1、精選優質文檔-傾情為你奉上濱州魏橋熱電二分公司特種作業培訓教材系列讀本培訓科 編制 2010-08-01發布日期化學水處理培訓教材目 錄第一章 水質概述第一節 水在熱力發電廠中的作用及水處理的重要性一、水是熱力發電廠的工作介質在熱力發電廠中，水進入鍋爐后，吸收燃料燃燒釋放出來的熱能，變成水蒸汽，導入汽輪機；在汽輪機內，蒸汽的熱能轉變為動能沖動汽輪機轉動繼而變成機械能；汽輪機帶動發電機，將機械能轉變為電能。二、水處理的重要性在熱力發電廠中，由于汽水品質不良，容易造成以下危害：1.熱力設備的結垢。如果進入鍋爐或其他熱交換器的水質不良，則運行一段時間后，在和水接觸的受熱面上，會生成一些固體附著物，這

2、種現象稱為結垢，這些附著物稱為水垢。形成水垢后，容易造成結垢部位的金屬管壁溫度過高，造成超溫爆管；降低發電廠的熱經濟性，增加燃料消耗。2.熱力設備的腐蝕。發電廠熱力設備的金屬經常和水接觸，如水質不良，則會引起金屬腐蝕，縮短設備使用期限。3.過熱器和汽輪機的積鹽。水質不良會使鍋爐不能產生高純度的蒸汽，隨蒸汽帶出的雜志就會沉積在蒸汽通過的各個部位，形成積鹽。積鹽容易造成汽輪機效率過低增加蒸汽流通阻力，自動主氣門及調門卡澀，造成過熱器爆管等。第二節 常用化學名詞概述一、溶液一種物質分散在另一種物質中的體系稱為分散體系，均一的分散體系叫做溶液。溶液中被分散的物質叫做溶質，用以分散溶質的物質叫做溶劑。若

3、將少量NaCl放入水中，稍加攪拌，NaCl就很快地溶于水中，其中NaCl就叫溶質，水就叫做溶劑。二、溶液中溶質的含量1.質量分數和百分含量用溶液的質量占全部溶液（溶質于溶劑）質量的比值來表示溶液中溶質的含量，叫做質量分數，如以百分數表示，則稱為百分含量。2.用單位體積或單位質量溶液中含有的溶質質量表示含量在工業上有時用1L溶液中含有溶質的質量（g/L、mg/L、g/L）。對以水為溶劑的稀釋液，1L水的質量近似地等于1kg，在這種情況下，上述含量單位與g/kg、mg/kg、g/kg可看作相等的。3.物質的量物質的量的單位為摩爾，符號為mol。摩爾所表示的是參與化學反應的基本單元。4.濃度用1L溶

4、液中所含溶質的物質的量表示溶液中溶質的含量，叫做物質的量濃度或簡稱濃度。三、電離電解質：物質在干燥時不能導電，而在水溶液中或在加熱熔融狀態下卻能導電，此類物質叫做電解質，如食鹽、氫氧化鈉等。非電解質：物質在干燥時和其溶液都不能導電，此類物質叫做非電解質，如酒精、石蠟等。電解質溶解于水后所以能導電，是因為在水分子作用下，電解質離解為帶正電和帶負電的離子，它們能在水中自由移動，這種過程叫做電離。四、水的電離，pH值水是一種極弱的電解質，它只能微弱地電離出H+和OH-：H2O=H+OH-因為水分子能電離成一個H+和一個OH-，所以純水中的H+和OH-的離子濃度是相等的。在22時，純水中H+和OH-離

5、子濃度各等于1×10-7mol/L。若水溶液中的H+和OH-相等，則此水溶液叫做中性溶液；若H+OH-，則叫做酸性溶液；若OH-H+，則叫做堿性溶液。一般溶液中的H+和OH-的值很小，而在不同條件下它們的大小又常常有很大的差別，就是說它們的變動范圍很大，用mol/L的濃度表示法在實用上不方便，所以現在廣泛地采用pH值來表示。pH值的意義是H+濃度的負對數，如式（1-1）所示pH=-lgH+=lg （1-1）中性溶液中的H+=10-7mol/L,則它的pH值為7，酸性溶液的H+10-7mol/L，則它的pH值7，溶液的酸性越強，pH值越小。堿性溶液的H+10-7mol/L，則它的pH值

6、7，溶液的堿性越強，pH值越大。五、溶度積水是一種很好的溶劑，許多物質在水中都能溶解。但是一些固體物質在水中的溶解度很小，這些物質通常叫做難溶物質。在水處理工作中經常利用這個特性，把某些物質轉化為難溶物質，使它從水中沉淀出來。溶度積表達式的物理意義是：在難溶電解質的飽和溶液中，當溫度一定時，其離子濃度的乘積為一個常數。第三節 天然水中的雜質天然水中的雜質是多種多樣的，但在一般情況下，它們都是由一些常見元素所組成的酸、堿、鹽之類的化合物。由于水處理方法與雜質顆粒的大小有關，在水處理工藝中，我們通常按這些雜質顆粒的大小，將其分為三類：懸浮物、膠體和溶解物質。一、懸浮物懸浮物是顆粒粒徑約在10-4m

7、m以上的微粒，這些雜質在水中是不穩定的，很容易除去。水發生渾濁現象，都是由此類物質造成的。二、膠體膠體是顆粒粒徑在10-610-4mm之間的微粒，是許多分子和離子的集合體。天然水中的有機膠體多半是由于水中植物或動物肢體的腐爛和分解而生成的，其中主要為腐植質。天然水中的礦物質膠體，主要是鐵、鋁和硅的化合物。三、溶解物質在水中呈真溶液狀態的物質有離子和分子，其顆粒粒徑不大于10-6mm。天然水中的溶解物質大都為離子和一些溶解氣體。第四節 水質指標一、懸浮物懸浮物的量雖然可以用重量法表示，但操作麻煩，所以常用大致可以表征懸浮物多少的透明度或渾濁度來表示。二、溶解鹽類1.含鹽量含鹽量表示水中所含鹽類的

