電廠化學(xué)-3水的預(yù)處理

1第3章水的預(yù)處理1概述2水的混凝處理3水的沉淀和澄清處理4水的過(guò)濾處理5水的預(yù)處理系統(tǒng)2補(bǔ)給水處理系統(tǒng)補(bǔ)給水預(yù)處理預(yù)脫鹽深度脫鹽原水目的：除去水中懸浮物、膠體物質(zhì)和部分有機(jī)物。方法：混凝沉淀（澄清）及過(guò)濾處理。水經(jīng)混凝沉淀（澄清）處理后，濁度ZD<10FUT，能滿足工業(yè)用水要求。再經(jīng)過(guò)濾處理，ZD<2~5FUT，能滿足后續(xù)除鹽處理進(jìn)水水質(zhì)的要求。電廠原水一般是江河水或地下水，或中水含有懸浮物和膠體雜質(zhì)。3第3章水的預(yù)處理1概述2水的混凝處理3水的沉淀和澄清處理4水的過(guò)濾處理5水的預(yù)處理系統(tǒng)4（1）膠體概述懸浮顆粒越小，在水中沉降就越困難。懸浮物大多是泥沙，d>100nm，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間靜止在重力作用下就會(huì)沉降下來(lái)。膠體顆粒，d<100nm，基本不能因重力作用而沉降。原因有三：膠體顆粒在水中作無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，可長(zhǎng)時(shí)間保持分散狀態(tài)；膠體顆粒外表面吸附了一層水分子，阻礙膠體顆粒之間的接觸，使膠體保持穩(wěn)定；膠體顆粒帶有電荷，天然水中的膠體顆粒總是帶有負(fù)電荷，由于同性相斥使膠體顆粒不易相互聚合而保持懸浮狀態(tài)。其中后兩個(gè)原因更為重要。5（2）混凝原理混凝處理：在水中投加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥劑，使水中細(xì)小懸浮物以及膠體結(jié)合成大的絮凝體，并在重力作用下沉淀出來(lái)。投加的化學(xué)藥劑稱為混凝劑。6反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)膠體和懸浮物有如下作用：電中和作用：帶正電荷離子與原水中帶負(fù)電荷的膠體發(fā)生電中和使之脫穩(wěn)，此過(guò)程在1s內(nèi)即可完成。脫穩(wěn)后的膠體顆粒的靜電斥力被大大削弱，便可發(fā)生碰撞，聚集成較大的顆粒。吸附橋架作用：沉淀物Al(OH)3、羥基多核絡(luò)離子尤其帶正電荷的羥基多核絡(luò)離子，具有較長(zhǎng)分子鏈。這些分子鏈能吸附水中的膠體顆粒，而且同一條鏈可吸附多個(gè)膠體顆粒，同一膠體顆?？晌皆诙鄺l鏈上，使原來(lái)處于分散的許多細(xì)小顆粒被分子鏈拉扯在一起不能分開(kāi)，形成絮狀沉淀物。網(wǎng)捕作用：Al(OH)3沉淀物以及生成的絮狀沉淀物，是一種網(wǎng)狀絮凝體，在下沉過(guò)程中，像一個(gè)張開(kāi)的大網(wǎng)，卷掃水中的懸浮物共同沉淀。7（3）混凝過(guò)程混凝過(guò)程是指從向水中投加混凝劑，直到最終形成大顆粒絮凝體的整個(gè)過(guò)程。分為兩個(gè)階段：凝聚階段混凝過(guò)程中最重要的階段。包括膠體脫穩(wěn)和脫穩(wěn)膠體在布朗運(yùn)動(dòng)作用下聚集成微小凝絮的過(guò)程。脫穩(wěn)膠體的移動(dòng)速度十分重要，決定了他們的碰撞頻率。有效碰撞才能使脫穩(wěn)膠粒聚集，這取決于膠體脫穩(wěn)程度。完全脫穩(wěn)則每次碰撞都可能形成微小凝絮。在混合池或混合管中進(jìn)行，很短時(shí)間即可完成。絮凝階段微小凝絮在流體動(dòng)力作用下再相互碰撞形成大絮凝體，這一過(guò)程稱為絮凝階段。