水的預處理

天然水未進鍋爐前除掉水中雜質的工作，稱為爐外水處理，也叫做補給水處理。根據水中所含雜質種類不同，采取不同的水處理方法。

    對水中較大的懸浮物，靠重力沉淀就可以除掉，這種處理稱為自然沉淀法。

    對于水中的膠體微粒，常向水中加入一些化學藥品，使膠體顆粒凝聚沉淀，這種處理稱為混凝沉淀法。

    對于溶于水中的鹽類，可采用蒸餾法、離子交換法、電滲析法等等。目前電廠多采用離子交換法。

    爐外水處理就是由上述某些方法聯合組成的水處理流程，一般為：

現將一般水處理流程中，各種水處理方法、原理及其設備分述如下。

*節 混凝沉淀

一、 混凝沉淀的原理

混凝、沉淀過程一般是在澄清器內進行的。處理方法，是向水中加入混凝劑(硫酸鋁、聚合鋁和硫酸亞鐵、氯化鐵等)、石灰乳和鎂劑(菱苦土或白云粉)等化學藥品。各種藥品的作用如下：

    1．混凝劑的作用。混凝劑在水中的作用：是促使水中微小的懸浮物或膠體顆粒相互凝聚成大顆粒而下沉。

    2．石灰乳的作用。石灰乳的成分是氫氧化鈣{Ca(OH)2}。石灰乳加入水中可以提高水的pH值，有利于不溶性氫氧化物的中沉淀出來：

Ca(OH)2+Ca(HCO3)2→2CaCO3↓+2H2O

2Ca(OH)2+Mg(HCO3)2→2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2O

    上述化學反應的結果，使水中的暫硬降低了。

3．鎂劑的作用。鎂劑的主要化學成分是氧化鎂(MgO)。如果在石灰、混凝處理的同時，向水中加入鎂劑，就會使產生的氫氧化鎂沉淀物增多。當氫氧化鎂沉淀達到一定數量時，就能吸附水中大部分硅化物，然后它們漸漸變成難溶于水的硅酸鎂而沉淀。因此，加鎂劑的目的就是利用生成硅酸鎂的的應，除掉水中的硅化物。

除硅效果的好壞，除了必須加入適量的鎂劑外，還與水的溫度和pH值有關。的溫度為40±1℃，pH值為10.1～10.3。

二、混凝、沉淀設備及處理過程

利用混凝沉淀方法除掉水中懸浮物的沉淀設備叫做澄清池。目前常見的澄清池也有水力循環澄清池、機械攪拌澄清池、脈沖澄清池和泥渣懸浮澄清池等。各種澄清池盡管在結構上有差異，但它們的工作原理則是相似的。這里僅以懸浮澄清池為例來闡述澄

圖13-2  懸浮澄清池

1—空氣分離器；2—噴嘴；3—混合區；

4—水平隔板；5—垂直隔板；6—反應區；

7—過渡區；8—出水區；9—水柵；10—集水槽；

11—排泥系統；12—泥渣濃縮器；

13—采樣管；14—可動罩子

清池的工作過程。圖13-2是懸浮澄清池的結構示意圖。

    原水首先經過空氣分離器，把水中含有的空氣分離出去。這樣就可以避免空氣進入澄清池內，攪動懸浮層和把懸浮泥渣帶出澄清池，破壞懸浮層的正常工作。

    不含空氣的水和各種藥劑，經過噴嘴送入澄清池下部的混合區。由于混合區水流旋渦很強，可以使混凝劑與水充分混合。

    在混合區上部裝有水平和垂直的多孔隔板，從混合區出來的水繼續向上流經多孔板時，多孔板既能使水得到進一步的混合，又能消除旋渦使其成為平穩水流，進入反應區。反應區是澄清器的中心部分，是主要工作區。當水進入反應區后，水中雜質逐漸凝聚成絮狀懸浮物(稱為泥渣)，由泥渣組成的懸浮層對水起過濾作用。

    經過反應區懸浮層的水，繼續上升，進入過渡區。由于筒體截面逐漸增大，水的流速逐漸減小，使懸浮物與水分離。澄清池上部出水區截面大，水在這里流速低，水與懸浮物得到了很好的分離。后，澄清水由環形集水槽引出，送至清水箱。

    澄清池的中央設有垂直圓形的排泥筒。沿著排泥筒的不同高度開有許多層窗口，多余的泥渣自動地經排泥窗口進入濃縮器，濃縮后的泥渣由底部排污管排入地溝。

    濃縮器與集水槽之間設有回水導管。由于濃縮器與集水槽之間有水位差，使濃縮器上部的清水經加水導管送入集水槽，而懸浮層上部的水經排泥窗口進入濃縮器，同時帶走了多余的泥渣，使懸浮層保持固定的高度。

    澄清池的出水質量，一般可以達到以下標準：

    (1) 懸浮物含量不大于20毫克/升。

    (2) 堿度不大于0.85毫克當量/升。

    (3) 硅酸根含量，平均可降至1.0~1.5毫克/升。

    (4) 耗氧量不大于5毫克/升O2。

第二節 過濾處理

    生水經過混凝、沉淀處理后，雖然已將水中大部分懸浮物等雜質除掉，但是水中仍殘留有20毫克/升左右的細小懸浮顆粒，需要進一步處理。

    除去殘留有懸浮雜質，常用的方法是過濾。在電廠水處理中，主要是采用粒狀濾料形成濾層，當渾水通過濾層時，就可以把水中懸浮物吸附截留下來，流出的是清水。

    一、 過濾原理 渾水通過濾層時，為什么能除掉水中的懸浮物呢？對過濾的機理，現在還有些不同的看法。目前人們認為，經過混凝處理的水，通過濾層的濾料時，有兩個作用：一個是濾料顆粒表面與懸浮物之間的吸力，使懸浮物被吸附；另一個作用濾層對懸浮顆粒的機械篩除作用，而主要是吸附作用。

