电厂化学-3水的预处理

1第3章水的预处理1概述2水的混凝处理3水的沉淀和澄清处理4水的过滤处理5水的预处理系统2补给水处理系统补给水预处理预脱盐深度脱盐原水目的：除去水中悬浮物、胶体物质和部分有机物。方法：混凝沉淀（澄清）及过滤处理。水经混凝沉淀（澄清）处理后，浊度ZD<10FUT，能满足工业用水要求。再经过滤处理，ZD<2~5FUT，能满足后续除盐处理进水水质的要求。电厂原水一般是江河水或地下水，或中水含有悬浮物和胶体杂质。3第3章水的预处理1概述2水的混凝处理3水的沉淀和澄清处理4水的过滤处理5水的预处理系统4（1）胶体概述悬浮颗粒越小，在水中沉降就越困难。悬浮物大多是泥沙，d>100nm，经长时间静止在重力作用下就会沉降下来。胶体颗粒，d<100nm，基本不能因重力作用而沉降。原因有三：胶体颗粒在水中作无规则的布朗运动，可长时间保持分散状态；胶体颗粒外表面吸附了一层水分子，阻碍胶体颗粒之间的接触，使胶体保持稳定；胶体颗粒带有电荷，天然水中的胶体颗粒总是带有负电荷，由于同性相斥使胶体颗粒不易相互聚合而保持悬浮状态。其中后两个原因更为重要。5（2）混凝原理混凝处理：在水中投加适当的化学药剂，使水中细小悬浮物以及胶体结合成大的絮凝体，并在重力作用下沉淀出来。投加的化学药剂称为混凝剂。6反应产物对胶体和悬浮物有如下作用：电中和作用：带正电荷离子与原水中带负电荷的胶体发生电中和使之脱稳，此过程在1s内即可完成。脱稳后的胶体颗粒的静电斥力被大大削弱，便可发生碰撞，聚集成较大的颗粒。吸附桥架作用：沉淀物Al(OH)3、羟基多核络离子尤其带正电荷的羟基多核络离子，具有较长分子链。这些分子链能吸附水中的胶体颗粒，而且同一条链可吸附多个胶体颗粒，同一胶体颗粒可吸附在多条链上，使原来处于分散的许多细小颗粒被分子链拉扯在一起不能分开，形成絮状沉淀物。网捕作用：Al(OH)3沉淀物以及生成的絮状沉淀物，是一种网状絮凝体，在下沉过程中，像一个张开的大网，卷扫水中的悬浮物共同沉淀。7（3）混凝过程混凝过程是指从向水中投加混凝剂，直到最终形成大颗粒絮凝体的整个过程。分为两个阶段：凝聚阶段混凝过程中最重要的阶段。包括胶体脱稳和脱稳胶体在布朗运动作用下聚集成微小凝絮的过程。脱稳胶体的移动速度十分重要，决定了他们的碰撞频率。有效碰撞才能使脱稳胶粒聚集，这取决于胶体脱稳程度。完全脱稳则每次碰撞都可能形成微小凝絮。在混合池或混合管中进行，很短时间即可完成。絮凝阶段微小凝絮在流体动力作用下再相互碰撞形成大絮凝体，这一过程称为絮凝阶段。在反应池（或称絮凝池）中完成。8（4）混凝剂铝盐混凝剂聚合氯化铝（PAC）[Al2(OH)m·Cl]n，在剂量控制、对原水pH值的适应性方面由于硫酸铝[Al2(SO4)3]。处理出水质量好，药剂投加量小，电厂广泛使用。PAC中大量的Cl-对不锈钢有很强的腐蚀性，投加设备要采用耐氯腐蚀材质。铁盐混凝剂聚合硫酸铁（PFS）[Fe2(OH)n(SO4·)3-n/2]m。处理后水中残余铁离子少，形成的胶体电荷密度高，没有聚合铝和硫酸铝剂量超过一定值时水质变差的倾向，能高效去除有机物和脱色，电厂广泛使用。9（5）助凝剂加混凝剂的同时，加少量聚电解质助凝剂可以显著改善混凝条件和提高混凝效果。助凝剂在混凝过程中所起作用分三类调整pH值。每种混凝剂都有其最佳使用的pH值，如果原水的pH值不能满足要求，则需加入酸、碱调整pH值。如石灰和硫酸。氧化作用。使用硫酸亚铁作混凝剂时，有时要添加氧化剂。如Cl2。增大絮凝物的粒度、密度和牢固性。通常为高分子聚合物，也称絮凝剂，本身并不起混凝作用。由于分子量大，而且是链状结构，在水中形成很长的链，并强烈吸附水中的杂质颗粒，形成更大的凝絮，增大絮凝物的密度，更有利于沉淀。聚丙烯酰胺(PAM)是一种重要的和使用最多的高分子絮凝剂，对高浊度水、低浊度水和废水等均有显著效果。10（6）影响混凝效果的因素pH值聚合铝：最佳pH值7.0~8.0，加入PAC后pH值下降较少，无须添加碱化剂。铁盐：pH值范围4~10，故pH值影响较小。11（6）影响混凝效果的因素原水温度水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散，凝聚效果较差。