8、總和，可以通過水質的全分析，用計算法求得。2.蒸發殘渣蒸發殘渣是表示水中不揮發物質的量。蒸發殘渣的測定方法是取一定體積的過濾水樣蒸干，最后將殘渣在105110下干燥至恒重，其單位用mg/L表示。3.電導率利用水中離子指示水導電能力的大小的指標稱做電導率。電導率的大小除了和水中離子量有關外，還和離子的種類有關，故單憑電導率不能計算其含鹽量。但當水中各種離子的相對量一定時，則離子總濃度愈大，其電導率也愈大，所以在實際應用中可直接以電導率反映水中含鹽量。三、硬度硬度是用來表示水中某些容易形成的垢類以及洗滌時容易消耗肥皂的一類物質。對于天然水來說，這些物質主要是鈣、鎂離子，所以通常把硬度看作是這兩種離

9、子。因此，總硬度（或簡稱硬度）就表示鈣、鎂離子含量之和。四、堿度和酸度1.堿度堿度表示水中含OH-、CO32-、HCO3-量及其他一些若酸鹽類量的總和。因為這些鹽類在水溶液中都呈堿性，可以用酸中和，所以歸納為堿度。在天然水中，堿度主要由HCO3-的鹽類組成。因為堿度是用酸中和的辦法來測定的，所以當采用的指示劑不同，也就是滴定終點不同時，所測得的物質也不同。常用的指示劑為甲基橙和酚酞。當用甲基橙為指示劑時，終點pH值為4.34.5。通常所稱的堿度，如不加特殊說明，就是指總堿度，即甲基橙堿度。堿度的單位為mmol/L（H+），這里H+表示中和用酸的基本單元。2.酸度酸度是指水中含有能與強堿（如Na

10、OH等）起中和作用的物質的量。在天然水中，酸度有H2CO3和HCO3-的鹽類。五、有機物和耗氧量1.耗氧量利用耗氧量來表征有機物多少的原理是基于有機物具有可氧化的共性。通常將重鉻酸鉀（K2Cr2O7）法測得的耗氧量稱為化學需氧量（CODCR），其理由是此法測得的數據比較接近余有機物完全氧化的耗氧量。有人將符號COD籠統地代表耗氧量，此時必須標明所用氧化劑，否則，意義含糊。2.生化需氧量生化需氧量表示用微生物氧化水中有機物所消耗的氧量，通常用符號“BOD”表示，單位為mg/LO2。第二章 水的沉淀處理第一節 膠體化學基礎將水中雜質轉化為沉淀物而析出的各種方法，稱為沉淀處理。沉淀處理的內容包括：懸

11、浮物的自然沉降，混凝處理，沉淀軟化等。混凝處理是一種應用廣泛的水的沉淀處理方法。因為水的混凝處理關系到許多膠體化學問題，所以這里先介紹膠體的一般知識。一、膠體的穩定性膠體顆粒較小，在水溶液中受到來自各個方向水分子撞擊的次數相對來說較少，各撞擊力相互抵消的可能性也較少，因此它們在水中有不規則的運行，這稱為布朗運動。膠體微粒有布朗運動，它們在水溶液中不會發生明顯的沉降現象。有些膠體在水溶液中不易相互聚集成較大的顆粒，而是呈穩定的分散狀態。促使水中膠體具有聚集穩定性的原因有以下三種：（1） 膠體表面帶電；（2） 膠體表面有水化層；（3） 膠體表面吸附有某些促使膠體穩定的物質。二、膠體的親水性與憎水性

12、膠體表面水化層的形成是由于膠體對水的親和力。根據此種性能，膠體大致可分為親水和憎水兩類。親水膠體的顆粒對水有很強的親和力，而憎水膠體對水的親和力很小。三、膠體的脫穩在水處理過程中，為了要除去水中膠體，必須使膠體脫穩。有以下途徑：1.壓縮雙電層如在水溶液中投加某種電解質，則即使它是無關電解質，當加藥量達到一定的數量時，也會發生膠體聚集的現象。2.網捕作用在進行水的混凝處理時，有些膠體的去除，是因為混凝所產生的沉淀物像一個濾網，它們沉降時將膠體夾帶著一起沉淀。3.吸附與架橋如在水中投加可以吸附膠體的鏈狀大分子，則因在一個大分子可以吸附多個膠體，大分子在膠體之間起了架橋作用。第二節 水的混凝處理一、

13、混凝原理混凝處理就是在水中投加一種名叫混凝劑的化學藥品，這種藥品在水中會促使微小的顆粒變成大顆粒而下沉。以混凝劑硫酸鋁Al2(SO4)3為例，當它投入水中時，首先發生的是它的電離和水解，因而生成氫氧化鋁：Al2(SO4)32Al3+3SO42-Al3+H2OAl(HO)2+H+Al(HO)2+H2OAl(HO)2+H+Al(HO)2+H2OAl(HO)3+H+這個過程很快，通常在30s內完成了。氫氧化鋁是溶解度很小的化合物，它從水中析出時形成膠體。這些膠體在近乎中性的天然水中帶正電荷。隨后，它們在反離子（如SO42-）的作用力下漸漸凝聚成粗大的絮狀物，然后在重力的作用下沉降。如凝絮過程如圖所示

14、：二、影響混凝效果的因素混凝處理的目的是除去水中的膠體和懸浮物，所以，水的混凝效果，常以生成絮凝體的大小，沉降速度的快慢以及水中膠體和懸浮物殘留量的多好來評價。影響混凝效果的因素很多，因為它包括有電離、水解、形成膠體、吸附和聚沉等許多過程，任何一種干擾這些過程的工作條件都會反映到混凝效果上。1.水的pH值用鋁鹽作混凝劑時，最優pH值一般介于6.57.5之間。2.混凝劑的用量最優加藥量與水中膠體的量有關，在不同的具體情況下應試驗求得最優加藥量，然后，在運行中再根據實際處理效果加以調整。天然水的最優加藥量一般為0.10.5mmol/L（Al3+）3.水溫用鋁鹽作為混凝劑時，水溫對混凝效果有很大影響

