電廠化學(xué)專業(yè)培訓(xùn)教材

..第一章化學(xué)在火力發(fā)電廠的作用第一節(jié)水在火力發(fā)電廠中的作用熱力發(fā)電就是利用熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能進(jìn)行發(fā)電?，F(xiàn)在我國用得比較普遍的熱能來自各種燃料的化學(xué)能,此種發(fā)電稱為火力發(fā)電。本書以火力發(fā)電為主,對其用水質(zhì)量的處理加以探討。在火力發(fā)電廠中,水進(jìn)入鍋爐后,吸收燃料〔煤、油或天然氣燃燒放出的熱能,轉(zhuǎn)變成蒸汽、導(dǎo)入汽輪機(jī)；在汽輪機(jī)中,蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能；汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī),將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。所以鍋爐和汽輪機(jī)為火力發(fā)電的主要設(shè)備。為了保證它們正常運(yùn)行,對鍋爐用水的質(zhì)量有很嚴(yán)的要求,而且機(jī)組中蒸汽的參數(shù)愈高,對其要求也愈嚴(yán)。在凝汽式發(fā)電廠中,水汽呈循環(huán)狀運(yùn)行。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)后進(jìn)入凝汽器,在這里它被冷卻成凝結(jié)水,此凝結(jié)水經(jīng)泵送到低壓加熱器,加熱后送入除氧器,再由給水泵將已除氧的水送到高壓加熱器后進(jìn)入鍋爐。圖1－1所示就是這類發(fā)電廠水汽系統(tǒng)的主要流程。圖1－1凝汽式發(fā)電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)主要流程1一鍋爐j2一汽輪機(jī)；3一發(fā)電機(jī)；4一凝汽器；5一凝結(jié)水泵；6一冷卻水泵；7一低壓加熱器；8一除氧器；9一給水泵；10一高壓加熱器；11一水處理設(shè)備在上述系統(tǒng)中,汽水的流動(dòng)雖呈循環(huán)狀,但這是主流,并非全部,在實(shí)際運(yùn)行中總不免有些損失。造成汽水損失的主要原因有如下幾個(gè)方面：〔1鍋爐部分。鍋爐的排污放水,鍋爐安全門和過熱器放汽門的向外排汽,用蒸汽推動(dòng)附屬機(jī)械〔如汽動(dòng)給水泵,蒸汽吹灰和燃燒液體燃料〔如油等時(shí)采用蒸汽霧化法等,都要造成汽水損失?！?汽輪機(jī)機(jī)組。汽輪機(jī)的軸封處要連續(xù)向外排汽,在抽氣器和除氧器排氣口處會(huì)隨空氣排出一些蒸汽,造成損失?！?各種水箱。各種水箱伯疏水箱等有溢流和熱水的蒸發(fā)等損失?！?管道系統(tǒng)。各管道系統(tǒng)法蘭盤連接處不嚴(yán)密和閥門漏泄等原因,也會(huì)造成汽水損失?！癁榱司S持發(fā)電廠熱力系統(tǒng)的水汽循環(huán)運(yùn)行正常,。就要用水補(bǔ)充這些損失這部分水稱為補(bǔ)給水。"凝汽式發(fā)電廠在正常運(yùn)行情況下,補(bǔ)給水量不超過鍋爐額定蒸發(fā)量的2％~4％。例如額定蒸發(fā)量每小時(shí)為100t蒸汽的鍋爐。其補(bǔ)給水量每小時(shí)不超過2-4t。第二節(jié)火力發(fā)電廠中水處理的重要性長期的實(shí)踐使人們認(rèn)識(shí)到,熱力系統(tǒng)中水的品質(zhì),是影響發(fā)電廠熱力設(shè)備〔鍋爐、汽輪機(jī)等安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素之一。沒有經(jīng)過凈化處理的天然水含有許多雜質(zhì),這種水如進(jìn)入水汽循環(huán)系統(tǒng),將會(huì)造成各種危害。為了保證熱力系統(tǒng)中有良好的水質(zhì),必須對水進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬艋幚砗蛧?yán)格地監(jiān)督汽水質(zhì)量?，F(xiàn)將熱力發(fā)電廠中。,由于汽水品質(zhì)不良而引起的危害,簡述如下：〔1熱力設(shè)備的結(jié)垢。如果進(jìn)入鍋爐或其他熱交換器的水質(zhì)不良,則經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后,在和水接觸的受熱面上,會(huì)生成一些固體附著物,這種現(xiàn)象稱為結(jié)垢,這些固體附著物稱為水垢。因?yàn)榻饘俚膶?dǎo)熱性比水垢的高幾百倍,而這些水垢又極易在熱負(fù)荷很高的鍋爐爐管中生成,所以結(jié)垢對鍋爐〔或熱交換器。的危害性很大。它可使結(jié)垢部位的金屬管壁溫度過高,引起金屬強(qiáng)度下降,這樣在管內(nèi)壓力的作用下,就會(huì)發(fā)生管道局部變形、產(chǎn)生鼓包,甚至引起爆管等嚴(yán)重事故。結(jié)垢不僅危害安全運(yùn)行。而且還會(huì)大大降低發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性。例如,火力發(fā)電廠鍋爐的省煤器中,結(jié)有l(wèi)mm厚的水垢時(shí),燃料用量就比原來的多消耗1.5％～2.0％。由于發(fā)電廠鍋爐的容量一般都很大,每年使用的燃料量也很大<60萬的機(jī)組煤耗為150-160萬噸/年,所以燃料的消耗率雖只有微小的增加,卻會(huì)給電廠造成巨額的經(jīng)濟(jì)損失。另外,在汽輪機(jī)凝汽器內(nèi)結(jié)垢會(huì)導(dǎo)致凝汽器真空度降低,從而使汽輪機(jī)的熱效率和出力下降。加熱器的結(jié)垢會(huì)使水的加熱溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)值,使整個(gè)熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性降低。而且,熱力設(shè)備結(jié)垢以后。必須及時(shí)進(jìn)行清洗工作,這就要停止運(yùn)行,減少了設(shè)備的年利用小時(shí)數(shù),此外,還要增加檢修工作量和費(fèi)用等?！?熱力設(shè)備的腐蝕。發(fā)電廠熱力設(shè)備的金屬經(jīng)常和水接觸,若水質(zhì)不良,則會(huì)引起金屬腐蝕。熱力發(fā)電廠的給水管道、各種加熱器、。鍋爐省煤器、水冷壁、過熱器和汽輪機(jī)凝汽器等,。都會(huì)因水質(zhì)不良而腐蝕。腐蝕不僅要縮短設(shè)備本身的使用期限,造成經(jīng)濟(jì)損失,而且金屬腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)入水中,使給水中翻增多,從而加劇在高熱負(fù)荷受熱面上的結(jié)垢過程,結(jié)成的垢又會(huì)加速鍋爐爐管腐蝕。"此種惡性循環(huán),會(huì)迅速導(dǎo)致爆管事故。此外,金屬的腐蝕產(chǎn)物被蒸汽帶到汽輪機(jī)中沉積下來后,也會(huì)嚴(yán)重地影響汽輪機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?！?過熱器和汽輪機(jī)的積鹽。水質(zhì)不良會(huì)使鍋爐不能產(chǎn)生高純度的蒸汽,隨蒸汽帶出的雜質(zhì)就會(huì)沉積在蒸汽通過的各個(gè)部位,如過熱器和汽輪機(jī),這種現(xiàn)象稱為積鹽。過熱器管內(nèi)積鹽會(huì)引起金屬管壁過熱甚至爆管；汽輪機(jī)內(nèi)積鹽會(huì)大大降低汽輪機(jī)的出力和效率,特別是高溫高壓大容量汽輪機(jī),它的高壓部分蒸汽流通的截面積很小,所以少量的積鹽也會(huì)大大增加蒸汽流通的阻力,使汽輪機(jī)的出力下降。當(dāng)汽輪機(jī)積鹽嚴(yán)重時(shí),還會(huì)使推力軸承負(fù)荷增大,隔板彎曲,造成事故停機(jī)?；鹆Πl(fā)電廠化學(xué)工作就是為了保證火力系統(tǒng)各部分有良好的水汽品質(zhì),以防止熱力設(shè)備的結(jié)垢、積鹽和腐蝕。因此,在火力發(fā)電廠中,化學(xué)工作對保證發(fā)電廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有十分重要的意義。火力發(fā)電廠的化學(xué)工作者,應(yīng)主持或參與以下這些工作：〔1凈化原水,制備力系統(tǒng)所需質(zhì)量的補(bǔ)給水。它包括除去天然水中的懸浮物和膠體狀態(tài)雜質(zhì)的澄清、過濾等處理；除去水中溶解的鈣、鎂離子的軟化處理；或除去水中全部溶解鹽類的除鹽處理。這些制備補(bǔ)給水的處理,通常稱為爐外水處理?！?對給水進(jìn)行除氧、加藥等處理?！?對汽包鍋爐進(jìn)行鍋爐水的加藥處理和排污,這些工作稱為鍋內(nèi)水處理?！?對直流鍋爐機(jī)組或某些亞臨界壓力、汽包鍋．爐機(jī)組進(jìn)行凝結(jié)水的凈化處理?！?在熱電廠中,對生產(chǎn)返回水進(jìn)行除油、除鐵等凈化處理?！?對冷卻水進(jìn)行防垢、防腐和防止有機(jī)附著物等處理?！?對熱力系統(tǒng)各部分的汽水質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督。此外,化學(xué)清洗熱力設(shè)備以及機(jī)爐停運(yùn)期間的保養(yǎng)工作,化學(xué)有直接關(guān)系,也應(yīng)列入水處理工作。第三節(jié)岱海一期2×600MW機(jī)組主要參數(shù)1．鍋爐鍋爐是北京巴布科克·威爾科克斯生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、全封閉布置、自然循環(huán)單汽包燃煤鍋爐,其主要參數(shù)：主蒸汽流量：2028．4t/h給水溫度：280．