第3章 锅炉用水预处理

1、工业锅炉水质处理工业锅炉水质处理课件（课件（3）第第3 3章章 锅炉用水的预处理锅炉用水的预处理3.1 地表水的预处理地表水的预处理用水处理可分为：a浮游物、着色物等的去除b.溶解盐类的去除c.溶存气体的去除实际上是指利用气曝法、凝集、过滤、离子交换等，单独或合并操作，依原水的水质及水的用途而决定合适的方法，进行处理以达到用水水质。工艺流程的选择要从技术、经济方面进行分析比较。合理的工艺形式应为操作管理方便、节能、减少药耗，在满足使用功能的前提下，从投资和运行成本综合考虑。pH=6.0-7.5 电导率电导率 100s/cm 浊度浊度30NTU 色度色度50ppm 总硬度总硬度40ppm 碱度碱

2、度50ppm 总溶解性固体总溶解性固体130ppm 硫酸盐硫酸盐10ppm 氯化物氯化物5ppm 钙钙30ppm 镁镁20ppm 钾钾+钠钠15ppm 锰锰0.007ppm 铁铁0.5ppm COD60ppm SiO215ppm 原水水质：原水水质：u火力发电的水汽循环系统火力发电的水汽循环系统 火力发电厂的水汽循环系统可分为火力发电厂的水汽循环系统可分为凝汽凝汽和和凝凝汽兼供热汽兼供热两种形式。两种形式。 凝汽式凝汽式是指只发电不供热的凝汽式发电厂的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量

3、很小，一般为锅炉蒸发量的24%。 凝汽兼供热式凝汽兼供热式是指除发电外，兼向附近工业是指除发电外，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。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热力发电厂水汽循环系统主要流程见图3-13-1。图图3-1 3-1 热力发电厂水汽循环系统主要流程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：分汽水损失，大致有如下几个方面： (1)(1)系统内水汽循环

4、损失：系统内水汽循环损失： 如汽包锅炉的排污，各种排汽损失如汽包锅炉的排污，各种排汽损失锅炉锅炉安全门、过热器放汽门、汽轮机轴封、抽汽器、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除氧器等的排汽，各种水箱的溢流和管道的跑冒滴漏等等。滴漏等等。 (2)(2)对外供汽损失对外供汽损失 对非生产、生活供汽大部分不能返回。对非生产、生活供汽大部分不能返回。 (3)(3)厂内其它用汽损失厂内其它用汽损失 如采暖、生活用汽等等。如采暖、生活用汽等等。 根据水在水汽循环系统中所经历的过程，我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。们赋予这些水

5、以不同的名称。 (1)(1)生水生水 生水是未经处理的天然水，如地下水、江河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。水、水库湖泊水等等。 (2)(2)锅炉锅炉补给水补给水 生水经水处理车间净化后，用于补充发电厂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。水汽损失的水，叫锅炉补给水。 (3)(3)汽轮机汽轮机凝结水凝结水 蒸汽在汽轮机中做功后在凝汽器中冷凝的水。蒸汽在汽轮机中做功后在凝汽器中冷凝的水。 (4)(4)疏疏水水 各种用汽设备、蒸汽管道中凝结的蒸汽凝结各种用汽设备、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。水，一般汇集到

6、输水箱，也有的并入凝结水系统。 (5)(5)返回返回凝结水凝结水 它是生产或生活用户返回的蒸汽凝结水，简称它是生产或生活用户返回的蒸汽凝结水，简称返回水。返回水。 (6)(6)给水给水 给水是指进入锅炉的水，对于热电厂，它包括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。汽轮机凝结水、锅炉补给水、疏水和返回水。 (7)(7)锅炉水锅炉水 锅炉水又叫炉水，是指锅炉本体的蒸发系统中锅炉水又叫炉水，是指锅炉本体的蒸发系统中流动的水。流动的水。 (8)(8)冷却水冷却水 是指用作冷却介质的水，在电厂中主要指在凝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

7、机排汽的水。汽器中用于冷却汽轮机排汽的水。u水处理的重要作用水处理的重要作用 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。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，主要是热力设备的各种危害，主要是热力设备的结垢、腐蚀和积盐结垢、腐蚀和积盐。结垢结垢 结垢极易发生在热负荷较高的部位，如锅炉的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

8、热性比金属差几百炉管、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。结垢，降低换热效率，从而降低汽轮机出力。腐蚀腐蚀 水质不良会引起热力设备的腐蚀，主要是水质不良会引起热力设备的腐蚀，主要是电化电化学腐蚀学腐蚀，容易发生在给水管道、省煤器、水冷壁、，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

9、设备的使用年限。位。腐蚀将大大减少设备的使用年限。积盐积盐 含有大量杂质的蒸汽通过过热器和汽轮机时，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，这叫做杂质会沉积下来，这叫做过热器、汽轮机的积盐过热器、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。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。炉用水的水质都规定了严格的要求。 火力发电厂水处理工作的主要内容大致如下：火力发电厂水处理工作的主要内容大致如下： (1)(1)净

10、化净化生水生水 净化生水的目的是制备所需质量的锅炉补给水，净化生水的目的是制备所需质量的锅炉补给水，这个处理过程也叫做炉外水处理。包括预处理，软这个处理过程也叫做炉外水处理。包括预处理，软化或除盐。化或除盐。 (2)(2)高参数机组或直流锅炉的凝结水净化。高参数机组或直流锅炉的凝结水净化。 (3)(3)对给水的除氧、加药。对给水的除氧、加药。 (4)(4)汽包锅炉的锅内水处理。汽包锅炉的锅内水处理。 (5)(5)冷却水的处理。冷却水的处理。 (6)(6)热电厂对返回水的除油、除铁。热电厂对返回水的除油、除铁。 (7)(7)热力系统的水汽质量监督。热力系统的水汽质量监督。 (8)(8)锅炉锅炉及

