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1、工业给水处理工程Industrial water treatment technology,课程安排：16学时成绩计算方法：平时成绩占20%包括：出勤率、课堂纪律情况考试占80%。,引言：关于课程的设置1）工业给水处理工程是水质工程学的一部分，将其独立为一门课程，便于系统地学习工业用水处理的知识。,2）工业迅速发展的需要 随着工业技术的发展,各行各业不仅需要的水量越来越大，对用水水质的要求也越来越高,导致工业给水处理技术在近些年有较快地发展,出现了新的理论、新的工艺和设备。3)水资源紧缺的需要 需要我们更加珍惜水资源，尽量回用水，减少水的浪费。如循环冷却水，需要我们不断研究更好的水质保障技术和
2、冷却技术。,钢厂高压水冲洗罐体,纳滤处理设备,20002007年，全国工业用水量由1138亿m3增加到1402亿m3，增长了23.2%。生活用水量577亿m3增加到670，增长了17.5%。,水资源世界：1.3861018m3 淡水6人类可利用的淡水资源仅为4.71015m3 我国 水资源总量不算少，我国水资源总量少于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚，居世界第六位。我国人均占有地表水资源约2700立方米，居世界第88位；人均可利用水资源不及世界人均水资源量的1/4。总量丰富而人均水资源量匮乏；水资源时空分布不均；资源性缺水与污染性缺水并存。,主要参考书目：1.李圭白，张杰.水质工程学，中
3、国建筑工业出版社，20052.周本省.工业水处理技术，化学工业出版社，北京，19973.给水排水和中国给水排水杂志中“工业给排水”栏目4.给水排水设计手册（第四册）、http：/、在线给水排水等。,1.1 工业用水的含义、分类和水质要求,一、工业用水的含义CJ40-1999工业用水分类及定义 社会总用水量可分为工业用水、农业用水和城镇生活用水三个部分。所谓工业用水，是指工矿企业的各部门在工业生产过程（或期间）中，制造、加工、冷却、空调、锅炉等处使用的水及厂内职工生活用水 的总称。,第一章工业给水处理工程概述,二、工业用水对水质的基本要求满足生产用途的需要；保证产品的质量；同时不会产生副作用，造
4、成生产故障，损害技术设备。,三、工业用水的分类（一）按工业部门分类 主要是按不同工业部门即行业进行分类，按国标国民经济行业分类和代码中规定并结合工业行业实际情况进行分类。如钢铁行业、造纸行业、医药行业、火力发电行业等。,（二）按生产过程主次分 国标评价企业便用水技术通则中将工业用水分为主要生产用水、辅助生产用水（机修、锅炉、运输等），附属生产用水（包括厂内的生活用水）。,（三）按水的用途分类1、生产用水：直接用于工业生产的那部分水。包括简介冷却水、工艺用水、锅炉用水。2、生活用水：厂区和车间内职工生活用水及其他用途的 杂用水统称为生活用水。,（1）间接冷却水：工业生产过程中，为保证生产设备能在
5、正常温度下工作，吸收或转移生产设备多余热量需要使用到冷却水（占到了工业用水总量的70%以上），当此冷却水与被冷却介质之间由热交换器壁或设备隔开时，则称为间接冷却水。（2）工艺用水：在工业生产中，用来制造、加工产品以及制造、加工工艺过程有关的这部分用水称为工艺用水。包括：产品用水、洗涤用水、直接冷却水和 其他水。（3）锅炉用水：为生产工艺或采暖、发电需要产汽的锅炉用水及锅炉水处理用水统称为锅炉用水。包括：锅炉给水、锅炉水处理用水。,产品用水：指生产过程中，作为产品原料的那部分水（液态水或产品的组成部分或参加化学反应）。,啤酒生产工艺流程,洗涤用水：指生产过程中对原材料、物料、半成品进行洗涤处理的
