技师培训教材--电厂水处理(第2章)

主讲人：印胜伟,电厂水处理,技师培训教材,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,天然水体中常含有泥砂、黏土、腐殖质等悬浮物和胶体杂质及各种菌类等微生物，在水中具有一定的稳定性，于是造成水体浑浊、带颜色和有异味，水的预处理就是以除去这些杂质为主要目的，使水中悬浮物的含量降低到5mg/L以下。电厂锅炉用水必须经过预处理后才能进入后续除盐处理。,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,各种水体都是由水和杂质组成的，水与杂质相互作用而并非单纯的混合，共同决定水体的特性。因此，水质表示水的质量，水质指标表示水中杂质的个体成分或整体性质的项目。水质指标通常分为两种：一种表示水中杂质成分的含量，称为成分指标；另外一种表示某一类杂质的共同特征，这是根据用水对象的需要而制定的，称为技术指标。,2.1.1水质指标,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,一、表示悬浮物及胶体的指标悬浮固体悬浮固体是水样在规定条件下，经过滤或离心分离可除去的固体。该指标仅能表示水中较大颗粒悬浮物，而不包括能穿透滤纸的细小颗粒和胶体，单位为mg/L。,2.1.1水质指标,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,一、表示悬浮物及胶体的指标浊度浊度是由于不溶性物质的存在而引起液体透明度降低的量度，指水溶液中所含颗粒物对光的散射情况。水的浊度不仅与水中悬浮物质的含量有关，而且与悬浮物的大小、形状及折射系数等有关。浊度通常是以福马肼悬浊液作为标准，采用分光光度计比较被测水样和标准悬浊液的透过光的强度进行测定，单位为FTU。,2.1.1水质指标,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,一、表示悬浮物及胶体的指标透明度透明度是表示水中存在细微分散的悬浮性颗粒的一项指标，即表示水透明程度的指标，单位为cm。水的透明度与浊度成反比，水中悬浮物含量越高，其透明度越低。,2.1.1水质指标,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,二、表示溶解固形物的指标溶解固形物是指水中除溶解气体之外的各种溶解物质的总量。含盐量含盐量表示水中各种溶解盐类的总和，由水质全分析所测得的全部阳离子和阴离子的质量浓度之和来表示，单位为mg/L。,2.1.1水质指标,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,二、表示溶解固形物的指标溶解固形物是指水中除溶解气体之外的各种溶解物质的总量。溶解固体溶解固体是将一定体积的过滤水样，经蒸干并放在105110下恒重后的含量，单位为mg/L。它只能近似表示水中溶解物的含量，因为在这种条件下，水中的胶体及有机物与无机盐溶解物一样也能透过滤纸。,2.1.1水质指标,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,二、表示溶解固形物的指标溶解固形物是指水中除溶解气体之外的各种溶解物质的总量。灼烧残渣灼烧残渣是蒸干的溶解固体在800下灼烧所得的残渣量，由于在灼烧过程中大部分有机物被灼烧，所以经常用蒸发残渣和灼烧残渣之差，即灼烧减量表示有机物的多少，但它不完全与有机物相等。因为在灼烧过程中，残存的湿分、结晶水及一些氯化物被挥发，一部分碳酸盐被分解。,2.1.1水质指标,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,二、表示溶解固形物的指标溶解固形物是指水中除溶解气体之外的各种溶解物质的总量。电导率电导率是测定水中溶解盐类多少的一项指标。由于火力发电厂制水纯度很高，并且溶于水中的盐类都能电离出具有导电能力的离子，因此，测定水的电导率能间接反应水中的含盐量。,2.1.1水质指标,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,三、表示有机物的指标有机物是污染水体的主要杂质，它能以溶液、胶体和悬浮状态存在，因此，难以进行逐个测定，通常是利用有机物比较容易被氧化的共同特性，来间接反应它的含量。化学需氧量（COD）化学需氧量是指化学氧化剂氧化水中有机物时所需要的氧量，单位为mg/LO2表示。化学需氧量越高，表示水中有机物越多。,2.1.1水质指标,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,三、表示有机物的指标有机物是污染水体的主要杂质，它能以溶液、胶体和悬浮状态存在，因此，难以进行逐个测定，通常是利用有机物比较容易被氧化的共同特性，来间接反应它的含量。生化需氧量（BOD）生化需氧量是指利用微生物氧化水中有机物所需要的氧量，单位为mg/LO2表示。生物需氧量越高，表示水中可生物降解的有机物含量越多。,2.1.1水质指标,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,三、表示有机物的指标有机物是污染水体的主要杂质，它能以溶液、胶体和悬浮状态存在，因此，难以进行逐个测定，通常是利用有机物比较容易被氧化的共同特性，来间接反应它的含量。总需氧量（TOD）总需氧量是指水中有机物全部被氧化时所需要的氧量，单位为mg/LO2表示。总需氧量越高，表示水中有机物含量越多。