水的预处理

天然水未进锅炉前除掉水中杂质的工作，称为炉外水处理，也叫做补给水处理。根据水中所含杂质种类不同，采取不同的水处理方法。

    对水中较大的悬浮物，靠重力沉淀就可以除掉，这种处理称为自然沉淀法。

    对于水中的胶体微粒，常向水中加入一些化学药品，使胶体颗粒凝聚沉淀，这种处理称为混凝沉淀法。

    对于溶于水中的盐类，可采用蒸馏法、离子交换法、电渗析法等等。目前电厂多采用离子交换法。

    炉外水处理就是由上述某些方法联合组成的水处理流程，一般为：

现将一般水处理流程中，各种水处理方法、原理及其设备分述如下。

*节 混凝沉淀

一、 混凝沉淀的原理

混凝、沉淀过程一般是在澄清器内进行的。处理方法，是向水中加入混凝剂(硫酸铝、聚合铝和硫酸亚铁、氯化铁等)、石灰乳和镁剂(菱苦土或白云粉)等化学药品。各种药品的作用如下：

    1．混凝剂的作用。混凝剂在水中的作用：是促使水中微小的悬浮物或胶体颗粒相互凝聚成大颗粒而下沉。

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

Ca(OH)2+Ca(HCO3)2→2CaCO3↓+2H2O

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

    上述化学反应的结果，使水中的暂硬降低了。

3．镁剂的作用。镁剂的主要化学成分是氧化镁(MgO)。如果在石灰、混凝处理的同时，向水中加入镁剂，就会使产生的氢氧化镁沉淀物增多。当氢氧化镁沉淀达到一定数量时，就能吸附水中大部分硅化物，然后它们渐渐变成难溶于水的硅酸镁而沉淀。因此，加镁剂的目的就是利用生成硅酸镁的的应，除掉水中的硅化物。

除硅效果的好坏，除了必须加入适量的镁剂外，还与水的温度和pH值有关。的温度为40±1℃，pH值为10.1～10.3。

二、混凝、沉淀设备及处理过程

利用混凝沉淀方法除掉水中悬浮物的沉淀设备叫做澄清池。目前常见的澄清池也有水力循环澄清池、机械搅拌澄清池、脉冲澄清池和泥渣悬浮澄清池等。各种澄清池尽管在结构上有差异，但它们的工作原理则是相似的。这里仅以悬浮澄清池为例来阐述澄

图13-2  悬浮澄清池

1—空气分离器；2—喷嘴；3—混合区；

4—水平隔板；5—垂直隔板；6—反应区；

7—过渡区；8—出水区；9—水栅；10—集水槽；

11—排泥系统；12—泥渣浓缩器；

13—采样管；14—可动罩子

清池的工作过程。图13-2是悬浮澄清池的结构示意图。

    原水首先经过空气分离器，把水中含有的空气分离出去。这样就可以避免空气进入澄清池内，搅动悬浮层和把悬浮泥渣带出澄清池，破坏悬浮层的正常工作。

    不含空气的水和各种药剂，经过喷嘴送入澄清池下部的混合区。由于混合区水流旋涡很强，可以使混凝剂与水充分混合。

    在混合区上部装有水平和垂直的多孔隔板，从混合区出来的水继续向上流经多孔板时，多孔板既能使水得到进一步的混合，又能消除旋涡使其成为平稳水流，进入反应区。反应区是澄清器的中心部分，是主要工作区。当水进入反应区后，水中杂质逐渐凝聚成絮状悬浮物(称为泥渣)，由泥渣组成的悬浮层对水起过滤作用。

    经过反应区悬浮层的水，继续上升，进入过渡区。由于筒体截面逐渐增大，水的流速逐渐减小，使悬浮物与水分离。澄清池上部出水区截面大，水在这里流速低，水与悬浮物得到了很好的分离。后，澄清水由环形集水槽引出，送至清水箱。

    澄清池的中央设有垂直圆形的排泥筒。沿着排泥筒的不同高度开有许多层窗口，多余的泥渣自动地经排泥窗口进入浓缩器，浓缩后的泥渣由底部排污管排入地沟。

    浓缩器与集水槽之间设有回水导管。由于浓缩器与集水槽之间有水位差，使浓缩器上部的清水经加水导管送入集水槽，而悬浮层上部的水经排泥窗口进入浓缩器，同时带走了多余的泥渣，使悬浮层保持固定的高度。

    澄清池的出水质量，一般可以达到以下标准：

    (1) 悬浮物含量不大于20毫克/升。

    (2) 碱度不大于0.85毫克当量/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。

第二节 过滤处理

    生水经过混凝、沉淀处理后，虽然已将水中大部分悬浮物等杂质除掉，但是水中仍残留有20毫克/升左右的细小悬浮颗粒，需要进一步处理。

    除去残留有悬浮杂质，常用的方法是过滤。在电厂水处理中，主要是采用粒状滤料形成滤层，当浑水通过滤层时，就可以把水中悬浮物吸附截留下来，流出的是清水。

    一、 过滤原理 浑水通过滤层时，为什么能除掉水中的悬浮物呢？对过滤的机理，现在还有些不同的看法。目前人们认为，经过混凝处理的水，通过滤层的滤料时，有两个作用：一个是滤料颗粒表面与悬浮物之间的吸力，使悬浮物被吸附；另一个作用滤层对悬浮颗粒的机械筛除作用，而主要是吸附作用。

