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1C3-1工业锅炉用水的预处理1.地表水的预处理2.地下水的预处理21.地表水的预处理◆目的：除掉水中的悬浮杂质和胶体杂质。◆杂质的危害：进入离子交换器内，使树脂层的阻力增大，并且容易吸附在树脂的表面，影响交换能力。◆常用的地表水的预处理方法：混凝、沉淀（澄清）和过滤。31.地表水的预处理◆水中的不同粒径的悬浮物和胶体杂质，沉降速度相差很大。◆右表列出了相同条件下不同粒径颗粒在水中的沉降速度。◆由表可知，杂质的沉降速度随着颗粒粒径变化呈非线性关系。大颗粒悬浮物容易沉降，而粒径微小的杂质，尤其是胶体杂质却能在水中长期保持分散悬浮状态，这一特性称为胶体的稳定性。1.1混凝颗粒直径(mm)颗粒种类沉降1m所需的时间1.0粗砂10s0.1细砂2min0.01泥砂2h0.001细菌5天0.0001黏土2年0.00001胶粒210年41.地表水的预处理◆微小悬浮物和胶体颗粒为何具有稳定性？1.1混凝◆①微粒的布朗运动水分子的热运动使颗粒极小的悬浮物和胶体杂质在水中做无规则的高速运动，并趋于均匀分散状态，这种运动即为“布朗运动”。布朗运动是天然水中保持微粒稳定性的因素之一。如果水中不存在妨碍颗粒相互接触的因素，则布朗运动提供了颗粒在无规则运动中相互碰撞的机会。布朗运动又是使微粒分散不稳定性的因素之一。51.地表水的预处理◆微小悬浮物和胶体颗粒为何具有稳定性？1.1混凝◆②微粒的静电斥力胶体的结构胶核：胶体的核心，是由众多分子形成的集合体。胶体的表面分布着相同电荷的离子，称为电位离子。电位离子通过静电作用吸引溶液中带相反电荷的离子，称为反离子。距离胶核较近的反离子，静电吸引力较强，这一区域为吸附层。距离胶核较远的反离子，静电吸引力较弱，这一区域为扩展层。胶核胶核表面电位离子所形成的电位为总电位ψ；滑动面的电位为动电位ζ。动电位ζ表明胶体带电的本性，动电位越高，胶体颗粒间的静电斥力越大，胶体越稳定，它是衡量胶体稳定性的一个重要指标。61.地表水的预处理◆微小悬浮物和胶体颗粒为何具有稳定性？1.1混凝水化膜：水分子定向吸引到胶体颗粒的周围形成的一层水膜。水化膜能阻止微粒间的接触，所以水化作用是保持胶体稳定的原因之一。水化作用伴随胶体带电而产生，一旦胶体ζ电位消除或减弱，水化膜的作用亦会消除或减弱。◆③微粒的水化作用71.地表水的预处理1.1混凝向水中加入某种电解质，由于电解质电离出大量的反离子（金属离子）或电解质水解形成带有相反电荷的聚合体（水解聚合物），对水中胶体的扩散层产生压缩作用，使扩散层变薄，ζ电位降低甚至趋于零，微粒间的静电斥力减弱或消除。当胶体颗粒相互接触时就很容易通过吸附作用聚结成大颗粒，这种过程称为“凝聚”。◆胶体脱稳：消除或减弱胶体稳定性的作用。◆胶体脱稳的三个作用：◆①反离子的压缩作用81.地表水的预处理1.1混凝呈线性结构的高分子物质或高价金属盐类（能水解成高聚物）可以在溶液中伸展成链状，胶体微粒容易吸附在链结部位。通过高分子物质把水中悬浮微粒连结在一起，这种作用称为“吸附架桥”作用。吸附架桥作用破坏胶体的稳定性，逐渐形成棉絮状的沉淀物（矾花），这一过程称为“絮凝”。◆胶体脱稳的三个作用：◆②胶体吸附和混凝剂的架桥作用胶体脱稳过程往往是凝聚作用和絮凝作用同时发生的，所以总称为混凝。具有混凝作用的药剂称为混凝剂。91.地表水的预处理1.1混凝对于低浊度水（水中的悬浮物和胶体杂质含量很少），需要投加大量的混凝剂，以其自身相互混凝形成絮状沉淀物，在沉降的过程中将悬浮于水中少量微粒吸附携带下去，此过程称为沉淀物的网捕作用。◆胶体脱稳的三个作用：◆③沉淀物的网捕作用101.