其原因有：①无机盐水解吸热；②温度降低，粘度升高――布朗运动减弱；③水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚；混凝剂不同，影响程度不同。铝盐：温度影响较大，25~30℃最佳。温度低于5℃，混凝效果极差。铁盐：温度影响较小，即使在冬季也能保证较好的混凝效果。12（6）影响混凝效果的因素混凝剂用量根据水源水质和对处理后水质要求，通过试验确定最佳剂量。一般天然水源，最佳剂量0.3~0.7mmol/L聚合铝（Al2O3计）5~8mg/L聚合铁（Fe3+计）5~10mg/L原水浊度低，悬浮物小于50~100mg/L时，须提高投加量，以保证混凝效果。现场采用投加黏土(泥浆)以增大水中胶体颗粒浓度，同时适当增加混凝剂量，获得较的混凝效果。13（6）影响混凝效果的因素水利条件水和混凝剂的混合以及絮凝体形成和长大所需的水利条件。搅拌速度先快后慢。混凝剂加入水中后，开始要快速搅拌，强烈搅动促使混凝剂均匀扩散以利于混凝剂快速水解、聚合和胶体脱稳。当絮凝体形成，应减小搅拌速度，降低搅动强度，以免影响絮凝体长大，甚至打碎已经形成的絮凝体。14（6）影响混凝效果的因素接触介质在水中保持一定数量的接触介质，可使混凝过程进行得更快、更完全。混凝过程在澄清池内进行，利用澄清池内泥渣起接触作用，即利用泥渣的表面活性，吸附水中的悬浮杂质和混凝处理时的细小絮凝体。电厂水处理系统常用。混凝过程在过滤器中进行，此时滤料在这里起接触介质的作用。15第3章水的预处理1概述2水的混凝处理3水的沉淀和澄清处理4水的过滤处理5水的预处理系统16（1）沉淀与澄清沉淀处理是在原水完成混凝过程之后进行的。混凝为沉淀创造了条件，沉淀则是在混凝的基础上实施颗粒与水的分离，两者共同完成除去水中悬浮物和胶体等杂质的任务。如果混凝和沉淀两个过程在同一设备中完成，则此设备称为澄清池。该工艺即为水的澄清处理，是电厂最为常见的处理工艺。电厂最常见的是水利循环澄清池和机械搅拌澄清池。17钢筋混凝土制成，横截面为圆形。由第一反应室（又称混合室）、第二反应室、导流室和分离室等部分组成，并设有进水系统、出水系统和排泥系统。池中心设有搅拌提升装置，是澄清池的关键部件。大容量机械搅拌澄清池内，底部设有刮泥装置。（2）机械搅拌澄清池结构18工作过程19上部为叶轮，下部为叶片。其作用是搅拌和将带有泥渣的水提升至第二反应室。提升能力可通过转速和叶片高度来调整。叶片起搅拌作用，搅拌速度为每分钟1~数转，可调。搅拌机械的结构20对处理水量、水质和水温变化的适应性强，处理效果稳定。适用于处理悬浮物在5000mg/L以内的水。常用于大出力场合。应用21（3）水利循环澄清池水利循环澄清池的泥渣循环、水的流动是靠水流的动力实现的。设备的本体是钢筋混凝土制成的，截面为圆形。由混合室、第一反应室、第二反应室、分离室和泥渣浓缩斗等组成。主要部件有喷嘴、喉管、伞形板及喷嘴与喉管距离的调节装置。结构22工作过程23结构简单，投资低，运行管理方便。对水量、水质和水温变化的适应性差。一般单台出力不宜超过300m3/h。常用于处理悬浮物在200mg/L以下的水。应用24（4）运行监督为使澄清池能够始终在良好的条件下运行，需要对出水水质和澄清池各部分的工作情况进行监督。出水水质的监督项目，除悬浮物含量和浊度外，其他项目根据澄清池的用途拟定。运行工况的监督项目为，清水区高度以及反应室、泥渣浓缩室的泥渣浓度。泥渣浓度可用沉降比表示。是指在规定时间内沉降下来的泥渣体积占总体积的百分比。澄清池正常运行期间，第二反应室泥渣浓度一般控制在5min沉降比为10%~20%，超过20%~25%时应排泥。25第3章水的预处理1概述2水的混凝处理3水的沉淀和澄清处理4水的过滤处理5水的预处理系统26（1）电厂水的过滤处理的特点经混凝处理后的水中残留少量的细小悬浮颗粒，可经过过滤处理除掉。电厂需过滤的水的特点：水中悬浮物含量低，一般小于20mg/L，但水量大。通常采用颗粒滤料的过滤方法。常用的滤料有石英砂、无烟煤、重质矿石等。采用快速过滤，滤速在5m/h以上。设备简单，易于反洗。27（2）过滤原理沉淀机理即机械截流。