第3章锅炉用水预处理

第3章锅炉用水预处理第一页，共163页。3.1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。第二页，共163页。pH=6.0-7.5

电导率≤

100μs/cm

浊度≤30NTU

色度≤50ppm

总硬度≤40ppm

碱度≤50ppm

总溶解性固体≤130ppm

硫酸盐≤10ppm

氯化物≤5ppm

钙≤30ppm

镁≤20ppm

钾+钠≤15ppm

锰≤0.007ppm

铁≤0.5ppm

COD≤60ppm

SiO2≤15ppm

原水水质：第三页，共163页。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。第四页，共163页。图3-1热力发电厂水汽循环系统主要流程第五页，共163页。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。第六页，共163页。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。第七页，共163页。

(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。第八页，共163页。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。第九页，共163页。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。第十页，共163页。火力发电厂水处理工作的主要内容大致如下：

(1)净化生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，软化或除盐。

(2)高参数机组或直流锅炉的凝结水净化。

(3)对给水的除氧、加药。

(4)汽包锅炉的锅内水处理。

(5)冷却水的处理。

(6)热电厂对返回水的除油、除铁。

(7)热力系统的水汽质量监督。

(8)锅炉及其他热力设备的清洗。第十一页，共163页。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)

第十二页，共163页。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。第十三页，共163页。（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。第十四页，共163页。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，即预处理。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。

水的混凝处理

水的沉淀软化

水的过滤处理第十五页，共163页。这些杂质与水形成溶胶状态的胶体微粒，由于布朗运动和静电排斥力而呈现沉降稳定性和聚合稳定性，通常不能利用重力自然沉降的方法除去。因此，必须添加混凝剂，以破坏溶胶的稳定性，使细小的胶体微粒凝聚再絮凝成较大的颗粒而沉淀。这个过程称为混凝。一、混凝第十六页，共163页。

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。第十七页，共163页。(1)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，ξ电位降底，从而达到混凝效果。(2)吸附—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：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：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，以致产生沉淀分离。第十八页，共163页。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。混凝处理原理胶核.swf胶体的脱稳—加电解质.swf

现在以Al2(SO4)3(硫酸铝)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pH<3时，离解出的铝离子以的形式存在。如果pH升高，就逐步水解，形成一系列含有羟基的简单配离子。第十九页，共163页。

反应如下：

(1)

(2)

(3)最终生成Al(OH)3凝絮。水解过程中生成的被原水中的碱度中和，这种中和作用又促进了的水解，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反应，称为羟基桥联，形成多核配离子。如

(4)

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[Al(OH)3]∞凝絮。第二十页，共163页。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。第二十一页，共163页。1.水中胶体的稳定性胶体稳定性的主要原因有三种：(1)微粒的布朗运动；(2)胶体颗粒间的静电斥力；(3)胶体颗粒表面的水化作用。第二十二页，共163页。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：δ——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。

2.混凝机理(脱稳方法)(1)双电层作用机理；第二十三页，共163页。在电解质作用下胶团双电层的变化第二十四页，共163页。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，元比低价离子有效。第二十五页，共163页。(2)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。第二十六页，共163页。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絮凝剂高分子聚合物的吸附架桥作用第二十七页，共163页。AL2(SO4)318H2O是水厂中常用的混凝剂之一，溶于水后，立即离解出AL

3+

AL2(SO4)32AL3++3SO42-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(H2O)6]3++H2O[AL(OH)(H2O)5]2++H3O+单羟基单核配合物进一步水解[AL(OH)(H2O)5]2++H2O+

[AL(OH)2(H2O)4]++H3O+[AL(OH)2(H2O)4]++H2O

[AL(OH)3(H2O)3]↓+H3O+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)硫酸铝的混凝机理第二十八页，共163页。

当PH4时，水解受到抑制水中存在的主要是AL(H2O)63+

当PH=4时，水中将出现AL(OH)(H2O)52+、AL(OH)2(H2O)5+及少量[AL(OH)3(H2O)3]单羟基水合铝离子双羟基水合铝离子当PH=78时，水中主要是中性的[AL(OH)3(H2O)3]沉淀物当PH

