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天然水体与火力发电厂的废水和水质
日期：2024-05-19 14:55
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摘要：
天然水体与火力发电厂的废水和水质
火力发电厂和其他工业一样，在生产过程中，各种用水的水质可能会发生很大的变化，成为工业废水和生活污水，如不经专门处理而任意排放，就会对环境造成不同程度的影响，严重时还可引起生态平衡破坏及影响渔业、农业及其他工业用水。因此，对火力发电厂的废水和生活污水也必须进行控制和处理。
一、天然水体与水质
1．天然水体
水是世界上分布*广，贮量*多而又是十分重要的自然资源，地球上大约有136000万km3的水，覆盖在地球表面积的3/4以上。存在于地面上者称为地表水，如海洋、湖泊、江河、水库、沼泽、冰山、冰川、雪山等；存在于地下者称为地下水，如深井水、浅井水、泉水等；另外，还有大气水。这些水都称为天然水体。
天然水体虽然是地球上贮量*多的物质之一，但其中海水占总水量的97%，冰山、冰川占2.2%，地下水占0.61%，而比较容易为人类所利用的江河水、湖水、水库水等淡水资源占0.01~0.02%
地球上的天然水体处于川流不息的循环运动之中，水的这种循环运动可分为两种类型，一种叫做自然循环，另一种叫做社会循环。
水的自然循环是在自然力的作用下形成的，海水在太阳热能的作用下蒸发为水蒸汽和云；水蒸汽和云又在密度差的作用下，随气流迁移到内陆，当遇到冷空气时，凝结为雨和雪；雨和雪又在重力作用下降至地面，称为降水。一部分降水沿地球表面流动，汇于江河、湖泊。另一部分渗入地下，形成地下水流。这两种水流*后又复归海洋。
水的社会循环是在人为的因素作用下形成的。人们为了使天然水体满足人类生活或生产工艺的需求，兴建了取水、净水、供水等一系列工程设施，这称为给水工程。而为了使用过的水符合排放标准，又兴建了收集、治理、排放等一系列工程设施，这称为排水工程。由给水工程和排水工程构成了水的社会循环。
水在上述两种循环运动中，不可避免地混进许多杂质。在水的自然循环进程中，由自然环境混入的物质称为自然杂质或本底杂质。在水的社会循环运动中，由环境污染混入的物质称为污染物，含有污染物的水称为废水或污水。
2．天然水体中的自然杂质
天然水体在自然循环运动中，溶解了一些可溶性的矿物盐类，使水中含有的阳离子有Ca2+、Mg2+、Na+、K+；阴离子有HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-。另外，还有大量的H+、OH-、CO32-等，共同组成了天然水体的基本化学成分。
硅在地球元素中居**位，因不易风化，所以能溶解于水中的并不多，其含量一般在1~20mg/L SiO2，且多呈H4SiO4形态存在。硅含量高的地下水，活性SiO2可达60mg/L，因易聚合而呈胶体状态存在。
铝和铁在地球元素中分别占居第三、第四位，但在天然水体中的含量都不是很高，铝一般不超过0.5mg/L，铁的含量虽然比铝的高，特别是地下水，有的高达10mg/L以上，但易与有机物生成络合物。
天然水体中还有一定数量的微量元素，如溴、硼、铍、锶、钡、铜、铝、锌、镉、汞、砷、硒及氟化物等。其中氟化物可达4.0mg/L，在有些地下水中，氟化物高达30mg/L。天然水体中的溶解气体主要有CO2和O2。水中CO2若与大气中CO2平衡，则其含量只有0.5~1.0mg/L，但常达到过饱和状态，此时含量达到几十毫克/升；水中O2的含量在常温下为8~14mg/L，一般不低于4.0mg/L。
天然水体中还含有一定数量的有机物，其种类繁多，可分为碳水化合物、脂肪类、蛋白质等，它们可生物降解为氨基酸、脂肪酸、糖类等中间产物，还可进一步生成复杂的腐殖酸和富里酸等。
天然水中的自然杂质除上述几种之外，还包括由于水流的冲刷卷带作用，而带入水中的岩石土壤颗粒和有机物残渣等，它们使水浑浊，是水中悬浮物的主要成分。
3．天然水体的污染物
天然水体在社会循环运动中混入污染物之后就成为废水，根据废水的来源，又可分为生活污水和工业废水两大类。前者是人们生活过程上排出的废水，主要包括粪便水、浴洗水、洗涤水和冲洗水等，其成分主要决定于人们的生活状况和习惯，它往往含有大量的有机物，如蛋白质、油脂和碳水化合物等。后者是工业生产过程中排出的废水，其成分主要决定于生产过程中应用的原料及生产工艺流程等。