地表水的预处理1.2沉淀和澄清◆沉淀：固体颗粒依靠重力作用从水中分离出来的过程。进行沉淀分离的设备称为沉淀池。◆澄清：悬浮杂质与活性泥渣发生接触混凝，从而加快沉淀物与水分离的速度，这一过程称为澄清。这种设备称为澄清池。原水混凝处理较大的固体颗粒活性泥渣重力作用出水接触混凝沉淀澄清沉淀和澄清是同一现象的两种说法。111.地表水的预处理1.3过滤◆过滤：把浊度较高的水，通过一定厚度的粒状或非粒状材料而有效地除去悬浮杂质使水澄清的过程。滤料——过滤材料；滤层——由滤料堆积起来的过滤层；过滤器或过滤池——起过滤作用的设备。◆反洗：滤层由于截留较多悬浮杂质而被堵塞，为恢复过滤能力而用清水自下而上冲洗，该过程称为反洗。◆反洗后过滤器连续运行的时间称为过滤周期。121.地表水的预处理1.3过滤◆滤料常用的滤料有石英砂和无烟煤。滤料粒径的大小和均匀度对过滤效果影响极大。粒径通常选用0.5~1.2mm。滤料的均匀程度用不均匀系数K80表示。K80——在一定粒径范围内的滤料，按质量计，能通过80%滤料的筛孔孔径d80与能通过10%滤料的筛孔孔径d10之比。ddK108080K80越大，表示滤料粗细颗粒尺寸相差越大。滤料粒径越不均匀，对过滤和冲洗越不利。131.地表水的预处理1.3过滤◆滤层滤层的高度和孔隙率对过滤效率有较大的影响。孔隙率——滤层中的空隙体积与滤层总体积的比值。与滤料的粒径和不均匀系数有关。滤层在过滤过程中并非简单的拦截悬浮颗粒，其作用机理类似于悬浮泥渣型澄清池。滤料相当于活性泥渣，起到接触混凝的作用。为提高过滤效率，目前普遍采用“逆粒度”过滤，即滤料粒径沿水流方向由大到小排列的过滤方式。双层滤料能够较大的发挥滤层中各部分滤料的截污作用，提高过滤效率。141.地表水的预处理1.3过滤◆过滤效率滤层的过滤效率通常是用除浊率λ和泥渣容量W来衡量。100%-CCC入出入C入——过滤设备入口悬浮物的含量，mg/L；C出——过滤设备出口悬浮物的含量，mg/L；VqWCC出入-泥渣容量是指一个过滤周期内，单位体积的滤层中所截留悬浮杂质的质量，单位kg/m3。q——过滤周期产水量，mg/L；V——过滤层中滤料的总体积，m3；152.地下水的预处理◆地下水的特点：悬浮物含量较低，但二价铁离子含量较高。◆地下水预处理的主要任务：除浊处理、除铁处理。162.地下水的预处理2.1无铁地下水的预处理含铁量(mg/L)悬浮物含量(mg/L)处理方式＜0.3（无铁地下水）＜20直接过滤20~100直流混凝150左右采用双层滤料过滤设备进行直流过滤◆直流混凝：在过滤设备之前投加混凝剂，原水和混凝剂经充分混合后直接进入过滤设备，在没有接触滤料之前完成混凝反应。172.地下水的预处理2.1无铁地下水的预处理◆直流混凝是在过滤设备之前投加混凝剂，后与原水充分混合进入过滤设备，在过滤设备中，水的流速明显减慢，在没有接触滤料之前初步完成反应阶段，经过滤层的接触混凝作用就能较彻底的去除悬浮物。◆为了使混凝剂与原水充分混合，通常采用泵前加药或管内加药的方法。混凝剂的混凝机理？182.地下水的预处理2.1无铁地下水的预处理◆泵前加药直流混凝将配置好的混凝剂溶液定量的加入到水泵吸水管中或水泵吸水井内，通过叶轮的转动达到混合。浮子式定量加药箱：药液依靠浮子下面的管口距水面的高度所形成的压力而流动。浮子所处的液面与药液出口管的相对位置不变。球阀式水封箱：防止空气随药液进入泵内。优点：设备简单、混合充分、效果好、不需另外消耗能量。缺点：水泵不能离过滤设备太远，混合时间一般不要超过60s。192.地下水的预处理2.1无铁地下水的预处理◆管道加药直流混凝水力喷射管道加药装置：混凝剂在溶液箱内配制成一定浓度的溶液，由水力喷射泵进行输送。