水处理培训教材

水 处 理 培 训 教 程

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编于2005.12

目录

一．

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概述

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7

水处理的任务及意义 （1） 水的一般知识 （2） 水处理的任务

（3） 水处理意义及行业前景

二、 软水 水质软化的必要性 软化处理的基本方法 硬度的定义及分类 硬度测试方法

离子交换软化的基本原理

离子交换树脂主要产品规格及性能 软化水离子交换器选择 离子交换工艺

固定床离子交换器的发展趋势 离子交换除氧

二． 纯净水

反渗透分离原理

反渗透工艺流程及各部件作用 反渗透膜的分类 反渗透工艺设计 反渗透运行环境

超滤微滤和反渗透性能的比较 纯净水消毒

四 混合床

五 其它水处理技术简介

1 离子交换除盐 2 电渗析法除盐

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概述

随着社会的进步和发展，如何利用和保护好现有的水资源，遵循可持续发展战略，已成为世界各国急需解决的重大问题。水处理是在伴随着工业的发展和科技的进步而兴起的一个全新行业。

一．水处理的任务及意义

1． 水的一般知识

水的分子式是H2O。自然界中的淡水，主要以地表水和地下水两种形式分布、储存。我们知道，水是最普通的一种溶剂，自然界中的许多物质都可以溶解在水中，无论是地下水还是地表水在其储存、运移过程中，都会与周围的矿物质接触，一些易溶的盐类便会溶解于水中，而一些难溶或微溶的物质，会与水中溶解的其它物质发生化学反应，生成易溶物质溶解于水中，例如：CaCO3、MgCO3难溶于水，但它们与水中溶解的CO2反应则生成较易溶的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2。反应公式如下：

CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2

上述反应是可逆的。

灰岩地已形成的溶洞和钟乳石就是因地下水长期作用在灰岩地区而发生溶解、沉淀形成的。

由于上述原因，所以自然界中很难找到纯净的水。正是因为水的这种属性，也就为水生生物提供了丰富的物质基础。而微生物水生动、植物的活动，更使水的化学成分变化万千。

工农业生产、日常生活都离不开水，水是人们赖以生存和发展的基本物质。而各行各业对水的质量又有不同的要求。

2． 水处理的任务

广义来讲：水处理工作的主要任务就是用经济、有效的方法，去除水中有害物质，以满足各行业对水的不同要求。

狭义上讲：根据对水的不同要求用一种或几种方法去除水中某一种、几种或全部离子或物质；或将某些有害物质分解、转化为无害物质的过程。

对于我们而言，则主要是水处理技术和方法的研究与应用。水处理设备的开发、生产和销售。

3．水处理的意义及行业前景：

随着我国经济建设的迅猛发展，各行各业对水提出了越来越高的要求，水的耗量越来越大，与此同时，各种污水的排放量也迅速增加，导致水源水质的急剧恶化。因此，对水处理提出了更高的要求。可以说水处理工作是关系到我们国家可持续发展的战略问题，也关系到一个企业的生存。

我国的水处理行业起步较早，在某些领域，某些处理方法上工艺已较成熟。但由于多年来对水处理工作重视不够。水处理行业整体水平不高，水处理技术设备较落后，在水处理的自动化控制和检测方面还处于起步阶段。水处理行业的产业化道路还很漫长。

所有这些都为我们在水处理行业的发展提供了广阔的市场空间，无论哪个行业的水处

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理都有我们发展的机遇。

就目前水处理的状况而言，水处理工程几乎能涉及到所有的的行业。按其性质来说，水处理可分为以下三大部分：1、污水处理；2、工业用水处理；3、饮用水处理及医用水处理等。目前，公司的业务主要分布在工业用水、饮用水和医用水处理等三方面。具体一点说，就是软水，纯净水和高纯水等行业。

软水

1 水质软化的必要性

天然水中含有各盐类，根据水中含盐量的不同，水又可以分成硬水和软水。溶解在水中的盐类分为阳离子和阴离子，主要有Ca2+、Mg2+、Na+和SO42-、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Ca2+、Mg2+ 离子不断地与水某些阴离子难溶物质而析出，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.因此就需要对水的软化处理 2 软化处理的基本方法

（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

利用离子交换活性基团中的H+、Na+等阳离子与水中的硬度成分进行离子交换从而去除Ca2+、Mg2+以达到软化的目的。

（3） 热力软化法

就是将水加热或加热到100℃以上，在煮沸过程中，使水中的钙镁的碳酸氢盐转变为CaCO3和Mg(OH)2沉淀去除。热力软化法只能碳酸盐硬度，而不能去除非碳酸盐硬度。

除此之外，还电渗析软化法等，但通常使用的主要方法是离子交换软化法和化学软化法。

3 硬度的定义及分类

水中金属离子的总浓度称为水的硬度。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[Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2]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：

Ca(HCO3)2 =CaCO3 +↓CO2+↑H2O Mg(HCO3)2=Mg(OH)2↓+2CO2↑

2、 非碳酸盐硬度

主要是由钙镁的硫酸盐、氯化物和硝酸盐类所形成的硬度。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CaSO4 MgSO4 CaCL2 MgCL2 Mg(NO3)2 Ca(NO3)2等。碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度之和称为总硬度。

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硬度的单位有几种，常用的单位有mmol/L或mg/L，过去常常用毫克当量来表式硬度的单位，即1mg·N/L=1[H+]mmol/L=0.5mmol/L由于硬度并非是由单一的金属离子或盐类形成的，因此，为了有一个统一的比较标准，有必要换算为另一种盐类。通常用CaO或者是CaCO3的质量浓度来表示，当硬度为0 .5mmol/L时，等于28mg/L的CaO或等于50 mg/L的CaCO3.

天然水按硬度的大小分，可分为五大类，如表所示：

极软水 软水 中等硬水 3.0~6.0mmol/L 硬水 极硬水 <1.0mmol/L 1.0~3.0mmol/L 6.0~9.0mmol/L >9.0mmol/L 水处理行业当中，一般需要将水软化.例如锅炉用水及反渗透用水的硬度需≤0.03mmol/L 4 硬度的测试方法

测量水的硬度所需的仪器及化学药品包括：25ml碱式滴定管，500ml 锥形瓶，250ml量杯，氨盐缓冲溶液（PH=10）,EDTA标准溶液，铬黑T指示剂等。 测量方法：

1、 用水样将锥形瓶和量杯冲洗干净后，分别滴干； 2、 用量杯量取水样50ml（以液面最低处为准），倒入锥形瓶内； 3、 向锥形瓶内滴入5ml氨盐缓冲溶液， 摇匀；

4、 向锥形瓶内滴入微量和铬黑T指示剂，摇动锥形瓶，使液体变为正红色为止； 5、 向碱式滴管内倒入EDTA标准溶液至0刻度（以液面最低处为准）； 6、 将EDTA标准溶液向锥形内缓缓滴入，边滴边摇，当水样即将变色时，放慢EDTA

的滴入速度。当水样刚好变为蓝色时，停止滴定，记下EDTA的用量。 水的硬度用下面的公式计算：

硬度= EDTA标准溶液浓度×EDTA的耗量×2×1000/水样的体积

在水处理中，测量水的硬度的目的是为了了解是否适用于用水设备，如果不适用，则需进行软化处理，我公司目前常用的软化法为离子交换软化：

5 离子交换软化水的基本原理。

〈1〉 离子交换树脂

离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而除去水中有害离子的方法。目前常用的离交换剂是离子交换树脂。

离子交换树脂的化学结构可分为不溶性树脂母体和活性基团两部分。树脂母体为有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物。活性基团由起交换作用的离子和与树脂母体结合的固定离子组成。

根据活性基团的酸碱性，可将树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。阳离子交换树脂内的活基因是酸性的，阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的；根据其酸碱性的强弱，可将树脂分为强酸（RSO3H）、弱酸（RCOOH）、强碱（R4NOH）、弱碱（RnNH3OH，n=1～

+-3）四类。酸性树脂活性基团中的H，碱性树脂活性基团中的OH，即为可交换离子。且

+-+-H和OH可分别用Na和Cl替换，因此，阳离子交换树脂又有氢型和钠型之分；阴离子交换树脂又有氢氧型和氯型之分。

离子交换树脂的命名型

离子交换树脂的全称由分类名称、骨架（或基团）名称、基本名称组成，孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，全称前加“大孔”。分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的，在名称前加“阴”。如，大孔强酸性苯乙烯系

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阳离子交换树脂。

离子交换树脂的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表新产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基团、交联剂等的差异。第一，第二位数字的意义见下表

