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魏 桥 热 电 WEIQIAO THERMOELECTRICITY 1 目目 录录 第一章第一章 水质概述水质概述 3 3 第一节 水在热力发电厂中的作用及水处理的重要性3 第二节 常用化学名词概述3 第三节 天然水中的杂质4 第四节 水质指标5 第二章第二章 水的沉淀处理水的沉淀处理 6 6 第一节 胶体化学基础6 第二节 水的混凝处理7 第三节 沉降原理9 第四节 絮凝沉淀池9 第五节 常见问题及处理措施.10 第三章第三章 水的过滤过程水的过滤过程 1111 第一节 水的过滤过程.11 第二节 过滤器.11 第三节 常见问题及处理措施.13 第四章第四章 超滤膜的分离技术超滤膜的分离技术 1414 第一节 超滤膜的种类及原理.14 第二节 常见问题及处理措施.15 第五章第五章 离子交换的基本知识离子交换的基本知识 1616 第六章第六章 水的阳离子交换处理水的阳离子交换处理 1818 第一节 固定床离子交换的原理.18 第二节 固定床离子交换.19 第七章第七章 水的离子交换除盐水的离子交换除盐 2020 第一节 阴离子交换树脂的工艺性能.20 第二节 一级复床除盐.21 第三节 混合床除盐.21 第八章第八章 水的其他除盐方法水的其他除盐方法 2323 第一节 反渗透原理及注意事项.23 第二节 常见问题及处理措施.25 第九章第九章 给水系统金属的腐蚀及其防止给水系统金属的腐蚀及其防止 2626 2 第一节 金属的电化学腐蚀.26 第二节 给水系统金属的腐蚀.27 第三节 给水系统金属腐蚀的防止.28 第十章第十章 汽包锅炉水汽系统的腐蚀、结垢及其防止汽包锅炉水汽系统的腐蚀、结垢及其防止 3131 第一节 水汽系统的腐蚀及其防止.31 第二节 水垢和水渣.33 第三节 水垢的形成及其防止.33 第四节 锅炉水的磷酸盐处理.35 第十一章第十一章 水汽监督水汽监督 3636 第一节 机组启动过程中的化学监督.36 第二节 机组运行中的化学监督.37 第三节 锅炉的水汽监督及炉水处理.38 第四节 汽轮机的水汽监督.40 第五节 取样系统运行操作.40 第六节 水汽质量劣化时的处理.40 第十二章第十二章 凝结水精处理系统概况凝结水精处理系统概况 4141 第一节 凝结水精处理系统.41 第二节 设备结构及原理.42 第三节 常见问题及处理措施.44 第十三章第十三章 主要设备的工艺原理主要设备的工艺原理 4545 第一节 生水加热器.45 第二节 双滤料过滤器.45 第三节 反渗透（RO）系统.46 第四节 反渗透（RO）清洗系统.47 第五节 混床装置.48 第十四章第十四章 阴、阳床及混床的再生阴、阳床及混床的再生 4949 第一节 阳床的再生.49 第二节 阴床的再生.50 第三节 混床的再生.51 第四节 再生注意事项及故障处理.52 第十五章第十五章 事故案例事故案例 5353 第一节 补给水常见事故案例.53 第二节 水汽典型案例.55 3 第一章第一章 水质概述水质概述 第一第一节节 水在水在热热力力发电发电厂中的作用及水厂中的作用及水处处理的重要性理的重要性 一、水是热力发电厂的工作介质一、水是热力发电厂的工作介质 在热力发电厂中，水进入锅炉后，吸收燃料燃烧释放出来的热能，变成水蒸汽，导入汽轮机；在汽 轮机内，蒸汽的热能转变为动能冲动汽轮机转动继而变成机械能；汽轮机带动发电机，将机械能转变为 电能。 二、水处理的重要性二、水处理的重要性 在热力发电厂中，由于汽水品质不良，容易造成以下危害： 1、热力设备的结垢。如果进入锅炉或其他热交换器的水质不良，则运行一段时间后，在和水接触的 受热面上，会生成一些固体附着物，这种现象称为结垢，这些附着物称为水垢。形成水垢后，容易造成 结垢部位的金属管壁温度过高，造成超温爆管；降低发电厂的热经济性，增加燃料消耗。 2、热力设备的腐蚀。发电厂热力设备的金属经常和水接触，如水质不良，则会引起金属腐蚀，缩短 设备使用期限。 3、过热器和汽轮机的积盐。水质不良会使锅炉不能产生高纯度的蒸汽，随蒸汽带出的杂志就会沉积 在蒸汽通过的各个部位，形成积盐。积盐容易造成汽轮机效率过低增加蒸汽流通阻力，自动主气门及调 门卡涩，造成过热器爆管等。 第二第二节节 常用化学名常用化学名词词概述概述 一、溶液一、溶液 一种物质分散在另一种物质中的体系称为分散体系，均一的分散体系叫做溶液。溶液中被分散的物 质叫做溶质，用以分散溶质的物质叫做溶剂。若将少量 NaCl 放入水中，稍加搅拌，NaCl 就很快地溶于水 中，其中 NaCl 就叫溶质，水就叫做溶剂。 二、溶液中溶质的含量二、溶液中溶质的含量 1、质量分数和百分含量 用溶液的质量占全部溶液（溶质于溶剂）质量的比值来表示溶液中溶质的含量，叫做质量分数，如 以百分数表示，则称为百分含量。 2、用单位体积或单位质量溶液中含有的溶质质量表示含量 在工业上有时用 1L 溶液中含有溶质的质量（g/L、mg/L、g/L） 。对以水为溶剂的稀释液，1L 水的 质量近似地等于 1kg，在这种情况下，上述含量单位与 g/kg、mg/kg、g/kg 可看作相等的。 3、物质的量 物质的量的单位为摩尔，符号为 mol。摩尔所表示的是参与化学反应的基本单元。 