要进行水的软化处理。

10 14、 软化处理有哪些基本方法？
软化处理的基本方法有三种：
（1） 化学软化法
就是在水中加入一些药剂，从而把水中的钙、镁离子转变为难溶的化合物，并使其沉淀析出。

如石灰软化法等。

（2） 离子交换软化法
利用离子交换剂活性基团中的H +、Na +等阳离子与水中的硬度成分Ca 2+、Mg 2+进行离子交换，从而除去Ca 2+、Mg 2+以达到软化的目的。

（3） 热力软化法
就是将水加热到100℃或100℃以上，在煮沸过程中，使水中的钙、镁的碳酸氢盐转变为CaCO 3和Mg(OH)2沉淀去除。

热力软化法只能基本上除去
碳酸盐硬度，而不能去除非碳酸盐硬度。

此外，还有电渗析软化法等，但通常使用的主要方法是离子交换软化法和化学软化法。

15、 用钠离子交换树脂进行软化处理的原理和特点是什么？
钠离子交换软化处理的原理是将原水通过钠型阳离子交换树脂，使水中的硬度成分Ca 2+、Mg 2+与树脂中的Na +相交换，从而吸附水中的Ca 2+、Mg 2+，使水得到软化。

如以RNa 代表钠型树脂，其交换过程如下：
2RNa+Ca 2+==R 2Ca+2Na +
2RNa+Mg 2+==R 2Mg+2Na +
即水通过钠离子交换器后，水中的钙、镁离子被置换成钠离子。

水经过一级钠离子交换后，残余硬度一般小于2.5×10-2mmol/l(50[H +]umol/l),可供低压锅炉使用。

当钠离子交换树脂失效之后，为恢复其交换能力，就要进行再生处理。

再生剂为价廉货广的食盐溶液（可因地制宜、就地取材，如亦可用海水或NaNO 3废液等），再生过程的反应如下：
R2Ca+2NaCL==2RNa+CaCL2
R2Mg+2NaCL==2RNa+MgCL2
经上述处理，树脂即可恢复原来的交换性能。

钠离子交换软化处理的特点是：
（1）除去水中的硬度而碱度不变，只不过是Ca2+、Mg2+与Na+进行等[H+]mol交换而已；
（2）在一般天然水中Mg2+的含量都比较少，主要起交换作用的是Ca2+与Na+，而钙的1[H+]mol数是20，钠的1[H+]mol数是23，基本接近，因此，钠离子交换软化处理的水中含盐量基本不变，水中溶解固形物也没有多大变化。

（3）在再生过程中，有时由于正洗不彻底，或者是再生剂系统阀门的泄漏，使软化处理后的水中氯根反而比原水有所增加，但通过精心操作
是可以避免的。

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