15、。當水溫很低（如低于5）時，產生的凝絮細而松、含水分多，沉降很慢，所以效果差。4.水和混凝劑的混合速度水和混凝劑的混合速度關系到混凝劑在水中分布的均勻性和膠體顆粒間碰撞的機會，故它是影響混凝過程的一個重要因素。攪拌速度最好由快轉慢。水中剛加入混凝劑時，需要快速攪拌，因為混凝劑在水中的水解和形成膠體的速度非常快，所以要用快速攪拌方能生成大量小粒的氫氧化物膠體，并使它迅速地擴散到水的各個部分，及時地和水中雜質起作用。5.水中雜質當天然水中含有大量分子較大的有機物時，它們會吸附在膠體的表面上，起到保護膠體的作用，使膠粒之間不容易聚集。6.接觸介質當進行混凝或其他沉淀處理時，如在水中保持一定數量的泥渣

16、層，則可以使沉淀過程更完全，沉淀速度加快。在這里泥渣層起到接觸介質的作用。三、混凝劑可用作混凝劑的化合物有多種。常見的混凝劑是一些在分子中有高價陽離子的無機鹽類。1.鋁鹽可用作混凝劑的鋁鹽有多種，如硫酸鋁、明礬、鋁酸納。2.鐵鹽常用作混凝劑的鐵鹽，一般為硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）。3.無機高分子混凝劑-聚合鋁和聚合鐵（1）聚合鋁。聚合鋁是一類化合物的總稱，在這類化合物中包含有Al(HO)3聚合成的無機高分子和其他組成物。水處理工藝常用的聚合鋁屬于聚氯化鋁（簡稱PAC），它是一種由堿式氯化鋁聚合而成的無機高分子化合物。聚合鋁組成中的OH和Al的相對含量對其性質有很大影響。此量常用

17、堿化度B來表示。其意義為它們濃度的百分比，即B=×100%式中OH-聚合鋁中OH的濃度，mol/L； Al -聚合鋁中Al的濃度，mol/L。堿化度是聚氯化鋁的一個重要指標，它對該混凝劑的影響是：堿化度約在30%以下時，混凝劑全部由小分子構成，混凝能力低；隨著堿化度的上升，膠性增大，混凝能力上升。若堿化度過大時，溶液不穩定，會生成氫氧化鋁的沉淀物。一般，B值控制在50%80%之間。由于聚合鋁加到水中時可以直接形成高效能的聚合離子，不經水解和聚合反應，所以它具有以下優點：1）使用范圍廣。對于低濁度水、高濁度水、有色水和某些工業廢水等，都有優良的混凝效果。2）用量少。按Al2O3計，其用

18、量可減少到硫酸鋁的。3）操作容易。一般pH值為78都可取得良好的效果，低溫時效果仍穩定。4）形成凝絮快。5）加藥過多也沒有害處。（2）聚合硫酸鐵。聚合硫酸鐵是一種以鐵的硫酸鹽為原料，經過加工制造成的無機高分子混凝劑。其通常是一種棕紅色粘稠液體，聚合硫酸鐵的混凝能力強，除色和除有機物的效果由于鐵鹽，對于低溫和低濁度水，也能取得良好效果。4.此外，還有鎂鹽混凝劑、電混凝、混凝輔助劑等混凝方式。四、有機高分子絮凝劑1.類別用作有機高分子絮凝劑的化合物必須是線型或帶枝節的線型聚合物。聚合物的鏈節數以10005000為宜，過多，會失去水溶性；過少，絮凝作用不佳。在高分子鏈上還必須有能起吸附作用的基團，如

19、-COOH、-SO3H、-CONH2等。有機高分子絮凝劑在水中可電離，是一種電解質。根據其電離后聚合離子所帶電荷性質的不同，它們可分為陽離子型、陰離子型和非離子型三類。按照其高分子的組成，它們又可分為聚乙烯、聚酰胺、聚胺和聚丙烯等型。2.應用在我國，使用最廣的有機高分子絮凝劑為聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺常作為助凝劑，與其他混凝劑一起使用。第三節 沉降原理“沉淀”是指水中雜質形成沉淀物和自水中析出的全過程，而“沉降”僅指固體因重力作用而下沉的過程。一、懸浮顆粒的絮凝性水中有些顆粒在沉降時會發生粘合的現象，這種性能稱為絮凝性。二、離散沉降離散沉降是指離散顆粒在稀懸浮液中的沉降過程。三、絮凝沉降天然水中

20、的懸浮顆粒或多或少具有絮凝性。當采用混凝處理時，顆粒的絮凝性更強，所以在水凈化工藝中，發生的常常是絮凝性顆粒的沉降，所謂絮凝沉降。四、層狀沉降如水中懸浮顆粒的量較多，則它們在水中沉降時常常會形成一個由許多顆粒聚集成的“毯狀毯”。此時，可看到水體中有一個清水和渾水的交界面在不斷下移。此種沉降稱為層狀沉降。第四節 沉淀處理設備沉淀處理用的設備可分為沉淀池和澄清池兩類，運行中池中不帶懸浮泥渣層的設備稱沉淀池，帶泥渣層的稱澄清池。本節根據我公司實際情況，僅介紹澄清池。泥渣循環式澄清池的特征為，設備中有若干泥渣作循環運行，即泥渣區中有部分泥渣回流到進水區，與進水混合后共同流動，待流至泥渣分離區，進行澄清

21、分離后，這些泥渣又返回原處。這類澄清池中常見的為機械攪拌澄清池和水力循環澄清池。現就機械攪拌澄清池進行闡述。機械攪拌澄清池（1）工作原理。機械攪拌澄清池又叫作加速澄清池。它通常由鋼筋混凝土構成的，橫斷面呈圓形，內部有攪拌裝置和各種導流隔墻，見圖所示。其運行流程為：原水由進水管1進入截面積為三角形的環形進水槽2，通過槽下面的出口孔或縫隙，均勻地流入澄清池的第一反應室3，在這里由于攪拌上葉片的攪動，進水和大量回流泥渣混合均勻；第一反應室中夾帶有泥渣的水流被攪拌器上的渦輪提升到第二反應室4，在這里進行絮凝長大的過程；然后，水流經設在第二反應室上部的四周的導流室5（消除水流的紊動），進入分離室6；在分