在反應(yīng)池（或稱絮凝池）中完成。8（4）混凝劑鋁鹽混凝劑聚合氯化鋁（PAC）[Al2(OH)m·Cl]n，在劑量控制、對(duì)原水pH值的適應(yīng)性方面由于硫酸鋁[Al2(SO4)3]。處理出水質(zhì)量好，藥劑投加量小，電廠廣泛使用。PAC中大量的Cl-對(duì)不銹鋼有很強(qiáng)的腐蝕性，投加設(shè)備要采用耐氯腐蝕材質(zhì)。鐵鹽混凝劑聚合硫酸鐵（PFS）[Fe2(OH)n(SO4·)3-n/2]m。處理后水中殘余鐵離子少，形成的膠體電荷密度高，沒(méi)有聚合鋁和硫酸鋁劑量超過(guò)一定值時(shí)水質(zhì)變差的傾向，能高效去除有機(jī)物和脫色，電廠廣泛使用。9（5）助凝劑加混凝劑的同時(shí)，加少量聚電解質(zhì)助凝劑可以顯著改善混凝條件和提高混凝效果。助凝劑在混凝過(guò)程中所起作用分三類調(diào)整pH值。每種混凝劑都有其最佳使用的pH值，如果原水的pH值不能滿足要求，則需加入酸、堿調(diào)整pH值。如石灰和硫酸。氧化作用。使用硫酸亞鐵作混凝劑時(shí)，有時(shí)要添加氧化劑。如Cl2。增大絮凝物的粒度、密度和牢固性。通常為高分子聚合物，也稱絮凝劑，本身并不起混凝作用。由于分子量大，而且是鏈狀結(jié)構(gòu)，在水中形成很長(zhǎng)的鏈，并強(qiáng)烈吸附水中的雜質(zhì)顆粒，形成更大的凝絮，增大絮凝物的密度，更有利于沉淀。聚丙烯酰胺(PAM)是一種重要的和使用最多的高分子絮凝劑，對(duì)高濁度水、低濁度水和廢水等均有顯著效果。10（6）影響混凝效果的因素pH值聚合鋁：最佳pH值7.0~8.0，加入PAC后pH值下降較少，無(wú)須添加堿化劑。鐵鹽：pH值范圍4~10，故pH值影響較小。11（6）影響混凝效果的因素原水溫度水溫低時(shí)，通常絮凝體形成緩慢，絮凝顆粒細(xì)小、松散，凝聚效果較差。其原因有：①無(wú)機(jī)鹽水解吸熱；②溫度降低，粘度升高――布朗運(yùn)動(dòng)減弱；③水溫低時(shí)，膠體顆粒水化作用增強(qiáng)，妨礙凝聚；混凝劑不同，影響程度不同。鋁鹽：溫度影響較大，25~30℃最佳。溫度低于5℃，混凝效果極差。鐵鹽：溫度影響較小，即使在冬季也能保證較好的混凝效果。12（6）影響混凝效果的因素混凝劑用量根據(jù)水源水質(zhì)和對(duì)處理后水質(zhì)要求，通過(guò)試驗(yàn)確定最佳劑量。一般天然水源，最佳劑量0.3~0.7mmol/L聚合鋁（Al2O3計(jì)）5~8mg/L聚合鐵（Fe3+計(jì)）5~10mg/L原水濁度低，懸浮物小于50~100mg/L時(shí)，須提高投加量，以保證混凝效果?，F(xiàn)場(chǎng)采用投加黏土(泥漿)以增大水中膠體顆粒濃度，同時(shí)適當(dāng)增加混凝劑量，獲得較的混凝效果。13（6）影響混凝效果的因素水利條件水和混凝劑的混合以及絮凝體形成和長(zhǎng)大所需的水利條件。攪拌速度先快后慢?；炷齽┘尤胨泻?，開(kāi)始要快速攪拌，強(qiáng)烈攪動(dòng)促使混凝劑均勻擴(kuò)散以利于混凝劑快速水解、聚合和膠體脫穩(wěn)。當(dāng)絮凝體形成，應(yīng)減小攪拌速度，降低攪動(dòng)強(qiáng)度，以免影響絮凝體長(zhǎng)大，甚至打碎已經(jīng)形成的絮凝體。14（6）影響混凝效果的因素接觸介質(zhì)在水中保持一定數(shù)量的接觸介質(zhì)，可使混凝過(guò)程進(jìn)行得更快、更完全?；炷^(guò)程在澄清池內(nèi)進(jìn)行，利用澄清池內(nèi)泥渣起接觸作用，即利用泥渣的表面活性，吸附水中的懸浮雜質(zhì)和混凝處理時(shí)的細(xì)小絮凝體。