技术方案某电厂全套水处理

电厂水处理系统全套技术方案目录第一章水质概述第一节天然水及其分类一、水源二、水中的溶解物质三、天然水的分类第二节电厂用水的类别及水质指标一、电厂用水的类别二、水质指标三、表征水中易结垢物质的指标四、天然水中几种主要化合物的化学特性第二章水的预处理第一节混凝沉淀一、混凝沉淀的原理二、混凝、沉淀设备及处理过程第二节过滤处理一、过滤原理二、滤料选择三、过滤设备及运行第三章水的除盐处理第一节离子交换树脂一、树脂的结构二、树脂的分类三、物理性质四、化学性质第二节离子交换除盐一、化学除盐二、化学软化第三节除CO2器一、除CO2的原理二、鼓风除CO2器第四节降低酸、碱耗的措施一、酸、碱耗的计算方法二、降低酸、碱耗的措施第五节锅炉补给水的处理系统第四章本厂补给水处理设备及系统第一节工艺系统设计及设备参数一、概述二、水处理设备运行指标要求三、水处理设备制造要求四、水处理设备的控制说明五、设备主要参数六、水泵设备主要技术数据表第二节浮床过滤器一、浮床的工作机理及特点二、系统设计三、安装要点四、调试前的准备五、运行调试第三节阴、阳离子交换器一、概述二、工作原理三、技术数据表四、结构简述五、运行及再生操作六、安装要点第四节混合离子交换器一、概述二、工作原理三、技术数据表四、结构简述五、运行及再生操作六、安装要点第五节工艺系统及控制步序表一、工艺系统图二、控制步序表第五章凝结水处理第一节概述一、凝结水的污染二、凝结水处理的适用范围和系统组成第二节凝结水过滤一、过滤法二、混合离子交换法第三节凝结水混床系统及运行一、混床与热力系统的连接方式二、凝结水混床系统三、凝结水混床运行方式第四节混床树脂的分离及体外再生一、混床树脂的分离二、混床的体外再生四、凝结水处理系统第五节本厂凝结水处理设备及系统一、系统设计说明二、设备规范三、系统运行维护说明四、工艺系统及操作步序表第六章废水处理第一节天然水体与火力发电厂的废水和水质一、天然水体与水质二、火力发电厂的废（污）水三、各种废（污）水对环境的影响第二节火力发电厂的废水处理概述一、废水处理方法二、废水处理的工艺流程三、生活污水或工业废水处理工艺流程举例第三节火力发电厂的废水处理技术一、含油废水的处理二、化学水处理酸、碱废水的处理三、锅炉化学清洗废水的处理四、冲灰废水的处理五、生活污水的处理第四节本厂废水处理设备简介一、系统设计二、设备参数第七章热力设备腐蚀与防护第一节锅内腐蚀基础知识介绍一、腐蚀类型二、给水系统的腐蚀因素三、腐蚀的防止方法四、锅内腐蚀的种类五、防止锅内腐蚀的措施第二节锅内结垢和锅内水处理一、锅内结垢二、锅内水处理第三节停炉腐蚀和保护方法一、停炉腐蚀和危害二、停炉的保护方法第四节锅炉的化学清洗一、化学清洗原理二、缓蚀剂和缓蚀作用三、添加剂及其作用四、锅炉化学清洗的确定五、化学清洗步骤和方法六、清洗前的准备工作七、清洗的安全措施第八章水汽取样第一节水汽取样装置操作一、装置启用前操作二、装置启动三、装置停运四、装置运行五、特殊部件的维护方法第二节水汽取样恒温装置系统一、概述二、恒温装置工作原理（附图2）三、装置的功能模块四、装置部件规格及参数五、装置主要技术指标六、制冷剂的充装七、装置的调试八、装置的启动九、装置的停运第九章化学加药装置第一节概况一、加药系统二、工作原理三、结构组成及特点四、安装五、使用操作和维护第十章发电机的氢冷却第一节发电机的冷却方式与热量传递一、电机的冷却方式二、热量传递方程第二节发电机的冷却介质性能比较第二节发电机的冷却介质性能比较第三节水电解制氢设备简介一、制氢系统设计说明二、主要工艺设备的技术要求及参数三、制氢系统仪表及其控制第四节水电解制氢装置及工艺流程一、水电解制氢装置用途二、水电解制氢装置工作原理三、FDQG5/3.2-IV型水电解制氢干燥装置系统详述第五节水电解制氢的运行一、制氢装置开车前准备：二、装置开车前准备三、开车顺序四、正常操作及维护五、正常情况下停车六、非正常情况下停车七、自控仪表的检修八、水电解制氢装置安全注意事项第六节水电解制氢设备的自动控制一、概述二、上位监控站三、现场操作屏四、正常运行操作五、维护操作六、部分单回路控制逻辑第十一章电解海水制取次氯酸钠装置第一节系统设计及主要设备参数一、海水水质二、系统容量三、技术要求第二节系统运行及维护一、概述二、系统描述三、系统的运行四、维护附录：有效氯浓度测量方法：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（H2O）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，另作介绍。1．悬浮物：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。2．胶体：颗粒直径约在10-6-3．溶解物质：颗粒直径约在10-6毫米以上的微粒，大都为离子和一些溶解气体。呈离子状态的杂质主要有阳离子（钠离子Na+、钾离子K+、钙离子Ca2+、镁离子Mg2+）,阴离子（氯离子CI-、硫酸根SO42-、碳酸氢根HCO3-）；溶解气体主。二、水中的溶解物质悬浮物的表示方法：悬浮物的量可以用重量方法来测定（将水中悬浮物过滤、烘干后称量），通常用透明度或浑浊度（浊度）来代替。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800℃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及洗涤时容易消耗肥皂得一类物质。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-、CO32-、HCO3-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酞碱度两种。酸度表示水中能与强酸起中和作用的物质的量。有机物的表示方法：通常用耗氧量来表示。溶解物质是指颗粒直径小于10-6mm的微粒，它们大都以离子或溶解气体状态存在于水中，现概述如下。（1）离子态杂质。天然水中含有的离子种类甚多，但在一般的情况下，它们总是一些常见的离子。如按含量多少来分，可以将这些离子归纳为表1-2中的三类。其中第一类杂质的含量为最多，是工业水处理中需要净化的主要离子。天然水中离子态杂质来自水源经地层时溶解的某些矿物质。列如石灰石（CaCO3）和石膏（CaSO4·2H2O）的溶解。CaCO3在水中的溶解度虽然很小，但当水中含有游离态CO2时，CaCO3被转化为较易溶的Ca（HCO3）2而溶于水中。其反应为CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2又如白云石（MgCO3·CaCO3）和菱镁矿（MgCO3），也会被含游离CO2的水溶解，其中MgCO3溶解反应可表示为MgCO3+CO2+H2O=Mg（HCO3）2由于上述反应，所以天然水中都存在Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-。