電廠用水的類別及水質指標

一、電廠用水的類別

水在火力發電廠水汽循環係統中所經曆的過程不同，水質常有較大的差別。因此根據實用的需要，人們(men) 常給予這些水以不同的名稱。它們(men) 是原水、鍋爐補給水、給水、鍋爐水、鍋爐排汙水、凝結水、冷卻水和疏水等。現簡述如下：

（1）原水：也稱為(wei) 生水，是未經任何處理的天然水（如江河水、湖水、地下水等），它是電廠各種用水的水源。

（2）鍋爐補給水：原水經過各種水處理工藝淨化處理後，用來補充發電廠汽水損失的水稱為(wei) 鍋爐補給水。按其淨化處理方法的不同，又可分為(wei) 軟化水和除鹽水等。

（3）給水：送進鍋爐的水稱為(wei) 給水。給水主要是由凝結水和鍋爐補給水組成。

（4）鍋爐水：在鍋爐本體(ti) 的蒸發係統中流動著的水稱為(wei) 鍋爐水，習(xi) 慣上簡稱爐水。

（5）鍋爐排汙水：為(wei) 了防止鍋爐結垢和改善蒸汽品質，用排汙的方法，排出一部分爐水，這部分排出的爐水稱為(wei) 鍋爐排汙水。

（6）凝結水：蒸汽在汽輪機中作功後，經冷卻水冷卻凝結成的水稱為(wei) 凝結水，它是鍋爐給水的主要組成部分。

（7）冷卻水：用作冷卻介質的水為(wei) 冷卻水。這裏主要指用作冷卻作功後的蒸汽的冷卻水，如果該水循環使用，則稱循環冷卻水。

（8）疏水：進入加熱器的蒸汽將給水加熱後，這部分蒸汽冷卻下來的水，以及機組停行時，蒸汽係統中的蒸汽冷凝下來的水，都稱為(wei) 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、水質指標

所謂水質是指水和其中雜質共同表現出的綜合特性，而表示水中雜質個(ge) 體(ti) 成分或整體(ti) 性質的項目，稱為(wei) 水質指標。

由於(yu) 各種工業(ye) 生產(chan) 過程對水質的要求不同，所以采用的水質指標也有差別。

火力發電廠用水的水質指標有二類：一類是表示水中雜質離子的組成的成分指標，如Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、SO42-等；另一類指標是表示某些化合物之和或表征某種性能，這些指標是由於(yu) 技術上的需要而專(zhuan) 門製定的，故稱為(wei) 技術指標。

1． 表征水中懸浮物及膠體(ti) 的指標

（1）懸浮固體(ti) 。懸浮固體(ti) 是水樣在規定的條件下，經過濾可除出的固體(ti) ，單位為(wei) 毫克/升（mg/L）。這項指標僅(jin) 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(ti) ，所以有較大的局限性。此法需要將水樣過濾，濾出的懸浮物需經烘幹和稱量等手續，操作麻煩，不易用作現場的監督指標。

（2）濁度。濁度是反映水中懸浮物和膠體(ti) 含量的一個(ge) 綜合性指標，它是利用水中懸浮物和膠體(ti) 顆粒對光的餓散射作用來表征其含量的一種指標，即表示水渾濁的程度。

    濁度是通過儀(yi) 器測定的，操作簡便迅速。由於(yu) 標準水樣配製方法不同，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]配製成渾濁液為(wei) 標準，與(yu) 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(ti) 物質的透光性來表征其含量的另一中指標，即表示水透明程度的指標，單位為(wei) 厘米（cm）。水的透明度與(yu) 濁度成反比，水中懸浮物含量越高，其透明度越低。由於(yu) 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(wei) 的隨意性。

   2．表征水中溶解鹽類的指標

  （1）含鹽量。含鹽量是表示水中各種溶解鹽類的總合，由水質全分析的結果，通過計算求出。含鹽量有兩(liang) 種表示方法：一是摩爾表示法，即將水中各種陽離子（或陰離子）均按帶一個(ge) 電荷的離子為(wei) 基本單位，計算其含量（mmol/L），然後將它們(men) （陽離子或陰離子）相加；二是重量表示法，即將水中各種陰、陽離子的含量以mg/L為(wei) 單位全部相加。

