水处理技术培训资料

化学培训资料绪论第一节水在热力发电厂中的作用在火力发电厂中，水进入锅炉以后，吸收燃料燃烧放出的热量，转变成蒸汽，导入汽轮机；在汽轮机中，蒸汽的热能转变成机械能；汽轮机带动发电机，将机械能抓变成电能。凝汽式发电厂中，水汽呈循环状运行：锅炉产生的蒸汽经汽轮机后进入凝汽器，被冷却呈凝结水，凝结水由泵送到低压加热器，加热后送入除氧器，再经给水泵将已除氧的水送到高压加热器进一步加热后送回锅炉，完成循环。根据水在水汽循环系统中所经历的过程不同，这些水有不同的名称：1.原水：未经过任何处理的天然水，它是热力发电厂中各种用水的来源。2.锅炉补给水：原水经过各种方法净化处理后，用来补充热力发电厂水汽损失的水。按净化处理方法的不同，可分为软化水、蒸馏水、除盐水等。3.凝结水：汽轮机中做功后的蒸汽经冷却凝结成的水。4.疏水：各种蒸汽管道和用汽设备中的蒸汽凝结成的水。5.返回水:热电厂向热用户供热后，回收的蒸汽凝结水。6.给水：送进锅炉的水成为给水，主要由凝结水、补给水和各种疏水组成。7.锅炉水：在锅炉本体的蒸发系统中流动着的水，习惯上也称炉水。8.冷却水：用作冷却介质的水，主要指通过凝汽器用以冷却汽轮机排汽的水。第二节热力发电厂中水处理的重要性热力系统中水的品质，是影响发电厂热力设备安全、经济运行的重要因素之一。没有经过净化处理的天然水含有许多杂质，这种水如进入水汽循环系统，将会造成严重危害。为了保证热力系统中有良好的水质，必须对水进行适当的净化处理和严格的监督水汽质量。水汽品质不良引起的危害1.热力设备结垢2.热力设备腐蚀3.过热器和汽轮机的积盐第一章水质概述第一节常用化学名词概述1.溶液：一种物质分散在另一种物质中的体系称作分散体系，均一的分散体系称为溶液。溶液中被分散的物质叫溶质，用以分散溶质的物质叫溶剂，发生这种分散的现象叫做溶解。2.质量分数和百分含量：用溶质的质量占全部溶液［溶质＋溶剂］质量的比值来表示溶液中溶质的含量叫做质量分数［无量纲］，如以百分数表示则称为百分含量。3.用单位体积或单位质量溶液中含有的溶质质量表示含量，如mg/L、ug/L、g/L、g/kg、ppm(10—6)、ppb［10—9］。4.物质的量［摩尔］：单位是摩尔，是表示物质多少的物理量，是七个SI基本单位之一，摩尔所表示的是原子、分子、离子和其他粒子或这些粒子的特定组合。5.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。6.化学平衡常数：化学反应达到平衡时，各反应产物的浓度乘积和各反应物的浓度乘积的比值，在一定温度下是一个常数。7.电解质：一类物质在干燥状态下不能导电，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。8.非电解质：在干燥的和溶液中都不能导电的物质。9.电离：1）强电解质：在溶液中几乎完全能电离成离子。2）弱电解质：在溶液中只有部分电离，并具有可逆的过程，即既有分子电离成离子的过程，又有离子结合成分子的过程，如氨水、醋酸的电离反应。3）电离平衡：弱电解质达到电离的正向速度等于其逆向速度的状态，这种平衡称为电离平衡。10.水的电离，pH：H2O＝H＋+OH—K=［H＋］·［OH—］/［H2O］KSH=［H＋］·［OH—］pH的意义是氢离子浓度的负对数，即：pH＝－lg［H＋］11.溶度积：在难溶电解质的饱和溶液中，当温度一定时，其离子浓度的乘积是一个常数。1）溶液中组成某难溶电解质的离子浓度的乘积等于其溶度积时，此溶液叫做饱和溶液。2）当溶液中组成某难溶电解质的离子浓度的乘积小于其溶度积时，此溶液叫做未饱和溶液。这时如果再加入此难溶电解质，还可继续溶解，直到饱和为止。3）当溶液中组成某难溶电解质的离子浓度的乘积于大其溶度积时，则产生沉淀，但沉淀析出后，此溶液还是饱和溶液。12.活度：当电解质溶液的浓度较大时，用浓度来进行平衡计算会出现较大的偏差，这有许多原因，其中主要是电解质溶液中的正负离子间存在静电作用力。