超超临界机组电厂化学培训讲义

1、第一章 绪论,第一节 火力发电厂生产用水 一、火力发电厂中汽水流程 超临界参数锅炉只能采用直流炉，汽水流程如图：,二、系统中汽水损失 水汽在系统内循环，循环过程中由于下列原因会出现损失：,1.锅炉排污； 2.锅炉排汽（安全门）； 3.轴封抽汽； 4.汽机抽汽（加热器用，除氧器用，汽动给水泵用，燃油加热用，蒸汽除灰用等） 5.疏水排放； 6.管道泄漏； 7.取样 汽水损失一般应小于3锅炉蒸发量。 为了维持发电厂热力系统的汽水循环运行正常，就要用水补充这些损失。,三、火力发电厂生产用水分类 1.源水（生水） 2.补给水 3.凝结水 4.疏水 5.返回水 6.给水 7.锅炉水 8.冷却水 9.减温水

2、 10.锅炉排污水 11.工业水 12.冲灰水 13.各种废水,第二节 火力发电厂汽水品质不良的危害,为了确保锅炉受热面安全，给水质量必须满足超临界直流锅炉的水质要求。 锅炉产生的蒸汽不仅要符合设计规定的压力和温度，而且还要达到规定的蒸汽标准。 由于水中存在杂质，所以必须对水进行处理才能使用，这一过程称为水处理。不同的水，根据其使用对象的不同需要，处理方式也不同。但若处理不当，会引起下列危害： 一、热力设备的结垢； 二、热力设备的腐蚀； 三、蒸汽流通部位的积盐,超临界机组的化学工作,为了保护热力设备，使其安全、经济运行，必须对水质进行处理。处理当然根据设备的技术要求，以最经济的方式进行，电厂中

3、水的处理可分为： 1）锅炉补给水的净化处理。包括除去天然水中的悬浮物和胶体的澄清及过滤处理；反渗透预除盐处理，以及离子交换深度除盐处理。 2）汽轮机凝结水的精处理。 3）热力设备的腐蚀与防护及水化学工况。 4）循环冷却水防垢、防腐及防止微生物生长等处理。 5）热力系统各部分的汽水质量监督。 6）热力设备化学清洗以及停运期间的保养工作。,第二章 水质概述,第一节电厂用水的水源及水质特点 一、地表水 易受周围环境的影响，水质容易波动。 二、地下水 受外界影响小，水质比较稳定。 三、海水 必须经过淡化处理才能应用，未经淡化处理的海水主要限于冷却热交换器设备。,第二节 天然水中杂质,水在自然界中运动时

4、，受到下列因素污染：尘埃、气体、泥土和矿物质、有机体分解、工业排放物、细菌及水生生物滋长以及新陈代谢产物等，它会带有许多杂质。水处理方法与杂质颗粒大小有关，在水处理工艺中，这些杂质按颗粒大小可分为三类：,一、悬浮物（肉眼可见10m,显微镜下可见100nm） 指菌类、泥砂、黏土、藻类及动植物，它往往又分为漂浮物、可沉物（即水静止时可下沉或上浮） 二、胶体（1100nm） 主要是铁、铝、硅化合物及聚合物、大分子有机物等。 三、溶解物质（1nm） 包括无机离子（即阴、阳离子），溶解态有机物质，溶解气体（氧、二氧化碳等）,第三节 水质指标,所谓水质是指水和其中杂质共同表现的综合特性。 表示水中杂质的个

5、体成分或整体性质的项目，称为水质指标。它分为两种： 化学指标：表示水中杂质成分的含量； 技术指标：根据技术需要，对水中一种或几种物质，或者某种性质，确定一个总体性指标。 由于各行各业的用水需求不同，所制定的水质指标也有差别。,一、悬浮物、浊度 1、悬浮固体（XG，mg/L） 2、浊度 利用水中悬浮物和胶体颗粒对光的散射作用所产生的光电效应，与标准水体对比所得出的结果。 利用散射光浊度仪测定的浊度单位为NTU；其他还有零浊度、FI指数等。 3、透明度 表示水中存在微细分散的悬浮性粒子的一项指标，即表示水的透明程度。,二、溶解固体、含盐量 1、含盐量 表示水中无机盐的总量；单位：mg/L（所有阳离

6、子所有阴离子）或mmol/L(所有阳离子或者所有阴离子之和) 2、溶解固体（RG， mg/L） 近似代表水中溶解无机盐。 3、全固体（QG， mg/L） 全固体溶解固体悬浮固体 4、灼烧残渣（或灼烧减量） 指蒸发残渣在800度下灼烧，残留物称为灼烧残渣，近似代表无机物含量；损失的重量称为灼烧减量，近似代表有机物含量。,三、电导率 可利用水的导电性来反映水中含盐量的多少。理论纯水DD为0.055 s/cm。 四、碱度 碱度（A，mmol/L）是水中能与强酸中H+发生中和反应的物质的总量。表示水中OH-，CO32-，HCO3-等。 区别碱度与碱性两个概念。 酚酞碱度（P）：滴定到PH8.3（酚酞由

7、红色变为无色）时消耗的酸量。 甲基橙碱度（M）：滴定到PH4.3（甲基橙由黄色变为橙色）时消耗的总酸量。,五、酸度 酸度是水中能与强碱中OH-发生中和反应的物质的总量。它包括水中的强酸、弱酸、强酸弱碱盐等。 六、硬度 硬度表示水中钙、镁离子的总量。 单位有mmol/L、德国度、ppmCaCO3；碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度、过剩碱度。 安定性表示水质具有结垢性和腐蚀性的倾向，是一个无量纲的指标。利用水通过装有CaCO3颗粒的过滤柱前后的碱度变化判断，碱度下降，有结垢倾向；碱度上升，有腐蚀倾向。,七、表示水中有机物含量的指标 有机物是污染水体的主要杂质，它不仅影响身体健康，而且还威胁水处理系统及机组