11、其他热力设备的清洗。及其他热力设备的清洗。 天然水中的杂质与水质指标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：物质之间

12、，这三种杂质的尺度为：10-510-410-310-210-1110100(m)水质指标水质指标水质水质是指是指水和其中所含杂质共同表现出来的物理水和其中所含杂质共同表现出来的物理、化学化学和生物学的综合特征和生物学的综合特征。各项水质指标则表示水中。各项水质指标则表示水中杂质杂质的种类的种类、成分和数量成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。，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。理的、化学的和生物的三类。 （一）物理性水质指标（一）物理性水质指标 属于这一类的水质指标主要有：属于这一类的

13、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、感官物理性状指标，如温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等。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、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。解固体、可沉固体、电导率（电阻率）等。 （二）化学性水质指标（二）化学性水质指标 1、一般化学性水质指标，如：、一般化学性水质指标，如：pH、碱度、硬度、各种、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。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、有毒的

14、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。多环芳烃、各种农药等。 3、氧平衡指标，如溶解氧（、氧平衡指标，如溶解氧（DO）、化学需氧量）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（）、生化需氧量（BOD）、总需氧量（）、总需氧量（TOD）等。）等。 （三）生物学水质指标（三）生物学水质指标 一般包括细菌总数、总大肠杆菌群数、各种病原细菌病一般包括细菌总数、总大肠杆菌群数、各种病原细菌病毒等。毒等。 天然水中常含有大量的悬浮物和胶态杂质。天然水中常含有大量的悬浮物和胶态杂质。电厂水处理的第一步就是要除去这些杂质，即电厂水处理的第一步就是要除去这些杂质，即预处理预处理。它包括悬浮物的自

15、然沉降、混凝处理、。它包括悬浮物的自然沉降、混凝处理、沉淀软化和过滤等内容。沉淀软化和过滤等内容。 水的混凝处理水的混凝处理 水的沉淀软化水的沉淀软化 水的过滤处理水的过滤处理这些杂质与水形成溶胶状态的这些杂质与水形成溶胶状态的胶体微粒，由于布朗运动和静胶体微粒，由于布朗运动和静电排斥力而呈现电排斥力而呈现沉降稳定性和沉降稳定性和聚合稳定性聚合稳定性，通常不能利用重，通常不能利用重力自然沉降的方法除去。因此，力自然沉降的方法除去。因此，必须添加混凝剂，以破坏溶胶必须添加混凝剂，以破坏溶胶的稳定性，使细小的胶体微粒的稳定性，使细小的胶体微粒凝聚再絮凝成较大的颗粒而沉凝聚再絮凝成较大的颗粒而沉淀。

16、这个过程称为淀。这个过程称为混凝混凝。一、混凝一、混凝用自然沉降不能完全去除不纯物，尤其水温低的时候，溶存的盐类极少，含有色度的浮游物十分安定，不能通过砂滤去除。浮游物通常带阴电荷。若加入阳电荷的物质，则杂质容易形成较大粒子而容易沉淀！此方式即为混凝现象。处理中的混凝现象比较复杂，不同的混凝剂以及不同的水质条件，混凝机理都有所不同。常见的有以下四种水混凝现象：压缩双电层作用机理、吸附电性中和作用机理、吸附架桥作用机理和沉淀物网捕或卷扫机理。(1)压缩双电层机理：压缩双电层机理：当向溶液中投加电解质时，溶液中反离子浓度增高，根据浓度扩散和异号电荷相吸的作用。这些离子与胶粒吸附的反离子发生交换。挤

17、入扩散层，使扩散厚度缩小，进而更多地挤入滑动面与吸附层，使胶粒带电荷数减少，电位降底，从而达到混凝效果。(2) 吸附吸附电性中和作用机理电性中和作用机理:胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用而中和了其他的部分电荷，减少了静电压力，因而容易与其他颗粒接近而互相吸附。(3) 吸附架桥作用机理：吸附架桥作用机理：高分子物质与胶粒的吸附与桥连。当高分子链的一端吸附了某一胶粒后，一端又吸附了另一胶粒形成胶粒高分子胶粒的絮凝体。(4) 沉淀物网捕或卷扫机理：沉淀物网捕或卷扫机理：当铝盐、铁盐、混凝剂的投加量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中的胶粒，以致产生沉

18、淀分离。u水的混凝处理水的混凝处理 胶态杂质和一部分粒径小的悬浮物，由于沉降速度小，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。状物，然后从水中沉降分离。混凝处理原理胶核混凝处理原理胶核.swf胶体的脱稳胶体的脱稳加电解质加电解质.swf 现在以现在以Al2(SO4)3

19、(硫酸铝)为例，简要说明混凝过程。为例，简要说明混凝过程。 Al2(SO4)3投入水中，首先发生的是它的电离和水解。当投入水中，首先发生的是它的电离和水解。当pH3时，离解出的铝离子以时，离解出的铝离子以 的形式存在。如果的形式存在。如果pH升高，升高， 就逐步水解，形成一系列含有羟基的简单配就逐步水解，形成一系列含有羟基的简单配离子。离子。326()Al H O326()Al H O 反应如下：反应如下： (1)(1) (2)(2) (3)(3) 最终生成最终生成 Al(OH)3 凝絮。凝絮。 水解过程中生成的水解过程中生成的 被原水中的碱度中和，这被原水中的碱度中和，这种中和作用又促进了种

