电厂化学水处理完整版

11第一章水质概述第一节天然水及其分类一、水源水是地面上分布最广的物质，几乎占据着地球表面的四分之三，构成了海洋、江河、湖泊以及积雪和冰川，此外，地层中还存在着大量的地下水，大气中也存在着相当数量的水蒸气。地面水主要来自雨水，地下水主要来自地面水，而雨水又来自地面水和地下水的蒸发。因此，水在自然界中是不断循环的。水分子（H2O）是由两个氢原子和一个氧原子组成，可是大自然中很纯的水是没有的，因为水是一种溶解能力很强的溶剂，能溶解大气中、地表面和地下岩层里的许多物质，此外还有一些不溶于水的物质和水混合在一起。水是工业部门不可缺少的物质，由于工业部门的不同，对水的质量的要求也不同，在火力发电厂中，由于对水的质量要求很高，因此对水需要净化处理。电厂用水的水源主要有两种，一种是地表水，另一种是地下水。地表水是指流动或静止在陆地表面的水，主要是指江河、湖泊和水库水。海水虽然属于地表水，但由于其特殊的水质，另作介绍。天然水中的杂质要有氧和二氧化碳天然水中的杂质是多种多样的，这些杂质按照其颗粒大小可分为悬浮物、胶体和溶解物质三大类。悬浮物：颗粒直径约在10-4毫米以上的微粒，这类物质在水中是不稳定的，很容易除去。水发生浑浊现象，都是由此类物质造成的。胶体：颗粒直径约在10-6---10-4毫米之间的微粒，是许多分子和离子的集合体，有明显的表面活性，常常因吸附大量离子而带电，不易下沉。溶解物质：颗粒直径约在10-6毫米以上的微粒，大都为离子和一些溶解气体。呈离子状态的杂质主要有阳离子（钠离子Na+、钾离子K+、钙离子Ca2+、镁离子Mg2+）,阴离子（氯离子CI-、硫酸根SO42-、碳酸氢根HCO3-）；溶解气体主。水质指标二、水中的溶解物质悬浮物的表示方法：悬浮物的量可以用重量方法来测定（将水中悬浮物过滤、烘干后称量），通常用透明度或浑浊度（浊度）来代替。溶解盐类的表示方法：1.含盐量：表示水中所含盐类的总和。2.蒸发残渣：表示水中不挥发物质的量。3.灼烧残渣：将蒸发残渣在800℃时灼烧而得。224.电导率：表示水导电能力大小的指标。5.硬度的表示方法：硬度是用来表示水中某些容易形成垢类以及洗涤时容易消耗肥皂得一类物质。对于天然水来说，主要指钙、镁离子。硬度按照水中存在得阴离子情况。划分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两类。6.碱度和酸度：碱度表示水中含OH-、CO32-、HCO3-量以及其它一些弱酸盐类量得总和。碱度表示方法可分为甲基橙碱度和酚酞碱度两种。酸度表示水中能与强酸起中和作用的物质的量。有机物的表示方法：通常用耗氧量来表示。溶解物质是指颗粒直径小于10-6mm的微粒，它们大都以离子或溶解气体状态存在于水中，现概述如下。（1）离子态杂质。天然水中含有的离子种类甚多，但在一般的情况下，它们总是一些常见的离子。如按含量多少来分，可以将这些离子归纳为表1-2中的三类。其中第一类杂质的含量为最多，是工业水处理中需要净化的主要离子。天然水中离子态杂质来自水源经地层时溶解的某些矿物质。列如石灰石（CaCO3）和石膏（CaSO4·2H2O）的溶解。CaCO3在水中的溶解度虽然很小，但当水中含有游离态CO2时，CaCO3被转化为较易溶的Ca（HCO3）2而溶于水中。其反应为CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2又如白云石（MgCO3·CaCO3）和菱镁矿（MgCO3），也会被含游离CO2的水溶解，其中MgCO3溶解反应可表示为MgCO3+CO2+H2O=Mg（HCO3）2由于上述反应，所以天然水中都存在Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-。在含盐量不大的水中，Mg2+的浓度一般为Ca2+的25%~50%，水中Ca2+、Mg2+是形成水垢的主要成分含钠的矿石在风化过程中易于分解，释放出Na+，所以地表水和地下水中普遍含有Na+。因为钠盐的溶解度很高，在自然界中一般不存在Na+的沉淀反应，所以在高含盐量水中，Na+是主要阳离子。