树脂型号中第一，二位数字的意义 代号 0 1 弱酸性 2 3 4 5 两性 6 氧化还原性 分类名称 强酸性 强碱性 弱碱性 螯合性 骨架名称 苯乙烯系 丙乙酸系 酚醛系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系 大孔树脂在型号前加“D”凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“×”号连接阿拉伯数字表示。如001×7，表示强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，其交联度为7。

软化水用的树脂一般为，强酸性苯乙烯系钠离子交换树脂。结构式如下：

--CH--CH2—CH—CH2--

SO3Na --CH--CH2—CH—CH2--

SO3Na 上式中的苯乙烯聚合体即为树脂母体，-SO3Na为活性基团。离子交换软化水的

+2+2+

基本原理，即是利用活性基团中的Na离子将原水中的Ca，Mg离子置换出来，从而消除了水中的结垢离子。

〈2〉 离子交换树脂的化学性质

1．离子交换反应的可逆性，交换的逆反应即为再生。

2．选择性。树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为选择性，它是决定离子交换法处理效率的一个重要因素，本质上取决于交换离子与活性基团中固定离子的亲合力。在常温和稀溶液中，大致具有如下规律。

a．离子价数越高，选择性越好。

b．原子序数愈大，即离子水合半径愈小，选择性愈好。 离子交换平衡理论

离子交换平衡是离子交换的基本理论之一，它是离子交换之所以得以进行，树脂之

2+

所以能够再生的理论依据。现以Na型树脂交换溶液中的Ca离子的反应为例：

2RNa+Ca R2Ca+2Na

〔R2Ca〕〔Na+〕

则平衡常数为：K=——————————

6

2

2+ +

〔RNa〕上式中：[ ]代表离子浓度

2

〔Ca〕

2+

反应开始时：[RNa]、[Ca2+]浓度很高，而[RCa]、[Na+]趋近于零。因此，反应向右进行，

即Ca2+进入树脂，而树脂中的Na+被置换到溶液中。当K=c常数，即

[R2Ca][Na+]2

[RNa]2[Ca2+]

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时，反应达到平衡。此时交换无法进行，也就是说树脂已饱和；而再生过程则是将反应向逆反应方向进行。软化过程中用NaCl再生，也就是大大增加进液中的Na+浓度，迫使逆反应发生，从而达到再生的目的。 6 离子交换树脂主要产品规格及性能 (表一) 离子交换性质 交换柱形式 顺流再生固定床 交换剂品种 强酸性离子交换树脂 运行流速 m/h 再生剂品种 再生剂耗量g/mol 工作交换容量mol/m 3钠离子交换 逆流再生固定床 强酸性离子交换树脂 一般20瞬时30 NaCl 80～100 强酸性离子交换树脂 一般30～40最大50 NaCl 80～100 H2SO4 100～150 500～800～1000 800～1000 800～1000 650 8001000 HCl 浮动床 离子交换树脂强酸氢离子交换 顺流再生固定床 逆流再生固定床 浮动床 强酸性离子交换树脂 一般20瞬时30 强酸性离子交换树脂 强酸性离子交换树脂 一般20瞬时30 一般30～40最大50 H2SO4 ≤70 HCl 50～55 H2SO4 ≤70 HCl 50～55 ～500650 ～800～1000 15～25 NaCl 100～120 70～80 ～500～650 8001000 离子交换性质 弱酸氢离子交换 顺流再生固定床 弱酸性离子交换树脂 20～30 H2SO4 ～60 HCl ～40 弱碱氢氧离子交换 顺流再生固定床 弱碱性离子交换树脂 20～30 NaOH 40～50 顺流再生固定床 强碱性离子交换树脂 一般20瞬时30 NaOH 100～120 强碱氢氧离子交换 顺流再生固定床 浮动床 混合离子交换 交换柱形式 交换剂品种 运行流速 m/h 再生剂品种 再生剂耗量g/mol 工作交换容量mol/m 3强碱性离子交换树脂 一般20瞬时30 强碱性离子交换树脂 一般30～40 最大50 40～60 HCl 100～150 500～550 40～60 NaOH 60～65 Ⅰ型250～300 Ⅱ型400～500 NaOH 60～65 Ⅰ型250～300 Ⅱ型400～500 NaOH 200～250 200～250 1500～1800 800～1200 250～300 由上表可知，1m3 强酸性阳离子树脂有1000mol的工作交换容量，即1升树脂有1mol 的工作交换容量，再生1升树脂需要的再生剂耗量为100克的NaCL。例如

已知：水处理量Q=36m/h,原水总硬度H0=10mmol/L,工作周期T=10h,计算要用的树

7

3

脂量。

一个工作周期中应除去的硬度值

E=QT H0 =36×10×10=3600(mol) 所需树脂的体积

3

W=E/E工作交换容量 =3600÷1000=3.6（m） 再生一次的耗盐量

B= bE0 /1000φ=100×3600÷1000÷0.95=379kg 式中 b:耗盐率 φ:盐的纯度，一般为95%.

从上表可知，强碱性离子树脂的工作交换容量仅为强酸性离子树脂的一半，所以在后面的混合床主题当中，碱性离子树脂的体积是酸性离子树脂的2倍。

7 软化水离子交换器选型

离子交换器的选型的依据： 1． 周期用水量； 2． 原水硬度； 3． 流速；

3

例如：处理水量Q=10 m，原水总硬度H0=7mmol/L，每天再生次数n=1，离子交换剂用001×7强酸性阳树脂。

设计计算

（1） 一个再生周期应除去的硬度

E=QH0 /n=10×7÷1=70(mol) （2） 树脂的工作交换容量

3

树脂工作交换容量取1000mol/ m

（3） 所需交换剂体积

3

W= E/E工作交换容量 =70÷1000=0.07 m

（4） 交换器的台数与尺寸

取交换剂层厚度为H=1.0m，则交换器的总工作截面积为

2

F=W/H=0.07÷1=0.07 m

所以采用直径为300mm的过滤器为宜。

在设计软化水方案时，离子交换树脂的再生过程一般为全自动控制的多路阀控制器。水处理方面应用最为广泛的是美国富莱克公司和阿图祖公司的生产的全自动控制器。

AUTOTROL自动控制阀

型号 规格 产水量（T/h） 选配桶体(直径×桶高)（英寸） 255/440i 268/440i0 时间性软化3/4″进出水口 时间性软化1″进出水口 2～4 12×52～13×54 0.5～2 8×44～10×54 FLECK自动控制阀

型号 进/出水口 额定产水量 最大反洗流量 2850 3/2″ 11.5 11 8

2900 2″ 24 5.6 5600 3/4″～1″ 4.5 1.5 5600SE 3/4″～1″ 4.5 1.5 8500 3/4″～1″ 3.4 0.9 9000 1″ 4.7 1.9 9500 3/2″ 9.7 3.6 两大控制器生产厂家的控制器虽然控制方式不尽相同，但最后结果是一样的，其中，控制器又分为过滤控制器和软化控制器，软化控制器方面又分时间型和流量型两大类。软化控制器程序大致均包括以下几步：1、反洗；2、吸盐及慢洗；3、快洗；4、盐箱注水等步骤。

例如， 5600型控制器再生程序包括以下步骤： 1、 运行位置 Service，

原水在一定的压力，流量下，流经装有Na+型阳离子交换树脂的容器（软水器）树脂中的可交换离子Na+与水中的Ca2+，Mg2+离子进行置换，使容器出水的Ca2+，Mg2+含量达到我们的要求。我们把一个软水器所具有的离子交换的能力以工作交换容量表示，其单位可用mol，eq，ppm，us grain等。控制器处于工作状态时的位置

2、反洗Backwash 当钠离子交换树脂中的Na+全部被Ca2+，Mg2+置换后，树脂就

失效，树脂失效后，在进行再生之前先用水自下而上的进行反洗，反洗的目的有两个，一是通过反洗，使运行中压紧的树脂层松动，有利于树脂颗粒与再生液充分接触，二是清除运行时在树脂层表面积累的悬浮物及破碎树脂颗粒，这样，交换器的水流阻力不会越来越大，为了保证反洗时完整树脂不被冲走，在设计软水器时，应在树脂层上留有一定的反洗空间，反洗强度越大要求的反洗空间就越大，通常设计选用50%的树脂层高度作为反洗膨胀高度，它适应的反洗流速为12m/h

