电厂化学水处理讲义全

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。

二、天然水中的杂质：天然水中的杂质是多种多样的，这些杂质按照其颗粒大小可分为悬浮物、胶体和溶解物质三大类。

悬浮物：悬浮物的表示方法：通常用透明度或浑浊度（浊度）来表示。

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。

胶体：颗粒直径约在10-6---10-4毫米之间的微粒，是许多分子和离子的集合体，有明显的表面活性，常常因吸附大量离子而带电，不易下沉。

溶解物质：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。

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。

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-。

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，又在夜间的新代过程中消耗了。

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。

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。

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。

（2）浊度。

（3）透明度。

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，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（H ca），镁离子含量称镁硬（H Mg），总硬度是指钙硬和镁硬之和，即H=H Ca+H Mg=[（1/2）C a2+]+[（1/2）M g2+]。

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。

1、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。

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ppmC a CO3和o G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。