22、離室中，由于其截面較大，故水流速度很慢，泥渣和水可分離，分離出的水流入集水槽7；集水槽安置在澄清池上部的出水處，以便均勻地集取清水。在此設備中泥渣的流動情況是，由分離室分離出來的泥渣大部分回流到第一反應室，部分進入泥渣濃縮室。進入第一反應室的泥渣，隨水流動；進入泥渣濃縮室的泥渣定期排走。澄清池底部設有排污管，供排空之用。此外，在環形水槽上部還設有排氣管，以排除進水帶入的空氣。機械攪拌器的結構是上部為渦輪，下部為葉片。渦輪的機構與作用類似于泵，它是用來將夾帶有泥渣的水提升到第二反應室。在第二反應室和導流室中設有導流板，其目的是緩和攪拌器提升水流時產生的旋流現象，減輕對分離室中水流的擾動，有利于泥

23、渣和水的分離。第三章 水的過濾過程第一節 水的過濾過程天然水經過混凝處理后，雖然已經將其中大部分懸浮物除掉，從外觀上看頁常常是清澈透明的，但實際上水中免不了殘留少量細小的懸浮顆粒，所以還需要進一步對懸浮物進行處理，否則，當進行離子交換處理時，會污染交換劑，妨礙運行。進一步除去水中懸浮物的常用方法為過濾。一、濾料用作濾料的物質，應具備以下條件；化學性能穩定，不影響出水水質；機械強度良好，使用中不碎裂；粒度適當。此外，還應當價廉，便于取材。常用的濾料為石英砂、無煙煤、大理石等。1.化學穩定性為了試驗濾料的穩定性，可在一定條件下，用中性、酸性和堿性水溶液浸泡各種濾料，以觀察此水溶液被污染的情況。2.

24、機械強度濾料應有足夠的機械強度，以減少因顆粒間互相摩擦而破碎的現象。3.粒度粒度是指一堆粒狀物料顆粒大小的情況。二、過濾工藝1.過濾運行過濾運行成循環狀，是由過濾、反洗和正洗三個步驟組成一個周期。當粒狀濾料工作到濾層中截留有多量泥渣時，為了恢復它的過濾能力，需要將濾層進行沖洗。沖洗的第一步是用快速水流由下向上通過濾層，將濾層中截留下來的泥渣和因濾料顆粒碎裂而生成的粉末沖走，這稱為反洗。第二步是按與過濾運行相同的方式通水，只是將不合格的出水排走，這稱為正洗。待正洗至出水合格時，便可重新投入過濾運行。2.過濾效果過濾的運行效果，通常由兩個方面來評價：一是出水水質，也就是水中殘留懸浮物的多少；二是濾

25、層的截污能力。3.濾速水流通過濾層的真流速應該是水在濾料的顆粒與顆粒之間孔隙中的流速。4.反洗強度反洗水流速的大小可用“反洗強度”來表達，通常按每秒鐘內流過每平方米過濾截面的反洗水量來表示。第二節 過濾器過濾設備有多種類型，按工作壓力可分為壓力式和重力式；按濾層的組成可分為單層和多層；按水的流向可分做下向流、上向流和雙流；按運行狀況可分為恒流和恒壓。習慣上，把密閉的容器式過濾設備稱為過濾器。工業上用的過濾器通常由圓柱形鋼制容器所組成，在壓力下運行，屬于壓力式過濾器。一、普通過濾器最簡單的壓力式過濾器是用單層濾料、下向流式。這種過濾器的機構和運行都較簡單，它最先被采用，現在還在應用。1.結構圖3

26、-7所示為普通過濾器結構的示意。此種過濾器本體內安置的裝備有：進水裝置、配水系統，有時還有進壓縮空氣的裝置。在本體的外面設有各種必要的管道、閥門和儀表等。（1）進水裝置。進水裝置是用來送入需過濾的水，有時兼起反洗排水的作用。在普通過濾器中，進水裝置和濾層之間隔著一段空間，它是為了反洗時濾層膨脹的需要二設置的。在過濾運行時，此空間一直充滿水，故稱它為水墊層。水墊層的存在，可以起到促進水流均勻的用作，所以在普通過濾器中，進水裝置的結構形式往往不是影響濾層中水流分布的主要因素，因而可以采用比較簡單的結構，如在進水管出口端設置一個口向上的漏斗。 （2）配水系統。設于普通過濾器下部的配水系統是用來安置濾

27、料，排出經過濾的水和送入反洗用水。它的作用除了保證水流在濾層中分布均勻外，還可防止濾料泄漏。配水系統的類型較多，現在常使用的有配水帽式、濾布式和砂礫式等。1）配水帽式。配水帽是一種帶有縫隙（或小孔）的部件，它安裝在配水支管上，水由縫隙流經支管進入配水總管。配水帽可由塑料、銅錫合金或陶瓷等制成。它的形式很多，有縫隙式、疊片式、長柄式等。2）支管開縫式。水由開縫處流經支管進入總管。縫的寬度應根據濾料的大小而定，一般比濾料的最大顆粒小0.4mm。3）濾布式。濾布的應用有兩種方式：一種為配水系統呈總管支管形式，濾布包在帶孔的配水支管上；一種為將濾布鋪在兩塊穿孔板之間。為防止漏濾料，濾布的網孔比較小，為

28、4060目。在運行中濾布的網眼易于因濾料碎末的堵塞而增大阻力。4）砂礫式。砂礫式配水系統是由細砂和礫石堆積而成的。2.運行普通過濾器的運行流速約810m/h，當它運行到水流通過濾層的壓力降達到規定值時，停止過濾運行，開始反洗。此時，將過濾器內的水排放到濾層的上緣為止，然后送入強度為1825L/（s·m2）的壓縮空氣，吹洗35min后，在繼續供給空氣的情況下，向過濾器內送入反洗水，其強度應使濾層膨脹10%15%。反洗水送入23min后，停止送空氣，繼續用水再反洗11.5min，此時反洗水的強度應使濾層膨脹約達40%50%。最后，用水正洗直至出水合格，方可開始正式過濾運行。二、雙流式過濾