   由於(yu) 水質全分析比較麻煩，所以常用溶解固體(ti) 近似表示，或用電導率衡量水中含鹽量的多少。

  （2）溶解固體(ti) 。溶解固體(ti) 是將一定體(ti) 積的過濾水樣，經蒸幹並在105~1100C下幹燥至恒重所得到的蒸發殘渣量，單位用毫克/升（mg/L）表示。它隻能近似表示水中溶解鹽類的含量，因為(wei) 在這種操作條件下，水中的膠體(ti) 及部分有機物與(yu) 溶解鹽類一樣能穿過濾紙，許多物質的濕分和結晶水不能除盡，碳酸氫鹽全部轉換為(wei) 碳酸鹽。

（3）電導率。表示水中離子導電能力大小的指標，稱作電導率。由於(yu) 溶於(yu) 水的鹽類都能電離出具有導電能力的離，所以電導率是表征水中溶解鹽類的一種代替指標。水越純淨，含鹽量越小。電導率越小。

   水的電導率的大小除了與(yu) 水中離子含量有關(guan) 外，還和離子的種類有關(guan) ，單憑電導率不能計算水中含鹽量。在水中離子的組成比較穩定的情況下，可以根據試驗求得電導率與(yu) 含鹽量的關(guan) 係，將測得的電導率換算成含鹽量。電導率的單位為(wei) 微西/厘米（uS/cm）。

三．表征水中易結垢物質的指標

    表征水中易結垢物質的指標是硬度，它是指水中某些易於(yu) 形成沉澱的金屬離子，它們(men) 都是二價(jia) 或二價(jia) 以上的金屬離子。在天然水中，形成硬度的物質主要是鈣、鎂離子，所以通常認為(wei) 硬度就是指水中這兩(liang) 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Ca2+、Mg2+與(yu) 陰離子組合形式的不同，又將硬度分為(wei) 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就從(cong) 溶液中析出而產(chan) 生沉澱，所以有時也叫暫時硬度。

（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。由於(yu) 這種硬度在水沸騰時不能析出沉澱，所以有時也稱*硬度。

硬度的單位為(wei) 毫摩爾/升（mmol/L），這是一種常見的表示物質濃度的方法，是我國的法定計量單位。在美國硬度單位為(wei) ppmCaCO3，這裏的ppm表示百分，它與(yu) mg/L大致相當；在德國硬度單位采用的是德國度oG，1oG相當於(yu) 10mg/LCaO所形成的硬度。

以上幾種硬度單位的關(guan) 係如下：

               1mmol/L=2.8oG=50ppmCaCO3

1、征水中堿性物質的指標

表征水中堿性物質的指標是堿度，堿度是表示水中可以用強酸中和的物質的量。形成堿度的物質有：

（1）強堿，如NaOH、Ca（OH）2等，它們(men) 在水中全部以OH-形式存在；

（2）弱堿，如NH3的水溶液，它在水中部分以OH-形式存在；

（3）強堿弱酸鹽類，如碳酸鹽、磷酸鹽等，它們(men) 水解時產(chan) 生OH-。

在天然水中的堿度成分主要是碳酸氫鹽，有時還有少量的腐殖酸鹽。

水中常見的堿度形式是OH-、CO32-和HCO3-，當水中同時存在有HCO3-和OH-的時候，就發生如（2-2）式的化學反應，

                  HCO3+OH-→CO32-+H2O                        （2-2）

故一般說水中不能同時含有HCO3-堿度和OH-堿度。根據這種假設，水中的堿度可能有五種不同的形式：隻有OH-堿度；隻有CO32-堿度；隻有HCO3-堿度；同時有OH-+CO32-堿度；同時有CO32-+HCO3-堿度。

水中的堿度是用中和滴定法進行測定的，這時所用的標準溶液是HCl或H2SO4溶液，酸與(yu) 各種堿度成分的反應是，

              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(ge) 反應（2-3）、（2-4）、（2-5）將依次進行。當用甲基橙作指標劑，因終點的PH值為(wei) 4.2，所以上述三個(ge) 反應都可以進行到底，所測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，終點的PH值為(wei) 8.3，此時隻進行（2-3）、（2-4）式的反應，反應式（2-5）並不進行，測得的是水的酚酞堿度。因此，測定水中堿度時，所用的指示劑不同，堿度值也不同。