,2.1.1水质指标,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,在某些水质指标之间存在一定的制约关系，根据这种关系可以判断水质的特点和化验结果的准确性。一、阳离子和阴离子之间的关系根据物质电中性的原则：正负电荷的总和相等。因此，水中各种阳离子和各种阴离子一价基本单元相等。Na+1/2Ca2+1/2Mg2+HCO3-1/2SO42-Cl-即：=,2.1.2水质指标之间的关系,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,在某些水质指标之间存在一定的制约关系，根据这种关系可以判断水质的特点和化验结果的准确性。二、含盐量与溶解固体之间的关系含盐量是指水中各种阳、阴离子质量浓度的总和，其单位为mg/L，它可以比较正确地表示水中的溶解杂质。,2.1.2水质指标之间的关系,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,在某些水质指标之间存在一定的制约关系，根据这种关系可以判断水质的特点和化验结果的准确性。二、含盐量与溶解固体之间的关系在通常情况下，溶解固体是代表含盐量的指标。但由于试验操作上的原因，实际上溶解固体与含盐量并不相等，产生差异的原因有：一是在过滤操作时，不属于溶解盐类的杂质如胶体硅酸、铁铝氧化物及水溶性有机物等都能穿透滤纸进入水样中；二是在水样受热烘干时，水中的重碳酸根发生分解变成CO2和H2O挥发而损失。,2.1.2水质指标之间的关系,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,在某些水质指标之间存在一定的制约关系，根据这种关系可以判断水质的特点和化验结果的准确性。三、pH值与碳酸化合物之间的关系天然水体中存在有多种形态的碳酸化合物，不仅决定水质pH值，而且对外加酸或碱有一定的缓冲能力，对水质和水处理有着多方面的影响。,2.1.2水质指标之间的关系,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,三、pH值与碳酸化合物之间的关系碳酸化合物存在形态天然水中碳酸化合物主要以三种不同的形态存在：1.游离碳酸或游离二氧化碳CO2，即溶解的二氧化碳气体和未电离的碳酸分子。2.重碳酸根离子HCO3-，也称为半化合性碳酸，这是碳酸化合物在水中存在的重要形态。3.碳酸根离子CO32-，即化合性碳酸。,2.1.2水质指标之间的关系,第2章电厂用水的预处理,2.1电厂用水预处理的基本要求,三、pH值与碳酸化合物之间的关系碳酸化合物的形态与pH值的关系若天然水中碳酸化合物的总量固定不变时，在平衡状态下，三种类型的碳酸化合物的量应在总量中占有一定比例，这种比例关系决定于水中氢离子的浓度，即决定于水中pH值。当pH值升高时，CO2含量减少，HCO3-和CO32-含量增多。,2.1.2水质指标之间的关系,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,天然水中含有很多杂质，因此，天然水不能直接送往火力发电厂热力水汽系统中，需要经过一系列净化处理才能作为火力发电厂锅炉的补给水。目前典型的处理工艺有混凝处理、沉淀（澄清）处理、过滤处理和吸附处理几种。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理水的混凝处理是水预处理工艺流程中一个重要的环节。混凝处理就是向原水中投加一种化学药剂，这种药剂在水中与杂质产生混合凝聚，从而转变成大颗粒沉淀的过程。混凝可去除的颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物，其粒径范围在1nm0.1m。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理一、水中胶体颗粒的性质水中球形颗粒包括粗砂、细砂、泥土、细粒黏土和胶体等，这些颗粒在10水中的沉降速度见表2-1。,表2-1球形颗粒的沉降速度,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理一、水中胶体颗粒的性质从上表可以看出，颗粒直径越大，沉降速度越快，粒径大于0.1mm以上的细砂，可借助重力在2分钟内除去；粒径小于0.001mm的细粒黏土，沉降速度非常缓慢；当粒径达到胶体大小时，实际上已经不可能自行沉降，他们能长时间在水中保持悬浮分散状态，可认为他们在水中是稳定的。水中胶体具有很强的稳定性，这是因为胶体表面带电，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。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体的双电层结构胶体颗粒由胶核、双吸附层和扩散层三部分组成。以Fe(OH)3胶体为例说明其双电层结构。胶核是许多Fe(OH)3分子的集合体，它不溶于水而成为胶体颗粒的核心，故称为胶核。胶核具有较大的表面积，有从水种吸附某些离子的能力，如吸附FeO+，使胶核表面上拥有一层带电离子，称为电位决定离子。如果电位决定离子为阳离子，胶核就带正电荷，如果电位决定离子为阴离子，胶核就带负电荷。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体的双电层结构胶核表面的电位决定离子在静电引力的作用下，吸引水溶液中电荷符号相反、电荷量相等的离子（如Cl-）到胶核周围，被吸引的离子称为反离子。