在含盐量不大的水中，Mg2+的浓度一般为Ca2+的25%-50%，水中Ca2+、Mg2+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+。因为钠盐的溶解度很高，在自然界中一般不存在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，并取加权平均值25作为两者的摩尔质量。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Ca2+、Mg2+、K+、Na+；阴离子是HCO3-、SO42-、Cl-，某些地区的地下水中还含有较多的Fe2+和Mn2+。（2）溶解气体。天然水中常见的溶解气体有氧（O2）和二氧化碳（CO2），有时还有硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）和氨（NH3）等。天然水中O2的主要来源是大气中O2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，氧的含量一般低与地表水，天然水的氧含量一般在0-14mg/L之间。天然水中CO2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CO2含量常不超过20-30mg/L，地下水的CO2含量较高，有时达到几百毫克/升。天然水中CO2并非来自大气，而恰好相反，它会向大气中析出，以为大气中CO2的体积百分数只有0.03%-0.04%，与之相反的溶解度仅为0.5-1.0mg/L。水中O2和CO2的存在是使金属发生腐蚀的主要原因。（3）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，还有属于高等植物的苔类和属于后生动物的轮虫、涤虫等。三、天然水的分类通常，天然水有两种分类法，一种按主要的水质指标，另一种水中盐类组成。现分述如下：1．按主要水质指标分类天然水可以按其含盐量或硬度分类，因为这两种指标可以代表水受矿物质污染的程度。天然水按其含盐量分类如表1-3。表1-3按含盐量分类类别低含盐量水中等含盐量水较高含盐量水高含盐量水含盐量（mg/L）<200200-500500-1000>1000我国江河水大都属于低含盐量和中等含盐量水，地下水大部分是中等含盐量水。天然水按其硬度分类如表1-4。表1-4按硬度分类类别极软水软水中等硬度水硬水极硬水硬度（mmol/L）<1.01.0-3.03.0-6.06.0-9.0>9.0根据此种分类，我国天然水的水质是由东南沿海的极软水，向西北经软水和中等硬度水而递增至硬水。这里所谓软水是指天然水硬度较低，不是指经软化处理后所获得的软化水。2．按水中盐类的组成分类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Na+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+、Mg2+、Na+、Cl-、SO42-等；另一类指标是表示某些化合物之和或表征某种性能，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。悬浮固体是水样在规定的条件下，经过滤可除出的固体，单位为毫克/升（mg/L）。这项指标仅能表征水中颗粒较大的悬浮物，而不包括能穿透滤纸的颗粒小的悬浮物及胶体，所以有较大的局限性。此法需要将水样过滤，滤出的悬浮物需经烘干和称量等手续，操作麻烦，不易用作现场的监督指标。（2）浊度。浊度是反映水中悬浮物和胶体含量的一个综合性指标，它是利用水中悬浮物和胶体颗粒对光的饿散射作用来表征其含量的一种指标，即表示水浑浊的程度。浊度是通过专用仪器测定的，操作简便迅速。由于标准水样配制方法不同，所使用的单位也不相同，目前以硫酸肼（N2H4SO4）和六次甲基四胺[（CH2）6N4]配制成浑浊液为标准，与水样相比较，其单位用福马肼（FTU）表示。（3）透明度。透明度是利用水中悬浮物和胶体物质的透光性来表征其含量的另一中指标，即表示水透明程度的指标，单位为厘米（cm）。水的透明度与浊度成反比，水中悬浮物含量越高，其透明度越低。由于它是通过人的眼睛观察水层厚度来确定水中悬浮物含量的，因此它带有人为的随意性。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滤水样，经蒸干并在105-1100C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，它是指水中某些易于形成沉淀的金属离子，它们都是二价或二价以上的金属离子。在天然水中，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）Ca2+]+[（1/2）Mg2+]。根据Ca2+、Mg2+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（HT）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。在美国硬度单位为ppmCaCO3，这里的ppm表示百分之一，它与mg/L大致相当；在德国硬度单位采用的是德国度oG，1oG相当于10mg/LCaO所形成的硬度。以上几种硬度单位的关系如下：1mmol/L=2.8oG=50ppmCaCO31．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NaOH、Ca（OH）2等，它们在水中全部以OH-形式存在；（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-、CO32-和HCO3-，当水中同时存在有HCO3-和OH-的时候，就发生如（2-2）式的化学反应：HCO3+OH-→CO32-+H2O（2-2）故一般说水中不能同时含有HCO3-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CO32-碱度；只有HCO3-碱度；同时有OH-+CO32-碱度；同时有CO32-+HCO3-碱度。水中的碱度是用中和滴定法进行测定的，这时所用的标准溶液是HCl或H2SO4溶液，酸与各种碱度成分的反应是，OH-+H+→H2O（2-3）CO32-+H+→HCO3-（2-4）HCO3-+H+→H2O+CO2（2-5）如果水的PH值较高，用酸滴定时，上述三个反应（2-3）、（2-4）、（2-5）将依次进行。当用甲基橙作指标剂，因终点的PH值为4.2，所以上述三个反应都可以进行到底，所测得的碱度是水的全碱度，也叫甲基橙碱度；如用酚酞作指示剂，终点的PH值为8.3，此时只进行（2-3）、（2-4）式的反应，反应式（2-5）并不进行，测得的是水的酚酞碱度。