堿度的單位為(wei) 毫摩爾/升（mmol/L），與(yu) 硬度一樣，在美國和德國分別用ppmCaCO3和oG為(wei) 單位。

2、表示水中酸性物質的指標

    表示水中酸性物質的指標是酸度，酸度是表示水中能用強堿中和的物質的量。可能形成酸度的物質有：強酸、強酸弱堿鹽、弱酸和酸式鹽。

    天然水中酸度的成分主要是碳酸，一般沒有強酸酸度。在水處理過程中，如H離子交換器出水出現有強酸酸度。水中酸度的測定是用強堿標準來滴定的。所用指示劑不同時，所得到的酸度不同。如：用甲基橙作指示劑，測出的是強酸酸度。用酚酞作指示劑，測定的酸度除強酸酸度（如果水中有強酸酸度）外，還有H2CO3酸度，即CO2酸度。水中酸性物質對堿的全部中和能力稱總酸度。

     這裏需要說明的是，酸度並不等於(yu) 水中氫離子的濃度，水中氫離子的濃度常用PH值表示，是指呈離子狀態的H+數量；而酸度則表示中和滴定過程中可以與(yu) 強堿進行反應的全部H+數量，其中包括原已電離的和將要電離的兩(liang) 個(ge) 部分。

3、表示水中有機物的指標

天然水中的有機物種類繁多，成分也很複雜，分別以溶解物、膠體(ti) 和懸浮狀態存在。因此很難進行逐類測定，通常是利用有機物比較容易被氧化這一特性，用某些指標間接地反映它的含量，如化學氧化、生物氧化和燃燒等三種氧化方法，都是以有機物在氧化過程中所消耗或氧化劑的數量來表示有機物可氧化程度的。

（1）化學耗氧量（COD）。在規定條件下，用氧化劑處理水樣時，水樣中有機物氧化所消耗該氧化劑的量，即為(wei) 化學耗氧量。計算時折合為(wei) 氧的質量濃度，簡寫(xie) 代號為(wei) COD，單位用毫克/升O2表示。化學耗氧量越高，表示水中有機物越多。常采用的氧化劑有重鉻酸鉀和高錳酸鉀，氧化劑不同，測得有機物的含量也不同。如用重鉻酸鉀K2Cr2O7作氧化劑，在強酸加熱沸騰回流的條件下，以銀離子作催化劑，可對水中85%~95%以上的有機物進行氧化，不能被*氧化的是一些直鏈的、帶苯環的有機物，但這種方法基本上能反應水中有機物的總量。如用高錳酸鉀作氧化劑，隻能氧化約70%的一些比較容易氧化的有機物，並且有機物的種類不同，所得的結果也有很大差別，所以這項指標具有明顯的相對性，目前它較多地用於(yu) 輕度汙染的天然水和清水的測定。

（2）生化需氧量（BOD）。在特定條件下，水中的有機物和無機物進行生物氧化時所消耗溶解氧的量，即為(wei) 生化需氧量。單位也用毫克/升O2表示。構成有機體(ti) 的有機物大多是碳水化合物、蛋白質和脂肪等，其組成元素是碳、氫、氧、氮等，因此不論有機物的種類如何，有氧分解的終產(chan) 物總是二氧化碳、水和硝酸鹽。

生物氧化的整個(ge) 過程一般可分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 階段，*個(ge) 階段主要是有機物被轉化為(wei) 二氧化碳、水和氨的過程；第二個(ge) 階段主要是氨轉化為(wei) 亞(ya) 硝酸鹽和硝酸鹽的過程。對於(yu) 工業(ye) 用水，因為(wei) 氨已經是無機物，它的進一步氧化，對環境衛生的影響較小，所以，生化需氧量通常隻指*階段有機物氧化所需的氧量。

通常都以5天作為(wei) 測定生化需氧量的標準時間，稱5天生化需氧量，用BOD5表示。試驗證明，一般有機物的5天生化需氧量約為(wei) *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(yi) 器測定有機物*燃燒後所產(chan) 生的氣體(ti) 來反映總含碳量的，稱為(wei) 總有機碳（簡稱TOC），或反映消耗氧的量的，稱總需氧量（簡稱TOD）。

下表為(wei) 我公司用淡水水質全分析資料，供學習(xi) 時參考

北海電廠一期工程水質全分析資料（時間：2003.1.22）   水源：地下水

備注：表中各種物質的基本單元為(wei)  — Men

全矽含量大值：≈25mg/L。

其它未列指標含量約為(wei) 零。

四、天然水中幾種主要化合物的化學特性

    天然水中含有雜質的種類雖然較多，但天然水中主要雜質的種類差不多是一致的，它們(men) 總是幾種常見的化合物，所以在研究水的淨化處理時，隻需研究若幹常見的化合物。

