化学水处理人员培训教材

1、精选优质文档-倾情为你奉上滨州魏桥热电二分公司特种作业培训教材系列读本培训科 编制 2010-08-01发布日期化学水处理培训教材目 录第一章 水质概述第一节 水在热力发电厂中的作用及水处理的重要性一、水是热力发电厂的工作介质在热力发电厂中，水进入锅炉后，吸收燃料燃烧释放出来的热能，变成水蒸汽，导入汽轮机；在汽轮机内，蒸汽的热能转变为动能冲动汽轮机转动继而变成机械能；汽轮机带动发电机，将机械能转变为电能。二、水处理的重要性在热力发电厂中，由于汽水品质不良，容易造成以下危害：1.热力设备的结垢。如果进入锅炉或其他热交换器的水质不良，则运行一段时间后，在和水接触的受热面上，会生成一些固体附着物，这

2、种现象称为结垢，这些附着物称为水垢。形成水垢后，容易造成结垢部位的金属管壁温度过高，造成超温爆管；降低发电厂的热经济性，增加燃料消耗。2.热力设备的腐蚀。发电厂热力设备的金属经常和水接触，如水质不良，则会引起金属腐蚀，缩短设备使用期限。3.过热器和汽轮机的积盐。水质不良会使锅炉不能产生高纯度的蒸汽，随蒸汽带出的杂志就会沉积在蒸汽通过的各个部位，形成积盐。积盐容易造成汽轮机效率过低增加蒸汽流通阻力，自动主气门及调门卡涩，造成过热器爆管等。第二节 常用化学名词概述一、溶液一种物质分散在另一种物质中的体系称为分散体系，均一的分散体系叫做溶液。溶液中被分散的物质叫做溶质，用以分散溶质的物质叫做溶剂。若

3、将少量NaCl放入水中，稍加搅拌，NaCl就很快地溶于水中，其中NaCl就叫溶质，水就叫做溶剂。二、溶液中溶质的含量1.质量分数和百分含量用溶液的质量占全部溶液（溶质于溶剂）质量的比值来表示溶液中溶质的含量，叫做质量分数，如以百分数表示，则称为百分含量。2.用单位体积或单位质量溶液中含有的溶质质量表示含量在工业上有时用1L溶液中含有溶质的质量（g/L、mg/L、g/L）。对以水为溶剂的稀释液，1L水的质量近似地等于1kg，在这种情况下，上述含量单位与g/kg、mg/kg、g/kg可看作相等的。3.物质的量物质的量的单位为摩尔，符号为mol。摩尔所表示的是参与化学反应的基本单元。4.浓度用1L溶

4、液中所含溶质的物质的量表示溶液中溶质的含量，叫做物质的量浓度或简称浓度。三、电离电解质：物质在干燥时不能导电，而在水溶液中或在加热熔融状态下却能导电，此类物质叫做电解质，如食盐、氢氧化钠等。非电解质：物质在干燥时和其溶液都不能导电，此类物质叫做非电解质，如酒精、石蜡等。电解质溶解于水后所以能导电，是因为在水分子作用下，电解质离解为带正电和带负电的离子，它们能在水中自由移动，这种过程叫做电离。四、水的电离，pH值水是一种极弱的电解质，它只能微弱地电离出H+和OH-：H2O=H+OH-因为水分子能电离成一个H+和一个OH-，所以纯水中的H+和OH-的离子浓度是相等的。在22时，纯水中H+和OH-离

5、子浓度各等于1×10-7mol/L。若水溶液中的H+和OH-相等，则此水溶液叫做中性溶液；若H+OH-，则叫做酸性溶液；若OH-H+，则叫做碱性溶液。一般溶液中的H+和OH-的值很小，而在不同条件下它们的大小又常常有很大的差别，就是说它们的变动范围很大，用mol/L的浓度表示法在实用上不方便，所以现在广泛地采用pH值来表示。pH值的意义是H+浓度的负对数，如式（1-1）所示pH=-lgH+=lg （1-1）中性溶液中的H+=10-7mol/L,则它的pH值为7，酸性溶液的H+10-7mol/L，则它的pH值7，溶液的酸性越强，pH值越小。碱性溶液的H+10-7mol/L，则它的pH值

6、7，溶液的碱性越强，pH值越大。五、溶度积水是一种很好的溶剂，许多物质在水中都能溶解。但是一些固体物质在水中的溶解度很小，这些物质通常叫做难溶物质。在水处理工作中经常利用这个特性，把某些物质转化为难溶物质，使它从水中沉淀出来。溶度积表达式的物理意义是：在难溶电解质的饱和溶液中，当温度一定时，其离子浓度的乘积为一个常数。第三节 天然水中的杂质天然水中的杂质是多种多样的，但在一般情况下，它们都是由一些常见元素所组成的酸、碱、盐之类的化合物。由于水处理方法与杂质颗粒的大小有关，在水处理工艺中，我们通常按这些杂质颗粒的大小，将其分为三类：悬浮物、胶体和溶解物质。一、悬浮物悬浮物是颗粒粒径约在10-4m

7、m以上的微粒，这些杂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。二、胶体胶体是颗粒粒径在10-610-4mm之间的微粒，是许多分子和离子的集合体。天然水中的有机胶体多半是由于水中植物或动物肢体的腐烂和分解而生成的，其中主要为腐植质。天然水中的矿物质胶体，主要是铁、铝和硅的化合物。三、溶解物质在水中呈真溶液状态的物质有离子和分子，其颗粒粒径不大于10-6mm。天然水中的溶解物质大都为离子和一些溶解气体。第四节 水质指标一、悬浮物悬浮物的量虽然可以用重量法表示，但操作麻烦，所以常用大致可以表征悬浮物多少的透明度或浑浊度来表示。二、溶解盐类1.含盐量含盐量表示水中所含盐类的