6、水。,木薯淀粉工艺,直接冷却水：指生产过程中，为满足工艺过程需要，使产品或半成品冷却所用的，与之直接接触的冷却水（包括调温、调湿使用的直流喷雾水）其他水:指上述用水以外的工艺用水。,锅炉给水：直接产生工业蒸汽而进入锅炉的水。包括：冷凝水和经化学水处理（软化或除盐）后的补给水,典型的锅筒式锅炉回路,锅炉水处理用水：处理锅炉补给水的化学水处理工艺所用的再生、冲洗等用水。,（四）按水质分类 根据各工业部门对水质的不同要求，按水可分为：原水、软化水、脱盐水、纯水、超纯水。1、原水 指未经过处理的水。从广义来说，对于进入水处理工序前的水也称为该水处理工序的原水。例如由水源送入澄清池处理的水称为原水。3、
7、软化水 软化水是指将水中硬度（主要指水中钙、镁离子）去除或降低一定程序的水。水在软化过程中，仅硬度降低，而总电解质含量不变。,3、脱盐水 脱盐水是指水中盐类（主要是溶于水的强电解质）除去或降低到一定程度的水。其电导率一般为1.0-10.0s/cm,电阻率（25）cm,含盐量为1-5mg/L。4、纯水 指水中的强电解质和弱电解质去除或降低到一定程序的水。其电导率为：0.11.0s/cm,电阻率1.0-10Mcm，含盐量1mg/L。,5、超纯水 超纯水是指水中的导电介质几乎完全去除，同时不离解的气体、胶体以及有机物质（包括细菌等）也去除至很低程度的水。其电导率一般为0.1-0.055s/cm，电阻
8、率（25）10Mcm,含盐量为0.1mg/L。,1.2 工业给水处理的重要性,工业给水处理就是将水质处理到能满足企业内部不同工艺、不同设备对水质的要求，保证企业生产正常进行。如果处理达不到这种要求，则会对产品、设备生产一系列的危害，主要有以下几点：（1）影响产品质量(电子工业会影响集成电路质量；影响印染产品色泽不均)（2）影响设备安全（锅炉炉管内结垢、腐蚀，发生爆管）（3）降低效率、浪费能源（热交换器结垢影响传热效率）（4）影响人们健康（食品和饮料行业）所以，现代的工业企业，都需要重视用水的水质及相应的水处理工作，这是保证产品质量、提高效率、保护设备的重要条件。,1.3 工业用水的水源一、地表
9、水 地表水通常包括河水、湖水、水库水。这些水主要由雨水、冰川融水和泉水等地面径流汇合而成，地表水水质易受气候、季节影响大，也易受工业废水和生活污水排放的污染物的影响，水质波动大，悬浮物多，水中生物及微生物多。因此，对以地表水为水源的工业企业，应定期的对水源水质进行分析，通常每月一次，建立水源水质资料档案。,二、地下水 地下水即通常所说的井水或泉水。它是雨水或地表水经过地层的渗流而形成的。地下水由于与外界隔绝，水质受气候、季节影响小，水质稳定，浊度低有机物少、微生物少，含盐量相对较高。由于井水水质稳定，可每季度一次建水源水质档案。,三、城市自来水 由于经济成本问题，使用城市自来水作水源的都是用水
10、量较少的中小型企业，有时仅是企业的某个车间、工段。城市自来水的水质稳定，应符合生活饮用水水质标准，受气候影响非常小。工业企业用水从管网上引出，水质多少会受管道的影响，也应对其水质进行定期分析，建立档案。,四、海水 海水水质差，含可溶盐多，但水质稳定。沿海地区的工业企业，经常取用海水作冷却水；某些淡水资源紧缺的地区，也可以取用海水，进行淡化处理后，作工业的其他用途，但其费用昂贵。,五、处理过的城市污水 有些缺水地区的工业企业直接将城市生活污水二级处理后的出水或经三级处理后的出水作冷却水的水源；作为工艺用水的水源，需要在二级出水的基础上更进一步深度处理，达到相应工艺用水的水质要求，在技术上要求上，
