電廠化學(xué)水處理之電廠用水的類別及水質(zhì)指標(biāo)

電廠化學(xué)水處理之電廠用水的類別及水質(zhì)指標(biāo)一、電廠用水的類別水在火力發(fā)電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)中所經(jīng)歷的過程不同，水質(zhì)常有較大的差別。因此根據(jù)實(shí)用的需要，人們常給予這些水以不同的名稱。它們是原水、鍋爐補(bǔ)給水、給水、鍋爐水、鍋爐排污水、凝結(jié)水、冷卻水和疏水等?，F(xiàn)簡(jiǎn)述如下：（1）原水：也稱為生水，是未經(jīng)任何處理的天然水（如江河水、湖水、地下水等），它是電廠各種用水的水源。（2）鍋爐補(bǔ)給水：原水經(jīng)過各種水處理工藝凈化處理后，用來補(bǔ)充發(fā)電廠汽水損失的水稱為鍋爐補(bǔ)給水。按其凈化處理方法的不同，又可分為軟化水和除鹽水等。（3）給水：送進(jìn)鍋爐的水稱為給水。給水主要是由凝結(jié)水和鍋爐補(bǔ)給水組成。（4）鍋爐水：在鍋爐本體的蒸發(fā)系統(tǒng)中流動(dòng)著的水稱為鍋爐水，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱爐水。（5）鍋爐排污水：為了防止鍋爐結(jié)垢和改善蒸汽品質(zhì)，用排污的方法，排出一部分爐水，這部分排出的爐水稱為鍋爐排污水。（6）凝結(jié)水：蒸汽在汽輪機(jī)中作功后，經(jīng)冷卻水冷卻凝結(jié)成的水稱為凝結(jié)水，它是鍋爐給水的主要組成部分。（7）冷卻水：用作冷卻介質(zhì)的水為冷卻水。這里主要指用作冷卻作功后的蒸汽的冷卻水，如果該水循環(huán)使用，則稱循環(huán)冷卻水。（8）疏水：進(jìn)入加熱器的蒸汽將給水加熱后，這部分蒸汽冷卻下來的水，以及機(jī)組停行時(shí)，蒸汽系統(tǒng)中的蒸汽冷凝下來的水，都稱為疏水。在水處理工藝過程中，還有所謂清水、軟化水、除鹽水及自用水等。二、水質(zhì)指標(biāo)所謂水質(zhì)是指水和其中雜質(zhì)共同表現(xiàn)出的綜合特性，而表示水中雜質(zhì)個(gè)體成分或整體性質(zhì)的項(xiàng)目，稱為水質(zhì)指標(biāo)。由于各種工業(yè)生產(chǎn)過程對(duì)水質(zhì)的要求不同，所以采用的水質(zhì)指標(biāo)也有差別。火力發(fā)電廠用水的水質(zhì)指標(biāo)有二類：一類是表示水中雜質(zhì)離子的組成的成分指標(biāo)，如Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、SO42-等；另一類指標(biāo)是表示某些化合物之和或表征某種性能，這些指標(biāo)是由于技術(shù)上的需要而專門制定的，故稱為技術(shù)指標(biāo)。表征水中懸浮物及膠體的指標(biāo)（1）懸浮固體。懸浮固體是水樣在規(guī)定的條件下，經(jīng)過濾可除出的固體，單位為毫克/升（mg/L）。這項(xiàng)指標(biāo)僅能表征水中顆粒較大的懸浮物，而不包括能穿透濾紙的顆粒小的懸浮物及膠體，所以有較大的局限性。此法需要將水樣過濾，濾出的懸浮物需經(jīng)烘干和稱量等手續(xù)，操作麻煩，不易用作現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)督指標(biāo)。（2）濁度。濁度是反映水中懸浮物和膠體含量的一個(gè)綜合性指標(biāo)，它是利用水中懸浮物和膠體顆粒對(duì)光的餓散射作用來表征其含量的一種指標(biāo)，即表示水渾濁的程度。