工业用水处理 21页

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\n1.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\n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\n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\n①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。\n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\n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\n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。\n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。\n(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\n1．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。（2）离子交换树脂在存放时要保持湿润，防止脱水。（3）离子交换树脂在存放时要注意防冻。3．新树脂使用前的预处理（1）用水反冲洗树脂，除去杂质和细碎树脂。（2）用5%HCI浸泡树脂4~8h，排去酸液，用水冲洗树脂至出水呈中性。（3）用2~4%的NaOH浸泡树脂4~8h，放掉碱液，用水冲洗树脂至出水近中性。4．离子交换树脂的鉴别阳树脂与阴树脂的区分（1）取树脂样品2mm，置于30mm的试管中，用吸管吸去树脂层上面的水。（2）加入1MHCI15mm，摇动1~2min，将上部清液吸去，这样重复操作2~3次。（3）加入纯水清洗，摇动后，将上部清液吸去，重复操作2~3次，以去除过剩的HCI。经上述操作后，阳树脂转为H型，阴树脂转为CI型。\n（4）加入已酸化的10%CuSO4（其中含1%H2SO4）5mm，摇动1min放置5min。如树脂呈浅绿色，即为阳树脂，如树脂不变色则为阴树脂。强酸性阳树脂与弱酸性阳树脂的区分（1）在上述区分阳树脂与阴树脂的操作后，将呈浅绿色的阳树脂用纯水清洗后加入5M的氨液2mI，摇动1min。（2）再用纯水清洗，如树脂转变为深蓝色的为强酸性阳树脂，颜色不变的为弱酸性阳树脂。强碱性阴树脂与弱碱性阴树脂的区分（1）在前述区分阳树脂与阴树脂的基础上，将未变颜色的阴树脂，用纯水清洗，加入1M的NaOH溶液5mI，摇动1min，用纯水充分清洗。（2）加入5滴酚酞指示剂，摇动1min，用清水充分清洗，如树脂呈红色则为强碱性阴树脂，如不变色的可能为弱碱性阴树脂。（3）要确定不变色的树脂是否为弱碱性阴树脂，则可加入1MHCI，摇动1min,用纯水洗净，如树脂呈桃红色，则可肯定为弱碱性阴树脂，如不变色则为无交换能力的树脂。三、离子交换在水处理中的应用（一）钠离子软化1．软化：除去水中硬度离子的过程。2．软化的方法：沉淀软化、热力软化等。3．钠离子软化采用的交换剂磺化煤或阳离子交换树脂。（二）软化与除碱1．单纯的钠离子交换不能满足水质的要求，必须在软化的同时进行除碱。\n2．除碱的方式：钠离子软化—加酸系统，氢—钠并联离子交换系统。（三）复床除盐复床是指水依次通过装有请性阳交换器和装有氢氧性阴交换气的系统，基本除去水中的各种矿物盐。（四）混合床除盐复床除盐的出水水质达到初级纯水的水平。如果要制取纯度更高的水，可采用混合床除盐。四、离子交换树脂的再生（一）复床系统离子交换树脂的再生（固定床）。1．