3℃給水壓力：17．5MPa過熱蒸汽溫度：541℃過熱蒸汽壓力：17．5MPa再熱蒸汽出口溫度：541℃再熱蒸汽出口壓力：3．3MPa2．汽輪機(jī)汽輪機(jī)是上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的一次中間再熱、單軸、四缸。四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機(jī),其主要參數(shù)如下：主汽門前蒸汽壓力：16．70MPa主汽門前蒸汽溫度：538℃額定進(jìn)汽量：1757．223t/h3．發(fā)電機(jī)制造廠家：上海汽輪機(jī)廠額定功率：600MW冷卻方式：氫冷第四節(jié)岱海一期2×600MW機(jī)組原水水質(zhì)全分析報(bào)告項(xiàng)目名稱單位#1#2#3陽離子K++Na+mg/L103.62101.40101.81Ca2+mg/L36.138.527.3Mg2+mg/L30.126.827.2Fe2+mg/L00.010.02Fe3+mg/L0.120.060.07Al3+mg/L000NH4+mg/L000.03Mn2+mg/L<0.002<0.002<0.002Sr2+mg/L0.1120.1260.102∑mg/L197.05166.89156.54項(xiàng)目名稱單位#1#2#3陰離子CL-mg/L19.020.043.5SO42-mg/L31.028.054.0CO32-mg/L000HCO3-mg/L256.28231.88286.79NO2-mg/L00.0070.026NO3-mg/L11.0811.067.27F-mg/L0.680.650.58PO43-mg/L0.0320.0330.036S2-mg/L0.880.790.84∑mg/L318.04291.59404.14總固體mg/L312301414溶解固形物mg/L295292400懸浮性固體mg/L17914電導(dǎo)率410400520總硬度mg/L<CaCO3>214.2198.2180.2碳酸鹽硬度mg/L<CaCO3>210.2190.2180.2總堿度mg/L<CaCO3>210.17190.15255.20酚酞堿度mg/L<CaCO3>0020.20甲基橙堿度mg/L<CaCO3>210.17190.15235.19PH7.867.858.14游離二氧化碳mg/L35.2025.0828.50全硅mg/L19.0817.8017.82CODmg/L2.0100第五節(jié)化學(xué)系統(tǒng)名詞解釋1、原水原水是指未經(jīng)任何處理的天然水〔如江河、湖、地下水等,也稱為生水,它是熱力發(fā)電廠中各種用水的來源。2、鍋爐補(bǔ)給水原水經(jīng)過各種方法凈化處理后,用來補(bǔ)充熱力發(fā)電廠汽水循環(huán)系統(tǒng)汽水損失的水,稱為鍋爐補(bǔ)給水。鍋爐補(bǔ)給水按其凈化處理方法的不同,又可分為軟化水、蒸餾水和除鹽水等。3、凝結(jié)水在汽輪機(jī)中做功后的蒸汽經(jīng)凝汽器冷凝成的水,稱為凝結(jié)水。4、疏水各種蒸汽管道和用汽設(shè)備中的蒸汽冷凝水,稱為疏水。它經(jīng)疏水器匯集到疏水箱或并入凝結(jié)水系統(tǒng)中。5、返回水熱電廠向熱用戶供熱后,回收的蒸汽冷凝水,稱為返回水。返回水又有熱網(wǎng)加熱器冷凝水和生產(chǎn)返回冷凝水之分。6、給水送進(jìn)鍋爐的水稱為給水。凝汽式發(fā)電廠的給水,主要由凝結(jié)水、補(bǔ)給水和各種疏水組成。熱電廠的給水組成中,還包括返回水。7、鍋爐水在鍋爐本體的蒸發(fā)系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)著的水,稱為鍋爐水,習(xí)慣上簡稱爐水。8、冷卻水用作冷卻介質(zhì)的水稱為冷卻水。在電廠中,它主要是指通過凝汽器用以冷卻汽輪機(jī)排汽的水。9、內(nèi)冷水對于水-氫-氫式發(fā)電機(jī),內(nèi)冷水指冷卻發(fā)電機(jī)定子繞組的水。10、溶解固形物溶解固形物是指水中除溶解氣體之外各種溶解物的總量。它除了包括全部陰、陽離子外,還應(yīng)加上非離子態(tài)的二氧化硅、鐵鋁氧化物和有機(jī)物的的含量。11、含鹽量含鹽量表示水中溶解鹽類的總和,它可通過水質(zhì)全分析后將陰、陽離子全部相加而得。含鹽量有兩種表示方法：其一是摩爾表示法,即將水中各種陽離子〔或各種陰離子均按帶一個(gè)電荷的離子為一個(gè)基本單元,計(jì)算其含量〔mmol/L,然后將它們?nèi)肯嗉?；其二是重量表示?即將水中各種陰陽離子的含量換算成mg/L,然后全部相加。12、堿度水的堿度是指水中含有能接受氫離子物質(zhì)的量。天然水中堿度主要由重碳酸根所組成。酸度水的酸度是指水中含有能接受氫氧根離子的物質(zhì)的量?？赡苄纬伤岫鹊奈镔|(zhì)有強(qiáng)酸,強(qiáng)酸弱堿鹽、酸式鹽和弱酸。13、硬度硬度是指天然水中多價(jià)陽離子的總濃度,對天然水來說主要是鈣、鎂離子,故水的硬度也就表示水中鈣、鎂離子之和。硬度可分為以下兩種：1．碳酸鹽硬度碳酸鹽硬度是指水中鈣、鎂的碳酸氫鹽、碳酸鹽之和。但由于天然水中碳酸根的含量非常少,所以一般將碳酸鹽硬度看作鈣、鎂的碳酸氫鹽。碳酸鹽硬度又被稱作暫時(shí)硬度,這是由于水長時(shí)間煮沸后,水中重碳酸鈣和重碳酸鎂會(huì)分解產(chǎn)生碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀,使碳酸鹽硬度消失,所以被稱作暫時(shí)硬度。2．非碳酸鹽硬度水的總硬度和碳酸鹽硬度之差是非碳酸鹽硬度,它們是鈣、鎂的氯化物和硫酸鹽等。它在水沸騰時(shí)不能被除去,所以又被稱為永久硬度,其值近似等于非碳酸鹽硬度。14、電導(dǎo)率在一定溫度下,截面積為1平方厘米,相距為1厘米的兩平行電極之間溶液的電導(dǎo)。衡量水中含鹽量最簡便和迅速的方法是測定水的電導(dǎo)率,因?yàn)榻M成天然水含鹽量的主要物質(zhì)為離子,而離子具有導(dǎo)電性。電導(dǎo)率的單位是S/m〔S稱為西,表示西門子或us/cm。一般水質(zhì)的電導(dǎo)率較小,電導(dǎo)率的常用單位是us/cm。實(shí)際測量中常用電導(dǎo)率表來測定。15、生物需氧量〔BOD生物需氧量表示用微生物氧化水中有機(jī)物所消耗的氧量。在氧化的第一階段中,主要是有機(jī)物轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水和氨；第二階段主要是氨轉(zhuǎn)化成硝酸根和亞硝酸根。測定方法一般分為兩種：BOD5和BOD21。目前常以20℃和黑暗條件下用微生物氧化有機(jī)物5天所需的氧量進(jìn)行測定,以BOD5來表示。16、離子交換樹脂離子交換樹脂是本身帶有活性基團(tuán)的有機(jī)合成物質(zhì),由于其外形與松樹分泌的樹脂相象而得名。樹脂在水中其本身帶有的活性基團(tuán)中的離子與水中同符號(hào)的離子進(jìn)行交換,如H型強(qiáng)酸性離子交換樹脂遇到含有Ca2+的水時(shí),就會(huì)發(fā)生如下交換反應(yīng)：2RH+Ca2+R2Ca+2H+交換的結(jié)果,水中Ca2+被吸附在樹脂上,樹脂原有的H+進(jìn)入水中,水中Ca2+被除去。17、濃縮倍率循環(huán)水中鹽類的濃度與補(bǔ)充水中鹽類濃度之比稱為循環(huán)水的濃縮倍率。此鹽類濃度若以含鹽量表示,則因在濃縮過程中可能有鹽類析出,不能代表實(shí)際的濃縮情況,所以通常是按不易沉淀的Cl–〔或用SiO2作為標(biāo)準(zhǔn)濃度估算濃縮倍率：式中：——循環(huán)水中鹽類的濃縮倍率；——分別為循環(huán)水和補(bǔ)充水中的Cl–濃度。18、極限碳酸鹽硬度如果將循環(huán)水的補(bǔ)充水,在其工作溫度下進(jìn)行蒸發(fā),則通?？梢园l(fā)現(xiàn)在其濃縮的初期水中碳酸鹽硬度隨著升高,但當(dāng)達(dá)到某一極限值時(shí),它便不再升高,而是停留在某一數(shù)值上。這個(gè)值稱為此循環(huán)水在此溫度下的極限碳酸鹽硬度,其所以有一個(gè)極限是因?yàn)樵诖撕蟮臐饪s過程中有CaCO3沉淀物析出,水中碳酸鹽硬度不再隨著升高的關(guān)系。19、溶液一種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)之中的體系稱做分散體系,均一的分散體系叫做溶液。溶液中被分散的物質(zhì)叫做溶質(zhì),用以分散溶質(zhì)的物質(zhì)叫做溶劑,發(fā)生這種均勻分散的現(xiàn)象叫做溶解。水能溶解很多種物質(zhì),是最常用的溶劑,通常所說的溶液是指水溶液。除此之外,酒精、汽油等也可做溶劑。當(dāng)兩種溶液互相溶解而形成溶液時(shí),一般情況下量多的一種叫溶劑,量少的叫溶質(zhì)。還有一種體系是,被分散后的物質(zhì)微粒是由較多的分子或離子所組成,由于它們的顆粒較小,肉眼觀察不到,外觀也表現(xiàn)為均一的透明狀態(tài),但在光線照射下,卻能看見由這些顆粒所散射的光束,這種體系為膠體溶液。如果分散體系在水中的顆粒很大,甚至用肉眼都能觀察出來的,從外觀看它就是不均勻的,而且經(jīng)過靜置后,大部分分散物質(zhì)會(huì)沉降下來,這種體系稱之為懸濁液。20、濃度在水處理工作中,常常需要知道某溶液中含有溶質(zhì)的量,或者要配制某種濃度的溶液。這些都涉及到溶質(zhì)和溶劑的數(shù)量關(guān)系。所謂濃度就是指在一定量的溶劑或溶液里所含溶質(zhì)的量。表示濃度的方法很多,如：〔1質(zhì)量分?jǐn)?shù)用溶質(zhì)的質(zhì)量占全部溶液的質(zhì)量百分比來表示。在實(shí)際應(yīng)用中,為了方便,有時(shí)將100毫升溶液中含有溶質(zhì)的克數(shù)來表示百分濃度,這是重量比體積的百分濃度可寫為A%〔質(zhì)量/體積?！?物質(zhì)的量濃度在1升溶液中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量。其單位常以M表示?！?