電廠水處理系統(tǒng)常用。混凝過(guò)程在過(guò)濾器中進(jìn)行，此時(shí)濾料在這里起接觸介質(zhì)的作用。15第3章水的預(yù)處理1概述2水的混凝處理3水的沉淀和澄清處理4水的過(guò)濾處理5水的預(yù)處理系統(tǒng)16（1）沉淀與澄清沉淀處理是在原水完成混凝過(guò)程之后進(jìn)行的?；炷秊槌恋韯?chuàng)造了條件，沉淀則是在混凝的基礎(chǔ)上實(shí)施顆粒與水的分離，兩者共同完成除去水中懸浮物和膠體等雜質(zhì)的任務(wù)。如果混凝和沉淀兩個(gè)過(guò)程在同一設(shè)備中完成，則此設(shè)備稱為澄清池。該工藝即為水的澄清處理，是電廠最為常見(jiàn)的處理工藝。電廠最常見(jiàn)的是水利循環(huán)澄清池和機(jī)械攪拌澄清池。17鋼筋混凝土制成，橫截面為圓形。由第一反應(yīng)室（又稱混合室）、第二反應(yīng)室、導(dǎo)流室和分離室等部分組成，并設(shè)有進(jìn)水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和排泥系統(tǒng)。池中心設(shè)有攪拌提升裝置，是澄清池的關(guān)鍵部件。大容量機(jī)械攪拌澄清池內(nèi)，底部設(shè)有刮泥裝置。（2）機(jī)械攪拌澄清池結(jié)構(gòu)18工作過(guò)程19上部為葉輪，下部為葉片。其作用是攪拌和將帶有泥渣的水提升至第二反應(yīng)室。提升能力可通過(guò)轉(zhuǎn)速和葉片高度來(lái)調(diào)整。葉片起攪拌作用，攪拌速度為每分鐘1~數(shù)轉(zhuǎn)，可調(diào)。攪拌機(jī)械的結(jié)構(gòu)20對(duì)處理水量、水質(zhì)和水溫變化的適應(yīng)性強(qiáng)，處理效果穩(wěn)定。適用于處理懸浮物在5000mg/L以內(nèi)的水。常用于大出力場(chǎng)合。應(yīng)用21（3）水利循環(huán)澄清池水利循環(huán)澄清池的泥渣循環(huán)、水的流動(dòng)是靠水流的動(dòng)力實(shí)現(xiàn)的。設(shè)備的本體是鋼筋混凝土制成的，截面為圓形。由混合室、第一反應(yīng)室、第二反應(yīng)室、分離室和泥渣濃縮斗等組成。主要部件有噴嘴、喉管、傘形板及噴嘴與喉管距離的調(diào)節(jié)裝置。結(jié)構(gòu)22工作過(guò)程23結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資低，運(yùn)行管理方便。對(duì)水量、水質(zhì)和水溫變化的適應(yīng)性差。一般單臺(tái)出力不宜超過(guò)300m3/h。常用于處理懸浮物在200mg/L以下的水。應(yīng)用24（4）運(yùn)行監(jiān)督為使澄清池能夠始終在良好的條件下運(yùn)行，需要對(duì)出水水質(zhì)和澄清池各部分的工作情況進(jìn)行監(jiān)督。出水水質(zhì)的監(jiān)督項(xiàng)目，除懸浮物含量和濁度外，其他項(xiàng)目根據(jù)澄清池的用途擬定。運(yùn)行工況的監(jiān)督項(xiàng)目為，清水區(qū)高度以及反應(yīng)室、泥渣濃縮室的泥渣濃度。泥渣濃度可用沉降比表示。是指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沉降下來(lái)的泥渣體積占總體積的百分比。澄清池正常運(yùn)行期間，第二反應(yīng)室泥渣濃度一般控制在5min沉降比為10%~20%，超過(guò)20%~25%時(shí)應(yīng)排泥。