8、的安全和经济运行。 通常用它们容易被氧化这一共同特性，用某些指标间接地反映它的含量。 1、化学耗氧量（Chemical Oxygen Demand） 用化学氧化剂（KMnO4、K2Cr2O7）氧化水中有机物时所需要的氧量。耗氧量高，水中有机物多，反之亦然。 CODCr 2 3CODMn 单位：mg/LO2,2、生化需氧量（Bio- Chemical Oxygen Demand ） 因为水中有机物是微生物的营养源，利用微生物氧化水中有机物时，微生物需要的氧量是直接与有机物含量有关的，这氧量即BOD。反映了水中有机物的多少，单位是mg/LO2。 3、总有机碳（Total Organic Carbo

9、r） 指水中有机物的总含碳量，用TOC表示。 总有机碳测定方法有燃烧氧化法和紫外/过硫酸盐氧化法两大类。 燃烧法误差较大，只适合于对有机物含量较大的水进行监测；而紫外/过硫酸盐氧化法可用于纯水中低含量的总有机碳测定。,4、紫外光吸收 UV254 利用波长为254nm紫外光，检测水对紫外光的吸收程度来判定水中有机物的多少。 因为水中大部分有机物，含有不饱和链，吸收紫外光，利用吸收值反映水中有机物浓度，不能换算成mg/L。 浊度干扰紫外吸收的测定，被测水样应在消除浊度干扰后再进行测定。,第四节 天然水中几种无机化合物,一、碳酸化合物 碳酸化合物是水质成份中一个重要的化合物，它不仅决定水质PH，而且

10、对外加酸或碱有一定的缓冲能力，所以对水处理工艺和水质变化影响很大。 1、水中碳酸化合物存在形态 水中碳酸化合物主要有三种形态，溶解的CO2及水合物H2CO3，一级解离产物HCO3 -，二级解离产物CO3 2-，它们之间存在如下平衡：,CO2+H2O H2CO3 H+HCO3- 2H+CO32- 2、PH对碳酸化合物存在形态的影响 1）在水中PH8.3时，水中不存在CO2，存在HCO3 -， CO3 2-。 3）在水中PH4.312时，水中都存在HCO3 -，以PH8.3时，HCO3 -所占百分比最大。,二、硅酸化合物 天然水中硅酸化合物比较复杂，它们都来自地壳层中硅酸盐和硅铝酸盐岩石的溶解，可

11、以看成是SiO2的水合物，x SiO2yH2O。 表示硅酸化合物的指标是活性硅和全硅。 硅酸化合物在水中的分散状态为两种： 胶体胶体硅（非活性）；溶解溶硅（活性）。 全硅：指水中全部含有的SiO2总量； 胶体硅：水中硅酸化合物，往往成聚合体（多个SiO2）而成大分子形态，很难溶解，呈胶态，这即胶体硅； 溶解硅：指已解离为离子态的SiO2，一般多指H2SiO3。,天然水中硅酸化合物一般十几几十mg/L，其中大部分是胶态硅，溶解态的很少。 硅酸化合物各种形态可以互相转化，提高水温或增大水的PH值，都有利于胶体硅向溶解态硅的转变。 H2SiO3 H+HSiO3- 2H+SiO32- 即水中溶硅的形态

12、与水PH有关，PH较低，多是分子态H2SiO3 ，PH10.5时， SiO32-才会出现，在天然水PH下，多呈HSiO3- 。,第四节 天然水中有机化合物,一、来源 1.工业废水的排放 2.生活污水的排放 3.生物降解产物 4.土壤中腐植质的溶解 5.工业用水可能由各种材料及药品带入水中有机物。,二、天然水中有机物种类 1.按有机物尺寸大小来分 分为悬浮态、胶态和溶解态有机物。 目前通常将水通过0.45m的微孔滤膜后的水中有机物当作溶解态有机物（DOC）。 2.按有机物分子量进行分段 用不同分子量区段来划分有机物，比如500、5001000、10002000、200050000、50001万、

13、1万2万，。因为分子量相近的有机物在水处理工艺中有相似的特性，所以这种分类有一定的实用意义。 天然水中分子量从300500到几十万的高分子有机物，由于检测手段目前还不能把它们检测出来，这部分有机物大多是天然有机物，一般认为主要包括腐殖酸、富里酸、木质素和丹宁四类，腐殖酸和富里酸属于腐殖质类有机物，天然水中的腐殖质化合物含量在110mg/L之间，高的可达50mg/L，其中大多是富里酸，有人认为富里酸约占腐殖质类化合物80左右。,三、腐殖（植）质类化合物 这是天然水中天然有机物（NOM）的主要部分，它是许多性质相近复杂的化合物的混合物。,（一）分类,腐殖酸：能溶于稀碱（0.1mmol/LNaOH）

14、，但不溶于稀酸 （pH11.5）的部分； 富里酸：在稀酸和稀碱中均能溶解的部分； 腐黑物：在稀碱和稀酸中均不溶解的部分； 黑（灰）腐殖酸：在含氧有机溶剂中不溶解的部分； 褐（棕）腐殖酸：在含氧有机溶剂中溶解的部分。,（二）组成结构 腐殖质类化合物形成过程十分复杂，它是具有相似结构的复杂高分子化合物的混合物，它结构中含有羟基、羧基、醇、酚羟基和甲氧基等，对外呈弱酸性。,腐殖酸和富里酸区别,（三）性质 溶解性 酸性 吸附性 与金属离子形成沉积 离子交换性 凝聚特性 氧化还原及氧化降解 热稳定性 （四）有机物引起的危害 1）污染离子交换树脂，水处理装置出水质量降； 2）有机物质进入锅炉，分解成低分子

15、有机酸，造成锅炉与汽轮机腐蚀； 3）水在氯化消毒时，有机物易形成卤代烃类物质，有致癌性。,第三章 水的混凝澄清处理,从天然水中除去悬浮物和胶体，依靠混凝沉淀（澄清）处理和过滤处理。 水经混凝沉淀（澄清）处理后，浊度可降至10NTU以下，再经过过滤处理，浊度可进一步降至5NTU以下，能满足后续设备对进水水质的要求。习惯上将上述处理称为水的预处理，它是以除去水中悬浮物、胶体物质和部分有机物为目的。,第一节 胶体颗粒的基本性质,一、胶体的一般概念 （一）、胶体的性质 1、光学性质 胶体可能对光线有散射、吸收和反射作用。若胶体能引起透过溶液的光的反射，则溶液混浊。 2、胶体颗粒的布朗运动 不规则运动是