8、总和，可以通过水质的全分析，用计算法求得。2.蒸发残渣蒸发残渣是表示水中不挥发物质的量。蒸发残渣的测定方法是取一定体积的过滤水样蒸干，最后将残渣在105110下干燥至恒重，其单位用mg/L表示。3.电导率利用水中离子指示水导电能力的大小的指标称做电导率。电导率的大小除了和水中离子量有关外，还和离子的种类有关，故单凭电导率不能计算其含盐量。但当水中各种离子的相对量一定时，则离子总浓度愈大，其电导率也愈大，所以在实际应用中可直接以电导率反映水中含盐量。三、硬度硬度是用来表示水中某些容易形成的垢类以及洗涤时容易消耗肥皂的一类物质。对于天然水来说，这些物质主要是钙、镁离子，所以通常把硬度看作是这两种离

9、子。因此，总硬度（或简称硬度）就表示钙、镁离子含量之和。四、碱度和酸度1.碱度碱度表示水中含OH-、CO32-、HCO3-量及其他一些若酸盐类量的总和。因为这些盐类在水溶液中都呈碱性，可以用酸中和，所以归纳为碱度。在天然水中，碱度主要由HCO3-的盐类组成。因为碱度是用酸中和的办法来测定的，所以当采用的指示剂不同，也就是滴定终点不同时，所测得的物质也不同。常用的指示剂为甲基橙和酚酞。当用甲基橙为指示剂时，终点pH值为4.34.5。通常所称的碱度，如不加特殊说明，就是指总碱度，即甲基橙碱度。碱度的单位为mmol/L（H+），这里H+表示中和用酸的基本单元。2.酸度酸度是指水中含有能与强碱（如Na

10、OH等）起中和作用的物质的量。在天然水中，酸度有H2CO3和HCO3-的盐类。五、有机物和耗氧量1.耗氧量利用耗氧量来表征有机物多少的原理是基于有机物具有可氧化的共性。通常将重铬酸钾（K2Cr2O7）法测得的耗氧量称为化学需氧量（CODCR），其理由是此法测得的数据比较接近余有机物完全氧化的耗氧量。有人将符号COD笼统地代表耗氧量，此时必须标明所用氧化剂，否则，意义含糊。2.生化需氧量生化需氧量表示用微生物氧化水中有机物所消耗的氧量，通常用符号“BOD”表示，单位为mg/LO2。第二章 水的沉淀处理第一节 胶体化学基础将水中杂质转化为沉淀物而析出的各种方法，称为沉淀处理。沉淀处理的内容包括：悬

11、浮物的自然沉降，混凝处理，沉淀软化等。混凝处理是一种应用广泛的水的沉淀处理方法。因为水的混凝处理关系到许多胶体化学问题，所以这里先介绍胶体的一般知识。一、胶体的稳定性胶体颗粒较小，在水溶液中受到来自各个方向水分子撞击的次数相对来说较少，各撞击力相互抵消的可能性也较少，因此它们在水中有不规则的运行，这称为布朗运动。胶体微粒有布朗运动，它们在水溶液中不会发生明显的沉降现象。有些胶体在水溶液中不易相互聚集成较大的颗粒，而是呈稳定的分散状态。促使水中胶体具有聚集稳定性的原因有以下三种：（1） 胶体表面带电；（2） 胶体表面有水化层；（3） 胶体表面吸附有某些促使胶体稳定的物质。二、胶体的亲水性与憎水性

12、胶体表面水化层的形成是由于胶体对水的亲和力。根据此种性能，胶体大致可分为亲水和憎水两类。亲水胶体的颗粒对水有很强的亲和力，而憎水胶体对水的亲和力很小。三、胶体的脱稳在水处理过程中，为了要除去水中胶体，必须使胶体脱稳。有以下途径：1.压缩双电层如在水溶液中投加某种电解质，则即使它是无关电解质，当加药量达到一定的数量时，也会发生胶体聚集的现象。2.网捕作用在进行水的混凝处理时，有些胶体的去除，是因为混凝所产生的沉淀物像一个滤网，它们沉降时将胶体夹带着一起沉淀。3.吸附与架桥如在水中投加可以吸附胶体的链状大分子，则因在一个大分子可以吸附多个胶体，大分子在胶体之间起了架桥作用。第二节 水的混凝处理一、

13、混凝原理混凝处理就是在水中投加一种名叫混凝剂的化学药品，这种药品在水中会促使微小的颗粒变成大颗粒而下沉。以混凝剂硫酸铝Al2(SO4)3为例，当它投入水中时，首先发生的是它的电离和水解，因而生成氢氧化铝：Al2(SO4)32Al3+3SO42-Al3+H2OAl(HO)2+H+Al(HO)2+H2OAl(HO)2+H+Al(HO)2+H2OAl(HO)3+H+这个过程很快，通常在30s内完成了。氢氧化铝是溶解度很小的化合物，它从水中析出时形成胶体。这些胶体在近乎中性的天然水中带正电荷。随后，它们在反离子（如SO42-）的作用力下渐渐凝聚成粗大的絮状物，然后在重力的作用下沉降。如凝絮过程如图所示

14、：二、影响混凝效果的因素混凝处理的目的是除去水中的胶体和悬浮物，所以，水的混凝效果，常以生成絮凝体的大小，沉降速度的快慢以及水中胶体和悬浮物残留量的多好来评价。影响混凝效果的因素很多，因为它包括有电离、水解、形成胶体、吸附和聚沉等许多过程，任何一种干扰这些过程的工作条件都会反映到混凝效果上。1.水的pH值用铝盐作混凝剂时，最优pH值一般介于6.57.5之间。2.混凝剂的用量最优加药量与水中胶体的量有关，在不同的具体情况下应试验求得最优加药量，然后，在运行中再根据实际处理效果加以调整。天然水的最优加药量一般为0.10.5mmol/L（Al3+）3.水温用铝盐作为混凝剂时，水温对混凝效果有很大影响