20、中和作用又促进了 的水解，使水中的含有的水解，使水中的含有羟基的配离子增加，有利于它们之间发生高分子缩聚羟基的配离子增加，有利于它们之间发生高分子缩聚反应，称为羟基桥联，形成多核配离子。如反应，称为羟基桥联，形成多核配离子。如 (4)(4) 这种交叉进行的水解和桥联作用，最终生成难溶这种交叉进行的水解和桥联作用，最终生成难溶的聚合度极大的的聚合度极大的Al(OH)3凝絮。凝絮。32262253Al(H O)H OAl(OH)(H O) H O3H O326()Al H O22522243Al(OH)(H O) H OAl(OH) (H O) H O22423233Al(OH) (H O) H

21、OAl(OH) (H O) H O 422222544OH2 Al OH H OH O AlAl H O2H OOH 投药是混凝工艺必要的前题，混合和絮凝是混凝工艺的两个阶段。为了提高混凝效果，技术上的关键在于结合原水水质选用性能良好的药剂，创造适宜的化学和水力条件，是混凝工艺各阶段顺利进行的关键。 1.水中胶体的稳定性水中胶体的稳定性胶体稳定性的主要原因有三种：胶体稳定性的主要原因有三种：(1)微粒的布朗运动；微粒的布朗运动；(2)胶体颗粒间的静电斥力；胶体颗粒间的静电斥力； (3)胶体颗粒表面的水化作用。胶体颗粒表面的水化作用。胶核表面的电位既热力电位一般固定的，滑动面上的电位电位是表面双

22、电层构造的一个主要指标，如扩散层的厚度变小，电位曲线变陡，电动电位自然也下降，斥力势能变小。当扩散层厚度压缩到某种程度两个胶粒因布朗运动相互碰撞时，由于胶粒之间的范德华引力不变，而静电斥力变小两种力的对比便发生变化，如最大斥力势能Eb小于布朗运动的能量时，则胶粒就可以在引力的作用下相互结合起来。 扩散层厚度可按强电解质溶液理论中的计算离子半径的公式来考虑： 扩散层厚度。 A常数。 Ci溶液中第i种离子的克分子浓度。 Zi第i种离子的价数。 CiZ该溶液的离子强度。 2iiZCA 2.混凝机理混凝机理(脱稳方法脱稳方法)(1)双电层作用机理；双电层作用机理；在电解质作用下胶团双电层的变化在电解质

23、作用下胶团双电层的变化当混凝剂投加量适当时，就可以使排斥能峰降低到Eb,Eb小于胶体布朗运动能时，这时两个相互碰撞的胶粒就可以越过排斥能峰而继续接近，最终结合成一个较大的胶粒。对于胶粒而言，这就是由稳定状态解脱出来，一般称为胶粒脱稳。脱稳胶粒相互凝结，通常称为混凝。高价反离子压缩胶体扩散层，元比低高价反离子压缩胶体扩散层，元比低价离子有效。价离子有效。(2)吸附架桥作用机理吸附架桥作用机理作为混凝剂的高分子物质以及AL2(SO4)3，FeCL2溶于水后，经水解和缩聚反应形成高聚物，这些物质均具有线型结构，整分子具有一定的长度，胶体微粒对这类高分子具有强烈的吸附作用，由于高分子物质易被胶粒所强烈

24、吸附，线型长度较大，因而它可以在相距较远的两个胶粒之间进行吸附架桥。既当它的一端吸附某一胶粒后，另一端伸入水中又吸附另一胶粒，微粒通过高分子吸附架桥颗粒逐渐变大，最终形成肉眼可见的粗大絮凝体（凡花）。由高分子物质吸附架桥而使液粒相互黏结的过程，通常称为絮凝。对于高分子混凝剂特别是有机高分子混凝剂来说，吸附架桥起决定作用；对AL2(SO4)3等无机盐混凝剂来说，吸附架桥作用和双电层作用均具有重要作用。无机高分子物质如铝盐、铁盐的水解产物也能起粘结架桥作用无机高分子物质如铝盐、铁盐的水解产物也能起粘结架桥作用能引起胶粒产生粘结架桥而发生絮凝作用的药剂称为能引起胶粒产生粘结架桥而发生絮凝作用的药剂称

25、为高分子聚合物的吸附架桥作用高分子聚合物的吸附架桥作用 AL2(SO4)3 18H2O是水厂中常用的混凝剂之一，溶于水后，立即离解出AL 3+ ALAL2 2(SO(SO4 4) )3 3 2AL 2AL3+ 3+ + 3SO+ 3SO4 4 2 -2 - AL 3+并非以这种裸露的简单形态存在，而是结合有6个配位水分子的水合离子 AL(H2O)63+ 这是一种最简单络合物，水合离子水解时，配位水分子可以失去H+而形成单羟基单核络核物。反应如下： AL(HAL(H2 2O)O)6 6 3+3+H+H2 2O OAL(OH)(HAL(OH)(H2 2O)O)5 5 2+2+H+H3 3O O+

26、+ 单羟基单核配合物进一步水解 AL(OH)(HAL(OH)(H2 2O)O)5 5 2+2+H+H2 2O O+ + AL(OH)AL(OH)2 2(H(H2 2O)O)4 4 + +H+H3 3O O+ + AL(OH) AL(OH)2 2(H(H2 2O)O)4 4 + +H+H2 2O O AL(OH)AL(OH)3 3(H(H2 2O)O)3 3+H+H3 3O O+ + 由上述反应可见，降低水中H+浓度或提高PH，水解反应趋向右方，配位水分子逐渐减少，羟基逐渐增多，而水合羟基络合物的电荷却逐渐降低，最终生成中性轻氧化铝难溶沉淀物。经研究：(3)硫酸铝的混凝机理硫酸铝的混凝机理 当