8.5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，生成可溶性的阳离子。

AL(OH)3(H2O)3+H2O[AL(OH)4(H2O)2]-+H3O+2[AL(OH)(H2O)5]2+[AL2(OH)2(H2O)8]4++2H2O在它们之间再进一步结合，还可以生成如[AL3(OH)4(H2O)10]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。

[AL3(OH)4(H2O)10]5++H2O[AL3(OH)5(H2O)9]4++H3O+[AL6(OH)14]4+、[AL6(OH)15]3+、[AL8(OH)20]4+、[AL7(OH)17]4+、[AL13(OH)34]5+、等等。

第二十九页，共163页。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。第三十页，共163页。当在水中投加较多的铝盐或铁盐等药剂时，铝盐或铁盐在水中形成高聚合度的氢氧化物，可以吸附卷带水中胶粒而沉淀，这种现象称为沉淀物卷扫作用(4)沉淀物网捕或卷扫机理：沉淀物卷扫作用1-原水中悬浮微粒2-絮状沉淀物3-残留悬浮微粒第三十一页，共163页。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。3.混凝作用的影响因素：第三十二页，共163页。4.混凝剂和助凝剂(1)混凝剂水质净化对混凝剂的基本要求：混凝效果好；对人体健康无害；使用方便；货源充足，价格低廉。混凝剂的种类：1）无机盐类混凝剂a.铝盐

AL2(SO4)318H2O明矾AL2(SO4)3•

K2SO4•24H2Ob.铁盐FeCL3•

6H2OFeSO4•

7H2O2)高分子混凝剂（分无机和有机两类）第三十三页，共163页。a.无机高分子混凝剂

聚合氯化铝[AL2(OH)nCL6n]m这种形式可看作以羟基络合物AL2(OH)nCL6n为单体，m为聚合度的高分子聚合物，式中：n=15,m10;如：AL2(OH)5CL既为：m=1,n=5的简单的羟基络合物。AL4(OH)10CL2

既为：m=2,n=5聚合物或多核络合物。碱式氯化铝ALn(OH)mCL3nm，

这种形式可看作复杂的多核络合物。如：AL6(OH)14CL4、AL13(OH)34CL5等。上述各种物质溶于水后，变离解为复杂的高聚物离子。AL13(OH)34CL5=[AL13(OH)34]5++5CL-

发挥混凝作用的就是这些带正电荷的高离子。b.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，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。第三十四页，共163页。(2)助凝剂1)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a.调整混凝过程的PH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+H2OCa(OH)2

Ca(OH)2

Ca+++2OH-

OH-+H+

H2O

混凝剂水解产生的H+

b.

氧化剂c.改善絮凝体结构的高分子助凝剂第三十五页，共163页。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：

Na2OXSiO2yH2O将水玻璃中的SiO2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H2SO4。

H2SO4+Na2OXSiO2yH2ONa2SO4+XSiO2+(y+1)H2O

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。第三十六页，共163页。

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11.5%为宜。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。第三十七页，共163页。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)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；（cm)DB_——布朗运动扩散系数;(cm2/s)5.混凝动力学第三十八页，共163页。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)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.第三十九页，共163页。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。

第四十页，共163页。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：………...第四十一页，共163页。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)第四十二页，共163页。(3)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1030S，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=7001000S-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=2070S-1范围内，GT=11041105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CVGT或aCVGT值作为控制指标。CV——水中颗粒体积浓度。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=1,而实际a1。从理论上而言，采用CVGT或aCVGT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。第四十三页，共163页。7.混凝剂的配制和投加混凝剂的配制和投加其流程为：(1)混凝剂的溶解和溶液的配制大中型水厂通常建造混凝土溶解池并配置搅拌装置，搅拌的目的在于加速药剂溶解。搅拌装置有：机械搅拌、压缩空气搅拌、泵搅拌、水力搅拌等。中小型水厂，常用自然浸溶，压力水经穿孔管淋溶或冲溶。第四十四页，共163页。第四十五页，共163页。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：

W2=（0.20.3）W1（M3）第四十六页，共163页。(2)混凝剂溶液的投加对投药设备的基本要求：1.投量准确、易调节。2.设备简单、工作可靠、操作方便。第四十七页，共163页。（一）计量设备1.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.转子流量计计量