15、。当水温很低（如低于5）时，产生的凝絮细而松、含水分多，沉降很慢，所以效果差。4.水和混凝剂的混合速度水和混凝剂的混合速度关系到混凝剂在水中分布的均匀性和胶体颗粒间碰撞的机会，故它是影响混凝过程的一个重要因素。搅拌速度最好由快转慢。水中刚加入混凝剂时，需要快速搅拌，因为混凝剂在水中的水解和形成胶体的速度非常快，所以要用快速搅拌方能生成大量小粒的氢氧化物胶体，并使它迅速地扩散到水的各个部分，及时地和水中杂质起作用。5.水中杂质当天然水中含有大量分子较大的有机物时，它们会吸附在胶体的表面上，起到保护胶体的作用，使胶粒之间不容易聚集。6.接触介质当进行混凝或其他沉淀处理时，如在水中保持一定数量的泥渣

16、层，则可以使沉淀过程更完全，沉淀速度加快。在这里泥渣层起到接触介质的作用。三、混凝剂可用作混凝剂的化合物有多种。常见的混凝剂是一些在分子中有高价阳离子的无机盐类。1.铝盐可用作混凝剂的铝盐有多种，如硫酸铝、明矾、铝酸纳。2.铁盐常用作混凝剂的铁盐，一般为硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）。3.无机高分子混凝剂-聚合铝和聚合铁（1）聚合铝。聚合铝是一类化合物的总称，在这类化合物中包含有Al(HO)3聚合成的无机高分子和其他组成物。水处理工艺常用的聚合铝属于聚氯化铝（简称PAC），它是一种由碱式氯化铝聚合而成的无机高分子化合物。聚合铝组成中的OH和Al的相对含量对其性质有很大影响。此量常用

17、碱化度B来表示。其意义为它们浓度的百分比，即B=×100%式中OH-聚合铝中OH的浓度，mol/L； Al -聚合铝中Al的浓度，mol/L。碱化度是聚氯化铝的一个重要指标，它对该混凝剂的影响是：碱化度约在30%以下时，混凝剂全部由小分子构成，混凝能力低；随着碱化度的上升，胶性增大，混凝能力上升。若碱化度过大时，溶液不稳定，会生成氢氧化铝的沉淀物。一般，B值控制在50%80%之间。由于聚合铝加到水中时可以直接形成高效能的聚合离子，不经水解和聚合反应，所以它具有以下优点：1）使用范围广。对于低浊度水、高浊度水、有色水和某些工业废水等，都有优良的混凝效果。2）用量少。按Al2O3计，其用

18、量可减少到硫酸铝的。3）操作容易。一般pH值为78都可取得良好的效果，低温时效果仍稳定。4）形成凝絮快。5）加药过多也没有害处。（2）聚合硫酸铁。聚合硫酸铁是一种以铁的硫酸盐为原料，经过加工制造成的无机高分子混凝剂。其通常是一种棕红色粘稠液体，聚合硫酸铁的混凝能力强，除色和除有机物的效果由于铁盐，对于低温和低浊度水，也能取得良好效果。4.此外，还有镁盐混凝剂、电混凝、混凝辅助剂等混凝方式。四、有机高分子絮凝剂1.类别用作有机高分子絮凝剂的化合物必须是线型或带枝节的线型聚合物。聚合物的链节数以10005000为宜，过多，会失去水溶性；过少，絮凝作用不佳。在高分子链上还必须有能起吸附作用的基团，如

19、-COOH、-SO3H、-CONH2等。有机高分子絮凝剂在水中可电离，是一种电解质。根据其电离后聚合离子所带电荷性质的不同，它们可分为阳离子型、阴离子型和非离子型三类。按照其高分子的组成，它们又可分为聚乙烯、聚酰胺、聚胺和聚丙烯等型。2.应用在我国，使用最广的有机高分子絮凝剂为聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺常作为助凝剂，与其他混凝剂一起使用。第三节 沉降原理“沉淀”是指水中杂质形成沉淀物和自水中析出的全过程，而“沉降”仅指固体因重力作用而下沉的过程。一、悬浮颗粒的絮凝性水中有些颗粒在沉降时会发生粘合的现象，这种性能称为絮凝性。二、离散沉降离散沉降是指离散颗粒在稀悬浮液中的沉降过程。三、絮凝沉降天然水中

20、的悬浮颗粒或多或少具有絮凝性。当采用混凝处理时，颗粒的絮凝性更强，所以在水净化工艺中，发生的常常是絮凝性颗粒的沉降，所谓絮凝沉降。四、层状沉降如水中悬浮颗粒的量较多，则它们在水中沉降时常常会形成一个由许多颗粒聚集成的“毯状毯”。此时，可看到水体中有一个清水和浑水的交界面在不断下移。此种沉降称为层状沉降。第四节 沉淀处理设备沉淀处理用的设备可分为沉淀池和澄清池两类，运行中池中不带悬浮泥渣层的设备称沉淀池，带泥渣层的称澄清池。本节根据我公司实际情况，仅介绍澄清池。泥渣循环式澄清池的特征为，设备中有若干泥渣作循环运行，即泥渣区中有部分泥渣回流到进水区，与进水混合后共同流动，待流至泥渣分离区，进行澄清

21、分离后，这些泥渣又返回原处。这类澄清池中常见的为机械搅拌澄清池和水力循环澄清池。现就机械搅拌澄清池进行阐述。机械搅拌澄清池（1）工作原理。机械搅拌澄清池又叫作加速澄清池。它通常由钢筋混凝土构成的，横断面呈圆形，内部有搅拌装置和各种导流隔墙，见图所示。其运行流程为：原水由进水管1进入截面积为三角形的环形进水槽2，通过槽下面的出口孔或缝隙，均匀地流入澄清池的第一反应室3，在这里由于搅拌上叶片的搅动，进水和大量回流泥渣混合均匀；第一反应室中夹带有泥渣的水流被搅拌器上的涡轮提升到第二反应室4，在这里进行絮凝长大的过程；然后，水流经设在第二反应室上部的四周的导流室5（消除水流的紊动），进入分离室6；在分