这样就在胶核与周围水溶液之间的界面区域内形成了一个双电层结构，内层为胶核的电位决定离子层，外层为水溶液的反离子层。其中部分反离子因为受到较大的静电引力，与胶核表面的电位决定离子结合紧密、牢固，形成吸附层，其厚度大约有一个离子的厚度（0.20.3nm）。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体的双电层结构由于吸附层以外的反离子受到静电引力弱，在反离子热运动核浓差扩散作用的推动下，分散到溶液深处，形成一个扩散层，其厚度壁吸附层大的多。胶核、电位决定离子与反离子的吸附层一起称为胶粒，胶粒是带电的。胶核电位决定离子、反离子的吸附层核扩散层组成一个整体，称为胶团，胶团不带电，以Fe(OH)3胶体为例可表示为：,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体的双电层结构,式中的m、n、p表示任何正整数，m表示胶核中Fe(OH)3的分子数，n表示吸附在胶核表面上的电位决定离子数，p表示扩散层中的反离子数。胶体颗粒的结构如图2-1(a)所示。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体的双电层结构水中的黏土颗粒大多是一些规则排列的片状结晶体，当在水中溶解了一部分原子或吸附了水中某些阴离子后，便变成了一个带电荷的粒子。同样会由于静电引力作用吸引水中某些阳离子构成吸附层和扩散层，形成一个双电层结构。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体的双电层结构,图2-1胶体结构和双电层中的电位分布,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体的双电层结构当胶体颗粒在某种力的作用下与水溶液之间发生相对位移时，吸附层中的反离子和扩散层中的部分反离子随胶核一起运动，而扩散层的其余反离子滞留在水溶液中，这样就形成了一个脱开的界面，称为滑动面。滑动面的电位叫电位，吸附层与扩散层分界面处的电位用d表示，胶核表面上的电位叫总电位，也称为热力学电位0，如图2-1(b)所示。在水处理中，经常将电位和d同等看待。电位的大小直接影响到胶体颗粒的凝聚性，电位越高，颗粒之间的斥力越大，凝聚稳定性就越高。反之，电位越低，颗粒之间的斥力越小，也就越不稳定。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体颗粒的带电现象胶体颗粒是带电的，有的胶体颗粒向正极移动，如黏土颗粒、细菌和蛋白质等高分子有机化合物，说明他们带有负电荷；有的胶体颗粒向负极方向移动，如金属铝和铁的氢氧化物等，说明他们带有正电荷。由于胶体颗粒的这种带电现象，使相同的胶体颗粒之间产生相互排斥作用，不能相互凝聚，而长期稳定的存在水中。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体颗粒的带电现象目前对胶体颗粒带电的原因主要有以下几种解释：1.同晶置换论水中的黏土颗粒大都是硅和铝的氧化物，当晶格中的Si4+被水中大小相当价数较低的Al3+或Ca2+置换后，都不会影响颗粒的晶体结构，但却使黏土颗粒带上了负电荷，这种作用称为同晶置换。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体颗粒的带电现象目前对胶体颗粒带电的原因主要有以下几种解释：2.胶体表面电离论含有羧酸基团或胺基团的高分子有机化合物胶体颗粒（如蛋白质），由于颗粒表面活性基团的电离作用而带正电荷或负电荷。蛋白质在碱性溶液中易带负电荷，在酸性溶液中易带正电荷。由于细菌等微生物主要成分为蛋白质，因此，在天然水体中易带负电荷。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体颗粒的带电现象目前对胶体颗粒带电的原因主要有以下几种解释：3.胶体表面吸附论由于胶体颗粒有巨大的表面积，有着很强的吸附能力，因此，能对水溶液中某些离子产生选择性吸附。当水中存在表面活性剂时，胶体颗粒也会因选择性吸附而带电，表面活性剂分子一端为憎水性，另一端为亲水性。憎水端容易吸附在胶体颗粒的表面上，亲水端伸入水体中，解离后可带正电荷或负电荷。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体的相互作用力带有相同电荷的胶体颗粒之间除了存在静电排斥力之外，还存在吸引力，即范德华吸引力。范德华吸引力产生的相应吸引位能，其数值大小与分子间距的6次方成反比。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体的相互作用力当两个胶体颗粒在运动相互接近时，实际上他们是以滑动面为界面的带相同电荷的两个颗粒相互接近。相同电荷的两个颗粒之间靠得越近他们之间静电斥力越大。排斥位能与吸引位能的代数和为综合能，图2-2中综合能有一个极大值Emax，称为排斥势能峰，要使两个颗粒凝聚，必须使动能足以克服排斥势能峰。天然水体中的胶体颗粒，其Emax一般比布朗运动的平均动能大几百倍甚至几千倍，所以能长期处于分散稳定状态。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理二、水中胶体颗粒的结构水中胶体的相互作用力,图2-2相互作用位能与颗粒间距的关系,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理三、影响混凝效果的因素水温的影响由于无机盐类混凝剂溶于水系吸热反应，因此，水温低时不利于混凝剂的水解。