濁度是通過專用儀器測(cè)定的，操作簡(jiǎn)便迅速。由于標(biāo)準(zhǔn)水樣配制方法不同，所使用的單位也不相同，目前以硫酸肼（N2H4SO4）和六次甲基四胺[（CH2）6N4]配制成渾濁液為標(biāo)準(zhǔn)，與水樣相比較，其單位用福馬肼（FTU）表示。（3）透明度。透明度是利用水中懸浮物和膠體物質(zhì)的透光性來表征其含量的另一中指標(biāo)，即表示水透明程度的指標(biāo)，單位為厘米（cm）。水的透明度與濁度成反比，水中懸浮物含量越高，其透明度越低。由于它是通過人的眼睛觀察水層厚度來確定水中懸浮物含量的，因此它帶有人為的隨意性。2．表征水中溶解鹽類的指標(biāo)（1）含鹽量。含鹽量是表示水中各種溶解鹽類的總合，由水質(zhì)全分析的結(jié)果，通過計(jì)算求出。含鹽量有兩種表示方法：一是摩爾表示法，即將水中各種陽(yáng)離子（或陰離子）均按帶一個(gè)電荷的離子為基本單位，計(jì)算其含量（mmol/L），然后將它們（陽(yáng)離子或陰離子）相加；二是重量表示法，即將水中各種陰、陽(yáng)離子的含量以mg/L為單位全部相加。由于水質(zhì)全分析比較麻煩，所以常用溶解固體近似表示，或用電導(dǎo)率衡量水中含鹽量的多少。（2）溶解固體。溶解固體是將一定體積的過濾水樣，經(jīng)蒸干并在105~1100C下干燥至恒重所得到的蒸發(fā)殘?jiān)?，單位用毫?升（mg/L）表示。它只能近似表示水中溶解鹽類的含量，因?yàn)樵谶@種操作條件下，水中的膠體及部分有機(jī)物與溶解鹽類一樣能穿過濾紙，許多物質(zhì)的濕分和結(jié)晶水不能除盡，碳酸氫鹽全部轉(zhuǎn)換為碳酸鹽。（3）電導(dǎo)率。表示水中離子導(dǎo)電能力大小的指標(biāo)，稱作電導(dǎo)率。由于溶于水的鹽類都能電離出具有導(dǎo)電能力的離，所以電導(dǎo)率是表征水中溶解鹽類的一種代替指標(biāo)。水越純凈，含鹽量越小。電導(dǎo)率越小。水的電導(dǎo)率的大小除了與水中離子含量有關(guān)外，還和離子的種類有關(guān)，單憑電導(dǎo)率不能計(jì)算水中含鹽量。在水中離子的組成比較穩(wěn)定的情況下，可以根據(jù)試驗(yàn)求得電導(dǎo)率與含鹽量的關(guān)系，將測(cè)得的電導(dǎo)率換算成含鹽量。電導(dǎo)率的單位為微西/厘米（uS/cm）。三．表征水中易結(jié)垢物質(zhì)的指標(biāo)表征水中易結(jié)垢物質(zhì)的指標(biāo)是硬度，它是指水中某些易于形成沉淀的金屬離子，它們都是二價(jià)或二價(jià)以上的金屬離子。在天然水中，形成硬度的物質(zhì)主要是鈣、鎂離子，所以通常認(rèn)為硬度就是指水中這兩種離子的含量。水中鈣離子含量稱鈣硬（Hca），鎂離子含量稱鎂硬（HMg），總硬度是指鈣硬和鎂硬之和，即H=HCa+HMg=[（1/2）Ca2+]+[（1/2）Mg2+]。根據(jù)Ca2+、Mg2+與陰離子組合形式的不同，又將硬度分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。（1）鹽硬度（HT）是指水中鈣、鎂的碳酸鹽及碳酸氫鹽的含量。此類硬度在水沸騰時(shí)就從溶液中析出而產(chǎn)生沉淀，所以有時(shí)也叫暫時(shí)硬度。（2）非碳酸鹽硬度（HF）是指水中鈣、鎂的硫酸鹽、氯化物等的含量。由于這種硬度在水沸騰時(shí)不能析出沉淀，所以有時(shí)也稱永久硬度。硬度的單位為毫摩爾/升（mmol/L），這是一種最常見的表示物質(zhì)濃度的方法，是我國(guó)的法定計(jì)量單位。