工业循环水绪论.pptx

教学章节教学章节理论理论实践实践讨论、习题讨论、习题1 1、绪论、绪论4 42 2、循环冷却水的前处理、循环冷却水的前处理3 33 3、循环冷却水系统、循环冷却水系统2 24 4、水垢及控制、水垢及控制6 65 5、金属腐蚀及控制、金属腐蚀及控制6 66 6、微生物及控制、微生物及控制5 57 7、水质稳定剂的筛选和应用、水质稳定剂的筛选和应用2 28 8、清洗、预膜和正常运行、清洗、预膜和正常运行2 2机动机动2 2总总 计计3232工业水处理技术主要教学内容主要参考书：主要参考书：(1)顾夏声等：顾夏声等：水处理工程水处理工程第一版，清华大学出版社，第一版，清华大学出版社，1985(2)唐受印著：唐受印著：工业冷却循环水处理工业冷却循环水处理，化工出版社，化工出版社，2003(3)黄霞等著：黄霞等著：水处理工程水处理工程，清华大学工业出版社，清华大学工业出版社，2005(4)GeorgeTchobanoglous,FranklinL.BurtonandH.DavidStensel:Wastewater Engineering,treatment disposal and reuse,Fourthedition,Metcalf&Eddy,Inc.,（清华大学出版社影印，（清华大学出版社影印，2002年年8月）月）(5)RonaldL.Droste:TheoryandPracticeofWaterandWastewaterTreatment,JohnWiley&Sons,Inc.,1997(6)环环境境工工程程手手册册之之水水污污染染防防治治卷卷，张张自自杰杰等等，高高等等教教育育出出版版社社，1996教材：教材：(1)1)周本省周本省等：等：工业水处理技术工业水处理技术第二版，化工出版社。第二版，化工出版社。地球上水的组成第一讲第一讲绪绪论论1.1水资源水资源世界淡水的组成其它淡水的组成世界的其它淡水中，河流水和湖泊淡水分别占了世界淡水总储量的0.006%和0.26%，再加上少量的浅层地下水,可利用的淡水占全球淡水总储量的0.3%，水资源是水资源是有限的有限的。一、中国水资源特点一、中国水资源特点 1 1 人均占有量少人均占有量少 淡水总量在全世界占第淡水总量在全世界占第6 6位。位。但但人人均均占占有有量量只只有有2340m2340m3 3/人人年年，世世界界平平均均水水准准的的1/41/4，占占8888位。位。2 2 空间分布不均空间分布不均 81 81的水资源分布在长江流域及其以南的水资源分布在长江流域及其以南 东南地区降水量可达东南地区降水量可达1600mm1600mm，造成涝灾，造成涝灾 西北地区降水只有西北地区降水只有500mm500mm，少的地区不到，少的地区不到200mm 200mm 1.2水资源循环与特点水资源循环与特点 3 3 年内及年际变化大年内及年际变化大 60608080降降水水集集中中在在夏夏季季，7 7，8 8，9 9月月；年年际际变变化化差差3 36 6倍（大时）倍（大时）4 4 许多地区缺水严重许多地区缺水严重 三北（西北、华北、东北）和沿海（青岛、大连）三北（西北、华北、东北）和沿海（青岛、大连）在在640640个城市中，个城市中，300300多个城市缺水。多个城市缺水。地枯井枯人枯淹了造成水资源紧缺的原因：造成水资源紧缺的原因：自然原因：如水资源时空分布不均、部分地自然原因：如水资源时空分布不均、部分地区气候反常等。区气候反常等。人为原因：用水量迅速增加；人为原因：用水量迅速增加；水质污染。水质污染。世界用水量的增加城市居民用水工业用水农业用水 二、水资源的自然循环与社会循环二、水资源的自然循环与社会循环 三、水处理工程的任务三、水处理工程的任务 给水工程：取水给水工程：取水给水处理给水处理配水配水 针针对对不不同同的的水水源源水水水水质质，经经处处理理后后满满足足工工农农业业和和生生活活的的对对水水质与水量的要求。质与水量的要求。