16、胶体颗粒不下沉的一个原因。,3、胶体的表面特性 由于胶体颗粒小，所以单位重量的胶体所具有的比表面积很大，表面能也很大，可以吸附很多杂质。 4、胶体的电动现象 由于胶体颗粒带电，因此在外力作用下，会发生一系列现象： 1）在外加电场作用下，胶体颗粒会发生移动的现象，称为电泳； 2）在外加电场作用下，胶体颗粒向一方运动，而水向另一方运动的现象，称为电渗；,3）在机械力作用下，胶体颗粒与水之间发生相对运动表现出的电流或电位，称为流动电流（电位，SCD）。 流动电流为水处理混凝工艺控制技术的发展，提供了关键性的技术手段。 （二）、胶体带电的原因 1、胶体吸附水中的离子而带电 2、胶体组成物的溶解 3、胶

17、体组成物的电离 （三）、胶体的结构 1、胶体的双电层理论 胶体分子聚积成胶体微粒胶核；,胶核吸附了电位形成离子而带电荷，这样又势必吸引溶液中异号离子在它的周围，构成胶团。 仔细研究这些异号离子在胶核周围的分布就会发现： 1）异号离子除了受胶核异号电荷吸引之外，还受到热运动扩散作用，水对异号离子溶剂化作用，二者构成平衡，平衡态的异号离子分布是成扩散状的，距胶核越远，异号离子浓度越小； 2）在贴近胶核表面，有一层吸附的异号电荷离子，这部分反离子称束缚的反离子； 3）扩散层中靠近胶体表面的一部分，在胶体运动时，会随胶体一起运动，这一面称滑动面。,这样，胶体外面就有了吸附层和扩散层，称为双电层，这就是

18、双电层理论。 按该理论，胶体颗粒结构如下： （胶核）电位形成离子，束缚的反离子自由反离子 吸附层 扩散层 2、 电位 胶体颗粒运动时，滑动面与溶液本体之间的电位差，称为 电位。 电位与流动电流是对固液双电层特性的不同描述，理论与实践证明，二者呈线性关系。 胶核颗粒吸附了电位形成离子后的电位是 电位，该电位无法测得。,二、胶体的稳定性与脱稳 1、胶体的稳定性 由于胶体颗粒带有相同符号的电荷，就阻止了它们由于吸附、热运动碰撞而集聚成大颗粒而下沉，使它不断的保持分散的悬浮状态，称为胶体稳定性。 胶体稳定性有两类： （1）动力稳定性 （2）聚集稳定性 2、胶体微粒间的排斥力和吸引力 3、胶体的凝聚（胶

19、体的脱稳） 使胶体颗粒失去稳定性集聚变大的过程，称为胶体的凝聚。,4、胶体颗粒的脱稳方法 降低胶体颗粒的电位或其他原因使胶体失去聚集稳定性的过程。 1）向水中投加电解质 这样会压缩双电层，使得 电位降低，滑动面厚度减少。 不同电解质对双电层压缩能力是不同的叔而采法则； 对双电层压缩作用与离子价数三次方成正比。 2）投加异号电荷胶体相互凝聚,3）向胶体中投加高分子絮凝剂 这些高分子物质是线性的，分子成链状，有的还有活性基团，当它们投入水中后，会由于静电斥力、范德华力、氢健力等原因与胶体颗粒发生吸附；所以加入适当剂量的聚合物，会使胶体发生絮凝沉降；但若加得太多，胶体反而又脱凝，重新更加稳定。 4）

20、接触凝聚 接触凝聚指胶体颗粒被巨大的固体（颗粒）表面吸附而去除。 巨大的颗粒表面可以带异号电荷，起电中和作用，也可带同号电荷，起压缩双电层作用。,第二节 水的混凝处理,“混凝”有时与“凝聚”和“絮凝”相互通用，不过，现在较多的水处理工作者认为： 凝聚（coagulation）水中胶体颗粒脱稳（胶粒失去稳定性）的过程； 絮凝（flocculation）脱稳后的胶粒相互聚集过程； 混凝（coagulation-flocculation）是凝聚和絮凝的总称，也即从原水投加混凝剂开始到生成大颗粒的絮凝体为止。,一、混凝处理原理,1、混凝机理,水处理中的混凝现象较复杂， DLVO理论并不能全面解释水处理

21、中的一切混凝现象,目前混凝剂对水中胶粒的混凝作用机理有以下四种。,（1）压缩双电层作用(double-layer compression) 电解质加入 与反离子同电荷离子 压缩双电层 电位 稳定性 凝聚 ； 电位0，等电状态，实际上混凝不需要电位0，只要使Emax=0即可，此时的电位称为临界电位。,（2）吸附电中和作用(adsorption and charge neutralization) 胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分 子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸 附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力， 降低了电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。,（3）吸附架桥作用(

22、adsorption and interparticle bridging) 胶粒与胶粒之间通过高分子物质连接（聚集）在一起，如果胶粒与胶粒之间的架桥高分子投量过少，不足以形成吸附架桥，但投加过 多，会出现“胶体保护”现象。,（4）网捕或卷扫作用(enmeshment in a precipitate) 金属氢氧化物在形成过程中可以网捕、卷扫水中的胶粒，水中的胶粒以这些沉淀为核心产生沉淀。 所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即当原水胶体含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。,以上所述四种作用机理有时同时发生，有时仅其中1-2种机理起作用。究竟以何者为主，取决于混凝剂种类、投加量、水中胶粒性质、含量

23、以及水的pH值等。,2、混凝剂的化学,铝盐最有代表的是硫酸铝Al2(SO4)318H2O，溶于水后，立即离解铝离子，通常是以Al(H2O)63+存在。在水中，会发生下列过程。 AL(H2O)63+H2OAL(OH)(H2O)52+H3O+ AL(OH)(H2O)52+H2O+ AL(OH)2(H2O)4+H3O+ AL(OH)2(H2O)4+H2O AL(OH)3(H2O)3+H3O+,因为初步水解产物中的羟基OH具有桥键性质，在由Al(H2O)63+转向AL(OH)3(H2O)3的中间过程中，羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合物，如：,在水解过程中会形成无数的其它聚合离子，如：,因此，