用單位體積或單位質(zhì)量溶液中含有溶質(zhì)質(zhì)量表示的濃度。在工業(yè)上有時(shí)用1升溶液中含有溶質(zhì)的克數(shù)表示溶液的濃度〔相應(yīng)的單位為克/升、毫克/升、微克/升。對于以水為溶劑的稀溶液每升的質(zhì)量近似的等于1千克,所以,上述濃度單位和克/千克、毫克/千克、微克/千克可看作是相等的。ppm是指在一百萬份質(zhì)量的溶液中所含溶質(zhì)質(zhì)量的份數(shù),它和毫克/千克的表示方法相同；ppb是表示在十億份質(zhì)量溶液中所含溶液的質(zhì)量份數(shù),它可看成是微克/千克。21、電離〔1電解質(zhì)：在水溶液中或在加熱熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的物質(zhì)?！?電離：電解質(zhì)溶于水后,在水分子作用下,解離為帶正電的和帶負(fù)電的離子,它們能在水中自由移動(dòng),這種過程叫做電離?！?電離平衡：電解質(zhì)可分為強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)。強(qiáng)電解質(zhì)在溶液中幾乎能完全電離成離子；而弱電解質(zhì)在溶液中只有部分電離,并且有可逆的過程。弱電解質(zhì)這種電離的正向速度等于其逆向速度的狀態(tài)稱為電離平衡?！?水的pH值：水是一種極弱的電解質(zhì),它只能微弱地電離為H+和OH-,水的離子積為KSH=[H+][OH-],PH=-lg[H+]25℃時(shí),水的離子積KSH=[H+][OH-]=10-14,[H+]=[OH-]=10-7。22、酸能在水中電離釋放出的陽離子只有氫離子的物質(zhì)。23、堿能在水中電離釋放出的陰離子只有氫氧根離子的物質(zhì)。24、鹽金屬離子和酸根離子組成的化合物,并把含有H+的稱為酸式鹽,含有OH-的稱為堿式鹽,其余的稱為正鹽,含有兩種金屬離子的叫復(fù)鹽。25、催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速度而本身反應(yīng)前后的組成和質(zhì)量均保持不變的物質(zhì)。26、離子反應(yīng)方程式用參加反應(yīng)的離子表示化學(xué)反應(yīng)的方程式。27、熱化學(xué)反應(yīng)方程式表明化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式。28、烴只含有碳和氫元素的化合物叫碳?xì)浠衔?簡稱烴。29、官能團(tuán)有機(jī)物中比較活潑而能發(fā)生反應(yīng)的原子或基團(tuán),并決定了有機(jī)物的主要性質(zhì)。30、雜環(huán)化合物具有環(huán)狀結(jié)構(gòu),且構(gòu)成環(huán)的原子除碳原子外還包括有其他原子的化合物。31、指示劑滴定分析中,通過改變顏色指示化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的試劑。32、滴定終點(diǎn)在滴定分析中,指示劑變色點(diǎn)稱為滴定終點(diǎn)。33、標(biāo)準(zhǔn)溶液在分析中,已知準(zhǔn)確濃度的溶液。34、掩蔽劑一種能與干擾離子起作用,而不影響試驗(yàn)結(jié)果的試劑。35、有效數(shù)字在分析中實(shí)際能測得到并包括一位可疑數(shù)的數(shù)字。36、溫標(biāo)是用數(shù)值表示溫度,它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)〔零點(diǎn)和測量溫度的基本單位,通常使用攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)〔K。37、準(zhǔn)確度分析結(jié)果與真實(shí)值接近的程度。38、精密度指在相同的條件下多次測定結(jié)果之間相互接近的程度。39、系統(tǒng)誤差由分析過程中某些固定因素造成的誤差。40、偶然誤差由于外界某些偶然因素引起的誤差。41、電位在電場中取任意點(diǎn)B為參考點(diǎn),單位正電荷在電場作用力下從場中A點(diǎn)移到參考點(diǎn)B點(diǎn)時(shí),電場力所做的功稱為A點(diǎn)電位。42、氧化還原電位以標(biāo)準(zhǔn)氫電極為參比零電位,所測處各種物質(zhì)氧化還原對的電位。規(guī)定[氧化態(tài)]=[還原態(tài)]=1M時(shí),于25℃時(shí)測得的電位稱為標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位。43、化學(xué)反應(yīng)速度用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減小或生成物濃度的增加表示。44、元素具有相同荷電荷數(shù)〔即質(zhì)子數(shù)的一類原子的總稱。45、水泵的揚(yáng)程單位質(zhì)量的液體通過水泵所獲得的能量。46、反洗強(qiáng)度在單位面積上、單位時(shí)間內(nèi)流過的反洗水量。47、鍋爐的排污率鍋爐的排污水量占鍋爐蒸發(fā)量的百分率。48、亨利定律在一定溫度下,氣體的溶解度與該氣體在汽水分界面的分壓成正比。49、再生比耗恢復(fù)樹脂一定交換能力,實(shí)際耗用再生劑量與所需理論再生劑量之比。50、溶解攜帶飽和蒸汽因溶解而攜帶水中某些雜質(zhì)的現(xiàn)象。51、機(jī)械攜帶蒸汽因攜帶爐水水滴而帶入雜質(zhì)的現(xiàn)象。52、參比電極指在測量電池中已知電極電位的電極,而且在一定溫度下,其電極電位為一定值。53、濾層膨脹率濾層膨脹后所增加的高度和膨脹前高度之比。54、連續(xù)排污指連續(xù)地從汽包中排放鍋爐水的排污方式。55、定期排污指定期地從鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)的最低點(diǎn)〔如水冷壁的下聯(lián)箱處排放部分鍋爐水的排污方式。56、化學(xué)需氧量〔COD化學(xué)耗氧量表示利用化學(xué)氧化劑氧化有機(jī)物所需的氧量,此量常用符號(hào)COD表示?；瘜W(xué)氧化劑一般用重鉻酸鉀或高錳酸鉀。目前常用重鉻酸鉀作氧化劑〔CODcr,它可將大部分有機(jī)物氧化,從而表示出有機(jī)物全部氧化所需的氧量,從而可大致表示水中的有機(jī)物的含量。第二章水的概述第一節(jié)生物圈與水循環(huán)一、生物圈生物圈是指地球上有生命的部分,即地球上所有的生物〔包括人類及其生存環(huán)境的總體。它是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng),其劃分的范圍在海平面以上9Km到海平面以下10km,它包括了上千萬種物種。在這個(gè)范圍內(nèi)有正常的生命活動(dòng),有能量的流動(dòng)和物質(zhì)的循環(huán),有構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和無生命物質(zhì)四個(gè)組成部分。二、水循環(huán)地球是一個(gè)水量極其豐富的天體,這是它與其他星球不同之處,迄今為止天文學(xué)家還未發(fā)現(xiàn)有水的其他星球。海洋和陸地上的液態(tài)水和固態(tài)水構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)的圈層,覆蓋著3／4以上的地球表面,稱為水圈〔hydrosphere,它包括江河湖海中一切淡水和咸水、土壤水、淺層與深層地下水以及兩極冰帽和高山冰川的冰,還包括大氣中的水滴和水蒸氣。表1．1列出地球上各種水的分布和停留時(shí)間。表1．1水的分布和停留時(shí)間分布面積〔106Km水量〔103Km3占總量的〔%平均停留時(shí)間江河——1~20．000112~20天大氣圈〔云和水汽516130．0019~12天土壤水〔潛水面以上130670．00515~30天鹽湖與內(nèi)陸海0．51040．00710~102年淡水湖0．851250．00910~102年地下水13083000．59102~103年冰川與冰帽28．2292002．07104年海洋361137000097．31103~104年總計(jì)5161407810由表1.1中的數(shù)據(jù)可知、,地球上水的總量達(dá)1.4х109Km3,占地球質(zhì)量地0．02％,但能供人類利用的水不多,因?yàn)樗χ泻Ｋ?7·3％,難以直接利用,淡水只占2.7%.這些淡水的99%難以直接被人類利用.因?yàn)閮蓸O冰冒和冰川的淡水儲(chǔ)存量占86%;潛層地下水儲(chǔ)量占淡水的12%,必須鑿井方能提取;最容易被人類直接利用的江、河、湖、沼水,還不到總淡水量的1％。第二節(jié)水的特性一、水分子的結(jié)構(gòu)水的基本化學(xué)式為H2O,它不僅是地球上分布最廣、貯量最多的物質(zhì),也是一切生命體的基本成分,如人體的含水量60％一70％。在水分子的結(jié)構(gòu)中,O－H的鍵長為0．096nrn,H－H鍵長為0．154nrn,HO－O－H的夾鍵角為104．4,兩個(gè)氫原子核排列成以氧原子核為頂?shù)牡妊切?。從而使氧的一端帶?fù)電荷,氫的一端帶正電荷,因此水分子是一個(gè)極性很強(qiáng)的分子,即氧的一端為負(fù)極,氫的一端為正極。由于水分子在正極一方有兩個(gè)裸露的氫核,在負(fù)極一方有氧的兩對孤對電子,這樣就使每一個(gè)水分子都可以把自己的兩個(gè)氫核交出與其他兩個(gè)水分子共有,而同時(shí)氧的兩對孤對電子又可以接受第三個(gè)、第四個(gè)氫核,使這五個(gè)水分子之間形成四個(gè)氫鍵,其中每一個(gè)外圍分子又再與另外的分子繼續(xù)生成氫鍵。這種現(xiàn)象稱為水分子的締合現(xiàn)象,如圖1－2所示,所以水是單個(gè)分子H2O和〔H2On的混合物,〔H2On稱為水分子的集聚體或聚合物。