天然水中K+的含量远低于Na+，这是因为含钾的矿物比含钠的矿物抗风化能力大，所以K+比Na+较难转移至天然水中。由于在一般水中K+的含量不高，而且化学性质与Na+相似，因为在水质分析中，常以（K++Na+）之和表示它们的含量，并取加权平均值25作为两者的摩尔质量。天然水中都含有Cl-，这是因为水流经地层时，溶解了其中的氯化物。所以Cl+几乎存在于所有的天然水中。天然水中最常见的阳离子是Ca2+、Mg2+、K+、Na+；阴离子是HCO3-、SO42-、Cl-，某些地区的地下水中还含有较多的Fe2+和Mn2+。（2）溶解气体。天然水中常见的溶解气体有氧（O2）和二氧化碳（CO2），有时还有硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）和氨（NH3）等。天然水中O2的主要来源是大气中O2的溶解，因为空气中含有20.95%的氧，水与大气接触使水体具有自充氧的能力。另外，水中藻类的光合作用也产生一部分的氧，但这种光合作用并不是水体中氧的主要来源，因为在白天靠这种光合作用产生的氧，又在夜间的新陈代谢过程中消耗了。地下水因不与大气相接触，氧的含量一般低与地表水，天然水的氧含量一般在0~14mg/L之间。33天然水中CO2的主要来源为水中或泥土中有机物的分解和氧化，也有因地层深处进行的地质过程而生成的，其含量在几毫克/升至几百毫克/升之间。地表水的CO2含量常不超过20~30mg/L，地下水的CO2含量较高，有时达到几百毫克/升。天然水中CO2并非来自大气，而恰好相反，它会向大气中析出，以为大气中CO2的体积百分数只有0.03%~0.04%，与之相反的溶解度仅为0.5~1.0mg/L。水中O2和CO2的存在是使金属发生腐蚀的主要原因。（3）微生物。在天然水中还有许多微生物，其中属于植物界的有细菌类、藻类和真菌类；属于动物界的有鞭毛虫、病毒等原生动物。另外，还有属于高等植物的苔类和属于后生动物的轮虫、涤虫等。三、天然水的分类通常，天然水有两种分类方法，一种是按主要的水质指标，另一种是水中盐类的组成。现分述如下：1.按主要水质指标天然水可以按其含盐量或硬度分类，因为这两种指标可以代表水受矿物质污染的程度。天然水按其含盐量分类如表1-3。表1-3按含盐量分类类别低含盐量水中等含盐量水较高含盐量水高含盐量水含盐量（mg/L）200200~500500~10001000我国江河水大都属于低含盐量和中等含盐量水，地下水大部分是中等含盐量水。天然水按其硬度分类如表1-4。表1-4按硬度分类类别极软水软水中等硬度水硬水极硬水硬度（mmol/L）1.01.0~3.03.0~6.06.0~9.09.0根据此种分类，我国天然水的水质是由东南沿海的极软水，向西北经软水和中等硬度水而递增至硬水。这里所谓软水是指天然水硬度较低，不是指经软化处理后所获得的软化水。2.按水中盐类的组成分类为了研究问题方便起见，人为地将水中阴、阳离子结合起来，写成化合物的形式，这称为水中离子的假想结合。这种表示方法的原理是，钙和镁的碳酸氢盐最易转化成沉淀物，所以令它们首先假想结合，其次是钙、镁的硫酸盐，而阳离子Na+和K+以及阴离子Cl-都不易生成沉淀物。因此它们以离子的形式存在于水中。44第二节电厂用水的类别及水质指标一、电厂用水的类别水在火力发电厂水汽循环系统中所经历的过程不同，水质常有较大的差别。因此根据实用的需要，人们常给予这些水以不同的名称。它们是原水、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。现简述如下：（1）原水：也称为生水，是未经任何处理的天然水（如江河水、湖水、地下水等），它是电厂各种用水的水源。（2）锅炉补给水：原水经过各种水处理工艺净化处理后，用来补充发电厂汽水损失的水称为锅炉补给水。按其净化处理方法的不同，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：在锅炉本体的蒸发系统中流动着的水称为锅炉水，习惯上简称炉水。（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，这部分排出的炉水称为锅炉排污水。