排排水水工工程程：废废水水收收集集（来来源源于于生生活活、工工业业和和农农业业）废废水水处理处理排放或回用排放或回用1.3 1.3 水污染现状及来源水污染现状及来源一、水污染现状一、水污染现状污水处理率低：污水排放排放量接近污水处理率低：污水排放排放量接近400400亿亿m m3 3。工业废水处理率约工业废水处理率约8080，达标排放的只有，达标排放的只有6060城市污水处理率城市污水处理率40409090以上的城市水域受到污染，特别严重的水系：三河：以上的城市水域受到污染，特别严重的水系：三河：淮河、海河、辽河淮河、海河、辽河湖泊富营养化严重：滇池、巢湖（安徽）、太湖（江苏）湖泊富营养化严重：滇池、巢湖（安徽）、太湖（江苏）5050左右地下水水质受到污染左右地下水水质受到污染5050以上的重点城镇饮用水源不符合标准以上的重点城镇饮用水源不符合标准二、水污染来源二、水污染来源 1 1工业污染源工业污染源 2.2.生活污染源生活污染源 3.3.养殖业养殖业 4.4.面污染源面污染源三、三、污染物性质与水质指标污染物性质与水质指标 1 1 污染物性质污染物性质 按化学物质分：按化学物质分：有机物有机物 无机物无机物 按物理形态大小分：按物理形态大小分：悬浮物悬浮物 胶体胶体 溶解性溶解性 2废水水质指标废水水质指标 1)物理性质：色，温度，物理性质：色，温度，SS2)化学性质：化学性质：pH、有机物、溶解性固体、有毒物、有机物、溶解性固体、有毒物、N、P有机物：综合指标：有机物：综合指标：BOD、COD、TOD（总需氧量）（总需氧量）单项指标单项指标 3)生物学指标：细菌总数、大肠菌数生物学指标：细菌总数、大肠菌数 污水中有毒物质指标（1）无机有毒物质：重金属、氰化物、氟化物等；（2）有机有毒物质：酚类化合物、有机农药、多环芳烃（PAH)、多氯联本（PCB)、洗涤剂等。昔日风景昔日风景昔日风景昔日风景昔日风景昔日风景昔日风景昔日风景昔日风景昔日风景长江之污今日写照今日写照“红”河今日写照今日写照今日写照今日写照2001年度七大水系污染由重到轻的顺序依次是：海河、辽河、淮河、黄河、松花江、长江和珠江。长江水系的主要污染指标是石油类、氨氮和高锰酸盐指数。主要污染指标为溶解氧、高锰酸盐指数、生化需氧量、挥发酚和石油类。黄河干流悬浮物浓度很高，最高达4851毫克/升。四四 水污染原因水污染原因 1人口增加和经济增长的压力：2粗放型发展模式 3.面源污染严重 4污水处理率偏低，大量污水直接排放 5环境意识淡薄、环境管理薄弱、环境执法力度不够 6.排污收费等经济政策未能起到对治污的刺激作用 7.历史欠帐太多，资金投入严重不足五、水污染防止战略对策与保障措施五、水污染防止战略对策与保障措施战略对策：战略对策：1加快城市废水处理厂的建设步伐，实施废水资源化 2尽快实现从末端治理向源头控制的的战略转移，大力推行清洁生产 3从单纯的点污染源治理转向点源、内源和面源的流域综合综合治理 4切实保护饮用水源地，提高饮用水安全性 保障措施：保障措施：1.严格以法治水，制定并实施有效的法律、规章、制度 2.完善水的管理体系，改变“多龙管水”的现象 3.加大水污染治理投资 4.采取有利于水污染防治的经济政策 1.41.4工业用水与冷却用水工业用水与冷却用水 一、水的类别一、水的类别 水的类别很多，从取水的水源可分成水的类别很多，从取水的水源可分成地表水与地下水地表水与地下水。地表水地表水取自地面，它又可分成江水、河水、湖水、海水等。取自地面，它又可分成江水、河水、湖水、海水等。地下水地下水则取自地下，如深井水、地下矿泉水等。则取自地下，如深井水、地下矿泉水等。从从水水的的用用途途上上则则可可分分为为工工业业用用水水、农农业业用用水水、生生活活用用水水即即饮饮用水用水等。等。不不同同的的水水有有不不同同的的水水质质要要求求和和水水质质标标准准，本本书书以以后后的的章章节节将将详细讨论和介绍。详细讨论和介绍。在在工工业业用用水水中中又又可可分分为为冷冷却却用用水水、锅锅炉炉用用水水、工工艺艺用用水水、清洗用水清洗用水等。等。