25第3章水的預(yù)處理1概述2水的混凝處理3水的沉淀和澄清處理4水的過(guò)濾處理5水的預(yù)處理系統(tǒng)26（1）電廠水的過(guò)濾處理的特點(diǎn)經(jīng)混凝處理后的水中殘留少量的細(xì)小懸浮顆粒，可經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理除掉。電廠需過(guò)濾的水的特點(diǎn)：水中懸浮物含量低，一般小于20mg/L，但水量大。通常采用顆粒濾料的過(guò)濾方法。常用的濾料有石英砂、無(wú)煙煤、重質(zhì)礦石等。采用快速過(guò)濾，濾速在5m/h以上。設(shè)備簡(jiǎn)單，易于反洗。27（2）過(guò)濾原理沉淀機(jī)理即機(jī)械截流。當(dāng)水中的顆粒直徑大于濾料顆粒間的空隙時(shí)，就會(huì)沉淀在濾料上面，形成一層附加的濾膜。在以后的過(guò)濾中，這層濾膜起主要的過(guò)濾作用，這種過(guò)濾作用稱為薄膜過(guò)濾。固著機(jī)理一些直徑小于濾料顆粒間的懸浮物顆粒，由于各種物理力和吸附力，懸浮顆粒與濾料之間與已沉積的雜質(zhì)之間相互吸附，固著在濾料表面，濾料顆粒間的空隙逐漸減小，這種過(guò)濾作用稱為滲透過(guò)濾。過(guò)濾過(guò)程中，兩種機(jī)理同時(shí)作用，其中薄膜過(guò)濾是主要的。28（3）過(guò)濾過(guò)程過(guò)濾初期，雜質(zhì)被截流主要發(fā)生在最上層濾料中，而大部分濾料尚處于等待狀態(tài)。隨著過(guò)濾的進(jìn)行，上層濾料的雜質(zhì)不斷增多，空隙減少，水流通道變窄。一方面水流阻力增大，另一方面水流速度增大，對(duì)已截流的雜質(zhì)沖刷剝落作用增強(qiáng)，迫使一部分雜質(zhì)向下游輸送，水中懸浮物的截流帶從上一層轉(zhuǎn)移到下一層。繼續(xù)過(guò)濾，截留帶逐步向下推移。當(dāng)截流帶前沿接近最底層后繼續(xù)過(guò)濾，出水濁度增加過(guò)濾器運(yùn)行到出水濁度達(dá)到規(guī)定值或進(jìn)出口壓差達(dá)到規(guī)定值時(shí)，應(yīng)停止運(yùn)行，此時(shí)稱為過(guò)濾失效。從出水水質(zhì)來(lái)講，失效點(diǎn)是過(guò)濾后期出水合格與不合格的分界點(diǎn)，由濾層特性和操作條件決定。29（4）過(guò)濾速度濾速與濾層中濾料結(jié)構(gòu)有關(guān)。過(guò)濾器（濾池）形式濾速（m/h）正常濾速?gòu)?qiáng)制濾速細(xì)沙過(guò)濾6~8——單層濾料8~1010~14雙層濾料10~1414~18三層濾料18~2020~2530（5）過(guò)濾終點(diǎn)及判斷指標(biāo)過(guò)濾終點(diǎn)過(guò)濾終點(diǎn)是過(guò)濾器運(yùn)行的停止點(diǎn)。過(guò)濾終點(diǎn)以失效點(diǎn)為依據(jù)，可能比失效點(diǎn)提前或滯后。實(shí)際生產(chǎn)中，為保證之水質(zhì)，多在失效點(diǎn)之前結(jié)束過(guò)濾。判斷指標(biāo)失效點(diǎn)與水頭損失、出水濁度、過(guò)濾時(shí)間相對(duì)應(yīng)，因此，三者均可作為判斷指標(biāo)。31（6）反洗水頭損失達(dá)到規(guī)定值時(shí)，過(guò)濾器停止運(yùn)行，進(jìn)行反洗，其目的是除去濾層中截流的雜質(zhì)，恢復(fù)濾料的截污能力。反洗方法水反洗。