电厂水处理基础知识

电厂水处理基础知识目录第一节自然界中水的概述第二节火力发电厂水处理的意义第三节水的预处理第四节超滤第五节反渗透第六节离子交换第七节锅炉水处理第八节冷却水处理第一节自然界中水的概述（一）自然界中水的循环（二）天然水的特征•1.大气降水（雨、雪）：比较洁净，但难以收集，无法直接利用•2.江河水：水中悬浮物和胶态杂质较多，浊度高于地下水；浊度随地区及时间变化较大；含盐量和硬度较低，易受污染•3.湖泊及水库水：流动性小，浊度较低；含盐量通常高于河水；藻类较多，近年来富营养化问题严重（二）天然水的特征•4.地下水：水质清澈，且水源不易受到外界污染和气温影响；含盐量通常高于地表水；铁、锰含量通常较高•5.海水：含盐量高，各种盐类比例基本一致，氯化物含量约占总含盐量的89%左右，硫化物次之子，再次为碳酸盐第二节火力发电厂水处理的重要意义（一）火力发电厂的水汽循环系统火力发电厂的水汽循环系统可分为凝汽和凝汽兼供热两种形式。凝汽式是指只发电不供热的凝汽式发电厂的水汽循环系统，这种系统正常运行的锅炉补给水量很小，一般为锅炉蒸发量的2~4%。凝汽兼供热式是指除发电外，兼向附近工业区、生活区供热的水汽循环系统，锅炉补给水量要大得多，如热力发电厂水汽循环系统。热力发电厂水汽循环系统主要流程见图3-1。（一）热力发电厂水汽循环系统主要流程实际运行中，任何水汽循环系统都要有一部分汽水损失，大致有如下几个方面：(1)系统内水汽循环损失：如汽包锅炉的排污，各种排汽损失——锅炉安全门、过热器放汽门、汽轮机轴封、抽汽器、除氧器等的排汽，各种水箱的溢流和管道的跑冒滴漏等等。(2)对外供汽损失对非生产、生活供汽大部分不能返回。(3)厂内其它用汽损失如采暖、生活用汽等等。（二）热力发电厂水汽循环的几种损失根据水在水汽循环系统中所经历的过程，我们赋予这些水以不同的名称。(1)生水生水是未经处理的天然水，如地下水、江河水、水库湖泊水等等。(2)锅炉补给水生水经水处理车间净化后，用于补充发电厂水汽损失的水，叫锅炉补给水。(3)汽轮机凝结水蒸汽在汽轮机中做功后在凝汽器中冷凝的水。(4)疏水各种用汽设备、蒸汽管道中凝结的蒸汽凝结水，一般汇集到输水箱，也有的并入凝结水系统。（三）热力发电厂关于水的命名及种类(5)返回凝结水它是生产或生活用户返回的蒸汽凝结水，简称返回水。(6)给水给水是指进入锅炉的水，对于热电厂，它包括汽轮机凝结水、锅炉补给水、疏水和返回水。(7)锅炉水锅炉水又叫炉水，是指锅炉本体的蒸发系统中流动的水。(8)冷却水是指用作冷却介质的水，在电厂中主要指在凝汽器中用于冷却汽轮机排汽的水。（四）水处理的重要作用在火力发电厂的热力系统中，水的品质是影响热力设备安全、经济运行的重要因素。天然水中含有许多杂质。若把这些水不经净化处理就引入热力设备，将会由于汽水品质不良引起各种危害，主要是热力设备的结垢、腐蚀和积盐。结垢结垢极易发生在热负荷较高的部位，如锅炉的炉管、各种热交换器。水垢的导热性比金属差几百倍，结垢的金属管壁就会产生过热，强度下降，引起管道的损坏。冷却水处理不当，会使凝汽器铜管结垢，降低换热效率，从而降低汽轮机出力。腐蚀水质不良会引起热力设备的腐蚀，主要是电化学腐蚀，容易发生在给水管道、省煤器、水冷壁、过热器、汽轮机和凝汽器等经常与水接触的金属部位。腐蚀将大大减少设备的使用年限。积盐含有大量杂质的蒸汽通过过热器和汽轮机时，杂质会沉积下来，这叫做过热器、汽轮机的积盐。过热器的积盐有可能引起爆管，汽轮机的积盐将大大降低汽轮机的出力。因此，为了保证安全、经济运行，各电厂对锅炉用水的水质都规定了严格的要求。（四）水处理的重要作用第三节水的预处理知识（一）天然水中的杂质与水质指标•水中的杂质•水中所含的杂质按其在水中存在的状态可以分为三类：悬浮物质、溶解物质和胶体物质。悬浮物质是由大于分子尺寸的颗粒组成的，它们靠浮力和粘滞力悬浮于水中。溶解物质则由分子或离子组成，它们被水的分子结构所支承。胶体物体则介于悬浮物质与溶解物质之间，这三种杂质的尺度为：溶解物质胶体物质悬浮物质10-510-410-310-210-1110100(μm)（二）水质指标水质是指水和其中所含杂质共同表现出来的物理、化学和生物学的综合特征。