因此，测定水中碱度时，所用的指示剂不同，碱度值也不同。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ppmCaCO3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。用酚酞作指示剂，测定的酸度除强酸酸度（如果水中有强酸酸度）外，还有H2CO3酸度，即CO2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。3．表示水中有机物的指标天然水中的有机物种类繁多，成分也很复杂，分别以溶解物、胶体和悬浮状态存在。因此很难进行逐类测定，通常是利用有机物比较容易被氧化这一特性，用某些指标间接地反映它的含量，如化学氧化、生物氧化和燃烧等三种氧化方法，都是以有机物在氧化过程中所消耗或氧化剂的数量来表示有机物可氧化程度的。（1）化学耗氧量（COD）。在规定条件下，用氧化剂处理水样时，水样中有机物氧化所消耗该氧化剂的量，即为化学耗氧量。计算时折合为氧的质量浓度，简写代号为COD，单位用毫克/升O2表示。化学耗氧量越高，表示水中有机物越多。常采用的氧化剂有重铬酸钾和高锰酸钾，氧化剂不同，测得有机物的含量也不同。如用重铬酸钾K2Cr2O7作氧化剂，在强酸加热沸腾回流的条件下，以银离子作催化剂，可对水中85%-95%以上的有机物进行氧化，不能被完全氧化的是一些直链的、带苯环的有机物，但这种方法基本上能反应水中有机物的总量。如用高锰酸钾作氧化剂，只能氧化约70%的一些比较容易氧化的有机物，并且有机物的种类不同，所得的结果也有很大差别，所以这项指标具有明显的相对性，目前它较多地用于轻度污染的天然水和清水的测定。（2）生化需氧量（BOD）。在特定条件下，水中的有机物和无机物进行生物氧化时所消耗溶解氧的量，即为生化需氧量。单位也用毫克/升O2表示。构成有机体的有机物大多是碳水化合物、蛋白质和脂肪等，其组成元素是碳、氢、氧、氮等，因此不论有机物的种类如何，有氧分解的最终产物总是二氧化碳、水和硝酸盐。生物氧化的整个过程一般可分为两个阶段，第一个阶段主要是有机物被转化为二氧化碳、水和氨的过程；第二个阶段主要是氨转化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程。对于工业用水，因为氨已经是无机物，它的进一步氧化，对环境卫生的影响较小，所以，生化需氧量通常只指第一阶段有机物氧化所需的氧量。通常都以5天作为测定生化需氧量的标准时间，称5天生化需氧量，用BOD5表示。试验证明，一般有机物的5天生化需氧量约为第一阶段生化需氧量的70%左右，因此，BOD5具有一定的代表性。此外，用仪器测定有机物完全燃烧后所产生的气体来反映总含碳量的，称为总有机碳（简称TOC），或反映消耗氧的量的，称总需氧量（简称TOD）。下表为我公司用淡水水质全分析资料，供学习时参考北海电厂一期工程水质全分析资料（时间：2003.1.22）水源：地下水项目5＃井6＃井7＃井8＃井9＃井PH（25℃）4.614.504.604.614.40全固形物（mg/L）31.430.524.823.526.8总硬度（mmol/L）0.03540.02270.01030.03200.0370暂时硬度（mmol/L）0.03540.02270.01030.03200.0370总碱度（mmol/L）0.06910.04510.05090.07230.0272甲基橙碱度（mmol/L）0.06910.04510.05090.07230.0272CODMn（mgO2/L）电导率（25℃）（μS/cm）31.128.727.631.034.2游离二氧化碳（mg/L）179.0147.0131.90187.0112.0K+（mg/L）0.390.070.030.280.09Na+（mg/L）2.772.02.992.02.48Ca2+（mg/L）1.410.910.381.311.52Fe3+（mg/L）0.450.150.130.280.10R2O3（mg/L）0.640.210.190.400.14HCO3-（mg/L）4.212.753.104.411.66Cl-（mg/L）3.692.583.311.814.12SiO2（全）（mg/L）20.5022.1016.3017.3017.60SiO2（溶）（mg/L）11.8910.217.9811.6711.0备注a.表中各种物质的基本单元为eq\o(\s\do-8(１),\s\do0(—),\s\do8(ｎ))Menb.全硅含量最大值：≈25mg/L。c.其它未列指标含量约为零。四、天然水中几种主要化合物的化学特性天然水中含有杂质的种类虽然较多，但天然水中主要杂质的种类差不多是一致的，它们总是几种常见的化合物，所以在研究水的净化处理时，只需研究若干常见的化合物。1．碳酸化合物碳酸和它的盐类统称碳酸化合物，在天然水中特别是在含盐量较低的水中，含量最大的化合物常常是碳酸化合物。而切，在自然界发生的自然现象中，如天然水对酸、碱的缓冲性，沉积的生成与溶解等，碳酸也常常起非常重要的作用。（1）碳酸化合物的存在形式水中碳酸化合物通常有以下四种形式：溶于水的气体二氧化碳；分子态碳酸；碳酸氢根及碳酸根。在水溶液中，这四种碳酸化合物之间有下列几种化学平衡：CO2(aq)+H2O≒H2CO3（2-6）H2CO3≒H++HCO3-（2-7）HCO3-≒H++CO32-（2-8）若把上述平衡式综合起来可以得到CO2(aq)+H2O≒H2CO3≒H++HCO3-≒2H++CO32-（2-9）利用上述关系式解决有关碳酸化合物的问题是有困难的，因为在进行水分析时，不能区分水中的二氧化碳和碳酸，用酸碱滴定测得的二氧化碳是两者之和。实际上，分子态的碳酸的形态只占总量的百分之一以下，故实际工作中可以将二氧化碳和碳酸一起用二氧化碳表示，此时式（2-9）式可表示为CO2+H2O≒H++HCO3-≒2H++CO32-（2-10）（2）碳酸化合物的形态与PH值的关系碳酸为二元弱酸，可进行分级电离。不同温度下有着不同的电离平衡常数，如在25时，的平衡常数值为：（2-11）（2-12）式中K1--H2CO3的一级电离平衡常数K2--H2CO3的二级电离平衡常数[]--表示相应物质的浓度f1、f2--分别表示1价和2价离子的活度系数PH值和各种碳酸化合物相对含量间的关系。碳酸化合物在各种溶液中的相对含量主要取决于该溶液的PH值。设碳酸化合物总浓度为Cmol/L，则[CO2]+[HCO3-]+[CO32-]=C（2-13）根据H2CO3一级电离平衡常数（2-12）式，以及（2-13）式，并假定在稀溶液中f1和f2可视为1，那么可解得一定的pH值条件下各种碳酸化合物的相对量，如（2-15）、（2-16）、（2-17）式所示（2-15）（2-16）（2-17）根据（2-15）～（2-17）式，可绘制图2-4所示的pH值与各种碳酸化合物相对量的关系曲线。