    二、 濾料選擇 做濾料的固體顆粒，應有足夠的機械強度和很好的化學穩定性，以免在運行和沖洗時，因摩擦而破碎，或因溶解而引出水水質惡化。

    石英砂有足夠的機械強度，在中性、酸性水中都很穩定。但是在堿性水中石英砂能夠溶解，使水受到污染。

    無煙煤的化學穩定性較高，在一般堿性、中性和酸性水中都不溶解，它的機械強度也較好。

    此外，濾料的粒度和級配都應該選擇合適。

    三、 過濾設備及運行 過濾設備有多種，電廠水處理中常見的有機械過濾器和無閥濾池等。

1．機械過濾器

（1）設備結構。機械過濾器的結構如圖13-3所示。

圖13-3  機械過濾器

1—放空氣管；2—進水漏斗；3—縫式濾頭；4—配水支管；5—配水干管；6—混凝土

它的本體是一個圓柱形容器，內部裝有：進入裝置、濾層和排水裝置。外部設有必要的管道、閥門等。在進、出口的兩根水管上裝有壓力表，兩表的壓力差就是過濾時的水頭損失(運行時的阻力)。

進水裝置可以是漏頭形式或其他形式的，其主要作用是使進水沿過濾器截面均勻分配。濾層由濾料組成，濾料的粒徑一般采用0.6~1.0毫米。濾層的厚度一般為1.1~1.2米。

    排水系統多采用支管縫隙式配水裝置。它的作用：一是使出水的匯集和反洗水的進入，能沿著過濾器的截面均勻分布；一是阻止濾料被帶出。

    (2) 設備運行。過濾器在工作時，渾水經進水口流到進水漏斗，然后流經過濾層除掉渾水中的細小懸浮物而成為清水。此清水上排水系統送出。濾速為8~10米/時，或更大些。

    過濾器的運行過程中，由于濾料不斷吸附渾水中的懸浮雜質，使運行阻力逐漸增大。當阻力增大到一定時，應停止運行，對濾料進行反洗。

    反洗濾料時，先將過濾器內的水排放到濾層以上約10厘米處，用壓縮空氣吹洗3分鐘左右，然后將反洗清水和壓縮空氣從過濾器底部排水系統進入，經過濾層上升并沖動濾料使濾料浮動起來。此時濾料顆粒在水中游動并相互摩擦，這樣將濾粒表面所吸附的雜質洗掉。在用清水和壓縮空氣混合反洗3~5分鐘后，停止壓縮空氣，僅用清水繼續反洗約2分鐘后停止反洗。洗掉的吸附雜質隨水上升，經上部進水漏斗上底部排水門排入地溝。后，用水正洗至合格投入運行或備用。

    (3) 雙層濾料。一般機械過濾器多用單層濾料，但單層濾料反洗后，在水流的作用下，濾料顆粒形成了“上細下粗”的排列。由于濾層上部的砂粒細，砂粒之間孫隙小，所以吸附的懸浮物大多數集中在上面，致使濾層下部的濾料不能充分發揮吸附作用。這樣就帶來了水流阻力增長快，運行周期短的缺點。

    為了消除上述缺點，采用了雙層濾料的辦法。就是將濾層上部石英砂換一層顆粒較大的無煙煤，組成無煙煤-石英砂的雙層濾料的過濾器。由于無煙煤的比重比石英砂的小，所以反洗后無煙煤仍然保持在上層。上層無煙煤顆粒之間的孔隙較大，水中懸浮物除被無煙煤吸附外，還可以進入下層石英砂濾層。這樣就充分發揮了濾料的截污能力，使水流阻力增長較慢，延長了運行周期。

2．無閥濾池

圖13-4  無閥濾池

1—進水槽；2—進水管；3—檔板；4—過濾室；

5—集水室；6—沖洗水箱；7—虹吸上升管；8—虹吸下降管；

9—虹吸輔助管；10—抽氣管； 11—虹吸破壞管；

12—錐形擋板；13—水封槽；14—排水井；15—排水管

    (1) 設備結構。無閥濾池的結構如圖13-4所示。

    這種過濾設備是用鋼筋水泥筑成的主體，由沖洗水箱、過濾室、集水室、進水裝置以及沖洗用的虹吸裝置等組成。

(2) 設備運行。無閥濾池運行時，渾水由進水槽1進入，經過進水管2流入過濾室4，然后通過濾層除掉渾水中懸浮雜質，成為清水匯集到下部集水室5，此清水再由連通管進入上部沖洗水箱6，當水箱充滿水后，澄清的水便經出水漏斗送出。

隨著運行時間的增長，濾層的阻力逐漸增大。虹吸上升管7中的水面也隨之升高，當水面上升到虹吸輔助管9的管口時，水立即從此管中急劇下降。這時主虹吸管(包括虹吸上升管7和虹吸下降管8)中的空氣，便通過抽氣管10抽走，管中產生負壓，使虹吸上升管和下降管中的水面同時上升，當兩管水面上升達到匯合時，便形成了虹吸作用。這時，沖洗水箱的水，便沿著與過濾時相反的方向從下而上的經過濾層，形成

自動反洗。這樣，沖洗水箱的水位便下降，當水位降到虹吸破壞管11的管口以下時，空氣便進入虹吸管內，虹吸作用遭到破壞，虹吸上升管的水位下降，反洗過程自動停止，過濾又重新開始。

經過機械過濾器或無閥濾池處理后的水，可以使出水中的懸浮物含量達到5毫克/升以下。