锅炉水处理一Word文档下载推荐.docx
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分散体系
真溶液
胶体溶液
悬浮液
外观
透明
光照下浑浊
浑浊
肉眼可见
显徽镜
观测工具
电子显徽镜
运动特点
布朗运动
重力沉降
常用处理法
离子交换
超滤
精密过滤
自然沉降与过滤
电渗析
混凝、澄清与过滤
反渗透
根据此种分类法，天然水中的杂质可相应地分成悬浮物、胶体和溶解物质。
以下介绍这些物质的概况。
（1）悬浮物
悬浮物的颗粒较大，一般在10-4mm以上。
所以，它们在水中是不稳定的，在重力或浮力的作用下易于分离出来。
比水重的悬浮物，如沙子和粘土之类的无机化合物，当水静置时或流速较慢时会下沉；
比水轻的悬浮物，如动植物生存过程中产生的物质或死亡后腐败的产物，当水静置时会上浮。
（2）胶体
胶体是指颗粒直径约为10-6～10-4mm之间的微粒。
胶体颗粒在水中有布朗运动，它们不能靠静置的方法自水中分离出来。
而且，胶体表面常因带电荷，使同类胶体之间存在同性电荷的斥力，不易相互粘合成较大的颗粒，所以，胶体的水溶液比较稳定。
胶体大都是由许多不溶于水的分子所组成的集合体。
有些溶于水的高分子化合物也被看作胶体，因为它们的分子较大，具有与胶体相同的性质。
在天然水中，属于前一种胶体的主要是铁、铝和硅的化合物。
属于后一种的多是因动植物腐烂而成的有机胶体，其中主要是腐殖质。
（3）溶解物质
溶解物质是指颗粒直径小于10-6mm微粒，它们大都以离子或溶解的气体状态存在于水中，现概述如下。
①离子态杂质
天然水中含有的离子种类甚多，但在一般的情况下，它们总是一些常见的离子。
如按含量多少来分，可以将这些离子归纳为表3—2中的三类。
其中第一类杂质的含量常最多，是工业水处理中需要净化的主要离子。
下面重点介绍天然水中主要离子的来源。
表3—2天然水中溶有离子的概况
阳离子
阴离予
类别
名称
符号
含量说明
I
钙离子
Ca2+
重碳酸根
HCO3-
几个mg/L至几十mg/L
镁离子
Mg2+
氯离子
Cl-
钠离子
Na+
硫酸根
SO42-
钾离子
K+
Ⅱ
铁离子
Fe3+
氟离子
F-
十分之几mg/L至几个mg/L
锰离子
Mn2+
硝酸根
NO3-
铵离子
NH4+
碳酸根
CO32-
Ⅲ
铜离子
Cu2+
硫氢酸根
HS-
小于十分之一mg∕L
锌离子
Zn2+
硼酸根
BO2-
镍离子
Ni2+
亚硝酸根
NO2¯
钴离子
CO2+
溴离子
Br¯
铝离子
Al3+
碘离子
I¯
磷酸氢根
HPO42-
磷酸二氢根
H2PO4-
a.钙离子（Ca2+）
钙离子是大多数天然淡水的主要陌离子，是火成岩、变质岩和沉积岩的基本组分。
当水与这些矿物质接触时，、这些矿物质会慢慢溶解，使水中含有钙离子，如石灰石（CaCO3）和石膏（CaSO4·
2H20）的溶解。
CaCO3在水中的溶解度虽然很小，但当水中含有游离的CO2时，CaC03被转化为较易溶解的Ca（HCO3）2而易于溶解水中，其反应为：
CaC03+C02+H20=Ca2++2HCO3-（3—1）
CaS04·
2H20=Ca2++2H20+SO42-（3—2）
上述反应说明，当天然水溶解方解石和白云石时，水中Ca2+、Mg2+的含量随大气中CO2含量的增加丽增加。
在土壤与岩石中，由于植物根系的呼吸作用或微生物对死亡植物体的分解作用，使CO2的分压比地面大气中CO2的分压高10--100倍，所以地下水中Ca2+的浓度一般比地表水高。