1、碳酸化合物

碳酸和它的鹽類統稱碳酸化合物，在天然水中特別是在含鹽量較低的水中，含量大的化合物常常是碳酸化合物。而切，在自然界發生的自然現象中，如天然水對酸、堿的緩衝(chong) 性，沉積的生成與(yu) 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：溶於(yu) 水的氣體(ti) 二氧化碳；分子態碳酸；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(guan) 係式解決(jue) 有關(guan) 碳酸化合物的問題是有困難的，因為(wei) 在進行水分析時，不能區分水中的二氧化碳和碳酸 ，用酸堿滴定測得的二氧化碳是兩(liang) 者之和。實際上，分子態的碳酸的形態隻占總量的百分以下，故實際工作中可以將二氧化碳和碳酸一起用二氧化碳表示，此時式（2-9）式可表示為(wei)

CO2 + H2O≒H+ + HCO3- ≒2H+ + CO32-              （2-10）

（2）碳酸化合物的形態與(yu) PH值的關(guan) 係

碳酸為(wei) 二元弱酸，可進行分級電離。不同溫度下有著不同的電離平衡常數，如在25 時，的平衡常數值為(wei) ：

                   （2-11）

                   （2-12）

式中K1-- H2CO3 的一級電離平衡常數

K2-- H2CO3  的二級電離平衡常數

[ ]--表示相應物質的濃度

f1、f2--分別表示1價(jia) 和2價(jia) 離子的活度係數

PH值和各種碳酸化合物相對含量間的關(guan) 係。碳酸化合物在各種溶液中的相對含量主要取決(jue) 於(yu) 該溶液的PH值。

設碳酸化合物總濃度為(wei) C mol/L，則

[CO2] + [HCO3-] + [CO32-] = C                      （2-13）

根據H2CO3一級電離平衡常數（2-12）式，以及（2-13）式，並假定在稀溶液中f1和f2可視為(wei) 1，那麽(me) 可解得一定的pH值條件下各種碳酸化合物的相對量，如（2-15）、（2-16）、（2-17）式所示

                             （2-15）

                            （2-16）

                            （2-17）

根據（2-15）～（2-17）式，可繪製圖2-4所示的pH值與(yu) 各種碳酸化合物相對量的關(guan) 係曲線。

由圖可知，當pH≤4.2時，水中碳酸化合物基本是CO2；當pH=4.2～6.3時，CO2和HCO3-同時存在；當pH=8.3時，白分之98%以上的碳酸化合物呈HCO3-狀態；當PH≥8.3時，HCO3-和CO32-同時存在。

pH、[HCO3-]、[CO32-]和[CO2] 的關(guan) 係。由圖2-4可知，在pH<8.3時，碳酸進行的是一級電離，將（2-11）式等號兩(liang) 邊取負對數並加以整理，則得

pH ＝ pK1 + lg[HCO3-] – lg[CO2]  + lgf1

對於(yu) 稀溶液，f1=1,lgf1=0;在25℃時，PK１＝6.35；所以

pH ＝6.35 ＋ lg[HCO3-] - lg[CO2]                 (2-19)

對於(yu) pH<⒏3的天然水來說，因為(wei) 水中碳酸氫根的濃度實際就是水中的堿度（B），於(yu) 是（2—19）式可變為(wei)

pH ＝⒍35 + lg[B] - lg[CO2]                     (2-20)

當水的pH>⒏3時，由碳酸的二級電離平衡方程式（2-12），可求得

    pH ＝⒑33 + lg[CO32-]-lg[HCO3-]                   (2-21)

2、矽酸化合物

矽酸是一種比較複雜的化合物，它的形態多，在水中有離子態、分子態以至膠態。矽酸的通式為(wei) xSiO2·yH2O。當x和y等於(yu) 1時，分子式可寫(xie) 成H2SiO3, 稱為(wei) 偏矽酸；當x=1,y=2時，分子式為(wei) H4SiO4，成為(wei) 正矽酸；當x>1時，矽酸呈聚合態，稱多矽酸。當矽酸的聚合度增大時，它會(hui) 由溶解態轉化成膠態，當其濃度較大時，會(hui) 呈凝膠狀析出。

當水的pH值不很高時，溶於(yu) 水的二氧化矽主要是分子態的簡單矽酸，至於(yu) 這些溶於(yu) 水的矽酸到底是正矽酸還是偏矽酸的問題，還有待研究。因為(wei) 矽酸通常顯示出二元酸的性質。所以本書(shu) 中均以偏矽酸來表示。矽酸的酸性很弱，電離度不大，所以當純水中含有矽酸時不易用pH或電離率檢測出來。