由图可知，当pH≤4.2时，水中碳酸化合物基本是CO2；当pH=4.2～6.3时，CO2和HCO3-同时存在；当pH=8.3时，白分之98%以上的碳酸化合物呈HCO3-状态；当PH≥8.3时，HCO3-和CO32-同时存在。pH、[HCO3-]、[CO32-]和[CO2]的关系。由图2-4可知，在pH〈8.3时，碳酸进行的是一级电离，将（2-11）式等号两边取负对数并加以整理，则得pH＝pK1+lg[HCO3-]–lg[CO2]+lgf1对于稀溶液，f1=1,lgf1=0;在25℃时，PK１＝6.35；所以pH＝6.35＋lg[HCO3-]-lg[CO2](2-19)对于pH<⒏3的天然水来说，因为水中碳酸氢根的浓度实际就是水中的碱度（B），于是（2—19）式可变为pH＝⒍35+lg[B]-lg[CO2](2-20)当水的pH>⒏3时，由碳酸的二级电离平衡方程式（2-12），可求得pH＝⒑33+lg[CO32-]-lg[HCO3-](2-21)2．硅酸化合物硅酸是一种比较复杂的化合物，它的形态多，在水中有离子态、分子态以至胶态。硅酸的通式为xSiO2·yH2O。当x和y等于1时，分子式可写成H2SiO3,称为偏硅酸；当x=1,y=2时，分子式为H4SiO4，成为正硅酸；当x>1时，硅酸呈聚合态，称多硅酸。当硅酸的聚合度增大时，它会由溶解态转化成胶态，当其浓度较大时，会呈凝胶状析出。当水的pH值不很高时，溶于水的二氧化硅主要是分子态的简单硅酸，至于这些溶于水的硅酸到底是正硅酸还是偏硅酸的问题，还有待研究。因为硅酸通常显示出二元酸的性质。所以本书中均以偏硅酸来表示。硅酸的酸性很弱，电离度不大，所以当纯水中含有硅酸时不易用pH或电离率检测出来。当pH值增大到9时，二氧化硅的溶解度就明显增大，此时硅酸电离成H2SiO3的量增多，所以溶解的二氧化硅除了生成硅酸外，还会生成大量的H2SiO3,其反应方程式为H2SiO3=HSiO-3+H+当pH值较大，且水中溶解的硅酸化合物较多时，他们会形成多聚体，其反应方程式为4H2SiO3=H6Si4O2-12+2H+在天然水中，硅酸化合物是常见的杂质。它来自水流经地层时与含有硅酸盐和铝硅酸盐岩石的反应。地下水的硅酸化合物含量通常比地面水多，天然水中硅酸化合物（以二氧化硅表示）含量一般在1～20mg/L范围内，地下水有高达60mg/L的。硅酸化合物的许多形态会影响到它的测定方法。通常采用的铝蓝比色法能测得的只是水中分子量较低的硅酸化合物。至于分子量较大的硅酸，有的不与钼酸反应，有的反应缓慢。根据此种反应的能力不同，水中硅酸化合物可分成两类。那些能够直接用比色法测得的称为活性二氧化硅（简称活性硅），不能测得的称为非活性二氧化硅。在火力发电厂中，水中硅酸化合物是有害的物质。当锅炉水中铝、铁和硅的化合物量较高时，会在热负荷很高的炉管内形成水垢。在高压锅炉中，硅酸会溶于蒸汽，随之带出锅炉，最后沉积在汽轮机内。所以，硅酸化合物是水净化的主要对象之一。3．铁化合物在天然水中铁是常见的杂质。水中的铁有Fe2+、Fe3+两种。在深井中因溶解氧的浓度很小和PH值较低，水中会有大量的Fe2+，高达10mg/L以上，这是因为常见的亚铁盐类的溶解度较大，水溶解度较小，Fe2+不易形成沉淀物。当水中溶解氧浓度较大和PH值较高时，Fe2+会氧化成Fe3+，而Fe3+的盐类很易水解，从而转变成Fe(OH)3沉淀物或胶体，其反应方程式为4Fe2++O2+2H2O→4Fe3++4OH-、Fe3++3H2O→Fe(OH)3↓+3H+当pH≥8时，水中亚铁离子被溶解氧氧化的速度很快。在地表水中，由于溶解氧的含量较多，所以Fe2+的量通常很小，但在含有腐殖酸的沼泽水中，Fe2+的量可能较多，因为这种水的pH值常接近于4，Fe2+会与腐殖酸形成络合物，这种络合物不易被溶解氧氧化。在pH为7左右的地表水中，一般几乎只有含有呈胶态氢氧化铁的铁。锅炉给水携带铁的氧化物会引起锅炉炉管内生成氧化铁垢。4．氮的化合物在天然水中有时含有氮的无机化合物，如NH4+、NO-2、NO-3。它们的主要来源为动植物及各种含氮有机物，以及随工业排污水混入的NH4+等。随污水带入水源的含氮有机物（如蛋白质、尿素等），在微生物的作用下会逐渐分解，生成组织较简单的氮化合物，在没有氧存在的情况下，氨是有机氮分解的最终产物；如果水中有氧，则在细菌参与下，能使氨继续分解，逐步转变成亚硝酸盐和硝酸盐。为此，根据天然水中各种氮化合物的相对含量，可以推测此水被有机物污染的时期。如果NH4+含量百分率较大，则表示被污染的时期不长；反之，如NO-3含量百分率较大，则表示被污染已很久。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，可采用蒸馏法、离子交换法、电渗析法等等。目前电厂多采用离子交换法。炉外水处理就是由上述某些方法联合组成的水处理流程，一般为：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：1．混凝剂的作用。混凝剂在水中的作用：是促使水中微小的悬浮物或胶体颗粒相互凝聚成大颗粒而下沉。2．石灰乳的作用。石灰乳的成分是氢氧化钙{Ca(OH)2}。石灰乳加入水中可以提高水的pH值，有利于不溶性氢氧化物的中沉淀出来： Ca(OH)2+Ca(HCO3)2→2CaCO3↓+2H2O、2Ca(OH)2+Mg(HCO3)2→2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2O上述化学反应的结果，使水中的暂硬降低了。3．镁剂的作用。镁剂的主要化学成分是氧化镁(MgO)。如果在石灰、混凝处理的同时，向水中加入镁剂，就会使产生的氢氧化镁沉淀物增多。当氢氧化镁沉淀达到一定数量时，就能吸附水中大部分硅化物，然后它们渐渐变成难溶于水的硅酸镁而沉淀。因此，加镁剂的目的就是利用生成硅酸镁的的应，除掉水中的硅化物。除硅效果的好坏，除了必须加入适量的镁剂外，还与水的温度和pH值有关。最好的温度为40±1℃，pH值为10.1～10.3。二、混凝、沉淀设备及处理过程利用混凝沉淀方法除掉水中悬浮物的沉淀设备叫做澄清池。目前常见的澄清池也有水力循环澄清池、机械搅拌澄清池、脉冲澄清池和泥渣悬浮澄清池等。各种澄清池尽管在结构上有差异，但它们的工作原理则是相似的。这里仅以悬浮澄清池为例来阐述澄清池的工作过程。图13-2是悬浮澄清池的结构示意图。图13-2悬浮澄清池1—空气分离器；2—喷嘴；3—混合区；4—水平隔板；5—垂直隔板；6—反应区；7—过渡区；8—出水区；9—水栅；10—集水槽；11—排泥系统；12—泥渣浓缩器；13—采样管；14—可动罩子原水首先经过空气分离器，把水中含有的空气分离出去。这样就可以避免空气进入澄清池内，搅动悬浮层和把悬浮泥渣带出澄清池，破坏悬浮层的正常工作。