顺流再生：再生液流向与运行水流一致的再生方式。2．逆流再生：再生液流向与运行水流相反的再生方式。（二）混合床离子交换树脂的再生有两种方法：体外再生和体内再生。五、其他离子交换除盐系统（一）浮动床1.浮动床：在浮动床工艺中，运行水流自下而上通过离子交换树层，再生时药液自上而下流过，与固定床逆流再生工艺中的流向正好相反。运行时树脂层被水流托起呈悬浮压实状态。2.浮动床的特点（1）浮动床属对流再生工艺。（2）浮动床颗粒级配有利于运行。（3）浮动床再生效率高，操作较简单。\n（4）浮动床应装满树脂，并定期将树脂移出体外进行清洗。（5）浮动床不宜频繁启停，不适用于需间断供水的场合。（二）双层床1．在逆流再生固定床中按一定配比装填弱、强两种同性离子交换树脂的除盐系统。2．双层床选用树脂有一定要求。3．双层床的再生也采用逆流再生工艺。4．双层床与固定床相比具有显著的优点。（三）三层混床1．三层混床是一种新颖的混床工艺，除装载有阳、阴树脂外还装有惰性树脂。2．三层混床出水质量好，制水周期长，水阻力小。3．三层混床对树脂的密度颗粒度有一定的要求。4．三层混床应采用纯度较高的再生剂。（四）精处理氢交换器1．在固定床阳交换器内装载凝胶型强酸性阳树脂，用化学纯盐酸进行再生，取代混合床而串联在复床系统之后，达到精致水质的目的。2．精处理阳床取代混合床，使设备和系统大为简化，操作也较简单。3．必须使用纯度较高的再生剂。六、离子交换树脂的变质、污染及其防止（一）树脂的变质\n1．离子交换树脂是一种高分子化合物，随着使用时间的增加会发生老化现象。2．树脂的老化速度与运行温度有关，温度越高老化速度越快。3．进水中含有氧化剂会使树脂氧化变质。（二）树脂的污染1．悬浮物污染。2．铁污染。3．有机物污染。(三)树脂的判废离子交换树脂的判废依据是：《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》和《201×7强碱性阴离子交换树脂报废标准》。七、固定床离子交换器的结构（一）顺流再生固定床1．筒体。2．进水装置。3．进再生液装置。4．底部排水装置。（二）逆流再生固定床逆流再生固定床与顺流再生固定床的区别有两点：1．再生液自底部排水装置进入，因而不需进再生液装置。2．在树脂层面加一中间排液装置，用来排放再生液，在小反洗时\n兼做反洗水进水分配管。（三）体内再生混合床体内再生混合床与逆流再生固定床相似，不同之处有几点：1．筒体高度应保证反洗时树脂有50~80%的展开空间。2．中排装置应处于阳、阴树脂的交界处，采用母管支管型。3．大中型装置应在树脂层面150~200mm以上设置碱再生液分布装置，采用母管支管式。4．大中型混床底部的树脂与垫层交界处，设有压缩空气分布装置用于树脂的混合，常用母管支管式。采用多孔板排水装置的混合床，排水装置兼做空气分配。第四节电渗析、反渗透和纳滤、超滤一、电渗析（一）电渗析是一种利用电能来进行的膜分离技术。（二）电渗析的主要特点1．能量消耗不大2．药剂耗量少，环境污染小。3．设备紧凑，占地面积不大。4．操作简单，易于向自动化方向发展。5．设备经久耐用，预处理简便。6．水的利用率高，排水处理容易。7．设备规模，除盐浓度范围的适应性大。二、反渗透和纳滤\n（一）反渗透1.反渗透是一种以压力作为推动力，通过选择性膜，将溶液中的溶剂和溶质分离的技术。2.反渗透的特点（1)反渗透设备紧凑、占地面积小。（2）单位体积产水量高。（3）能量消耗少。（4）适用范围广泛。3.反渗透膜的品种大多是用有机高分子材料制成的，也有少数是用无机材料制成的。4.反渗透在水处理中的应用（1）海水、苦咸水的淡化。（2）反渗透—离子交换联合除盐。（3）饮用纯净水的制取。（二）纳滤1.纳滤是20世纪80年代出现的，它比反渗透膜有较大的孔，孔径多在纳米级。2.纳滤是为了适应多种工业的需要，降低反渗透工作的压力而出现的结于反渗透和超率之间的膜种。3.