22、离室中，由于其截面较大，故水流速度很慢，泥渣和水可分离，分离出的水流入集水槽7；集水槽安置在澄清池上部的出水处，以便均匀地集取清水。在此设备中泥渣的流动情况是，由分离室分离出来的泥渣大部分回流到第一反应室，部分进入泥渣浓缩室。进入第一反应室的泥渣，随水流动；进入泥渣浓缩室的泥渣定期排走。澄清池底部设有排污管，供排空之用。此外，在环形水槽上部还设有排气管，以排除进水带入的空气。机械搅拌器的结构是上部为涡轮，下部为叶片。涡轮的机构与作用类似于泵，它是用来将夹带有泥渣的水提升到第二反应室。在第二反应室和导流室中设有导流板，其目的是缓和搅拌器提升水流时产生的旋流现象，减轻对分离室中水流的扰动，有利于泥

23、渣和水的分离。第三章 水的过滤过程第一节 水的过滤过程天然水经过混凝处理后，虽然已经将其中大部分悬浮物除掉，从外观上看页常常是清澈透明的，但实际上水中免不了残留少量细小的悬浮颗粒，所以还需要进一步对悬浮物进行处理，否则，当进行离子交换处理时，会污染交换剂，妨碍运行。进一步除去水中悬浮物的常用方法为过滤。一、滤料用作滤料的物质，应具备以下条件；化学性能稳定，不影响出水水质；机械强度良好，使用中不碎裂；粒度适当。此外，还应当价廉，便于取材。常用的滤料为石英砂、无烟煤、大理石等。1.化学稳定性为了试验滤料的稳定性，可在一定条件下，用中性、酸性和碱性水溶液浸泡各种滤料，以观察此水溶液被污染的情况。2.

24、机械强度滤料应有足够的机械强度，以减少因颗粒间互相摩擦而破碎的现象。3.粒度粒度是指一堆粒状物料颗粒大小的情况。二、过滤工艺1.过滤运行过滤运行成循环状，是由过滤、反洗和正洗三个步骤组成一个周期。当粒状滤料工作到滤层中截留有多量泥渣时，为了恢复它的过滤能力，需要将滤层进行冲洗。冲洗的第一步是用快速水流由下向上通过滤层，将滤层中截留下来的泥渣和因滤料颗粒碎裂而生成的粉末冲走，这称为反洗。第二步是按与过滤运行相同的方式通水，只是将不合格的出水排走，这称为正洗。待正洗至出水合格时，便可重新投入过滤运行。2.过滤效果过滤的运行效果，通常由两个方面来评价：一是出水水质，也就是水中残留悬浮物的多少；二是滤

25、层的截污能力。3.滤速水流通过滤层的真流速应该是水在滤料的颗粒与颗粒之间孔隙中的流速。4.反洗强度反洗水流速的大小可用“反洗强度”来表达，通常按每秒钟内流过每平方米过滤截面的反洗水量来表示。第二节 过滤器过滤设备有多种类型，按工作压力可分为压力式和重力式；按滤层的组成可分为单层和多层；按水的流向可分做下向流、上向流和双流；按运行状况可分为恒流和恒压。习惯上，把密闭的容器式过滤设备称为过滤器。工业上用的过滤器通常由圆柱形钢制容器所组成，在压力下运行，属于压力式过滤器。一、普通过滤器最简单的压力式过滤器是用单层滤料、下向流式。这种过滤器的机构和运行都较简单，它最先被采用，现在还在应用。1.结构图3

26、-7所示为普通过滤器结构的示意。此种过滤器本体内安置的装备有：进水装置、配水系统，有时还有进压缩空气的装置。在本体的外面设有各种必要的管道、阀门和仪表等。（1）进水装置。进水装置是用来送入需过滤的水，有时兼起反洗排水的作用。在普通过滤器中，进水装置和滤层之间隔着一段空间，它是为了反洗时滤层膨胀的需要二设置的。在过滤运行时，此空间一直充满水，故称它为水垫层。水垫层的存在，可以起到促进水流均匀的用作，所以在普通过滤器中，进水装置的结构形式往往不是影响滤层中水流分布的主要因素，因而可以采用比较简单的结构，如在进水管出口端设置一个口向上的漏斗。 （2）配水系统。设于普通过滤器下部的配水系统是用来安置滤

27、料，排出经过滤的水和送入反洗用水。它的作用除了保证水流在滤层中分布均匀外，还可防止滤料泄漏。配水系统的类型较多，现在常使用的有配水帽式、滤布式和砂砾式等。1）配水帽式。配水帽是一种带有缝隙（或小孔）的部件，它安装在配水支管上，水由缝隙流经支管进入配水总管。配水帽可由塑料、铜锡合金或陶瓷等制成。它的形式很多，有缝隙式、叠片式、长柄式等。2）支管开缝式。水由开缝处流经支管进入总管。缝的宽度应根据滤料的大小而定，一般比滤料的最大颗粒小0.4mm。3）滤布式。滤布的应用有两种方式：一种为配水系统呈总管支管形式，滤布包在带孔的配水支管上；一种为将滤布铺在两块穿孔板之间。为防止漏滤料，滤布的网孔比较小，为

28、4060目。在运行中滤布的网眼易于因滤料碎末的堵塞而增大阻力。4）砂砾式。砂砾式配水系统是由细砂和砾石堆积而成的。2.运行普通过滤器的运行流速约810m/h，当它运行到水流通过滤层的压力降达到规定值时，停止过滤运行，开始反洗。此时，将过滤器内的水排放到滤层的上缘为止，然后送入强度为1825L/（s·m2）的压缩空气，吹洗35min后，在继续供给空气的情况下，向过滤器内送入反洗水，其强度应使滤层膨胀10%15%。反洗水送入23min后，停止送空气，继续用水再反洗11.5min，此时反洗水的强度应使滤层膨胀约达40%50%。最后，用水正洗直至出水合格，方可开始正式过滤运行。二、双流式过滤