重金属、耗氧有机物和有机物**被称为水环境中的三大主要污染物。
二、火力发电厂的废（污）水
1． 汽轮机凝汽器的冷却排水或循环冷却水系统的排污水
这一部分用水量*大，它主要与冷却倍率、冷却系统的型式、水质及季节等因素有关。与冷却倍率的关系是
Q=nQp
式中Q—凝汽器的冷却用水量，t/h；
QP—汽轮机的排汽量，t/h；
n—冷却倍率，其数值一般在65~75之间。
2． 锅炉烟气的除尘器排水和水力冲灰、冲渣废水
这部分废水可统称为冲灰废水。因为我国的火力发电厂是以燃煤为主，因此粉煤灰的排放量是很大的。据1990年有关资料统计，我国每年的排灰渣量大约为6500万吨，如全部采用水力冲灰，且灰水比按1:15计算，则每年可产生的冲灰废水量可达97500万m3。目前，减少这部分废水量的有效途径是采用泷浆输送降低灰水比和开展干粉煤灰的综合利用。
3． 化学水处理废水
化学水处理废水包括澄清设备的泥浆废水、过滤设备的发洗排水，离子交换设备的再生、冲洗废水以及凝结水净化装置的排放废水。其废水量决定于水处理设备的规模、水质及运行方式等。
4． 锅炉化学清洗和停炉保护废水
对大型机组，不仅要求新建锅炉启动前要进行化学清洗，就是运行机组，当受热面上的沉积物超过有关规定时，也要进行化学清洗。
锅炉的化学清洗一般是按照水冲洗、碱洗、酸洗、漂洗和钝化几个步骤进行的，而每一步操作都会产生一定量的废水。其废水总量一般为清洗系统水容积的15~20倍。如一台200MW的机组，其化学清洗的水容积大约为401.5m3，而废液总量为6000~8000m3。
停炉保护是锅炉的主要防腐措施之一，它对锅炉的**运行有重要意义，这部分废水的排放量大体与锅炉保护的水容积相当。
5． 含油废水
火力发电厂虽然以燃煤为主，但其燃煤电厂的重油设施、主厂房、电气设备、辅助设备等都可能排出含油废水。其中有重油、润滑油、绝缘油、煤油和汽油等。重油设施的含油废水是指水泵的冷却水，重油设施的凝结水，被重油污染的地下水以及事故排放和检修所造成的废水。主厂房含油废水是指汽机和转动机械轴承的油系统泄漏的油而产生的含油废水。电气设备（包括变压器、高压油开关等）所造成的含油废水是由于法兰连接处泄漏引起的。
6．其他废水
其他废水包括锅炉的排污水，锅炉火侧和空气预热器的冲洗废水，凝汽器和冷却塔的冲洗废水、化学监督取样水和实验室排水，消防排水，轴承冷却排水，炉烟脱硫废水以及贮煤、输煤系统的排水等等。
火力发电厂的贮煤、输煤系统，通常占用厂区很大一部分面积，而且是露天或半露天式的。因此，当对输煤系统及贮煤场地进行冲洗或天然降水时，就会产生相当数量的废水。
7．生活废水
生活污水是指厂区职工与居民在日常生活中所产生的废水，它包括厨房洗涤、沐浴、衣服洗涤、卫生间冲洗等废水。生活污水量根据厂区职工的生活用水量和居民居住区的用水量来确定。而职工生活用水标准一般按每人每班为25~35L，小时变化系数为3.0~3.5。淋浴水标准每人每班为40~60L，其延续时间为1.0小时，职工*大班人数为职工总数的80%。居住区生活标准每人每班为180L，小时变化系数为2.0，其延续时间为24小时。
三、各种废（污）水对环境的影响
1．澄清设备排放的泥浆废水
这部分废水的污染物上生水在混凝、澄清、沉降过程中产生的，其化学成分与原水水质和加入的混凝剂等因素有关。主要有CaCO3、CaSO4、Fe（OH）3、Al（OH）2、Ca（OH）2、Mg（OH）2、MgCO3、各种硅酸化合物和有机杂质等。泥浆废水中的固体杂质含量在1%~2%左右，其废水量一般为处理水量的0.1%~0.5%。这种废水排入天然水体，不仅会增加天然水体的碱性物质含量，而且也增加水的浑浊程度。
2．过滤设备的反洗排水
过滤设备反洗排出的废水，其废水量大约是处理水量的3%~5%，水中悬浮物的含量可达300~1000mg/L。据有关资料估算，一台直径为3.0m，滤层高度为1.1m的过滤设备反冲洗时，可排出20~80kg的泥浆。这种废水排入天然水体主要是增加水的悬浮物含量，使水更加浑浊。
3．离子交换设备的再生、冲洗废水