4、浓度 用 1L 溶液中所含溶质的物质的量表示溶液中溶质的含量，叫做物质的量浓度或简称浓度。 三、电离三、电离 4 电解质：物质在干燥时不能导电，而在水溶液中或在加热熔融状态下却能导电，此类物质叫做电解 质，如食盐、氢氧化钠等。 非电解质：物质在干燥时和其溶液都不能导电，此类物质叫做非电解质，如酒精、石蜡等。 电解质溶解于水后所以能导电，是因为在水分子作用下，电解质离解为带正电和带负电的离子，它 们能在水中自由移动，这种过程叫做电离。 四、水的电离，四、水的电离，pHpH 值值 水是一种极弱的电解质，它只能微弱地电离出 H+和 OH-：H2O=H+OH- 因为水分子能电离成一个 H+和一个 OH-，所以纯水中的 H+和 OH-的离子浓度是相等的。在 22时，纯 水中 H+和 OH-离子浓度各等于 110-7mol/L。 若水溶液中的H+和OH-相等，则此水溶液叫做中性溶液；若H+OH-，则叫做酸性溶液；若 OH-H+，则叫做碱性溶液。一般溶液中的H+和OH-的值很小，而在不同条件下它们的大小又常常 有很大的差别，就是说它们的变动范围很大，用 mol/L 的浓度表示法在实用上不方便，所以现在广泛地 采用 pH 值来表示。pH 值的意义是H+浓度的负对数，如式（1-1）所示 pH=-lgH+=lg （1-1） 1 H 中性溶液中的H+=10-7mol/L,则它的 pH 值为 7，酸性溶液的H+10-7mol/L，则它的 pH 值7，溶 液的酸性越强，pH 值越小。碱性溶液的H+10-7mol/L，则它的 pH 值7，溶液的碱性越强，pH 值越大。 五、溶度积五、溶度积 水是一种很好的溶剂，许多物质在水中都能溶解。但是一些固体物质在水中的溶解度很小，这些物 质通常叫做难溶物质。在水处理工作中经常利用这个特性，把某些物质转化为难溶物质，使它从水中沉 淀出来。 溶度积表达式的物理意义是：在难溶电解质的饱和溶液中，当温度一定时，其离子浓度的乘积为一 个常数。 第三第三节节 天然水中的天然水中的杂质杂质 天然水中的杂质是多种多样的，但在一般情况下，它们都是由一些常见元素所组成的酸、碱、盐之 类的化合物。由于水处理方法与杂质颗粒的大小有关，在水处理工艺中，我们通常按这些杂质颗粒的大 小，将其分为三类：悬浮物、胶体和溶解物质。 5 一、悬浮物一、悬浮物 悬浮物是颗粒粒径约在 10-4mm 以上的微粒，这些杂质在水中是不稳定的，很容易除去。水发生浑浊 现象，都是由此类物质造成的。 二、胶体二、胶体 胶体是颗粒粒径在 10-610-4mm 之间的微粒，是许多分子和离子的集合体。天然水中的有机胶体多半 是由于水中植物或动物肢体的腐烂和分解而生成的，其中主要为腐植质。天然水中的矿物质胶体，主要 是铁、铝和硅的化合物。 三、溶解物质三、溶解物质 在水中呈真溶液状态的物质有离子和分子，其颗粒粒径不大于 10-6mm。天然水中的溶解物质大都为 离子和一些溶解气体。 第四第四节节 水水质质指指标标 一、电厂用水的类别一、电厂用水的类别 水在火力发电厂水汽循环系统中所经历的过程不同，水质常有较大的差别。因此根据实用的需要， 人们常给予这些水以不同的名称。它们是原水、锅炉补给水、给水、锅炉水、锅炉排污水、凝结水、冷 却水和疏水等。现简述如下： （1）原水：也称为生水，是未经任何处理的天然水（如江河水、湖水、地下水等） ，它是电厂各种用 水的水源。 （2）锅炉补给水：原水经过各种水处理工艺净化处理后，用来补充发电厂汽水损失的水称为锅炉补 给水。按其净化处理方法的不同，又可分为软化水和除盐水等。 （3）给水：送进锅炉的水称为给水。给水主要是由凝结水和锅炉补给水组成。 （4）锅炉水：在锅炉本体的蒸发系统中流动着的水称为锅炉水，习惯上简称炉水。 （5）锅炉排污水：为了防止锅炉结垢和改善蒸汽品质，用排污的方法，排出一部分炉水，这部分排 出的炉水称为锅炉排污水。 （6）凝结水：蒸汽在汽轮机中作功后，经冷却水冷却凝结成的水称为凝结水，它是锅炉给水的主要 组成部分。 （7）冷却水：用作冷却介质的水为冷却水。这里主要指用作冷却作功后的蒸汽的冷却水，如果该水 循环使用，则称循环冷却水。 （8）疏水：进入加热器的蒸汽将给水加热后，这部分蒸汽冷却下来的水，以及机组停行时，蒸汽系 统中的蒸汽冷凝下来的水，都称为疏水。 在水处理工艺过程中，还有所谓清水、软化水、除盐水及自用水等。 二、水质指标二、水质指标 1 1、悬浮物、悬浮物 悬浮物的量虽然可以用重量法表示，但操作麻烦，所以常用大致可以表征悬浮物多少的透明度或浑 浊度来表示。 2 2、溶解盐类、溶解盐类 （1） 、含盐量 含盐量表示水中所含盐类的总和，可以通过水质的全分析，用计算法求得。 （2） 、蒸发残渣 蒸发残渣是表示水中不挥发物质的量。蒸发残渣的测定方法是取一定体积的过滤水样蒸干，最后将 残渣在 105110下干燥至恒重，其单位用 mg/L 表示。 (3)、电导率 利用水中离子指示水导电能力的大小的指标称做电导率。电导率的大小除了和水中离子量有关外， 还和离子的种类有关，故单凭电导率不能计算其含盐量。但当水中各种离子的相对量一定时，则离子总 6 浓度愈大，其电导率也愈大，所以在实际应用中可直接以电导率反映水中含盐量。电导率的单位为 S/m 或 S/cm。 3 3、硬度、硬度 硬度是用来表示水中某些容易形成的垢类以及洗涤时容易消耗肥皂的一类物质。