在美國(guó)硬度單位為ppmCaCO3，這里的ppm表示百分之一，它與mg/L大致相當(dāng)；在德國(guó)硬度單位采用的是德國(guó)度oG，1oG相當(dāng)于10mg/LCaO所形成的硬度。以上幾種硬度單位的關(guān)系如下：1mmol/L=2.8oG=50ppmCaCO31、征水中堿性物質(zhì)的指標(biāo)表征水中堿性物質(zhì)的指標(biāo)是堿度，堿度是表示水中可以用強(qiáng)酸中和的物質(zhì)的量。形成堿度的物質(zhì)有：（1）強(qiáng)堿，如NaOH、Ca（OH）2等，它們?cè)谒腥恳設(shè)H-形式存在；（2）弱堿，如NH3的水溶液，它在水中部分以O(shè)H-形式存在；（3）強(qiáng)堿弱酸鹽類，如碳酸鹽、磷酸鹽等，它們水解時(shí)產(chǎn)生OH-。在天然水中的堿度成分主要是碳酸氫鹽，有時(shí)還有少量的腐殖酸鹽。水中常見的堿度形式是OH-、CO32-和HCO3-，當(dāng)水中同時(shí)存在有HCO3-和OH-的時(shí)候，就發(fā)生如（2-2）式的化學(xué)反應(yīng)，HCO3+OH-→CO32-+H2O（2-2）故一般說水中不能同時(shí)含有HCO3-堿度和OH-堿度。根據(jù)這種假設(shè)，水中的堿度可能有五種不同的形式：只有OH-堿度；只有CO32-堿度；只有HCO3-堿度；同時(shí)有OH-+CO32-堿度；同時(shí)有CO32-+HCO3-堿度。水中的堿度是用中和滴定法進(jìn)行測(cè)定的，這時(shí)所用的標(biāo)準(zhǔn)溶液是HCl或H2SO4溶液，酸與各種堿度成分的反應(yīng)是，OH-+H+→H2O（2-3）CO32-+H+→HCO3-（2-4）HCO3-+H+→H2O+CO2（2-5）如果水的PH值較高，用酸滴定是，上述三個(gè)反應(yīng)（2-3）、（2-4）、（2-5）將依次進(jìn)行。當(dāng)用甲基橙作指標(biāo)劑，因終點(diǎn)的PH值為4.2，所以上述三個(gè)反應(yīng)都可以進(jìn)行到底，所測(cè)得的堿度是水的全堿度，也叫甲基橙堿度；如用酚酞作指示劑，終點(diǎn)的PH值為8.3，此時(shí)只進(jìn)行（2-3）、（2-4）式的反應(yīng)，反應(yīng)式（2-5）并不進(jìn)行，測(cè)得的是水的酚酞堿度。因此，測(cè)定水中堿度時(shí)，所用的指示劑不同，堿度值也不同。堿度的單位為毫摩爾/升（mmol/L），與硬度一樣，在美國(guó)和德國(guó)分別用ppmCaCO3和oG為單位。2、表示水中酸性物質(zhì)的指標(biāo)表示水中酸性物質(zhì)的指標(biāo)是酸度，酸度是表示水中能用強(qiáng)堿中和的物質(zhì)的量。可能形成酸度的物質(zhì)有：強(qiáng)酸、強(qiáng)酸弱堿鹽、弱酸和酸式鹽。天然水中酸度的成分主要是碳酸，一般沒有強(qiáng)酸酸度。在水處理過程中，如H離子交換器出水出現(xiàn)有強(qiáng)酸酸度。水中酸度的測(cè)定是用強(qiáng)堿標(biāo)準(zhǔn)來滴定的。所用指示劑不同時(shí)，所得到的酸度不同。如：用甲基橙作指示劑，測(cè)出的是強(qiáng)酸酸度。用酚酞作指示劑，測(cè)定的酸度除強(qiáng)酸酸度（如果水中有強(qiáng)酸酸度）外，還有H2CO3酸度，即CO2酸度。水中酸性物質(zhì)對(duì)堿的全部中和能力稱總酸度。這里需要說明的是，酸度并不等于水中氫離子的濃度，水中氫離子的濃度常用PH值表示，是指呈離子狀態(tài)的H+數(shù)量；而酸度則表示中和滴定過程中可以與強(qiáng)堿進(jìn)行反應(yīng)的全部H+數(shù)量，其中包括原已電離的和將要電離的兩個(gè)部分。