二、水的特性由于水分子的上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn),呈現(xiàn)出以下幾種特性?！?水的狀態(tài)：水在常溫下有三態(tài)。水的融點(diǎn)為o℃,沸點(diǎn)100℃,在自然環(huán)境中可以固體存在,也可以液體存在,并有相當(dāng)部分變?yōu)樗魵?。圖1－3是水的物態(tài)圖〔或稱三相圖,圖中表明了冰一水一汽、冰一汽、水一汽和冰一水共存的溫度、壓力條件?；鹆Πl(fā)電廠的生產(chǎn)工藝就是利用水的這種三態(tài)變化來轉(zhuǎn)換能量的?！?水的密度：水的密度與溫度關(guān)系和一般物質(zhì)有些不同。一般物質(zhì)的密度均隨溫度上升而減小,而水的密度是3．98℃時(shí)最大,為1。這通常由水分子之間的締合現(xiàn)象來解釋,即在3．98℃時(shí),水分子締合后的聚合物結(jié)構(gòu)最密實(shí),高于或低于3．98℃時(shí),水的聚合物結(jié)構(gòu)比較疏松。〔3水的比熱容幾乎在所有的液體和固體物質(zhì)中,水的比熱容最大,同時(shí)有很大的蒸發(fā)熱和溶解熱。這是因?yàn)樗訜釙r(shí),熱量不僅消耗于水溫升高,還消耗于水分子聚合物的解離。所以,在火力發(fā)電廠和其他工業(yè)中,常以水作為傳送熱量的介質(zhì),表1-2列出水在定壓〔0．1MPa下的比熱容?！?水的溶解能力水有很大的介電常數(shù),溶解能力極強(qiáng),是一種很好的溶劑,溶解于水中的物質(zhì)可以進(jìn)行許多化學(xué)反應(yīng),而且能與許多金屬的氧化物、非金屬的氧化物及活潑金屬產(chǎn)生化合作用?！?水的表面張力在水體內(nèi)部,由于每個(gè)水分子受其四方相鄰水分子的引力,所以每個(gè)水分子受力是平衡的。但靠近表面的水分子則受力不平衡,水體內(nèi)部對它的引力大,外部空氣對它的引力小,從而使水體表面分子受到一種向內(nèi)的拉力,稱為表面張力。水有最大的表面張力,達(dá)到72．75X105N／cm,表現(xiàn)出異常的毛細(xì)、潤濕、吸附等特性?！?水的粘度表示水體運(yùn)動(dòng)過程中所發(fā)生的內(nèi)摩擦力,其大小與內(nèi)能損失有關(guān)。純水的粘度取決于溫度,與壓力幾乎無關(guān)?！?水的電導(dǎo)因?yàn)樗且环N很弱的兩性電解質(zhì),能電離出少量的H離子和OH離子,所以即使是理想的純水也有一定的導(dǎo)電能力,這種導(dǎo)電能力常用電導(dǎo)率來表示；電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。電阻率是對斷面為1cmX1cm、長1cm體積的水所測得的電阻,單位是歐姆·厘米〔Q·cm,電導(dǎo)率的單位是西門子/厘米〔S/cm或uS/cm。25℃純水的電導(dǎo)率是0.055uS/cm?！?水的沸點(diǎn)與蒸汽壓水的沸點(diǎn)與蒸汽壓力有關(guān)。如將水放在一個(gè)密閉容器中,水面上就有一部分動(dòng)能較大的水分子能克服其他水分子的引力,逸出水面進(jìn)人容器上部空間成為蒸汽,這一過程稱為蒸發(fā)。進(jìn)入容器空間的水分子不斷運(yùn)動(dòng)；其中一部分水蒸氣分子碰到水面,被水體中的水分子所吸引,又返回到水中,這一過程稱為凝結(jié)。當(dāng)水的蒸發(fā)速度與水蒸氣的凝結(jié)速度相等時(shí),水面上的水分子數(shù)量不再改變,即達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在溫度一定的情況下,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的蒸汽稱為該溫度下的飽和蒸汽,這時(shí)的蒸汽壓力稱為飽和蒸汽壓,簡稱蒸汽壓。當(dāng)水的溫度升高到一定值,其蒸汽壓力等于外界壓力時(shí),水就開始沸騰,這時(shí)的溫度稱為該壓力下的沸點(diǎn)?！?2MP時(shí)水的沸點(diǎn)為374℃當(dāng)氣體高于某一溫度時(shí),不管加多大壓力都不能將氣體液化,這一溫度稱為氣體的臨界溫度。在臨界溫度下,使氣體液化的壓力稱為臨界壓力。水的臨界溫度為374℃,臨界壓力為22MPa?！?水的化學(xué)性質(zhì)水能與金屬和非金屬作用放出氫Na+2H2O→NaOH+H2↑Mg+2H2O→Mg<OH>2+H2↑3Fe＋4H2O→Fe3O4+4H2↑C＋H2O→CO+H2↑水還能與許多金屬和非金屬的氧化物反應(yīng),生成堿和酸。CaO＋H2O→Ca<OH>2SO3+H2O→H2SO4第三節(jié)天部水體的物質(zhì)組成一、天然水體的物質(zhì)組成天然水體是海洋、河流、湖泊、沼澤、水庫、冰川、地下水等地表與地下貯水體的總稱。它包括水和水中各種物質(zhì)、水生生物及底質(zhì)。從自然地理的角度看,水體是指地表水覆蓋的自然綜合體。天然水體分為海洋水體和陸地水體,陸地水體又可分為地表水體和地下水體。這些天然水體在自然循環(huán)運(yùn)動(dòng)中,無時(shí)不與大氣、土壤、巖石、各種礦物質(zhì)、動(dòng)植物等接觸。由于水是一種很強(qiáng)的溶劑,極易與各種物質(zhì)混雜,所以天然水體是在一定的自然條件下形成的,是含有許多溶解性的和非溶解性的物質(zhì)、組成成分又非常復(fù)雜的一種綜合體?；瘜W(xué)概念上那種理想的純水在自然界中是不存在的。天然水中混雜的物質(zhì),有的呈固態(tài),有的呈液態(tài)或氣態(tài),它們大多以分子態(tài)、離子態(tài)或膠體顆粒存在于水中。它們幾乎包含了地殼中的大部分元素。天然水體的物質(zhì)組成不僅與它的形成環(huán)境有關(guān),也與和水相接觸的物質(zhì)組成及物理化學(xué)作用所進(jìn)行的條件有關(guān)。其中,包括溶解一沉淀、氧化一還原、水相一氣相間離子平衡、固一液兩相之間離子交換、有機(jī)物的礦質(zhì)化、生物化學(xué)作用等,從而使天然水體的物質(zhì)組成相差非常懸殊。影響天然水體物質(zhì)組成的直接因素主要有巖石、土壤和生物有機(jī)體,這些因素可使水增加或減少某些離子和分子,例如：流經(jīng)石灰?guī)r地區(qū)的天然水中富含Ca2+"和HCO-當(dāng)水透過土壤時(shí)溶解氧的含量減少,而CO的含量增多；生物排泄物和殘?bào)w增加了水中的某些組分含量,生物呼吸作用影響著水中氣體的含量。間接因素主要有氣候和水文特征,氣候是一切水化學(xué)作用進(jìn)行的背景,同時(shí)對地表水和地下水化學(xué)組成起著總控制作用；天然水體的水文特征使水的組成有很大差異,例如：河水流速快、與河床接觸時(shí)間短,,河水中離子含量一般較低；地下水既緩慢,與周圍巖石接觸時(shí)間長、永中溶解物的含量比地跳高,但氣體組成相對減少；而湖水的化學(xué)組成比河水與地下水更為復(fù)雜。天然水體的水質(zhì)就是由所含物質(zhì)的數(shù)量和組成所決定的,因?yàn)檫@些物質(zhì)從鍋爐用水的角度上看都是有害的,所以稱這些物質(zhì)為雜質(zhì)。二、天然水中物質(zhì)的特征與來源從水的凈化和處理的需要,假定水中的物質(zhì)均呈球形,并按其直徑大小分成懸浮物、膠體和溶解物質(zhì)三大類。但是水中的各種物質(zhì)并非全部為球形,各種物質(zhì)的尺寸界限也不能截然分開,特別是懸浮物和膠體之間的尺寸界限,常因形狀和密度的不同而有所變化?！惨粦腋∥飸腋∥锸侵割w粒直徑為100um～1um以上的物質(zhì)微粒。按其微粒大小和對密度的不同,可分為漂浮的、懸浮的和可沉降的。如一些植物及腐爛體的相對密度小于1,一般漂浮于水面,稱為漂浮物；一些動(dòng)植物的微小碎片、纖維或死亡后的腐爛產(chǎn)物的相對密度近似等于1,一般懸浮于水中,稱為懸浮物；一些粘土、砂粒之類的相對密度大于l,當(dāng)水靜止時(shí)沉于水底,稱為可沉物。因此,懸浮物在水中很不穩(wěn)定,分布也很不均勻,是一種比較容易除去的物質(zhì)?！捕z體膠體是指顆粒直徑大約為1～100之間的微粒,主要是鐵、鋁、硅的化合物以及動(dòng)植物有機(jī)體的分解產(chǎn)物、蛋白質(zhì)、脂肪、腐殖質(zhì)等,它們往往是許多分子或離子的集合體。由于這種顆粒比表面積大,有明顯的表面活性,表面上常常帶有某些正電荷或負(fù)電荷離子,而呈現(xiàn)出帶電性。天然水體中的粘土顆粒,一般都帶負(fù)電荷,而一些金屬離子的氫氧化物則帶正電荷。因帶相同電荷的膠體顆?；ハ嗯懦?不能聚集,所以膠體顆粒在水中是比較穩(wěn)定的,分布也比較均勻,難以用自然沉降的方法除去。天然水體中的懸浮物和膠體顆粒,由于對光線有散射效應(yīng),是造成水體渾濁的主要原因,所以它們是各種用水處理首先清除的對象?！踩芙馕镔|(zhì)溶解物質(zhì)是指顆粒直徑小于1nm的微粒,它們往往以離子、分子或氣體的狀態(tài)存在于水中,成為均勻的分散體系,稱為真溶液。這類物質(zhì)不能用混凝、沉降、過濾的方法除去,必須用蒸餾、膜分離或離子交換的方法才能除去。1．呈離子狀態(tài)的物質(zhì)天然水體中含有的主要離子有氯離子、硫酸根、碳酸氫根、碳酸根、鈉離子、鉀離子、鈣離子、鎂離子等八種離子,它們幾乎占水中溶解固體總量95％以上。另外,水中還有一定的生物生成物、微量元素及有機(jī)物。生物生成物主要是一些氮的化合物,磷的化合物,鐵的化合物和硅的化合物。下面著重介紹天然水中主要離子的來源。〔1鈣離子〔Ca2+鈣離子是大多數(shù)天然淡水的主要陽離子,是火成巖〔鏈狀硅酸鹽一輝石、鈣長石、變質(zhì)巖和沉積巖〔方解石、文石、石膏等的基本組分。當(dāng)水與這些礦物接觸時(shí),這些礦物會(huì)緩慢溶解,使水中含有鈣離子,如CaAL2Si2O8+H2O+2H+=AL2SiO<OH>4+Ca2+CaCO3+CO2+H2O=Ca+2HCO3-CaSO42H2O=Ca2+2H2O+SO42-CaCO3Mg+2CO2+2H2O=Ca2++Mg+4HCO3-以上說明,當(dāng)天然水溶解方解石和白云石時(shí),水中Ca、Mg的含量隨大氣中CO2含量的增加而增加。