对于天然水来说， 这些物质主要是钙、镁离子，所以通常把硬度看作是这两种离子。因此，总硬度（或简称硬度）就表示 钙、镁离子含量之和。 4 4、碱度和酸度、碱度和酸度 (1)、碱度 碱度表示水中含 OH-、CO32-、HCO3-量及其他一些若酸盐类量的总和。因为这些盐类在水溶液中都呈碱 性，可以用酸中和，所以归纳为碱度。在天然水中，碱度主要由 HCO3-的盐类组成。 因为碱度是用酸中和的办法来测定的，所以当采用的指示剂不同，也就是滴定终点不同时，所测得 的物质也不同。常用的指示剂为甲基橙和酚酞。当用甲基橙为指示剂时，终点 pH 值为 4.34.5。 通常所称的碱度，如不加特殊说明，就是指总碱度，即甲基橙碱度。碱度的单位为 mmol/L（H+） ，这 里 H+表示中和用酸的基本单元。 (2)、酸度 酸度是指水中含有能与强碱（如 NaOH 等）起中和作用的物质的量。在天然水中，酸度有 H2CO3和 HCO3-的盐类。 5 5、有机物和耗氧量、有机物和耗氧量 (1)、耗氧量 利用耗氧量来表征有机物多少的原理是基于有机物具有可氧化的共性。通常将重铬酸钾（K2Cr2O7） 法测得的耗氧量称为化学需氧量（CODCR） ，其理由是此法测得的数据比较接近余有机物完全氧化的耗氧量。 有人将符号 COD 笼统地代表耗氧量，此时必须标明所用氧化剂，否则，意义含糊。 (2)、生化需氧量 生化需氧量表示用微生物氧化水中有机物所消耗的氧量，通常用符号“BOD”表示，单位为 mg/LO2。 第二章第二章 水的沉淀处理水的沉淀处理 第一第一节节 胶体化学基胶体化学基础础 将水中杂质转化为沉淀物而析出的各种方法，称为沉淀处理。沉淀处理的内容包括：悬浮物的自然 沉降，混凝处理，沉淀软化等。混凝处理是一种应用广泛的水的沉淀处理方法。因为水的混凝处理关系 到许多胶体化学问题，所以这里先介绍胶体的一般知识。 一、胶体的稳定性一、胶体的稳定性 胶体颗粒较小，在水溶液中受到来自各个方向水分子撞击的次数相对来说较少，各撞击力相互抵消 的可能性也较少，因此它们在水中有不规则的运行，这称为布朗运动。胶体微粒有布朗运动，它们在水 溶液中不会发生明显的沉降现象。有些胶体在水溶液中不易相互聚集成较大的颗粒，而是呈稳定的分散 7 状态。 促使水中胶体具有聚集稳定性的原因有以下三种： 胶体表面带有相同电荷； 胶体表面有水化层； 胶体表面吸附有某些促使胶体稳定的物质。 二、胶体的亲水性与憎水性二、胶体的亲水性与憎水性 胶体表面水化层的形成是由于胶体对水的亲和力。根据此种性能，胶体大致可分为亲水和憎水两类。 亲水胶体的颗粒对水有很强的亲和力，而憎水胶体对水的亲和力很小。 三、胶体的脱稳三、胶体的脱稳 在水处理过程中，为了要除去水中胶体，必须使胶体脱稳。有以下途径： 1、压缩双电层 如在水溶液中投加某种电解质，则即使它是无关电解质，当加药量达到一定的数量时，也会发生胶 体聚集的现象。 2、网捕作用 在进行水的混凝处理时，有些胶体的去除，是因为混凝所产生的沉淀物像一个滤网，它们沉降时将 胶体夹带着一起沉淀。 3、吸附与架桥 如在水中投加可以吸附胶体的链状大分子，则因在一个大分子可以吸附多个胶体，大分子在胶体之 间起了架桥作用。 第二第二节节 水的混凝水的混凝处处理理 一、混凝原理一、混凝原理 混凝处理就是在水中投加一种名叫混凝剂的化学药品，这种药品在水中会促使微小的颗粒变成大颗 粒而下沉。 以混凝剂硫酸铝Al2(SO4)3为例，当它投入水中时，首先发生的是它的电离和水解，因而生成氢氧 化铝： Al2(SO4)32Al3+3SO42- Al3+H2OAl(HO)2+H+ Al(HO)2+H2OAl(HO)2+H+ Al(HO)2+H2OAl(HO)3+H+ 这个过程很快，通常在 30s 内完成了。 氢氧化铝是溶解度很小的化合物，它从水中析出时形成胶体。这些胶体在近乎中性的天然水中带正 电荷。随后，它们在反离子（如 SO42-）的作用力下渐渐凝聚成粗大的絮状 物，然后在重力的作用下沉降。 如凝絮过程如图所示： 二、影响混凝效果的因素二、影响混凝效果的因素 混凝处理的目的是除去水中的胶体和悬浮物，所以，水 的混凝效果，常以生成絮凝体的大小，沉降速度的快慢以及 水中胶体和悬浮物残留量的多好来评价。 8 影响混凝效果的因素很多，因为它包括有电离、水解、 形成胶体、吸附和聚沉等许多过程，任何一种干扰这些过程的工作条件都会反映到混凝效果上。 1、水的 pH 值 用铝盐作混凝剂时，最优 pH 值一般介于 6.57.5 之间。 2、混凝剂的用量 最优加药量与水中胶体的量有关，在不同的具体情况下应试验求得最优加药量，然后，在运行中再 根据实际处理效果加以调整。天然水的最优加药量一般为 0.10.5mmol/L（Al3+） 3 1 3、水温 用铝盐作为混凝剂时，水温对混凝效果有很大影响。当水温很低（如低于 5）时，产生的凝絮细而 松、含水分多，沉降很慢，所以效果差。 4、水和混凝剂的混合速度 水和混凝剂的混合速度关系到混凝剂在水中分布的均匀性和胶体颗粒间碰撞的机会，故它是影响混 凝过程的一个重要因素。搅拌速度最好由快转慢。水中刚加入混凝剂时，需要快速搅拌，因为混凝剂在 水中的水解和形成胶体的速度非常快，所以要用快速搅拌方能生成大量小粒的氢氧化物胶体，并使它迅 速地扩散到水的各个部分，及时地和水中杂质起作用。 