（6）凝结水：蒸汽在汽轮机中作功后，经冷却水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。这里主要指用作冷却作功后的蒸汽的冷却水，如果该水循环使用，则称循环冷却水。（8）疏水：进入加热器的蒸汽将给水加热后，这部分蒸汽冷却下来的水，以及机组停行时，蒸汽系统中的蒸汽冷凝下来的水，都称为疏水。在水处理工艺过程中，还有所谓清水、软化水、除盐水及自用水等。二、水质指标所谓水质是指水和其中杂质共同表现出的综合特性，而表示水中杂质个体成分或整体性质的项目，称为水质指标。由于各种工业生产过程对水质的要求不同，所以采用的水质指标也有差别。火力发电厂用水的水质指标有二类：一类是表示水中杂质离子的组成的成分指标，如Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、SO42-等；另一类指标是表示某些化合物之和或表征某种性能，这些指标是由于技术上的需要而专门制定的，故称为技术指标。1．表征水中悬浮物及胶体的指标（1）悬浮固体。悬浮固体是水样在规定的条件下，经过滤可除出的固体，单位为毫克/升（mg/L）。这项指标仅能表征水中颗粒较大的悬浮物，而不包括能穿透滤纸的颗粒小的悬浮物及胶体，所以有较大的局限性。此法需要将水样过滤，滤出的悬浮物需经烘干和称量等手续，操作麻烦，不易用作现场的监督指标。（2）浊度。浊度是反映水中悬浮物和胶体含量的一个综合性指标，它是利用水中悬浮物和胶体颗粒对光的饿散射作用来表征其含量的一种指标，即表示水浑浊的程度。55浊度是通过专用仪器测定的，操作简便迅速。由于标准水样配制方法不同，所使用的单位也不相同，目前以硫酸肼（N2H4SO4）和六次甲基四胺[（CH2）6N4]配制成浑浊液为标准，与水样相比较，其单位用福马肼（FTU）表示。（3）透明度。透明度是利用水中悬浮物和胶体物质的透光性来表征其含量的另一中指标，即表示水透明程度的指标，单位为厘米（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。由于它是通过人的眼睛观察水层厚度来确定水中悬浮物含量的，因此它带有人为的随意性。2．表征水中溶解盐类的指标（1）含盐量。含盐量是表示水中各种溶解盐类的总合，由水质全分析的结果，通过计算求出。含盐量有两种表示方法：一是摩尔表示法，即将水中各种阳离子（或阴离子）均按带一个电荷的离子为基本单位，计算其含量（mmol/L），然后将它们（阳离子或阴离子）相加；二是重量表示法，即将水中各种阴、阳离子的含量以mg/L为单位全部相加。由于水质全分析比较麻烦，所以常用溶解固体近似表示，或用电导率衡量水中含盐量的多少。（2）溶解固体。溶解固体是将一定体积的过滤水样，经蒸干并在105~1100C下干燥至恒重所得到的蒸发残渣量，单位用毫克/升（mg/L）表示。它只能近似表示水中溶解盐类的含量，因为在这种操作条件下，水中的胶体及部分有机物与溶解盐类一样能穿过滤纸，许多物质的湿分和结晶水不能除尽，碳酸氢盐全部转换为碳酸盐。（3）电导率。表示水中离子导电能力大小的指标，称作电导率。由于溶于水的盐类都能电离出具有导电能力的离，所以电导率是表征水中溶解盐类的一种代替指标。水越纯净，含盐量越小。电导率越小。水的电导率的大小除了与水中离子含量有关外，还和离子的种类有关，单凭电导率不能计算水中含盐量。在水中离子的组成比较稳定的情况下，可以根据试验求得电导率与含盐量的关系，将测得的电导率换算成含盐量。电导率的单位为微西/厘米（uS/cm）。三．表征水中易结垢物质的指标表征水中易结垢物质的指标是硬度，它是指水中某些易于形成沉淀的金属离子，它们都是二价或二价以上的金属离子。在天然水中，形成硬度的物质主要是钙、镁离子，所以通常认为硬度就是指水中这两种离子的含量。水中钙离子含量称钙硬（Hca），镁离子含量称镁硬（HMg），总硬度是指钙硬和镁硬之和，即H=HCa+HMg=[（1/2）Ca2+]+[（1/2）Mg2+]。根据Ca2+、Mg2+与阴离子组合形式的不同，又将硬