在土壤或巖層中,由于植物根系的呼吸作用或微生物對死亡植物體的分解作用,使你的分壓比地面大氣中隊(duì)的分壓高10～100倍,所以地下水中Ca2+的濃度一般比地表水高。當(dāng)天然水中含有較多的H+時(shí),可使CaCO3、CaSO42H2O、CaSO4同時(shí)溶解,使水中Ca2+濃度大大超過HCO3-的濃度。水中Ca2+不僅能與有機(jī)陰離子形成絡(luò)合物,而且能與HCO3-生成CaHCO3+。水中的SO42-含量超過1000mg/L時(shí),可有50%以上的Ca2+與SO42-生成CaSO4離子對。在堿性條件下、OH-、CO3-、PO43-也可與Ca2+生成離子對CaOH+、CaCO3、CaPO4-,在一般天然水體中沒有這種情況。不同的天然水中鈣離子的含量相差很大．一般在潮濕地區(qū)的河水中吹、的含量比其他任何陽離子都高〔在20mg/L左右。在干旱地區(qū)的河水中,水中Ca2+含量較高。在封閉式的湖泊中由于蒸發(fā)濃縮作用,可能會(huì)出現(xiàn)CaCO3沉淀或CaSO4沉淀,從而使水的類型由碳酸鹽型演變?yōu)榱蛩猁}型或氯化物型?！?鎂離子鎂離子幾乎存在于所有的天然水中,是火成巖鎂礦物〔橄欖石、輝石、黑云母和次生礦〔綠泥石、蒙鵬。蛇紋石及沉積巖〔菱鎂石、水鎂石的典型組分。當(dāng)水遇到這些礦物時(shí),鎂離子進(jìn)人水中。由于鎂離子的離子半徑比Ca2+、Na+都小,所以有較強(qiáng)的電荷密度,對水分子有較大的吸引力。在水溶液中,每一個(gè)Mg2+周圍有6個(gè)水分子,形成一層較厚的水膜,水化后Mg2+表示為Mg〔H2O62+。Mg2+可與SO42-、OH生成離子對硫酸鎂、氫氧化鎂,其中氫氧化鎂稱為羥基絡(luò)合物。當(dāng)水中SO42-、HCO3-的含量大于1000mg/L時(shí),Mg2+與SO42-、HCO3-形成絡(luò)合物。因?yàn)榱怄V石〔MgCO3的溶解度比方解石〔CaCO3約大兩倍,而水化菱鎂石〔MgCO3.3H2O,MgCO3.5H2O的溶解度又明顯地大于菱鎂石,所以在與白云石接觸的天然水中Ca2+、Mg2+的含量幾乎相等,但在過飽和的水溶液中,由于CaCO3析出,使水中的Mg2+的含量高于Ca2+鎂離子在天然水中的含量僅次于鈉,很少見到以Mg2+為主要陽離子的天然水體。在淡水中Ca是主要陽離子,在咸水中鈉是主要陽離子、在大多數(shù)的天然水體中,鎂的含量一般在1～40mg/L。當(dāng)水中溶解固形物的含量低于500mg/L時(shí),Ca2+與Mg2+的摩爾比為4：1～2：1。當(dāng)水中溶解固形物的含量高于1000mg/L時(shí),Ca2+與Mg2+的摩爾比降至2：1~1：1。當(dāng)水中溶解困形物含量進(jìn)一步增大時(shí),Mg2+的含量可能高出Ca2+許多倍。、?！?鈉離子〔Na+鈉主要存在于火成巖的風(fēng)化產(chǎn)物和蒸發(fā)巖中,鈉幾乎占地殼礦物組分的25％,其中以鈉長石中的含量最高。這些礦物在風(fēng)化過程中易于分解。釋放出Na,所以在與火成巖相接觸的地表水和地下水中普遍含有Na。在干旱地區(qū)巖鹽是天然水中Na"的重要來源,被巖鹽飽和的水中Na的含量可達(dá)150mg/L。因?yàn)榇蟛糠肘c鹽的溶解度很高,所以在自然環(huán)境中一般不存鈉的沉淀反應(yīng),也就不存在使水中Na含量降低的情況。Na在水中的含量在不同條件下相差非常懸殊．在咸水中Na含量可高達(dá)100000mg/L以上,在大多數(shù)河水中只有幾毫克/L至幾十毫克/L,在赤道帶的河水中可低至1mg/L左右。所以,在高含鹽量的水中,Na是主要陽離子,如海水中Na含量〔按重量計(jì)占全部陽離子的81％。當(dāng)鈉的含量低于1000mg/L時(shí),水中的Na主要以游離狀態(tài)存在水中。在高含鹽量的水中。鈉離子可與碳酸根、碳酸氫根、硫酸根形成離子對碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉。在海水中幾乎所有的陰離子都可與鈉生成離子對。在天然淡水中鈉離子主要來源于鋁硅酸鹽礦物的溶解,鈉離子與氯離子之間的摩爾關(guān)系為鈉＞氯。在天然咸水中鈉離子與氯離子之間的摩爾關(guān)系幾乎相等。說明天然水中鈉離子的主要來源是由于氯化鈉的溶解?！?鉀離子在天然水中K的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Na,一般為鈉含量的4％～10％。由于含鉀的礦物比含鈉的礦物抗風(fēng)化能力大,所以Na容易轉(zhuǎn)移到天然水中,而K則不易從硅酸鹽礦物中釋放出來,即使釋放出來也會(huì)迅速結(jié)合于粘土礦物中,特別是伊利石中。另外,K是植物的基本營養(yǎng)元素,在風(fēng)化過程中釋放出來的K容易被植物吸收、固定。從而使大部分天然水中Na含量比K高。在某些咸水中,K的含量可達(dá)到十幾到幾十毫克,在苦咸水中可達(dá)幾十到幾百毫克二對。由于在一般天然水中K的含量不高,而且化學(xué)性質(zhì)與Na相似,因此在水質(zhì)分析中,常以〔Na＋K之和表示它們的含量,并取其加權(quán)平均值25作為兩者的摩爾質(zhì)量。〔5鐵離子在天然水中除了以上四種陽離子之外,在一部分地下水中還含有Fe,當(dāng)含有二氧化碳的水與菱鐵礦FeSO4或FeO的地層接觸時(shí),發(fā)生以反應(yīng)：最終生成了鐵離子。在含有機(jī)質(zhì)的地下水中,由于微生物的厭氧分解,常含有一定量的H2S氣體,可將地層中三氧化二鐵還原,并在二氧化碳的作用下溶于水中。從而使地下水中含有一定數(shù)量的一價(jià)鐵離子。Fe在地表水中含量很小,因?yàn)榈叵滤┞洞髿夂蠖r(jià)鐵離子很快被水中氧氧化成三價(jià)鐵離子,進(jìn)而形成難溶于水的氫氧化鐵膠體沉淀出來?！?碳酸氫根和碳酸根碳酸氫根是淡水的主要成分,它主要來源于碳酸鹽礦物的溶解,碳酸氫根在水中的含量也與水中二氧化碳的含量有關(guān)。水中的碳酸氫根、碳酸根、二氧化碳共同組成了一個(gè)碳酸化合物的平衡體系,水中的碳酸氫根含量與氫離子濃度［H＋］成反比,計(jì)算表明,當(dāng)水的pH＜4．0時(shí),碳酸氫根的含量已很少了,即在酸性條件下不存在碳酸氫根。在一般的地表水中,碳酸氫根的含量一般在50～400毫克/升之間,在少數(shù)水中達(dá)到800毫克/升。水中碳酸根含量也與氫離子成反比,計(jì)算表明,當(dāng)水的pH＜8．3時(shí),碳酸根的含量也很少了,即在中性和酸性條件下不存在碳酸根?！?硫酸根硫不是地殼礦物的主要成分,但它常以還原態(tài)金屬硫化物的形式廣泛分布在火成巖中。當(dāng)硫化物與含氧的天然水接觸時(shí),硫元素被氧化成明一?；鹕絿姵龅亩趸蚝偷叵氯械牧蚧瘹湟部杀凰醒跹趸闪蛩岣?。另外,沉積巖中的無水石膏〔CaSO4和有水石膏都是天然水中硫酸根的主要來源。含有硫的動(dòng)植物殘?bào)w分解也會(huì)增加水中硫酸根的含量。硫酸根在天然水中的含量是居中的陰離子,在一般的淡水中,碳酸氫根＞硫酸根＞氯離子,在咸水中也是碳酸氫根＞硫酸根＞氯離子。在含有硫酸鈉和硫酸鎂的天然咸水中,硫酸根的含量除了與各種硫酸鹽的溶解度有關(guān)以外,還與水中是否存在氧化還原條件有關(guān)。在還原條件下,硫酸根是不穩(wěn)定的,可被水中的硫酸鹽還原菌還原為自然硫S和硫化氫H2S。水中的硫酸根易與某些金屬陽離子生成絡(luò)合物和離子對,水中硫酸根的含量增加?！?氯離子氯離子也不是地殼礦物中的主要成分,在火成巖中的含氯礦物中主要是方鈉石和氯磷灰石所以火成巖不會(huì)使正常循環(huán)的天然水體中含有很高的氯離子。天然水中的CI比較重要的來源與蒸發(fā)巖有關(guān),氯化物主要存在于古海洋沉積物和干旱地區(qū)內(nèi)陸湖的沉積物中。另外,還存在于曾經(jīng)遭受海水侵蝕過的巖石孔隙中以及海洋泥質(zhì)巖中。在所有這些巖石和沉積物中,幾乎都是Na和CL伴隨在一起。氯離子幾乎存在于所有的天然水中,但其含量相差很大,在某些河水中只有幾個(gè)毫克/升,在海水中卻高達(dá)幾十克/升。由于氯化物的溶解度大,又不參與水中任何氧化還原反應(yīng),也不與其他陽離子生成絡(luò)合物及不被礦物表面大量吸附,所以氯離子在水中的化學(xué)行為最為簡單?！?硅硅的氧化物〔二氧化硅是火成巖和變質(zhì)巖中大部分礦物的基本結(jié)構(gòu)單元,也是天然水中硅化合物的基本結(jié)構(gòu)單元。在鍋爐水處理中,水中的硅均一二氧化硅表示。由于硅化物在鍋爐的金屬表面上或者在汽輪機(jī)的葉片上形成沉積物后,非常難以清除,所以成為鍋爐水處理中的重點(diǎn)清除對象。天然水中的硅主要來源于硅酸鹽、鋁硅酸鹽的水解,所以,硅酸鹽礦物的水解,不僅是天然水中堿金屬和堿土金屬陽離子的主要來源,也是水中硅酸化合物的主要來源。硅酸是一種復(fù)雜的化合物,在水中可呈離子態(tài)、分子態(tài)和膠態(tài)。它的通式常表示為xSiOyH2O。當(dāng)X＝1,y二1時(shí),分子式寫成H2SiO3,稱為偏硅酸；當(dāng)X=1,y=2時(shí),分子式寫成H4SiO4,稱為正硅酸；當(dāng)X＞1時(shí),硅酸呈聚合態(tài),稱為多硅酸；當(dāng)硅酸的聚合度較大時(shí),由溶解態(tài)變?yōu)槟z態(tài)；當(dāng)濃度再大和聚合度更大時(shí),會(huì)呈凝膠狀從水中析出。天然水中硅化合物的含量一般在1～20毫克/升范圍內(nèi),地下水有時(shí)高達(dá)60毫克/升以上。這與二氧化硅和水之間的溶解平衡有關(guān)。由于硅酸化合物有多種存在形態(tài),所以它的測定方法與其他化合物有些不同。通常采用的鉬藍(lán)比色法只能測得水中分子量較低的硅酸化合物,分子量較大的硅酸,有的不與鉬酸反應(yīng),有的反應(yīng)緩慢,所以根據(jù)反應(yīng)能力不同,將水中硅酸化合物分成兩種：凡是能夠直接用比色法測得的稱為活性二氧化硅〔簡稱活性硅,凡是不能直接用比色法測得的稱為非活性二氧化硅〔簡稱非活性硅。2．呈分子狀態(tài)的氣體天然水中常見的溶解氣體有氧,二氧化碳和氮,有時(shí)還有硫化氫、二氧化硫和氨等。