29、器在普通过滤器中虽然有机械筛分和接触凝聚两种作用，但由于水流是先通过小颗粒滤料，后通过大颗粒滤料，所以起主要作用的是表层滤料的截留作用。至于滤层中滤料颗粒的接触凝聚能力，并不能充分发挥出来。为此，出现了双流式过滤器的设计。在此过滤器中，进水分为两路：一路由上部进，另一路由下部进，经过过滤的水，都由中部流出。三、多层滤料过滤器为了改变普通过滤器中滤料是“上细下粗”的不利排列方式，办法之一就是采用多层滤料过滤器。1.双层滤料过滤器双层滤料过滤器的机构与普通过滤器相同，只是在滤床上分层安放着两种不同的滤料。上层为相对密度小、粒径大的滤料，下层为相对密度大、粒径下的滤料，通常采用的是上层无烟煤，下层石

30、英砂。由于无烟煤的相对密度为1.51.8，而石英砂为2.65左右，它们有较大的差别，所以，即使无烟煤颗粒的粒径较大，在反洗后，它仍能处于颗粒较小的石英砂的上面。滤料颗粒层呈上大下小的状态对过滤过程很有利，因为进水有上部送入时，首先遇到的是颗粒较大的无烟煤滤料，过滤作用可以深入到滤层中，发生渗透过滤作用。下层较小的颗粒也能截取一部分泥渣，起到保证出水水质的作用。双层滤料与单层的相比，其截污能力较大，水头损失增加比较缓慢，滤速可提高，工作周期可延长。双层滤料能否良好地运行，煤砂颗粒的选择是关键问题。这必须做到反洗时煤砂分层良好，否则小颗粒砂子混在大颗粒煤粒中，有可能使滤层中的孔隙比单纯用砂粒的还小

31、，这不利于过滤。2.三层滤料过滤器三层滤料的原理和结构与双层滤料床相似，它相当于在双层滤料床下面加了一层相对密度更大，颗粒更小的滤料。三层滤料过滤器的上层为无烟煤，中层为石英砂，下层可采用石榴石、磁铁矿或钛铁矿等矿砂作滤料。第三节 滤池滤池是一种用来过滤水的建筑物，大都采用钢筋混凝土制成的池子。这里重点介绍无阀滤池。一、无阀滤池无阀滤池是因为没有阀门而得名。无阀滤池的机构形式很多：有压力式的，有重力式的；截面积可以是圆形的，也可以是方形的。压力式和重力式无阀滤池的结构原理是相同的，压力式无阀滤池只适用于小型供水的场合，热力发电厂中常用的是重力式的。下面以重力式无阀滤池为例，加以叙述。1.组成部

32、分重力式无阀滤池如图所示。它的主体自上而下分成三个部分，即冲洗水箱6、过滤室4和集水室5。此外，还有由堰口、进水槽1和U形进水管2组成的进水装置和虹吸上升管7、虹吸下降管8、虹吸辅助管9、水封槽13等组成的虹吸装置。2.运行概况无阀滤池的运行过程大致为：有进水管送入的水通过滤层，汇集到下部集水室，再由连通管流至上部冲洗水箱。当此水箱中盛满水后，便开始向外送水。其失效和清洗的情况为：随着运行时间的增长，滤层中阻力增大，于是虹吸上升管内的水面随之升高。当阻力继续增加使水面上升到虹吸辅助管口时，水即自此管中急剧下落，这时主虹吸管中空气便通过抽气管10不断抽走，因而主虹吸管中产生负压，使虹吸管上升管和

33、下降管中的水面均很快地上升。当此两股上升的水流汇合后，便形成虹吸，这时过滤室中的水立即被虹吸管抽走，冲洗水箱中的水迅速倒流至滤层中，形成自动反冲洗。这样，冲洗水箱中水位便下降，当它降到虹吸破坏管11的管口以下时，由于空气进入虹吸管内，虹吸作用遭到破坏，冲洗过程结束，进入下一个运行循环。无阀滤池中设置的进水槽和U形进水管，是为了避免空气吸入池内。因为当有空气吸入时，在运行后期可能形不成虹吸。而且如不设此U形管，则在反洗后期，进水管就成了虹吸破坏管。无阀滤池开始滤水到虹吸管中开始抽气之间的时间，称为工作周期，它一般在几小时到十几小时之间。冲洗形成时间为23min，冲洗时间约为45min。无阀滤池应

34、每隔半年左右进行一次内部检修。二、其他过滤水过滤除采用过滤器过滤外，还可采用单阀和双阀滤池、虹吸滤池过滤，以及混凝过滤、变孔径过滤、纤维过滤、吸附过滤、循环清洗高速过滤等方式。这里重点介绍吸附过滤中的活性炭过滤。在水溶液中，常用的吸附剂有活性炭、硅胶、活性铝和硅藻土等。活性炭是由动物炭、木炭或沥青炭等经过药剂处理或高温焙烧等活化过程而制成的。活化的目的是造成细孔，扩大吸附面积。活性炭的比表面积很大，达5001500m2/g。活性炭的表面和内部有许多相互连通的毛细孔道，孔径由1100nm以上，每克活性炭的细孔总容积可达0.61.8mL。用于吸附过滤的活性炭都是制成颗粒状的，其粒径通常为14mm。

35、第四章 离子交换的基本知识为了除去水中离子态杂质，现在采用最普遍的方法是离子交换。这种方法可以将水中离子态杂质请出得比较彻底，因而能制得很纯的水。所以，在热力发电厂锅炉用水的制备工艺中，它是一个必要的步骤。离子交换处理，必须用一种称作离子交换剂的物质（简称交换剂）来进行。这种物质遇水时，可以将其本身所具有的某种离子和水中同符号的离子相互交换，如Na型离子交换剂遇到含有Ca2+的水时，就发生如式（4-1）的交换反应：2RNa+Ca2+R2Ca+2Na+ （注：R表示离子交换剂机构中不可交换的部分）反应结果，水中Ca2+被吸着在交换剂上，交换剂转变成Ca型，而交换剂上原有的Na+跑入水中，这样水中