2

（5gpm/ft）（进水温度为10摄氏度）反洗的好坏直接影响再生效果。 3、 吸盐Brine， 再生液在一定浓度，流量下流经失效的树脂层，将树脂还原再生，

使其恢复原有的交换能力（影响再生效果的因素，在后面会专门阐述。）

4、置换Rinse， 在再生液进行完后，交换器膨胀空间及树脂层中还有尚未参与再

生交换的盐液，为了充分利用这部分盐液，采用小于或相当于再生液流速的清水进行清洗，目的是不使清水与再生液产生混合，一般清洗水量为树脂体积的0.5-1倍。

5、快洗Rapid Rinse， 目的是清除树脂层中残留的再生液及再生时的生成物，通

常以正常运行流速清洗至出水合格为止。

6、盐罐注水Brine Refill，向盐箱注入适量的水，以溶解再生所需的盐。通常1加仑可溶解3磅盐，即1立方米水溶解360kg盐（浓度为26.4%。为了保证盐箱中的盐液浓度能达到饱的，首先应保证溶解时间不小于6小时，其次是必须保持盐液箱中盐平面始终高于水平面。通俗的讲，盐液箱要做到见盐不见水。

8 离子交换工艺

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1、离子交换系统及应用

在水的软化和除盐中，需根据原水水质，出水要求，生产能力等来确定合适的离子交

2+2+

换工艺。如果原水的碱度不高，软化的目的只是为降低Ca、Mg含量，则可采用Na离子

2+2+

交换系统。当原水碱度比较高，必须在降低Ca、Mg的同时降低碱度。此时，多采用H—Na离子交换器联合处理工艺。利用H离子交换器产生H2SO4和HCl来中和原水或Na 离

—

子交换器出水中的HCO3。反应产生的CO2再由除CO2器除去。

当需要对原水进行除盐处理时，则流程中既要有阳离子交换器，又要有阴离子交换器，以去除所有阳离子和阴离子。

离子交换法处理工业废水的重要用途是回收有用金属。 2、离子交换器的分类

按运行时树脂的状态，可分为固定床离子交换器和浮动床离子交换器两大类。

固定床离子交换器是将树脂装于塔或罐内，以类似过滤的方式运行。交换（运行）时树脂层不动，原水从上部经树脂层交换后由下部流出。再生时，按再生液的流动方向，固定床离子交换器分为顺流再生和逆流再生两种。

顺流再生是指再生时再生液的流动方向与运行时原水的流动方向相同，即再生液自上而下流动；逆流再生则相反，再生液自下而上流动。

顺流再生的优点是设备简单，操作方便，工作可靠。缺点是再生剂用量多，再生效率低，交换时，出水水质较差；逆流再生时，再生剂耗量少（比顺流再生少40%左右），再生效率高，而且能保证出水质量，但设备较复杂，操作控制较严格。逆流再生。切忌搅乱树脂层。

固定床离子交换器内树脂不能边饱和边再生，因此树脂层厚度比交换区厚度大得多，故树脂和容器利用率都很低；树脂层的交换能力使用不当，上层的饱和程度高，下层低，而且生产不连续，再生和冲洗时必须停止交换。为了克服上述缺陷，发展了连续式离子交换设备，包括移动床和流动床。

移动床和流动床的基本原理是在运行的过程中，将部分饱和树脂输送到再生塔内再生，同时将等量的再生好的树脂，输入到交换塔内。因目前公司未涉及到该产品，故不做过多介绍。

9 固定床离子交换器发展趋势

固定床离子交换器经历了手动控制、半自动控制、全自动控制几个阶段。

手动离子交换器的运行及再生的各过程，均由操作人员手动开启、关闭各个阀门，以改变水的流动方向和路径。再生各过程的时间由操作人员控制，运行和再生的终点。由化验结果确定。这就要求操作人员在设备运行和再生的过程中要不断地监测。

手动设备由树脂罐、化盐池、盐泵及若干阀门和相应的管道组成。

由于手动软水设备的操作过于复杂，且受人为因素的干扰较大，随着多路阀技术及其它各种自动控制阀门的出现，我国八十年代末期出现了半自动软水设备，半自动软水设备是将原来的手动阀门改为自动阀门（例如：电磁阀、隔膜阀）或多路阀，而不需人工操作各个阀门。而这些阀门或多路阀的控制集中到控制旋钮上，操作人员只需转动旋钮至相应的状态，即可自动完成阀门的启闭，改变水流的方向和路径。从而实现软水设备各过程的自动转换。在这期间软水设备吸盐系统，许多都采用了压加盐罐或射流吸盐等技术。比较而言，这种设备较手动设备已有了很大的进步。但半自动设备的运行及再生终点依然要化验确定，再生各过程的转变也同样需要人来完成。同时由于多路阀和电磁阀在材质或工艺上存在的一些问题，不完全适合于软水设备的使用，因此，导致设备不能长期稳定的运

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行。

全自动离子交换设备，目前在国内软水设备市场上，主要有两大类。一类是国内厂家自行开发的全自动软化水设备，另一类是进口的软化水设备。而这两类设备基本上都是在九十年代初期推向市场的，因此设备的市场普及率还较低，目前处于市场的发展时期，许多用户开始认识到全自动设备的优越性，开始接受这种产品。

锅炉结垢的原因及危害 1°锅炉结垢

水垢和水渣的概念

水垢是指牢固地附着在受热面上的沉定物，其结晶体坚硬而改密。 水渣是指锅水中的悬浮物，呈疏松絮状或细小晶粒状。 2°锅内沉淀形成原因

水垢的水渣主要是由钙的镁的某些盐类组成的，它们生成的原因是因为这些物质锅水中的浓度超过了相应物质的溶解度，经过了一系列物理化学过程从锅炉水中析出。

炎何这些物质在锅水中的浓度会超过其溶解度并析出沉淀物？其原因为： 蒸发浓缩 高温分解

高温沉淀：大多数物质的溶解度，随温度的升高而增大，这类物质具有子温度系数；有少数物质的溶解度却随温度的升高减少，它们具有免温度系数，例如硫酸钙，它极容易在受热强度较大的部位析出。

锅水中的难溶物质，其相应离子的浓度时常都超噎了其溶度积，处于过饱和溶液状态，没有沉淀产生，但一旦锅水中或与锅水接触的金属表面有某种诱因，如有结晶核心形成，或局部金属表面条件有差异，或发生某种物理化学作用，就会有大量沉淀物析出。

3°水垢的种类： 碳酸盐水垢 硫酸盐水垢 硅酸盐水垢 混合水垢 含油水垢 氧化缺水垢

4°锅炉结垢的危害

浪费燃料：锅炉结垢后，锅炉的热传递效率降低，增加燃耗。 出力降低 威胁运行安全

锅炉燃耗与水垢厚度的关系

结垢厚度 0.5mm 1mm 3mm 4mm 8mm 16mm 32mm 3．解决锅炉结垢的主要方法

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增加的燃耗 2% 4% 6% 10% 20% 40% 80% 解决锅炉结垢的主要方法有炉内加药法、石灰法、离子交换法。

炉内加药法一般是在给水管道或是在锅炉煮炉时往炉内加药，炉内加药法只能防止结垢，不能去除水中的硬度。且洗炉时排出大量絮凝体，增加锅炉排污。浪费能源。

石灰法是在原水中加入石灰，可去除水中的暂硬和碱度。但石灰法占地面积大、污染环境、处理效果不好，且需沉淀过程，故很少采用。

离子交换法是目前最常用的一种水处理方法。因这种方法具有处理速度快、交换容量大、树脂可再生重复使用等优点，因此得到广泛应用。

（3）离子交换工艺 1°离子交换系统及应用

在水的软化和除盐中，需根据原水水质，出水要求，生产能力等来确定合适的离子交换工艺。如果原水的碱度不高，软化的目的只是为降低Ca2+，Mg2+含量，则可采用Na离子交换系统。当原水碱度比较高，必须在降低Ca2+，Mg2+的同时降低碱度。此时，多采用H—Na离子交换器联合处理工艺。利用H离子交换器产生H2SO4和HCl来中和原水或Na 离

-子交换器出水中的HCO3。反应产生的CO2再由除CO2器除去。

当需要对原水进行除盐处理时，则流程中既要有阳离子交换器，又要有阴离子交换器，以去除所有阳离子和阴离子。

离子交换法处理工业废水的重要用途是回收有用金属。 2°离子交换器的分类

按运行时树脂的状态，可分为固定床离子交换器和浮动床离子交换器两大类。 固定床离子交换器是将树脂装于塔或罐内，以类似过滤的方式运行。交换（运行）时树脂层不动，原水从上部经树脂层交换后由下部流出。再生时，按再生液的流动方向，固定床离子交换器分为顺流再生和逆流再生两种。

顺流再生是指再生时再生液的流动方向与运行时原水的流动方向相同，即再生液自上而下流动；逆流再生则相反，再生液自下而上流动。

顺流再生的优点是设备简单，操作方便，工作可靠。缺点是再生剂用量多，再生效率低，交换时，出水水质较差；逆流再生时，再生剂耗量少（比顺流再生少40%左右），再生效率高，而且能保证出水质量，但设备较复杂，操作控制较严格。逆流再生。切忌搅乱树脂层。