當pH值增大到9時，二氧化矽的溶解度就明顯增大，此時矽酸電離成H2SiO3的量增多，所以溶解的二氧化矽除了生成矽酸外，還會(hui) 生成大量的H2SiO3,其反應方程式為(wei)

         H2SiO3 = HSiO-3 + H+ 

當pH值較大，且水中溶解的矽酸化合物較多時，他們(men) 會(hui) 形成多聚體(ti) ，其反應方程式為(wei)

         4H2SiO3 = H6Si4O2-12 + 2H+                            

在天然水中，矽酸化合物是常見的雜質。它來自水流經地層時與(yu) 含有矽酸鹽和鋁矽酸鹽岩石的反應。地下水的矽酸化合物含量通常比地麵水多，天然水中矽酸化合物（以二氧化矽表示）含量一般在1～20mg/L範圍內(nei) ，地下水有高達60mg/L的。

矽酸化合物的許多形態會(hui) 影響到它的測定方法。通常采用的鋁藍比色法能測得的隻是水中分子量較低的矽酸化合物。至於(yu) 分子量較大的矽酸，有的不與(yu) 鉬酸反應，有的反應緩慢。根據此種反應的能力不同，水中矽酸化合物可分成兩(liang) 類。那些能夠直接用比色法測得的稱為(wei) 活性二氧化矽（簡稱活性矽），不能測得的稱為(wei) 非活性二氧化矽。

在火力發電廠中，水中矽酸化合物是有害的物質。當鍋爐水中鋁、鐵和矽的化合物量較高時，會(hui) 在熱負荷很高的爐管內(nei) 形成水垢。在高壓鍋爐中，矽酸會(hui) 溶於(yu) 蒸汽，隨之帶出鍋爐，後沉積在汽輪機內(nei) 。所以，矽酸化合物是水淨化的主要對象。

3、鐵化合物

在天然水中鐵是常見的雜質。水中的鐵有Fe2+、Fe3+兩(liang) 種。在深井中因溶解氧的濃度很小和PH值較低，水中會(hui) 有大量的Fe2+，高達10mg/L以上，這是因為(wei) 常見的亞(ya) 鐵鹽類的溶解度較大，水溶解度較小，Fe2+不易形成沉澱物。

當水中溶解氧濃度較大和PH值較高時，Fe2+會(hui) 氧化成Fe3+，而Fe3+的鹽類很易水解，從(cong) 而轉變成Fe(OH)3沉澱物或膠體(ti) ，其反應方程式為(wei)

4Fe2+ + O2 + 2H2O → 4Fe3+ + 4OH-                     

Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3↓ + 3H+                                           

當pH≥8時，水中亞(ya) 鐵離子被溶解氧氧化的速度很快。在地表水中，由於(yu) 溶解氧的含量較多，所以Fe2+的量通常很小，但在含有腐殖酸的沼澤水中，Fe2+的量可能較多，因為(wei) 這種水的pH值常接近於(yu) 4，Fe2+會(hui) 與(yu) 腐殖酸形成絡合物，這種絡合物不易被溶解氧氧化。在pH為(wei) 7左右的地表水中，一般幾乎隻有含有呈膠態氫氧化鐵的鐵。鍋爐給水攜帶鐵的氧化物會(hui) 引起鍋爐爐管內(nei) 生成氧化鐵垢。

4、氮的化合物

在天然水中有時含有氮的無機化合物，如NH4+、NO-2、NO-3。它們(men) 的主要來源為(wei) 動植物及各種含氮有機物，以及隨工業(ye) 排汙水混入的NH4+等。

隨汙水帶入水源的含氮有機物（如蛋白質、尿素等），在微生物的作用下會(hui) 逐漸分解，生成組織較簡單的氮化合物，在沒有氧存在的情況下，氨是有機氮分解的終產(chan) 物；如果水中有氧，則在細菌參與(yu) 下，能使氨繼續分解，逐步轉變成亞(ya) 硝酸鹽和硝酸鹽。為(wei) 此，根據天然水中各種氮化合物的相對含量，可以推測此水被有機物汙染的時期。如果NH4+含量百分率較大，則表示被汙染的時期不長；反之，如NO-3含量百分率較大，則表示被汙染已很久。