24、产物包括：未水解的水合铝离子 单核羟基络合物 多核羟基络合物 氢氧化铝沉淀 各种产物的比例多少与水解条件（水温、pH、铝盐投加量）有关。,在混凝处理中起混凝作用的是这些水解、桥联的中间产物。 具有高电荷低聚合度的多核羟基络离子，可通过压缩双电层、吸附电性中和，降低电位，减少胶粒间的斥力，使微粒之间发生碰撞而凝聚； 具有低电荷高聚合度的多核羟基络合离子，由于分子结构呈链状，可通过吸附架桥作用使微粒发生凝聚； 聚合度很大的氢氧化铝沉淀物，由于它的比表面积大，吸附能力强，与水中脱稳的胶粒发生吸附，形成网状沉淀物，进一步网捕、卷扫水中粘土胶粒，胶体硅及有机物等，形成共沉淀从水中分离出来。,二、影响混凝

25、效果的因素,混凝处理的目的是除去水中悬浮物与胶体，同时可除去水中一部分硅化合物，及有机物，所以常以出水的浊度评判混凝处理效果，某些难处理水也会辅以其它指标来评判，如根据生成絮凝体大小、速度、密实程度等。,1、pH值 铁盐、铝盐混凝剂加入水中后，由于水解反应而使水中出现酸性物质，对混凝效果有影响的主要是加药后水的pH值，因此，这里所说的混凝pH值是指混凝后的pH，不是原水的pH。,（1）pH 值对混凝剂水解产物形态的影响,混凝处理以去除浊度为目标时，最佳pH一般在6.57.5之间，此时混凝剂水解产物主要是低正电荷高聚合度的多核羟基络离子和氢氧化物，试验证实，在此pH条件下，原水中胶粒仍具有一定的

26、负电位。其值约为-10-15mV，因此混凝处理的关键是通过低正电荷高聚合度的多核羟基络离子的吸附架桥作用来实现的。,（2）pH值对原水中有机物的影响 水的pH值对水中有机物存在形态有很大影响，这 显然会对混凝处理去除有机物的效果产生直接影响。 在混凝处理过程中，水中有机物去除率一般为20 60%，这与混凝pH及有机物种类、形态有很大关系。,（3）pH值影响胶体颗粒表面电荷及电位,2、混凝剂剂量,某一具体水源而言，应通过混凝剂量试验求得最佳剂量。根据运行试验，天然水的混凝剂量一般为0.30.7mmolL，各种混凝剂的加药量可参考下列数据。 硫酸铝3580mg/L（以Al2(SO4)318H2O计

27、） ；三氧化铁2560mg/L（以FeCl36H2O计） ；聚合铝510mg/L（以Al2O3计）；聚合铁58mg/L（以Fe3+计）。,3、水温,低水温条件下，尽管加大混凝剂量也难获得良好的混凝效果，通常絮凝体形成速度缓慢，絮凝颗粒细小、松散、沉降性能差。其原因主要有以下几方面：,（1）无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水混凝剂水 解困难，特别是硫酸铝 。 （2）低温水的粘度大，使水中杂质颗粒的布朗运动强 度减弱，颗粒间碰撞机率减少；同时，水的粘度 大时，水流阻力增大，影响絮凝体的成长。 （3）水温低时，胶粒的水化作用增强，妨碍胶体凝聚。,提高低温水的混凝效果可采用方法有：a 增加混凝剂剂量及

28、投 加絮凝剂； b 采用受水温影响小的 铁盐混凝剂； c 有条件的地方，也可 采用加热原水来改善 混凝效果。,4、原水水质,（1）水中微粒的浓度 杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。可采取的对策有： 加高分子助凝剂； 加粘土； 投加混凝剂 后直接过滤。 如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。,（2）水中有机物 水中有机物吸附于胶体颗粒上使胶体具有很高的稳定性，这就是所谓有机物对胶体的保护作用，向水中投 CL2 以氧化有机物，破坏其作用，能提高混凝效果。,5、水力条件,整个混凝过程可分为两个阶段：混合和反应，水

29、力条件的配合对这两个阶段非常重要。 混合要求快速和剧烈搅拌，在几秒钟或一分钟内完成。 反应阶段的要求是使脱稳微粒通过碰撞，絮凝形成大的具有良好沉降性能的絮凝体。反应阶段的搅拌强度或水流速度应随着絮凝体的长大而逐渐降低，以免打碎已长大的絮凝体。,6、接触介质,当进行混凝或其它沉淀处理时，如在水中保持一定数量的泥渣，则可以使混凝过程进行得更完全、更快。这里的泥渣起接触介质作用，即利用其巨大表面的活性，起吸附核心作用。目前许多混凝处理设备内设有泥渣层。,综上所述，影响混凝效果的因素较多，到目前为止，还无法用理论计算出所需混凝剂剂量，因此某一具体水源的最佳混凝处理条件只能通过实验模拟试验来确定，该试验

30、称为混凝烧杯试验，或简称烧杯试验（jar test）。 目前混凝试验的主要内容是获得最佳混凝的种类、剂量和最佳pH。,三、絮凝动力学,混凝动力学研究颗粒碰撞速率。 颗粒间的碰撞是混凝的首要条件 ，颗粒相互碰撞的动力来自两个方面： 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”； 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”。 异向絮凝只对小颗粒（小于或等于1m）起作用，而同向絮凝主要对大颗粒（大于1m）起作用。,水中胶粒主要通过以下三个途径来实现接触碰撞的：,(1) 布朗运动 刚脱稳的胶粒，由于尺寸较小，可在水分子的撞击下作布朗运动，使颗