各项水质指标则表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。水质指标项目繁多，总共可有上百种，它们可分为物理的、化学的和生物的三类。（一）物理性水质指标属于这一类的水质指标主要有：1、感官物理性状指标，如温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等。2、其它的物理性水质指标，如总固体、悬浮固体、溶解固体、可沉固体、电导率（电阻率）等。•（二）化学性水质指标•1、一般化学性水质指标，如：pH、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量，一般有机物质等。•2、有毒的化学性水质指标，如：各种重金属、氰化物、多环芳烃、各种农药等。•3、氧平衡指标，如溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总需氧量（TOD）等。•（三）生物学水质指标•一般包括细菌总数、总大肠杆菌群数、各种病原细菌病毒等。（二）水质指标（三）水的混凝处理胶态杂质和一部分粒径小的悬浮物，由于沉降速度小，以至于相当长时间仍滞留于水中，而且这部分杂质也不能用过滤的方法除去。因此实际应用中，通常是加入一种称之为混凝剂的化学药剂，使它们相互吸附粘结成较大的絮状物，然后从水中沉降分离。影响混凝处理效果的因素混凝处理效果是以水中胶态杂质和悬浮物的去除率评价的。混凝过程十分复杂，影响因素很多：(1)pH的影响投药后的pH对铝盐处理效果影响很大，还影响水中有机物以及胶体的凝聚速度。(2)混凝剂投加量的影响最优投药量与水中胶体含量有关，必须通过实验确定并在运行中调整。(3)水温的影响用铝盐作混凝剂时，水温的影响很大；用铁盐作混凝剂时，水温对处理效果影响不大。（三）水的混凝处理常用混凝剂常用混凝剂有铝盐和铁盐两大类，它们是一些分子中有高价阳离子的无机盐类。铝盐有硫酸铝、明矾、偏铝酸钠和聚合铝等。铁盐有硫酸亚铁、三氯化铁、硫酸铁和聚合硫酸铁等。近年来人工合成了一些有机高分子絮凝剂，一般都是线型的高分子聚合物。有机高分子絮凝剂是一种电解质，根据电离后聚合离子所带电荷的性质，可分为阴离子型，阳离子型和非离子型三类。（三）水的混凝处理（四）水的过滤处理水的过滤处理是用过滤材料将水中分散的悬浮颗粒分离出来的处理过程。在锅炉补给水处理中，常采用粒状滤料过滤法；凝结水净化处理中，采用覆盖过滤和电磁过滤法。粒状滤料的过滤原理粒状滤料的过滤是薄膜过滤和接触混凝过滤的综合过程。一般工业上采用的是快滤池，主要是接触混凝过滤。滤速可达10m/h以上，通常是在混凝处理以后进行。•过滤机理可归纳为三种主要作用：•（1）机械筛滤作用•当原水自上而下流过粒状滤料层时，粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中，从而使此层滤料间的空隙越来越小，截污能力随之变得越来越高，结果逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜，并由它起主要的过滤作用。•悬浮物粒径越大，表层滤料和滤速越小，就越容易形成表层筛滤膜，滤膜的截污能力也越高。•（2）重力沉淀作用•原水通过滤层时，众多的滤料表面提供了巨大的不受水力冲刷而可供悬浮物沉降的有效面积，形成了无数的小“沉淀池”，悬浮物极易在此沉降下来。•滤料越小，沉降面积越大，滤速越小，则水流越平稳，这都有利于悬浮物的沉降。•（3）接触粘附（絮凝）作用•原水通过滤层时，有很多机会与砂粒接触，通过彼此间的范德华力、静电力及某些特别的吸附力等作用相互吸引而粘附，恰如在滤层中进行了深度的混凝过程。（四）水的过滤处理普通过滤器第四节超滤超滤处理（一）超滤是利用超滤膜为过滤介质，以压力差为驱动力的一种膜分离过程。在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水、无机盐及小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶体、微生物等物质透过，以达到水质净化的目的。