天然水体中含有较多的H+离子时，可使CaCO3、CaSO4·
2H20、CaSO4同时溶解，使水中钙离子浓度大大超过HCO3-的浓度。
水中Ca2+不仅能与有机阴离子形成络合物，而且能与HCO3-生成Ca（HCO3）2离子对。
当水中SO42-的含量超过1000mg/L时。
可有50%以上的Ca2+与SO42-生成CaSO4离子对。
不同天然水中钙离子的含量相差很大，一般在潮湿地区的河水中Ca2+漓子的含量比其它任何离子都高，在20mg/L左右。
在干旱地区的河水中，水中Ca2+含量也较高。
在封闭式的湖泊中，由于蒸发浓缩作用，可能会出现CaC03沉淀或CaSO4沉淀，从而使水的类型由碳酸型变为硫酸型或氧化物型。
b．镁离子（Mg2+）
镁离子几乎存在于所有的天然水中，是火成岩镁矿物和次生矿及沉积岩的典型组分。
当水遇到这些矿物质时，镁离子进入水中，如，MgCO3会被游离的CO2溶解，其反应为：
MgC03+C02+H20=Mg2++2HCO3-（3—3）
一般在天然水Mg2+的含量较Ca2+小，很少见到以Mg2+为主要阳离子的天然水体。
在淡水中Ca2+是主要阳离子，在咸水中Na+是主要阳离子。
在大多数天然水体中，Mg2+的含量一般在1～40mg/L。
c．钠离子（Na+）
钠主要存在于火成岩的风化产物和蒸发岩中，钠几乎占地壳矿物组分的25%，其中以钠长石中的含量最高，这些矿物在风化过程中易于分解，释放出Na+，所以在与火成岩接触的地表水与地下水中普遍含有Na+，在干旱地区岩盐是天然水中Na+的主要来源，被岩盐饱和的水中Na+含量可达1509/L。
大部分钠盐的溶解度很高，所以，在自然环境中一般不存在Na+的沉淀反应，也就不存在使水中钠离子含量降低的情况，Na+在水中的含量在不同条件下相差非常悬殊，在咸水中Na+离子含量可高达100000mg/L以上，在大多数河水中只有几mg/L至几十mg/L，在赤道附近的河水中可低至1mg/L左右。
所以，在高含盐量的水中Na+是主要阳离子，如海水中Na+含量按重量计占全部阳离子的81%。
d．钾离子（K+）
在天然水中k+的含量远远低于Na+，一般为Na+含量的4%～10%，由于含钾的矿物比含钠的矿物抗风化能力大，所以，Na+容易转移到天然水中来，而钾则不易从硅酸矿物中释放出来，即使释放出来也会迅速结合于粘土矿物中。
K+在一般天然水中的含量不高，而且化学性质与Na+相似。
因此，在水质分析中常以（Na++K+）之和表示它们的含量，并取其加权平均值25作为两者的摩尔系数。
e．亚铁离子（Fe2+）
在天然水中除了以上四种阳离子之外，在一部分地下水中还含有Fe2+。
当含有CO2的水与菱铁矿FeSO4或FeO的地层接触时，发生以下化学反应：
FeSO4＝Fe2++SO42-
FeO+2C02+H20=Fe2++2HCO2-
从而使地下水中含有一定数量的二价铁离子。
Fe2+在地表水中含量很小，因为地下水暴露大气后Fe2+很快被水中氧氧化成Fe3+，进而形成难溶于水的Fe（OH）3胶体沉淀出来。
f．碳酸氢根离子（HC03¯
）和碳酸根离子（CO32-）
HC03¯
是淡水的主要成分，它主要来源于碳酸矿物质的溶解。
HCO3-的含量也与水中CO2的含量有关。
水中CO32-含量与[H+]成反比，计算表明，当水的pH<
8．3时，CO32-的含量也很少了，即在酸性与中性条件下不存在CO32-。