2.浮杯计量

第四十八页，共163页。4.计量加药泵计量（二）投加方式湿投法1.重力投加

第四十九页，共163页。2.水射器投加第五十页，共163页。3.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，不易调节，排渣困难。第五十一页，共163页。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。第五十二页，共163页。某厂石灰投加设备石灰头加设备局部第五十三页，共163页。石灰投加平台药剂溶解池及贮液池第五十四页，共163页。溶液池溶解溶液池第五十五页，共163页。（一）隔板絮凝池主要设计参数：1.流速：u从大到小逐渐变化，起端0.50.6m/s，末端0.20.3

m/s。2.絮凝时间：T=2030分钟。3.隔板间距：

b不小于0.50.6m,a=(1.21.5)b,池底应有i=0.020.03,设不小于150mm排泥管。第五十六页，共163页。4.水头损失计算ui—第i段廊道内水流速度m/s;uit—第i段廊道转弯处水流速度m/s;mi—第i段廊道水流转弯处次数；—隔板转弯处的局部阻力系数，往复式隔板（180º转弯）=3，回转式隔板（90º转弯）=1;Li—第i段廊道总长度m;Ri—第i段廊道过水断面水力半径m;Ci—流速系数。第五十七页，共163页。絮凝池的总水头损失：

h=hi一般按絮凝池容积大小水头损失往复式hI=0.30.5m;回转式比往复式小40%左右。优点：1.适用于大型水厂，因为Q小b小，不便于施工和维护；2.构造简单、管理方便、效果较好，回转式比往复式效果好，水头损失小3040%。缺点：1.絮凝时间长，容积较大，水头损失较大；2.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。第五十八页，共163页。（二）折板絮凝池第五十九页，共163页。（二）折板絮凝池第六十页，共163页。按水流通过折板的间隙数，又分为“单通道”和“多通道”。多通道折板絮凝池第六十一页，共163页。按水流通过折板的间隙数，又分为“单通道”和“多通道”。多通道折板絮凝池第六十二页，共163页。

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。各段流速分别为：第一段0.250.35m/s；第二段0.150.25m/s；第三段0.100.15m/s。折板的夹角采用90120，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0.250.4m。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CSTR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（PF型）反应器。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：1.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。采用波纹板缺点就更突出。第六十三页，共163页。某厂折板絮凝池第六十四页，共163页。某厂折板絮凝池第六十五页，共163页。（三）机械絮凝池第六十六页，共163页。（三）机械絮凝池第六十七页，共163页。机械设备的优点：

1.絮凝效果好；2.易调节、受水质变化的影响小；3.水头损失小。缺点：

1.需设置机电设备；2.维修管理较复杂。常用的浆板式机械絮凝池主要设计参数为：1.浆板：总面积为水流截面积的（1020）%不易超过25%，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75%，宽度为1030cm，

2.叶轮旋转线速度：按叶轮半径中心点的线速度计算（相当于池中水流的平均速度）第一格0.50.6m/s,以后逐渐递减，最末一格采用0.10.2m/s。3.絮凝时间：一般采用1520分钟。第六十八页，共163页。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：第六十九页，共163页。式中：P—浆板所耗总功率，W;n—同一旋转半径上浆板数；r2—浆板外缘旋转半径，m;r1—浆板内缘旋转半径，m;CD—阻力系数，

—水的密度，—相对于水的旋转角速度；3.每个旋转轴所需电动机功率式中：N—电动机功率1—搅拌设备总机械效率(一般取0.75）;2—传动效率，可采用0.60.95。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流运动线速度，其值为旋转线速度0.50.75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率（P公式），或以旋转线速度乘以0.50.75倍代入。第七十页，共163页。（四）其他形式絮凝池1.旋流絮凝池一般喷嘴出口：u=23m/s.池子出水口：u=0.150.20m/s.逆水流方向出水。水头损失主要集中在进水喷嘴上：—喷嘴流量系数（0.90.95）