大氣中的任何一種氣體分子〔G〔g與水溶液中相應(yīng)的同一種氣體分子G〔aq之間存在以下平衡：G〔g=G〔aq按亨利定：氣體在水溶液中的溶解度G〔aq與水溶液相接觸的那種氣體的分壓P成正比,由于亨利定律沒有考慮某些氣體可能在水溶液中進(jìn)行某些化學(xué)反應(yīng),所以,有的氣體在水溶液中的實(shí)際量比亨利定律的計(jì)算值高得多,也有的氣體在水溶液中的實(shí)際量又比亨利定律的計(jì)算值低得多。表1－1給出25℃時(shí)某些氣體的亨利定律常數(shù)值。25℃時(shí)某些氣體的亨利定律常數(shù)氣體K[mol/<L.MP>]氣體K[mol/<L.MP>]氣體K[mol/<L.MP>]氧氣1.28×10-2氫氣7.90×10-3甲烷1.34×10-2二氧化碳3.38×10-1氮?dú)?.48×10-3一氧化氮2.0×10-2氣體在水溶液中的溶解度隨溫度升高而降低,表1-2列出幾種常見氣體在不同溫度下的溶解度。二氧化碳、氧氣在水中的溶解度〔毫克/升溫度℃二氧化碳氧氣溫度℃二氧化碳氧氣0335069．530126035．95277060．74097030．810231053．75076026．615197048．06058022．820169043．48013．825145039．3100天然水體中O的主要來源是大氣中氧的溶解,因?yàn)楦煽諝庵泻?0．95％的氧,水體與大氣接觸使水體具有再充氧的能力。另外,水中藻類的光合作用也產(chǎn)生一部分氧：但這種光合作用并不是水體中氧的主要來源,因?yàn)樵诎滋炜窟@種光合作用產(chǎn)生的氧,又在夜的新陳代謝過程中消耗了。氧在水中的溶解量除與氧的分壓和水溫有關(guān)以外,還與水的紊流特性、空氣泡的大小等因素有關(guān)。由于水中微生物的呼吸、有機(jī)物的降解以及礦物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)都消耗氧,如水中氧不能從大氣中得到及時(shí)補(bǔ)充,水中氧的含量可以降低。所以一般情況下地下水的氧含量總是比地表水低,地表水中氧的含量一般在0～14毫克/升之間。天然水中的二氧化碳主要來自水中或泥土中有機(jī)質(zhì)的分解和氧化。因?yàn)榇髿庵卸趸嫉姆謮汉苄?按體積比只有0．03％一0．04％,所以25度時(shí)大氣中二氧化碳在水中的溶解濃度只有0．5～1．0毫克/升,但其飽和濃度可以達(dá)到1450毫克/升。在實(shí)際的天然水中,毫克/升的含量一般為20～30毫克/升,地下水有時(shí)達(dá)到幾百毫克/升,說明水中有機(jī)質(zhì)降解時(shí),一方面消耗了氧氣,另一方面也產(chǎn)生了毫克/升,使水中毫克/升含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了與大氣接觸時(shí)的平衡二氧化碳量。第四節(jié)影響陸地水化學(xué)組分的地質(zhì)、地理因素陸地水在滲透、徑流、蒸發(fā)濃縮過程中,無時(shí)不與巖石礦物、土壤,生物有機(jī)體接觸,同時(shí)還受氣候條件、水文條件的影響,這些地質(zhì)、地理因素也對陸地水的化學(xué)組分起著作用。1．巖石礦物由于巖石礦物在水中的溶解特性不同,使水體流經(jīng)巖石礦物時(shí)溶解了不同的化學(xué)組分。方解石、白云石、石膏、無水石膏、硫化物等易溶于水,當(dāng)水體與這些巖石礦物接觸時(shí)從中獲得大量的鈣、鎂、碳酸氫根、鈉、氯、硫酸根等離子。相反,石英、長石、輝石、粘土等硅酸鹽礦物和磷鐵礦、赤鐵礦等氧化物礦物,由于難溶于水,當(dāng)水體與這些礦物接觸時(shí),從中只能獲得很少量的組分含量。由于火成巖的風(fēng)化作用,使地殼表面形成一層很厚的沉積巖,它覆蓋了陸地的大部分,由于這層沉積巖中的可溶鹽類占了5．8％,所以成為陸地水中各種離子組分的主要來源；巖石礦物的化學(xué)組成及溶解特性對地下水化學(xué)組分的影響更為重要。如在蛇紋石地地區(qū),地下水的化學(xué)組分以鎂離子為主。在花崗巖地區(qū),以鈣離子為主。在鈉長石的地區(qū),則以鈉離子為主。2．土壤當(dāng)水滲過土壤時(shí),可使水中的離子含量和有機(jī)物含量增加。土壤的組成不同,會(huì)影的化學(xué)組分,如水滲過紅土壤、磚紅土壤時(shí),從中獲得很少量離子,并使水呈酸性,因?yàn)檫@種土壤已被強(qiáng)烈淋洗過,可溶性組分已很少。如水滲過栗鈣土、棕鈣土、荒漠土或鹽漬土。從中獲得大量離子,水呈堿性。如水滲過含有機(jī)質(zhì)的土壤時(shí),由于微生物的生化反應(yīng),水中氧氣減少,二氧化碳增加。另外,水中離子與土壤中離子的交換反應(yīng)也會(huì)改變水體的化學(xué)組分。3．生物有機(jī)體水中生物有機(jī)體的新陳代謝過程可使水中含有一定數(shù)量的有機(jī)質(zhì),也可改變水中氣組成。如在夏季,水中藻類可利用陽光進(jìn)行光合作用,使水中氧氣處于過飽和狀態(tài)。進(jìn)入水中的有機(jī)質(zhì),可在好氧微生物的作用下進(jìn)行分解消耗氧,甚至造成缺氧環(huán)境。4．氣候條件氣候條件能間接地影響天然水的化學(xué)組分。氣候條件不同時(shí)地殼所進(jìn)行的化學(xué)風(fēng)化不同,所以,當(dāng)水與其接觸時(shí)從中獲得的化學(xué)組分和數(shù)量也就不同。另外,氣候條件不同時(shí),其降水量、徑流量、蒸發(fā)量等都不同,也會(huì)使水的化學(xué)組分不同。如在潮濕地區(qū),降水量大,徑流量也大,但蒸發(fā)量小,使水中化學(xué)組分減少。在干旱地區(qū),降水量小,徑流小,但蒸發(fā)量大,陸地水蒸發(fā)濃縮,水中化學(xué)組分含量增加。5．水文條件由于江河水更替迅速,與河床中巖石礦物及土壤的接觸時(shí)間短,所以一般河水中化分含量比地下水的低。另外,江河水的徑流量隨季節(jié)變化,使江河水中的化學(xué)組分也隨而變化。湖泊水與江河水相比,水的更替速度慢,與巖石礦物的接觸時(shí)間長,所以湖泊水中的化學(xué)組分含量比江河水高。湖泊水中的化學(xué)組分還與流入水量、流出水量及蒸發(fā)量有關(guān)。在潮濕地區(qū),湖泊的流人量遠(yuǎn)大于蒸發(fā)量,并有大量水排出,這時(shí)由河流帶人的溶解組分不因流水帶走,這種湖多為淡水湖,化學(xué)組分總量不高。在干旱地區(qū),蒸發(fā)量大于流人量,而水量很小,這時(shí)由河流帶人的溶解組分不斷積累,形成咸水湖或鹽湖,如我國XX的清湖。第五節(jié)火電廠用水水質(zhì)指標(biāo)水質(zhì)表示水的質(zhì)量,反映水的使用性質(zhì)。水質(zhì)指標(biāo)也稱水質(zhì)參數(shù),它只表示這些指標(biāo)的具體含義,不涉及這些指標(biāo)的實(shí)際數(shù)值,只有水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)際數(shù)值才反映水質(zhì)的好壞。由于工業(yè)用水的種類繁多,因此對水質(zhì)的要求也各不相同。鍋爐用水根據(jù)自己的使用性質(zhì)制定了自己的水質(zhì)指標(biāo),如表2一1所示。表2－1水質(zhì)指標(biāo)水質(zhì)指標(biāo)常用單位水質(zhì)指標(biāo)常用單位水質(zhì)指標(biāo)常用單位懸浮物mg/L化學(xué)耗氧量mg/L磷酸根mg/L渾濁度FTU生物需氧量mg/L硝酸根mg/L透明度cm含油量mg/L亞硝酸根mg/L含鹽量mg/L穩(wěn)定度鈣mg/L溶解固形物mg/L二氧化碳mg/L鎂mg/L灼燒殘?jiān)黰g/L溶解氧mg/L鉀mg/L電導(dǎo)率us/cm碳酸氫根mg/L鈉mg/L堿度mmol/L碳酸根mg/L氨mg/L硬度mmol/L氯離子mg/L鐵mg/L碳酸鹽硬度mmol/L硫酸根mg/L鋁mg/L非碳酸鹽硬度mmol/L二氧化硅mg/LPH在表2-1所列出的水質(zhì)指標(biāo)中,有兩種類型。一種是反映水中某一具體組分,如pH及各種無機(jī)離子,含義非常明確。另一種不是代表水中某一具體組分,而是表示某一類物質(zhì)的總和,這一種水質(zhì)指標(biāo)稱為技術(shù)指標(biāo),也有的稱為替代參數(shù)或集體參數(shù),它是根據(jù)水的某一種使用性能而制定的,如水的懸浮物和渾濁度表示水中所含造成水體渾濁的物質(zhì)總量,而不表示某一具體組分。由于這類雜質(zhì)能對人的視覺產(chǎn)生刺激,所以也稱感官性或物理性指標(biāo),如水的渾濁度超過10度,便會(huì)使人感到不愉快。有些技術(shù)指標(biāo)反映某一類物質(zhì)的總量,概念比較清楚。如硬度,這個(gè)指標(biāo)反映水中造成結(jié)垢物質(zhì)的總陽離子含量,而且知道它主要表示鈣鎂離子之和。但也有些技術(shù)指標(biāo)不易推測出它的組分,如色度、嗅、味等,它只是反映造成水體帶有顏色深淺或嗅、味大小的物質(zhì)總量,很難推測有哪些具體組分。下面介紹鍋爐用水中的幾種主要技術(shù)指標(biāo)的含義。一、懸浮物與渾濁度懸浮物表示水中懸浮物質(zhì)的含量,由于它容易在管道、設(shè)備內(nèi)沉積和影響其他水處理設(shè)備的正常運(yùn)行．所以t它是任何水處理系統(tǒng)首先要清除的雜質(zhì)。懸浮物可用重量分析法測定,即取1升水經(jīng)過定量濾紙過濾后,將濾紙截留物在110度下烘干稱重,一毫克/升表示。由于這種分析法比較麻煩,所以常用濁度表示水中懸浮物的含量。濁度通常用光電濁度儀測定,它是利用光的散射原理制定的。當(dāng)光束透過水樣時(shí),由于水懸浮物的影響,在顆粒任何一個(gè)方向都會(huì)產(chǎn)生一定強(qiáng)度的散射光。散射光的強(qiáng)度與顆粒的特性有關(guān)。