29、器在普通過濾器中雖然有機械篩分和接觸凝聚兩種作用，但由于水流是先通過小顆粒濾料，后通過大顆粒濾料，所以起主要作用的是表層濾料的截留作用。至于濾層中濾料顆粒的接觸凝聚能力，并不能充分發揮出來。為此，出現了雙流式過濾器的設計。在此過濾器中，進水分為兩路：一路由上部進，另一路由下部進，經過過濾的水，都由中部流出。三、多層濾料過濾器為了改變普通過濾器中濾料是“上細下粗”的不利排列方式，辦法之一就是采用多層濾料過濾器。1.雙層濾料過濾器雙層濾料過濾器的機構與普通過濾器相同，只是在濾床上分層安放著兩種不同的濾料。上層為相對密度小、粒徑大的濾料，下層為相對密度大、粒徑下的濾料，通常采用的是上層無煙煤，下層石

30、英砂。由于無煙煤的相對密度為1.51.8，而石英砂為2.65左右，它們有較大的差別，所以，即使無煙煤顆粒的粒徑較大，在反洗后，它仍能處于顆粒較小的石英砂的上面。濾料顆粒層呈上大下小的狀態對過濾過程很有利，因為進水有上部送入時，首先遇到的是顆粒較大的無煙煤濾料，過濾作用可以深入到濾層中，發生滲透過濾作用。下層較小的顆粒也能截取一部分泥渣，起到保證出水水質的作用。雙層濾料與單層的相比，其截污能力較大，水頭損失增加比較緩慢，濾速可提高，工作周期可延長。雙層濾料能否良好地運行，煤砂顆粒的選擇是關鍵問題。這必須做到反洗時煤砂分層良好，否則小顆粒砂子混在大顆粒煤粒中，有可能使濾層中的孔隙比單純用砂粒的還小

31、，這不利于過濾。2.三層濾料過濾器三層濾料的原理和結構與雙層濾料床相似，它相當于在雙層濾料床下面加了一層相對密度更大，顆粒更小的濾料。三層濾料過濾器的上層為無煙煤，中層為石英砂，下層可采用石榴石、磁鐵礦或鈦鐵礦等礦砂作濾料。第三節 濾池濾池是一種用來過濾水的建筑物，大都采用鋼筋混凝土制成的池子。這里重點介紹無閥濾池。一、無閥濾池無閥濾池是因為沒有閥門而得名。無閥濾池的機構形式很多：有壓力式的，有重力式的；截面積可以是圓形的，也可以是方形的。壓力式和重力式無閥濾池的結構原理是相同的，壓力式無閥濾池只適用于小型供水的場合，熱力發電廠中常用的是重力式的。下面以重力式無閥濾池為例，加以敘述。1.組成部

32、分重力式無閥濾池如圖所示。它的主體自上而下分成三個部分，即沖洗水箱6、過濾室4和集水室5。此外，還有由堰口、進水槽1和U形進水管2組成的進水裝置和虹吸上升管7、虹吸下降管8、虹吸輔助管9、水封槽13等組成的虹吸裝置。2.運行概況無閥濾池的運行過程大致為：有進水管送入的水通過濾層，匯集到下部集水室，再由連通管流至上部沖洗水箱。當此水箱中盛滿水后，便開始向外送水。其失效和清洗的情況為：隨著運行時間的增長，濾層中阻力增大，于是虹吸上升管內的水面隨之升高。當阻力繼續增加使水面上升到虹吸輔助管口時，水即自此管中急劇下落，這時主虹吸管中空氣便通過抽氣管10不斷抽走，因而主虹吸管中產生負壓，使虹吸管上升管和

33、下降管中的水面均很快地上升。當此兩股上升的水流匯合后，便形成虹吸，這時過濾室中的水立即被虹吸管抽走，沖洗水箱中的水迅速倒流至濾層中，形成自動反沖洗。這樣，沖洗水箱中水位便下降，當它降到虹吸破壞管11的管口以下時，由于空氣進入虹吸管內，虹吸作用遭到破壞，沖洗過程結束，進入下一個運行循環。無閥濾池中設置的進水槽和U形進水管，是為了避免空氣吸入池內。因為當有空氣吸入時，在運行后期可能形不成虹吸。而且如不設此U形管，則在反洗后期，進水管就成了虹吸破壞管。無閥濾池開始濾水到虹吸管中開始抽氣之間的時間，稱為工作周期，它一般在幾小時到十幾小時之間。沖洗形成時間為23min，沖洗時間約為45min。無閥濾池應

34、每隔半年左右進行一次內部檢修。二、其他過濾水過濾除采用過濾器過濾外，還可采用單閥和雙閥濾池、虹吸濾池過濾，以及混凝過濾、變孔徑過濾、纖維過濾、吸附過濾、循環清洗高速過濾等方式。這里重點介紹吸附過濾中的活性炭過濾。在水溶液中，常用的吸附劑有活性炭、硅膠、活性鋁和硅藻土等。活性炭是由動物炭、木炭或瀝青炭等經過藥劑處理或高溫焙燒等活化過程而制成的。活化的目的是造成細孔，擴大吸附面積。活性炭的比表面積很大，達5001500m2/g。活性炭的表面和內部有許多相互連通的毛細孔道，孔徑由1100nm以上，每克活性炭的細孔總容積可達0.61.8mL。用于吸附過濾的活性炭都是制成顆粒狀的，其粒徑通常為14mm。

35、第四章 離子交換的基本知識為了除去水中離子態雜質，現在采用最普遍的方法是離子交換。這種方法可以將水中離子態雜質請出得比較徹底，因而能制得很純的水。所以，在熱力發電廠鍋爐用水的制備工藝中，它是一個必要的步驟。離子交換處理，必須用一種稱作離子交換劑的物質（簡稱交換劑）來進行。這種物質遇水時，可以將其本身所具有的某種離子和水中同符號的離子相互交換，如Na型離子交換劑遇到含有Ca2+的水時，就發生如式（4-1）的交換反應：2RNa+Ca2+R2Ca+2Na+ （注：R表示離子交換劑機構中不可交換的部分）反應結果，水中Ca2+被吸著在交換劑上，交換劑轉變成Ca型，而交換劑上原有的Na+跑入水中，這樣水中