工工业业用用水水在在整整个个用用水水量量中中占占的的比比重重较较大大，而而冷冷却却用用水水在在工工业业用用水水中中又又占占有有最最大大的的比比重重，通通常常为为工工业业用用水水的的60-90，如如果果不不加加处处理理，将将对对设设备备和和管管道道产产生生腐腐蚀蚀、结结垢垢和和微微生生物物粘粘泥泥等等障障碍碍，为为此，人们对工业用水、冷却用水的处理倍加重视。此，人们对工业用水、冷却用水的处理倍加重视。目目前前使使用用的的冷冷却却水水系系统统，通通常常可可分分为为3种种类类型型，即即直直流流冷冷却却水水系统、密闭循环冷却水系统和敞开循环冷却水系统系统、密闭循环冷却水系统和敞开循环冷却水系统。二二、天然水的化学特征、天然水的化学特征 (一一)天然水中碳酸化合物天然水中碳酸化合物 天然天然水中普遍存在着各种形态的碳酸化合物，它们是决水中普遍存在着各种形态的碳酸化合物，它们是决定水质定水质pHpH值的重要因素并且对外加酸、碱有一定的缓冲能值的重要因素并且对外加酸、碱有一定的缓冲能力，同时对水质和水处理有着重要的影响。力，同时对水质和水处理有着重要的影响。(二二二二)天然水的酸度天然水的酸度天然水的酸度天然水的酸度 水的酸度是指水中能与强碱发生中和作用的物质的总量。水水的酸度是指水中能与强碱发生中和作用的物质的总量。水的酸度通常由三类物质组成：的酸度通常由三类物质组成：一是强酸，如一是强酸，如HClHCl、HN0HN03 3、HH2 2S0S04 4等；等；二是弱酸，如二是弱酸，如HH2 2COCO3 3；HH2 2S S、HH4 4Si0Si04 4以及各种有机酸等：以及各种有机酸等：三是强酸弱碱盐等。这些物质在水中都会电离产生三是强酸弱碱盐等。这些物质在水中都会电离产生HH+或或经过水解产生经过水解产生HH+而这些而这些HH+均能与均能与OHOH发生中和反应。这些发生中和反应。这些HH+的总数叫做总酸度，用的总数叫做总酸度，用mmolmmolL L表示。总酸度与水中表示。总酸度与水中pHpH值并值并不是一回事。不是一回事。天然水受到强酸污染时其天然水受到强酸污染时其pHpH值均在值均在4 4以下。而当水的以下。而当水的pHpH值高于值高于4 4时，水的酸度一般都由弱酸构成：如果天然水未受时，水的酸度一般都由弱酸构成：如果天然水未受到工业弱酸的污染，则弱酸主要指碳酸。到工业弱酸的污染，则弱酸主要指碳酸。(三三三三)天然水的碱度天然水的碱度天然水的碱度天然水的碱度 水的碱度与酸度相反，是指水中能与强酸即H+发生中和作用的物质的总量。其组成通常也是三类物质：一是强碱，如NaOH、Ca(OH)2等；二是弱碱，如NH3、有机胺类；三是强碱弱酸盐，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、硫化物等。大多数天然水中，碱度由氢氧化物、碳酸盐和重碳酸盐组大多数天然水中，碱度由氢氧化物、碳酸盐和重碳酸盐组成，通常称之为总碱度，以成，通常称之为总碱度，以MM表示。表示。只有当天然水受到强碱物污染或人为地用石灰进行软化只有当天然水受到强碱物污染或人为地用石灰进行软化处理时，其处理时，其pHpH值才高于值才高于I0I0，这时水的总碱度常由氢氧化，这时水的总碱度常由氢氧化物和碳酸盐组成如造纸厂、制革厂排出的废水及锅炉物和碳酸盐组成如造纸厂、制革厂排出的废水及锅炉用水等。用水等。如果天然水中有大量藻类繁殖，在繁殖过程中会吸收水如果天然水中有大量藻类繁殖，在繁殖过程中会吸收水中中CO2CO2，使水的，使水的pHpH值迅速升高，这时水中总碱度主要由值迅速升高，这时水中总碱度主要由碳酸根组成。碳酸根组成。水的碱度常影响到水质特性，因此水的总碱度是最常水的碱度常影响到水质特性，因此水的总碱度是最常用的一个水质指标。用的一个水质指标。(四四四四)天然水的硬度天然水的硬度天然水的硬度天然水的硬度 通常以Ca2+和Mg2+的含量来计算水的硬度，并作为水质的一个指标。天然水都含有一定的硬度，地下水、咸水和海水的硬度较大。总硬度总硬度 ：按照阳离子组成，为钙硬度和镁硬度；按阴离子组成，分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。暂时硬度、非碳酸盐硬度称为永久硬度。由于天然水的pH值一般均在8.3以下，因此水中CO32的量极少，可以认为天然水中碳酸盐硬度的阴离子就是HCO3。