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1、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（H。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
2、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二、天然水中的杂质：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:悬浮物的表示方法：通常用透明度或浑浊度（浊度）来表示。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
3、下沉。溶解物质: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800c时灼烧而得。4 .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-、CO32rHCO3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酗碱度两种。酸度表示水中能与强酸起中和作用的物质的量。溶解物质是指颗粒直径小于10-6mm勺微粒，它们大都以离子或溶解
4、气体状态存在于水中。天然水中都存在Ca2+、MgTHCO、SO2-。在含盐量不大的水中，Mg+的浓度一般为Ca2+的25%50%水中CsTMg2+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+o因为钠盐的溶解度很高，在自然界中一力不存在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，7 取加权平均值25作为两者的摩尔
5、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。盲+、Mg+、K、Na+;阴离子是HCO、SO2-、Cl-。溶解气体：天然水中常见的溶解气体有氧（Q）和二氧化碳（CO）,有时还有硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO）和氨（NH）等。天然水中Q的主要来源是大气中Q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
6、般低与地表水，天然水的氧含量一般在014mg/L之间。天然水中CO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CO含量常不超过2030mg/L,地下水的CO含量较高，有时达到几百毫克/升。天然水中CO并非来自大气，而恰好相反，它会向大气中析出，以为大气中CO的体积百分数只有0.03%0.04%,与之相反的溶解度仅为0.51.0mg/Lo水中Q和CO的存在是使金属发生腐蚀的主要原因。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
7、植物的苔类和属于后生动物的轮虫、涤虫等。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N苫和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。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
8、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
9、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+、Mj+、NaCl-、SO2-等；另一类指标是表示某些化合物之和或表征某
10、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。(2)浊度。(3)透明度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
11、滤水样，经蒸干并在1051100c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
12、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，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）C2+（1/2）M2+。根据Ca2+、Mg+与阴离子组合形式的不同，又将硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。（1）盐硬度（HD是指水中钙、镁的碳酸盐及碳酸氢盐的含量。此类硬度在水沸腾时就从溶液中析出而产生沉淀，所以有时也叫暂时硬度。（ 2） 非碳酸盐硬度（HF）是指水中钙、镁的
13、硫酸盐、氯化物等的含量。由于这种硬度在水沸腾时不能析出沉淀，所以有时也称永久硬度。硬度的单位为毫摩尔/升（mmol/L），这是一种最常见的表示物质浓度的方法，是我国的法定计量单位。1 、征水中碱性物质的指标表征水中碱性物质的指标是碱度，碱度是表示水中可以用强酸中和的物质的量。形成碱度的物质有：（1）强碱，如NaOHCa（OH2等，它们在水中全部以OH非式存在；（2）弱碱，如NH3的水溶液，它在水中部分以OH形式存在；（3）强碱弱酸盐类，如碳酸盐、磷酸盐等，它们水解时产生OH-。在天然水中的碱度成分主要是碳酸氢盐，有时还有少量的腐殖酸盐。水中常见的碱度形式是OH、CO2-和HCO,当水中同时存在
14、有HCO和OH的时候，就发生如（2-2）式的化学反应，HCO3+OH-CO2-+H2O（2-2）故一般说水中不能同时含有HCO碱度和OH碱度。根据这种假设，水中的碱度可能有五种不同的形式：只有OH碱度；只有CO2-碱度；只有HCO碱度；同时有OH+CGf-碱度；同时有CO2+HCO碱度。碱度的单位为毫摩尔/升（mmol/L）,与硬度一样，在美国和德国分别用ppmCCO和oG为单位。2、表示水中酸性物质的指标表示水中酸性物质的指标是酸度，酸度是表示水中能用强碱中和的物质的量。可能形成酸度的物质有：强酸、强酸弱碱盐、弱酸和酸式盐。天然水中酸度的成分主要是碳酸，一般没有强酸酸度。在水处理过程中，如H
15、离子交换器出水出现有强酸酸度。水中酸度的测定是用强碱标准来滴定的。所用指示剂不同时，所得到的酸度不同。如：用甲基橙作指示剂，测出的是强酸酸度。用酚酗作指示剂，测定的酸度除强酸酸度（如果水中有强酸酸度）外，还有HCO酸度，即CO酸度。水中酸性物质对碱的全部中和能力称总酸度。这里需要说明的是，酸度并不等于水中氢离子的浓度，水中氢离子的浓度常用PH值表示，是指呈离子状态的H+数量；而酸度则表示中和滴定过程中可以与强碱进行反应的全部H+数量，其中包括原已电离的和将要电离的两个部分。第二章水的预处理天然水未进锅炉前除掉水中杂质的工作，称为炉外水处理，也叫做补给水处理。根据水中所含杂质种类不同，采取不同的水处理方法。对水中较大的悬浮物，靠重力沉淀就可以除掉，这种处理称为自然沉淀法。对于水中的胶体微粒，常向水中加入一些化学药品，使胶体颗粒凝聚沉淀，这种处理称为混凝沉淀法。对于溶于水中的盐类，可采用蒸储法、离子交换法、电渗析法等等。目前电厂多采用离子交换法。现将一般水处理流程中，各种水处理方法、原理及其设备分述如下。第一节混凝沉淀一、混凝沉淀的原理混凝、沉淀过程一般是在澄清器内进行的。处理方法，是向水中加入混凝剂（硫酸铝、聚合铝和硫酸亚铁、氯化铁等）、石灰乳和镁剂（菱苦土或白云粉）等化学药品。各种药品的作用如下：