36、的Ca2+就被除去了。轉變成Ca型的交換劑，可以用鈉鹽溶液通過的辦法，使其再變成Na型的交換劑，以便重新使用。 離子交換劑的種類很多，有天然和人造、有機和無機、陽離子型和陰離子型等之分，此外，按結構特征來分，還有大孔型和凝膠型等。現在普遍使用人工合成的離子交換樹脂。一、離子交換樹脂的結構離子交換樹脂屬于高分子化合物，結構比較復雜， 離子交換劑的結構可以被區分為兩個部分：一部分具有高分子的結構形式，稱為離子交換劑的骨架；另一部分是帶有可交換離子的基團（稱為活性基因），它們化合在高分子骨架。所謂“骨架”，是因為它具有龐大的空間結構，支持著整個化合物，像動物的骨架支持著肌體一樣，從化學的觀點來說，它

37、是一種不溶于水的高分子化合物。高分子化合物一般是由許多低分子化合物頭尾相結合、連成一大串而形成的。這些低分子化合物稱為單體，此化合過程稱為聚合或縮合。離子交換樹脂，根據其單體的種類，可分為苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等。苯乙烯系是現在我國電廠有得最廣泛的一種，我公司使用的也是苯乙烯系離子交換樹脂。二、離子交換樹脂的性能1.物理性能（1）外觀1）顏色。離子交換樹脂是一種透明或半透明的物質，依其組成的不同，呈現的顏色也各異：苯乙烯系呈黃色，其他也有黑及赤褐色的。樹脂的顏色和它的性能關系不大。2）形狀。離子交換樹脂一般均呈球形。樹脂呈球狀顆粒數占顆粒總數的百分率，稱為圓球率。對于交換柱水處理工藝來說，

38、圓球率愈大愈好，它一般應達90%以上。（2）粒度樹脂顆粒的大小對水處理的工藝過程有較大的影響。顆粒大，交換速度就慢；顆粒小，水通過樹脂層的壓力損失就大。如果各個顆粒的大小相差很大，則對水處理的工藝過程是不利的。這首先是因為小顆粒堵塞了大顆粒間的孔隙，水流不勻和阻力增大；其次，在反洗時流速過大會沖走小顆粒樹脂，而流速過小，又不能松動大顆粒。用于水處理的=樹脂顆粒粒徑一般為0.31.2mm。（3）密度離子交換樹脂的密度是水處理工藝中的實用數據。例如在估算設備中樹脂的裝載量，以及在采用混合床、雙層床等工藝時，都需要知道它的密度。（4）含水率離子交換樹脂的含水率是指它在潮濕空氣中所保持的水量，它可以反

39、映交聯度和網眼中的孔隙率。樹脂的含水率愈大，表示它的孔隙率愈大，交聯度愈小。（5）溶脹性當將干的離子交換樹脂浸入水中時，其體積常常要變大，這種現象稱為溶脹。（6）耐磨性交換樹脂顆粒在運行中，由于互相磨軋和脹縮作用，會發生碎裂現象，所以其耐磨性是一個影響其實用性能的指標。此外離子交換樹脂還有溶解性、耐熱性、抗凍性、耐輻射性能、導電性等物理性能。2.化學性能1）離子交換反應的可逆性離子交換反應是可逆的，例如當以含有硬度的水通過H型離子交換樹脂時，其反應如下2RH+Ca2+R2Ca+2H+ 當反應進行實效后，為了恢復離子交換樹脂的交換能力，就可以利用離子交換反應的可逆性，用硫酸或鹽酸溶液通過此失效的

40、離子交換樹脂，以恢復其交換能力，其反應式如下R2Ca+2H+2RH+Ca2+離子交換反應的可逆性，是離子交換樹脂可以反復使用的重要性質。2）酸、堿性H型陽離子交換樹脂和OH型陰離子交換樹脂的性能與電解質酸、堿相同，在水中有電力出H+和OH-的能力。因此，根據此能力的大小可以有強弱之分。強酸性H型交換樹脂在水中電離出H+的能力較大，所以它很容易和水中其他各種陽離子進行交換反應；而弱酸性H型交換樹脂在水中電離出H+的能力較小，故當水中有一定量的H+時，就顯示不出交換反應。3）中和與水解離子交換樹脂的中和與水解的性能和通常的電解質一樣，H型離子交換樹脂和堿溶液會進行中和反應，它的水解反應也和通常電解

41、質的水解反應一樣，當水解產物有弱酸或弱堿時，水解度就較大。4）離子交換樹脂的選擇性離子交換樹脂吸著各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸著，但吸著后要把它置換下來就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。5）交換容量離子交換樹脂的交換容量表示其可交換離子量的多少。第五章 水的陽離子交換處理水經過混凝和過濾等預處理后，雖然可除去其中的懸浮物和膠態物質，但硬度并沒有改變，且堿度一般仍然較高，即使在水的預處理中采用沉淀軟化，水中殘留的硬度仍比鍋爐補給水對硬度的要求高許多倍，還不能用作鍋爐的補給水，必須作進一步軟化處理。目前用的最廣的軟化方法是離子交

42、換：低壓鍋爐用水可用鈉離子交換處理；中、高壓鍋爐用水可用二級鈉離子交換處理。第一節 固定床離子交換的原理固定床是動態離子交換的一種形式，它是指運行中離子交換劑層固定在一個交換器中。固定床的運行方式，通常是使水由上向下不斷地通過交換劑層。一、水中陽離子只有Ca2+時和Na離子交換劑的交換當將水由上部通入交換劑時，水中Ca2+首先遇到處于表面層的交換劑，與Na+進行交換。所以這層交換劑通水后總是很快就失效了。此后水再通過時，其中的Ca2+已不和此表面交換劑進行交換，交換作用就滲入到處于下一層的交換劑。此后，整個交換劑層可分為三個區域：上部是已失效的交換劑層，在這一層中由于前期的運行，交換劑均呈Ca