水力喷射泵：利用高压力水通过喷嘴和喉管之间真空抽吸作用将药液吸入，同时随水的余压注入原水管中。优点：设备简单、管理方便、能量消耗小。缺点：当管道中水的流速减小时，可能在管道中反应形成沉淀。加药地点设在过滤设备前相当于进水管管径50倍左右的地方。202.地下水的预处理2.1无铁地下水的预处理直流混凝通常采用Al2(SO4)3作混凝剂，采用管道加药法进行混凝处理时，混凝剂的加药量比澄清池少。原因是：只用来消除水中悬浮杂质的稳定性。混凝剂的投加量一般通过试验的最佳效果来确定的。直流混凝效果可由过滤设备入口和出口处水中浊度去除率，但此法较麻烦。由于混凝过滤过程能同时去除水中部分有机物，故用耗氧量的变化来表征：][][[O]][--OOOK软原清原212.地下水的预处理2.2含铁地下水的预处理◆含铁水的危害：污染离子交换树脂，造成树脂铁中毒而降低交换能力；作为补给水时，容易在锅炉受热面上结成铁垢，不仅影响传热效果，还会造成垢下腐蚀。◆离子交换树脂表面被铁化物覆盖或树脂内部的交换孔道被铁杂但树脂结构无变化，这种现象叫树脂的铁“中毒”。◆我国含铁地下水中Fe2+的浓度都在1mmol/L(相当于28mg/L)以下。◆地下水中溶解氧含量低，Fe2+比较稳定。去除方法：222.地下水的预处理2.2含铁地下水的预处理◆曝气除铁法地下水曝气：将含铁地下水提汲到地面后，充分与空气接触，空气中的氧气迅速溶解在水中，这个过程称为地下水曝气。4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+Fe(OH)3在形成过程中可与水中的悬浮杂质发生吸附架桥使其脱稳，即同时起到混凝剂的作用。所以，含铁地下水的曝气过程是除铁和混凝同时发生的。232.地下水的预处理2.2含铁地下水的预处理◆曝气除铁法由上式可知，含铁地下水经曝气后生成H+，会引起水的pH值降低，所以水的碱度大或pH值高对除铁有利。实际上，只有水的pH值大于7的条件下，这一反应才能顺利进行。4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+曝气的目的不仅是让O2溶解到水中，同时也是为了驱散水中的CO2，提高水的pH值。石灰碱化。242.地下水的预处理2.2含铁地下水的预处理◆锰砂过滤除铁法天然锰砂的主要成分是MnO2，是Fe2+氧化成Fe3+的良好催化剂。Fe(OH)3沉淀物经锰砂滤层过滤后被去除。所以锰砂滤层起着催化和过滤双重作用。4MnO2+3O22Mn2O7Mn2O7+6Fe2++3H2O2MnO2+6Fe3++6OH-Fe3++3OH-4Fe(OH)3这一过程要求pH值大于5.5，并且有足够的溶解氧。252.地下水的预处理2.2含铁地下水的预处理◆锰砂过滤除铁法过滤时在锰砂滤料表面逐渐形成一层铁质滤膜，称为“活性滤膜”，能够起催化作用。Fe2++FeO(OH)FeO(OFe)++H+活性滤膜由γ型羟基氧化铁γ-FeO(OH)所构成，发生如下反应：41FeO(OFe)++O2+H2O2FeO(OH)+H+23新生成的羟基氧化铁作为活性滤膜物质又参与新的催化除铁过程，所以活性滤膜除铁过程是一个自动催化过程。262.地下水的预处理2.2含铁地下水的预处理◆锰砂过滤除铁法除铁活性滤膜还能在其他滤料（如石英砂）表面形成，但过程缓慢，无生产使用价值。但如果能提高水中含铁浓度，则能大大加速活性滤膜的形成，从而得到人工制作的接触催化除铁滤料——人造锈砂。天然锰砂或人造锈砂有强烈的催化作用，能使水中二价铁在较低pH值条件下进行氧化反应，故不需要提高水的pH值，曝气的主要目的是向水中溶解O2，而不是驱散CO2。