固定床离子交换器内树脂不能边饱和边再生，因此树脂层厚度比交换区厚度大得多，故树脂和容器利用率都很低；树脂层的交换能力使用不当，上层的饱和程度高，下层低，而且生产不边连续，再生和冲洗时必须停止交换。为了克服上述缺陷，发展了连续式离子交换设备，包括移动床和流动床。

移动床和流动床的基本原理是在运行的过程中，将部分饱和树脂输送到再生塔内再生，同时将等量的再生好的树脂，输入到交换塔内。因目前公司未涉及到该产品，故不做过多介绍。

3°固定床离子交换器发展趋势

固定床离子交换器经历了手动控制、半自动控制、全自动控制几个阶段。

手动离子交换器的运行及再生的各过程，均由操作人员手动开启、关闭各个阀门，以改变水的流动方向和路径。再生各过程的时间由操作人员控制，运行和再生的终点。由化验结果确定。这就要求操作人员在设备运行和再生的过程中要不断地监测。

手动设备由树脂罐、化盐池、盐泵及若干阀门和相应的管道组成。

由于手动软水设备的操作过于复杂，且受人为因素的干扰较大，随着多路阀技术及其它各种自动控制阀门的出现，我国八十年代末期出现了半自动软水设备，半自动软水设备是将原来的手动阀门改为自动阀门（例如：电磁阀、隔膜阀）或多路阀，而不需人工操

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作各个阀门。而这些阀门或多路阀的控制集中到控制旋钮上，操作人员只需转动旋钮至相应的状态，即可自动完成阀门的启闭，改变水流的方向和路径。从而实现软水设备各过程的自动转换。在这期间软水设备吸盐系统，许多都采用了压加盐罐或射流吸盐等技术。比较而言，这种设备较手动设备已有了很大的进步。但半自动设备的运行及再生终点依然要化验确定，再生各过程的转变也同样需要人来完成。同时由于多01000路阀和电磁阀在材质或工艺上存在的一些问题，不完全适合于软水设备的使用，因此，导致设备不能长期稳定的运行。

全自动离子交换设备，目前在国内软水设备市场上，主要有两大类。一类是国内厂家自行开发的全自动软化水设备，另一类是进口的软化水设备。而这两类设备基本上都是在九十年代初期推向市场的，因此设备的市场普及率还较低，目前处于市场的发展时期，许多用户开始认识到全自动设备的优越性，开始接受这种产品。

无论是国产全自动软水设备还是进口全自动软水设备，均采用的是多路阀控制方式。现将国产和进口设备的比较，列表于下：

进口全自动软水器与国产软水器对比表（表1）

项 目 NPE—NF 立体组合阀（见图一），唯一运动件阀芯与分隔体之间轴向相对运动；O型圈与阀构 芯径向密封，磨擦阻力小，动力学及水力学性能好，无串水泄漏现象。 国 产 全 自 动 阀体结自控方工艺流工艺控锥形阀或平面集成阀，结构简单，阀芯与阀体做平面旋转磨擦运动，阻力大且受力不均匀，不易密封，易形成接触面间隙，相间串水，也常出现阀芯与阀体抱死现象。 双电机控制，3W同步电机控制再生各步选用集成电路芯片微电子控制，抗高温、骤，3W微动电机驱动活塞运动，无热敏、高湿性能差。不适合于锅炉水处理行业。 式 湿敏元件，适应于水处理行业的高温高湿环境。 固定床，顺流再生。提高反洗流速加大反浮动床，逆流再生。但由于树脂充满树脂洗膨胀率（50%），保证树脂充分清洗及再罐，没有反洗膨胀空间，树脂无法得以充程 生复苏；恢复交换容量。 分清洗及再生复苏。树脂交换容量逐减，所以需要定期在体外对树脂进行清洗复苏。 流量型控制，科学经济。再生频率及再生时间型控制，简单但不科学，难以适应多制 各步骤、吸盐量、，排污流速均可根据不变的供水状况。 同水质进行调整。 盐箱为敞开式，便于观察加盐。 盐箱为闭式，内压式加盐，不但观察及加盐不方便，而且吸盐量受水压影响，波动较大。 金属容器做内防腐处理，但由于树脂罐一般直径较小，内处理困难，防腐层易脱落，生锈造成树脂中毒，设备寿命短。 操 作 美国水处理行业采用玻璃钢容器，耐腐蚀性 性好。 耐腐蚀全自动软水器与传统软水器的比较表（表2）

传统软水器 由软化水罐，化盐池，盐泵及若干阀门组构 成 成。 自动化程度 需专人操作

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项 目 全自动软水器 由交换柱，盐箱和控制器组成。 根据树脂交换容量处动确定绺，自动再生，供 水 能 耗 节安 水 软化水罐内的树脂失效后，需人工开启各个阀门注入盐水再生，整个过程需要监视。 不能连续供应软化水 再生时需用盐泵将盐水注入软化罐，能耗大。 性 再生过程需用大量水淋洗。 不需专人操作，只需定期加入再生产剂即可。 双离子交换柱的软水器可连续供应软化水。 耗电仅10W。 只排少量废水。 采用玻璃钢或不锈钢交换柱，不污染交换树脂，可无故障运行十余年。 免维护 结构紧凑，占用空间小。 占传统软水罐采用铁质材料，既使内衬保护 定 性 层也很容易污染内部的交换树脂，使树脂失去交换能力。 维 护 需定期维护 用空间 需盐池、盐泵等附属设施，占用空间大。 (4)全自动软水器

全自动软水器是将软水器运行及再生的每一个步骤实现自动控制，并采用时间，流量或感应器等方式来启动再生。通常一个全自动软水器的循环过程由下列具体步骤组成。 （5）影响软水器交换容量的因素 1 流速：（gpm/ft2，m/h）

通常流速越大离子交换所需的工作层越大，树脂有效利用率会下降，软水器产水能力会提高。但离子反应的时间是有限的。故流速也不能过大。反之流速越小所需工作层越少，树脂利用率增加，但设备产水能力下降。过小的流速会造成原水只与树脂表面离子进行交换，水不能进入树脂内部。树脂表通常仅提供20%的交换容量。树脂内部能提供80%交换容量。合理的交换流速对于提高软水器产水能力及交换能力是非常重要的，一般建议运行

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流速控制在（中国20-30m/h，美国4-10gpm/ft）小型装置可适当提高。 2 水与树脂的接触时间：（gpm/ft）

水与树脂的接触时间越长，交换越充分，但相对单位树脂的产水能力下降，接触时间越短，交换越不充分，单位树脂的交换能力下降，而单位树脂的产水能力提高。因此合理的接触时间对于软水器的经济运行非常重要。一般建议每分钟通过1立方英尺树脂的水量

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为1至5加仑（1.0—5.0gpm/ft）或每小时通过的水量为树脂装载量的八至四十倍（8—40bv/h） 3 树脂层的高度

树脂层越低,因流速对其交换能力的影响就越大,当树脂层高度达到30英寸(762mm)时,树脂层高度造成的流速对其交换能力的影响可降到比较低的程度。因此一般建议树脂层高度大于30英寸(762mm)见(图-2) 4 进水含盐量

进水含盐量的高低直接影响出水的品质,而进水含盐量中K,Na的总含量对出水品质的影响非常大。 5温度

水温增加能同时加快内扩散和膜扩散，提高交换能力，无论是运行或再生，适当地提高水温对软水器是有益的。 6再生剂质量（NaCl）

再生剂纯度越高，树脂的再生度越高，出水的离子泄漏量越少，因此提高再生剂纯度

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+

+

3

及用软化水溶盐可提高再生度。 7 再生液流速

通常再生液流速越小获得的再生效果越好。但过低的再生液流量会使再生时间过长，

3

使再生剂经过树脂仅将树脂表面再生。因此一般要求再生液流量在0.25—0.9 gpm/ft（或顺洗流量4—6m/h，逆流再生2—3m/h）见（图-4） 8 再生液浓度

根据离子平衡原理,再生液浓度提高,可使树脂的交换能力得到提高,但再生液浓度过高,会使树脂扩散层压缩,从而使扩散层中部分反离子变成固定层中的反离子,使扩散层活动范围变小,从而降低了再生效果,一般盐液浓度控制顺10%左右为宜,见(图-5) 9 再生剂用量