在顆粒的大小、密度、形狀、顏色等的特性固定的情況下,顆粒濃度與入射光、散射光之間有如下關(guān)系LogPo/Pt=KLnPs/Po=kln式中PO一光源的人射光強(qiáng)度；Ps——在光源垂直方向產(chǎn)生的散射光強(qiáng)度；Pt——在光源光束方向產(chǎn)生的透射光和散射光之和；l——水樣槽的長度；K/l——常數(shù)。濁度測定原理二、溶解固形物溶解固形物是指水中除溶解氣體之外的各種溶解物質(zhì)的總量。它和懸浮物一樣包含水中許多物質(zhì),只是一種理論上的指標(biāo),沒有找到與它涵義相同的測定方法。它雖然也可以按測定懸浮物的重量分析法來測定,但同樣存在操作麻煩、費(fèi)時(shí)的問題,所以目前都是采用一些與其涵義相近似的指標(biāo)進(jìn)行測定。1．含鹽量含鹽量表示水中各種溶解鹽類的總和,可由水質(zhì)全分析得到的全部陽離子和陰離子相加而得,單位用mg/L〔或PPm表示。也可用摩爾表示,即將得到的全部陽離子〔或全部陰離子均按一個(gè)電荷的離子為基本單元相加而得,單位用mmol/L表示。水質(zhì)全分析操作起來比較麻煩,只能定期<如一個(gè)季度或一年測定,不宜作運(yùn)行控制指標(biāo)。2．蒸發(fā)殘?jiān)舭l(fā)殘?jiān)侵高^濾后的水樣在105~110度下蒸干所得的殘?jiān)?。由于在蒸發(fā)過程中水中的碳酸氫鹽轉(zhuǎn)變成了碳酸鹽及在此溫度下還有一些濕分和結(jié)晶水不能除盡,所以它并不與溶解固形物完全相等,只是相近。3．灼燒殘?jiān)茻龤堅(jiān)菍⒄舭l(fā)殘?jiān)?00℃下灼燒所得的殘?jiān)?由于在灼燒過程中大部分有機(jī)物被燒掉,所以經(jīng)常用蒸發(fā)殘?jiān)c灼燒殘?jiān)恐睿醋茻郎p量表示有機(jī)物的多少,但它不完全與有機(jī)物相等,因?yàn)樵谧茻^程中,殘存的濕分、結(jié)晶水及一些氯化物揮發(fā)掉了,一部分碳酸鹽分解了。4．電導(dǎo)率因?yàn)榧兯旧淼膶?dǎo)電能力是非常小的,但只要水中含有少量離子雜質(zhì)就會(huì)使導(dǎo)電能力明顯增加。水中所含離子雜質(zhì)越多,導(dǎo)電能力越大。所以可借用測電導(dǎo)的方法測定水中的含鹽量。水的導(dǎo)電能力不僅與水中離子雜質(zhì)的含量有關(guān),而且還與水的溫度和離子之間的相對比例有關(guān),所以測定水的電導(dǎo)率時(shí)要求水溫一定和水中離子保持相對穩(wěn)定。如果水的溶解固形物總量〔TDS在50－5000ms／L之間,水的電導(dǎo)率與TDS之間有以下關(guān)系：lgTDS=1.006lgkH2O-0.215式中kH2O——水的電導(dǎo)率,US／Cm；TDS一水的溶解固形物總量,mg／L。三、硬度〔H硬度表示水中多價(jià)金屬離子的總濃度,對天然水體來說主要是鈣離子和鎂離子,其他多價(jià)金屬離子很少,所以通常稱水中鈣離子和鎂離子之和為硬度,它在一定程度上表示了水中結(jié)垢物質(zhì)的多少。水中鈣、鎂離子的含量對飲用水或一般工業(yè)用水并無嚴(yán)格要求,但它是衡量鍋爐給水水質(zhì)好壞的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。硬度按陽離子分為：鈣硬〔Hca和鎂硬〔Hmg硬度按陰離子分為：碳酸鹽硬度〔HT和非碳酸鹽硬度〔HF四、堿度〔B和酸度〔A水的堿度表示水中所含能接受氫離子物質(zhì)的總量。對一般天然水來講,水中堿度主要是碳酸氫根。水的酸度表示水中所含能與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)的物質(zhì)總量。對一般天然水來講,水中酸度只是碳酸和碳酸氫鹽。五、有機(jī)物天然水中的有機(jī)物種類眾多,成分也很復(fù)雜,如果受到工業(yè)廢水或生活污水的污染,成分就更加復(fù)雜。它們是以溶液、膠體和懸浮狀態(tài)存在的,因此難以進(jìn)行逐個(gè)測定。但可以利用有機(jī)物的可氧化性或可燃性,用某些指標(biāo)間接地反映水中有機(jī)物的含量,這對水處理工作來講已足夠了。下面對這些間接技術(shù)指標(biāo)的概念作簡單介紹。1．化學(xué)需氧量〔COD化學(xué)需氧量是指用化學(xué)氧化劑氧化水中有機(jī)物時(shí)所需要的氧量,單位以mg/lO2表示?；瘜W(xué)需氧量越高,表示水中有機(jī)物越多。且前常用的氧化劑有高錳酸鉀和重鉻酸鉀口由于每一種有機(jī)物的可氧化性不同,每一種氧化劑的氧化能力也不同,所以化學(xué)需氧量只能表示所用氧化劑在規(guī)定條件下所能氧化的那一部分有機(jī)物的含量,并不表示水中全部有機(jī)物的含量。如用重鉻酸鉀作氧化劑,在強(qiáng)酸加熱沸騰回流的條件下對水中有機(jī)物進(jìn)行氧化〔并以銀離子作催化劑人可將水中80％以上的有機(jī)物氧化〔CODcr；如用高錳酸鉀作氧化劑,只能將水中70％左右的有機(jī)物氧化〔COD。所以高錳酸鉀法多用于輕度污染的天然水和清水的測定。2．生化需氧量〔BOD生化需氧量是指利用微生物氧化水中有機(jī)物所需要的氧量,‘單位也是用mg/lO2表示。生化需氧量越高,表示水中可生物降解的有機(jī)物含量越多。樣,它也不能表示水中全部的有機(jī)物由于利用微生物氧化水中有機(jī)物是一種生化反應(yīng),所以反應(yīng)速率一般比化學(xué)反應(yīng)慢,而且受溫度的影響。因此,測定生化需氧量時(shí),一般規(guī)定在20℃下測定。當(dāng)溫度等于20℃時(shí),河流中有機(jī)物的氧化分解時(shí)間大約一百多天才能完成,全過程需要的氧量叫總生化需氧量。因此,目前都以5d或20d作為測定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,分別用BOD5和BOD20表示。對于一般有機(jī)物BOD相當(dāng)于最終需氧量的60％～70％,BOD20相當(dāng)于最終需氧量的70％左右。3．總需氧量〔TOD因?yàn)樗械挠袡C(jī)物如碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等的主要元素都是碳、氫、氧、氮、硫,所以當(dāng)有機(jī)物全部被氧化時(shí)。碳氧化成二氧化碳,氫、氮、硫分別被氧化成水、一氧化氮和二氧化硫,這時(shí)的需氧量稱為總需氧量。4．總有機(jī)碳〔TOC總有機(jī)碳是指水中有機(jī)物的總含碳量,即將水樣中的有機(jī)物在900℃高溫測和催化劑的條件下氣化、燃燒。這時(shí)水樣中的有機(jī)碳和無機(jī)碳全部氧化成二氧化碳,然后利用紅外線氣體分析儀分別測定總的二氧化碳量和無機(jī)碳產(chǎn)生的二氧化碳量,兩者之差即為總有機(jī)碳量。第三章水的預(yù)處理第一節(jié)水中膠體顆粒的主要特性天然水體中常含有泥砂、粘土、腐殖質(zhì)等懸浮物和膠體雜質(zhì)及細(xì)菌、真菌、藻類、病毒等微生物,它們在水中具有一定的穩(wěn)定性,是造成水體混濁、顏色和異味的主要原因?；炷幚?、沉降澄清和過濾處理,就是以除去這些雜質(zhì)為主要目的,使水中懸浮物的含量降至5mg/l以下,即得到澄清水,習(xí)慣上稱它們?yōu)樗念A(yù)處理。經(jīng)過預(yù)處理后的水,根據(jù)不同的用途再進(jìn)行深度處理。如作為鍋爐用水,還必須用離子交換的方法除去水中溶解性的鹽類及用加熱或抽真空和鼓風(fēng)的方法除去水中溶解性的氣體。如不首先除去這些雜質(zhì),后續(xù)處理如除鹽等將無法進(jìn)行。因此,水的混凝處理是水處理工藝流程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)?；炷幚戆ㄋ巹?、水的混合及反應(yīng)〔包括脫穩(wěn)、凝聚、絮凝兩個(gè)階段。為了提高凝處理的效果,必須選用性能良好的藥劑,創(chuàng)造適宜的化學(xué)和水力學(xué)條件。一、膠體分散體系根據(jù)膠體化學(xué)的概念,一種或幾種物質(zhì)均勻地分散在另一種物質(zhì)中,它們共同組成的體系稱為分散體系,其中被分散為許多微小粒子的物質(zhì)稱為分散相,而微小粒子周圍的另一種連續(xù)物質(zhì)稱為分散介質(zhì)。如懸浮粘土顆粒分散在水中,粘土顆粒叫分散相,水就是分散介質(zhì)。把天然水中粒徑在10-4-10-6的各種微小粒子都劃為膠體范圍,是因?yàn)樗鼈兌季哂心z體的性質(zhì)。這些微小粒子可以是細(xì)小的粘土顆粒,也可以是溶質(zhì)分子的集合體或分子量比較大的高分子化合物。粘土顆粒和溶質(zhì)分子的集合體都占有一定的體積和面積,由于它們不溶于水,所以與水之間存在相間分面,組成一個(gè)微多相分散體系,也稱熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。高分子化合物與水組成的分散體系,在水中處于溶解狀態(tài),與周圍水之間沒有分界面,屬于單相體系,也稱熱力學(xué)穩(wěn)定體系。天然水體雖然是一種由多種膠體顆粒共存的體系,但其中以粘土礦物質(zhì)及腐殖質(zhì)最為普遍。粘土微粒是造成天然水體混濁的主要物質(zhì),其中粒徑大于10pm的主要是石英、長、云母等原生礦物顆粒,粒徑小于10mp的主要是高嶺石、蒙脫石等次生礦物顆粒,后者是混凝處理的主要對象。高嶺石、蒙脫石各類粘土礦物質(zhì)都屬于鋁硅酸鹽類,具有不同的形狀,呈非對稱性,即長度和寬度比厚度大得多。腐殖質(zhì)是分子量在300～30000以上的有機(jī)高分子化合物,按其在酸、堿溶液中的溶解特性。分為三類：富里酸,是指既溶于酸也溶于堿的部分,分子量從幾百到數(shù)千；腐殖酸,是指只溶于稀堿溶液不溶于酸的部分,分子量從數(shù)千到數(shù)萬；腐里物,是指在酸、堿溶液中都不溶的部分廠在腐殖質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)中,除含有苯環(huán)以外,還含有大量的一OH基團(tuán)和一COOH基團(tuán),它們在水中進(jìn)行解離,形成帶有負(fù)電荷的長鏈陰離子。由于活性基團(tuán)相互排斥,分子結(jié)構(gòu)伸展,親水性增強(qiáng)。具有穩(wěn)定性,故在水處理中也劃為膠體范疇。二、膠體顆粒的主要特性1．水中分散顆粒的穩(wěn)定性表3-1是球形懸浮顆?！采霸?0PAGE\#"'頁：'#'

