水处理技术-1第一章-电厂水处理综述课件

1、第一章 火电厂水处理综述1.1火力发电厂中水处理的任务与目的1.1.1水在火力发电厂中的作用凝汽式发电厂水、汽系统流程从图中可以看出，水在火力发电厂的生产工艺中，既是热力系统的工作介质，也是某些热力设备的冷却介质。当火力发电机组运行时，几乎所有的热力设备中都有水或蒸汽在流，所以水质的优劣，是影响发电厂安全经济运行的重要因素。水处理工作的主要任务，就是改善水质或采取其他措施，以消除由于水质不良而引起的危害。1.1.2汽水品质不合格的危害性(1)热力设备的结垢。如果进人锅炉的水中有易于沉积的杂质，则在其运行过程中会发生结垢现象。它可使金属壁温过高，引起金属强度下降，从而使锅炉的管道发生局部变形、鼓

2、包，甚至爆管。此外，垢还会降低锅炉的传热效率，从而影响电厂的经济效益。对于高参数的大型锅炉，给水中的硬度已被全部去除，故形成的主要是氧化铁垢。在汽轮机凝汽器内，因冷却水水质问题而结垢会导致凝汽器真空度下降、汽轮机的热效率降低。(2)热力设备的腐蚀。火力发电厂中的热力设备会因水质不良而引起腐蚀问题，如给水管道、各种加热器、锅炉的省煤器、水冷壁、过热器和汽轮机凝汽器等。高参数热力设备的腐蚀，是因为有一种或几种因素的存在:如碱性或酸性介质的形成;杂质含量从pg/L级或mg/L级浓缩至百分数级的过程:对腐蚀敏感的材料的存在;拉应力的存在。(3)过热器和汽轮机内积盐。水质问题还会引起锅炉产生的蒸汽不纯，

3、而使蒸汽带出的杂质沉积在蒸汽的通流部位，如过热器和汽轮机，从而产生积盐现象。过热器管内积盐会引起金属管壁局部温度过高，以致爆管:汽轮机内积盐会大大降低汽轮机的出力和效率。当汽轮机内积盐严重时，还会使推力轴承负荷增大，隔板弯曲，降低汽轮机工作效率或造成事故停机。高参数电厂现代机组的特点:(1)为了节省金属消耗量，力求达到最大的蒸汽生产率，锅炉的局部热负荷较过去的设计高。(2)高温、高压汽轮机中采用的合金材质，在经热处理提高强度后，对蒸汽纯度很敏感，极易引起腐蚀龟裂。1.1.3现代高参数电厂中的水质问题(3)各种盐类在蒸汽中的溶解度，随着燕汽参数的提高而有所增大。1.1.4 电厂用水的类别(2)锅

4、炉补给水。按其净化处理方法的不同，锅炉补给水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。水在火力发电厂水汽循环系统中的名称原水、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。(1)原水。未经任何处理的天然水，它是电厂各种用水的水源。(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，称为锅炉排污水。(6)凝结水。蒸汽在汽轮机中做功后，经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。这里主要指用做冷却做功后的蒸汽的冷却水，如果该水循环使用，则

5、称循环冷却水。 (8)疏水。进人加热器的蒸汽将凝结水和给水加热后，这部分蒸汽的凝结水，以及机组停运时，蒸汽系统中的蒸汽冷凝下来的水，都称为疏水。(1)为锅炉制备数量充足、质量合格的补给水。(2)做好汽轮机、凝汽器循环冷却水处理和化学监督工作。(3)做好热力系统汽、水的化学监督检测工作和炉内及凝结水的化学处理工作。(4)做好热力设备大、小修的化学检查和保护工作。(5)做好电厂燃料、灰、渣的化验分析工作，指导锅炉燃烧，并向厂部提供数据，做好成本核算工作。(6)做好电厂用油的运行监督分析和油务处理工作。(7)做好有关电厂化学工作的小型试验，并根据试验结果提出实施方案，指导热力设备的化学清洗工作。(8

6、)做好电厂污水处理工作，为节水降耗当好参谋。1.1.5电厂化学水处理工作人员的主要工作和任务1.2 水的基本性能1.2.1水分子的结构1.2.2水的特性(1).水的状态火力发电厂生产工艺中的能量转换过程就是以水和气为工质来实现的。(2).水的密度水的密度与温度关系和一般物质有些不同，一般物质的密度均随温度上升而减小，而水的密度是3.98时最大，为1g/cm3。(3).水的比热容几乎在所有的液体和固体物质中，水的比热容最大，同时有很大的蒸发热和溶解热。这是因为水加热时，热量不仅消耗于水温升高，还消耗于水分子聚合物的解离。(4).水的溶解能力水有很大的介电常数，溶解能力极强，是一种很好的溶剂，溶解