g．硫酸根离子（SO42-）
硫不是地壳矿物的主要成分，但它常以还原态金属硫化物的形式广泛分布在火成岩中。
当硫化物与含氧的天然水接触时，硫元素被氧化成SO42-。
火山喷出的SO2和地下泉水中的H2S也可被水中氧氧化成SO42-。
另外，沉积岩中的无水石膏（CaSO4）和有水石膏（CaSO4·
3H20，CaSO4·
5H20）都是天然水中SO42-的主要来源。
含有硫的动植物残体分解也会增加水中SO42-的含量。
硫酸根在天然水中的含量是居中的阴离子，在一般的天然水中，[HCO3-]>
[S042-]>
[Cl-]。
在含有Na2SO4、MgSO4的天然咸水中，SO42-的含量可高达100000mg／L。
h．氯根（Cl¯
）
氯离子也不是地壳矿物中的主要成分，在火成岩的含氯矿物中主要是方钠石{Na8[C12（AlSiO4）]6）和氯磷灰石[Ca6（PO4）3Cl3]，所以火成岩中的氯不会使正常循环的天然水体中含有很高的氯离子。
氯离子几乎存在于所有的天然水中，但其含量相差很大。
在某些河水中只有几mg／L，而在海水中却高达几十g∕L。
由于氯化物的溶解度大，又不参与水中任何氧化还原反应，也不与其它阳离子生成络合物及不被矿物表面大量吸附，所以氯离子在水中的化学行为最为简单。
i．硅（Si）
硅（SiO2）是火成岩和变质岩中大部分矿物的基本结构单元，也是天然水中硅化物的基本结构单元。
在锅炉水处理中，水中的硅均以SiO2表示。
由于硅化物在锅炉的金属表面上或者在汽轮机的叶片上形成沉积物后，非常难以清除，所以成为锅炉水处理中的重点清除对象。
②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的O2的溶解，因为干空气中含有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：
CO2→O2+C，C元素被吸收并放出氧气，消耗的CO2以HCO3-→CO2+OH-的方式不断补充，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却在夜间的新陈代谢过程中消耗了。
由于水中微生物的呼吸、有机质的降解以及矿物质的化学反应都消耗氧，如水中氧不能及时补充，水中氧的含量可以降得很低。
所以，地下水因不与大气相接触，氧的含量一般较少；
而地表水的氧含量，因来源的不同而有较大的差别，天然水的氧含量一般在O～14mg／L之间。
天然水中C02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，其变化在几mg/L至几百mg/L之间。
其饱和浓度可以达到14～50mg／L。
地表水的CO2含量常不超过20～30mg／L，地下水的CO2含量有时很高，有时达到几百mg／L，说明水中有机质降解时，一方面消耗了氧气，另一方面也产生了CO2，使水中CO2含量远远超过了与大气接触时的平衡CO2量。
③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、绦虫、虾等。
第二节锅炉用水的水源及其名称
一．锅炉用水的水源
低压锅炉用水通常取自以下水源。
（1）大气降水
大气降水是指大气圈中的水蒸气和由水蒸气冷凝并处于高度分散状态的细小水滴，它除含有02、CO2、N2及一些惰性气体外，还含有少量的离子组分。
这些离子组分主要来自海水飞溅的细小盐晶、陆地飞扬的尘埃、火山灰的可溶性盐类以及人类释放的各种污染物。