43、型，進水通過它后水質沒有變化，故這一層稱為失效層（也叫飽和層）；在它下面的一層為工作層，水經過這一層時，水中的Ca2+和交換劑中的Na+逐步進行交換反應，直到它們達到平衡；最下部的交換劑層是未參加工作的一層，因為通過工作層后的水質已達到與這里的離子交換劑呈平衡狀態。由此可知，交換器的運行，實質上是其中交換劑工作層自上而下不斷移動的過程。當工作層還處于離子交換劑層的中間時，出水水質一直是良好的。當工作層的下緣移動到和交換器中交換劑層的下緣相重合時，如再繼續運行，勢必交換不完全而使出水中Ca2+的殘留量增加。以后如再運行時，水中Ca2+的殘留量就會較快地上升。在實際運行中，為了保證一定的出水水質，

44、當運行到殘留Ca2+量增加的一定時，通常即停止運行。所以在離子交換器的最下部，有一層不能發揮其全部交換能力的交換劑層，它只起到保護出水水質的作用，這部分交換劑層稱為保護層。在運行中交換劑保護層的厚度是一個對實際運行有影響的數據。如果此厚度大，Ca2+殘留量就會提前增加，交換劑的工作交換容量就小；反之。保護層薄，工作交換容量就大。由此可知，當增加離子交換劑層高度時，全部離子交換劑交換能力的平均利用率會提高。所以熱力發電廠水處理用的離子交換劑層的高度，一般最低不小于1.0m，有的高達3.5m以上。交換劑過高的缺點是水通過交換劑層的壓降太大，給運行帶來困難。二、水中含Ca2+、Mg2+和Na+時和H

45、離子交換劑的交換實際上，天然水中不會只含單純一種陽離子，通常都含有多種陽離子，所以離子交換過程就很復雜。圖5-4畫出了水中同時含有Ca2+、Mg2+、Na+三種陽離子時進行的H離子交換，而且再生和運行都是從上向下通過交換劑層情況下離子變動的過程。圖5-4表示再生、清洗后，在交換劑層不同高度處Ca、Mg、Na、H四種離子量的分布情況。當水流由上向下運行時，也由于上部的交換劑先與進水接觸，交換反應首先在這里進行。因各種陽離子選擇性的不同，經一段時間的運行，交換劑層中各離子型態的分布，從上向下大致是Ca、Mg、Na所占的比例依次增大。如圖5-4（b）所示。之所以出現這種情形，是因為當交換器不斷進水時

46、，Ca2+比Mg2+和Na+更容易被交換劑吸著，進水中的Ca2+可和吸著了Mg2+的交換劑進行交換，使吸著Ca2+的交換劑量不斷擴大；當被交換出來的Mg2+連同水中的Mg2+一起向下流遇到Na型交換劑時，Mg2+會置換Na+，結果使Mg型交換劑量也不斷增多，分布位置也下移；同理，Na型交換劑的量也會不斷增多，分布位置也下移。當交換器運行到圖5-4（c）的狀態時，如再運行，出水中將有Na+出現，酸度也開始下降，在要求嚴格的場合，交換器應停止運行，進行再生。當只要求除去水的硬度，不要求除去Na+時，即使交換后的水中出現Na+，交換器仍可運行，直到出水中有Ca2+、Mg2+穿透時再停止運行，進行再生

47、。第二節 固定床離子交換固定床離子交換的運行方式是以離子交換劑為濾料，對水進行過濾。因此， 常用作固定床的離子交換器和壓力式過濾器結構相似，只是在離子交換器中設有進行再生液的裝置。固定床離子交換器按其再生運行方式不同，可分為順流、對流和分流三種。順流式就是指運行時水流的方向和再生時再生液流動的方向是一致的，通常都是由上向下流動。因為用這種方法的設備和運行都較簡單，所以從前用得比較多。現在，只在進水水質較好時才應用。分流再生是在床層表面下約400600mm處安裝排水裝置，使再生自上、下部同時進入，廢液自中間排水裝置中排出。運行時水流自上而下通過床層，所以在這種交換器中，下部床層為對流再生，上部床

48、層為順流再生。逆流再生式為了克服順流再生方式有底層交換劑再生程度低的缺陷，現在廣泛采用對流再生方式，即運行時水流方向和再生時再生液流動方向相對進行的水處理工藝。習慣上將運行時水流向下流動、再生時再生液向上流動的對流水處理工藝稱為逆流再生工藝。陽離子交換器實效后離子在交換劑層中的分布如下圖所示：上層完全是失效層，被Ca2+、Mg2+、Na+所飽和，下層是部分實效的交換劑層。逆流再生時，下層部分實效的交換劑總是和新鮮的再生液接觸，故可得到很高的再生度，越往上交換劑的再生度越低。這種分布情況對交換很有利。因為運行時，出水接觸的是這部分再生對徹底的交換劑，因此出水水質好。上層交換劑雖然再生不徹底，但運

49、行時它首先與進水相接觸，此時水中反離子濃度很小，故這部分交換劑仍能進行交換，故其交換容量得到充分的發揮。交換器的結構在用逆流再生工藝時，必定要有液體向上流動的過程，由于這一特點，逆流交換的工藝過程就要比較復雜一些。因為當液體通過交換劑層上流時，如其流速稍微快了一些，就會發生和反洗一樣的使交換劑層松動的現象。這樣，交換劑層的上下次序完全打亂，通常稱為亂層。為此，在采用逆流再生工藝時，設備的結構和運行操作的特點都要注意防止液體上流時發生亂層的現象。逆流再生式離子交換器的機構如圖所示。為了防止再生液和清洗水上流時發生亂層，逆流再生式離子交換器在交換劑層的表面部分設有排水系統，使向上流動的再生液或沖洗