为了校正这种偏差，将C乘以一个系数，用α＝f·C，式中α为活度，f是活度系数。第二节天然水中的杂质1.水中杂质的分类：悬浮物、胶体和溶解物质2.悬浮物：颗粒直径在10mm—4以上的微粒［包括漂浮物、有机物、可沉物、砂子、粘土］3.胶体：粒径在10－6～10－4mm之间的微粒，是许多分子和离子的集合体，比表面积很大，有很强的表面活性，吸附有多量离子而带电，互相排斥，不易下沉。4.溶解物质：在水中呈真溶液状态的离子和分子，其颗粒直径不大于10－6mm。第三节水质指标1.悬浮物一般用浊度表示（FTU、JTU）。2.溶解盐类：1）含盐量和溶解固形物；2）蒸发残渣（100～105℃）；3）灼烧残渣（800℃）；4）电导率3.硬度：1）酸盐硬度；2）非碳酸盐硬度4.碱度和酸度：1）碱度：水中含有能与强酸反应其中和作用的物质的量。天然水中的碱度主要由OH－、CO2、HCO3－量以及其他一些弱酸盐类量的总和。2）酸度：水中含有能与强碱反应其中和作用的物质的量。5.有机物和耗氧量：1）化学耗氧量COD2）生化需氧量BOD3）其他估量有机物的方法（TOC）。第四节天然水中的几种主要化合物1.碳酸化合物，存在形态CO2、H2CO3、HCO3－、CO32－1）促使CO32－和HCO相互转化的重要因素是游离CO2，当CO2增多时，向HCO3－方向转化，会促使CaCO3溶解，当CO2消失时，向CO32－方向转化，生成CaCO3沉淀。2）水中CO2是否达到平衡的测试方法：将水通过粒状大理石过滤，然后将过滤前后的水样相比较，如PH升高或碱度增大，则表示水中CO2大于此平衡值，因而使大理石的CaCO3成分溶解了；反之，如PH降低或碱度减小，则表示水中CO2小于平衡值，有CaCO3析出。2.硅酸化合物：1）硅酸通式XSiO2·YH2O，当X＝1，Y＝1，分子式为H2SiO3，称为偏硅酸；当X＝1，Y＝2，分子式为H4SiO4，称为正硅酸，当X大于1时，硅酸称聚合态，称多硅酸。2）当PH不是很高时，溶于水中的SiO2主要呈分子态的的简单硅酸，当水中SiO2的浓度增大，它会聚合成二聚体、三聚体、四聚体等，这些聚合体在水中很难溶解，随着其聚合度的增大，SiO2会由溶解态转变成胶态，以至于成为凝胶而从水中析出。当PH增大超过9时，由于H2SiO3电离成HSiO3－的量增加，其溶解度随之加大。3）活性硅：能够直接用比色法测定的SiO2水中分子量较低的硅酸化合物］3.水中铁的化合物1）天然水中铁离子有Fe2＋、Fe3＋两种形态。2）Fe2＋主要存在于溶解氧较小、PH较低的水中（深井水）3）当溶解氧较大时，Fe2＋－e→Fe3＋，Fe3＋易水解形成酸性水在炉水中造成危害。4）PH大于8时，Fe2＋被水中溶解氧氧化速度很快，5）PH在7左右时，水中几乎只有溶胶状Fe（OH）3。6）在含有腐植酸的沼泽水中，其PH接近4，Fe2＋会和腐植酸结合成络合状态存在，这种络合物不易被溶解氧氧化。4.氮的化合物1）其来源为各种有机物，硝酸盐的溶解和工业排水混入铵离子。2）在有氧和细菌的参与下，可将氨类物质转化为亚硝酸盐或硝酸盐。第五节天然水的特点水质分类：1.按含盐量分：1）低含盐量水：含盐量小于200mg/L2）中等含盐量水：含盐量200～500mg/L3）较高含盐量水：含盐量500～1000mg/L4）高含盐量水：含盐量大于1000mg/L2.按硬度分：1）极软水：硬度在1.0mmol/L（1/2Me2＋）以下。2）软水：硬度在1.0～3.0mmol/L（1/2Me2＋）3）中等硬度水：硬度在3.0～6.0mmol/L（1/2Me2＋）4）硬水：硬度在6.0～9.0mmol/L（1/2Me2＋）5）极硬水：硬度在9.0mmol/L（1/2Me2＋)以上3.按水处理工艺分：1)碱性水：碱度大于硬度2)非碱性水：硬度大于碱度第二章水的沉淀处理沉淀处理：将水中杂质转化为沉淀物而析出的各种方法。沉淀处理的内容：悬浮物的自然沉降、混凝处理、沉淀软化等。