5、水中杂质 当天然水中含有大量分子较大的有机物时，它们会吸附在胶体的表面上，起到保护胶体的作用，使 胶粒之间不容易聚集。 6、接触介质 当进行混凝或其他沉淀处理时，如在水中保持一定数量的泥渣层，则可以使沉淀过程更完全，沉淀 速度加快。在这里泥渣层起到接触介质的作用。 三、混凝剂三、混凝剂 可用作混凝剂的化合物有多种。常见的混凝剂是一些在分子中有高价阳离子的无机盐类。 1、铝盐 可用作混凝剂的铝盐有多种，如硫酸铝、明矾、铝酸纳。 2、铁盐 常用作混凝剂的铁盐，一般为硫酸亚铁（FeSO47H2O） 。 3、无机高分子混凝剂-聚合铝和聚合铁 （1）聚合铝。聚合铝是一类化合物的总称，在这类化合物中包含有 Al(HO)3聚合成的无机高分子和 其他组成物。水处理工艺常用的聚合铝属于聚氯化铝（简称 PAC） ，它是一种由碱式氯化铝聚合而成的无 机高分子化合物。 聚合铝组成中的 OH 和Al 的相对含量对其性质有很大影响。此量常用碱化度B来表示。其意义为它 3 1 们浓度的百分比，即 B=100% 3 1Al OH 式中OH-聚合铝中 OH 的浓度，mol/L； Al -聚合铝中Al 的浓度，mol/L。 3 1 3 1 碱化度是聚氯化铝的一个重要指标，它对该混凝剂的影响是：碱化度约在 30%以下时，混凝剂全部由 9 小分子构成，混凝能力低；随着碱化度的上升，胶性增大，混凝能力上升。若碱化度过大时，溶液不稳 定，会生成氢氧化铝的沉淀物。一般，B值控制在 50%80%之间。 由于聚合铝加到水中时可以直接形成高效能的聚合离子，不经水解和聚合反应，所以它具有以下优 点： 1）使用范围广。对于低浊度水、高浊度水、有色水和某些工业废水等，都有优良的混凝效果。 2）用量少。按 Al2O3计，其用量可减少到硫酸铝的。 2 1 3 1 3）操作容易。一般 pH 值为 78 都可取得良好的效果，低温时效果仍稳定。 4）形成凝絮快。 5）加药过多也没有害处。 （2）聚合硫酸铁。聚合硫酸铁是一种以铁的硫酸盐为原料，经过加工制造成的无机高分子混凝剂。 其通常是一种棕红色粘稠液体，聚合硫酸铁的混凝能力强，除色和除有机物的效果由于铁盐，对于低温 和低浊度水，也能取得良好效果。 4、此外，还有镁盐混凝剂、电混凝、混凝辅助剂等混凝方式。 四、有机高分子絮凝剂四、有机高分子絮凝剂 1、类别 用作有机高分子絮凝剂的化合物必须是线型或带枝节的线型聚合物。聚合物的链节数以 10005000 为宜，过多，会失去水溶性；过少，絮凝作用不佳。在高分子链上还必须有能起吸附作用的基团，如- COOH、-SO3H、-CONH2等。 有机高分子絮凝剂在水中可电离，是一种电解质。根据其电离后聚合离子所带电荷性质的不同，它 们可分为阳离子型、阴离子型和非离子型三类。按照其高分子的组成，它们又可分为聚乙烯、聚酰胺、 聚胺和聚丙烯等型。 2、应用 在我国，使用最广的有机高分子絮凝剂为聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺常作为助凝剂，与其他混凝剂一 起使用。 第三第三节节 沉降原理沉降原理 “沉淀”是指水中杂质形成沉淀物和自水中析出的全过程，而“沉降”仅指固体因重力作用而下沉 的过程。 一、悬浮颗粒的絮凝性一、悬浮颗粒的絮凝性 水中有些颗粒在沉降时会发生粘合的现象，这种性能称为絮凝性。 二、离散沉降二、离散沉降 离散沉降是指离散颗粒在稀悬浮液中的沉降过程。 三、絮凝沉降三、絮凝沉降 天然水中的悬浮颗粒或多或少具有絮凝性。当采用混凝处理时，颗粒的絮凝性更强，所以在水净化 工艺中，发生的常常是絮凝性颗粒的沉降，所谓絮凝沉降。 四、层状沉降四、层状沉降 如水中悬浮颗粒的量较多，则它们在水中沉降时常常会形成一个由许多颗粒聚集成的“毯状毯” 。此 时，可看到水体中有一个清水和浑水的交界面在不断下移。此种沉降称为层状沉降。 10 第四第四节节 絮凝沉淀池絮凝沉淀池 混合絮凝沉淀池根据微水动力学原理、胶体物理化学理论，融合流体边界层分离、澄清池接触絮凝 理论，结合絮凝沉淀机理，形成“接触絮凝沉淀水处理技术” 。该设备用湍流涡旋控制原理和边界层理论， 使得混合效率高，药剂利用充分，絮凝形成的矾花粒度好，尺度合适，密度大，沉淀既利用了浅池沉淀 原理，又增加和强化了接触絮凝及过滤网捕作用，小颗粒泄漏少，沉后水浊度低，沉后出水浊度 5NTU。主要配置如下工艺设备：直列式混合器、星形翼片絮凝设备和 V 形斜板沉淀设备。 1、直列式混合器：直列式混合器在采用流体微水动力学原理来控制混合微观过程和宏观过程，在相 同的水头损失下，提高直列式混合器混合效果。它的主要原理是使水流通过列管时，在边界层的作用下， 产生系列涡旋，并在其后的空间衰减，产生高频涡流，从而使混凝剂复杂的水解产物与原水中的胶体颗 粒得到充分混合。 2、星形翼片絮凝设备：星形翼片絮凝设备主要原理是利用边界层脱离理论和颗粒碰撞的惯性效应，改 变隔板的结构形式，同时改变翼片的形式，改变水流流经翼片附近的流态，增强了翼片控制能力，在不 同的水流空间，当水流流经翼片后，在周围短时间会形成准均匀各向同性紊流，紊流中夹带了大量尺寸、 强度一定的微小涡旋，在不断的流动过程中，导致涡旋离开原位置并进行彼此碰撞，加大了颗粒的有效 碰撞次数，有效地提高了絮凝效果。