水自下向上流動(dòng)，濾料處于懸浮狀態(tài)，借助濾料顆粒間水流產(chǎn)生的剪切力和摩擦力，將截流雜質(zhì)剝離下來(lái)，由沖洗水帶走。帶有空氣擦洗的水反洗?？諝夂退惶鎻臑V層底部進(jìn)入，空氣泡在濾料間隙穿過(guò)上升，使空隙膨脹，濾料顆粒升落、旋轉(zhuǎn)、碰撞，使吸附在濾料上的雜質(zhì)剝離下來(lái)，由沖洗水帶走。也有將空氣與水同時(shí)從濾層底部進(jìn)入——稱為水氣合洗。帶有空氣擦洗的反洗比單純的水反洗效果好。32（7）反洗條件的控制反洗膨脹率：料層膨脹時(shí)增加的厚度與原厚度的比值。反洗強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位過(guò)濾面積上通過(guò)的反洗水水量。反洗時(shí)間：反洗過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間。型式反洗強(qiáng)度L/(m2·s)膨脹率%反洗時(shí)間min濾池單層濾料無(wú)煙煤10≈505~10石英砂12~15≈455~10雙層濾料無(wú)煙煤、石英砂13~16≈505~10三層濾料無(wú)煙煤、石英砂、重質(zhì)礦石16~18≈555~10過(guò)濾器細(xì)砂過(guò)濾石英砂10~12≈4510~15單層濾料無(wú)煙煤10~12≈505~10石英砂12~15≈455~10雙層濾料無(wú)煙煤、石英砂13~16≈505~10三層濾料無(wú)煙煤、石英砂、重質(zhì)礦石16~18≈555~1033（8）過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)備過(guò)濾設(shè)備按承壓情況分為壓力式和重力式兩大類，前者一般稱為過(guò)濾器，后者一般稱為過(guò)濾池。壓力式過(guò)濾器又稱機(jī)械過(guò)濾器。過(guò)濾器本體是一鋼制承壓容器，體內(nèi)上部設(shè)有進(jìn)水裝置，下部設(shè)有出水（兼作反洗配水）裝置。濾料可以是單層、雙層或三層。過(guò)濾器類型可以是單流式、雙流式或雙室過(guò)濾器。進(jìn)水經(jīng)泵升壓后，由上而下通過(guò)濾層，過(guò)濾在壓力下進(jìn)行。特點(diǎn)：占地面積小，管理方便，出水水質(zhì)穩(wěn)定，電廠應(yīng)用較廣。34雙層壓力式過(guò)濾器上層濾料的粒度較大，濾料顆粒間空隙較大，容污量大，懸浮物主要通過(guò)滲透去除。下層濾料的粒度較小，濾料顆粒間空隙較小，水中細(xì)小懸浮物通過(guò)濾膜被除盡，出水水質(zhì)得到保證。35重力式無(wú)閥濾池經(jīng)過(guò)過(guò)濾裝置的水沒(méi)有外加壓力，進(jìn)水是靠自身重力向下流入過(guò)濾器，然后出水進(jìn)入位置較低的清水池。無(wú)需用泵升壓，設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)單。流速較慢，需較大的過(guò)濾面積，設(shè)備龐大，占地面積大。無(wú)閥濾池是因?yàn)闆](méi)有閥門而得名，重力式無(wú)閥濾池是電廠常用的過(guò)濾裝置。36由濾池本體、進(jìn)水裝置和虹吸裝置三部分組成。本體包括沖洗水箱、過(guò)濾室和集水室。結(jié)構(gòu)37運(yùn)行過(guò)程38過(guò)濾與反洗自動(dòng)進(jìn)行。變水頭等速過(guò)濾。過(guò)濾過(guò)程中，虹吸上升管中的水位隨過(guò)濾時(shí)間的延續(xù)、濾層中懸浮物的增加以及過(guò)濾阻力的增大而升高，水位的增加彌補(bǔ)了濾