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'"顆粒直徑〔mm顆粒名稱沉降速度<mm/s>沉降1米需時(shí)顆粒直徑〔mm顆粒名稱沉降速度<mm/s>沉降1米需時(shí)1010001秒0．001細(xì)泥土0．001547天1細(xì)砂10010秒0．0001細(xì)泥土0．00001542年0．1細(xì)砂82分0．00001膠體0．00000154200年0．01泥土0．1542時(shí)表3－1球形顆粒的沉降速度表3-1中的數(shù)據(jù)說明,顆粒直徑大于0．1mm以上的細(xì)砂,可借助重力在2分以內(nèi)除去。而顆粒直徑小于0．001mm的細(xì)粒粘土,沉降速度非常緩慢。當(dāng)顆粒直徑達(dá)到膠體大小時(shí),實(shí)際上已不可能自行沉降,它們能長時(shí)間在水中保持懸浮分散狀態(tài),這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為"分散顆粒的穩(wěn)定性"。因?yàn)閺乃幚淼挠^點(diǎn),凡沉降速度緩慢的顆粒都不可能在停留時(shí)間很短的水處理設(shè)備中沉降分離出來,所以認(rèn)為它們在水中均是穩(wěn)定的。2．膠體顆粒的動(dòng)力穩(wěn)定性分散于水中的各種懸浮顆粒,隨時(shí)都受到水分子熱運(yùn)動(dòng)的撞擊。當(dāng)懸浮顆粒直徑比較大時(shí),每一個(gè)顆粒從各個(gè)方向同時(shí)受到水分子的數(shù)次撞擊,所以各個(gè)方向的撞擊力可以相互平衡抵消,使這種顆粒能在重力作用下沉降分離。當(dāng)顆粒直徑小至膠體范圍時(shí),每一個(gè)顆粒受到水分子撞擊的次數(shù)較少,各個(gè)方向的撞擊力在瞬間內(nèi)達(dá)不到平衡,朝合力的方向不斷高速位移,運(yùn)動(dòng)的軌跡是不規(guī)則的,這種運(yùn)動(dòng)被稱為"布朗運(yùn)動(dòng)"。另外,由于這種顆粒質(zhì)量很小,重力沉降作用甚微,從而導(dǎo)致膠體顆粒處于均勻的分散狀態(tài),這稱為膠體顆粒的動(dòng)力穩(wěn)定性。這是粘土顆粒能長期穩(wěn)定存在于水中。致使天然水體產(chǎn)生混濁的主要原因。布朗運(yùn)動(dòng)的速度與顆粒的直徑大小有關(guān)。拉徑越九布朗運(yùn)動(dòng)的速度就越小,當(dāng)顆粒直徑達(dá)到3～5um以上時(shí),布朗運(yùn)動(dòng)就停止了。3．膠體顆粒的帶電現(xiàn)象。如果將膠體礎(chǔ)的水溶液放人一支U形管中,兩端插人電極并接直流電源,可見到水中膠體顆粒向某一個(gè)電極方向遷移和濃集,說明這些膠體顆粒是帶亙電的。有的膠體顆粒向正極方向移動(dòng),如粘i顆粒、細(xì)菌及蛋白質(zhì)一類的高分子有機(jī)化合物,說明它們帶有負(fù)電荷；有的膠體顆粒向負(fù)極方向移動(dòng),如金屬鋁和鐵的氫氧化物等,說明它們帶有正電荷。由于膠體顆粒的這種帶電現(xiàn)象,使相同的膠體顆粒之間產(chǎn)生相互排斥作用,不能相互凝聚,而長期穩(wěn)定的存在于水中。4．膠體顆粒的溶劑化作用膠體顆粒按其對溶劑〔水的親合力強(qiáng)弱,分為親水性膠體和憎水性膠體。親水性膠體在水中保持穩(wěn)定性的原因是在膠體顆粒表面上有一個(gè)具有一定厚度的水膜。水膜具有定向排列結(jié)構(gòu),當(dāng)兩個(gè)親水性膠體顆粒相碰時(shí),水膜被擠壓變形,但因水膜有力圖恢復(fù)原定向排動(dòng)結(jié)構(gòu)的能力,而使水膜具有彈性,從而使兩個(gè)相碰撞的膠體顆粒"擦肩而過",而不凝聚。天然水體中的親水膠體主要是一些高分子的有機(jī)化合物,在其分子結(jié)構(gòu)中含有帶正電的氨離子或帶負(fù)電的碳酸氫根等極性基團(tuán)。它們具有吸附大量水分子的能力,在其表面形成一個(gè)水膜,增加了這種膠體顆粒在水中的穩(wěn)定性。憎水膠體顆粒在水中的穩(wěn)定性在于它的帶電性,這可由雙電層結(jié)構(gòu)來說明。第二節(jié)聯(lián)體顆粒的穩(wěn)定性與脫穩(wěn)方法一、肢體顆粒的雙電層結(jié)構(gòu)根據(jù)膠體化學(xué)的概念,膠體顆粒由膠核、吸附層和擴(kuò)散層三部分組成?，F(xiàn)以Fe〔OH3膠體為例說明其雙電層的結(jié)構(gòu)。膠核是許多yi〔on方分子的集合體,它不溶于水而成為膠體顆粒的核心,故稱膠核。膠核具有較大的表面積,有從水中吸附某些離子的能力,如吸附FeO+,使膠核表面上擁有一層帶電離子,稱為電位決定離子。如果電位決定離子為陽離子,膠核就帶正電荷；如果電位決定離子為陰離子,膠核就帶負(fù)電荷。膠核表面的電位決定離子在靜電引力的作用下,吸引水溶液中電荷符號(hào)相反、電荷量相等的離子〔氯離子、硫酸根離子到膠核周圍,被吸引的離子稱為反離子。這樣就在膠核與周圍水溶液之間的界面區(qū)域內(nèi)形成了一個(gè)雙電層結(jié)構(gòu),內(nèi)層為膠核的電位決定離子層,外層為溶液中的反離子層。其中部分反離子因受到較大的靜電引力,與膠核表面的電位決定離子接合緊密、牢固,形成吸附層〔也稱固定層,其厚度大約有一個(gè)離子的厚度〔約0．2~0．3nm。由于在吸附層以外的反離子受到的靜電引力弱,在反離子熱運(yùn)動(dòng)和濃差擴(kuò)散作用的推動(dòng)下,分散到溶液深處,形成一個(gè)擴(kuò)散層,其厚度比吸附層大得多。膠核、電位決定離子與反離子的吸附層一起叫膠粒,膠粒是帶電的。膠核電位決定離子、反離子的吸附層和散層組成一個(gè)整體,叫膠團(tuán),膠團(tuán)是不帶電的,可表示為式中的地、n、p表示任何正整數(shù),m表示膠核中Fe〔OH3的分子數(shù),n表示吸附在膠校表示面上的電位決定離子數(shù),力表示擴(kuò)散層中的反離子數(shù)。圖3．1k示出膠體顆粒的結(jié)構(gòu)。水中的粘土顆?！踩绺邘X石大都是一些規(guī)則排列的片狀結(jié)晶體,當(dāng)在水中溶解了一部分原子或吸附了水中某些陰離子?！踩鏞H－后,便變成了一個(gè)帶電荷的粒子。同樣會(huì)由于靜電引力作用吸引水中某些陽離子〔反離子構(gòu)成吸附層和擴(kuò)散層,形成一個(gè)雙電層結(jié)構(gòu)。當(dāng)膠體顆粒在某種力的作用下與水溶液之間發(fā)生相對位移時(shí),吸附層中的反離子和擴(kuò)散層中的部分反離子隨膠核一起運(yùn)動(dòng),而擴(kuò)散層的其余反離子滯留在水溶液中,這樣就形成了一個(gè)脫開的界面。稱為滑動(dòng)面,滑動(dòng)面的電位叫￡電位,吸附層與擴(kuò)散層分界面處的電位用gd表示,膠核表面上的電位叫總電位,也稱熱力學(xué)電位90,如圖3-3。圖3．3膠體結(jié)構(gòu)和雙電層中的電位分布二、膠體顆粒之間的排斥力與吸引力帶有相同電荷的膠體顆粒之間除了存在靜電排斥力之外,還存在有吸引力,這種吸引力稱為范德華引力。當(dāng)兩個(gè)膠體顆粒在運(yùn)動(dòng)中相互接近時(shí),實(shí)際上它們是以滑動(dòng)面為界面的帶相同電荷的兩個(gè)顆粒相互接近。按庫侖定律,相同電荷的兩個(gè)顆粒之間的靜電斥力大小與兩個(gè)顆粒中心距的2—3次方成反比關(guān)系,即靠得越近斥力越大,如圖3－4所示。圖3－4相互作用位能與顆粒間距的關(guān)系兩個(gè)膠體顆粒之間的范德華吸引力是由膠體中的分子產(chǎn)生的引它包括三個(gè)部分：靜電力、感應(yīng)力和色散力。三、膠體顆粒的脫穩(wěn)膠體顆粒的脫穩(wěn)是指通過降低膠體顆粒的電位或減小水化膜的厚度,破壞它的穩(wěn)定性,使相互碰撞的顆粒聚集成大的絮凝物,最后從水中沉降分離出來的過程。下面介紹在水處理領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)常采用的幾種脫穩(wěn)方法。1．投加帶高價(jià)反離子的電解質(zhì)在含有帶負(fù)電荷的粘土膠體顆粒的水中,投加帶高價(jià)反離子的電解質(zhì)后,水中反離子濃度增大,膠體顆粒的擴(kuò)散層因受到壓縮而變薄,Z電位降低或消失。此時(shí)顆粒之間的排斥位能減小或消失,總位能為吸附位能,顆粒之間很容易凝聚。Z電位等于零的狀態(tài),稱為等電點(diǎn)。但凝聚不一定在Z電位降至等電點(diǎn)時(shí)才開始發(fā)生,而在Z電位大致等于0．03H時(shí)就開始凝聚,這一電位值是膠體顆粒保持穩(wěn)定的限度,故稱臨界電位值。試驗(yàn)證明,投加的電解質(zhì),其反離子的價(jià)數(shù)越高,脫穩(wěn)的效果越好。在投加量相同的情況下,2價(jià)離子的脫穩(wěn)效果為二價(jià)離子的50～60倍,3價(jià)離子為1價(jià)離子的700—1000倍,即要使水中帶負(fù)電荷的膠體顆粒脫穩(wěn),所需正1價(jià)、2價(jià)、3價(jià)離子的投加量之比,大致為1：102：103,這條規(guī)則被稱為Schulze-Hardy法則。對于親水膠體顆粒,要使其脫穩(wěn)．主要是壓縮水化膜的厚度,也可由投加電解質(zhì)來完成,只是投加量要比憎水膠體大得多。2．投加帶相反電荷的膠體向天然水中投加與原有膠體電荷相反的膠體后,由于電性中和作用,使兩種膠體的電位值均降低或消失而發(fā)生脫穩(wěn),產(chǎn)生凝聚。為使兩種膠體凝聚,必須控制適當(dāng)?shù)耐都恿?如投加量不足,仍保持一定的Z電位值,凝聚效果不好。但如果投加量過大,由于原來水中帶負(fù)電荷的粘土顆粒因吸附了過多的正離子而帶正電荷,使膠體顆粒發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象,這稱為電荷變號(hào)。例如,向水中