31、粒之间发生碰撞絮凝。 当颗粒的直径大于1m时，由布朗运动引起的颗粒碰撞次数已经小到可以忽略不计。,(2) 颗粒沉降速度差异 颗粒间的沉降速度差异，也可能引起颗粒间的碰撞，在混凝的反应阶段，水流仍有较剧烈流动，所以颗粒间的沉降速度差异是很小的，因此，由颗粒沉降速度差异引起的颗粒碰撞次数几乎可以忽略不计。,(3) 水体流动 由水体流动引起的颗粒碰撞在混凝的反应阶段起重要作用，而影响水体流动状态的水力学参数是速度梯度。在水力学中速度梯度是指两个相邻水层的水流速度差 与它们之间距离 之比，用表示 ，,只有当相邻水层之间存在速度梯度时，后面的颗粒（直径 ）才能追上前面的颗粒（直径 ）,引起颗粒间碰撞。速

32、度梯度 一方面反映了单位时间单位体积内所消耗的功率大小，另一方面也反映了水流的搅拌强度和颗粒间的碰撞机率，速度梯度越大，颗粒间的碰撞机率就越大，絮凝速度也就越快。 混凝控制指标： 混合（凝聚）过程：G700 1000s-1，但剧烈搅拌是为尽快分散药剂，时间通常在10 30s，一般2min。 絮凝过程：不仅与G有关，还与絮凝时间有关； 平均G20 70s-1， GT104 105,3 常用混凝剂和絮凝剂,一、混凝剂(coagulant) 按化学成分可分为无机和有机两大类。无机混凝剂品种较少，目前主要是铝盐和铁盐及其聚合物，在水处理中应用最多。有机混凝剂品种较多，主要是高分子物质，但在水处理中的应

33、用比无机的少。,1、铝盐混凝剂 常用的铝盐是硫酸铝、聚合氯化铝（PAC）,盐基度含义是聚合氯化铝中OH和Al2O3 的质量比，盐基度的大小直接影响混凝效果。其值越大，该化合物中的羟基所占的比例越大，吸附架桥作用越强，但此时生成难溶沉淀物的可能性也增大。一般将盐基值控制在45%85%之间。,聚合铝与硫酸铝相比有以下优点： 加药量少，只要相当于硫酸铝的1/31/2； 混凝效果好，形成絮凝体速度快，而且体积大、致使密实易于沉降； 适用范围广，对低浊度小，高浊度水及高色度 水均有较好的效果； 腐蚀性小，即便过量投加也不会恶化出水。,2、铁盐混凝剂 相对于铝盐混凝剂铁盐作混凝剂主要特点有： 适用的pH值

34、范围较宽； 受水温影响较小； 生成的絮凝体的密度比铝盐的大，沉降性能好; 腐蚀性相对大些，加药量较大时可能使出水带 色（黄色）。 目前常用的铁盐有硫酸亚铁、硫酸铁、三氯化铁和聚合铁（聚合硫酸铁（PFS） ）等。,Fe2(OH)n(SO4)3 m,二、助凝剂（coagulant aid）和絮凝剂（flocculant）,当单独使用混凝不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂按其在混凝剂中的作用，可分为三类。 （1）酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等 （2）加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸（SiO2 nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂 （3）氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有

35、机物。 如投加Cl2、O3等,常见的絮凝剂是有机高分子絮凝剂。 这类絮凝剂是水溶性的线型聚合物，按基团带电情况，可分为以下四种：阳离子型，阴离子型，非离子型，两性型。水处理中常用的是阳离子型、阴离子型和非离子型三种高分子絮凝剂。这些高分子絮凝剂的混凝作用机理主要在于线型分子的吸附架桥。在给水处理中，常将它们用作絮凝剂，以增大絮凝体及其密度。,CH2CH CONH2 n,目前，我国水处理领域用得最多的是一种非离子型絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM），其分子式表示为：,离子形态,结 构,丙烯酰胺单体有毒，所以聚丙烯酰胺用在水处理，特别是饮用水处理时应注意聚丙烯酰胺及处理后水中丙烯酰胺单体含量，要求饮用水中

36、丙烯酰胺单体含量0.01mg/L。,第四节 水中悬浮颗粒的沉降,水中悬浮体在水中沉淀去除，有两种方法： 一种是在低流速或静止水中，借重力沉降，称为沉淀。 即沉淀：sedimentation。依靠自由沉降或絮凝沉降去除水中悬浮颗粒。 另一种是含有悬浮体的水再加入大量泥渣，利用泥渣的接触混凝作用加速絮凝，再利用拥挤沉降，去除悬浮体，使水变清，这称为澄清。 即澄清：clarification。利用拥挤沉降去除悬浮颗粒。,按悬浮体在水中沉降特性，可以分为四种类型： 一、自由沉降 沉降颗粒在水中呈离散状态，其尺寸、形状、密度、质量在沉降过程中不改变，下沉速度不受干扰； 二、絮凝沉降 颗粒在沉降过程中，其

37、尺寸、质量均随沉降深度增加而加大，沉速亦随深度而增加； 三、拥挤沉降（分层沉降或层状沉降） 沉降物浓度很大，在沉降过程中将彼此干扰，会出现明显的清水与沉淀物的分界面； 四、压缩沉降 沉淀物浓度极高，颗粒之间相互接触、相互支撑、甚至相互压缩。,第五节 沉淀池 一、平流式沉淀池 颗粒在沉淀池中的沉降，除取决于颗粒本身的沉降速度外，还受池内水流的影响。即处于流动水体中的颗粒，一方面受重力作用下沉，另一方面随水流迁移。 1、截流速度和表面负荷 Q/F称为表面负荷，它是指单位沉淀面积上单位时间内的产水量，在数值和量纲上等于截流速度。 2、沉淀效率 截流速度越小，沉淀于池内的颗粒越多，沉淀效率就高。 3、

38、影响沉淀池沉淀效率的因素,二、斜管（板）沉淀池 1、原理 表面负荷 VS=q=Q/A 如果降低表面负荷（增大表面积A），那么VS下降，也使更小的颗粒可以去除，即提高水中悬浮物（或浊度）的去除率，使VS下降，只有使Q降低或A增大才能达到。 加装斜板或斜管，提高沉淀效率的原因： 1）增加沉淀面积，缩短沉淀距离； 2）在斜板或斜管上沉淀出的泥渣堆积，可以进一步凝聚变大，改善沉降特性； 3）斜板或斜管上沉淀物下滑，会形成沉淀物网捕作用，进一步去除水中浊度；,4）斜板或斜管可降低水流R值，有利于沉降。 2、结构 斜管（板）沉淀池中水与泥渣的流向有异向流、同向流、横向流三种形式。 轻质、坚固、耐蚀的，可用