27、PH PH 4 4 时，水解受到抑制水中存在的主要是AL(HAL(H2 2O)O)6 63+ 3+ 当 PH PH = 4= 4 时，水中将出现AL(OH)(HAL(OH)(H2 2O)O)5 52+2+、 AL(OH)AL(OH)2 2(H(H2 2O)O)5 5+ +及少量AL(OH)AL(OH)3 3(H(H2 2O)O)3 3 单羟基水合铝离子 双羟基水合铝离子 当PH = 7PH = 78 8 时，水中主要是中性的AL(OH)AL(OH)3 3(H(H2 2O)O)3 3 沉淀物沉淀物 当PH PH 8.58.5时，由于轻氧化铝是典型的两性化合物，它又重新溶解， 并继续水解，生成可溶

28、性的阳离子。 AL(OH)AL(OH)3 3(H(H2 2O)O)3 3+ H+ H2 2O OAL(OH)AL(OH)4 4(H(H2 2O)O)2 2 - -+H+H3 3O O+ + 2AL(OH)(H 2AL(OH)(H2 2O)O)5 5 2+ 2+ ALAL2 2(OH)(OH)2 2(H(H2 2O)O)8 8 4+4+2H+2H2 2O O 在它们之间再进一步结合，还可以生成如ALAL3 3(OH)(OH)4 4(H(H2 2O)O)1010 5+5+以及更多的聚合物，缩聚反应结果，使聚合物水解反应仍继续进行。 ALAL3 3(OH)(OH)4 4(H(H2 2O)O)1010

29、 5+5+H+H2 2O OALAL3 3(OH)(OH)5 5(H(H2 2O)O)9 9 4+4+H+H3 3O O+ + AL AL6 6(OH)(OH)1414 4+ 4+ 、 ALAL6 6(OH)(OH)1515 3+3+、 ALAL8 8(OH)(OH)2020 4+4+、 ALAL7 7(OH)1(OH)17 7 4+4+、 ALAL1313(OH)(OH)3434 5+5+、等等。 PH偏低时，水中电荷低聚合度的络合物占主导地位，它能对水中胶体杂质发挥压缩扩散层及电中和作用，使杂质发生凝聚，既起脱稳凝聚作用，吸附架桥居次。 在PH值高时，低电荷高聚合度的高聚物占主要地位，它能

30、在胶体杂质微粒之间粘结架桥，使之发生凝聚，既起架桥凝聚作用，电中和脱稳居次。 在PH值=78时，聚合度极大的中性AL(OH)3(H2O)3 将占绝对多数，它能生成微小的凝聚，吸附和粘结水中的胶体杂质，卷带它们一起从水中分离出去，既起吸附卷扫作用，高聚物具有十分优异的絮凝作用。当在水中投加较多当在水中投加较多的铝盐或铁盐等药的铝盐或铁盐等药剂时，铝盐或铁盐剂时，铝盐或铁盐在水中形成高聚合在水中形成高聚合度的氢氧化物，可度的氢氧化物，可以吸附卷带水中胶以吸附卷带水中胶粒而沉淀，这种现粒而沉淀，这种现象称为象称为(4) 沉淀物网捕或卷扫机理：沉淀物网捕或卷扫机理：沉淀物卷扫作用沉淀物卷扫作用1-原水

31、中悬浮微粒2-絮状沉淀物3-残留悬浮微粒混凝处理效果是以水中胶态杂质和悬浮物的去除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：率评价的。混凝过程十分复杂，影响因素很多： (1)(1)pH的影响的影响 投药后的投药后的pH对铝盐处理效果影响很大，还影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。响水中有机物以及胶体的凝聚速度。 (2)(2)混凝剂投加量的影响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。实验确定并在运行中调整。 (3)(3)水温的影响水温的影响 用铝盐作

32、混凝剂时，水温的影响很大；用铁用铝盐作混凝剂时，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。盐作混凝剂时，水温对处理效果影响不大。3. 混凝作用的影响因素：混凝作用的影响因素：4.4.混凝剂和助凝剂混凝剂和助凝剂 (1)混凝剂混凝剂 水质净化对混凝剂的基本要求：水质净化对混凝剂的基本要求： 混凝效果好；混凝效果好； 对人体健康无害；对人体健康无害； 使用方便；使用方便； 货源充足，价格低廉。货源充足，价格低廉。 混凝剂的种类：混凝剂的种类： 1）无机盐类混凝剂）无机盐类混凝剂 a.铝盐铝盐 AL2(SO4)318H2O 明矾明矾 AL2(SO4)3 K2SO4 24H2O b.铁

33、盐铁盐 FeCL3 6H2O FeSO4 7H2O 2)高分子混凝剂（分无机和有机两类）高分子混凝剂（分无机和有机两类） a.a.无机高分子混凝剂无机高分子混凝剂 聚合氯化铝聚合氯化铝 ALAL2 2(OH)(OH)n nCLCL6 6n n m m 这种形式可看作以羟基络合物这种形式可看作以羟基络合物ALAL2 2(OH)(OH)n nCLCL6 6n n为单体，为单体，m m为聚合为聚合度的高分子聚合物，式中：度的高分子聚合物，式中：n = 1n = 15 ,m 5 ,m 10; 10;如：如：ALAL2 2(OH)(OH)5 5CL CL 既为：既为：m = 1 ,n = 5 m = 1