不含空气的水和各种药剂，经过喷嘴送入澄清池下部的混合区。由于混合区水流旋涡很强，可以使混凝剂与水充分混合。在混合区上部装有水平和垂直的多孔隔板，从混合区出来的水继续向上流经多孔板时，多孔板既能使水得到进一步的混合，又能消除旋涡使其成为平稳水流，进入反应区。反应区是澄清器的中心部分，是主要工作区。当水进入反应区后，水中杂质逐渐凝聚成絮状悬浮物(称为泥渣)，由泥渣组成的悬浮层对水起过滤作用。经过反应区悬浮层的水，继续上升，进入过渡区。由于筒体截面逐渐增大，水的流速逐渐减小，使悬浮物与水分离。澄清池上部出水区截面最大，水在这里流速最低，水与悬浮物得到了很好的分离。最后，澄清水由环形集水槽引出，送至清水箱。澄清池的中央设有垂直圆形的排泥筒。沿着排泥筒的不同高度开有许多层窗口，多余的泥渣自动地经排泥窗口进入浓缩器，浓缩后的泥渣由底部排污管排入地沟。浓缩器与集水槽之间设有回水导管。由于浓缩器与集水槽之间有水位差，使浓缩器上部的清水经加水导管送入集水槽，而悬浮层上部的水经排泥窗口进入浓缩器，同时带走了多余的泥渣，使悬浮层保持固定的高度。澄清池的出水质量，一般可以达到以下标准：1．悬浮物含量不大于20毫克/升；2．碱度不大于0.85毫克当量/升；3．硅酸根含量，平均可降至1.0-1.5毫克/升；4．耗氧量不大于5毫克/升O2。第二节过滤处理生水经过混凝、沉淀处理后，虽然已将水中大部分悬浮物等杂质除掉，但是水中仍残留有20毫克/升左右的细小悬浮颗粒，需要进一步处理。除去残留有悬浮杂质，常用的方法是过滤。在电厂水处理中，主要是采用粒状滤料形成滤层，当浑水通过滤层时，就可以把水中悬浮物吸附截留下来，流出的是清水。一、过滤原理浑水通过滤层时，为什么能除掉水中的悬浮物呢？对过滤的机理，现在还有些不同的看法。目前人们认为，经过混凝处理的水，通过滤层的滤料时，有两个作用：一个是滤料颗粒表面与悬二、滤料选择做滤料的固体颗粒，应有足够的机械强度和很好的化学稳定性，以免在运行和冲洗时，因摩擦而破碎，或因溶解而引出水水质恶化。石英砂有足够的机械强度，在中性、酸性水中都很稳定。但是在碱性水中石英砂能够溶解，使水受到污染。无烟煤的化学稳定性较高，在一般碱性、中性和酸性水中都不溶解，它的机械强度也较好。此外，滤料的粒度和级配都应该选择合适。三、过滤设备及运行过滤设备有多种，电厂水处理中常见的有机械过滤器和无阀滤池等。1．机械过滤器（1）设备结构。机械过滤器的结构如图13-3所示。图13-3机械过滤器1—放空气管；2—进水漏斗；3—缝式滤头；4—配水支管；5—配水干管；6—混凝土它的本体是一个圆柱形容器，内部装有：进入装置、滤层和排水装置。外部设有必要的管道、进水装置可以是漏头形式或其他形式的，其主要作用是使进水沿过滤器截面均匀分配。滤层由滤料组成，滤料的粒径一般采用0.6-1.0毫米。滤层的厚度一般为1.1-1.2米。排水系统多采用支管缝隙式配水装置。它的作用：一是使出水的汇集和反洗水的进入，能沿着过滤器的截面均匀分布；一是阻止滤料被带出。（2）设备运行。过滤器在工作时，浑水经进水口流到进水漏斗，然后流经过滤层除掉浑水中的细小悬浮物而成为清水。此清水上排水系统送出。滤速为8-10米/时，或更大些。过滤器的运行过程中，由于滤料不断吸附浑水中的悬浮杂质，使运行阻力逐渐增大。当阻力增大到一定时，应停止运行，对滤料进行反洗。反洗滤料时，先将过滤器内的水排放到滤层以上约10厘米处，用压缩空气吹洗3分钟左右，然后将反洗清水和压缩空气从过滤器底部排水系统进入，经过滤层上升并冲动滤料使滤料浮动起来。此时滤料颗粒在水中游动并相互摩擦，这样将滤粒表面所吸附的杂质洗掉。在用清水和压缩空气混合反洗3-5分钟后，停止压缩空气，仅用清水继续反洗约2分钟后停止反洗。洗掉的吸附杂质随水上升，经上部进水漏斗上底部排水门排入地沟。最后，用水正洗至合格投入运行或备用。（3）双层滤料。一般机械过滤器多用单层滤料，但单层滤料反洗后，在水流的作用下，滤料颗粒形成了“上细下粗”的排列。由于滤层上部的砂粒细，砂粒之间孙隙小，所以吸附的悬浮物大多数集中在上面，致使滤层下部的滤料不能充分发挥吸附作用。这样就带来了水流阻力增长快，运行周期短的缺点。为了消除上述缺点，采用了双层滤料的办法。就是将滤层上部石英砂换一层颗粒较大的无烟煤，组成无烟煤-石英砂的双层滤料的过滤器。由于无烟煤的比重比石英砂的小，所以反洗后无烟煤仍然保持在上层。上层无烟煤颗粒之间的孔隙较大，水中悬浮物除被无烟煤吸附外，还可以进入下层石英砂滤层。这样就充分发挥了滤料的截污能力，使水流阻力增长较慢，延长了运行周期。2．无阀滤池图13-4无阀滤池1—进水槽；2—进水管；3—档板；4—过滤室；5—集水室；6—冲洗水箱；7—虹吸上升管；8—虹吸下降管；9—虹吸辅助管；10—抽气管；11—虹吸破坏管；12—锥形挡板；13—水封槽；14—排水井；15—排水管（1）设备结构。无阀滤池的结构如图13-4所示。这种过滤设备是用钢筋水泥筑成的主体，由冲洗水箱、过滤室、集水室、进水装置以及冲洗用的虹吸装置等组成。（2）设备运行。无阀滤池运行时，浑水由进水槽1进入，经过进水管2流入过滤室4，然后通过滤层除掉浑水中悬浮杂质，成为清水汇集到下部集水室5，此清水再由连通管进入上部冲洗水箱6，当水箱充满水后，澄清的水便经出水漏斗送出。随着运行时间的增长，滤层的阻力逐渐增大。虹吸上升管7中的水面也随之升高，当水面上升到虹吸辅助管9的管口时，水立即从此管中急剧下降。这时主虹吸管(包括虹吸上升管7和虹吸下降管8)中的空气，便通过抽气管10抽走，管中产生负压，使虹吸上升管和下降管中的水面同时上升，当两管水面上升达到汇合时，便形成了虹吸作用。这时，冲洗水箱的水，便沿着与过滤时相反的方向从下而上的经过滤层，形成自动反洗。这样，冲洗水箱的水位便下降，当水位降到虹吸破坏管11的管口以下时，空气经过机械过滤器或无阀滤池处理后的水，可以使出水中的悬浮物含量达到5毫克/升以下。第三章水的除盐处理第一节离子交换树脂水中能电离的杂质可用离子交换法除掉，这种方法是用离子交换剂进行的。离子交换剂包括天然沸石、人造铝硅酸钠、磺化煤和离子交换树脂等四类，其中离子交换树脂在水处理中应用得比较广泛。因此，在讨论离子交换法前，先对离子交换树脂的结构和性质做一些介绍。一、树脂的结构离子交换树脂是一种不溶于水的高分子化合物，外观上是一些直径为0.3-1.2毫米的淡黄色或咖啡色的小球。微观上是一种立体网状结构的骨架；骨架上联结着交换基团，交换基团中含有能解离的离子，图13-5是一种离子交换树脂的结构示意图。下面简单的介绍树脂网状结构的孔隙和交换基团。1．树脂孔隙。树脂内部的网架形成树脂中许多类似毛细孔状的沟道，即树脂的孔隙。实际上这些孔隙非常小，一般常用树脂的孔隙直径为20-40埃(1埃=10-8厘米)，而且同一颗粒内的孔隙也是不均匀的。孔隙中充满着水分子，这些水分子也是树脂孔隙的一个组成部分。水和交换基团解离下来的离子组成浓度很高的溶液，离子交换作用就是在这样溶液条件下进行的。