另外，水温升高，水的粘度随之降低，离子的扩散就加快，因而促进了混凝反应，提高了混凝效果。反之，水温低，形成凝絮所需要的时间就长，当水温低于5时，水解速度慢，产生的凝絮细而松，且含水分多，沉降速度慢，所以混凝效果差，同时混凝剂用量增多，经济性有所降低。用铝盐作混凝剂时，水温为2530最佳，铁盐受温度的影响比较小。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理三、影响混凝效果的因素pH的影响水中加入混凝剂后，水的pH值略有所降低，因常用的混凝剂是强酸弱碱的盐类，它的水解会增加水的酸性。而常用的无机盐类混凝剂如铝盐或铁盐，他们对水的pH值都有一定的要求。例如铝盐作为混凝剂时，它在不同的pH值条件下，将有不同形态的水解中间产物。当pH4.0时，水解受到抑制，水中存在的主要是Al(H2O)63+；当pH=4.05.0时，水中出现Al(OH)(H2O)52+、Al(OH)2(H2O)4+及少量的Al(OH)3(H2O)3；当pH=7.08.0时，水中主要是中性的Al(OH)3(H2O)3沉淀；当pH=8.09.0时，氢氧化铝被溶解为可溶性的带负电荷的络合阴离子。所以在一定pH条件下，可能有几种不同形态的水解中间产物同时存在，只是各自所占的比例不同。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理三、影响混凝效果的因素pH的影响另外，pH对水中有机物的形态也有一定的影响。当pH较低时，有机物如腐殖质为带负电核的腐殖酸，容易通过混凝处理除去；当pH较高时，成为溶解性的腐殖酸盐，除去效果较差。各种混凝剂适用的pH范围不同，铝盐要求水的pH在5.58.5之间，高了或低了都将影响铝盐的混凝效果。铁盐要求水的pH大于8.5，而且要有足够的溶解氧存在才会有利于Fe2+迅速氧化成Fe3+而起混凝作用，因此，有时常投加石灰等提高pH值或通入Cl2将有利于Fe2+氧化成Fe3+。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理三、影响混凝效果的因素水质的影响当水中浊度较低，颗粒细小而均一，投加的混凝剂又少时，仅靠混凝剂与悬浮颗粒之间相互接触，很难达到预期的混凝目的，必须投加大量混凝剂，形成絮凝体沉淀物，依靠卷扫作用除去微粒，即使这样效果仍不十分理想。当水中浊度较高时，混凝剂投加量要控制适当，使其恰好产生吸附架桥作用，达到混凝效果。若投加过量，此时已脱稳的胶粒又重新稳定，效果反而不好，除非再增加投入量，形成卷扫作用，这样又会增加药剂费用。对于高浊度的水，混凝剂主要起吸附架桥作用，但随着水中浊度的增加，混凝剂投加量也相应增大，才能达到完全混凝目的。水中如存在大量的有机物，他们会吸附到胶体颗粒表面，使胶粒反而增加稳定性，混凝效果就差。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理三、影响混凝效果的因素混凝剂加入量的影响混凝剂的用量是影响混凝效果的重要因素。混凝剂的加入量应通过调整试验来确定。混凝剂加入量与出水浊度之间有如下关系（见图2-3）。曲线分成三个区域。在第一个区域，因剂量不足，尚未起到脱稳作用，剩余浊度较高；在第二个区域，因剂量适当，产生快速凝聚，出水剩余浊度急剧下降；在第三个区域，剂量继续增加，出水浊度不再明显下降。通常认为，在第二个区域和第三个区域之间的m点为最佳混凝剂剂量。在目前混凝处理中，一般硫酸铝的加入量为3580mg/L；硫酸亚铁的加入量为40100mg/L；三氯化铁的加入量为2560mg/L；聚合铝和聚合铁的加入量都为510mg/L。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理三、影响混凝效果的因素混凝剂加入量的影响,图2-3凝聚曲线,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理三、影响混凝效果的因素加入方式的影响一般混凝剂都采用湿投的方法，即把混凝剂溶解成一定浓度的溶液后再投入水中。因此，需要有一套配制溶液及投加溶液的专用设备。在此需要强调的是：切不可使混凝剂与石灰浆事先混合，用同一管路加入澄清设备，以防混凝剂消耗在管路中，降低其实际加入量。另外，硫酸亚铁溶液加入管在进入澄清池后，应高于石灰浆加入管100150mm，而且在澄清池内应有充分混合的条件。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理三、影响混凝效果的因素碱度的影响要使混凝作用有效进行，必须使混凝剂充分水解，生成铁或铝的氢氧化物絮体，此时就需要有一定的碱度。一般来讲，如果投加铝、铁等盐的混凝剂，就会与碱性物质反应生成氢氧化物，水的pH就会降低。这时，如果水中有充足碱度，由于它的缓冲作用，水的pH便不会急剧降低。如果水中碱度不够，就有必要人为地提高，以保持必要的pH值。提高碱度的方法是往水中加入石灰或烧碱。但如果碱度太高，也不一定就会生成良好的絮体，而只是无谓的消耗了混凝剂，造成经济上的损失。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理三、影响混凝效果的因素接触介质的影响在进行混凝处理或混凝与石灰沉淀同时处理时，如果水中保持一定数量的泥渣层，就会增加他们的碰撞机会，使沉降速度加快，沉淀过程更加完全。这个泥渣层就是前期混凝处理过程中生成的絮凝物，它可以提供巨大的表面积，通过吸附、催化及结晶核心等作用，提高混凝处理效果。