34、 ,n = 5 的简单的羟基络合物。的简单的羟基络合物。 AL AL4 4(OH)(OH)1010CLCL2 2 既为：既为：m = 2 ,n = 5 m = 2 ,n = 5 聚合物或多核络合物。聚合物或多核络合物。 碱式氯化铝碱式氯化铝 ALn(OH)ALn(OH)m mCLCL3n3nm m， 这种形式可看作复杂的多核络合物。这种形式可看作复杂的多核络合物。如：如： AL AL6 6(OH)(OH)1414CLCL4 4 、 ALAL1313(OH)(OH)3434CLCL5 5等。等。上述各种物质溶于水后，变离解为复杂的高聚物离子。上述各种物质溶于水后，变离解为复杂的高聚物离子。 AL

35、AL1313(OH)(OH)3434CLCL5 5 = = AL AL1313(OH)(OH)3434 5+5+ + 5 + 5CLCL- - 发挥混凝作用的就发挥混凝作用的就是这些带正电荷的高离子。是这些带正电荷的高离子。 b.b.有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂 有机高分子混凝剂虽然效果优异，但制造过程复杂，价格昂贵，有机高分子混凝剂虽然效果优异，但制造过程复杂，价格昂贵，它们的毒性问题始终为人们所注意，因而，当前使用的还不普遍。它们的毒性问题始终为人们所注意，因而，当前使用的还不普遍。(2)助凝剂助凝剂 1) 什么是助凝剂什么是助凝剂 当单用混凝剂不能取得良好效果时，须投加某些辅助药剂以

36、提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。也就是能促进和加速凝聚过程，提高绒粒质量的物质称为助凝剂。 2) 分类分类 a.调整混凝过程的调整混凝过程的PH值值 当原水碱度不足而使混凝剂水解困难时，可投加碱剂，通用的是石灰，以提高水的PH值。 CaO + H2O Ca(OH)2 Ca(OH)2 Ca+ + 2OH- OH-+H+ H2O 混凝剂水解产生的 H+ b.b. 氧化剂氧化剂 c.c.改善絮凝体结构的高分子助凝剂改善絮凝体结构的高分子助凝剂常用的高分子助凝剂有聚丙烯酰胺、活化硅酸等。活化硅酸是水玻璃配制的，水玻璃的成分可表示为： N Na2a2O OXSiOXSiO2 2yHyH2 2O O

37、 将水玻璃中的SiOSiO2 2成分分解出来产生胶体的操作过程称为活化，活化剂一般用 H H2 2SOSO4 4 。 H H2 2SOSO4 4+ + N Na2a2O OXSiOXSiO2 2yHyH2 2O O N Na2a2SOSO4 4+XSiO+XSiO2 2+(y+1)H+(y+1)H2 2O O 活化剂 水 玻 璃 XH2SiO2 发生缩聚反应、生成带有负 电荷的硅酸高分子化合物 加酸搅拌后尚需等待6 8小时（成熟时间），待溶液变成乳白色后变可使用。 当酸化度为158 % 时，SiO2将全部分解出来，一般酸化度宜采用75100 % ，活化水玻璃以SiO2 浓度1 1.5 %为宜。

38、它配合铝盐、铁盐使用效果较好，尤其是处理低温、低浊水更为有利。 要现场调制，即日使用（18小时以内），否则宜形成冻胶。 粘土、沉淀污泥等，也可作为絮凝剂的助凝剂。 推动水中颗粒相互碰撞的动力来自两个方面： 一方面颗粒在水中的布朗运动，由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称“异向絮凝”。 另一方面在水力或机械搅拌下所造成的流体运动，由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集称“同向絮凝”。 (1)(1)异向絮凝异向絮凝 假定颗粒为均匀球体，根据费克定律，可导出颗粒的碰撞速率： Np=8dDBn2. Np_单位体积中的颗粒在异向絮凝中碰撞速率；（l/cm3.s） n颗粒数量浓度；（个/ cm3 ） d颗粒直径；（c

39、m) DB_布朗运动扩散系数;(cm2/s) 5.混凝动力学混凝动力学扩散系数DB可用斯笃克斯曼因斯坦公式表示： . K波兹曼常数,(1.3810-16g.cm2/s2.k) T水的绝对温度,(K) 水的运动黏度, (cm2/s) 水的密度,(g/cm3)将式代入式 . (2)(2)同向絮凝同向絮凝同向絮凝简称须凝,它在整个混凝过程中占有十分重要的地位.dKTDB8238KTnNP 如图所示,当水流处于层流状态下的 流速分布, i和j颗粒均跟随水流前进.由 于I颗粒当前进速度大于j颗粒，则在某 一时刻，i与j必将碰撞。设水中颗粒为 均匀球体，di=dj=d ,则再以j颗粒中心 为圆心，Rij为

40、半径的范围内的所有i和 j颗粒均会发生碰撞。碰撞速率N0为： . .G速度梯度(S-1)u和u分别为流速和相邻两流层的流速增量(cm/s)z垂直与水流方向的两流层之间距离(cm) n和d为原水杂质特性，而G是控制混凝效果的水力条件。故在混凝设备中， 往往以速度梯度G值作为重要的控制参数之一。 所谓的速度梯度，就是指两相邻水层的水流速度差和它们之间的距离之比，以G表示。 ZUNGGdn34320公式推导如下： 在被搅动的水流中，考虑一个瞬息 受剪而扭转的隔离体 ,在隔 离体受剪而扭转过程中，剪力作了扭 转功。如设在时间内，隔离体扭转了角度，于是角速度为： .式中u为扭转线速度，G为速度梯度，转矩