絮体颗粒碰撞、吸附，絮体本身产生强烈变形，使絮体中吸附能级 低的部分由于变形揉动作用从而达到更高的吸附能级，并在通过设备后絮体变得更加密实，提高絮凝效 果，缩短絮凝时间。 3 、V 形斜板沉淀设备：V 形斜板沉淀设备主要原理是综合利用沉淀机理和接触絮凝机理完成沉淀区 中颗粒的分离过程，在利用沉淀机理的基础上，在设备内设置涡旋强度控制区域，减弱沉淀区中沉淀设 备下部一定位置水流中的大涡旋强度，减少沉淀区水流的脉动。当水流在进入设备后，这种结构的特殊 性能进一步控制接触絮凝的过程，在不断改变流速流态的过程中，提高矾花颗粒在设备内接触碰撞的几 率，彼此吸附连接，只有尺度和密度足以克服水流顶托力等相关因素的矾花颗粒，才能沉落。在不断下 沉的过程中，不断吸附微小粒径的矾花颗粒，直至脱离沉淀设备。当矾花重力同水流顶托力及相关作用 力维持动态平衡时，增强了接触絮凝沉淀作用，在设备内一定位置形成密实的、抗冲击负荷能力强、可 自动更新且更新周期短的动态悬浮泥渣层，这样使悬浮泥渣层时刻保持很强的过滤、吸附、纳污能力。 第五第五节节 常常见问题见问题及及处处理措施理措施 序号现象原 因处 理 方 法 11 1出水浑浊 1、出力过大 2、来水水质太差 3、加药泵故障、加药量过小或加药 不及时、不均匀 4、水温低，絮凝效果差 5、池体内部结构损坏，处理效果差 6、排泥不及时 1、调小出力 2、调整设备出力或调大加药量 3、检修处理，调整加药量 4、根据视情况投伴热或降低出 力 5、停运检修池体结构 6、根据水质、出力及时排泥 2 气动阀不能正常启 闭或排泥不通常 1、气源压力过低或有泄露 2、气动阀卡涩 3、气动阀执行机构故障 4、阀门或排泥管被异物堵塞 1、调整气源压力 2、检查处理 3、联系热工检查处理 4、疏通处理 3出水局部偏流 1、集水槽高度或孔口高度不一 2、局部孔口被异物堵塞 1、重新调整高度 2、疏通堵塞孔口 4 斜板沉积大量凝絮、 黏泥 1、调整不当、出力过大 2、加药不均匀、不及时、加药量过 小 3、有机物繁殖生长及代谢产物 长时间运行凝絮沉积 1、调整运行方式 2、调整加药量 3、及时投杀菌药剂 定期冲洗 第三章第三章 水的过滤过程水的过滤过程 第一第一节节 水的水的过滤过过滤过程程 天然水经过混凝处理后，虽然已经将其中大部分悬浮物除掉，从外观上看常常是清澈透明的，但实 际上水中免不了残留少量细小的悬浮颗粒，所以还需要进一步对悬浮物进行处理，否则，当进行离子交 换处理时，会污染交换剂，妨碍运行。进一步除去水中悬浮物的常用方法为过滤。 一、滤料一、滤料 用作滤料的物质，应具备以下条件；化学性能稳定，不影响出水水质；机械强度良好，使用中不碎 裂；粒度适当。此外，还应当价廉，便于取材。常用的滤料为石英砂、无烟煤、大理石等。 1、化学稳定性：为了试验滤料的稳定性，可在一定条件下，用中性、酸性和碱性水溶液浸泡各种滤 料，以观察水溶液被污染的情况。 2、机械强度：滤料应有足够的机械强度，以减少因颗粒间互相摩擦而破碎的现象。 3、粒度：粒度是指一堆粒状物料颗粒大小的情况。 二、过滤工艺二、过滤工艺 1、过滤运行：过滤运行成循环状，是由过滤、反洗和正洗三个步骤组成一个周期。 当粒状滤料工作到滤层中截留有多量泥渣时，为了恢复它的过滤能力，需要将滤层进行冲洗。冲洗 的第一步是用快速水流由下向上通过滤层，将滤层中截留下来的泥渣和因滤料颗粒碎裂而生成的粉末冲 走，这称为反洗。第二步是按与过滤运行相同的方式通水，只是将不合格的出水排走，这称为正洗。待 正洗至出水合格时，便可重新投入过滤运行。 2、过滤效果：过滤的运行效果，通常由两个方面来评价：一是出水水质，也就是水中残留悬浮物的 多少；二是滤层的截污能力。 12 3、滤速：水流通过滤层的真流速应该是水在滤料的颗粒与颗粒之间孔隙中的流速。 4、反洗强度：反洗水流速的大小可用“反洗强度”来表达，通常按每秒钟内流过每平方米过滤截面 的反洗水量来表示。 第二第二节节 过滤过滤器器 过滤设备有多种类型，按工作压力可分为压力式和重力式；按滤层的组成可分为单层和多层；按水 的流向可分做下向流、上向流和双流；按运行状况可分为恒流和恒压。 习惯上，把密闭的容器式过滤设备称为过滤器。工业上用的过滤器通常由圆柱形钢制容器所组成， 在压力下运行，属于压力式过滤器。 一、普通过滤器一、普通过滤器 最简单的压力式过滤器是用单层滤料、下向流式。这种过滤器的机构和运行都较简单，它最先被采 用，现在还在应用。 1、结构 图 3-7 所示为普通过滤器结构的示意。此种过滤器本 体内安置的装备有：进水装置、配水系统，有时还有进压 缩空气的装置。在本体的外面设有各种必要的管道、阀门 和仪表等。 （1）进水装置。进水装置是用来送入需过滤的水， 有时兼起反洗排水的作用。在普通过滤器中，进水装置和 滤层之间隔着一段空间，它是为了反洗时滤层膨胀的需要 二设置的。在过滤运行时，此空间一直充满水，故称它为 水垫层。水垫层的存在，可以起到促进水流均匀的用作， 所以在普通过滤器中，进水装置的结构形式往往不是影响 滤层中水流分布的主要因素，因而可以采用比较简单的结构，如在进水管出口端设置一个口向上的漏斗。 （2）配水系统。设于普通过滤器下部的配水系统是用来安置滤料，排出经过滤的水和送入反洗用水。 它的作用除了保证水流在滤层中分布均匀外，还可防止滤料泄漏。 配水系统的类型较多，现在常使用的有配水帽式、滤布式和砂砾式等。 1）配水帽式。