39、塑料、纸质、木质制成。倾斜角一般为5560。 优点：改善出水水质，提高负荷；缺点：有可能发生污泥堆积，夏季滋生藻类，要经常冲刷。,三、湍流凝聚接触絮凝沉淀给水处理技术 （一）原理 （二）湍流凝聚接触絮凝沉淀给水处理技术设备 1.列管式混合 2.翼片隔板絮凝 3.接触絮凝沉淀（V形斜板沉淀） （三）湍流凝聚接触絮凝沉淀给水处理技术特点 该技术处理效率高，占地面积小，节约土地资源，降低土地造价，经济效益显著；稳定优良的出水水质；抗冲击力强，适用水质广泛；制水成本低；设备安装、启动方便，操作简单；工期短，见效快。,第六节 澄清池,沉淀池是用来使原水中悬浮物进行沉降分离的池子，它的特点是混凝后矾花在池

40、子中直接沉淀。 澄清池是利用悬浮泥渣层与加混凝剂的水中杂质颗粒碰撞、吸附、粘合来提高处理效果的一种装置，是把反应和澄清两个过程集中在一个池内完成。它的特点是混凝后的矾花，经过悬浮泥渣层发生接触混凝后再依靠拥挤沉降去除。,一、澄清池概述 （一）澄清池类型 1.泥渣悬浮型澄清池 2.泥渣循环型澄清池。 （二）澄清池的优缺点 （1）减少设备及占地面积； （2）停留时间约为沉淀池的1/21/3，可减小设备体 积和降低造价。 （3）投药量少，出水悬浮颗粒含量小。正常运行情 况下，出水浊度小于10NTU，运行状态良好时 可低于5NTU。 （4）澄清池的结构复杂，运行管理的技术要求高， 有的还需机械设备及较

41、高的建筑物相配套。,二、泥渣循环型澄清池种类 1.机械搅拌澄清池 1）构造 A.进水：水进入三角区，通过缝隙均匀而下，三角区出口处可以加药，这样在一反应室内水、药和泥渣混合； B.机械搅拌提升装置，为低压头大流量叶轮，将一反内混合物提升至二反，再经导流板，进入导流室，在此完成反应过程，叶轮可上下调节以调节流量； C.进入分离室，发生拥挤沉降，水上升进入清水区，从集水槽出水； D.泥渣浓缩室内有泥渣，浓缩后排走； E.底部排泥，排走积有的大块泥渣及排水用； F.在二反中还有一加药点，可以加助凝剂。,2）机械搅拌澄清池工作过程如下： 进水（在此加药） 进水三角区 第一反应室（经搅拌提升装置） 第二

42、反应室 导流室 分离室 上面清水引出；下面泥渣经泥渣回流到第一反应室。 3）应用 该澄清池对处理水量、水质和水温变化适应性较强，处理效果稳定。适用于处理悬浮物在5000mg/L以内的水，常用于出力大的场合。 2.水力加速澄清池 1）构造 2）工作过程 3）应用 水力循环澄清池结构简单，投资低，运行管理方便。但对水量、水质和水温变化适应性较差，一般单台出力不宜超过300m3/h，常用于处理悬浮物在2000mg/L以下的水。,三、混凝剂投药系统 1.混凝剂投药系统 2.混凝剂控制系统 四、澄清池的运行管理 澄清池完全运行正常标准为：从池顶向下看，有一个界限分明的悬浮泥渣层。,1.运行要点 有以下几

43、个调节手段： 控制泥渣浓度与沉降特性（用5min泥渣 沉降比判断） 沉降比（5min）：用100ml量筒，取100ml 泥渣，静置5分钟，下沉后的泥渣体积所占 ml数。二反一般为1020为宜。 沉降比太大，矾花小，沉降不好，出水坏。 控制泥渣层高度：即就是排泥量。 排泥量不够，会出现分离室中泥渣层逐渐升高或 出水变浑、反应区中泥渣含量不断升高和泥渣浓,缩室中含水率较低等现象；如排泥量过多，会使反应区泥渣浓度过低，以致影响沉淀效果。 加药要稳定：短时间停止加药，出水水质仍无变化。 调节回流比：该手段为调节搅拌提升装置转速与缝隙。 排污：泥渣浓缩室排污能最有效地控制泥渣层浓度与泥渣悬浮层高度，要求

44、是快开快关。 底部排污：主要是排走腐败、大颗粒泥渣。 对进水流量变化要求宽，甚至短时间停止进水也无影响。 进水浊度：太低不好运行，要投泥。 水温：要求水温变化小，否则易引起温差异重流，出水变浑。,2.运行监督 澄清池主要控制手段及项目： 出水悬浮物含量或浊度，5分钟泥渣沉降比，调节回流比，加药，排泥。,第四章 水的过滤处理,过滤目的：进一步去除混凝澄清水的悬浮物，即降低浊度。 滤料：过滤用的材料，通常为粒状； 滤层：由滤料组成的工作层； 过滤：就是用过滤材料将分散的悬浮颗粒从悬浮液中分离出来的过程； 反洗：反向进水，洗去沉积的悬浮泥渣；（把污脏的滤料洗净，恢复其过滤能力）； 膨胀率：滤料层在反

45、洗时，由于膨胀所增加的高度，与原滤料层厚度的百分比； 滤池的工作周期：从过滤开始到冲洗结束后的时间；,第一节 粒状介质过滤,一、过滤过程 1、 过滤（filtration ） 过滤过程中通常包括三个时期： （1）过滤初期以表层过滤为主； （2）过滤中期 以滤层过滤为主； （3）过滤末期 滤速将急剧减少，或由于滤层表面受力不均匀而使滤膜产生裂缝，致使出水恶化，过滤也将被迫停止。,tB 滤层保护作用时间：在给定的滤层高度下，保证出水达到给定的澄清程度所延伸的时间。 2、反冲洗 在停止过滤后，用较强的水流自下而上对滤料进行冲洗，将积聚在滤料上的杂质冲洗下来，这一过程，称为反冲洗（backwash）。