树脂的交换在再生理论上是按等当量进行，即1mol的再生剂可恢复一个1mol的交换容量(即使用58.43g的NaCl)。但实际上再生剂的耗量要比理论值大得多。实验证明再生剂用量越多，获得的树脂工作交换容量越大，出水质量越好。但随着再生剂用量的不断增加，工作交换容量的提高会越来越少。经济性会不断不降。因此再生盐耗，应根据不同的原水水质，在保证一定的交换能力及水质条件下，尽可能选用比较经济合理的耗盐量。在美国通常低压锅炉的软水器，采用140g盐再生一升树脂。 10 树脂

不同的树脂所提供的交换能力是不一样的。通常锅炉用软水器要求使用的树脂其交联度不应低于7。

(6) 公司全自动软水器的主要技术参数：

·运行流速：4t/h以下设备，3040m/h

4t/h以上设备，20～30m/h ·反洗流速：10～15m/h ·再生流速：4～6m/h

++

·再生剂耗量：80～120g/eq（原水K，Na为零时） ·出口水硬度：≤0.03mmol/L ·入口水压：0.2～0.5MPa ·工作温度：2～50℃ ·自控电源：220V 50Hz ·耗电量：10W （7）Fleck控制阀 1．控制阀的组成 1 Fleck

Fleck控制阀的控制形式分类：

Fleck控制阀根据其再生启动方式可分为时间型和流量型两种。

时间型控制器时间电机，自安装调试接通电源后，就开始转动，此时它就象钟表一样开始计时，时间盘每天转动一周每转动一周，即启动软水设备再生一次。每次启动再生的时间是固定的，一般为晚上两点。这种控制方式与软水器的实际运行状况无关，也就是说它不管软水器的树脂是否失效，到固定时间即启动再生。由于用户的用情况及水质条件，运行条件的千差万别，不可能在相同的理想状态下运行，因此这种控制方式很难控制在恰好树脂失效时启动再生。要么是树脂尚未饱和即再生，而造成再生剂的浪费，要么树脂早已饱和而产硬水，致使水质不合格。这就是时间型控制器的缺点。因此，公司目前只推广

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一种型号，产水量1吨/小时以下的时间型软化水设备。

流量型控制器的再生启动，是由出水口的转子流量计来完成的。它运行终点，是根据用户原水的硬度、树脂装填量，计算出每罐树脂的总交换容量来确定的。这种控制方式克服了上述时间型控制的弊端。使控制更科学合理。 b Fleck的结构：

Fleck控制阀主要由多路阀和电动控制两部分组成。

多路阀是将原水的进水口、软水的出水口、交换罐原水的分配口、软水的收集口、排污口、吸盐口等。集中在一个阀体。这些进出水口在传统手动水处理设备上，是由一个个阀门通过人工控制的。而在Fleck控制阀上，则是由阀腔中的一个哑铃形活塞自动控制。而在阀腔中除了活塞外，还有多孔的塑料分配环和“Ｏ”型密封圈。每一个塑料分配环对应一个水路，而环与环之间，也就是水路和水路之间的密封则是由“Ｏ”型密封圈分隔密封。如图。

该多路阀的控制原理是，在系统运行的各个过程中，水的流动过程一定是一个进水一个出水。两种状态，只是因为水的流动方向和路径的不同才改变了运行的过程。而多路阀的进出水的控制就是由哑铃形活塞来控制。哑铃形活塞为一中空构造，这一通道可以形成一条水路，而哑铃的腰部可形成一个回路。

而水流的方向，则由哑铃形活塞的水平运动，而改变水流的路径，从而改变水在交换器内的流动方向和运行的状态。如图。

控制UWA 的电动控制部分，由微动电机和时间同步电机及传动齿轮组成。

微动电机主要是带动活塞运动。微动电机每运动一次，则改变活塞的一个位置，从而改变了一次水流的状态及方向。也就是改变了离子交换器的一个运行过程。

时间同步电机的作用主要有两种。在时间型控制器上，一个作用是启动再生，另一个作用是控制再生各步骤的时间。而流量型控制器的时间同步电机的主要作用是控制再生各步骤的时间。

2 软水器的安装调试步骤： 1） 树脂罐定位 2） 布水器的粘接 3） 放中心管 4） 装填石英砂 5） 装填树脂 6） 去中心管胶带 7） 安装控制器 8） 连接管道及阀门仪表 9） 连接排污管、吸盐管 10） 11） 12） 13）

调整再生程序轮 接通电源、水源

手动再生一遍，观察各程序是否正常 取水样化验

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四．离子交换除氧 1．国内除氧现状

随着经济的发展，我国工业锅炉用量逐年增加，锅炉水的软化技术得到提高，而对水的除氧问题尚未引起广泛重视，故锅炉除氧普及率很低。全国运行6t/h以上的锅炉中，仅有20%左右配备有除氧设备，而这些设备的实际使用率不足50%。除氧设备使用率低的主要原因是设备操作复杂，除氧效率低、运行费用高。例如：传统的热力除氧与真空除氧，需要蒸汽加温与真空泵，设备笨重庞大，操作复杂；解吸除氧，运行调整困难，影响因素多，除氧效果不稳定，除氧水大量增加二氧化碳；常温过滤式除氧，反洗、再生自动化问题有待解决。

针对目前锅炉除氧技术和设备存在的问题，我公司引进的美国全自动树脂交换除氧设备，基本上解决了国内除氧设备存在的问题。

2．全自动树脂交换除氧器的特点 1）除氧过程自动化程度较高； 2）设备占地面积小；

3）能耗低，综合费用较低； 4）除氧效果稳定；

5）进口全自动控制器，故障率低，运行寿命长； 6）不增加水中的含盐量。 2．树脂交换除氧工作原理

2-树脂转型后，树脂中的SO3直接与水中的O2反应：

催化剂

2R – SO3 + O22RSO4 （a） 树脂反应饱和后，即需再生。再生过程如下：

活化剂

RSO4 + Na2SO3 RSO3 + Na2SO4 （b） 这样使树脂恢复除氧能力。 常温下，（a）式中的反应速度较慢，除氧效果不好，加入微量催化剂后，可稳定除氧，提高除氧效果。

再生时，（b）式中为提高树脂再生效果，需加入少量的活化剂。 本过程既发生氧化还原反应，又发生离子交换反应。

纯净水

20世纪90年代以来，由于环境污染日趋严重，水源水质变差，自来水质量的下滑及二次污染 的加剧，还由于人们生活质量的提高，及自我保健意识的加强等因素，因此人们对饮水的质量变得高度重视，使人们对洁净水的期盼心理越来越高，

国家《瓶装饮用纯净水标准》（GB17323—1998）对纯净水定义为：瓶装饮用纯净水是指，以符合生活饮用水水质标准的水为原料，通过电渗析法、离子交换法、反渗透法、蒸馏法及其它适当的加工方法 ，去除水中的矿物质、有机成分，有害物质、及微生物等加工制得的密封在容器中，并且不含任何添加物，可直接饮用的水，

纯净水的生产方式比较多，现代生产中纯净水的生产方式一般以反渗透的方式生产的比较多。

反渗透分离原理

反渗透是60年代发展起来的一项新的薄膜分离技术，是依靠反渗透膜在压力作用下

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使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。

要了解反渗透法除盐的原理，先了解“渗透”的概念。渗透是一种物理现象，当两种含有不浓度盐类的水，如用一半渗透性的薄膜分开就会发现含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中而所含的盐分并不渗透，这样，逐渐把两边的含盐量浓度融和重叠均等为止。然而，要完成这一过程需要很长时间，这一过程也称为自然渗透。但如果在含盐量高的水侧，施加一个压力，其结果也可以使上述过程停止，这时的压力称为渗透压力。如果压力再大，可以使水相相反方向渗透，而盐分剩下。因此，反渗透除盐原理，就是在有盐分的水中，（如原水）施以比自然渗透压力更大的压力，使渗透向相反的方向进行，把原水中的水分子挤到膜的另一边，变成洁净的水，从而达到去除水中盐分的目的，这就是反渗透除盐原理 （一） 反渗透原理

1． 渗透和渗透压

用一种特殊性能的膜，将一个盛水的容器分隔开。这种膜只允许溶剂（水）透过，而不允许溶质透过，所以称为半透膜。在膜的一侧注入稀溶液，而在膜的另一侧注入浓溶液。注入时，两溶液液面等高，且同处于大气压力下。然后就可以发现，稀溶液一侧的液面逐渐下降，而浓溶液一侧的液面将逐渐升高，说明稀溶液中的水自发地通过半透膜流入浓溶液中去，这种现象称为渗透。经过一段时间，两液面不再变动，保持一定的液位差，这一水头压力H就称为渗透压，如图（a）（b）所示。