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理三、影响混凝效果的因素杂质的影响原水中因含离子的种类和数量不同，故混凝效果也不相同，例如水中含SO42-、Cl-的量较大，pH较低时，混凝效果就较差；HCO3-特别大时，混凝效果也不好。当原水中含有大量高分子有机物时，他们会吸附在胶体表面上，起到保护胶体的作用，使胶粒之间不容易聚集，结果使混凝的效果变坏。这种情况下，可以用加氯或加臭氧的办法，破坏这些有机物以改善混凝的效果。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理四、混凝剂据不完全统计，用于水处理方面的混凝剂有60多种，其中无机混凝剂近20种，有机混凝剂40余种。后者可分为阳离子型（如明胶）、阴离子型（如海藻酸钠）和非离子型（如骨胶）。常用混凝剂有铁盐和铝盐两大类。1、硫酸铝类化合物包括硫酸铝(粗制和精制)、硫酸铝钾(钾明矾)和硫酸铝铵(铵明矾)。历史长，效果好。但要求的最佳pH值与处理对象有关。去除有机物，应使水的pH值为4.07.0；去除悬浮物，水的pH值为5.77.8；处理浊度高、色度低的水时，水的pH值应为6.07.8。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理四、混凝剂2、聚合氯化铝（碱式氯化铝，PAC）一类无机高分子混凝剂，可看成AlCl3水解成Al(OH)3过程的中间产物。相对硫酸铝，其优点在于：加药量少。只有硫酸铝的1/3左右，因为含Al2O3多；混凝效果好。絮凝快，絮状物致密，易沉降，设备体积减少；能适应低温、低浊水，也能适应高浊度水；腐蚀性小，加药设备简单。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理四、混凝剂2、聚合氯化铝（碱式氯化铝，PAC）市面上有固、液两种，其质量指标有三点：Al2O3含量越高越好；碱化度指聚合氯化铝中氢氧根所占的比例，5080%为宜；太小，碱化不够；太大，接近Al(OH)3，稳定性差，易沉淀。聚合度。无机分子的聚合程度，用分子量表示，在数千为宜。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理四、混凝剂3、硫酸亚铁（绿矾）绿色半透明晶体，易溶于水，水溶液呈酸性。因部分Fe2+Fe3+，其在空气中带有棕色。其在水中的混凝反应为：FeSO4+2H2OFe(OH)2+H2SO44Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3为使Fe2+Fe3+，必须使水的pH值在8.5以上，以便利用水中溶解的氧，加速氧化过程。天然水的pH值一般只有78，为此多与石灰处理联合使用。也可向水中投加氯气和漂白粉的办法来氧化的Fe2+，此时就无需提高水的pH值了。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理四、混凝剂4、三绿化铁（FeCl36H2O）其市面上有三种：无水、结晶和液体。吸水性强，易溶于水，其腐蚀性很强，对设备防腐要求较高。在水中的混凝反应为：FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl与其它铁盐混凝剂类似，形成的Fe(OH)3絮状物致密，易沉降，对低温、低浊水的混凝效果比铝盐好，适应的pH值范围广。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理四、混凝剂5、聚合硫酸铁硫酸铁+适量硫酸+某氧化剂聚合而成的无机高分子混凝剂。粘稠状液体，除具有铁盐混凝剂的优点外，对有机成分去除率较高。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理五、助凝剂助凝剂是增强混凝效果的辅助药剂，与混凝剂没有绝对区别，有人统称之为絮凝剂。作用：可改善絮体结构，促进疏松絮粒密实，加速沉降，提高混凝效果。机理：电离后的中和凝聚+高分子链状结构的吸附架桥（凝絮）。一些天然聚合物（明胶、骨胶和海藻酸钠等）曾被用作助凝剂。现在人工合成了许多有机高分子絮凝剂，特别是作为助凝剂与无机混凝剂联合使用，获得了良好效果。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理五、助凝剂助凝剂是增强混凝效果的辅助药剂，与混凝剂没有绝对区别，有人统称之为絮凝剂。已用过的助凝剂有近40种。如pH值调节剂石灰，将Fe2+氧化为Fe3+的C12和O2等。澄清池启动投运、或原水浊度较低时投加的黄泥，其能促使泥渣层快速形成、增加絮凝晶核，提高混凝效果，也可算是一种助凝剂。常用的助凝剂有水玻璃(泡花碱)、C12、漂白粉、聚丙烯酰胺(三号絮凝剂)等。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理六、石灰处理即向水中加CaO(粉末)或Ca(OH)2，以和水中的碳酸氢盐反应，产生沉淀，消除或降低其暂时硬度(不能消除永久硬度，因只发生硬度离子交换)。石灰处理还可除去部分铁和硅的化合物。适用于碱度高的水。并作为离子交换前的预处理，可延长离子交换剂的工作时间。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理六、石灰处理水中有机物、粘土和硅酸胶体等会阻碍沉淀生成、降低结晶速度。故必须同时进行混凝处理，以提高石灰处理效果。应将水加热至约40(不能过高，否则对离子交换不利)，以使水中残留碳酸盐硬度降至更低。