46、反冲洗结束后，滤层的截污能力得到恢复，重新投运进行过滤。,二、 过滤机理 过滤是有三种介质参与的过程：水、滤料和悬浮颗粒。 由于每种介质的特征参数很多，所以过滤过程很复杂。 过滤主要取决于所要截留的悬浮颗粒和所用滤料的性质以及过水断面的水流状态。过滤机理概括有以下三种作用。 1.机械筛滤作用。 2.惯性沉淀作用。 3.接触絮凝作用。,三、影响过滤因素 （一）滤速的影响 （二） 滤料的影响 由前面分析可知，滤料对过滤工况影响很大，如：滤料的大小、形状直接影响水头损失；滤料本身性能对粘附悬浮物也有影响。 通常对滤料的要求是：化学稳定性好，不影响出水水质；机械强度高，不易破碎；粒度适当。 常用的滤料

47、是石英砂、无烟煤、大理石、半烧白云石；近来还有使用多孔性人造材料：如粒状多孔陶粒（瓷粒）、烧结岩石、工业废渣等。,1.滤料种类的选择 （1）化学稳定性 化学稳定性好的滤料，经处理过的水中，不会增加杂质的含量，不稳定的滤料，往往使水中杂质增加很多，也即过滤时，滤料中不应有溶解物溶出。由于不同滤料在不同PH介质中稳定情况不同，所以对其化学稳定性往往分成中、碱、酸性三种情况来判别。 石英砂：在中、酸性水中可用；在碱性水中不能用；大理石：在中、碱性水中可用；在酸性水中不能用；无烟煤：在中、酸性水中可用；碱性水中也可用，但少用（不用，因为腐植质溶解）；半烧白云石：碱性可用，中性也可用；酸性不能用。,（2

48、）截污能力 是指在一个单位周期内单位体积（重量）滤料所截留的悬浮杂质量。截污能力大，表面整个滤料层所发挥的作用大。 （3）机械强度 滤料应有足够的机械强度，以免在反洗时由于滤料颗粒之间摩擦而破碎，破碎的细小颗粒可使滤层的水流阻力增加，从而导致滤料损失或运行时间缩短，出水量减少。 表征滤料机械强度有两个性质： 磨损性：即滤料相互磨擦，产生碎末。这在滤池工作中易造成滤料损失，淤积时造成水头损失加大；,破碎性：即滤料由于制造或运行中诸因素，会产生裂纹，运行中反洗或其它时候，稍有外力作用发生破碎，使颗粒组成发生变化，变细，水头损失加大。 要求：磨损率0.5%，破碎率4%。 机械强度比较：石英砂最好，大

49、理石中等，无烟煤稍差。,2.粒径及其影响 滤料颗粒大小，直接影响过滤器运行，所以粒度是滤料的重要指标之一。 粒度包含两方面含义：一是用“粒径”来表示颗粒大小的概括；二是用“不均匀系数”表示一定数量的滤料中粒径大小的级配（即不同粒径所占比例或大小的分布）情况。粒径范围：一般为0.51.2mm。 表示粒径的几个特征指标有： 平均粒径d50：指有50滤料能通过的筛孔孔径；,有效粒径d10：指有10滤料能通过的筛孔孔径； 粒径太小，可以截留水中较小悬浮物，出水水质好，但水头损失大，反洗时容易丢失；粒径太大，水中较小悬浮物会穿透，出水水质差，反洗时不易展开，洗不净，但水头损失小。 3.不均匀系数及其影响

50、 不均匀系数K80： d80与d10之比； 不均匀系数太大，表示滤料颗粒尺寸相差大，颗粒越不均匀，使反洗不易控制，造成反洗时小颗粒滤料冲走，还会造成滤层表面有小颗粒堆积，过滤阻力大；孔隙率减少，滤料截污能力减少；所以当然希望用均质滤料。,（三）滤层的影响 1.滤层空隙率的影响 滤料颗粒间空隙的体积与滤层总体积（滤料体积与空隙体积之和）之比。空隙率的大小与颗粒形状、大小及排列状态有关。滤层空隙率与过滤效率有着密切关系，空隙率愈大，过滤水头损失增加缓慢，过滤周期可以延长，因此滤层的截污能力得以提高；但穿透厚度也随之增大。 2.滤层厚度 是指滤料在过滤设备中的堆积高度。增加滤层高度，会使水头损失上升

51、；滤料粒径和滤速太大，细小悬浮物容易穿透滤层，出水水质差过滤周期短。,3.滤层组成的影响 单层滤料一般是一种材料组成的滤层，其颗粒具有一定的不均匀性，这样在多次运行、反洗过程中，滤层会依其颗粒大小而分层，形成上细下粗的结构（小颗粒沉速低，大颗粒沉速大）这对过滤不利，使大部分污泥被截留在滤层表面，阻力上升很快，下部滤层的截污能力不能发挥出来，运行周期缩短，泥渣容量下降。如果进行“反粒度”过滤，即过滤水先经过粗滤料，再依次经过粒径小的滤料，则滤层中杂质分布将趋于均衡，滤层截污能力将可提高，滤层中水头损失的增加将会缓慢，过滤周期将可延长。采取以下措施： 上向流过滤 双向流过滤 双层及多层滤料过滤 双

52、层及多层滤料过滤是当前国内外普遍重视的过滤技术。, 双层或多层滤料,双层滤料就是用两种滤料构成滤层。一种密度小，颗粒大；一种密度大，颗粒小。保证反洗后，颗粒大的滤料在上层，因上层孔隙较大，泥渣容易穿透到滤层内部，表面不致形成厚的滤膜，所以阻力上升慢，整个滤层都能利用起来，泥渣容量较大，运行周期长，制水量多。 一般组成为：无烟煤+石英砂（或大理石） 同样道理，构成三层滤料，组成为： 无烟煤+石英砂（大理石）+磁铁矿石 使用多层滤料时，应注意滤料颗粒大小、级配和冲洗强度，使其分层良好，不致混层，混层就失去了多层滤料的优点，一般希望混层10cm,四、 过滤工艺 过滤是以循环状态运行的，即当过滤到一定