50、水能均勻地從此排水裝置中排走，不會因為有水流流向交換劑層上面的空間，而將交換劑層松動。逆流交換器中間排水裝置的結構，主要是要求不漏交換劑顆粒，分布均勻。它在交換器中應安裝牢固，防止運行中被水流沖壞。目前中排裝置常用的形式是母管支管式。母管置于樹脂層上面，阻力較小，也不至于造成中部死區。支管是以短管與母管連接，用不銹鋼螺栓固定。在中間排水裝置之上，交換劑層上加一層厚約150200mm的粒狀物質作為壓脂層， 這是為了使液體上流時不亂層。第六章 水的離子交換除鹽第一節 陰離子交換樹脂的工藝性能陰離子交換和陽離子交換作用相同，是同符號離子間的相互交換，也有可逆性，是按等物質的量進行的。但陰離子交換劑的

51、交換能力、選擇性和化學穩定性等方面和陽離子交換有差別，而且水中需要用它除去的某些陰離子也有特殊性，所以它的使用條件就和陽離子交換劑有些不同。一、強堿性陰樹脂的工藝性能強堿性OH型交換劑可以用來和水中各種陰離子進行交換，在稀釋液中它對各種陰離子的選擇性為SO42- NO3-Cl-OH-F-HCO3-HSiO3-。由此可知，它對于強酸陰離子的系著能力很強，對于弱酸陰離子則吸著能力較小。對于很弱的硅酸，雖然能吸著其HSiO3-，但吸著能力很差。如果它和水中硅酸鹽NaHSiO3反應，生成物中有強堿NaOH：ROH + NaHSiO3RHSiO3 + NaOH此時，由于出水中有大量反離子OH-，交換反應

52、就不能徹底，除硅的作用往往不完全，難以滿足高參數鍋爐的要求。所以在水處理工藝中，必須設法排除OH-的干擾，創造有利于吸著HSiO3-的條件。現在普遍采用的辦法是先將水通過強酸性H型交換劑，使水中各種鹽類都轉變為相應的酸。這樣，在用強堿性OH型交換劑處理時，由于交換產物中有電離度非常小的H2O，故可防止水中OH-的干擾，反應式：ROH + H2SiO3RHSiO3 + O2H二、弱堿性陰樹脂的工藝性能弱堿性陰樹脂只能吸著SO42-、Cl-、NO3-等強酸根，對弱酸根HCO3-的吸著能力很弱，對于更弱的酸根HSiO3-不能吸著。不僅如此，而且弱堿性OH型樹脂對于這些酸根的吸著是有條件的，那就是吸著

53、過程只能在酸性溶液中進行，或者說只有當這些酸根成酸的型態時才能被吸著，如反應式所示：R（NH3OH）2 + H2SiO3R（NH3）2SO4 + 2O2HRNH3OH + HClRNH3Cl + O2H至于在中性溶液中，弱酸性OH型樹脂就不能和它們進行交換。這是弱堿性樹脂不同于強堿性樹脂的地方。強堿性OH型樹脂能和中性鹽反應，將它們轉變成堿。陰樹脂的堿性越強，將中性鹽轉變成氫氧化物的能力也越大，這種性能稱為分解中性鹽的能力。而弱堿性OH型樹脂沒有這種能力。用弱堿性陰樹脂處理水時，對水的pH值有一定的限制。當水的pH值過大時，可以看作由于水中OH-濃度大，它抑制了樹脂的電離。不再具有可交換性能；

54、也可看作由于弱堿性陰樹脂對OH-的選擇性較強，優先吸著OH-，所以當水中OH-較多時，別的離子無法取代它。雖然弱堿性OH型樹脂的交換性能不如強堿性的好，但它極易用堿再生。在離子交換除鹽系統中，弱堿性OH型樹脂常常是和強堿性OH型樹脂聯合使用的，所以它還可以利用再生強堿性OH型樹脂后的廢液來再生。第二節 一級復床除鹽將H型陽床和OH型陰床組成的系統稱為復床，原水只一次相繼地經過H型和OH型交換器稱作一級。一、原理進入除鹽系統的原水中，常含有Ca2+、Mg2+、Na+等陽離子和SO42-、Cl-、HCO3-等陰離子，以及弱酸H2CO3和H2SiO3。當此水通過強酸性H型樹脂層是，水中的各種陽離子均

55、被樹脂吸著，樹脂上的H+被置換到水中。所以，此H型交換器的出水呈酸性，其中含有和進水中陰離子相應的H2SO4和HCl等強酸，以及H2CO3和H2SiO3等弱酸。這種含有CO2和其他無機酸的水，先經除碳器除去CO2，之后，通過強堿性OH型樹脂時，水中的各種陰離子均被樹脂吸著，樹脂上的OH-被置換到水中，與水中的H+結合成水。通過一級復床除鹽的出水水質：硅酸達0.1mg/L以下，電導率達5S/cm以下。 二、運行1.強酸性H型交換器在除鹽系統中，為了要除去水中的H+以外的所有陽離子，必須在有漏Na+現象時，即停止運行，進行再生。當強酸性H型樹脂交換器經再生后沖洗時，出水中各種雜質的含量便迅速下降，

56、但出水水質達到一定標準時就可投入運行，以后，水質就保持平穩。當出水中開始漏Na+現象時，即停止運行。2.強堿性OH型交換器因為強堿性OH型交換器常設在強酸性H型交換器的后面，所以它的進水中各種陰離子都以酸的形態存在。在強堿性OH型交換器正常運行中，出水的pH大都在79之間，電導率為25S/cm,含硅量以SiO2計為1020g/L。當強堿性OH型樹脂實效時，由于有酸漏過，pH值下降；與此同時，集中在交換劑層下部的硅漏出，致使出水中硅含量上升。至于電導率，則常常出現先略微下降，而后上升的情況。第三節 混合床除鹽經一級離子交換除鹽系統處理過的水質雖已較高，但還不能滿足許多工業部門對水質的要求。為了得到更好的水質，人們曾采用過二級復床除鹽系統（即在一級復床除鹽后面又加一級復床）。近年來，隨著生產技術的發展，有些工業部門對水質的要求更高了，以至二級復床除鹽也不能滿足要求，再增加除鹽設備的級數，會使除鹽系統越來越復雜。為此，現在常采用一種在同一交換器中，完成許多級陰、陽離子交換過程，以制出更純的水的方法，這就是常稱的混合床除鹽。一、原理混合床離子交換法，就是把陰、陽離子交換樹脂放在同一個交換器中，并且在運