7、于水中的物质可以进行许多化学反应，而且能与许多金属的氧化物、非金属的氧化物及活泼金属产生化合作用。（5）.水的表面张力在水体内部，由于每个水分子受其四方相邻水分子的引力。所以每个水分子受力是平衡的。但靠近表面的水分子则受力不平衡，水体内部对它的引力大，外部空气对它的引力小，从而使水体表面分子受到一种向内的拉力。称为表面张力。(6).水的黏度表示水体运动过程中所发生的内摩擦力，其大小与内能损失有关。纯水的黏度取决于温度，与压力几乎无关。(7).水的电导 水电解质电离出少量的H+和OH-。水的导电能力常用电导率来表示。电导率是电阻率的倒数。蒸发水面上动能较大的水分子克服其他水分子的引力，逸出水面进

8、人容器上部空间成为蒸汽，这一过程称为蒸发。凝结进入容器空间的水分子不断运动，其中一部分水蒸气碰到水面，被水体中的水分子所吸引，又返回到水中，这一过程称为凝结。(8).水的沸点与蒸汽压水的沸点与蒸汽压力有关。蒸汽压在温度一定的情况下，达到动态平衡时的蒸汽称为该温度下的饱和蒸汽，这时的蒸汽压力称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。沸点当水的温度升高到一定值，其燕汽压力等于外界压力时，水就开始沸腾，这时的温度称为该压力下的沸点。水化学是研究天然水中的化学过程及其杂质组分分配规律的一门学科，它探讨海水、河水、湖水和地下水等的水质变化和某些水处理的原理。1.3 水化学概况(1).按杂质颗粒大小分类按水中杂质的尺寸

9、大小，可分为溶解物(小于1.0nm)、胶体颗粒(1.0-100nm)和悬浮物(大于100nm)三种。1.3.1天然水中的杂质分类从化学结构上可以将水中的杂质分为:无机杂质、有机杂质、生物杂质三类。(2).按杂质化学结构分类（3）生物(微生物)杂质。这类杂质包括原生动物、藻类、细菌、病毒等。它们会使水产生异臭异味，增加水的色度和浑浊度，导致各种疾病等。海洋97.47%，冰山和冰川2.2%，大陆不足1%。在大陆水中极大部分为地下水，江、河、湖中的水仅占总水量的9.2%。天然水中污染的杂质，因受环境影响的不同，而有不同的情况。1.3.2天然水中的杂质与环境关系1).大气水大气水来自地表水的蒸发，其中

10、海洋水的蒸发量占很大部分。SO2和CO2溶解度大，常可使大气降水的水质受到很大影响。例如，含高浓度SO2大气中雨水的pH值可降到4.45.5之间，因为雨水的酸碱缓冲性很小，所以只要水中溶解有少量酸性物质，便会使水具有较强的酸性。2).地表水在以花岗岩为主的地质结构地区的地表水中，溶解的矿物质最少，一般不超过30mg/L.在地质结构不是以花岗岩为主的地区，其地表水通常含有中等程度的硬度、碱度和含盐量。地球上的生物生态循环对天然水水质的影响很大光合作用时，会吸取水中无机碳(CO2、HCO-3和CO32-)并放出氧，使水的pH值上升。又如，水体中有机体在合成细胞时，会吸取水中N、P、K等营养元素。当

11、今，人类的活动会对水质产生很大影响。水中有机物如属于可进行生物降解的，则可通过天然水的自净化作用或在污水处理的过程中除去。水中不能进行生物降解的有机物，如腐殖质等，则会使水带色。且会改变水中重金属离子的溶解度和各种离子问的平衡关系。3).地下水地下水主要是由于雨水和地表水渗人地下而成的，当它通过土壤时，由于过源作用而将水中的悬浮物去除，所以地下水常常是清激透明的。地下水的含盐量和硬度常比地表水高，因为在地表水渗人地下时，沿途溶解了许多物质。在水处理中，有时为了选择处理方法、对水处理设备进行工艺计算，或者判斯可能生成沉积物的组成，需要对天然水体进行分类。从电厂水处理的角度进行分类。1).按含盐量