36、的Ca2+就被除去了。转变成Ca型的交换剂，可以用钠盐溶液通过的办法，使其再变成Na型的交换剂，以便重新使用。 离子交换剂的种类很多，有天然和人造、有机和无机、阳离子型和阴离子型等之分，此外，按结构特征来分，还有大孔型和凝胶型等。现在普遍使用人工合成的离子交换树脂。一、离子交换树脂的结构离子交换树脂属于高分子化合物，结构比较复杂， 离子交换剂的结构可以被区分为两个部分：一部分具有高分子的结构形式，称为离子交换剂的骨架；另一部分是带有可交换离子的基团（称为活性基因），它们化合在高分子骨架。所谓“骨架”，是因为它具有庞大的空间结构，支持着整个化合物，像动物的骨架支持着肌体一样，从化学的观点来说，它

37、是一种不溶于水的高分子化合物。高分子化合物一般是由许多低分子化合物头尾相结合、连成一大串而形成的。这些低分子化合物称为单体，此化合过程称为聚合或缩合。离子交换树脂，根据其单体的种类，可分为苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等。苯乙烯系是现在我国电厂有得最广泛的一种，我公司使用的也是苯乙烯系离子交换树脂。二、离子交换树脂的性能1.物理性能（1）外观1）颜色。离子交换树脂是一种透明或半透明的物质，依其组成的不同，呈现的颜色也各异：苯乙烯系呈黄色，其他也有黑及赤褐色的。树脂的颜色和它的性能关系不大。2）形状。离子交换树脂一般均呈球形。树脂呈球状颗粒数占颗粒总数的百分率，称为圆球率。对于交换柱水处理工艺来说，

38、圆球率愈大愈好，它一般应达90%以上。（2）粒度树脂颗粒的大小对水处理的工艺过程有较大的影响。颗粒大，交换速度就慢；颗粒小，水通过树脂层的压力损失就大。如果各个颗粒的大小相差很大，则对水处理的工艺过程是不利的。这首先是因为小颗粒堵塞了大颗粒间的孔隙，水流不匀和阻力增大；其次，在反洗时流速过大会冲走小颗粒树脂，而流速过小，又不能松动大颗粒。用于水处理的=树脂颗粒粒径一般为0.31.2mm。（3）密度离子交换树脂的密度是水处理工艺中的实用数据。例如在估算设备中树脂的装载量，以及在采用混合床、双层床等工艺时，都需要知道它的密度。（4）含水率离子交换树脂的含水率是指它在潮湿空气中所保持的水量，它可以反

39、映交联度和网眼中的孔隙率。树脂的含水率愈大，表示它的孔隙率愈大，交联度愈小。（5）溶胀性当将干的离子交换树脂浸入水中时，其体积常常要变大，这种现象称为溶胀。（6）耐磨性交换树脂颗粒在运行中，由于互相磨轧和胀缩作用，会发生碎裂现象，所以其耐磨性是一个影响其实用性能的指标。此外离子交换树脂还有溶解性、耐热性、抗冻性、耐辐射性能、导电性等物理性能。2.化学性能1）离子交换反应的可逆性离子交换反应是可逆的，例如当以含有硬度的水通过H型离子交换树脂时，其反应如下2RH+Ca2+R2Ca+2H+ 当反应进行实效后，为了恢复离子交换树脂的交换能力，就可以利用离子交换反应的可逆性，用硫酸或盐酸溶液通过此失效的

40、离子交换树脂，以恢复其交换能力，其反应式如下R2Ca+2H+2RH+Ca2+离子交换反应的可逆性，是离子交换树脂可以反复使用的重要性质。2）酸、碱性H型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂的性能与电解质酸、碱相同，在水中有电力出H+和OH-的能力。因此，根据此能力的大小可以有强弱之分。强酸性H型交换树脂在水中电离出H+的能力较大，所以它很容易和水中其他各种阳离子进行交换反应；而弱酸性H型交换树脂在水中电离出H+的能力较小，故当水中有一定量的H+时，就显示不出交换反应。3）中和与水解离子交换树脂的中和与水解的性能和通常的电解质一样，H型离子交换树脂和碱溶液会进行中和反应，它的水解反应也和通常电解

41、质的水解反应一样，当水解产物有弱酸或弱碱时，水解度就较大。4）离子交换树脂的选择性离子交换树脂吸着各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸着，但吸着后要把它置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。5）交换容量离子交换树脂的交换容量表示其可交换离子量的多少。第五章 水的阳离子交换处理水经过混凝和过滤等预处理后，虽然可除去其中的悬浮物和胶态物质，但硬度并没有改变，且碱度一般仍然较高，即使在水的预处理中采用沉淀软化，水中残留的硬度仍比锅炉补给水对硬度的要求高许多倍，还不能用作锅炉的补给水，必须作进一步软化处理。目前用的最广的软化方法是离子交

42、换：低压锅炉用水可用钠离子交换处理；中、高压锅炉用水可用二级钠离子交换处理。第一节 固定床离子交换的原理固定床是动态离子交换的一种形式，它是指运行中离子交换剂层固定在一个交换器中。固定床的运行方式，通常是使水由上向下不断地通过交换剂层。一、水中阳离子只有Ca2+时和Na离子交换剂的交换当将水由上部通入交换剂时，水中Ca2+首先遇到处于表面层的交换剂，与Na+进行交换。所以这层交换剂通水后总是很快就失效了。此后水再通过时，其中的Ca2+已不和此表面交换剂进行交换，交换作用就渗入到处于下一层的交换剂。此后，整个交换剂层可分为三个区域：上部是已失效的交换剂层，在这一层中由于前期的运行，交换剂均呈Ca