u—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。第七十一页，共163页。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。第七十二页，共163页。第七十三页，共163页。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。适宜中小水厂第七十四页，共163页。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。=30º45º；适合小水厂、小水量，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。第七十五页，共163页。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第七十六页，共163页。第七十七页，共163页。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、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。第七十八页，共163页。1.沉淀分类沉淀:水中悬浮颗粒依靠重力作用,从水中分离出来的过程.分散颗粒自由沉淀:颗粒在沉淀过程中,彼此没有干扰,只受到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: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,其粒径和质量逐渐增大,沉速随水深增加而加快的沉淀.拥挤沉淀:颗粒在沉淀过程中,彼此干扰,或受到容器壁的干扰,虽然其粒度和第一种相同,但沉淀速度却较小.压缩沉淀:即为污泥浓缩,沉降到沉淀池底部的悬浮颗粒组成网状结构絮凝体,在上部颗粒的重力作用下挤出空隙水得以浓缩的沉淀.二、沉淀和澄清第七十九页，共163页。沉淀处理设备

沉淀处理设备可分为沉淀池和澄清池两类。

(1)沉淀池

沉淀池是用来分离水中悬浮物的池子，有间歇式和连续式之分。按水流方向分为平流式、竖流式、辐流式和斜板(管)式等。平流式沉淀池见图3-2，斜板(管)式沉淀池见图3-3。按水流和泥渣沉降方向不同，斜板(管)式沉淀池可分为异向流、同向流和横向流三种运行方式，见图3-4。第八十页，共163页。1)概述澄清池(clarifier)是用于混凝处理的另一种设备。在澄清池内，可以同时完成混合、反应、沉降分离等过程。第八十一页，共163页。2)特点优点占地面积小，处理效果好，生产效率高，节省药剂用量.缺点对进水水质要求严格，设备结构复杂。第八十二页，共163页。3)分类从泥渣与废水接触方式不同，澄清池可分为两大类：一类是悬浮泥渣型，有悬浮澄清池，脉冲澄清池；另一类是泥渣循环型，有机械加速澄清池和水力循环加速澄池清第八十三页，共163页。泥渣悬浮型澄清池工作原理：加入药剂的原水上升使池内泥渣呈悬浮状态，水流由下而上通过悬浮状态的泥渣层时，絮体被泥渣层拦截下来。其作用类似过滤。浑水通过悬浮层即获得澄清；被拦截下的杂质使悬浮泥渣颗粒变大，沉速提高。

第八十四页，共163页。钟罩式脉冲澄清池脉冲澄清池的工作过程可分为两个阶段，从进水室水位开始上升到虹吸作用开始称为充水阶段，由虹吸作用开始到虹吸作用破坏称为放水阶段。脉冲澄清池两次充水相隔时间称为脉冲周期，约30–40s,其中充水时间约为25–30s，放水时间5–10s。第八十五页，共163页。钟罩式脉冲澄清池出水泥渣第八十六页，共163页。泥渣循环分离型澄清池工作原理：依靠外力，使池内泥渣在竖直方向上不断循环，在运动中捕集水中的微絮粒，并在分离区加以分离．第八十七页，共163页。机械加速澄清池示意图混凝剂第八十八页，共163页。水力循环澄清池原理：依靠水力作用，使加入药剂的原水经喷嘴高速喷入喉管，在喉管下部的喇叭口附近造成真空而吸入回流泥渣，原水与回流泥渣在喉管中剧烈混合后，送入第一絮凝室和第二絮凝室接触，再进入分离室进行泥水分离。清水排出，泥渣下沉，部分进泥渣浓缩室浓缩后排出，部分被吸入喉管重新循环。第八十九页，共163页。(2)澄清池澄清池带有悬浮泥渣层，以泥渣为接触介质，分离水中悬浮物和沉淀之后生成的沉淀物，结构复杂。

澄清池可分为泥渣悬浮式和泥渣循环式两种类型。

①цнии型澄清池

该澄清池是原苏联设计的典型泥渣悬浮式澄清池，结构见图3-5。

②水力循环澄清池

水力循环澄清池是泥渣循环式澄清池的一种，结构见图3-6。第九十页，共163页。图3-5

цнии型澄清池第九十一页，共163页。图3-6水力循环澄清池Flash第九十二页，共163页。2.沉淀池1)沉淀池类型按进水方向来划分:竖流式、平流式、辐流式第九十三页，共163页。图3-2平流式沉淀池第九十四页，共163页。图3-3