配水帽是一种带有缝隙（或小孔）的部件，它安装在配水支管上，水由缝隙流经支管 进入配水总管。配水帽可由塑料、铜锡合金或陶瓷等制成。它的形式很多，有缝隙式、叠片式、长柄式 等。 2）支管开缝式。水由开缝处流经支管进入总管。缝的宽度应根据滤料的大小而定，一般比滤料的最 大颗粒小 0.4mm。 3）滤布式。滤布的应用有两种方式：一种为配水系统呈总管支管形式，滤布包在带孔的配水支管上； 一种为将滤布铺在两块穿孔板之间。为防止漏滤料，滤布的网孔比较小，为 4060 目。在运行中滤布的 网眼易于因滤料碎末的堵塞而增大阻力。 4）砂砾式。砂砾式配水系统是由细砂和砾石堆积而成的。 2、运行 普通过滤器的运行流速约 810m/h，当它运行到水流通过滤层的压力降达到规定值时，停止过滤运 13 行，开始反洗。此时，将过滤器内的水排放到滤层的上缘为止，然后送入强度为 1825L/（sm2）的压 缩空气，吹洗 35min 后，在继续供给空气的情况下，向过滤器内送入反洗水，其强度应使滤层膨胀 10%15%。反洗水送入 23min 后，停止送空气，继续用水再反洗 11.5min，此时反洗水的强度应使滤 层膨胀约达 40%50%。最后，用水正洗直至出水合格，方可开始正式过滤运行。 二、双流式过滤器二、双流式过滤器 在普通过滤器中虽然有机械筛分和接触凝聚两种作用，但由于水流是先通过小颗粒滤料，后通过大 颗粒滤料，所以起主要作用的是表层滤料的截留作用。至于滤层中滤料颗粒的接触凝聚能力，并不能充 分发挥出来。为此，出现了双流式过滤器的设计。在此过滤器中，进水分为两路：一路由上部进，另一 路由下部进，经过过滤的水，都由中部流出。 三、多层滤料过滤器三、多层滤料过滤器 为了改变普通过滤器中滤料是“上细下粗”的不利排列方式，办法之一就是采用多层滤料过滤器。 1、双层滤料过滤器 双层滤料过滤器的机构与普通过滤器相同，只是在滤床上分层安放着两种不同的滤料。上层为相对 密度小、粒径大的滤料，下层为相对密度大、粒径下的滤料，通常采用的是上层无烟煤，下层石英砂。 由于无烟煤的相对密度为 1.51.8，而石英砂为 2.65 左右，它们有较大的差别，所以，即使无烟煤颗粒 的粒径较大，在反洗后，它仍能处于颗粒较小的石英砂的上面。 滤料颗粒层呈上大下小的状态对过滤过程很有利，因为进水有上部送入时，首先遇到的是颗粒较大 的无烟煤滤料，过滤作用可以深入到滤层中，发生渗透过滤作用。下层较小的颗粒也能截取一部分泥渣， 起到保证出水水质的作用。 双层滤料与单层的相比，其截污能力较大，水头损失增加比较缓慢，滤速可提高，工作周期可延长。 双层滤料能否良好地运行，煤砂颗粒的选择是关键问题。这必须做到反洗时煤砂分层良好，否则小 颗粒砂子混在大颗粒煤粒中，有可能使滤层中的孔隙比单纯用砂粒的还小，这不利于过滤。 2、三层滤料过滤器 三层滤料的原理和结构与双层滤料床相似，它相当于在双层滤料床下面加了一层相对密度更大，颗 粒更小的滤料。三层滤料过滤器的上层为无烟煤，中层为石英砂，下层可采用石榴石、磁铁矿或钛铁矿 等矿砂作滤料。 性炭都是制成颗粒状的，其粒径通常为 14mm。 四、过滤原理四、过滤原理 天然水经过混凝澄清处理后，但仍残留少量的细小悬浮颗粒。 如这样的水进入反渗透或离子交换处 理设备， 会很快污染膜元件或离子交换剂， 降低其工作能力，影响出水水质，因此必须进一步降低水 中悬浮物含量。常用的方法是过滤处理。 过滤就是让经混凝处理后的水通过一种或几种多孔滤料，降低水中悬浮物含量的过程。过滤可除去 一部分有机物、硅、铁、铝的化合物及一部分细菌、臭味和色度。当水经过滤层时，被水夹带的悬浮颗 粒在某些物理因素作用下会脱离水流流线，向滤料表面靠近，由于悬浮颗粒与滤料颗粒之间的黏附作用， 悬浮颗粒黏附在滤料表面。但滤料颗粒和被截留的悬浮颗粒间的粘合程度并不十分牢固，因此在水力作 用下，一部分已黏着的悬浮颗粒会从滤料表面剥落下来，被水流带入下一层滤料，并重新被截留。随水 14 流流动的悬浮颗粒之所以能脱离水流流线向滤料颗粒表面靠近，是由于某些物理因素的作用，这些物理 作用有拦截、惯性、扩散、沉降和流体动力作用。一旦悬浮颗粒靠近滤料颗粒它就会在化学结合力以及 某些特殊的物理、化学吸附力作用下黏附到滤料颗粒的表层或黏附在原来已黏附的悬浮颗粒上。黏附作 用主要与滤料颗粒和悬浮颗粒表面的物理化学性质有关，同时还与水流速度和水的性质有关。过滤过程 有以下作用： 1、 吸附：滤料颗粒表面吸附了水中细小的颗粒； 2、 架桥：截留下来的悬浮物在滤颗粒表面发生重叠和架桥的过程，形成了一层附加的滤膜； 3、 混凝：悬浮物和沙粒表面之间发生了与混凝作用相同的颗粒凝集过程； 4、 筛分：完成大小悬浮物的大小分离过程； 第三第三节节 常常见问题见问题及及处处理措施理措施 序号现象原 因处 理 方 法 1出水浊度大 1、反洗效果差 2、原水处理效果差，来水水质太差 3、长时间不反洗 4、投运前未正洗 1、提高反洗效果 2、合理调整原水处理 3、加强反洗 4、投运前及时正洗至出水浊度 合格 2反洗空气不均匀1、底部布气管道的穿孔 2、局部滤帽的堵塞或损坏 3、栅管间距的变形 1、检查处理 2、联系检修检查处理 3过滤器滤料板结 1、长时间不反洗 2、反洗流量小 3、原水中所包含的油，截留在过滤 器内 1、加强反洗 2、严格控制反洗流量，确保反 洗效果 3、合理调整原水处理，加强反 洗 第四章第四章 超滤膜的分离技术超滤膜的分离技术 第一第一节节 超超滤滤膜的种膜的种类类及原理及原理 一、膜分离过程分类一、膜分离过程分类 滤膜法液体分离技术从分离精度上划分，一般可分为四类：微滤（MF） 、超滤（UF） 、纳滤（NF）和 反渗透（RO） ，它们的过滤精度按照以上顺序越来越高。 