43、型，进水通过它后水质没有变化，故这一层称为失效层（也叫饱和层）；在它下面的一层为工作层，水经过这一层时，水中的Ca2+和交换剂中的Na+逐步进行交换反应，直到它们达到平衡；最下部的交换剂层是未参加工作的一层，因为通过工作层后的水质已达到与这里的离子交换剂呈平衡状态。由此可知，交换器的运行，实质上是其中交换剂工作层自上而下不断移动的过程。当工作层还处于离子交换剂层的中间时，出水水质一直是良好的。当工作层的下缘移动到和交换器中交换剂层的下缘相重合时，如再继续运行，势必交换不完全而使出水中Ca2+的残留量增加。以后如再运行时，水中Ca2+的残留量就会较快地上升。在实际运行中，为了保证一定的出水水质，

44、当运行到残留Ca2+量增加的一定时，通常即停止运行。所以在离子交换器的最下部，有一层不能发挥其全部交换能力的交换剂层，它只起到保护出水水质的作用，这部分交换剂层称为保护层。在运行中交换剂保护层的厚度是一个对实际运行有影响的数据。如果此厚度大，Ca2+残留量就会提前增加，交换剂的工作交换容量就小；反之。保护层薄，工作交换容量就大。由此可知，当增加离子交换剂层高度时，全部离子交换剂交换能力的平均利用率会提高。所以热力发电厂水处理用的离子交换剂层的高度，一般最低不小于1.0m，有的高达3.5m以上。交换剂过高的缺点是水通过交换剂层的压降太大，给运行带来困难。二、水中含Ca2+、Mg2+和Na+时和H

45、离子交换剂的交换实际上，天然水中不会只含单纯一种阳离子，通常都含有多种阳离子，所以离子交换过程就很复杂。图5-4画出了水中同时含有Ca2+、Mg2+、Na+三种阳离子时进行的H离子交换，而且再生和运行都是从上向下通过交换剂层情况下离子变动的过程。图5-4表示再生、清洗后，在交换剂层不同高度处Ca、Mg、Na、H四种离子量的分布情况。当水流由上向下运行时，也由于上部的交换剂先与进水接触，交换反应首先在这里进行。因各种阳离子选择性的不同，经一段时间的运行，交换剂层中各离子型态的分布，从上向下大致是Ca、Mg、Na所占的比例依次增大。如图5-4（b）所示。之所以出现这种情形，是因为当交换器不断进水时

46、，Ca2+比Mg2+和Na+更容易被交换剂吸着，进水中的Ca2+可和吸着了Mg2+的交换剂进行交换，使吸着Ca2+的交换剂量不断扩大；当被交换出来的Mg2+连同水中的Mg2+一起向下流遇到Na型交换剂时，Mg2+会置换Na+，结果使Mg型交换剂量也不断增多，分布位置也下移；同理，Na型交换剂的量也会不断增多，分布位置也下移。当交换器运行到图5-4（c）的状态时，如再运行，出水中将有Na+出现，酸度也开始下降，在要求严格的场合，交换器应停止运行，进行再生。当只要求除去水的硬度，不要求除去Na+时，即使交换后的水中出现Na+，交换器仍可运行，直到出水中有Ca2+、Mg2+穿透时再停止运行，进行再生

47、。第二节 固定床离子交换固定床离子交换的运行方式是以离子交换剂为滤料，对水进行过滤。因此， 常用作固定床的离子交换器和压力式过滤器结构相似，只是在离子交换器中设有进行再生液的装置。固定床离子交换器按其再生运行方式不同，可分为顺流、对流和分流三种。顺流式就是指运行时水流的方向和再生时再生液流动的方向是一致的，通常都是由上向下流动。因为用这种方法的设备和运行都较简单，所以从前用得比较多。现在，只在进水水质较好时才应用。分流再生是在床层表面下约400600mm处安装排水装置，使再生自上、下部同时进入，废液自中间排水装置中排出。运行时水流自上而下通过床层，所以在这种交换器中，下部床层为对流再生，上部床

48、层为顺流再生。逆流再生式为了克服顺流再生方式有底层交换剂再生程度低的缺陷，现在广泛采用对流再生方式，即运行时水流方向和再生时再生液流动方向相对进行的水处理工艺。习惯上将运行时水流向下流动、再生时再生液向上流动的对流水处理工艺称为逆流再生工艺。阳离子交换器实效后离子在交换剂层中的分布如下图所示：上层完全是失效层，被Ca2+、Mg2+、Na+所饱和，下层是部分实效的交换剂层。逆流再生时，下层部分实效的交换剂总是和新鲜的再生液接触，故可得到很高的再生度，越往上交换剂的再生度越低。这种分布情况对交换很有利。因为运行时，出水接触的是这部分再生对彻底的交换剂，因此出水水质好。上层交换剂虽然再生不彻底，但运

49、行时它首先与进水相接触，此时水中反离子浓度很小，故这部分交换剂仍能进行交换，故其交换容量得到充分的发挥。交换器的结构在用逆流再生工艺时，必定要有液体向上流动的过程，由于这一特点，逆流交换的工艺过程就要比较复杂一些。因为当液体通过交换剂层上流时，如其流速稍微快了一些，就会发生和反洗一样的使交换剂层松动的现象。这样，交换剂层的上下次序完全打乱，通常称为乱层。为此，在采用逆流再生工艺时，设备的结构和运行操作的特点都要注意防止液体上流时发生乱层的现象。逆流再生式离子交换器的机构如图所示。为了防止再生液和清洗水上流时发生乱层，逆流再生式离子交换器在交换剂层的表面部分设有排水系统，使向上流动的再生液或冲洗