斜板(管)式沉淀池第九十五页，共163页。图3-4斜管(板)中水与泥渣的流向第九十六页，共163页。2)平流沉淀池内颗粒的沉淀过程分析理想沉淀池的假定:颗粒处于自由沉淀状态.即在沉淀过程中,颗粒之间互不干扰,颗粒的大小形状和密度不变.因此,颗粒的沉速始终不变.水流沿水平方向流动.在过水断面上,各点流速相等,并在流动过程中始终不变.颗粒沉到池底即认为已被去除,不再返回水流中.第九十七页，共163页。截留沉速u0:沉淀池所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速,凡是沉速等于或大于沉速u0的颗粒能够全部被沉掉.式中Q/A,一般称为“表面负荷”或“溢流率”,即单位沉淀池表面积的产水量.表面负荷在数值上等于截留沉速,但含义却不同.第九十八页，共163页。平流式沉淀池总的沉淀效率沉速为ui(ui<u0)的颗粒去除百分比E为:悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的表面负荷有关,而与其它因素如水深池长水平流速和沉淀时间均无关.

第九十九页，共163页。当去除率一定时,颗粒沉速ui越大则表面负荷也越大,亦即产水量越大;或者当产水量和表面积不变时,ui越大则去除率E越高.颗粒沉速与凝聚效果有关,所以生产上一般均重视混凝工艺.颗粒沉速ui一定时,增加沉淀池表面积可以提高去除率.当沉淀池容积一定时,池深浅些则表面积大些,去除率可以高些,此即“浅池理论”第一百页，共163页。设p0---所有沉速小于u0的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率;p---能够在沉淀池中去除的沉速小于u0

的所有颗粒重量占全部颗粒重量的百分率;dpi---具有沉速为ui的颗粒重量占全部颗粒重量的百分率;第一百零一页，共163页。3)影响沉淀效果主要因素沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响理想沉淀池中,假定水流稳定,流速均匀分布,其理论停留时间为:t0=V/Q短流:在实际沉淀池中,有一部分水流通过沉淀区的时间小于t0,而另一部分水流则大于t0,这种现象称为短流.产生短流的原因:进水的惯性作用;出水堰产生的水流抽吸;较冷或较重的进水产生的异重流;风浪引起的短流;池内存在导流壁和刮泥设施等等.第一百零二页，共163页。水流性能的评价参数:

雷诺数Re:水流的紊动性用雷诺数判断,表示水流的惯性力与粘滞力两者的对比:

弗劳得数Fr:用以判断水流稳定性,反映水流的惯性力与重力之间的对比:第一百零三页，共163页。Fr数增大,表明惯性力作用相对增强,重力作用相对减小,水流对温差、密度差异重流及风浪等影响的抵抗力强,使沉淀池中的流态保持稳定.要求Fr>10-5.在沉淀池中通常要求降低雷诺数,提高弗劳得数,有效的措施是减小水力半径R.池中纵向分格及斜板斜管沉淀池都能达到上述目的.凝聚作用的影响:第一百零四页，共163页。4)平流式沉淀池的构造与设计计算进水区:通常使水流从絮凝池直接流入沉淀池,通过穿孔花墙将水流均匀分布在整个断面上,孔口流速不宜大于0.15-0.2m/s.第一百零五页，共163页。沉淀区:沉淀区的高度与其前后相关净水构筑物的高程布置有关，一般约3-4m。沉淀区的长度L取决于水平流速v和停留时间T，即L=vT。沉淀区的宽度取决于流量Q，池深H和水平流速v，即B=Q/Hv。长宽比不小于4，长深比不大于10，每格宽度宜在3-8m，不宜大于15m。第一百零六页，共163页。出水区：沉淀后的水应尽量在出水区均匀流出，一般采用堰口布置,或采用淹没孔口。孔口流速宜为0.6-0.7m/s，孔径20-30mm，孔口在水面下12-15cm。孔口水流应自由跌落到出水渠。堰口溢流率一般小于300m3/m.d.存泥区和排泥措施：目前基本采用机械排泥装置，不考虑存泥区，池底水平但略有坡度以便放空。第一百零七页，共163页。第一百零八页，共163页。第一百零九页，共163页。第一百一十页，共163页。第一百一十一页，共163页。第一百一十二页，共163页。第一百一十三页，共163页。第一百一十四页，共163页。平流式沉淀池的设计计算以表面负荷来设计：已知Q/A，求出A，L＝3.6vT,B=A/L;按停留时间设计：已知T，V=QT，选H，B=V/LH第一百一十五页，共163页。5)斜板与斜管沉淀池斜板与斜管沉淀池的特点理论基础：浅池理论；从水力条件的改善来看：雷诺数大大降低，弗劳德数大为提高；斜板沉淀池中的水流基本上属层流状态，而斜管沉淀池的Re多在200以下，甚至低于100。斜板沉淀池的Fr数一般为10-3－10-4。斜管的Fr数将更大。斜板斜管沉淀池满足了要求。水流的稳定性和层流的第一百一十六页，共163页。第一百一十七页，共163页。第一百一十八页，共163页。斜管沉淀池的设计和计算底部配水区高度不宜小于1.5m，以便均匀配水；倾角宜为60°，斜管的长度多采用1m。斜管的管径通常采用25-35mm。第一百一十九页，共163页。