53、指标（一般为水头损失）后，由于截留的悬浮物较多，必须用水反洗进行恢复，洗去滤层中污物，反洗后再正洗至出水水质达到要求，即可投入下一循环的过滤运行。 1、过滤 （1）过滤过程。过滤是滤层截污能力发挥的阶段。水的过滤制水即含悬浮物的水通过滤层，悬浮物被截留，出水中悬浮物含量降低，水被澄清。 （2）过滤终点及判断指标 可从出水浊度、进出口压差和过滤时间是否超过规定值这三个方面的任一项指标来判断。但现场一般以水头损失判断。,（3）过滤速度 v =Q/F 米/时 滤速太小：设备出力降低，设备利用率低；滤 速太大：使已吸附的悬浮物剥落，出水变差，水头损失增大。所以滤速的选择，主要考虑水头损失，目前一般均在

54、812m/h。 （4）技术指标 出水浊度、滤料的截污容量和滤层的水头损失。,2、反冲洗 反洗是水自下而上的通过滤层，使滤层膨胀，呈流态化，依靠滤料颗粒间的碰撞、摩擦，以及水流在滤料间剪切力，使滤料上的污泥剥离，随水流带走，则滤料变成清洁滤料， 反洗效果的好坏对过滤池的运行影响很大，假如反洗不净，造成滤料中仍有污泥，运行时阻力上升快，周期制水量减小；长期洗不净，会造成滤料结块，运行时水流偏流、短路，局部流速过高，阻力上升更快，出水水质变差，周期更短。每次反洗彻底，滤池滤料一直处于干净状态，保持较好的截污能力，只要有一次反洗不彻底，就可能留下恶果。 （1）滤料反冲洗的必要条件,1）反冲洗水必须在滤

55、料设备断面上分布均匀； 2）水中要无气泡； 3）冲洗水必须要有足够的冲洗强度（流速）和压头，即要保证滤料有一定的膨胀率； 4）要有一定的反冲洗时间； 5）反洗水要及时排走。 （2）反冲洗方式 1）单纯用水反冲洗； 2）水反洗之前辅以压缩空气搅动滤层； 3）水反洗辅以滤层表面清洗 （3）滤料结块及其消除,结块原因： 长期反洗不净，反洗强度不够污泥结块； 进水中有油油泥结块； 滤料中滋生微生物粘泥结块。 消除方法： 污泥结块：加强反洗，以至人工清洗； 油泥结块：碱或表面活性剂清洗； 粘泥结块：用杀菌剂杀死生物体，再加强反洗。,五、配水系统 其作用是： 反冲洗时，均匀分布反冲洗水； 过滤时，均匀集水

56、。 反冲洗时配水不均匀的危害： 滤池中砂层厚度分布不同； 过滤时，产生短流现象，使出水水质下降； 可能招致局部承托层发生移动，造成漏砂现象。 常见的配水系统有“大阻力配水系统”、“小阻力配水系统”两种基本形式 。,1、大阻力配水系统（水头损失一般大于3m ） 使孔眼的水力阻力远远大于其它部分的水力阻力，配水孔眼面积为滤池面积的1/500，开孔比一般在0.20.25%。 大阻力配水系统特点： 这种系统由于阻力很大，所以能量消耗大，但是其稳定性好，当滤层由于某种原因发生阻力不均时，对整个阻力影响不大，不致于发生严重偏流。 配水均匀性较好； 结构较复杂； 孔口水头损失大，因而要求进水压头高，需冲洗水

57、箱或水泵。 快滤池中常用的是“穿孔支母管大阻力配水系统”,2、小阻力配水系统（水头损失小于0.5m ） 对冲洗水头有限的无阀滤池和虹吸滤池等重力式滤池，大阻力配水系统不能采用，可以采用小阻力配水系统。 小阻力配水系统的特点： 1）反冲洗水头小； 2） 配水均匀性较大阻力配水系统为差； 3）滤池面积较大时，不宜采用小阻力配水系统。 4）由于配水系统阻力小，所以滤层阻力所占比例较大，运行中如果某种原因引起滤层阻力不均，就会造成阻力不均，所以这种系统稳定性差。 小阻力配水系统的结构通常采用格栅式，尼龙网式和滤帽式等,第二节 粒状介质过滤设备,过滤设备种类很多，但基本的组成部分都大致相同，这就是滤层、

58、进水装置、配水系统、反冲洗设备及排水设备，还有必要的管道、阀门。 一、压力式机械过滤器 都是刚制承压容器 1.单层滤料过滤器 2.多层滤料（多介质）过滤器 3.卧式过滤器 该设备主要有三个要求：滤速、滤层高和反洗强度。,二、重力式滤池 1.普通快滤池 2.无阀滤池 （1）结构 （2）无阀滤池的工作过程 3.重力式空气擦洗滤池 管A作用：1）空气擦洗时放空气；2）指示滤层阻力降，若在管上面加一指示器，就可实行自动控制。 优点：虹吸管高度降低，安装维修方便； 缺点：操作繁琐。,第三节 其他过滤工艺,一、纤维过滤器 是以丙纶丝纤维为过滤介质的压力式过滤器。 （1）结构（2）工作过程（3）运行参数 二

59、、精密过滤 三、直接过滤 当原水悬浮物较低，而胶体杂质含量较高时，可以将混凝和过滤组织在一个设备中进行，该处理工艺就是直接过滤或称混凝过滤。 接触过滤主要是依据接触混凝作用而进行的，所以也称接触过滤。在期间一是选择合适的加药点，二是控制较低的加药量。宜采用双层滤料过滤。,第四节 水的吸附处理,目的：去除水中有机物和余氯。 一、活性炭概述 1、活性炭结构 将有机材料首先进行碳化（300400时去除挥发成分），再经药剂（ZnCl2)或水蒸气进行高温活化（800900），可得多孔碳质材料，即活性碳。 有机材料（原料）可分：木材、果壳、煤、泥炭、石油系等。其中果壳类活性碳在水处理中应用最好。果壳类又分核桃壳、椰子壳、杏壳等。 活性碳是一种多孔固体，用比表面积表示，可达5001000m2/g以上，孔径为24nm 10000nm，一般把它们分为三类：