3、表示水中有機(jī)物的指標(biāo)天然水中的有機(jī)物種類繁多，成分也很復(fù)雜，分別以溶解物、膠體和懸浮狀態(tài)存在。因此很難進(jìn)行逐類測(cè)定，通常是利用有機(jī)物比較容易被氧化這一特性，用某些指標(biāo)間接地反映它的含量，如化學(xué)氧化、生物氧化和燃燒等三種氧化方法，都是以有機(jī)物在氧化過程中所消耗或氧化劑的數(shù)量來表示有機(jī)物可氧化程度的。（1）化學(xué)耗氧量（COD）。在規(guī)定條件下，用氧化劑處理水樣時(shí)，水樣中有機(jī)物氧化所消耗該氧化劑的量，即為化學(xué)耗氧量。計(jì)算時(shí)折合為氧的質(zhì)量濃度，簡(jiǎn)寫代號(hào)為COD，單位用毫克/升O2表示?；瘜W(xué)耗氧量越高，表示水中有機(jī)物越多。常采用的氧化劑有重鉻酸鉀和高錳酸鉀，氧化劑不同，測(cè)得有機(jī)物的含量也不同。如用重鉻酸鉀K2Cr2O7作氧化劑，在強(qiáng)酸加熱沸騰回流的條件下，以銀離子作催化劑，可對(duì)水中85%~95%以上的有機(jī)物進(jìn)行氧化，不能被完全氧化的是一些直鏈的、帶苯環(huán)的有機(jī)物，但這種方法基本上能反應(yīng)水中有機(jī)物的總量。如用高錳酸鉀作氧化劑，只能氧化約70%的一些比較容易氧化的有機(jī)物，并且有機(jī)物的種類不同，所得的結(jié)果也有很大差別，所以這項(xiàng)指標(biāo)具有明顯的相對(duì)性，目前它較多地用于輕度污染的天然水和清水的測(cè)定。（2）生化需氧量（BOD）。在特定條件下，水中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物進(jìn)行生物氧化時(shí)所消耗溶解氧的量，即為生化需氧量。單位也用毫克/升O2表示。構(gòu)成有機(jī)體的有機(jī)物大多是碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪等，其組成元素是碳、氫、氧、氮等，因此不論有機(jī)物的種類如何，有氧分解的最終產(chǎn)物總是二氧化碳、水和硝酸鹽。生物氧化的整個(gè)過程一般可分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段主要是有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和氨的過程；第二個(gè)階段主要是氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程。對(duì)于工業(yè)用水，因?yàn)榘币呀?jīng)是無(wú)機(jī)物，它的進(jìn)一步氧化，對(duì)環(huán)境衛(wèi)生的影響較小，所以，生化需氧量通常只指第一階段有機(jī)物氧化所需的氧量。通常都以5天作為測(cè)定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱5天生化需氧量，用BOD5表示。試驗(yàn)證明，一般有機(jī)物的5天生化需氧量約為第一階段生化需氧量的70%左右，因此，BOD5具有一定的代表性。此外，用儀器測(cè)定有機(jī)物完全燃燒后所產(chǎn)生的氣體來反映總含碳量的，稱為總有機(jī)碳（簡(jiǎn)稱TOC），或反映消耗氧的量的，稱總需氧量（簡(jiǎn)稱TOD）。