纳滤膜与反渗透膜一样也是在致密的脱盐表层下有一个多孔支撑层，起脱盐作用的是表层。（三）连续电除盐1.连续电除盐[电去离子法简称EDI]或[连续去离子法CDI]，这是我\n国由EDI和CDI中结合含义自取的名字。2.是一种深度除盐制取超纯水的技术3.EDI是将电渗析法与离子交换法结合起来，集中了它们的优点，克服了缺点而形成的一种新技术。4.连续电除盐的应用（1）主要用在反渗透之后，代替混床深度除盐。（2）实例①陕西省咸阳彩虹彩色显像管厂超纯水项目。②北京有色金属总院超纯水项目。（3）特点①占地面积小，取消了再生系统。②产水水质稳定。③无环境污染。④水的利用率高。⑤运行费比离子交换混床更为经济。（四）超滤1.超滤是用半透明膜作选择障碍层，允许某些组分透过而保留混合物中的其它祖坟，从而达到分离的目的。2，设备简单，操作方便。3.无相变、无化学变化。4.处理效率高，节能。\n第五节工业废水的回收和利用1、开源节流（一）水的世界性危机早在20世纪70年代，联合国第一次人类环境会议就发出“水将导致严重的社会危机”的呼吁，以后国际机构和专家们不断发出警告，例如到20世纪90年代提出：“我们正在进入一个新的水源紧缺的时代，随着湖泊面积缩小，江河断流以及地下水位日渐下降，世纪之交可能出现用水危机。如不采取措施，今后世界冲突的爆发可能会以争夺宝贵的水资源的控制权为中心。”在联合国下属机构“世界水委员会”成立了“21世纪水世界委员会”，1999年在我国上海召开了第一次工作会议，探讨中国世纪水的展望与构想的可能性。我国早在20世纪70年代，国家领导就开始重视环保问题，召开环保工作会议，成立国家环保局，到20世纪70年代颁布了《水污染法》和《水法》。（二）我国的用水情况1.虽然我国制定了《水污染法》和《水法》。国家宪法中也规定水是国家资源，要有偿使用，但水的浪费和水质污染问题还是非常严重的。2.农业是我国的用水大户，占总用水量的70%左右，长期以来我国农业采用粗放型灌溉，水的利用率很低，因此要向发达国家学习，科学地发展节水农业。3.在工业和城市用水方面，水浪费现象也很严重，除北京、天津、大连、青岛等城市水重复利用率可达70%以外，其余城市仅有30~50%，有的城市更低，而发达国家已达70%以上，全国大多数城市自来水跑、冒、滴、漏的损失率估计为15~20%。4.近年来我国在开源节流和防止水污染方面做了大量工作，如“长江三峡水利工程”和“南水北调工程”的建立；再制定的法规中规定了各行业不论抽取地表水还是地下水都要收费，向公共水体排水也要收费，若超标还要受罚。但前水体污染问题仍非常严峻，一方面需加强宣传、严格执法，而另一方面应减少工业用水的废水排放，加强废水处理，开发和推广使用环保型的水处理药剂，达到保护水资源的目的。\n二、工业废水的回收利用（一）工业用水的节约途径1.在工业用水方面各行业的单位用水量与发达国家相比也要高很多，水资源重复利用率很低，因此节约用水有相当的空间。2.在工业用水领域，节约用水应当从加强企业的水务管理着手，减少跑、冒、滴、漏，努力提高水的重复利用率，实行分级用水。3.工业用水领域的重要环节，是开发节水新技术、新工艺，研制新设备和新材料，将用水量降下来。（二）冷凝水的回收利用（略）（三）排污水的回收利用1.锅炉连续排污水用于社区采暖和生活用热水。2.锅炉连续排污水用于补充用热。3.排污水可用于设备、零部件的油污清洗。排污水PH值为12~13，为碱性水，用来清洗设备和零部件的油污，其效果由于蒸汽清洗。4.排污水可用作脱硫和酸碱中和排污水为碱性水，用作脱硫和酸碱中和，可以降低除尘循环用水量和酸度，减少二次污染。（四）大力推广使用中水1.有条件的企业，都应将各种工业废水予以回收，经过处理后，重复使用，提高回用率。2.在企业在处理废水时应采用新型的环保型水处理药剂，以免造成二次污染。3.有条件的企业都应铺设中水管道，使用中水，减少用水量，降低\n成本，节约开支。