由于大气降水在降落的过程中，对大气进行了“洗涤"
所以大气降水的离子组分不仅决定于大气降水本身的化学组成、降雨量大小以及空气中干杂质的种类与数量，而且还取决于降水时的物理条件，如降水形式（雨、雪）、气温、风向、云雨高度和雨前天气等。
大气降水的硬度一般不大于70～lOOµ
mol／L，含盐量一般不大于40～50mg／L，这种天然水体虽然纯度较高，适宜作为锅炉用水的水源，但难以收集，不能采用。
（2）江河水
江河水易受自然条件影响，是水圈中最为活跃的部分，其化学组分具有多样性与易变性。
这是因为，江河水在时间与空间上都有很大的差异。
通常，河水中悬浮物和胶体杂质含量较多，浊度高于地下水。
我国幅员辽阔，大小河川纵横交错，自然地理条件相差悬殊，因而，各地区江河水的浊度相差很大。
甚至同一条河流的化学组分在冬季与夏季、晴天和雨天可能有很大的变化，在上游与下游也有很大差异，浊度也相差很大。
我国黄土高原、黄河水及海河水系，水土流失严重，河水含沙量大。
暴雨时，少则kg/m3，多则几十、上百kg/m3。
冬季浊度有时仅几十度至几XX。
华东、华北和西南地区大部分河流，浊度均较低，平均浊度50～400度。
江河水的含盐量及硬度较低，含盐量一般在50～500mg/L。
江河水最大的缺点是易受工业废水、生活污水及其它各种人为污染，因而水的色、臭、味变化大，有毒或有害物质大量进入水体。
水温不稳定，夏季常不能满足工业用水要求。
（3）湖泊及水库水
湖泊及水库水主要由河水补给，水质与河水类似，但由于湖水流动性小，储存时间长，经过长期自然沉淀，浊度较低，只有在风浪时浊度上升。
水的流动性小，透明度高，又给水中生物特别是藻类的繁殖创造了良好的条件。
因而，湖水一般含藻类较多，使水产生色、臭、味，因为湖水进出水交替缓慢，停留时间比河水长，当含有较多的氨与磷时，就会使湖水富营养化。
一般认为，只要总磷与无机氮的含量分别超过20µ
g/L和300µ
g/L时。
就认为水体已处于富营养化状态。
由于湖水不断得到补给，又不断蒸发，故含盐量往往比河水高。
按含盐量分，有淡水湖、微咸水湖和咸水湖，前两种基本上可作为工业用水水源，而后一种则完全不行。
（4）地下水
水在地层渗透过程中，悬浮物和胶体已基本或大部分除掉，水质清澈，且水源不易受到外界污染和气温影响，因而水质较稳定。
由于地下水流经岩层时，溶解了各种可溶性物质，故水的含盐量通常高于地表水（海水除外）。
至于含盐量的多少及盐类的成分，则取决于地下水流经地层的矿物质成分、地下水埋深和与岩石接触时间等。
我国水文地质条件比较复杂，各地区地下水含盐量相差很大，但大部分在200～500mg/L之间。
一般情况下，多雨地区如东南沿海地区及西南地区，由于地下水受大量雨水补给，可溶性盐大部分早已溶失，故含盐量少；
干旱地区如西北、内蒙古等地，地下水含盐量较高。
地下水在地层中不能通畅流动，溶解氧量很少。
如果有机物在土壤中较多，把氧气消耗于生物后，就会进行厌氧分解，产生CO2、H2S等气体溶于水中，使水具有还原性。
还原性的水可以溶解一些金属如铁、锰等，故地下水含铁、锰比地表水高。
对同一口井或同一井群来说，水质一般终年很稳定，很少受季节或外界条件的影响。
但井群之间，水质往往差别很大a对于河床附近的浅井水，其水质情况常因季节或外界条件的影响而有较大的差别。
因此，以地下水作为锅炉用水的水源时，其水质情况常随供水水源的改变而改变。
不同的水源有着各自的特征：