11、在经济上处理费用也较高。,1.4 工业给水处理中的重要水质指标一、含盐量、溶解性固体和电导率 将滤去悬浮物的水在水浴上蒸发至干，然后在105110下恒重，得到的固体物质量即为水的溶解性固体,单位是mg/L。水的含盐量严格讲是指水中溶解的无机盐的总量，它是通过水质全分析，根据所测量的水中的全部阳离子和全部阴离子量通过计算而得到的。单位是mg/L。,水中溶解的带电荷离子在电场作用下会移动，即有电流通过，因而水是导电的，水的导电能力即电导率，电导率大小与水中带电离子量成正比，故可以用电导率反映水中溶解的离子含量。电导率的单位是S/cm 与测定水的溶解固体和含盐量相比，电导率方法简便、快速、灵敏度高，
12、又不破坏水样，所以得到广泛应用，特别适应于工业水处理的过程监测。在区分水的纯度是一个重要的指标。,三、碱度和酸度 水的碱度是指水中能接受强酸中H+或与之发生反应的物质的量，包括碱及强碱弱酸盐，比如NaOH、NaHCO3等。按测量方法不同，碱度有甲基橙碱度和酚酞碱度两种，单位为mmol/L。要注意区别碱度和碱性及pH之间的不同。碱度包括碱但不全是碱，而且大多数情况下碱度仅由强碱弱酸盐组成。含有强碱的水碱性强，pH也高，但碱度不一定高；而碱度高的水、碱性不一定强，pH也不一定高。,水的酸度是指水中能接受强碱中OH-或与之发生反应原物质的量。水酸度的测定是用NaOH来滴定，指示剂可以用酚酞也可用甲基
13、橙。用酚酞时，测定结果包括水中的强酸（如HCl）、弱酸（如CO2）及强酸弱碱盐（如Fe Cl3），测得的酸度为总酸度。用甲基橙作指标剂时，测定结果仅为水中的强酸（或某些强酸弱碱盐），此时称为强酸酸度，有时强酸酸度也简称为酸度。,三、硬度、碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度、负硬度 硬度通常是指水中钙、镁离子的总含量，因为它们能形成坚硬的水垢，所以叫硬度。相反，去除水中钙、镁离子的过程则称为软化，去除钙、镁离子的水则称为软化水。硬度的常用的单位是mmol/L（C(1/2Ca2+)或（1/2Mg2+），但目前还在使用其他一些单位，比如：mgCaCO3/L:是将水中硬度离子全部换算成CaCO3，计算以mg/L
14、为单位的浓度，1mmol/L=50mg CaCO3/L。德国度（。G）:指水中硬度离子全部换算成CaO,计算mg/L为单位的浓度，每10mgCaO/L为1。G，1mmol/L=2.8。G。,水的碳酸盐硬度是指水中与HCO3-结合的钙、镁离子的量。碳酸盐硬度在水受热时会以垢形式析出，也称为暂时硬度。非碳酸盐硬度是指水中与Cl-、SO42-、NO3-相结合的钙、镁离子的量。非碳酸盐硬度在水受热甚至在煮沸时不析出垢，亦称为永久硬度。在一般天然水中，由于HCO3-就是水的碱度，故可以用碱度和硬度两项指标求出碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度和负硬度。负硬度是指水中碱度比硬度大时，碱度与硬度结合成碳酸盐后剩下的部
15、分，即与钠、钾结合的部分，所以负硬度代表的是钠或钾的重碳酸盐。,硬度是水质的一个重要指标。生活用水与生产用水均对硬度指标有一定的要求，特别是锅炉用水中若含有硬度盐类，会在锅炉受热面上生成水垢，从而降低锅炉热效率，增大燃料消耗，甚至因金属壁面局部过热而烧损部件、引起爆炸。对于低压锅炉，一般要进行水的软化处理；对于中、高压锅炉，则要求进行水的软化与脱盐处理。,1.5 天然水中杂质 自然界中的水一直处于不停的运动中，并保持循环状态（自然循环和社会循环）。水在这些循环运动中，与大气尘埃、土壤、岩石、矿物以及各种污染物接触，还会滋生细菌和各种水生生物。因此，天然水中杂质按其颗粒大小可分为：悬浮物、胶体和