    二、 滤料选择 做滤料的固体颗粒，应有足够的机械强度和很好的化学稳定性，以免在运行和冲洗时，因摩擦而破碎，或因溶解而引出水水质恶化。

    石英砂有足够的机械强度，在中性、酸性水中都很稳定。但是在碱性水中石英砂能够溶解，使水受到污染。

    无烟煤的化学稳定性较高，在一般碱性、中性和酸性水中都不溶解，它的机械强度也较好。

    此外，滤料的粒度和级配都应该选择合适。

    三、 过滤设备及运行 过滤设备有多种，电厂水处理中常见的有机械过滤器和无阀滤池等。

1．机械过滤器

（1）设备结构。机械过滤器的结构如图13-3所示。

图13-3  机械过滤器

1—放空气管；2—进水漏斗；3—缝式滤头；4—配水支管；5—配水干管；6—混凝土

它的本体是一个圆柱形容器，内部装有：进入装置、滤层和排水装置。外部设有必要的管道、阀门等。在进、出口的两根水管上装有压力表，两表的压力差就是过滤时的水头损失(运行时的阻力)。

进水装置可以是漏头形式或其他形式的，其主要作用是使进水沿过滤器截面均匀分配。滤层由滤料组成，滤料的粒径一般采用0.6~1.0毫米。滤层的厚度一般为1.1~1.2米。

    排水系统多采用支管缝隙式配水装置。它的作用：一是使出水的汇集和反洗水的进入，能沿着过滤器的截面均匀分布；一是阻止滤料被带出。

    (2) 设备运行。过滤器在工作时，浑水经进水口流到进水漏斗，然后流经过滤层除掉浑水中的细小悬浮物而成为清水。此清水上排水系统送出。滤速为8~10米/时，或更大些。

    过滤器的运行过程中，由于滤料不断吸附浑水中的悬浮杂质，使运行阻力逐渐增大。当阻力增大到一定时，应停止运行，对滤料进行反洗。

    反洗滤料时，先将过滤器内的水排放到滤层以上约10厘米处，用压缩空气吹洗3分钟左右，然后将反洗清水和压缩空气从过滤器底部排水系统进入，经过滤层上升并冲动滤料使滤料浮动起来。此时滤料颗粒在水中游动并相互摩擦，这样将滤粒表面所吸附的杂质洗掉。在用清水和压缩空气混合反洗3~5分钟后，停止压缩空气，仅用清水继续反洗约2分钟后停止反洗。洗掉的吸附杂质随水上升，经上部进水漏斗上底部排水门排入地沟。后，用水正洗至合格投入运行或备用。

    (3) 双层滤料。一般机械过滤器多用单层滤料，但单层滤料反洗后，在水流的作用下，滤料颗粒形成了“上细下粗”的排列。由于滤层上部的砂粒细，砂粒之间孙隙小，所以吸附的悬浮物大多数集中在上面，致使滤层下部的滤料不能充分发挥吸附作用。这样就带来了水流阻力增长快，运行周期短的缺点。

    为了消除上述缺点，采用了双层滤料的办法。就是将滤层上部石英砂换一层颗粒较大的无烟煤，组成无烟煤-石英砂的双层滤料的过滤器。由于无烟煤的比重比石英砂的小，所以反洗后无烟煤仍然保持在上层。上层无烟煤颗粒之间的孔隙较大，水中悬浮物除被无烟煤吸附外，还可以进入下层石英砂滤层。这样就充分发挥了滤料的截污能力，使水流阻力增长较慢，延长了运行周期。

2．无阀滤池

图13-4  无阀滤池

1—进水槽；2—进水管；3—档板；4—过滤室；

5—集水室；6—冲洗水箱；7—虹吸上升管；8—虹吸下降管；

9—虹吸辅助管；10—抽气管； 11—虹吸破坏管；

12—锥形挡板；13—水封槽；14—排水井；15—排水管

    (1) 设备结构。无阀滤池的结构如图13-4所示。

    这种过滤设备是用钢筋水泥筑成的主体，由冲洗水箱、过滤室、集水室、进水装置以及冲洗用的虹吸装置等组成。

(2) 设备运行。无阀滤池运行时，浑水由进水槽1进入，经过进水管2流入过滤室4，然后通过滤层除掉浑水中悬浮杂质，成为清水汇集到下部集水室5，此清水再由连通管进入上部冲洗水箱6，当水箱充满水后，澄清的水便经出水漏斗送出。

随着运行时间的增长，滤层的阻力逐渐增大。虹吸上升管7中的水面也随之升高，当水面上升到虹吸辅助管9的管口时，水立即从此管中急剧下降。这时主虹吸管(包括虹吸上升管7和虹吸下降管8)中的空气，便通过抽气管10抽走，管中产生负压，使虹吸上升管和下降管中的水面同时上升，当两管水面上升达到汇合时，便形成了虹吸作用。这时，冲洗水箱的水，便沿着与过滤时相反的方向从下而上的经过滤层，形成

自动反洗。这样，冲洗水箱的水位便下降，当水位降到虹吸破坏管11的管口以下时，空气便进入虹吸管内，虹吸作用遭到破坏，虹吸上升管的水位下降，反洗过程自动停止，过滤又重新开始。

经过机械过滤器或无阀滤池处理后的水，可以使出水中的悬浮物含量达到5毫克/升以下。