12、分类按水中含盐量的高低，可将天然水分为四种类型，见表1-10。1.3.3天然水的分类2).按硬度分类按水硬度的高低，可将天然水分为五种类型，见表1-11。在东南沿海一带最低，大都小于0.5mmol/L，为极软水区;越向西北硬度越大，最高可达3-6mmol/L;东北地区，硬度由北向南增大，松花江和东北沿海又低达0.51.0mmol/L.3).按阴阳离子的相对含量分类水中溶解性的盐类都是以离子状态存在的，所以水分析的结果常以离子表示，但在水处理中有时将阴、阳离子结合起来，写成化合物的形式。结合顺序的排列原则是:阳离子按Ca2+、Mg2+、Na+、K+的顺序排列，阴离子按HCO-3、SO2-4、C1

13、-的顺序排列，即Ca2+和HCO-3首先结合，若有剩余的Ca2+则与SO2-4结合，再与C1-结合；若有剩余的HCO-3，则与Mg2+结合，再与Na+或K+结合。根据它们的含量,作图解如图1-4所示。这种排列组合的理由：一是根据电中性原则，即全部阳离子所带的正电荷与全部阴离子所带的负电荷相等。二是根据组合形成化合物的溶解度大小，溶解度小的先结合。Ca2+和Mg2+的碳酸氢盐最易转化成沉淀物，其次是它们的硫酸盐；阳离子Na+和K+、阴离子Cl-都不易生成沉淀物。根据上述这种假想结合原则，又可以将天然水分成碱性水和非碱性水。(1)碱性水。碱性水是指碱度(A)大于硬度(H)的水(2)非碱性水。非碱性

14、水是指硬度大于碱度(HA)的水也可将水分为碳酸盐型和非碳酸盐型。天然水：工业用水、生活用水和废水(1).工业用水工业用水中需要量最大的是冷却水，它的用量约为工业用水总量的90%。在工业用水中，对水质要求最高的是电子工业和高参数锅炉用水。不同的工业对水质有不同的要求，为了达到这些要求，必须有相应的处理，例如，混凝、石灰处理、离子交换和投加稳定剂等都是建立在化学反应基础上的。1.3.4天然水的利用(3).废水在自然界中，水体的污染和自净化本来是一种生态平衡。而现在由于工业的发展，人为污染破坏了这种生态平衡。这不仅是由于污染量大的关系，而且由于某些污染物不易被自然界的微生物降解。因此，必须借助于人工

15、的废水处理，否则，水体的污染将危及人类本身的生存。废水处理的方法很多，对于各种不同的污染都应有其相应的对策。其中，化学处理是一个重要的部分。(2).生活用水生活用水主要是供饮用和洗条，它除了要求在色、臭、味等方面的物理性能必须良好外，还应对人体无毒。对于生活用水处理，除了必须进行混凝与过滤等与工业用水相同的处理外，还常常需要用氣进行消毒，Cl2在水溶液中发生的氧化反应也是与水化学分不开的。水质是水及其所含杂质共同表现出来的物理、化学和生物学的综合特性，亦即水溶液的使用性质。表示水中杂质个体成分或整体性质的项目，称为水质指标，它是衡量水质好坏的参数。1.4常用水质指标1.4.1 悬浮物与浊度悬浮

16、物表示水中悬浮物质的含量，可用重量分析法规定，即取一升水样经定量滤纸过滤后，将滤纸截留物在110下烘干恒重，以mg/L表示。1.4.2溶解盐类(1).含盐量含盐量表示水中各种盐类的总和，由水质全分析所得的全部阳离了和阴离子的重量相加而得，单位用mg/L表示。(2).溶解固体溶解固体是在规定条件下，取一定体积过源水样，蒸干并放在105110C下恒重，单位用mg/L表示。(3).电导率利用水中离子的导电能力来评价水中含盐最的多少。表示水导电能力大小的指标，称做电导率。电导率是电阻率的倒数，可用电导仪测定。1.4.3硬度硬度(H）表示水中高价金属离子的总浓度。在一般天然水中主要是钙离子和镁离子，其他

17、高价金属离子很少，所以通常将水中钙离子和镁离子之和称为硬度。它是衡量锅炉给水水质好环的一项重要技术指标，它表示了水中结垢物质的多少。这些结垢物质包括钙镁盐两大类。钙盐包括:重碳酸钙Ca(HCO3)2、碳酸钙(CaCO3)、硫酸钙(CaSO4)、氯化钙(CaCl2);镁盐包括:重碳酸镁Mg(HCO3)2、碳酸镁(MgCO3)、硫酸镁(MgSO4)、氯化镁(MgCl2)。钙盐部分称为钙硬度，镁盐部分称为镁硬度，总硬度等于二者之和。水的硬度可以分为碳酸盐硬度(也称“暂硬”)和非碳酸盐硬度(也称“永硬”)两类。(1)碳酸盐硬度这类硬度主要是钙、镁离子的重碳酸盐。由于这类硬度在经过加热后会形成沉淀物，并