半透膜

P>V I 稀溶液 H2O H2O 浓溶 H2O H2O （a） 液 （b） （c）

渗透和反渗透

溶剂通过半透膜的渗透是一个可逆过程，渗透的推动力是膜两侧溶液的浓度差。渗透开始时，稀溶液中溶剂向浓溶液的渗透量大于浓溶液中溶剂的渗透量，因此稀溶液的液面不断下降，而浓溶液的液面不断上升。在渗透过程中，由于膜两侧溶剂量的变化，则稀溶液逐渐被浓缩，而浓溶液被稀释，使膜两侧的浓度也随之逐渐减小。同时，由于膜两侧液面变化的结果，使压力差逐渐增加，当压力差所产生的推动力与浓度差所产生的推动力相等时，膜两侧面溶剂的相互渗透量也就相等，此时达渗透平衡，如上图（b）所示。

2． 反渗透和反渗透压

如果向浓溶液一侧面的液面上施加压力P，且P大于渗透压时，则浓溶液一侧溶剂向稀溶液一侧面的渗透量就要大于稀溶液一侧溶剂向浓溶液的渗透量，结果浓溶液的液面下降，稀溶液的液面上升。这种在外加压力作用下，浓溶液中的溶剂通过半透膜向稀溶液中渗透的现象，称为反渗透。达到反渗透所需的压力P，称为反渗透压，如上图（c）所示。

在渗透和反渗透过程中，溶剂迁移的推动力是浓度差和压力差。浓度差是渗透的主要推动力；压力差是反渗透的主要推动力。所以，膜侧的浓度差愈大，要达到反渗透而施加的压力就愈大。

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反渗透工艺流程（反渗透简称RO）及各部件作用

在整个反渗透处理系统中，除了反渗透器和高压泵等主体设备外，为了保证膜性能稳定，防止膜表面结垢和水流道堵塞等，除了设置合适的预处理装置外，还需配置必要的附加设备PH调节、消毒和微孔过滤等。 1. 反渗透工艺流程

根据水质和用户的要求，反渗透可采用一级一段，一级多段，多级多段的配置方式组成水处理系统。

（1） 一级一段式 这种配置方式，水的回收率不高，特别是在水资源紧缺的地区。

因而一般不采这种方式。

浓缩液RO膜透过水 （2） 一级多段式 一级多段式配置适合大处理量，原水含盐量不太高的场合，

这种方式最大的优点是水回收率提高，浓缩液的量减少。设计时应使最后一段的进水含盐量不影响产水量与产水水质，因为随进水含盐量增加，膜的透水量降低，透盐量增加。事实上许多纯水生产中采用一级多段，特别是一级两段应用较多。

一级一段式1--原水 2--高压泵 3--贮水箱浓缩液第一段透过水第段 一级多段式1--原水 2--高压泵 3--贮水箱 （3） 多级多段式 以第一级的淡水作为下一级的进水再次进行反渗透分离， 后

一级的浓水回收作为前一级的进水。这种方式既提高了水的回收率又提高了出水质量，因而有较高的实用价值，实际工程中应用最多。此种工艺一般需设中间贮水箱和中间水泵。

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一级反渗透工艺基本流程见下图

纯净水制备系统中原水泵、砂滤器、碳滤器和软化器以及精密过滤器等属于预处理部分。目的是将原水处理到符合反渗透的进水要求，其各部分的作用将作志门介绍。高压泵和反渗透是制取纯净水主要环节。 纯净水生产线的组成和一般流程

纯净水生产线由水处理系统和灌装系统组成，其中水处理系统可分为预处理（多介质过滤、活性炭吸附、软化）、中段处理（保安过滤、高压泵、 一级或二级反渗透）和终端处理（臭氧消毒、终端过滤和灌装）三大部分。 各部分的作用

1． 预处理

a. 原水调压泵：（可选件）高压泵进水压力需保持在2kg/cm2 左右，低于该压力时，

需启动原水调压泵。预处理部分进行日常维护时，若水压低于2kg/cm2 时，需启动原水调压泵。

b. 机械过滤器：小型的机械过滤器一般只有一种型号的石英砂滤料，若装有两种型

号以上的滤料，则称之为多介质过滤器。它的主要作用是去除粒度大于20ｕm 的机械杂质，经过混凝的小分子有机物和部分胶体，使出水浊度小于0.5NTU ,COD小于1.5mg/L,含铁量小于0.05mg/L,SDI≤5

c. 活性碳过滤器: 活性炭被广泛应用到生活用水及食品工业、化工、电力等工业用

水的净化、脱氯、除油和去臭等。由于活性炭的比表面积很大，其表面又布满了平均直径为20到30埃的微孔，因此，活性炭具有很高的吸附能力。此外，活性炭的表面有大量的羟基和羧基等官能团，可以对各种性质的有机物进行化学吸附、以及静电引力作用，因此活性炭还能去除水中对于阴离子交换剂有害的腐殖酸、富维酸、木质磺酸等有机物，从而提高了除盐水处理能力。尤其是吸附水中的余氯，起到保护反渗透膜的作用。通常能够去除63%到86%胶体物质，50%左右的铁，以及47%到60%的有机物质。在纯净水生产中常用的是果壳（核）不定形颗粒活性炭。

d. 离子交换软化器（附盐箱）

离子交换软化器的主要作用是降低水的硬度，阻止RO结垢。

2．反渗透部分

a. 精密过滤器（也叫保安过滤器）

精密过滤器内装精度为5ｕm的滤芯，用以去除粒径细微的颗粒，精密过滤器常设置在压力压力过滤器之后，以除去100ｕm以下的细小微粒，进一步降低浊度，阻止预处理的破碎滤料进入反渗透系统。有效的保护反渗透膜不受或少受污染。

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b.

进水电磁阀： 其主要作用是在设备停机时自动切断原水与膜之间的管路，使水不会流入膜管内对膜造成污染。 c. 低压开关： 反渗透系统正常工作的保护元件，当水处理系统运行水压过低时，

容易造成高压泵头不可恢复性破坏。低压开关就是当工作水压达不到运行要求时，自动切断电路使系统停止工作。保护工作元件。其安装位置应在进水电磁阀的后方。 d. 高压泵 提供高压为水的反渗透提供条件。 e. 高压泵旁通阀 调节泵的压力及供水流量。 f. 高压泵后节流阀 调节进水进膜压力及流量。 g. 反渗透膜 除盐 h. 浓水调节阀 调节浓水流量，以调节RO膜的受压情况，控制产水量及脱盐率。 i. 冲洗电磁阀 冲洗RO膜表面的污物，保持RO膜的清洁。 j. 纯水流量计、浓水流量计 显示浓水、纯水的流量，二者之和即为总的进水量。 k. 纯水流量计、浓水流量计 显示浓水、纯水的流量，二者之和即为总的进水量。 l. 反渗透膜前及膜后压力表 显示RO膜的受压状态，两者对比，可判断RO膜的工

作状态

m. 原水压力表 精密过滤器后的压力显示，可判断原水的供水情况。

n. 电导率仪 数字指示为纯净水的水质情况。单位为μs/cm.(微西门子每厘米) 反渗透膜的分类

反渗透膜如以膜材料的化学组成来分，主要有纤维素膜和非纤维素膜两大类。在纤维素膜中，最广泛使用的是醋酸纤维素膜，非纤维素类膜以芳香聚酰胺为主要品种，

反渗透膜性能的好坏，直接影响到水质的好坏。其基本指标为：RO膜的脱盐率，RO膜的水回收率及运行压力。海德能公司及陶氏公司的各系列膜的各项性能指标均比较高。

海德能ESPA系列反渗透膜参数表 膜元件型号 膜面积m2 ESPA1-4040 ESPA2-4040 ESPA3-4040 ESPA4-4040 7.9 7.9 7.9 7.9 产水量(m3/d) 9.8 7.2 11.4 12.8 平均脱盐率-% 99.2 99.6 98.5 99.0 4英寸膜元件 上述数据均为给水压力150psi(每平方英寸上的磅数)，温度25℃，回收率15%PH6.5-7.0,含盐量500ppmNaCL条件下运行30分钟后的测试值。

海德能CPA系列反渗透膜参数表 膜元件型号 膜面积m2 CPA2-4040 7.9 产水量(m3/d) 8.5 平均脱盐率-% 99.5 4英寸膜元件 上述数据均为给水压力225psi(每平方英寸上的磅数)，温度25℃，回收率15%PH6.5-7.0,含盐量1500ppmNaCL条件下运行30分钟后的测试值。

陶氏自来水型反渗透膜参数表 产品名称 产水量gpd m3/d 最低脱盐率 9.08 98 稳定脱盐率 99.5 单只元件回收率% 15 TW30-4040 2400 2. 运行极限值

膜的类型 聚酰胺复合膜 最高运行压力 300psi(21bar)

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1. 产水量和脱盐率是基于测试条件：2000ppm NaCl, 225psi(1.55Mpa), 25℃,Ph=8