斜管沉淀池的表面负荷q是重要的技术经济指标：

Q－流量，m3/h;A－沉淀池清水区表面积，m2；规范规定斜管沉淀池的表面负荷率为9－11m3/m2h（2.5－3.0mm/s)斜管内的流速为A’－斜管的净出口面积；

θ－水平倾角。第一百二十页，共163页。过滤是使液固或气固混合物中的流体强制通过多孔性过滤介质，将其中的悬浮固体颗粒加以截留，从而实现混合物的分离，是一种属于流体动力过程的单元操作。三、过滤第一百二十一页，共163页。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。第一百二十二页，共163页。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。第一百二十三页，共163页。滤料

滤料的技术要求是：

(1)适当的粒度组成；(2)良好的化学稳定性；(3)一定的机械强度。水头损失

水头损失是指水流通过滤层的压力降，是滤池运行状况的重要指标。影响水头损失的因素，除滤料被污染的程度外，还有滤料的粒径，滤速和温度。滤料的粒径愈小，水头损失愈大；滤速与水头损失成正比；温度升高，水头损失减小，是因为水的粘度降低。第一百二十四页，共163页。影响过滤的因素在滤料和滤层厚度确定之后，影响过滤的因素主要是滤速、反洗和水流的均匀性。

(1)滤速滤速。其中Q——滤池的出力m3/h，F——滤池的过滤截面积m2。因此，滤速是假定滤料不占有空间时水通过的速度，即空塔速度。

(2)反洗反洗是指当滤池运行到一定水头损失时，用水自下而上通过滤层，以除掉滤料截留的泥渣，恢复滤料过滤能力的工艺过程。第一百二十五页，共163页。(3)水流的均匀性不论过滤和反洗，都要求沿过滤截面各部分的水流分布均匀，以保证设备的充分利用。过滤设备及运行

火力发电厂所采用的过滤设备是快滤池，可分为压力式和重力式。快滤池种类很多，但结构基本相同，包括进水装置、配水装置及必要的管道阀门。(1)普通过滤器

普通过滤器时最简单的压力式过滤器，结构如图3-7所示。第一百二十六页，共163页。

原水用泵打入，经上部的漏斗和水垫层均匀地向下流过滤层，出水经配水装置注入清水池。普通过滤器水是自上而下单向流动的，因而也叫单流式过滤器。(2)重力式无阀滤池火力发电厂常用的重力式无阀滤池如图3-8所示。重力式无阀滤池的结构简单、成本低，运行操作简便。缺点是虹吸管必须很高以适应滤层失效时的水头损失，并且滤池不宜过大以防止水通过滤层时分布不均匀。第一百二十七页，共163页。图3-7普通过滤器第一百二十八页，共163页。图3-8重力式无阀滤池第一百二十九页，共163页。第一百三十页，共163页。第一百三十一