18、从水中析出，所以称“暂时硬度”。(2)非碳酸盐硬度这类硬度主要是钙、镁离子的硫酸盐和氯化物。由于它们不能用加热的方法从水中沉淀出来，所以称“永久硬度”。硬度的单位如何表示? 目前表示硬度的单位主要有三种： 第一种是以形成硬度离子的单位电荷粒子为基本单元的物质的量的浓度单位。在指明硬度时，括号中的基本单元符号可以省略； 第二种是用德国度，法国度来表示，如德国硬度()相当于氧化钙含量为10mgL等； 第三种是以每升含毫克碳酸钙(1 mgCaCO，L)来表示。常用硬度单位之间换算关系见表113所示1.4.3.1硬度的分类硬度还可以按水中存在的阴离子的情况分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两大类。1.碳酸盐

19、硬度(HT)碳酸盐硬度就是钙，镁的重碳酸盐和碳酸盐之和2.非碳酸盐硬度(HF)水的总硬度和碳酸盐硬度之差就是非碳酸盐硬度，如钙、镁的氯化物和硫酸盐等。因水沸腾时也不能除去，故这种硬度又称为永久硬度。1.4.3.2硬度的表达方法硬度的单位有三种表达方法，现分别叙述如下：(1)用mmol/L表示。这是一种常用的表示物质浓度的方法，而且是法定计量的基本单位。在本书中所用到的硬度、碱度和含盐量等水质指标，除非有特殊说明以外，均以此单位表示其浓度大小，而且是以一价离子作为基本单元，即对于二价离子(或分子)均以其1/2作为基本单元，如以1/2Ca2+、1/2Mg2+、1/2CaO作为基本单元。(2)用“度

20、”表示。硬度的单位也常用“度来表示，如“德国度”、“英国度”等，它们都有不同的定义。我国在水质分析中经常采用德国度，用符号G表示。它的定义是:水样中硬度离子的浓度可以折合成10mg/L CaO时，则称为一度。(3)用mg/L碳酸钙表示。有许多水质分析资料用碳酸钙(mg/L)表示水中硬度离子的浓度。1.4.4碱度碱度表示水中OH-、CO2-3、HCO2-及其他弱酸盐类的总和。因为这些盐类在水溶液中都呈域性，可以用酸中和，所以都叫碱度。在天然水中，碱度主要由HCO-3的盐类组成。在低压锅炉水中，城度主要由OH-和CO2-3的盐类组成，当锅内加磷酸盐处理时，还有PO3-4的盐类。故一般来说水中不能同

21、时含有重碳酸根和氢氧根离子。1.4.5酸度水中的酸度是水中所含能与强碱(如NaOH、KOH等)发生中和作用的物质的总量，即能放出H+或经过水解能产生H-的物质的总最。这些物质归纳起来可分为以下三类:(1)强酸如HCI、H.SO、HNO等。(2)强酸弱狱所组成的盐和酸式盐如FeCl3、Al2(SO4)3、NaH2PO4,等。(3)弱酸如H2CO3、H2S以及各种有机酸。1.4.6有机物溶液、胶体和悬浮状态利用有机物比较容易被氧化这一共同特性，用某些指标间接地反映它的含量。如化学氧化、生物氧化和燃烧三种氧化方式都是以有机物在氧化过程中所消耗的氧或气化剂的数量来表示有机物的数量和可氧化程度的。(1)

22、.化学需氧量(C0D)化学需氧量(COD):是指在一定条件下，采用一定强氧化剂处理水样所消耗的氧化剂的量，它是表示水中还原性物质多少的一个指标，水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸、硫化物、业铁盐等，但主要是有机物。(2).生化需氧量(BOD)生化需氧量是指利用微生物的作用氧化水中有机物所需要的氧量，单位也用mg/LO2表示。生化需氧母越高，表示水中可被生物降解的有机物含量越多。生物氧化的整个过程一般可分为两个阶段。在第一阶段中，主要是有机物被转化成无机二氧化碳、水和氨；在第二阶段中，主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。因为氨已经是无机物，它的进一步氧化，对环境卫生的影响较小。所以生化需氧量通常