41、J： J=（）.式中： 剪应力。 作用在隔离体上的剪力。 隔离体扭转所耗功率等于转矩与角速度的乘积，于是单位体积水流所耗功率P为： .ZuGGzuztlt1GzyxzyxGzyJP 根据牛顿内摩擦定律：=G代入式 . 水的动力黏度 （pas) p单位体积流体所耗功率 （w/m3) G速度梯度 （S-1） 当用机械搅拌时，式中的P由机械搅拌器提供，当采用水力絮凝池时，P应为水流本身能量消耗； PV=gQh V=QT (11)将和(11)代入得： .（12）g重力加速度（9.8m/s2)h混凝设备中的水头损失（m)水的运动黏度（m2/s）T水流在混凝设备中的停留时间（s)pGTghG (3)(3)

42、混凝控制指标混凝控制指标 在混合阶段，水中杂质颗粒微小，异向凝聚占主导地位，混合速度快速剧烈，通常在101030 S30 S，最多不超过2分钟既告完成。搅拌强度按速度梯度计，一般G=700G=7001000 S1000 S-1-1之内。在此阶段形成的颗粒较小。 在絮拧阶段，属同向絮凝，不仅与G值有关，还与絮凝时间T有关。通常以G值和GT作为、控制指标。G=20G=2070 S70 S-1-1 范围内，GT=1GT=1 10104 41 1 10105 5范围内。 有人将颗粒浓度及脱稳程度等因素考虑进去，提出以 C CV VGT GT 或 aCaCV VGTGT值作为控制指标。 CV水中颗粒体积

43、浓度。 a颗粒有效碰撞系数。 如果脱稳颗粒每次碰撞都可导致凝聚，则：a=1a=1 ,而实际 a a1 1 。从理论上而言，采用 C CV VGT GT 或 aCaCV VGT GT 值控制絮凝体效果自然更合理，但具体数值至尽还无法确定，因而目前也只能从概念上加以理解或作为继续研究的目标。7.混凝剂的配制和投加混凝剂的配制和投加混凝剂的配制和投加混凝剂的配制和投加其流程为：其流程为：(1)混凝剂的溶解和溶液混凝剂的溶解和溶液的配制的配制大中型水厂通常建造大中型水厂通常建造 混凝土溶解池并配置搅混凝土溶解池并配置搅拌装置，搅拌的目的在拌装置，搅拌的目的在于加速药剂溶解。搅拌于加速药剂溶解。搅拌装置

44、有：装置有： 、等。等。 中小型水厂，常用自中小型水厂，常用自然浸溶，压力水经穿孔然浸溶，压力水经穿孔管淋溶或冲溶。管淋溶或冲溶。 溶液池的容积 ： W1溶液池的容积 （M3）； Q处理的水量（M3/h)； a混凝剂的最大投量（mg/l)； b溶液浓度，一般取 （b=1020） n每日调制次数 26次 溶液池一般设二个，一用一备。 溶解池的溶积： W W2 2= =（0.20.20.30.3）W W1 1（M M3 3）)(4176100010001002411001100010002431MbnaQbnaQnbaQW(2)混凝剂溶液的投加混凝剂溶液的投加对投药设备的基本要求：对投药设备的基本

45、要求：1.投量准确、易调节。投量准确、易调节。2.设备简单、工作可靠、操作方便。设备简单、工作可靠、操作方便。 （一）计量设备（一）计量设备 1.1.孔口计量孔口计量 q流量； w孔口面积； 孔口的流量系数； g重力加速度； h孔口前作用水头。 3.3.转子流量计计量转子流量计计量 2.2.浮杯计量浮杯计量 ghwq2 4.4.计量加药泵计量计量加药泵计量 （二）投加方式（二）投加方式 湿投法湿投法 1.1.重力投加重力投加 2.2.水射器投加水射器投加3.水泵前投加水泵前投加湿投法优点：投药量准确、工作稳定可靠；适应性强（粗、精、块均可）。缺点：设备较庞大，占地大、造价高；投药量突然增大时，

46、不易调节，排渣困难。 干投法干投法 把固体药剂（通常系硫酸铝）破碎成粉末后进行定量头加。 优点：设备占地小； 易调节排渣容易。 缺点：投药量不太准确， （特别是用药量少时） 块状药剂须进行破 碎，须增设破碎机。 某厂石灰投加设备 石灰头加设备局部石灰投加平台 药剂溶解池及贮液池 溶液池 溶解溶液池溶解溶液池（一）隔板絮凝池（一）隔板絮凝池主要设计参数：主要设计参数：1.流速：流速：u从大到小逐渐变化，从大到小逐渐变化， 起端起端0.5 0.6 m/s， 末端末端0.2 0.3 m/s。2.絮凝时间：絮凝时间：T=20 30分钟。分钟。3.隔板间距：隔板间距： b不小于不小于0.5 0.6m,

47、a=(1.2 1.5) b, 池底应有池底应有i=0.02 0.03, 设不小于设不小于150mm排泥管。排泥管。ilRCuguhiiiitn2222 絮凝池的总水头损失：絮凝池的总水头损失： h = h i 一般按絮凝池容积大小水头损失一般按絮凝池容积大小水头损失 往复式往复式 h hI I=0.3=0.30.5m;0.5m;回转式比往复式小回转式比往复式小 40%40%左右。左右。 优点：优点： 1. 1.适用于大型水厂，因为适用于大型水厂，因为 Q Q 小小 b b 小，不便于小，不便于施工和维护；施工和维护； 2. 2.构造简单、管理方便、效果较好，回转式比构造简单、管理方便、效果较好