树脂孔隙的大小，对离子交换运动有很大影响，孔隙小不利于离子交换运动，以致半径大的离子不能进入树脂内，也就不能发生交换作用。树脂网状骨架部分不溶于水，在交换反应时也是不变的，一般用英文树脂的第一个字母R来表示不变的这一部分。图13-5H型离子交换树脂结构示意2．交换基团。交换基团是由能解离的阳离子(或阴离子)和联结在骨架上的阴离子(或阳离子)组成。例如，磺酸基交换基团—，季胺基交换基团—等，其中或是能解离的并在反应中发生交换的离子；—或—是联结在骨架上的离子，即R—或R—N(CH3)+，它们在反应中是不变的。在书写某种离子交换树脂时，一般只写出树脂骨架符号R和交换基团中能解离的离子本身符号，如RH或ROH等。二、树脂的分类离子交换树脂的分类，一般按交换基团能解离的离子种类分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。1．阳离子交换树脂。交换基团能解离的离子是阳离子的，叫做阳离子交换树脂。在使用时通常是游离酸型即RH型，而且各种RH解离出H+能力的大小不同。所以，其中又分为强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂。2．阴离子交换树脂。交换基团能解离的离子是阴离子的，叫做阴离子交换树脂。使用时通常是游离碱型即ROH型，而且各种ROH解离出OH-能力的大小不同。所以，其中又分为强碱性阴离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂。3．此外，离子交换树脂按其孔隙结构上的差异，又有大孔型树脂和凝胶型(或微孔型)之分。目前生产一种孔隙直径为200-1000埃的树脂，称为大孔树脂；而把一般孔径在40埃以下的树脂，称为凝胶型树脂。三、物理性质离子交换树脂的物理性质很多，下面只介绍常见的几种。1．粒度。树脂颗粒的大小，对树脂的交换速度、树脂层中水流分布的均匀程度、水通过树脂层的压力降和反洗时树脂的流失等，都有很大影响。树脂颗粒大，离子交换速度小；颗粒小，水流阻力大，而且反洗时容易发生树脂流失。因此，颗粒的大小应适当，常用的树脂颗粒为20-40目，国产离子交换树脂的颗粒为16-50目(粒径为1.2-0.3毫米)。（1）干真比重。干真比重就是树脂在干燥状态下其本身的比重。此处所指的干树脂的体积，既不包括颗粒与颗粒之间的空隙，也不包括树脂本身的网架孔隙。测干树脂体积时是将一定重量的干树脂，浸入某种不使树脂膨胀的液体(如甲苯)中，测量其排出液体的体积，此体积即为该一定重量干树脂的体积。干真比重一般为1.6左右。这里的湿树脂体积是指颗粒在湿状态下的体积，包括颗粒中的网孔，但不包括颗粒与颗粒之间的空隙。湿真比重决定了树脂在水中的沉降速度。因此，树脂的湿真比重对树脂的反洗强度和3．溶胀性。树脂的溶胀性是指树脂由干态变为湿态，或者由一种离子型转换成为另一种离子型时，所发生的体积变化。前者称为绝对溶胀，后者称为体积溶胀。4．树脂绝对溶胀度的大小与合成树脂用的二乙烯苯的数量有关。同一种树脂如果浸入不同浓度的电解质溶液中，其溶胀度也不同；溶液浓度小，其溶胀度大；溶液浓度大，其溶胀度就小。因此，当把干树脂开始湿润时，不宜用纯水浸泡，一般饱和和食盐水浸泡，以防止树脂因溶胀过大而碎裂。树脂体积溶胀度的大小与可交换离子的水合离子半径大小有关，树脂内可交换离子的水合离子半径越大，其溶胀度越大。由于树脂转型时其体积发生变化，所以转型前后两种树脂的湿真比重也随之发生变化。当转型后的树脂体积增大时，其湿直比重减小；当转型后的树脂体积缩小时，其湿真比重增大。这一性质在混床树脂分层时作用很大。由于树脂转型时发生体积变化，也能使树脂在交换和再生过程中发生多次胀、缩，致使树脂颗粒破碎。从这种情况来看，应尽量减少树脂的再生次数，延长使用时间。5．机械强度。树脂的机械强度是指树脂经过球磨或溶胀后，裂球增加的百分数。机械强度好的树脂，应呈均匀的球形，没有内部裂纹，有良好的抗机械压缩性以及很低的脆性，在失效和再生时具有足够的抗裂能力。6．耐热性。各种树脂所能承受的温度有一定的最高极限，超过这个限度树脂就会发生迅速降解，交换容量降低，使用寿命减少。一般阳树脂可耐100℃左右，阴树脂中强碱性树脂可耐60℃左右，弱碱性树脂可耐80℃左右。此外，盐型树脂比氢型或氢氧型树脂耐热性好些。四、化学性质离子交换树脂的化学性质有：离子交换、催化、络盐形成等。其中用于电厂水处理的，主要是利用它的离子交换性质。所以，这里仅介绍离子交换反应的可逆性、选择性和表示交换能力大小的交换容量。1．离子交换反应的可逆性。当离子交换树脂遇到水中的离子时，能发生离子交换反应。反应结果，树脂的骨架不变，只是树脂中交换基团上能解离的离子与水中带同种电荷的离子发生交换。例如，用8%左右的食盐水，通过RH树脂后，出水中的H+浓度增加，Na+浓度减小。这说明食盐水通过RH树脂时，树脂中的H+进入水中，食盐水中的Na+交换到树脂上。这一反应为：RH+NaCl→RNa+HCl或 RH+Na+→RNa+H+如果用4%左右的盐酸通过已经变成RNa的树脂后，出水中的Na+浓度增加，H+浓度减小。说明树脂中的Na+进入水中，而盐酸中的H+交换到树脂上。这一反应为：RNa+HCl→RH+NaCl或 RNa+H+→RH+Na+对照两个反应我们知道：离子交换反应是可逆的。这种可逆反应，可用可逆反应式表示： RH+NaClRNa+HCl或RH+Na+RNa+H+2．同种交换剂对水中不同离子选择性的大小，与水中离子的水合半径以及水中离子所带电荷大小有关；不同种的交换剂由于交换换团不同，对同种离子选择性大小也不一样。下面介绍四种交换剂对离子选择性的顺序：（1）强酸性阳离子交换剂，对水中阳离子选择顺序：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+>H+>Li+（2）从上述选择顺序来看，强酸性阳离子交换剂对H+的吸着力不强；而弱酸性阳离子交换剂则容（3）强碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序：>>Cl>OH->F->>（4）弱碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序：OH->>>Cl->从阴离子交换剂的选择性来看，用碱再生弱碱性阴离子交换剂比再生强碱性阴离子交换剂容易。但是弱碱性阴离子交换剂吸着很弱，不吸着。因此，弱碱性阴离子交换剂用于除掉水中强酸根离子。3．交换剂的交换容量。交换容量是离子交换剂的一项重要技术指标。它定量地表示出一种树脂能交换离子的多少。交换容量分为全交换容量和工作交换容量。（1）全交换容量。全交换容量是指离子交换剂能交换离子的总数量。这一指标表示交换剂所有交换基团上可交换离子的总量。同一种离子交换剂，它的全交换容量是一个常数，常用毫克当量/克来表示。（2）工作交换容量。工作交换容量就是在实际运行条件下，可利用的交换容量。