超滤 能截留 0.002-0.1 微米之间的大分子物质和蛋白质。超滤膜允许小分子物质和溶解性固体（无 15 机盐）等通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表示超滤膜孔径大小的切割 分子量范围一般在 1000-500000 之间。超滤膜的运行压力一般1-7bar。 二、二、超滤膜的种类及应用特点超滤膜的种类及应用特点 超滤膜按结构来分主要有四种：板式膜；卷式膜；管式膜；中空纤维膜。 板式膜：最早出现的超滤膜，因为难以保证膜表面适当的流速及复杂的密封问题，这类膜的应用非常 有限，前处理要求也不严格。 卷式膜：以板式膜为起点发展起来，因为卷式膜的格网带来死点及无法反洗，通常不适用于工业原水 处理，适用于高温、高压物料分离等，前处理要求也不严格。 管式膜：因为它的能耗较大，从经济上来说不适用于普通水处理，一般适用于高固体含量或高含油浓 度的流体，在四种膜中，它的前处理要求最不严格。 中空纤维膜：因为它压力低，通道无死点，通量高，能进行反洗，所以除特殊水体（如高含油、高固 体含量等）外，都是很好的选择，对四种膜而言，在水处理中应用最为广泛。 我厂采用塞伟尔品牌中空纤维膜。 三、三、超滤基本原理超滤基本原理 1、概述 超滤是一种流体切向流动和压力驱动的过滤过程，并按分子量大小来分离水中颗粒。超滤膜的孔径 大约在 0.0020.1 微米范围内。溶解物质和比膜孔径小的物质能作为透过液透过滤膜，不能透过滤膜的 物质将被截留下来浓缩于排放液中。因此产水（透过液）将含有水、离子和小分子物质，而胶体物质、 颗粒、细菌、病毒和原生动物将被膜去除。 中空纤维超滤膜是一种很薄的聚合材料，一般由聚砜（PS） 、聚醚砜（PES） 、PVDF 或聚丙烯腈 （PAN）制成并带有非对称的微孔结构。不对称超滤膜有一层极光滑极薄（0.1 微米）的孔径在 0.002 到 0.1 微米间的内表面，此内表面由孔径大到 15 微米的非对称结构海面体支撑结构支撑。这种小孔径光滑 膜表面合较大孔径支撑材料的结合使得过滤微小颗粒的流动阻力很小且不易堵塞。 2、基本原理 超滤是一个错流和切向流的过程，要过滤的液体沿膜表面流动。这样在中空纤维的内壁上形成流体 剪切的条件，而使得污染物较难在膜表面形成。 要过滤的水经由超滤给水泵加压后输入膜组件中。由于膜内外的压力差，一部分水渗过滤膜，水中 的杂质则截留在剩余部分水中被过滤除去。 如果分离的杂质在膜上过多沉积，根据膜的类型不同，会导致难溶性盐沉积或形成部分覆盖层。所 以要避免这一点，一部分水会成为浓缩液流出去掉，根据膜的类型和应用不同，这样的过程要持续进行 或者在回流时进行。 3、超滤的特点 与传统的净化方式相比，超滤具有许多优点： （1）过滤效果不受原水水质的影响； （2）能够去除耐氯的病菌； （3）超滤的浓缩液中只含有原来水中含有的那些物质； （4）比起其它的传统方式，超滤中沉淀物的量明显较少 16 第二第二节节 常常见问题见问题及及处处理措施理措施 序号现象原 因处 理 方 法 1出水水质差 1、反洗效果差或未按规定加药反洗 2、原水处理效果差，来水水质太差 3、长时间未反洗 4、膜污染严重，长期未清洗 5、操作不规范或程序故障导致膜损 伤严重 1、提高加药反洗效果 2、合理调整原水处理 3、严格控制反洗频率 4、及时膜清洗 5、严格规范操作，程序故障及 时处理 2出水量降低 1、膜污染严重 2、回收率大 3、膜断丝率大 1、及时清洗 2、合理调整制水工艺 3、检查处理 3膜发生断丝 1、超滤膜丝的质量差 2、超负荷运行 3、反洗频率低 4、膜污染严重 5、膜丝震动太大 1、更换质量好的膜 2、合理调整运行 3、提高反洗频率 4、定期进行化学清洗 5、合理调整进水流量和反洗流 量 第五章第五章 离子交换的基本知识离子交换的基本知识 为了除去水中离子态杂质，现在采用最普遍的方法是离子交换。这种方法可以将水中离子态杂质请 出得比较彻底，因而能制得很纯的水。所以，在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中，它是一个必要的步 骤。 离子交换处理，必须用一种称作离子交换剂的物质（简称交换剂）来进行。这种物质遇水时，可以 将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换，如 Na 型离子交换剂遇到含有 Ca2+的水时，就 发生如式（4-1）的交换反应： 2RNa+Ca2+R2Ca+2Na+ （注：R 表示离子交换剂机构中不可交换的部分） 反应结果，水中 Ca2+被吸着在交换剂上，交换剂转变成 Ca 型，而交换剂上原有的 Na+跑入水中，这样水 中的 Ca2+就被除去了。转变成 Ca 型的交换剂，可以用钠盐溶液通过的办法，使其再变成 Na 型的交换剂， 以便重新使用。 离子交换剂的种类很多，有天然和人造、有机和无机、阳离子型和阴离子型等之分，此外，按结构 特征来分，还有大孔型和凝胶型等。