三三三三、工业用水的水质要求工业用水的水质要求工业用水的水质要求工业用水的水质要求 工业用水通常包括工艺用水、锅炉用水、洗涤用水以工业用水通常包括工艺用水、锅炉用水、洗涤用水以及冷却用水等及冷却用水等，要求也不相同要求也不相同。下面着重对锅炉用水下面着重对锅炉用水和冷却用水的水质要求作些阐述：和冷却用水的水质要求作些阐述：()()()()锅炉用水锅炉用水锅炉用水锅炉用水 锅炉用水的水质要求根据锅炉的工作压力和温度的不同而锅炉用水的水质要求根据锅炉的工作压力和温度的不同而不同，不论何种锅炉用水其要求：不同，不论何种锅炉用水其要求：1、对水的硬度拥有较严格的限制。2、凡能导致锅炉、给水系统及其他热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象，使离子交换树脂中毒的杂质如溶解氧、可溶性二氧化硅、铁以及余氯等都应大部或全部除去。(二二二二)冷却用水冷却用水冷却用水冷却用水 1水温要尽可能低一些 2水的浑浊度要低 3水质不易结垢 4水质对金属设备不易产生腐蚀 5.水质不易滋生菌藻四四 、工业循环冷却水的特点、工业循环冷却水的特点（l l）溶解氧含量高。）溶解氧含量高。为为使使水水得得到到冷冷却却，在在冷冷却却塔塔中中语语与与空空气气充充分分接接触触，致致使使水水中中基基本本上上饱饱和和空空气气和和溶溶解解氧氧。一一般般敞敞开开循循环环水水中中含含溶溶解解氧氧可可达达刺刺阶阶L L。从从这这意意义义上上而而言言，系系统统中中的的冷冷却却塔塔起起了了一一个个吸吸收收培培的的作作用用。然然而而，当当水水中中溶溶解解氧氧含含量量增增高高后后将将促促进进与之接触的金属设备、管道和零部件的腐蚀。与之接触的金属设备、管道和零部件的腐蚀。（2 2）将含有空气中的有关污染物与杂质。）将含有空气中的有关污染物与杂质。在在冷冷却却塔塔中中，某某种种程程度度上上是是水水洗洗涤涤过过太太空空气气中中的的污污染染物物和和杂杂质质，即即相相当当于于一一个个洗洗涤涤塔塔，这这时时周周围围大大气气中中如如含含有有SOSO2 2、H H2 2S S、N0N02 2、NHNH3 3等等成成分分，则则将将进进入入冷却水，尤其当周围空气受到污染或处于化工区时；这方面的问题将会突出。冷却水，尤其当周围空气受到污染或处于化工区时；这方面的问题将会突出。（3 3）循环冷却水将脱除）循环冷却水将脱除COCO2 2。在天然水中，碳酸盐与重碳酸盐存在如下平衡关系：在天然水中，碳酸盐与重碳酸盐存在如下平衡关系：H H2 2COCO3 3-=CO-=CO2 2+CO+CO3 3-+H-+H2 20 0 水水中中含含有有一一定定的的COCO2 2，而而空空气气中中的的COCO2 2含含量量较较低低，故故冷冷却却塔塔中中与与空空气气充充分分接接触触，水水中中的的COCO2 2会会被被空空气气气气提提而而逸逸而而且且这这一一过过程程与与温温度有关。如下表所示：度有关。如下表所示：可见，随着温度升高，水中剩余降低，即水中可见，随着温度升高，水中剩余降低，即水中COCO2 2脱脱人这一意义上而言，冷却塔又起了脱碳塔的作用。人这一意义上而言，冷却塔又起了脱碳塔的作用。水温（水温（）1020304050水中余水中余CO2（mg/L）14.57.73.51.50（4 4）冷却水存在溶解固体的浓缩。）冷却水存在溶解固体的浓缩。随随着着水水分分的的蒸蒸发发，水水中中溶溶解解固固体体会会残残留留在在水水中中，而而且且有有一一定定程程度度的的浓浓缩缩。理理想想的的情情况况，对对一一个个冷冷却却系系统统而而言言，应应是是随随补补充充水水带带进进系系统统的的溶溶解解困困体体等等于于排出系统的溶解固体，即从物料衡算的角度以数学公式表示为：排出系统的溶解固体，即从物料衡算的角度以数学公式表示为：式中式中 M补充水量；补充水量；Cm补充水中溶解固体浓度补充水中溶解固体浓度B排污水量排污水量L渗漏水及风吹损失水量渗漏水及风吹损失水量Ce循环水中溶解固体浓度循环水中溶解固体浓度 如以如以E E代表蒸发水量则：代表蒸发水量则：上上式式中中循循环环水水中中溶溶解解固固体体与与补补充充水水中中溶溶解解固固体体两两者者浓浓度度之之比比称称为为浓浓缩缩倍倍率率K K，这这是是循循环环冷冷却却水水运运行行中中控控制制的重要指标之一。