当水中的颗粒直径大于滤料颗粒间的空隙时，就会沉淀在滤料上面，形成一层附加的滤膜。在以后的过滤中，这层滤膜起主要的过滤作用，这种过滤作用称为薄膜过滤。固着机理一些直径小于滤料颗粒间的悬浮物颗粒，由于各种物理力和吸附力，悬浮颗粒与滤料之间与已沉积的杂质之间相互吸附，固着在滤料表面，滤料颗粒间的空隙逐渐减小，这种过滤作用称为渗透过滤。过滤过程中，两种机理同时作用，其中薄膜过滤是主要的。28（3）过滤过程过滤初期，杂质被截流主要发生在最上层滤料中，而大部分滤料尚处于等待状态。随着过滤的进行，上层滤料的杂质不断增多，空隙减少，水流通道变窄。一方面水流阻力增大，另一方面水流速度增大，对已截流的杂质冲刷剥落作用增强，迫使一部分杂质向下游输送，水中悬浮物的截流带从上一层转移到下一层。继续过滤，截留带逐步向下推移。当截流带前沿接近最底层后继续过滤，出水浊度增加过滤器运行到出水浊度达到规定值或进出口压差达到规定值时，应停止运行，此时称为过滤失效。从出水水质来讲，失效点是过滤后期出水合格与不合格的分界点，由滤层特性和操作条件决定。29（4）过滤速度滤速与滤层中滤料结构有关。过滤器（滤池）形式滤速（m/h）正常滤速强制滤速细沙过滤6~8——单层滤料8~1010~14双层滤料10~1414~18三层滤料18~2020~2530（5）过滤终点及判断指标过滤终点过滤终点是过滤器运行的停止点。过滤终点以失效点为依据，可能比失效点提前或滞后。实际生产中，为保证之水质，多在失效点之前结束过滤。判断指标失效点与水头损失、出水浊度、过滤时间相对应，因此，三者均可作为判断指标。31（6）反洗水头损失达到规定值时，过滤器停止运行，进行反洗，其目的是除去滤层中截流的杂质，恢复滤料的截污能力。反洗方法水反洗。水自下向上流动，滤料处于悬浮状态，借助滤料颗粒间水流产生的剪切力和摩擦力，将截流杂质剥离下来，由冲洗水带走。带有空气擦洗的水反洗。空气和水交替从滤层底部进入，空气泡在滤料间隙穿过上升，使空隙膨胀，滤料颗粒升落、旋转、碰撞，使吸附在滤料上的杂质剥离下来，由冲洗水带走。也有将空气与水同时从滤层底部进入——称为水气合洗。带有空气擦洗的反洗比单纯的水反洗效果好。32（7）反洗条件的控制反洗膨胀率：料层膨胀时增加的厚度与原厚度的比值。反洗强度：单位时间单位过滤面积上通过的反洗水水量。反洗时间：反洗过程所经历的时间。型式反洗强度L/(m2·s)膨胀率%反洗时间min滤池单层滤料无烟煤10≈505~10石英砂12~15≈455~10双层滤料无烟煤、石英砂13~16≈505~10三层滤料无烟煤、石英砂、重质矿石16~18≈555~10过滤器细砂过滤石英砂10~12≈4510~15单层滤料无烟煤10~12≈505~10石英砂12~15≈455~10双层滤料无烟煤、石英砂13~16≈505~10三层滤料无烟煤、石英砂、重质矿石16~18≈555~1033（8）过滤系统设备过滤设备按承压情况分为压力式和重力式两大类，前者一般称为过滤器，后者一般称为过滤池。压力式过滤器又称机械过滤器。过滤器本体是一钢制承压容器，体内上部设有进水装置，下部设有出水（兼作反洗配水）装置。滤料可以是单层、双层或三层。过滤器类型可以是单流式、双流式或双室过滤器。进水经泵升压后，由上而下通过滤层，过滤在压力下进行。特点：占地面积小，管理方便，出水水质稳定，电厂应用较广。34双层压力式过滤器上层滤料的粒度较大，滤料颗粒间空隙较大，容污量大，悬浮物主要通过渗透去除。下层滤料的粒度较小，滤料颗粒间空隙较小，水中细小悬浮物通过滤膜被除尽，出水水质得到保证。35重力式无阀滤池经过过滤装置的水没有外加压力，进水是靠自身重力向下流入过滤器，然后出水进入位置较低的清水池。无需用泵升压，设备系统简单。流速较慢，需较大的过滤面积，设备庞大，占地面积大。无阀滤池是因为没有阀门而得名，重力式无阀滤池是电厂常用的过滤装置。36由滤池本体、进水装置和虹吸装置三部分组成。本体包括冲洗水箱、过滤室和集水室。结构37运行过程38过滤与反洗自动进行。变水头等速过滤。过滤过程中，虹吸上升管中的水位随过滤时间的延续、滤层中悬浮物的增加以及过滤阻力的增大而升高，水位的增加弥补了滤