江河水由于水温和水质极不稳定，其水质随季节变化大，悬浮物和胶体杂质含量高，溶解氧高且游离的二氧化碳含量高，含盐量及硬度都较低。
地下水通常悬浮物和胶体杂质及细菌较少，水质和水温比较稳定，溶解氧低而游离的二氧化碳含量高，含盐量及硬度都较高，通常含有Fe2+、Mn2+等离子。
湖水则与流动的河水不同，微生物的影响比较明显。
湖水中微生物及有机物的种类和数量，可因地点、气候条件、深度而不同，从而影响到某些化学成分，（pH值、CO2、铁、含盐量等）发生较大的变化。
海水由于长时期的蒸发浓缩作用，含有大量的溶解盐类，通常高达3.5%。
而且，所含盐类以氯化钠和硫酸镁为主，钙、镁离子总和达到50～70mmol/L，有时高达100～200mmol/L。
总之，由于我国幅员辽阔，地质与气候条件复杂，使水质相差悬殊。
所以，在确定锅炉用水水源时，摸清水源水质及受外界影响的情况是相当重要的。
（5）自来水
自来水是城市低压锅炉用水的主要水源，它是天然水经过自来水厂的净化处理后经铁管或水泥管道输送到用户。
由于自来水厂在净化处理过程中，投加混凝剂和杀菌剂等药剂，所以自来水的悬浮物、有机物和碱度都明显降低。
为防止自来水中微生物的繁殖，通常向水中投加漂白粉或注入氯气，并维持一定量的游离性余氯，简称流离氯或活性氯，这种成分对离子交换树脂具有较大的破坏作用，这是自来水与其他水源的主要区别。
二．锅炉汽水循环系统的用水名称
锅炉是生产蒸汽或热水的换热设备。
蒸汽或热水经过热交换器（如热加工设备及暖气等）降温和冷却后，又可以送入锅内。
因此形成一个汽水循环系统。
锅炉用水根据其部位和作用不同及汽水系统中的水质差别，常将锅炉用水分为以下几种：
（1）原水
原水就是锅炉的水源水，或称生水，原水主要来自江河水，水库水，井水和城市自来水。
（2）给水
直接进入锅炉，被锅炉蒸发或加热的水称为锅炉给水，通常由生产回水和补给水两部分组成。
（3）生产回水
当蒸汽或热水的热能利用之后，其凝结水或低温水应尽量回收循环使用，这部分水称为生产回水。
提高给水中回水所占的比例；
不仅可以改善水质，而且可以减少生产补给水的工作量，降低成本。
如果蒸汽热水在生产流程中已被严重污染，那就不宜回收。
（4）补给水
锅炉在运行中由于取样、排污和泄漏等要损失一部分水，而且生产回水被污染不能回收利用，或无蒸汽凝结水时，都必须补充符合水质要求的水，这部分水叫做补给水。
补给水是锅炉给水中除去一定量的生产回水外，补充供给的那一部分。
因为锅炉给水有一定的质量要求，所以补给水一般都要经过适当水处理。
当锅炉不利于生产回水时，补给水即为给水。
（5）锅水
在锅炉本体的蒸发系统中流动着的水称为锅水。
（6）排污水
为了除去锅水中的杂质和悬浮性水渣，必须从锅炉的一定部位排放掉一部分锅水，即排污水。
（7）冷却水
锅炉在运行中因某种需要，将蒸汽冷凝用的水，称为冷却水。
第三节天然水中的杂质对锅炉设备的危害
长期的实践使人们认识到，天然水中的杂质是影响锅炉安全、经济运行的重要因素之一，没有经过净化的天然水含有许多的杂质，这种水如果进入水汽系统，将会造成各种危害。
具体表现在锅炉的腐蚀与结垢，现简述如下：
一．锅炉的结垢
如果进入锅炉或其它热交换器的水质不良，则经过一段时间运行后，在和水接触的受热面上，会生成一些固体附着物，这种现象称为结垢。
这些固体附着物称为水垢。
因为水垢的导热性能比金属差几百倍，而这些水垢又极易在热负荷很高的锅炉炉管中生成，所以，结垢对锅炉的危害性很大。