现在普遍使用人工合成的离子交换树脂。 一、离子交换树脂的结构一、离子交换树脂的结构 17 离子交换树脂属于高分子化合物，结构比较复杂， 离子交换剂的结构可以被区分为两个部分：一部 分具有高分子的结构形式，称为离子交换剂的骨架；另一部分是带有可交换离子的基团（称为活性基因） ， 它们化合在高分子骨架。所谓“骨架” ，是因为它具有庞大的空间结构，支持着整个化合物，像动物的骨 架支持着肌体一样，从化学的观点来说，它是一种不溶于水的高分子化合物。 高分子化合物一般是由许多低分子化合物头尾相结合、连成一大串而形成的。这些低分子化合物称 为单体，此化合过程称为聚合或缩合。离子交换树脂，根据其单体的种类，可分为苯乙烯系、酚醛系和 丙烯酸系等。苯乙烯系是现在我国电厂有得最广泛的一种，我公司使用的也是苯乙烯系离子交换树脂。 二、离子交换树脂的性能二、离子交换树脂的性能 1、物理性能 （1）外观 1）颜色。离子交换树脂是一种透明或半透明的物质，依其组成的不同，呈现的颜色也各异：苯乙烯 系呈黄色，其他也有黑及赤褐色的。树脂的颜色和它的性能关系不大。 2）形状。离子交换树脂一般均呈球形。树脂呈球状颗粒数占颗粒总数的百分率，称为圆球率。对于 交换柱水处理工艺来说，圆球率愈大愈好，它一般应达 90%以上。 （2）粒度 树脂颗粒的大小对水处理的工艺过程有较大的影响。颗粒大，交换速度就慢；颗粒小，水通过树脂 层的压力损失就大。如果各个颗粒的大小相差很大，则对水处理的工艺过程是不利的。这首先是因为小 颗粒堵塞了大颗粒间的孔隙，水流不匀和阻力增大；其次，在反洗时流速过大会冲走小颗粒树脂，而流 速过小，又不能松动大颗粒。用于水处理的=树脂颗粒粒径一般为 0.31.2mm。 （3）密度 离子交换树脂的密度是水处理工艺中的实用数据。例如在估算设备中树脂的装载量，以及在采用混 合床、双层床等工艺时，都需要知道它的密度。 （4）含水率 离子交换树脂的含水率是指它在潮湿空气中所保持的水量，它可以反映交联度和网眼中的孔隙率。 树脂的含水率愈大，表示它的孔隙率愈大，交联度愈小。 （5）溶胀性 当将干的离子交换树脂浸入水中时，其体积常常要变大，这种现象称为溶胀。 （6）耐磨性 交换树脂颗粒在运行中，由于互相磨轧和胀缩作用，会发生碎裂现象，所以其耐磨性是一个影响其 实用性能的指标。 此外离子交换树脂还有溶解性、耐热性、抗冻性、耐辐射性能、导电性等物理性能。 2、化学性能 1）离子交换反应的可逆性 离子交换反应是可逆的，例如当以含有硬度的水通过 H 型离子交换树脂时，其反应如下 2RH+Ca2+R2Ca+2H+ 当反应进行实效后，为了恢复离子交换树脂的交换能力，就可以利用离子交换反应的可逆性，用硫酸或 盐酸溶液通过此失效的离子交换树脂，以恢复其交换能力，其反应式如下 R2Ca+2H+2RH+Ca2+ 18 离子交换反应的可逆性，是离子交换树脂可以反复使用的重要性质。 2）酸、碱性 H 型阳离子交换树脂和 OH 型阴离子交换树脂的性能与电解质酸、碱相同，在水中有电力出 H+和 OH- 的能力。因此，根据此能力的大小可以有强弱之分。强酸性 H 型交换树脂在水中电离出 H+的能力较大， 所以它很容易和水中其他各种阳离子进行交换反应；而弱酸性 H 型交换树脂在水中电离出 H+的能力较小， 故当水中有一定量的 H+时，就显示不出交换反应。 3）中和与水解 离子交换树脂的中和与水解的性能和通常的电解质一样，H 型离子交换树脂和碱溶液会进行中和反应， 它的水解反应也和通常电解质的水解反应一样，当水解产物有弱酸或弱碱时，水解度就较大。 4）离子交换树脂的选择性 离子交换树脂吸着各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸着，但吸着后要把它置换下来就 比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。 5）交换容量 离子交换树脂的交换容量表示其可交换离子量的多少。 第六章第六章 水的阳离子交换处理水的阳离子交换处理 水经过混凝和过滤等预处理后，虽然可除去其中的悬浮物和胶态物质，但硬度并没有改变，且碱度 一般仍然较高，即使在水的预处理中采用沉淀软化，水中残留的硬度仍比锅炉补给水对硬度的要求高许 多倍，还不能用作锅炉的补给水，必须作进一步软化处理。目前用的最广的软化方法是离子交换：低压 锅炉用水可用钠离子交换处理；中、高压锅炉用水可用二级钠离子交换处理。 第一第一节节 固定床离子交固定床离子交换换的原理的原理 固定床是动态离子交换的一种形式，它是指运行中离子交换剂层固定在一个交换器中。固定床的运 行方式，通常是使水由上向下不断地通过交换剂层。 一、水中阳离子只有一、水中阳离子只有 CaCa2+ 2+时和 时和 NaNa 离子交换剂的交换离子交换剂的交换 当将水由上部通入交换剂时，水中 Ca2+首先遇到处于表面层的交换剂，与 Na+进行交换。所以这层交 换剂通水后总是很快就失效了。此后水再通过时，其中的 Ca2+已不和此表面交换剂进行交换，交换作用 就渗入到处于下一层的交换剂。此后，整个交换剂层可分为三个区域：上部是已失效的交换剂层，在这 一层中由于前期的运行，交换剂均呈 Ca 型，进水通过它后水质没有变化，故这一层称为失效层（也叫饱 和层） ；在它下面的一层