如只减少Ca(HCO3)2，出水的HCO3-应为0.050.2mmol/L、pH值约为9.5；当需有Mg(OH)2沉淀和去除SiO2时，出水中的OH-范围与上相同、pH值约为9.610.4。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行混凝剂的配制电厂混凝剂的投加有两种方式：一种为干投法，它是按规定的投药量连续或间断的将混凝剂投入水中，所以干投法适用于干燥易溶的粉末状固体药剂；另一种为湿投法，它是先在溶解池(箱)中溶解，然后在溶液池(箱)内配制成一定的浓度，由计量设备进行定量投加，由于它便于操作，目前采用较多。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行混凝剂的配制溶解池(箱)的作用是将固体药剂溶解成浓溶液，为了加速溶解过程，多半在溶解池(箱)上配各搅拌装置。目前采用的搅拌装置有机械搅拌、压缩空气搅拌、水泵搅拌或水力搅拌等。机械搅拌采用较广，它是由电动机驱动浆板或蜗轮搅拌溶液，促进药剂溶解。压缩空气搅拌就是向溶解池(箱)内通入压缩空气，由于水溶液中没有转动设备，维护工作量较小，但压缩空气消耗大。水泵搅拌是将水溶液打循环，即从溶解池(箱)内抽出再打回溶解池，促使药剂溶解。水力搅拌是利用一股压力较高的水流冲动药剂促使溶解，所以水泵搅拌也是一种水力搅拌。由于水泵搅拌在溶解池(箱)内没有转动机械，故在药剂用量不太大的电厂采用较多。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行混凝剂的配制将溶解完的浓溶液用泵打入溶液池(箱)，并在此配制所需要的浓度，一般为520%。当药剂用量不大时，可将药剂溶解池(箱)和溶液池(箱)合并为一个溶液计量箱,即在计量箱内同时完成药剂溶解和配制两个过程。药液必须通过计量设备投加，而且应能随时调节投药量。计量设备有多种，如计量活塞泵、转子流量计、电磁流量计及孔口计量设备等。目前在电厂水处理中多采用活塞泵。活塞泵可通过调节活塞的冲程或调节药液浓度调节投药量，它不仅计量准确、运行可靠，而且调节也很方便。混凝剂的溶解加药如图2-4所示。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行混凝剂的配制,图2-4混凝剂的溶解加药系统,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行混合设备运行混合设备的作用是让药剂迅速而且均匀地扩散到水流中，使形成的带电胶体颗粒与原水中的胶体颗粒及其他悬浮颗粒充分接触，形成许多微小的絮凝物(俗称小矾花)。因此，这一过程要求水流产生激烈的湍流，所需要的时间很短，一般在2min以内。为使水流产生湍流，可利用水力或机械设备来完成。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行混合设备运行1.管道混合管道混合是将配制好的药液直接加到混凝沉降设备或絮凝池的管道中。为使药剂能与水迅速混合，加药管应伸入水管中，伸入距离一般为水管直径的1/31/4。另外，管道混合还规定投药点至水管末端出口的距离不小于50倍的水管直径，而且要求管道内的水流速度控制在1.52.0m/s，并使投药后的管道内产生的水头损失不小于0.30.4m。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行混合设备运行2.水泵混合水泵混合是一种机械混合，它是将药剂加至水泵吸水管中或吸水喇叭口处，利用水泵叶轮高速旋转产生的局部涡流，使水和药剂快速混合，它不仅混合效果好，而且不需另外的机械设备，也是目前经常采用的一种混合方式。管道混合与水泵混合都常用于靠近沉降澄清设备的场合，因为距离太长时，容易在管道内形成絮凝物，导致在管道内沉积而堵塞管路。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行混合设备运行3.水力混合水力混合形式很多，在早期的水处理中曾采用过水跃混合和跌水混合，他们都是将药剂加至水流的旋涡区，利用激烈旋转的水流达到快速混合。近些年来,人们研究了各种形式的“静态混合器”，并广泛应用。这种混合装置呈管状，接在待处理水的管路上。管内按设计要求装设若干个固定混合单元，每一个混合单元由23块挡板按一定角度交叉组合而成，形式多种多样，图2-5给出一种单元的示意图。当水流通过这些混合单元时，被多次分割和转向，达到快速混合的目的。它有结构简单、安装方便等优点。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行混合设备运行3.水力混合,图2-5静态混合器示意图,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行混合设备运行4.机械混合机械混合是利用电动机驱动浆板或螺旋器进行强烈混合，混合时间在1030s以内。一般认为螺旋器的效果比浆板好，因为浆板容易使整个水流随浆板一起转动，混合效果较差。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行絮凝池运行絮凝池也称反应池，它的作用是使失去稳定性的胶体颗粒或刚开始进行絮凝的小絮凝物，继续进行絮凝反应，最后形成大颗粒的絮凝物。絮凝池在水处理的工艺流程中放在混合池的后面，是完成混凝处理的最后设备。为了使絮凝反应顺利进行，也像混合设备一样，要对水流的搅拌强度和搅拌时间进行控制。絮凝池的形式也有多种，下面将介绍水处理中常见的两种形式。