在实际离子交换过程中，可能利用的交换容量比全交换容量小得多，大约只有全交换容量的60-70%。某种树脂的工作交换容量大小和树脂的具体工作条件有关，如水的pH值、水中离子浓度、交换终点的控制标准、树脂层的高度和水的流速等条件，都影响树脂的工作交换容量。工作交换容量常用毫克当量/毫升来表示。第二节离子交换除盐在离子交换法的水处理中，根据除掉水中离子种类不同，分为离子交换法除盐(化学除盐)和离子交换法软化(化学软化)两种。其中使用比较广泛的是化学除盐，所以我们着重讨论化学除盐的原理、设备及运行；对于化学软化只作概括介绍。一、化学除盐化学除盐法就是将RH树脂和ROH树脂分别(或混合)放在两处(或一个)离子交换器内，用RH树脂除掉水中的金属离子，用ROH除掉水中的酸根，使水成为纯水。1．原理。化学除盐原理主要有两个交换反应，一个是除盐反应，一个是再生反应。（1）除盐。当含盐水流过RH树脂层时，水中的金属离子与RH树脂中的H+发生交换反应。水中的Na+、Ca2+、Mg2+……等离子扩散到树脂的网孔内并留在其中，而网孔内的H+则扩散到水中。结果，水中除了少数残余的金属离子外，阳离子换成了H+。这个过程用下列反应式表示：RH+Na+→RNa+H+2RH+Ca2+→R2Ca+2H+2RH+Mg2+→R2Mg+2H+经过RH树脂处理后的水，再通过ROH树脂层时，水中的酸根离子与ROH发生交换反应。水中的Cl–、、……等离子扩散到树脂网孔内并留在其中，而网孔的OH–则扩散到水中。结果，水中除了少数酸根外，阴离子换成OH–。这个过程用下列反应式表示：ROH+Cl–→RCl+OH–2ROH+→R2SO4+2OH–ROH+→RHSiO3+OH–水中的H+与OH-相线路合变成水：H++OH-→H2O水经过RH阳树脂和ROH阴树脂处理后，水中的金属阳离子被交换成H+，酸根阴离子被交换成OH-相结合成水，原水中的盐类被除去。这样处理后的水叫做除盐水。（2）再生。RH树脂和ROH树脂，经过交换后，分别转变为RNa、R2Ca、R2Mg……和RCl、R2SO4、RHSiO3……等新型树脂。这些新型树脂不能再起除盐作用，这种现象叫做树脂的失效。使失效的树脂重新恢复成最初类型的树脂的过程，叫做再生。再生是根据离子交换反应的可逆性进行的。例如：即反应向右进行是除盐，向左进行是再生。而反应究竟向哪个方向进行与离子的性质和溶液中离子浓度有关。在溶液中反应方向主要决定于离子被树脂的选择性，当溶液中某种离子浓度增大到一定范围时，反应就可以按人们指定的方向进行。在上述反应中分别增加H+浓度和OH-浓度，反应就向再生方向进行。这一可逆反应，提供了失效树脂再生的条件。RH阳树脂失效后采用一定浓度的酸溶液再生，ROH阴树脂失效后采用一定浓度的碱溶液再生。使树脂再生的药剂如酸、碱等，称为再生剂(或还原剂)。2．设备和运行（1）复床。水处理使用的离子交换器有多种形式，其运行方式也各不相同，常见的有复床除盐和混床除盐。下面先介绍复床除盐的设备结构和运行步骤。复床就是把RH树脂和ROH树脂分别装有两个交换器内组成的除盐系统。装有RH树脂的叫做阳离子交换器；装有ROH树脂的叫做阴离子交换器。进水装置多采用喇叭口形，水沿喇叭口周围淋下，以便使水分布均匀。排水装置，近年来多采用穹形多孔板加石英砂垫层的方式，也有用排水帽的。进再生液装置有辐射型、圆环形和支管形，如图13-7所示。图13-6离子交换器结构图13-7离子交换器再生装置1—放空气管；2—进水漏斗；3—再生装置；1—辐射型；2—圆环型；3—支管型4—缝式滤头；5—混凝土B.运行步骤。交换器的运行分为四个阶段：交换除盐、反洗、再生和正洗。a.交换除盐。在除盐运行阶段，被处理的水洗经过阳离子交换器，再进入阴离子交换器，除盐后的水送入除盐水箱。阳离子交换器内装入一定量的RH树脂，在阳离子交换器内水中的金属离子与RH树脂中的H+交换，金属被交换在树脂上；阴离子交换器内装入一定量的ROH树脂，在阴离子交换器内，水中的酸根离子与ROH树脂中的OH交换，酸根离子被交换在树脂上。经过两种交换处理后的水，送入除盐水箱。交换器运行若干小时后，出水含盐量增加，水的导电度增大。当运行到出水导电度明显增大并达到一定值时，说明交换剂已经失效，不能生产出合格的水。在生产，为了便于用导电度表监视树脂是否已经失效，一般是让阳树脂先失效。树脂失效后，停止运行进行再生。表13-2水处理用的主要离子交换树脂性能产品牌号产品名称外观全交换容量(mg当量/g)工作交换容量(mg当量/ml)机械强度(%)粒度膨胀率(%)真比重701#(弱碱330)环氧型弱碱性阴离子交换树脂金黄至琥珀色球状颗粒≥90.7～1.1≥9010～50目90%以上OH-→Cl-≤201.05-1.09704#(弱碱311×2)苯乙烯型弱碱性阴离子交换树脂淡黄色球状颗粒≥50.6～1.0—16～50目占95%以上—1.04-1.08711#(强碱201×4)苯乙烯型强碱性阴离子交换树脂淡黄至金黄色球状颗粒≥3.50.35～0.45—16～50目占90%以上在水中851.04-1.08717#(强碱201×7)苯乙烯型强碱性阴离子交换树脂淡黄至金黄色球状颗粒≥30.3～0.35≥9516～50目占95%以上30～801.06-1.11724#(弱酸101)丙烯酸型弱酸性阳离子交换树脂乳白色球状颗粒≥9——20～50目占80%以上H+→Na+150～190—732#(强酸1×7)苯乙烯型强酸性阳离子交换树脂淡黄至褐色球状颗粒≥4.51.1～1.5—16～50目占95%以上水中22.51.24-1.29强碱201(717#)苯乙烯、苯二乙烯阴离子交换树脂淡黄色透明球状颗粒2.71.0长期使用磨损极微0.3～1.2毫米30～80>1.13强酸010(732#)苯乙烯、苯二乙烯阴离子交换树脂黄棕色或金黄色透明球状颗粒4～5≥1.7长期使用磨损极微0.3～1.2毫米80～120>1.4301#(弱碱型)弱碱性301#阴离子交换树脂—≥3301#多孔弱碱多孔弱碱性301#——1.1比普通树脂好201#强碱强碱性201#阴离子交换树脂淡黄透明球状颗粒2.71.0长期使用磨损极微16～50目30～80>1.13201#多孔强碱多孔强碱性201#阴离子交换树脂——≥1.0比普通树脂好———101#弱酸弱酸性101#阳离子交换树脂白色微透明球状12—耐磨性好16～50目H+→Na+50～701.15强酸1#苯乙烯型阳离子交换树脂淡黄棕色透明≥4.5≥1.8≥9016～50目占95%以上80～120>1.4强酸31#(多孔)多孔强酸1#阳离子交换树脂1.8比普通树脂好——— 续表 