48、，回转式比往复式效果好，水头损失小往复式效果好，水头损失小 30 3040%40%。 缺点：缺点： 1.1.絮凝时间长，容积较大，水头损失较大；絮凝时间长，容积较大，水头损失较大； 2.2.流量变化大时，效果受影响。流量变化大时，效果受影响。 适合中小型水厂的有竖流式隔板絮凝池。适合中小型水厂的有竖流式隔板絮凝池。 （二）折板絮凝池 （二）折板絮凝池按水流通过折板的间隙数，又分为“单通道”和“多通道”。 多通道折板絮凝池按水流通过折板的间隙数，又分为“单通道”和“多通道”。 多通道折板絮凝池 折板絮凝池与隔板絮凝池相同，其间距应根据水流速度的大小而改折板絮凝池与隔板絮凝池相同，其间距应根据水流

49、速度的大小而改变，隔板之间的流速通常也分段设计，分段数一般不少于变，隔板之间的流速通常也分段设计，分段数一般不少于3段。各段流速段。各段流速分别为：分别为：第一段第一段 0.25 0.35m/s；第二段；第二段0.15 0.25 m/s；第三段；第三段0.10 0.15 m/s。 折板的夹角采用折板的夹角采用 90 120 ，折板可采用钢丝网水泥或塑料板等，折板可采用钢丝网水泥或塑料板等拼装而成，波高一般采用拼装而成，波高一般采用0.25 0.4 m。 优点：优点： 1.无论是同波还是异波折板间水流流动连续不断，可行成众多小旋无论是同波还是异波折板间水流流动连续不断，可行成众多小旋涡，提高了颗

50、粒碰撞絮凝效果。涡，提高了颗粒碰撞絮凝效果。 2.在折板的每个转角处，两折板之间的空间可视为在折板的每个转角处，两折板之间的空间可视为CSTR完全混合连完全混合连续反应器，众多连续反应器串联起来就接近或相当于推流型（续反应器，众多连续反应器串联起来就接近或相当于推流型（PF型）反型）反应器。所以折板絮凝池接近推流型。应器。所以折板絮凝池接近推流型。 3.与隔板絮凝池相比，水流条件大大地改善，在总的水流能量消耗与隔板絮凝池相比，水流条件大大地改善，在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高。所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。中，有效能量消耗比例提高。所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。 缺点：

51、缺点： 1.因板距小，安装维修较困难；因板距小，安装维修较困难； 2.折板费用较高，一般常用于中小型厂。折板费用较高，一般常用于中小型厂。 采用波纹板缺点就更突出。采用波纹板缺点就更突出。 某厂折板絮凝池某厂折板絮凝池 某厂折板絮凝池某厂折板絮凝池 （三）机械絮凝池（三）机械絮凝池 （三）机械絮凝池（三）机械絮凝池 机械设备的优点：机械设备的优点： 1.絮凝效果好；絮凝效果好； 2.易调节、受水质变化的影响小；易调节、受水质变化的影响小； 3.水头损失小。水头损失小。 缺点：缺点： 1.1.需设置机电设备；需设置机电设备； 2.2.维修管理较复杂。维修管理较复杂。 常用的浆板式机械絮凝池主要设

52、计参数为：常用的浆板式机械絮凝池主要设计参数为： 1.1.浆板：总面积为水流截面积的（浆板：总面积为水流截面积的（10102020）% %不易超过不易超过 25 %25 %，以免，以免池水随浆板共同旋转减弱搅拌效果，浆板长度不大于叶轮直径的池水随浆板共同旋转减弱搅拌效果，浆板长度不大于叶轮直径的 75 %75 %，宽度为宽度为101030 cm30 cm， 2.叶轮旋转线速度：按叶轮半径中心点的线速度计算（相当于池中叶轮旋转线速度：按叶轮半径中心点的线速度计算（相当于池中 水流的平均速度）水流的平均速度） 第一格第一格0.50.6 m/s ,以后逐渐递减，最末一格采用以后逐渐递减，最末一格采用

53、0.1 0.2 m/s 。 3.絮凝时间：絮凝时间： 一般采用一般采用15 20分钟。分钟。 机械搅拌设备的计算： 1. 搅拌叶轮转数n叶轮转数，转/分；v叶轮半径中心点线速 度，m/s;D0叶轮半径中心点旋 转直径，M（其值与叶轮 半径相等） 2.浆板旋转时，克服水的阻力所耗功率 浆板旋转时，水对浆板的阻力，也即浆板施于水的推力，在dA面积上水流的阻力可用因次分析方法求得如下的表达式：Dvn60式中：式中：P浆板所耗总功率，浆板所耗总功率，W; n同一旋转半径上浆板数；同一旋转半径上浆板数； r2浆板外缘旋转半径，浆板外缘旋转半径，m; r1浆板内缘旋转半径，浆板内缘旋转半径，m; CD阻力

54、系数，阻力系数， 水的密度，水的密度， 相对于水的旋转角速度；相对于水的旋转角速度； 3.每个旋转轴所需电动机功率每个旋转轴所需电动机功率 式中：式中：N电动机功率电动机功率 1搅拌设备总机械效率搅拌设备总机械效率(一般取一般取0.75）; 2传动效率，可采用传动效率，可采用0.60.95。 注意注意：浆板线速度是以池子为固定参照物，相对线速度为浆板相对水：浆板线速度是以池子为固定参照物，相对线速度为浆板相对水流运动线速度，其值为旋转线速度流运动线速度，其值为旋转线速度0.5 0.75倍。只有浆板刚启动时，倍。只有浆板刚启动时，两者才相等，因此浆板受的阻力最大，所以在选用电机时，应考虑启动两者