的重要指标之一。（5 5）悬浮物的积聚。）悬浮物的积聚。冷冷却却水水系系统统的的补补充充水水中中本本身身会会含含有有一一定定的的悬悬浮浮物物，随随着着水水分分的的蒸蒸发发，悬悬浮浮物物也也会会积积聚聚。此此外外，前前面面已已提提及及冷冷却却塔塔也也是是一一个个洗洗涤涤塔塔，空空气气中中携携带带的的灰灰尘尘或或泥泥土土的的悬悬浮浮物物也也会会被被洗洗涤涤到到水水中中并并逐逐渐渐积积累累。因因此此在在冷冷却却塔塔系系统统中中为为了了控控制制水水中中悬悬任任浮浮物物的的量量，常常可可设设旁旁滤滤地地，通通过过旁旁滤滤地地将将5 51010的水通过旁路反过滤掉，以除去部分水中的悬浮物并限制其积累。的水通过旁路反过滤掉，以除去部分水中的悬浮物并限制其积累。（6 6）微生物的繁殖。）微生物的繁殖。循循环环水水的的水水温温一一般般为为25254545，这这个个温温度度正正好好是是微微生生物物生生长长繁繁殖殖的的适适宜宜温温度度。而而微微生生物物如如细细菌菌、藻藻类类一一旦旦繁繁殖殖，常常易易在在冷冷却却水水池池、冷冷却却塔塔内内和换热设备等处形成微生物粘泥而影响冷却水系统的正常运行。和换热设备等处形成微生物粘泥而影响冷却水系统的正常运行。五、五、直流用水与循环用水直流用水与循环用水 （l l）节约用水量）节约用水量（2 2）减少排污量）减少排污量（3 3）防止热污染）防止热污染（4 4）提高传热效率）提高传热效率（5 5）减少设备体积和占地面积）减少设备体积和占地面积（6 6）降低材质要求和设备投资）降低材质要求和设备投资 1.4 1.4 水处理方法和工艺流程简介水处理方法和工艺流程简介 一、给水处理一、给水处理（一）给水处理的基本方法（一）给水处理的基本方法 1去除水中的悬浮物：混凝、澄清、沉淀、过滤、消毒 2变革水中溶解物质：减少、调整 如软化、除盐、水质稳定 3降低水温：冷却.如去除微量有机物（二）（二）常规处理工艺常规处理工艺以没有受到污染的地面水源为生活饮用水水源时：原水混凝沉淀过滤消毒饮用水以去除浊度、满足卫生学标准。地面水源水质：杂质多、含盐量较低。工业用除盐水：滤过水阳离子交换阴离子交换除盐水（三）其它水处理工艺（三）其它水处理工艺 1 高浊度水处理工艺 2 低温第浊水处理工艺 3 微污染水处理工艺 4.富营养化湖泊水处理工艺（四）热点问题与发展方向（四）热点问题与发展方向 有机污染物 特别是80年代以后，对有机物的污染特别关注。已发现在给水水源中有机物种类在2000种以上；饮用水中有700多种。美国确立了美国确立了117117种优先控制有机物。种优先控制有机物。我国也确定了我国也确定了1212类，类，5858种。种。病原微生物：新新的的病病原原微微生生物物：如如贾贾第第虫虫（Giardia Giardia LambliaLamblia）、隐孢子虫等。）、隐孢子虫等。管网水二次污染：细菌繁殖细菌繁殖水质变差、管道堵塞水质变差、管道堵塞 水处理技术的发展方向：水处理技术的发展方向：加强微量有机物去除：加强微量有机物去除：加强常规处理加强常规处理 增加预处理（如生物预处理）增加预处理（如生物预处理）增加后处理（如活性炭吸附、化学氧化）增加后处理（如活性炭吸附、化学氧化）开发新技术（如膜技术）开发新技术（如膜技术）加强消毒：防止各种致病微生物的影响加强消毒：防止各种致病微生物的影响 消毒副产物的问题：替代氯的其它消毒技术消毒副产物的问题：替代氯的其它消毒技术 管网水二次污染控制管网水二次污染控制 二、废水处理二、废水处理（一）基本处理方法（一）基本处理方法 1 1物理法：沉淀、气浮、筛网物理法：沉淀、气浮、筛网 2 2化学法：处理溶解性物质或胶体化学法：处理溶解性物质或胶体 中和、吹脱、混凝、消毒中和、吹脱、混凝、消毒 3 3生物处理方法：好氧、厌氧生物处理方法：好氧、厌氧（二）城市污水处理一般流程（二）城市污水处理一般流程