产品牌号视比重水分(%)交联度(%)活性基团出厂离子型pH允许范围允许温度(℃)再生正洗再生剂浓度(%)用量(树脂体积倍数)流速(m/h)用量(树脂体积倍数)流速（m/h)701#(弱碱330)0.60-0.7558-68—-NH2=NH≡N=N=OH–0-9<80NaOHNa2CO33-56-74-55-710-1515-20704#(弱碱311×2)0.65-0.7545-552-NH2=NHCl–0-9<90NaOHNa2CO33-56-75-65-710-1515-20711#(强碱201×4)0.65-0.7550-604Cl–0-12氯型<70羟型<50NaOH3-52-45-75-1515-20717#(强碱201×7)0.65-0.7540-507Cl–0-12<60NaOH3-52-35-710-1515-20724#(弱酸101)—≤65—-COO–H+>6———————732#(强酸1×7)0.75-0.8546-527Na+1-14<110HClH2SO45-101-22-34-68-125-1015-20强碱201(717#)0.64-0.6840-507Cl–0-12<60NaOH3-5—5-81015-20强酸010(732#)0.76-0.845-55—Na+0-14钠型<120氢型<100HCl4-10—5-105-1015-20301#(弱碱型)301#多孔弱碱201#强碱0.64-0.6840-50—Cl–0-12<60NaOH3-5—5-81015-20201#多孔强碱—————————101#弱酸0.760-70-COO–H+>6—HCl<4525强酸1#0.76-0.8545-557Na+1-14钠型<120氢型<100HCl4-66-86-1555-20强酸31#(多孔)——Na+——b.反洗。树脂再生前需要反洗。这是因为变换是在较大压力下进行的，树脂颗粒间压得很紧，这样在树脂层内会产生一些破碎的树脂；此外，在阳离子交换树脂层表面几厘米的厚度内还会积累一些水中悬浮物，这些破碎的树脂是悬浮物都不利于交换剂的再生。所以，反洗的目的就是用清水松动交换剂层，清除树脂层内的悬浮物、破碎树脂和气泡等。反洗水经底部反洗进水门进客店交换器内，自下而上的流过树脂层，再进入上部漏斗由排水门排入地沟。反洗时，要求树脂层膨胀30-40%，使树脂得到充分清洗。反洗一直进行到出水澄清为止。为了防止树脂被冲走，应先慢慢开大反洗进水门，然后慢慢开大排水门。使用的反洗水不应污染树脂。c.再生。再生是一项重要的操作过程。再生开始前，打开空气门和排水门，放掉交换器内一部分水，使水位降到树脂层上10-20厘米处，关闭排水门。然后将一定浓度的再生液送进交换器内，由再生装置将再生液均匀分布大整个树脂层上，并将交换器内的空气经空气管排出。当交换器内的空气排完再生液充满筒体后，并闭空气门，打开排水门，此时再生液流过树脂层，并与失效的阳离子(或阴离子)树脂发生离子交换图13-8图13-8混合床离子交换器结构1—放空气管；2—观察孔；3—进水装置；4—多孔板；5—档水板；6—滤布层；7—中间排水装置d.正洗。待树脂中再生后的废液基本排完，树脂中仍有残留的再生剂和再生产物，必须把它们洗掉，交换器方能重新投入运行。正洗时，清水沿运行路线进入交换器，由排水门排入地沟。正洗开始时，排出的废液中仍有再生剂和再生产物，随着正洗的进行，出水中的再生剂和再生产物逐渐减少，同时除盐的交换反应也开始发生，当排出的水基本符合水质标准时，即可关闭排水门，结束正洗，投入运行或备用。交换器从除盐→反洗→再生→正洗的全过程叫做一个运行周期。（2）混床。经过复床除盐的水，仅适用一般高压锅炉的补给水，仍不能满足高参数锅炉的给水水质要求。为此，可以将复床除盐水再通过混床处理，以提高水质的纯度。混床就是把阳、阴离子交换树脂放在同一个交换器内，并在运行前两种树脂充分混合均匀。A.混床的除盐原理。一般制取高纯度的除盐水，均采用RH与ROH树脂，即H-OH型混床。在这种混床内可以把树脂层内的RH与ROH树脂颗粒看做为混合交错排列的，这样的混床就相当于许多级复床串联在一起，有利于下列反应：RH+Na+→RNa+H+ROH+→RHSiO3+OHH++OH→H2O由于RH与ROH树脂颗粒交错排列，生成的H+和OH很快能结事成难解离的水，使除盐反应进行得比较彻底。因此，HOH型混床的出水水质纯度很高。B.设备结构。一般采用的混床有固定式体内再生混床和固定式体外再生混床。这里介绍内再生混床设备，如图13-8。这种离子交换器是一个圆柱形密闭容器，交换器上部设有进水装置，下部有配水装置，中间装有阳、阴树脂再生用的排液装置，中间排液装置的上方设有进碱装置。C.再生。混床是把阳、阴树脂混合装在同一个交换器内运行的，所以运行操作与一般固定床不同，特别是混床的再生操作差别很大。当混床树脂失效再生时，首先应把混合的阳、阴树脂分层，然后才能分别通过酸、碱再生液进行再生，这是混床操作的特点。再生方法分为体内再生法和体外再生法。本节介绍体内再生法，其步骤为：反洗分层、再生和正洗。a.反洗分层。混床内阳、阴树脂间的比重差是混床树脂分层的重要条件。阳树脂的湿真比重为1.23-1.27，而阴树脂的湿真比重为1.06-1.11。由于阳、阴树脂比重的不同，当混床树脂反洗时，在水流作用下树脂会自动会层，上层是比重较小的阴树脂，下层是比重较大的阳树脂。阳、阴树脂的比重差越大，分层越迅速、彻底；比重差小，分层比较困难。树脂的比重与失效树脂转型有关，失效树脂转型不同，其比重也各不相同，不同型式的阳树脂，它们的比重顺序为： 不同型式阴树脂的比重顺序为： ——表示比重，右下角的符号表示树脂的类型。为了提高树脂分层效果，有时在分层前向混床内通入NaOH，使阳树脂转换为比重较大的RNa树脂，使阴树脂转换为比重较小的ROH树脂。这样可以增大阳、阴树脂间的比重差，以达到提高分层效果的目的。此外，反洗流速，也影响分层效果。一般反洗流速，应控制在使整个树脂层的膨胀率在50%以上。b.再生。混床中阳、阴树脂分层后，就可以对上层的阴树脂和下层的阳树脂分别进行再生，亦可同时进行再生。以分别再生为例，说明再生操作：再生阴树脂时，碱液从上部的进碱管进入，通过失效的阴树脂层，使失效树脂再生，其废液由混床中部排液装置排出。此时应特别注意防止碱液浸润阳树脂层。为此，在再生阴树脂的同时将清水按酸再生液的途径，从底部不断送入。当阴树脂再生完毕后，继续向阴树脂层进清水，清洗阴树脂层中的再生废液，清洗至排水的氢氧碱度为0.5毫克当量/升时为止。再生阳树脂时，酸液从下面通过底部配水装置进入失效树脂层，使失效的阳树脂再生，其废液从混床中部的排液装置排出。此时应注意防止酸液浸润阴树脂层。为此，在再生阳树脂同时将清水按碱再生液的途径从上部进入。当阳树脂再生完毕后，继续向阳树脂层进清水，清洗阳树脂中的再生废液，清洗至排水的酸度为0.5毫克当量/升时为止。c.正洗。正洗就是用清洗水从上部进入，通过再生后的树脂层由底部排出。首先进行混合前正洗，当正洗到排水的导电度在1.5微姆/厘米以下时，停止混合前正洗，然后从混床交换器底部进入压缩空气，把两种树脂混合均匀，进行混合后的大流量正洗(流速约为20米/时左右)至出水合格，投入运行或备用。混床的出水纯度虽然很高，但树脂交换容量的利用低、树脂磨损大、再生操作复