16、溶解性物质。其中溶解性物质又包括溶解性气体、溶解性无机离子、溶解性有机物质三种。,（1）悬浮物：通常指水体中粒径大于100nm（0.1um）以上的颗粒称为悬浮物，属于肉眼可见或光学显微镜下可见物。包括：泥沙、黏土、藻类、细菌及动植物肢体。（2）胶体：指水体中尺寸约1100nm的颗粒。由于颗粒较小，沉速很慢，依靠重力很难达到沉降的目的，再加上胶体颗粒带有电荷以及布朗运动的影响，使水体中胶体颗粒非常稳定，不能用自然沉降的方法去除。按成分分为：无机胶体、有机胶体和混合胶体。无机胶体多位硅、铝、铁的化合物、复合物及其聚合体；有机胶体多为大分子的有机物，天然水中常见的腐殖质、蛋白质类的有机胶体；混合胶体
17、多为无机胶体上吸附了大分子有机物构成。,（3）溶解性物质1）水中溶解气体二氧化碳CO2地表水一般仅为510mg/L；地下水达到几十mg/L到几百mg/L。溶解氧：来自于大气和水生生物的光合作用。氮：主要来源于工业和生活污水中的污染物。天然水体中含量为零到几个毫克。硫化氢H2S：地下水中有时含有硫化氢，与地下水流经地质环境有关（如油田地质）；地表水中的硫化氢主要来源于工业污水和生活污水排放的含硫化合物。甲烷气体：天然水体中含量较少，主要是有机污染物的厌氧分解产生的。,2）溶解的无机离子天然水体中溶解的无机离子有阳离子：K Na Ca2+Mg2+阴离子：HCO3-CO32-SO42-Cl-含量占水
18、中总无机离子的95%以上。除此外还有其他的无机离子，含量均较低，在mg/L级及以下。主要来源于地层中的矿物和岩石。3)溶解的有机质分溶解态、胶态和悬浮态三种。主要来自工业和生活排放物，动植物肢体，微生物、动植物和微生物代谢的产物等。通常采用水通过0.45um或0.15um孔径滤膜后的水中有机物当作溶解态有机物。以总有机碳TOC表示的话，一般在几个mg/L以上，地下水中有机物含量少，CODmn为1mg/L左右。,1.6 天然水水质分类,天然水是指天然形成的、未经任何人工处理或污染的水。对于天然水水质分类目前无统一标准，不同行业、不同用途往往有不同分类方法，下面介绍几种常见的分类方法。一、按含盐量
19、分类 水的含盐量高低直接影响工业用水及水处理的成本，因此按含盐量来进行分类的方法应用很普遍，它的方法为：,1低含盐量水指含盐量1000mg/L的水；5含盐量2000mg/L的水通常称为苦咸水。国外还有人对不同含盐量的水进行如下命名：含盐量5000mg/L为盐水。,二、按水的硬度分类 天然水的硬度与含盐量之间有简单的对应关系，天然水硬度高低也直接影响工业水处理，它的分类方法如下：1极软水指水硬度9mmol/L的水。,三、根据水的碱度和硬度比值分类 一般假设天然水的硬度（Ca2+、Mg2+）先与水中碱度（HCO3-、CO32-）结合，剩余的才与硫酸根和氯离子结合。根据此假设可将天然水质分为三种情况。（1）碱度小于硬度值；这种水中存在碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度，不存在过剩碱度。（2）碱度值等于硬度值；这种水中存在碳酸盐硬度，不存在非碳酸盐硬度和过剩碱度。（3）碱度值大于硬度值，这种水中存在碳酸盐硬度和过剩碱度，不存在非碳酸盐硬度。,本节要点：工业用水的概念；工业用水对水质的基本要求；工业用水按水的用途分类；工业用水按水的纯度分类；工业给水处理水质达不到要求将造成的危害(即工业给水处理工程的重要性)；工业用水的水源有那几种;含盐量溶解性固体电导率的概念;碱度和酸度概念;硬度非碳酸盐硬度碳酸盐硬度的概念,