第一节胶体化学基础1.胶体稳定性的原因：（1）胶体表面带电；（2）胶体表面有水化层；（3）胶体表面吸附有某些促使胶体稳定的物质；2.胶体的亲水性和憎水性胶体表面的水化层的形成是由于胶体对水的亲和力。所谓亲水胶体实际上是一些可溶性的大分子化合物。3.胶体的双电层结构（1）胶核：胶体中心通常是许多分子组成的集合体，称为胶核。（2）内层与外层离子：（3）吸附层和扩散层：吸附层：有吸附作用形成，包括内层离子和外层离子中活动性较差的这一部分离子。扩散层：离核较远，离子分布受热运动影响较大，较活泼，数量随离胶核表面距离增大而减小。（4）胶团：胶态物也是电中性，在双电层中正负电荷量必相等，此种包括双电层中全部离子在内的电中性颗粒称为胶团。（5）滑动界面与胶粒：a.当胶体运动时，在其扩散层中有一个滑动界面，在界面内的颗粒才是一个独立运动的单元，它是带电的，此种颗粒称为胶粒。b.用FeCl3水解形成的Fe(OH)3胶体为例，以式子表示：｛mFe(OH)3.nFeO+.(n-p)Cl－｝p+pCl－胶核胶粒胶团c.胶粒可以带有正电荷，也可以带有负电荷。在天然水中，胶粒都带负电，例如胶体粘土和腐植质等。（阴树脂污染的原因）4.胶体的电位（1）在胶体颗粒和溶液之间有以下三种特征电位：胶和表面处的电位（ζφ0）即热力学电位；吸附层与扩散层分界处的电位（φd）;滑动界面处的电位（ζ）,此电位称为动电位。（2）φd是特征值无法测定，对于天然淡水来说，因水中电解质很少，可以设定φd和ζ两种电位大致相等。（3）ζ电位的大小不仅决定于胶体的本质，且与溶液中的离子组成有关，如pH，原因是胶体大都有两性化合物组成，它们的带电是由于两性集团的电荷，而pH的改变影响了两性集团的电离度。（4）一般而言，胶体的ζ电位都会随水溶液中盐类含量的增大而减小，此种影响主要是由于水中电解质数量增多时，它的渗透压增大，因而促使胶体扩散层中的水向溶液本体中渗透，结果使扩散层压缩，ζ电位下降，当扩散层压缩到一定层度时，ζ电位可以降到零，这一点称为该胶体的等电点，此时，胶体实质上以不带电性能。5.胶体颗粒间的作用力：在溶液中，两个同号胶体（即电荷符号相同的胶体）之间，有同性电荷间的静电斥力和分子间的范德华引力。6.胶体脱稳：要除去水中胶体，必须是胶体脱稳。胶体脱稳途径：（1）压缩双电层：投加电解质，压缩扩散层，降低ζ电位。投加电解质的反离子（与胶粒电荷符号相反的离子）价数愈高，聚集效果愈显著。（2）吸附与电中和：与胶体物质的吸附作用以及因此，而发生电中和（物质间相互聚集时，静电中和并不总是一个主要因素）。（3）网捕作用：混凝处理的沉淀物的网捕作用。（4）吸附与架桥：投加吸附胶体的链状大分子，通过架桥作用使胶体聚成大颗粒沉淀。第二节水的混凝处理1.水中悬浮物的沉降：沉降速度与颗粒大小有关，胶体实际上不沉降，沉降应在静止和流速很慢的条件下完成。2.天然水中的悬浮物：大小不一的颗粒混合物，采用自然沉降法和普通过滤法无法彻底除掉较小的悬浮颗粒，更不能出去胶体。3.混凝原理：投加混凝剂，促使微小颗粒变成大颗粒下沉。混凝处理是一个复杂的过程，常常混有各种聚沉反应，如压缩双电层，吸附和电中和、网捕作用、吸附与架桥等。4.影响混凝效果的因素：（1）水的pH值：a.pH值对Al(OH)3溶解度的影响；b.pH值对胶粒电荷的影响；c.pH值对水中有机物的影响：水中的有机物如腐植质，当pH值低时为负电的腐植酸胶体，此时易于用混凝剂除去；当值高时，为溶解性的腐植酸盐，去除效果较差。（我厂重点，NaOH、HCl调pH）d.pH值对胶体凝聚速度的影响；（2）混凝剂的用量：当水中胶体含量很少时，需要投加大量混凝剂才能通过网捕作用达到良好效果。（3）水温：a.铝盐受水温影响大，低于5度，凝絮细而松，效果不佳。b.铁盐作混凝剂时，水温对混凝效果影响不大。（4）水和混凝剂的混合速度：搅拌速度最好是先快后慢（快速混合，防止凝絮破碎）（5）水中杂质：因离子量大不利，有机物不利（用加Cl2、O3破坏之）（6）