技術(shù)文章
Technical articles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(lái)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(lái)的水,以及機(jī)組停行時(shí),蒸汽系統(tǒng)中的蒸汽冷凝下來(lái)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)。
1. 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(lái)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(lái)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(lái)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)浚瑔挝挥煤量?/span>/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*硬度。
硬度的單位為毫摩爾/升(mmol/L),這是一種常見的表示物質(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,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=50ppmCaCO3
1、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?/span>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(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(shuō)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??赡苄纬伤岫鹊奈镔|(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(lái)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(shuō)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(lái)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*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,*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*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*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*燃燒后所產(chǎn)生的氣體來(lái)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℃) | 4.61 | 4.50 | 4.60 | 4.61 | 4.40 |
全固形物(mg/L) | 31.4 | 30.5 | 24.8 | 23.5 | 26.8 |
總硬度(mmol/L) | 0.0354 | 0.0227 | 0.0103 | 0.0320 | 0.0370 |
暫時(shí)硬度(mmol/L) | 0.0354 | 0.0227 | 0.0103 | 0.0320 | 0.0370 |
總堿度(mmol/L) | 0.0691 | 0.0451 | 0.0509 | 0.0723 | 0.0272 |
甲基橙堿度(mmol/L) | 0.0691 | 0.0451 | 0.0509 | 0.0723 | 0.0272 |
CODMn(mgO2/L) | |||||
電導(dǎo)率(25℃)(μS/cm) | 31.1 | 28.7 | 27.6 | 31.0 | 34.2 |
游離二氧化碳(mg/L) | 179.0 | 147.0 | 131.90 | 187.0 | 112.0 |
K+(mg/L) | 0.39 | 0.07 | 0.03 | 0.28 | 0.09 |
Na+(mg/L) | 2.77 | 2.0 | 2.99 | 2.0 | 2.48 |
Ca2+(mg/L) | 1.41 | 0.91 | 0.38 | 1.31 | 1.52 |
Fe3+(mg/L) | 0.45 | 0.15 | 0.13 | 0.28 | 0.10 |
R2O3(mg/L) | 0.64 | 0.21 | 0.19 | 0.40 | 0.14 |
HCO3-(mg/L) | 4.21 | 2.75 | 3.10 | 4.41 | 1.66 |
Cl-(mg/L) | 3.69 | 2.58 | 3.31 | 1.81 | 4.12 |
SiO2(全)(mg/L) | 20.50 | 22.10 | 16.30 | 17.30 | 17.60 |
SiO2(溶)(mg/L) | 11.89 | 10.21 | 7.98 | 11.67 | 11.0 |
備注:表中各種物質(zhì)的基本單元為 — Men
全硅含量大值:≈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(lái)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
f1、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C mol/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(lái)說(shuō),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)?/span>
pH =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(lái)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(lái)。
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(lái)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。
在火力發(fā)電廠中,水中硅酸化合物是有害的物質(zhì)。當(dāng)鍋爐水中鋁、鐵和硅的化合物量較高時(shí),會(huì)在熱負(fù)荷很高的爐管內(nèi)形成水垢。在高壓鍋爐中,硅酸會(huì)溶于蒸汽,隨之帶出鍋爐,后沉積在汽輪機(jī)內(nèi)。所以,硅酸化合物是水凈化的主要對(duì)象。
3、鐵化合物
在天然水中鐵是常見的雜質(zhì)。水中的鐵有Fe2+、Fe3+兩種。在深井中因溶解氧的濃度很小和PH值較低,水中會(huì)有大量的Fe2+,高達(dá)10mg/L以上,這是因?yàn)槌R姷膩嗚F鹽類的溶解度較大,水溶解度較小,F(xiàn)e2+不易形成沉淀物。
當(dāng)水中溶解氧濃度較大和PH值較高時(shí),F(xiàn)e2+會(huì)氧化成Fe3+,而Fe3+的鹽類很易水解,從而轉(zhuǎn)變成Fe(OH)3沉淀物或膠體,其反應(yīng)方程式為
4Fe2+ + O2 + 2H2O → 4Fe3+ + 4OH-
Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3↓ + 3H+
當(dāng)pH≥8時(shí),水中亞鐵離子被溶解氧氧化的速度很快。在地表水中,由于溶解氧的含量較多,所以Fe2+的量通常很小,但在含有腐殖酸的沼澤水中,F(xiàn)e2+的量可能較多,因?yàn)檫@種水的pH值常接近于4,F(xiàn)e2+會(huì)與腐殖酸形成絡(luò)合物,這種絡(luò)合物不易被溶解氧氧化。在pH為7左右的地表水中,一般幾乎只有含有呈膠態(tài)氫氧化鐵的鐵。鍋爐給水?dāng)y帶鐵的氧化物會(huì)引起鍋爐爐管內(nèi)生成氧化鐵垢。
4、氮的化合物
在天然水中有時(shí)含有氮的無(wú)機(jī)化合物,如NH4+、NO-2、NO-3。它們的主要來(lái)源為動(dòng)植物及各種含氮有機(jī)物,以及隨工業(yè)排污水混入的NH4+等。
隨污水帶入水源的含氮有機(jī)物(如蛋白質(zhì)、尿素等),在微生物的作用下會(huì)逐漸分解,生成組織較簡(jiǎn)單的氮化合物,在沒有氧存在的情況下,氨是有機(jī)氮分解的終產(chǎn)物;如果水中有氧,則在細(xì)菌參與下,能使氨繼續(xù)分解,逐步轉(zhuǎn)變成亞硝酸鹽和硝酸鹽。為此,根據(jù)天然水中各種氮化合物的相對(duì)含量,可以推測(cè)此水被有機(jī)物污染的時(shí)期。如果NH4+含量百分率較大,則表示被污染的時(shí)期不長(zhǎng);反之,如NO-3含量百分率較大,則表示被污染已很久。
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