最大给水流量 17gpm(3.9m/h) 连续运行PH范围 2~11 短时清洗PH范围（30分钟） 1~12 最高运行温度 45℃

陶氏玻璃钢缠绕苦咸水型反渗透膜参数表 产品名称 产水量度gpd m3/d 9.0 最低脱盐率 稳定脱盐率 99.5 单只元件回收率% 15 BW30-4040 2400 2．运行极限值

膜的类型 聚酰胺复合膜 最高运行压力 600psi(41bar) 最大给水流量 14gpm(3.2m/h) 连续运行PH范围 2~11 短时清洗PH范围（30分钟） 1~12 最高运行温度 45℃ 最大压低落 13psi(0.9bar)

1．产水量和脱盐率是基于测试条件：2000ppm NaCl, 225psi(1.55Mpa), 25℃,Ph=8

在实际应用中，海德能公司和陶氏公司的膜元件用的最为广泛，一般地，海德能的ESPA系列和陶氏的TW系列均称作低压膜，运行压力不超过10Kg,产水量均以水温25℃时250L/H为基准。海德能的CPA系列和陶氏的BW系列均称作高压膜，运行压力不超过15Kg，产水量以水温25℃时250 L为基准(水温每下降1℃，产水量将下降3%)。

反渗透膜的安装

反渗透膜在安装使用时，是有方向的，海德能膜和陶氏膜的一端均有“O”型圈，以有圈的一端作为进水方向。在安装时，应在“O”圈上和产水管上涂上一层医用凡士林，目的是便于拆装。出纯水端的膜管，在安装过程中，尽量不要用手去接触它，在拆装膜时，注意保护出水膜管。 4. 反渗透工艺设计

（1） 性能参数

① 透水率Qp/cm3/cm2·s

Qp =A(ΔP — Δ Π )

式中A—— 膜纯水透过系数，cm3/(cm2 ·s·Mpa)； ΔP—— 膜两侧压差，Mpa；

Δ Π—— 膜两侧溶液压差 ，Mpa。

② 回收率?/%

?=Qp/Qf×100= Qp×100/( Qp+ Qm)

③ 浓缩倍数(CF)

CF= Qf/Qm=100/(100- ?)

④ 盐盐分透过率

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SP=CP/(Cf+Cm)×100% ⑤ 脱盐率R/%

R=100-SP

式中Qf 、Qm 、Qp——分别为进水、浓水和淡水流量。 Qf 、Qm 、Qp ——分别为进水、浓水和淡水含盐量。

（2） 设计计算 进行反渗透系统的设计计算，必须掌握进水水质，各组分的浓度、

渗透压、温度及PH值等原始资料，反渗透工艺如是以制取淡水为目的，则应掌握淡化水水量，淡化水水质以及水回用率等有关数据。

在制取淡水时，淡水流量和淡化水水质是由设计任务出来的指标，反渗

透系统的设计，则是在满足上述指标情况下计算出反渗透的规模。在淡化流量和进水水质组成确定后，首先，假定反渗透装置的回收率，按下述方法估算在该回收率下装置的产水水质。

Qf=Qm+Qp

Qfcif=Qmcim+Qpcip

CiM=(Qfcif+Qmcim)\\(Qf+Qm)

Cip=ciM(1-Roi)

式中 cif 、cim 、cip————分别为进水、浓水和淡水中i组分的浓度 ciM—— 为浓水中i组分的平均浓度

Roi——i组分的平均脱盐率

5 RO运行环境

1) 反渗透膜的进水要求：

水温：4℃～45℃ PH范围：4～9 浊度：SDI<5

总溶解性固体含量：TDS< 1000mg/L 铁：< 0.1mg/L 游离氯:不得检出 锰: < 0.05mg/L 有机物: < 1mg/L 2) 反渗透运行注意事项

a: 过量的进水流量将使膜组件提前劣化，因此进水流量不能超过设计值。浓水的流量应避免小于设计值，否则会使反渗透装置的压力容器内发生不均匀流动及过分浓缩而在膜组件上而析出结垢。

b: 高压泵即使有极短的时间中断运转都可能发生故障。

C: 进口压力要保持适当的裕度，否则没有适当的实压，除盐率会降低。

d: 当装置进出口压差超过标准时，说明膜已受污染或者进水流量过大。如调整流量尚不能解决压差问题，则应对膜进行清洗。有关膜的清洗，祥见附录A。

6 超滤微滤和反渗透各性能的比较：

超滤和微滤都是在压差推动力的作用下进行的筛孔分离过程。一般用来分离分

子量大于500的溶质、胶体、悬浮物和高分子物质。从把物质从溶液中分离出来的过程来看，反渗透 和超滤、微滤基本上是一样的。因孔径大小的不同，反渗透既能去除离子物质，又能去除许多有机物。而超滤微滤只能去除较大粒径的分子和颗粒。大分子物质在中等浓度时渗透压不大，所以超滤微滤能在较低的压差条件下工作。超滤微滤与反渗透比较见表：

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项目 膜的孔径/μm 膜材料 RO膜 <0.001 醋酸纤维素膜 聚酰胺复合膜 超滤（UF）膜 <0.001～0.1 微滤（MF）膜 0.1～10 醋酸纤维素膜、 醋酸纤维膜、聚砜膜、聚酰胺复合膜、醋酸膜、聚丙烯腈膜 硝酸纤维素混合膜聚碳酸酯膜、聚酰胺膜 卷式膜、中空纤维膜 ? ? ? ? ? 3～7 90～95 2～9 5～40 用于精处理出水电阻率降低0.1～1 不易堵塞，可用水或药液清洗和反洗 1～3 板式、折叠筒式 ? ? ? ? ? ? 0.5～3 100 4～10 5～40 用于精处理出水电阻率降低0.1～0.6 易堵塞，可用水或药液清洗但效果差 <1 膜组件常用形式 去除杂质的能力 无机盐 有机物的相对分子质量》500 细菌 病毒、热源 悬浮物粒径》0.1μm 胶体微粒粒径<0.1μm 卷式膜、中空纤维膜 ? ? ? ? ? ? 20～60 50～75 醋酸纤维素膜4～3复合膜3～11 20～30 适用除盐部分出水口电阻率高约10倍 不易堵塞，可用水或药液清洗 工作压力/（kgf/cm2） 处理水流量(米/天) PH 水温/℃ 出水电阻率变化（25℃）/（MΩ·CM） 性能 寿命/年

3～5 7 纯净水消毒

纯净水生产过程中，在成品灌装时或成品水保存时，必须进行消毒处理。消毒处理目前常用的有两种方法：紫外线消毒和臭氧消毒。

紫外线杀菌

1） 紫外线杀菌原理及效果

紫外线杀菌的原理一般认为是生物体内的核酸吸收了紫外线的能量而改变了自身的结构，进而破坏了核酸的功能所致。当核酸吸收的能量达到致死量而紫外光的照射又能保持一定时间时，细菌便大量死亡。

紫外线的灭菌效果因波长而异，波长在200～300nm之间的紫外线有灭菌作用，其中

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以254～257nm波段灭菌效果最好。把该波段紫外线的灭菌能耐力定为100％，随着波段的增加或减少，灭菌效果均急剧下降。

2） 紫外线杀菌的特点

① 紫外线杀菌速度快，效率高，效果好。

② 紫外线照射不会改变水的物理和化学性质，对纯水不会带入附加物所引入的污

染。

③ 适用各种水的流量下，操作简单，使用方便，只需定期地石英玻璃套管更换灯

管即可。

④ 体积小，轻便，耗电低。

⑤ 紫外线杀菌没有持续杀菌作用，易受二次污染，紫外线灯管的寿命短。 3） 影响紫外线杀菌效果的因素

紫外线的强度，紫外线的光谱波长和照射时间是决定紫外线杀菌效果的因素。具体有以下几个方面：安装位置，水的流量，水的物理化学性质（水的色度，浊度），灯管的功率，灯管周围的介质温度，石英砂套管的质量，水层的厚度等。 2 臭氧杀菌

1） 臭氧的杀菌原理 臭氧（O3）是氧的同素异形体，是通过高电离电位对氧的电离

化作用获得的一种不稳定气体，臭氧在常温下极不稳定，分解时放出新生态的氧[O]，[O]具有极强的氧化能力。当用串联混合器把臭氧传递到水中时细菌在2S内即被杀死。细菌被臭氧杀死是由细菌膜的断裂所致，这一过程被称为细胞消散，是由于细胞质在水中被粉碎引起的，在消散的条件下细胞不可能再生。