下表為我公司用淡水水質(zhì)全分析資料，供學(xué)習(xí)時(shí)參考北海電廠一期工程水質(zhì)全分析資料（時(shí)間：2003.1.22）水源：地下水項(xiàng)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總硬度（mmol/L）0.03540.02270.01030.03200.0370暫時(shí)硬度（mmol/L）0.03540.02270.01030.03200.0370總堿度（mmol/L）0.06910.04510.05090.07230.0272甲基橙堿度（mmol/L）0.06910.04510.05090.07230.0272CODMn（mgO2/L）電導(dǎo)率（25℃）（μS/cm）31.128.727.631.034.2游離二氧化碳（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備注：表中各種物質(zhì)的基本單元為eq\o(\s\do-8(１),\s\do0(—),\s\do8(ｎ))Men全硅含量最大值：≈25mg/L。其它未列指標(biāo)含量約為零。四、天然水中幾種主要化合物的化學(xué)特性天然水中含有雜質(zhì)的種類雖然較多，但天然水中主要雜質(zhì)的種類差不多是一致的，它們總是幾種常見的化合物，所以在研究水的凈化處理時(shí)，只需研究若干常見的化合物。1、碳酸化合物碳酸和它的鹽類統(tǒng)稱碳酸化合物，在天然水中特別是在含鹽量較低的水中，含量最大的化合物常常是碳酸化合物。而切，在自然界發(fā)生的自然現(xiàn)象中，如天然水對(duì)酸、堿的緩沖性，沉積的生成與溶解等，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種形式：溶于水的氣體二氧化碳；分子態(tài)碳酸；碳酸氫根及碳酸根。在水溶液中，這四種碳酸化合物之間有下列幾種化學(xué)平衡：CO2(aq)+H2O≒H2CO3（2-6）H2CO3≒H++HCO3-（2-7）HCO3-≒H++CO32-（2-8）若把上述平衡式綜合起來可以得到CO2(aq)+H2O≒H2CO3≒H++HCO3-≒2H++CO32-（2-9）利用上述關(guān)系式解決有關(guān)碳酸化合物的問題是有困難的，因?yàn)樵谶M(jìn)行水分析時(shí)，不能區(qū)分水中的二氧化碳和碳酸，用酸堿滴定測(cè)得的二氧化碳是兩者之和。實(shí)際上，分子態(tài)的碳酸的形態(tài)只占總量的百分之一以下，故實(shí)際工作中可以將二氧化碳和碳酸一起用二氧化碳表示，此時(shí)式（2-9）式可表示為CO2+H2O≒H++HCO3-≒2H++CO32-（2-10）（2）碳酸化合物的形態(tài)與PH值的關(guān)系碳酸為二元弱酸，可進(jìn)行分級(jí)電離。不同溫度下有著不同的電離平衡常數(shù)，如在25時(shí)，的平衡常數(shù)值為：（2-11）（2-12）式中K1--H2CO3的一級(jí)電離平衡常數(shù)K2--H2CO3的二級(jí)電離平衡常數(shù)[]--表示相應(yīng)物質(zhì)的濃度f(wàn)1、f2--分別表示1價(jià)和2價(jià)離子的活度系數(shù)PH值和各種碳酸化合物相對(duì)含量間的關(guān)系。碳酸化合物在各種溶液中的相對(duì)含量主要取決于該溶液的PH值。設(shè)碳酸化合物總濃度為Cmol/L，則[CO2]+[HCO3-]+[CO32-]=C（2-13）根據(jù)H2CO3一級(jí)電離平衡常數(shù)（2-12）式，以及（2-13）式，并假定在稀溶液中f1和f2可視為1，那么可解得一定的pH值條件下各種碳酸化合物的相對(duì)量，如（2-15）、（2-16）、（2-17）式所示（2-15）（2-16）（2-17）根據(jù)（2-15）～（2-17）式，可繪制圖2-4所示的pH值與各種碳酸化合物相對(duì)量的關(guān)系曲線。