50、水能均匀地从此排水装置中排走，不会因为有水流流向交换剂层上面的空间，而将交换剂层松动。逆流交换器中间排水装置的结构，主要是要求不漏交换剂颗粒，分布均匀。它在交换器中应安装牢固，防止运行中被水流冲坏。目前中排装置常用的形式是母管支管式。母管置于树脂层上面，阻力较小，也不至于造成中部死区。支管是以短管与母管连接，用不锈钢螺栓固定。在中间排水装置之上，交换剂层上加一层厚约150200mm的粒状物质作为压脂层， 这是为了使液体上流时不乱层。第六章 水的离子交换除盐第一节 阴离子交换树脂的工艺性能阴离子交换和阳离子交换作用相同，是同符号离子间的相互交换，也有可逆性，是按等物质的量进行的。但阴离子交换剂的

51、交换能力、选择性和化学稳定性等方面和阳离子交换有差别，而且水中需要用它除去的某些阴离子也有特殊性，所以它的使用条件就和阳离子交换剂有些不同。一、强碱性阴树脂的工艺性能强碱性OH型交换剂可以用来和水中各种阴离子进行交换，在稀释液中它对各种阴离子的选择性为SO42- NO3-Cl-OH-F-HCO3-HSiO3-。由此可知，它对于强酸阴离子的系着能力很强，对于弱酸阴离子则吸着能力较小。对于很弱的硅酸，虽然能吸着其HSiO3-，但吸着能力很差。如果它和水中硅酸盐NaHSiO3反应，生成物中有强碱NaOH：ROH + NaHSiO3RHSiO3 + NaOH此时，由于出水中有大量反离子OH-，交换反应

52、就不能彻底，除硅的作用往往不完全，难以满足高参数锅炉的要求。所以在水处理工艺中，必须设法排除OH-的干扰，创造有利于吸着HSiO3-的条件。现在普遍采用的办法是先将水通过强酸性H型交换剂，使水中各种盐类都转变为相应的酸。这样，在用强碱性OH型交换剂处理时，由于交换产物中有电离度非常小的H2O，故可防止水中OH-的干扰，反应式：ROH + H2SiO3RHSiO3 + O2H二、弱碱性阴树脂的工艺性能弱碱性阴树脂只能吸着SO42-、Cl-、NO3-等强酸根，对弱酸根HCO3-的吸着能力很弱，对于更弱的酸根HSiO3-不能吸着。不仅如此，而且弱碱性OH型树脂对于这些酸根的吸着是有条件的，那就是吸着

53、过程只能在酸性溶液中进行，或者说只有当这些酸根成酸的型态时才能被吸着，如反应式所示：R（NH3OH）2 + H2SiO3R（NH3）2SO4 + 2O2HRNH3OH + HClRNH3Cl + O2H至于在中性溶液中，弱酸性OH型树脂就不能和它们进行交换。这是弱碱性树脂不同于强碱性树脂的地方。强碱性OH型树脂能和中性盐反应，将它们转变成碱。阴树脂的碱性越强，将中性盐转变成氢氧化物的能力也越大，这种性能称为分解中性盐的能力。而弱碱性OH型树脂没有这种能力。用弱碱性阴树脂处理水时，对水的pH值有一定的限制。当水的pH值过大时，可以看作由于水中OH-浓度大，它抑制了树脂的电离。不再具有可交换性能；

54、也可看作由于弱碱性阴树脂对OH-的选择性较强，优先吸着OH-，所以当水中OH-较多时，别的离子无法取代它。虽然弱碱性OH型树脂的交换性能不如强碱性的好，但它极易用碱再生。在离子交换除盐系统中，弱碱性OH型树脂常常是和强碱性OH型树脂联合使用的，所以它还可以利用再生强碱性OH型树脂后的废液来再生。第二节 一级复床除盐将H型阳床和OH型阴床组成的系统称为复床，原水只一次相继地经过H型和OH型交换器称作一级。一、原理进入除盐系统的原水中，常含有Ca2+、Mg2+、Na+等阳离子和SO42-、Cl-、HCO3-等阴离子，以及弱酸H2CO3和H2SiO3。当此水通过强酸性H型树脂层是，水中的各种阳离子均

55、被树脂吸着，树脂上的H+被置换到水中。所以，此H型交换器的出水呈酸性，其中含有和进水中阴离子相应的H2SO4和HCl等强酸，以及H2CO3和H2SiO3等弱酸。这种含有CO2和其他无机酸的水，先经除碳器除去CO2，之后，通过强碱性OH型树脂时，水中的各种阴离子均被树脂吸着，树脂上的OH-被置换到水中，与水中的H+结合成水。通过一级复床除盐的出水水质：硅酸达0.1mg/L以下，电导率达5S/cm以下。 二、运行1.强酸性H型交换器在除盐系统中，为了要除去水中的H+以外的所有阳离子，必须在有漏Na+现象时，即停止运行，进行再生。当强酸性H型树脂交换器经再生后冲洗时，出水中各种杂质的含量便迅速下降，

56、但出水水质达到一定标准时就可投入运行，以后，水质就保持平稳。当出水中开始漏Na+现象时，即停止运行。2.强碱性OH型交换器因为强碱性OH型交换器常设在强酸性H型交换器的后面，所以它的进水中各种阴离子都以酸的形态存在。在强碱性OH型交换器正常运行中，出水的pH大都在79之间，电导率为25S/cm,含硅量以SiO2计为1020g/L。当强碱性OH型树脂实效时，由于有酸漏过，pH值下降；与此同时，集中在交换剂层下部的硅漏出，致使出水中硅含量上升。至于电导率，则常常出现先略微下降，而后上升的情况。第三节 混合床除盐经一级离子交换除盐系统处理过的水质虽已较高，但还不能满足许多工业部门对水质的要求。为了得到更好的水质，人们曾采用过二级复床除盐系统（即在一级复床除盐后面又加一级复床）。近年来，随着生产技术的发展，有些工业部门对水质的要求更高了，以至二级复床除盐也不能满足要求，再增加除盐设备的级数，会使除盐系统越来越复杂。为此，现在常采用一种在同一交换器中，完成许多级阴、阳离子交换过程，以制出更纯的水的方法，这就是常称的混合床除盐。一、原理混合床离子交换法，就是把阴、阳离子交换树脂放在同一个交换器中，并且在运