23、只指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量。(3).总有机碳和总需氧量需氧量指标测试时间长，不能快速测定、指导生产，所以目前也用总有机碳和总需氧量两个指标表示有机物的含量。总有机碳(totalorganiccarbon，TOC)是指水中有机物燃烧成CO2，然后利用CO2吸收红外线的性能测定其含量，以表示有机物的多少。总有机碳可用专用的总有机碳测定仪测定。总需氧量(totaloxygen demand,TOD)是指水中有机物除含有碳元素以外，还含有氧、氮、硫等元素，当有机物全部被氧化时，碳被氧化为CO2，氢、氮和硫等分别被氧化为水、一氧化氮和二氧化硫，这时的需氧量称为总需氧量。水质资料是选择水处理方案

24、和工艺系统、进行设备设计及确定化学药品耗量的重要基础资料，所以水质资料的正确与否，直接关系到设计结果是否可靠。水分析结果的校核，一般分为数据性校核和技术性校核两类。数据性校核是对数据进行核对，保证数据不出差错;技术性校核是根据天然水中各成分的相互关系，检查水分析资料是否符合水质组成的一般规律，从而判断分析结果是否正确。1.5水质资料的校核1.6.1预处理方法1.6.1.1预处理的目的和意义水的预处即就是为使含有各种杂质的天然原水质达到主处理(深度处理)的要求所进行的预先处理，对于除拉处理来说，天然水中含有的有害成分是物理性杂质，例如泥沙、黏土、有机物、微生物、机械杂质等，杂质的存在，影响除盐处

25、理效果，因此必须在除盐处理之前将些杂质降低或除去，这就需要预处理，有时也称前处理。1.6水处理方法概述1.6.1.2常用预处理方法(1)预沉。就是在大容积、低流速的情况下，水中固体颗粒因重力作用而从水中分离出来，如沉沙地、预沉池。(2)混凝。向水中投加化学药剂，使尺寸较小的悬浮颗粒和胶体脱稳，并通过药剂与颗粒间的吸附、架桥和网捕等多种作用使其相互聚结生成大颗粒的过程。(3)澄清。在澄清池内，悬浮颗粒和胶体通过混凝作用而形成的大颗粒沉淀物，并通过沉降作用与水分离得到澄清水的过程。(4)过滤。将被处理的水，流经装有特殊过滤材料装置，如各种滤池等，截留水中杂质，予以去除。(5)软化。采用化学药剂，如

26、石灰水、纯碱等，使水中碳酸氢盐硬度除去;或是采用阳离子交换树脂等方法除去水中的钙、馐、铁离子等，这一过程称为软化。(6)消毒。加人杀生剂，如液氯、漂白粉等，杀灭水中的微生物。对于预处理的选择，应根据进水水质、采用的除盐除盐装置所要求的进水指标，同时结合产水量大小、当地材料和设备供应情况，通过技术经济比较确定。例如，以地下水为进水的预处理系统，当铁含量高时，可增加曝气和催化氧化过滤的工艺来去除铁。1.6.2.1除盐的目的和意义通常所谓的除盐，即消除或降低水中溶解盐类物质含量的处理过程。水的除盐处理在电力、石油、化工、电子、轻纺、医药、原子反应堆、超高压锅炉等工业中，以及在苦咸水淡化、饮料水制备、

27、实验室用水、污废水处理回用及海水开发利用等方面，均具有无可替代的重要意义。在水处理工艺技术中，水的除盐处理具有相对特殊性，并占有较大分量，其所需的经济投人也是较高的。1.6.2除盐方法(1).海水淡化(2).苦咸水淡化(3).工业用水脱盐(4).其他用水脱盐1.6.2.2除盐的方法类别水中的溶解盐类多是以离子状态存在的，根据需要，只除去水中的硬度阳离子的处理方法叫软化，除去全部离子(阴离子和阳离子)的处理方法谓之除盐。水的除盐又分为局部除盐和完全除盐(深度除盐)两种。从广义上说，只除去水中一部分盐类者为局部除盐。使水质达到蒸馏水水平(含盐量为I-5mg/L)甚至超过者为完全除盐，纯水、去离子水和高纯水的制取方法即属此类。另外，含盐量很高的水叫咸水或苦咸水(如海水等)，而只除去高含盐量水中的部分盐量(例如处理到生活饮用水的指)的处理方法称为咸水淡化，实际上它属于局部除盐的特殊情况。从处