由圖可知，當(dāng)pH≤4.2時(shí)，水中碳酸化合物基本是CO2；當(dāng)pH=4.2～6.3時(shí)，CO2和HCO3-同時(shí)存在；當(dāng)pH=8.3時(shí)，白分之98%以上的碳酸化合物呈HCO3-狀態(tài)；當(dāng)PH≥8.3時(shí)，HCO3-和CO32-同時(shí)存在。pH、[HCO3-]、[CO32-]和[CO2]的關(guān)系。由圖2-4可知，在pH〈8.3時(shí)，碳酸進(jìn)行的是一級(jí)電離，將（2-11）式等號(hào)兩邊取負(fù)對(duì)數(shù)并加以整理，則得pH＝pK1+lg[HCO3-]–lg[CO2]+lgf1對(duì)于稀溶液，f1=1,lgf1=0;在25℃時(shí)，PK１＝6.35；所以pH＝6.35＋lg[HCO3-]-lg[CO2](2-19)對(duì)于pH<⒏3的天然水來說，因?yàn)樗刑妓釟涓臐舛葘?shí)際就是水中的堿度（B），于是（2—19）式可變?yōu)閜H＝⒍35+lg[B]-lg[CO2](2-20)當(dāng)水的pH>⒏3時(shí)，由碳酸的二級(jí)電離平衡方程式（2-12），可求得pH＝⒑33+lg[CO32-]-lg[HCO3-](2-21)2、硅酸化合物硅酸是一種比較復(fù)雜的化合物，它的形態(tài)多，在水中有離子態(tài)、分子態(tài)以至膠態(tài)。硅酸的通式為xSiO2·yH2O。當(dāng)x和y等于1時(shí)，分子式可寫成H2SiO3,稱為偏硅酸；當(dāng)x=1,y=2時(shí)，分子式為H4SiO4，成為正硅酸；當(dāng)x>1時(shí)，硅酸呈聚合態(tài)，稱多硅酸。當(dāng)硅酸的聚合度增大時(shí)，它會(huì)由溶解態(tài)轉(zhuǎn)化成膠態(tài)，當(dāng)其濃度較大時(shí)，會(huì)呈凝膠狀析出。當(dāng)水的pH值不很高時(shí)，溶于水的二氧化硅主要是分子態(tài)的簡(jiǎn)單硅酸，至于這些溶于水的硅酸到底是正硅酸還是偏硅酸的問題，還有待研究。因?yàn)楣杷嵬ǔｏ@示出二元酸的性質(zhì)。所以本書中均以偏硅酸來表示。硅酸的酸性很弱，電離度不大，所以當(dāng)純水中含有硅酸時(shí)不易用pH或電離率檢測(cè)出來。當(dāng)pH值增大到9時(shí)，二氧化硅的溶解度就明顯增大，此時(shí)硅酸電離成H2SiO3的量增多，所以溶解的二氧化硅除了生成硅酸外，還會(huì)生成大量的H2SiO3,其反應(yīng)方程式為H2SiO3=HSiO-3+H+當(dāng)pH值較大，且水中溶解的硅酸化合物較多時(shí)，他們會(huì)形成多聚體，其反應(yīng)方程式為4H2SiO3=H6Si4O2-12+2H+在天然水中，硅酸化合物是常見的雜質(zhì)。它來自水流經(jīng)地層時(shí)與含有硅酸鹽和鋁硅酸鹽巖石的反應(yīng)。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范圍內(nèi)，地下水有高達(dá)60mg/L的。硅酸化合物的許多形態(tài)會(huì)影響到它的測(cè)定方法。通常采用的鋁藍(lán)比色法能測(cè)得的只是水中分子量較低的硅酸化合物。至于分子量較大的硅酸，有的不與鉬酸反應(yīng)，有的反應(yīng)緩慢。根據(jù)此種反應(yīng)的能力不同，水中硅酸化合物可分成兩類。那些能夠直接用比色法測(cè)得的稱為活性二氧化硅（簡(jiǎn)稱活性硅），不能測(cè)得的稱為非活性二氧化硅。