2） 臭氧的消毒特点 用臭氧消毒的优点是其杀菌效力高，菌谱广，即使对于如病毒

和囊孢等抵抗性强的微生物，它也是最有效的消毒剂；第二，它可能减少给水的嗅、味和色度；第三，经臭氧处理后的纯净水在灌装时还余留部分臭氧量，继续对瓶里盖上的细菌进行杀灭，并且在分解后它惟一的剩余物质是易溶的氧，无色、无味、处理过的水洁净透明，无任何异味、另外，臭氧的杀菌能力不受PH值变化氨的影响。用臭氧消毒也有其不利之处，因为必须用电产生臭氧，并且不能贮备，在遇到水质和水量变化时，对于臭氧的需用量难于及时调整。

混合床

在某些化工厂和制药，对纯净水的要求更高，往往要求其电导率在1μs以下，这时，我们常常采用阴阳离子混合床来处理水源。混合床的水源要求是除盐水。我们一般用反渗透处理过的水作为混合床的水源。这样，经混床处理过的水电导率可达到0.2～1μs/cm

混合床的除盐原理 在混床运行中，由于阴阳树脂的互相渗入，接触紧密，所以阴、阳离子的交换反应几乎是同时进行的。因此，阳离子交换产生的H离子和阴离子交换产生的OH- ,都不会累积起来，出水水质极好。

混合床离子交换器再生操作步骤 混合床的工作过程

混合床的工作过程由反洗分层、再生、树脂混合、正洗、交换运行等操作步骤组成。现分别扼要介绍如下。

1． 洗分层 反洗分层是混合床运行操作中的重要步骤之一，反洗分层的目的是将阴、

阳两种树脂彻底分离，通常采用以下两种分离方法：

浮选分离法 即向经反洗预分离的树脂内加入密度介于两种树脂之间的溶液（如

NaCL和NaOH溶液），使小于两种溶液密度的各种大小颗粒的阴树脂浮起，而使大于溶液密度的各种大小颗粒的阳树脂的沉于底部，达到彻底分离的目的。

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隔离分离 即在混合树脂内加入一种密度介于阴树脂和阳树脂两者之间的惰性树脂（其真密度约为1.16～1.27g/ml）, 当反洗分层时，惰性树脂介于阴阳树脂层之间，使得不易分离的那些树脂夹在惰性树脂层中，仅对不夹杂有另一种树脂的两种树脂分别再生。

2 再生

混合床中阴、阳树脂的再生有以下四种方法。

1） 碱溶液分别流经阳、阴树脂层的两步法体内再生，这种混合床体内再生步骤为： ? 反洗分层后，从上部送入NaOH再生溶液先再生阴树脂、废液从阴、阳树脂分

界处的排液管排出，为防止碱液污染阳树脂，再生同时，由底部通入清水通过阳树脂由中间管排出； ? 从下部通入再生阳树脂用的酸液，废液同样由分界处排液管排出，同样为防止

酸液污染阴树脂，由上部送入清水通过阴树脂层由中间排液管排出； ? 用除盐水分别由底部和上部送入，自下而上清洗阳树脂层至排水酸度降至

0.5mmol/L为止。

2） 酸碱同时流经阳、阴树脂层体内再生，这种混合床体内再生步骤为： ? 树脂反洗分层后，再生时，由交换器上下同时送入再生用的碱液和酸液，分别

流经阴、阳树脂层后，由中间排液装置同时排出； ? 清洗水同样由交换器上、下送入，分别流经阴阳树脂层后，由中间排水装置同

时排出。

3） 阴树脂移出体外再生 阴树脂移出体外再生法是将阴树脂移出混床至专

用的阴树脂再生罐，然后送入再生液进行再生。

4） 阴阳树脂外移体外再生产 阴、阳树脂外移体外再生是将阴树脂和阳树

脂全部移出混合床至专用的阴树脂再生罐和阳树脂再生罐，然后分别送入碱液和酸液对阴树脂和阳树脂进行再生。

体外再生的优点是：再生效率高，保证出水不被再生剂污染；交换器可不设排装置，使运行流速增大，由于混合床的运行周期长，可以几台混合床共用一个再生罐。

体外再生的缺点是：树脂磨损率较大。 3 阴、阳树脂的混合

树脂混合时先使交换器中的水高出树脂层表面100～200mm，再通入洁净的压缩空气，使分层的树脂重新混合均匀，立即快速排水，迫使整个树脂层迅速下落，以免阴、阳树脂由于密度不同而在缓慢下沉时再次分层。 4 正洗

混合后的树脂层要用除盐水以10～20米/小时的流速进行正洗，直至出水的电导率和硅酸含量合格时才能投入运行。 5 交换

混合床的运行一般在较高的流速下（一般为50～100米/小时）进行。 混合床的特点

由于混合床运行方式的特殊性，与复床相比，混合床的优点在于：出水水质优良和出水水质稳定；间断运行对出水水质的影响较水；交换终点明显，利监督和实现自动控制；设备比复床少，布置集中。其缺点是：树脂的交换容量利用率低，树脂损耗率大；对有机物污染敏感；再生操作复杂，且需时间长等。但由于混合床具有上述特点，所以在对水质除盐要求较高时，可在一级复床除盐系统后设置混合床除盐，对除盐起“精加工”作用。，这样不仅可以延长其工作周期，而且还

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可以防止阴树脂被有机物污染。 混合床树脂再生时的一些重要参数 ? 反洗分层流速（m/h） 10～15

? 再生液浓度（%） HCL 4～8 NaOH 5 ? 再生温度（℃） 45～60

? 再生用量（Kg/m3 ） 以100%纯再生剂计 HCL 100 NaOH 100

? 再生剂质量要求： 阴树脂最好采用离子膜碱，阳树脂选用优级工业盐

酸。

? 树脂比例： 阴、阳树脂之比为2：1或者说：1（体积比）

其它水处理技术简介

一．离子交换除盐

利用离子交换作用将水中各种离子去除或减少到一定程度的水处理方法叫做离子交换除盐或化学除盐。也就是用H型阳离子交换剂将水中各种阳离子交换成H+，而用OH型阴离子交换剂将水中各种阴离子交换OH-，残留在水中的离子H+的OH-又结合成水，因而水中各种盐类几乎除尽。这种离子交换除盐系统如图所示。

1．—H型阳离子交

换器

2．—除CO2器

CO2 3 3．—OH型阴离子交

换器 1

2

离子交换除盐系统

原水先流经氢离子交换器，水中各种阳离子（Fe3+、Ca2+、Mg2+、Na+等）被H型树脂吸着，而按照等物质的量规则，树脂上的H+进入水中，并与水中的阴离子组成无机酸。其中的碳酸中除CO2器去除。如下式：H2CO3 H2O+CO2↑

水中剩余的无机酸，再流经装有OH型树脂的阴离子交换器，发生如下反应：

HR R’OH 2R′OH+H2SO4 R2′SO4+2H2O R′OH+HCl R′Cl+H2O R′OH+H2SiO3 R′HSIO3+H2O ??

由此可见，经H—OH型离子交换处理后，水中各种离子几乎除尽，而得到近于中性

的纯水。

交换器工作一段时间后，树脂渐趋饱和，此时需再生。阳树脂一般用HCl或H2SO4再

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生。阴树脂则用NaOH再生，其反应为：

R′SO4+2NaOH 2R′OH+Na2SO4

′′

RCl+NaOH ROH+NaCl

二．电渗析法除盐

1．膜分离：就是利用一种特殊的半透膜作用来分离溶质的过程。根据半透膜的种类和分离过程推动力的区别，膜分离过程分为扩散渗析、电渗析、反渗透和超滤四种。半透膜是指在溶液中一种或几种组分不能透过而其它组分能透过的膜。水的膜分离法就是利用这种特殊的半透膜将溶液隔开，使溶液中的某种溶质或溶剂（水）渗透出来，从而达到溶质与水分离的目的。

2. 电渗透析除盐法就是在直流电场的作用下，利用离子交换膜对溶液中离子的选择透过性，将水中的溶质（电解质）分离出来的一种膜分离方法。这种方法的优点是：只耗电能不耗再生剂就能降低水中的含盐量；设备占地面积小；易于实现自动化。

3. 电渗析的基本原理

离子交换膜的选择透过性，电渗析除盐法是以两个基本条件为依据：一是水中阴、阳离子在直流电场中会作定向迁移，且按同性相斥、异性相吸的原则，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；二是离子交换膜具有选择透过性，阳膜只允许水溶液中的阳离子通过，阴膜只允许水溶液中的阴离子通过。如图，

H2↑ 阳膜 阴膜 OH H Cl Na Cl→←

2 1 电渗析示意图：1—阳极室；2—阴

极室

- ++-+O2 Cl2

Na Cl +- Na + 28

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