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行絮凝池运行1.隔板式絮凝池隔板式絮凝池也是一种水力搅拌式反应池，主要借助水流转弯处的水头损失促使絮凝反应。为了使水流在隔板间的直线段产生有利于絮凝反应的紊动状态，隔板有折板状或波纹状，有的将隔板平行布置，有的交错布置，如图2-6所示。,图2-6隔板式絮凝池,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行絮凝池运行2.机械搅拌絮凝池机械搅拌絮凝池是利用电动机经减速器驱动搅拌器对水流进行搅拌。按搅拌器桨板(或叶轮)的形状分为桨板式、涡轮式和轴流桨式多种，我国大都采用桨板式。按搅拌器转轴的布置又分为水平轴式和垂直式两种，目前采用垂直轴式的较多，如图2-7所示。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行絮凝池运行2.机械搅拌絮凝池,(a)浆板式(b)涡轮式(c)垂直轴式图2-7机械搅拌器形式与布置,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.1水的混凝处理七、混凝处理设备的运行絮凝池运行2.机械搅拌絮凝池为了避免水流短路，沿絮凝池水流方向，用导流墙分成几格，每一格装一个搅拌器。通过改变转速或桨板数量和桨板面积，使搅拌强度逐渐减小，以免将逐渐长大的絮凝物打碎。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理水中悬浮的固体颗粒，依靠本身重力作用，由水中分离出来的过程称为沉淀。通常原水预处理都是先经过混凝，使水中较小的颗粒凝聚并进一步形成絮凝沉淀物，再依靠其自身重力作用，由水中沉降分离出来的过程称为混凝沉淀。新形成的沉淀泥渣具有较大的表面积和吸附活性，称为活性泥渣。它对水中微小悬浮物和尚未脱稳的胶体仍有良好的吸附作用，可进一步产生接触混凝作用，利用活性泥渣与混凝处理后的水进一步接触，加速沉淀速度的过程称为澄清。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理概述水的沉淀处理就是向水中投加一种化学药剂，使该药剂与水中的结垢性离子进行化学反应，生成难溶的化合物（CaCO3、Mg(OH)2等）从水中沉淀析出，所用的化学药剂称为沉淀剂。在早期的水处理中所用的沉淀剂有石灰、苏打、氯化钙、氢氧化钠和磷酸钠等。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰沉淀处理的原理生石灰（CaO）加水反应称为消化反应，生成的Ca(OH)2称为熟石灰或消石灰。石灰沉淀处理实质上是向水中投加消石灰，首先将消石灰配制成一定浓度的石灰乳液，然后向处理水中投加，其化学反应为：CaOH2OCa(OH)2(消化反应)CO2Ca(OH)2CaCO3+H2OCa(HCO3)2Ca(OH)22CaCO32H2OMg(HCO3)2+Ca(OH)2MgCO3+CaC03+2H2O,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰沉淀处理的原理反应生成的MgCO3在水中有少量可溶，如果石灰加药量足够，则它可以进一步转化成溶解度更小的Mg(OH)2：MgCO3Ca(OH)2Mg(OH)2CaCO3以上反应进行的结果，不仅除去了水中游离CO2和碳酸盐硬度,而且也除去了与碳酸盐硬度相对应的碱度。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰沉淀处理的原理当水为碱性水时，水中有过剩碱度(NaHCO3、KHCO3)，它们也会与Ca(OH)2反应。但此时NaHCO3(或KHCO3)被等物质的量的NaCO3所代替，它们都是碱性化合物，所以石灰处理不能去除水中的过剩碱度。2NaHCO3Ca(OH)2Na2CO3+CaCO32H2O当水为非碱性水、水中有MgSO4、MgC12时，还可发生以下反应：MgSO4Ca(OH)2Mg(OH)2CaSO4MgCl2Ca(OH)2Mg(OH)2CaCl2,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰沉淀处理的原理反应的结果只是水中镁的非碳酸盐硬度被钙的非碳酸盐硬度所代替，水中总硬度不变。当水中还有铁和硅的化合物(如地下水)时，可与消石灰发生如下反应：4Fe(HCO3)28Ca(OH)2O24Fe(OH)38CaCO36H2OFe2(SO4)33Ca(OH)22Fe(OH)33CaSO4。H2SiO3Ca(OH)2CaSiO32H2OmH2SiO3nMg(OH)2nMg(OH)2mH2SiO3,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰沉淀处理的原理上述各种化合物与石灰反应的倾向是不同的，它们可以排列成以下的次序:C02Ca(HCO3)2Mg(HCO3)2NaHCO3MgCO3MgSO4MgC12形成以上次序的原因有两点：一是加石灰时，水溶液的碱性增强，于是这些化合物中酸性最强的CO2首先与之反应，其次是各种碳酸氢盐，最后是碳酸盐和强酸盐类；二是Ca(HCO3)2比Mg(HCO3)2的反应倾向大，Mg2+是以Mg(OH)2的形式沉淀出来的，所以只有当水中添加的石灰量较多，以至除了将各种碳酸化合物均转化成碳酸盐以后，水中还有一定量OH时才会发生这样的沉淀反应。