1mm=1000µm1µm=1000nm1nm=10A（埃）超滤膜孔径通常在5nm和0.1µm之间，以压力差为驱动力，从入水中分离悬浮物、大分子和胶体物质、细菌和微生物等杂质，对BOD和COD有部分的去除率。超滤处理（二）错流过滤：是指超滤的进水以平行膜表面的流动方式流过膜的一侧，当给流体加压后，产水以垂直进水的方向透过膜，从膜的另一侧流出，形成产品水。特点是：进水为一股水，产品水和浓水分两股水流出，从而实现膜表面的自清洗。当水质较差时，超滤可以错流运行，而反渗透只能错流运行，错流的浓水如果排放掉则会使系统水回收率降低，与死端过滤相比，其结垢和污染倾向较低，出力下降的趋势相对比较小。超滤处理（三）死端过滤：指超滤的进水以垂直膜表面的方式流动，产水以平行进水的方向透过膜，从膜的另一侧流出，形成产品水。电厂通常采用死端过滤。死端过滤能量消耗小，水回收率高。但是死端过滤，杂质都压在膜表面，在进水杂质含量高时在一个制水周期里将使得过滤阻力迅速增大。通常认为，错流过滤时，由于流体在膜表面产生剪切力，从而可以减少浓差极化，对提高通量、减轻膜的污堵很有帮助。当原水浊度高时，系统需要从死端过滤改为错流过滤。超滤处理（四）错流过滤图示进料液压力浓缩液透过液超滤处理（五）死端过滤图示进料液压力透过液第五节反渗透反渗透处理（一））反渗透处理（二）反渗透脱盐的依据是：①半透膜的选择透过性，即有选择地让水透过而不允许盐透过；②盐水室的外加压力大于盐水室与淡水室的渗透压力，提供了水从盐水室向淡水室移动的推动力。反渗透膜的稳定性：膜的稳定性主要指膜本身的水解稳定性和化学稳定性。膜稳定性越好，使用寿命越长。膜的水解稳定性与膜材料和接触的介质性质有关系。温度升高，膜的水解速度会加快。一般水处理用的反渗透膜的最高使用温度为45℃，工业生产中，一般控制运行温度在25℃左右，最高可在30℃左右，不宜在更高的温度下长期使用。反渗透处理（三）氧化剂会对膜造成不可逆的损坏。聚酰胺类复合膜比醋酸纤维膜更容易受到氧化剂的侵蚀。水中的氧化剂有游离氯、次氯酸钠、溶解氧和6价铬等。在工业生产中，膜分离装置允许进水的游离氯的最高含量，醋酸纤维素膜为1mg/L，而芳香聚酰胺类复合膜为0.1mg/L。乙醇、酮、乙醛、酰胺等有机溶剂，对膜有一定的影响，必须防止此类有机物与膜的接触。微生物可以通过酶的作用分解膜的成分，防止微生物的侵蚀，对延长膜的寿命比较重要。此外，运行压力的大小也会影响膜的使用性能。在压力的作用下，膜会产生变形。膜的变形分为弹性变形和非弹性变形。当压力过高时，膜处于非弹性变形范围，将发生不可逆压实状态，影响膜的使用寿命。反渗透处理（四）陶氏FILMTEC™BW30-365-FR反渗透处理（五）反渗透处理（六）反渗透水处理装置：反渗透水处理装置是包括从保安过滤器的进口法兰至反渗透淡水出水法兰之间的整套单元设备。包含保安过滤器、高压泵、反渗透本体装置、电气、仪表及连接管线、电缆等可独立运行的装置。此外包含化学清洗装置和反渗透阻垢剂加药装置，海水脱盐系统中还包含能量回收装置。保安过滤器：为保证反渗透本体的安全运行，即使有良好的预处理系统，仍需要设置精密过滤设备，起安全保障作用，故称之为保安过滤器。反渗透处理（七）不应作为一般运行过滤器使用，仅应作保安过滤使用，通常设在高压泵之前。一般为5µm。反洗和化学清洗效果不明显，只能一次性使用。反渗透阻垢处理：反渗透的工作过程中，原水逐步得到浓缩，而最终成为浓水，浓水经浓缩后各种离子浓度将成倍增加。自然水源中Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、HCO-、SiO2等倾向于产生结垢的离子浓度积一般都小于其平衡常数，所以不会有结垢出现，但经浓缩后，各种离子的浓度积都有可能大大超过平衡常数，因此会产生严重的结垢。为防止结垢现象的发生，在反渗透系统中通常需要通过加药装置向系统中加入阻垢剂。反渗透处理（八）背压：指产品水侧压力大于给水压力的情况，正常情况下是不会也不允许有背压的，但是如果系统正常或者故障停机，阀门设置或者开闭不当，那么就有可能存在背压。膜口袋的三面