55、才相等，因此浆板受的阻力最大，所以在选用电机时，应考虑启动功率这一因素。但计算运转功率获速度梯度功率这一因素。但计算运转功率获速度梯度G值，应按全部浆板所耗功值，应按全部浆板所耗功率（率（P公式），或以旋转线速度乘以公式），或以旋转线速度乘以0.50. 75倍代入。倍代入。)(8414221rrlCpnD211000PN （四）其他形式絮凝池（四）其他形式絮凝池 1.旋流絮凝池旋流絮凝池一般喷嘴出口：一般喷嘴出口： u=23m/s.池子出水口：池子出水口： u=0.150.20m/s. 逆水流方向出水。逆水流方向出水。水头损失主要集水头损失主要集 中在进水喷嘴上：中在进水喷嘴上： 喷嘴流量系数

56、（喷嘴流量系数（0.9 0.95） u喷嘴流速，喷嘴流速，m/s. 效果不理想，由于水的短流现象比较严重，射流持续效果不理想，由于水的短流现象比较严重，射流持续搅动时间短，搅动程度不足，为克服上述缺点。出现了搅动时间短，搅动程度不足，为克服上述缺点。出现了多级旋流反应池。多级旋流反应池。guh2122多级旋流反应池是由一系列方格组成，方格四角抹成圆角，每一个称为一级，一般分612级，进水口沿圆的切线方向上、下交错布置原水以较高流速进入各格，都能在其中形成旋转运动，以搅动水流。第一级进口流速23m/s，而后逐渐递减，最后一级进口流速可为0.15m/s左右。由于第一级进口流速特别高，对水流持续搅动

57、时间较长，故一般将第一级容积加大。总絮凝时间一般约20分钟。 2.孔室絮凝池 孔室絮凝池由一系列串 联格间（孔室）组成，格间 呈方型或长方形，水以较高 流速经孔口流入格间，在格 间中造成水流的紊动，从而 促进絮凝，一般分612级。 第一级 u=12m/s 以后各级的进口流速依 次减少。 最末一级 .u=0.2m/s; 絮凝时间 T=20分钟。 进出口上、下交错布置。 适宜中小水厂 3.涡流絮凝池水在池中形成涡流扩散后上升， 随着过水断面逐渐增大，上升 u逐渐减小，池子数不少于2个。进口u=0.7m/s；上升水流u=45m/s；T=610分钟；出口u0.2m/s。=30 45 ；适合小水厂、小水

58、量，水量大 效果不理想。 4.组合使用日益增多在隔板絮凝池前设机械絮凝池；在旋流絮凝池后设隔板絮凝池；效果好，但设备形式增多。 5.网格、栅条絮凝池如图：共分成两组，每组 9个格（9个竖井），网格 层数共分成27层，当水流 通过网格时，相继收缩、 扩大，形成涡流，造成颗 粒碰撞。水流通过竖井之 间孔洞流速及过网流速按 絮凝规律逐渐减小，网格 和栅条絮凝池主要设计参 数见 网格和格栅絮凝池所造成的水流紊动颇接近于各项同性紊流，故各项同项紊流理论应用网格和栅条絮凝池更为合适。 特点： 1.絮凝效果好； 2.水头损失小； 3.絮凝时间短。 缺点：1.从运行看，末端有积泥现象； 2.网格上易滋生藻类、

59、有堵塞网眼现象。 一般与沉淀池合建，分成两组，从中间进水，每组水量在12.5万M3/d之间效果较好。1. 沉淀分类沉淀分类 沉淀沉淀:水中悬浮颗粒依靠重力作用水中悬浮颗粒依靠重力作用,从水中分离出来的过程从水中分离出来的过程. 分散颗粒自由沉淀分散颗粒自由沉淀:颗粒在沉淀过程中颗粒在沉淀过程中,彼此没有干扰彼此没有干扰,只受到只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用. 絮凝颗粒自由沉淀絮凝颗粒自由沉淀:经过絮凝后的悬浮颗粒具有一定絮凝性能经过絮凝后的悬浮颗粒具有一定絮凝性能,两颗粒相互碰撞后聚结两颗粒相互碰撞后聚结,其粒径和质量逐渐增大其粒径和质量逐渐增大

60、,沉速随水深增沉速随水深增加而加快的沉淀加而加快的沉淀. 拥挤沉淀拥挤沉淀:颗粒在沉淀过程中颗粒在沉淀过程中,彼此干扰彼此干扰,或受到容器壁的干扰或受到容器壁的干扰,虽然其粒度和第一种相同虽然其粒度和第一种相同,但沉淀速度却较小但沉淀速度却较小. 压缩沉淀压缩沉淀:即为污泥浓缩即为污泥浓缩,沉降到沉淀池底部的悬浮颗粒组成沉降到沉淀池底部的悬浮颗粒组成网状结构絮凝体网状结构絮凝体,在上部颗粒的重力作用下挤出空隙水得以浓在上部颗粒的重力作用下挤出空隙水得以浓缩的沉淀缩的沉淀.二、二、沉淀和澄清沉淀和澄清沉淀处理设备沉淀处理设备 沉淀处理设备可分为沉淀池和澄清池两类。沉淀处理设备可分为沉淀池和澄清池