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰处理后的水质变化水经过石灰处理后，水质发生了明显变化，主要有以下几个方面：1.游离CO2的变化水经过石灰处理后pH一般在10.110.3左右，故水中游离CO2全部被去除了。2.有机物的变化经石灰(或与混凝处理一起)处理后,水中有机物可降低20%40%，它主要是通过沉淀物或絮凝物的吸附和共沉淀作用除去的，所以沉淀物或絮凝物越多，活性越强,对有机物的去除率越高。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰处理后的水质变化3.硬度的变化水经过石灰处理后硬度发生了明显变化，其值可用以下原则进行近似估算。水经过石灰处理后的非碳酸盐硬度YF不变，碳酸盐硬度在原水中没有过剩碱度的情况下降至和残留碱度Bc相等。当加有混凝剂时，应考虑到水解反应而有相应量的碳酸盐转化为非碳酸盐。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰处理后的水质变化3.硬度的变化在原水没有过剩碱度的条件下，总的残留硬度Yc可按(式2-1)估算：Yc=YFBcDH(式2-1)式中Yc经石灰处理后水的残留硬度，mmol/L；YF原水的非碳酸盐硬度，mmol/L；Bc经石灰处理后水的残留碱度，mmol/L；DH混凝剂加入量，mmol/L，以带一个电荷的粒子为基本单元。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰处理后的水质变化4.碱度的变化经石灰处理后的残余碱度一般为0.71.1mmo1/L，其中包括因CaCO3的溶解产生0.60.8mmol/L，另外一部分是石灰的过剩量0.10.3mmol/L以(1/2CaO)计。因为CaCO3的溶解度与原水YF有关，水中Ca2+含量越高，出水中CO32-碱度就越少。表2-2列出了经验数据，它可用作评价处理效果的标准，如果出水碱度大于表上所列数据，则说明沉淀反应不完全。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰处理后的水质变化表2-2石灰处理后水可达到的残留碱度(t2040),注：如果原水中有过剩碱度，经过石灰处理后水的残留碱度较高，此时不能用此表来判断。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰处理后的水质变化5.稳定度的变化经石灰处理的水应该是CaCO3的饱和溶液，但是有时候由于CaCO3的结晶过程没有完成，所以出水是CaCO3的过饱和溶液，这样的水是不稳定的，当它流经管道、滤池和离子交换设备时，会出现CaCO3的沉淀，这称为后期沉淀，它是有害的，会迫使我们经常对这些设备进行酸洗或更换滤料。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰处理后的水质变化6.硅化合物的变化石灰处理时生成的Mg(OH)2沉淀物，或石灰与混凝同时处理时生成的絮凝物，都呈絮凝状，具有很强的吸附能力，可使水中的硅化合物明显降低。在正常情况下(如水温40)，可将硅化合物的含量降低3O35%，但如不采取专门措施，其残余量一般不会小于35mg/L(SiO32-)。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理石灰处理后的水质变化6.铁含量的变化在正常情况下，经石灰处理后水中铁的残量极微，因为Fe(OH)3的溶解度很小，但如果亚铁氧化不完全，原水中含有铁的有机化合物或沉淀过程不完善，则出水中铁的含量可能较大。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理沉淀池的分类用于沉淀的设备称为沉淀池，根据沉淀池的结构型式可分：平流沉淀池竖流沉淀池辐射沉淀池斜板（管）沉淀池,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理沉淀池的分类1.平流沉淀池平流沉淀池是使用最早的一种沉淀设备。整个池子可分为进水区、沉淀区、出水区和排泥区(污泥区)，由于它结构简单、运行可靠，对水质适应性强，可建于地面，也可建于地下，不仅适用于大型水处理厂，也适用于水处理小的电厂。它可作自然沉淀用，也可作混凝沉淀用。平流式沉淀池一般是一个矩形结构的池子，常称为矩形沉淀池。一般长宽比为4:1左右，长深比为8:110:1，池深一般为2米左右。用于自然沉淀时，池内水流的水平速度一般为10m/h；用于混凝沉淀时，水平速度一般应为1872m/h。平流池混凝沉淀时，出水浊度一般小于20mg/L。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理沉淀池的分类1.平流沉淀池,图2-8平流沉淀池,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理沉淀池的分类1.平流沉淀池进水区通过混凝处理后的水先进入沉淀池的进水区，进水区内设有配水渠和穿孔墙，配水渠的作用是使进水均匀分布在整个池子的宽度上，穿孔墙的的作用是让水均匀分布在整个池子的断面上。为了保证穿孔墙的均匀布水作用，穿孔墙的开孔率应为断面面积的68%，孔径为125mm左右。配水孔沿水流方向做成喇叭状，孔口流速应在0.20.3m/s以内，最上一排孔应淹没在水面下1215cm处，最下一排孔应距污泥区以上0.30.5m处，以免将已沉降的污泥再冲起来。,第2章电厂用水的预处理,2.2典型预处理工艺,2.2.2水的沉淀、澄清处理一、水的沉淀处理沉淀池的分类1.平流