工业用水的预处理

第二章第二章工业用水的预处理工业用水的预处理序论一、预处理的任务一、预处理的任务预处理是指进入离子交换装置或膜法脱盐装置前的处理过程。包括凝聚、澄清、过滤、消毒等技术。主要任务：（1）去除悬浮物、胶体物和有机物；（2）降低生物物质，如浮游生物、藻类和细菌；（3）去除重金属，如铁、锰；（4）为减少除盐设备的负担，去除钙镁硬度和重碳酸盐。二、污染粒子尺寸和处理技术二、污染粒子尺寸和处理技术悬浮杂质包括泥砂、虫类、原生生物、藻类、细菌病毒、高分子有机物等；粒径在0.1mm以上的泥砂颗粒，沉积速率在7.5mm/s以上时可靠自然沉淀把其除去；当粒径为0.01mm时，沉积速率为0.075mm/s，用自然沉降法就不经济了；粒径在0.001-1mm时的胶体溶液，必须用混凝技术。三、原水预处理的水质要求三、原水预处理的水质要求1．各种脱盐装置都有不同的预处理要求，应根据这些要求选择合理的预处理系统。例如：凝胶型树脂，正流再生床要求悬浮物小于5ppm，浮床要求小于1ppm,游离氯小于0.1ppm；反渗透（中空纤维式）要求浊度小于0.3。2．预处理水质超标时，脱盐装置就不能正常运行。例如：浮床进水浊度高时，会造成压差增大，再生比耗高；电渗析进口水浊度高时，压差增大，产水量降低，耗电量增大，检修周期变短；高分子有机物会使凝胶型阴离子交换树脂污染，造成吸收SiO2能力降低，正洗水量变大；铁、锰等金属会使树脂中毒，造成再生比耗变大；微生物类会影响混凝效果，使滤池滤层结块，滤层不易洗净，影响出水浊度。第一节第一节混凝混凝自然沉降不能去除所有的悬浮物和胶体。混凝即是通过投加化学药剂来破坏胶体和悬浮物在水中形成的稳定体系，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体，然后用重力沉降法予以分离。混凝过程包括凝聚和絮凝两个步骤，凝聚是指使胶体脱稳并聚集成微絮粒的过程；絮凝是指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大的絮体的过程。凝聚和絮凝统称为混凝。一、胶体的稳定性和胶体结构一、胶体的稳定性和胶体结构1．胶体的稳定性水中的同种胶体微粒带有同号电荷，在静电斥力的作用下，不易相互聚集，具有一定的稳定性。2．胶体的结构a.胶核：由数十个至数千个不溶于水的分散相物质分子组成的。b.胶粒的电位离子：胶核的表面上选择性地吸附了—层带同号电荷的离子；其来源于胶核表层分子电离，或胶核从水中吸附来的。---决定了胶粒的带电符号和电荷多少，构成双电层的内层。c.反离子：电位离子层通过静电作用而吸引的水中相反电荷的离子，构成双电层的外层。d.反离子吸附层：反离子与电位离子之间。当胶核运动时，它也随着一起运动。构成胶团的固定层。e.反离子扩散层：固定层以外。电位离子对其引力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势。f.胶粒：固定层和扩散层之间的交接面称为滑动面，滑动面以内的部分称为胶粒。g.胶团：胶粒与扩散层一起构成了电中性的胶团。h.胶体的电动电位（ξ电位）当胶粒运动时，扩散层中的大部分反离子就会脱离胶团，向溶液主体扩散。其结果必然使胶粒产生剩余电荷，使胶粒与扩散层之间形成一个电位差，其可反映胶粒带电的多少，衡量胶体稳定性的大小。ξ愈高，稳定性愈高。I.总电位（Ψ电位）胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位差。---Ψ电位一定时，扩散层愈厚，ξ愈高。二、混凝机理二、混凝机理不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳，其机理可归结为四种：（1）压缩双电层胶体的稳定性取决于两种力何者占主导地位。当距离很近时，范得华力占优势，合力为吸引力，两个颗粒可以相互吸住，胶体脱稳；当距离较远时，库仑斥力占优势，合力为斥力，两个颗粒相互排斥，胶体将保持稳定。当胶体颗粒间距离大于3nm时，颗粒总处于相斥状态对憎水胶体颗粒而言，其胶核表面间隔着两个滑动面内的离子层厚度，使其总处于相斥的状态，这就是憎水胶体保持稳定的根源；对亲水胶体颗粒而言，因其吸附大量的水分子而构成水壳，使它们不能靠近而保持稳定。投加电解质后，水中与胶粒上反离子具有相同电荷的离子浓度增加了。这些离子可与吸附的反离子发生交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷减少，降低ξ电位，并使扩散层厚度缩小。--------压缩双电层各种电解质压缩能力是不同的。在浓度相同的条件下，破坏能力随离子价的增高而加大。Schulze-Hardy法则：能力与离子价的2-6次方成正比。对同一胶体体系，要获得相同的压缩双电层效果时，用一价离子的浓度需要25～150mmol/L;二价离子需要0.5～2mmol/L；三价离子需要0.01～0.1mmol/L。（2）吸附电中和胶体表面对异号离子、异号胶粒或链状高分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用。由于这种吸附作用中和了它的部分或全部电荷，减少了静电斥力，因而容易与其它颗粒接近而相互吸附。图2-3吸附电中和（3）吸附架桥作用若药剂是具有能吸附胶粒