它可使结垢部位的金属管壁温度过高，引起金属强度下降。
这样，在管内压力的作用下，就会发生管道局部变形、产生鼓包，甚至引起爆管等严重事故。
水垢的生成还会减少受热管内流通截面，增加管内水循环的流动阻力，严重时甚至完全堵塞。
这些就破坏了锅炉的正常水循环，妨碍锅炉内部的传热，降低锅炉的蒸发能力。
此外，锅炉受热面上的水垢，特别是管内水垢，难以清除，增加了维修费用，耗费人力、物力，使受热面受到损伤，降低锅炉的使用寿命，水垢在金属表面上若覆盖不均匀时，又导致局部腐蚀。
二．锅炉的腐蚀
锅炉的金属经常和水接触，若水质不良，则会引起金属的腐蚀。
结果，使这些金属构件变薄、凹陷，甚至穿孔，更为严重的是腐蚀会使金属内部结构遭到破坏。
并且被腐蚀的金属，强度会显著降低。
锅炉金属的腐蚀不仅要缩短设备本身的使用期限，造成经济损失，同时还由于金属腐蚀产物转入水中，使水中杂质增多，从而加剧在高热负荷受热面上的结垢过程，结成的垢又会促进锅炉的腐蚀。
此种恶性循环会迅速导致爆管等恶性事故。
三．汽水共腾
蒸汽锅炉锅筒内的水滴被蒸汽大量带走的现象，称为汽水共腾。
一般蒸汽的含盐量可以被忽略，即在高压蒸汽中，也只含有少量的盐类。
但在锅炉汽、水分界处产生泡沫或发生汽水共腾现象，蒸汽甚至能直接把泡沫带走，这样就引起蒸汽大量带水，造成蒸汽含盐量急剧增加。
这些被带出的盐分在用汽设备中发生沉积，影响传热，损坏设备。
从锅炉本身的运行来说，产生泡沫或汽水共腾，会使水位计内水位剧烈波动，甚至看不出水位；
蒸汽管内有严重水汽现象，从而影响锅炉安全运行。
第四节低压锅炉的水质指标
一．锅炉用水评价指标
（1）悬浮物
悬浮物是表示水中颗粒较大一类杂质的指标，其单位为mg/L。
由水质全分析中所测得阴、阳离子总和求得。
这种测量方法操作复杂，又费时间，所以常用不着溶解固形物（或蒸发残渣）近似的表示。
（2）含盐量
含盐量是表示水中溶解盐类的总和，其单位为mg/L。
这种测量方法操作复杂，又费时间，所以常用溶解固形物（或蒸发残渣）近似的表示。
（3）溶解固形物
溶解固形物是水经过过滤后，那些仍溶于水中的各种无机盐类、有机物等，在水浴上蒸干，并在105～110℃下烘干至恒重所得到的蒸发残渣称为溶解固形物，其单位为mg/L。
在不严格的情况下，当水比较纯净时，水中的有机物含量比较少，有时也用溶解固形物来近似地表示水中的含盐量。
（4）电导率
衡量水中含盐量最简便和快速的方法是测定水的电导率。
表示水中导电能力的大小的指标，称作电导率。
电导率是电阻的倒数，可用电导仪测定。
电导率反映了水中含盐量的多少，是水纯净程度的一个重要指标。
水越纯净，含盐量越少，电导率越小。
水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。
在水中杂质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S/m或μs/cm。
（5）硬度（YD）
硬度是表示水中钙、镁离子的总含量，其表示单位为mmol/L。
硬度按水中阳、阴离子存在情况可分为碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度、永久硬度、暂时硬度和负硬。
1碳酸盐硬度
是指水中钙、镁的碳酸氢盐，即碳酸氢钙Ca（HCO3）2和碳酸氢镁Mg（HCO3）2含量。
天
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