离子交换设备在再生和冲洗时，会产生一部分再生废水，其废水量大约为处理水量的1%左右。这部分废水虽然水量不大，但水质很差。如阳离子交换设备用酸（H2SO4或HCl）再生时，再生过程中大约有50%的水量上酸性废水，其平均酸度为0.3%~0.5%。阴离子交换设备用碱（NaOH）再生时，再生过程大约有25%的水量是碱性废水，碱的浓度平均大约为0.5%~0.7%。以上两种再生废水中还含有大量的溶解固体物，平均含盐量为7000~10000mg/L。钠离子交换设备再生时，再生废水的含盐量可高达50000~70000mg/L，总硬度达100mmol/L，其中主要有Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-及少量Fe2+和SO42-等离子。
凝结水精处理设备排出的废水只占处理水量的很少一部分，而且污染物质的含量都比较低，主要是热力设备的一些腐蚀产物，再生时的再生产物以及NH3、酸、碱、盐类等，这主要决定于精处理设备的型式和运行条件等，如设置有覆盖过滤设备时，排水中就会含有较多的纸浆纤维（或木质素）以及铜、铁等腐蚀产物。
如将再生、冲洗废水排入天然水体，不仅会增加水中的重金属含量和含盐量，而且会改变水体的PH值。水的PH值过高或过低，都会影响水生生物的生长，有时还会对输送管道和设备引起沉积物沉积或腐蚀。
4．含油废水
油珠在废水中的存在形态有三种：悬浮态油珠，其粒径大于25µm，可借助本身与水的密度差上浮于水面，所以可用沉降法进行分离；乳化油珠，其粒径在0.5~2.5µm之间，不易用沉降法去除，必须用气浮法或混凝法去除；溶解态油珠，其粒径小于1.0µm，所以用一般物理法（如离心法，过滤法，浮选法等）不易进行分离。目前含油废水的主要问题是水中含油量和含酚量超标。
含油废水排入天然水体，且超过一定限量时，一部分轻的石油就会在水面上形成一层油膜，破坏天然水体的自然爆气条件，而重的石油就会沉于水体底部，从而影响水中动植物群体的正常活动，甚至死亡。为此，渔业水体规定石油类产品的允许浓度只有0.05mg/L。
5．冲灰废水
冲灰废水中杂质的成分不仅与灰、渣的化学成分有关，而且还与冲灰水的水质，锅炉的燃烧条件、除灰与冲灰方式及灰水比等因素有关。对粉煤灰的化学分析表明，其化学成分不仅有：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等氧化物，而且还有少量的诸、砷、汞、铅的化合物、氟的化合物和硅的化合物等。当水和灰、渣接触时，灰、渣中的这些矿物质便溶解于水中，从而产生了冲灰废水。
冲灰废水排入天然水体，不仅会增加水中悬浮物的含量，而且会使一些重金属或有毒元素超过排放标准。目前我国灰场溢流水主要是悬浮物、PH值和氟化物含量超过排放标准。
6．化学清洗废水
化学清洗过程中所产生的废水，其化学成分浓度大小与所采用的药剂组成以及锅炉受热面上被**赃物的化学成分和数量有关。目前国内常用的化学清洗剂有HCl、H2SO4、HF、HNO3、氨化EDTA、氨化柠檬酸、蚁酸、羟基二酸、低分子有机混合物、NaOH、NaNO2、Na3PO4以及各种有机缓蚀剂。因此，在这种废水中除含有酸、碱、盐及有机物之外，还含有大量的重金属、有机毒物以及重金属与清洗剂之间形成的各种复杂的络合物或螯合物等。
停炉保护因所采用的化学剂大都上碱性物质，如NaOH，氨水、联氨、磷酸三钠，NH4HCO3、（NH4）2CO3及碳酸环已胺等，所以排放的废水都呈碱性，且含有一定数量的铁、铜的化合物。
以上两种废水排入天然水体，不仅会改变水的PH值，而且会增加水的含盐量，重金属（铁）及有机物等。由于两种废水都是非经常性废水，具有排放集中、流量大，水中污染物成分和浓度随时都在变化的特点，所以处理比较困难，往往需要几步处理之后才能达到排放标准。
7． 锅炉排污废水
这部分废水的水质与锅炉补给水的水处理工艺及锅炉参数和停炉保护措施等有很大关系，如亚临界参数的锅炉，除PH值在9.0~9.5呈微碱性外，其余水质指标都非常好，如电导率大约为10µS/cm，悬浮物<50mg/L，SiO2<0.2mg/L,Fe<3.0mg/L,Cu<1.0mg/L,所以这部分排水是完全可以回收利用的。但对于只采用钠离子交换水处理工艺及停炉保护不当的情况，这部分废水往往PH值、悬浮物、重金属子含量等几个指标都不合格。
8．烟气脱硫废水
当炉烟中的含硫量过大时，往往会造成周围环境污染，甚至形成酸雨，这时必须设置炉烟脱硫装置，由此产生炉烟脱硫废水，这种废水大都呈酸性，并含有较多的悬浮物、重金属、COD和氟化物等，这主要取决于燃料的含硫量和脱硫工艺等因素。
目前我国采用的炉烟脱硫装置不多，还刚刚处于起步阶段。据美国一电厂采用湿式石灰/石灰石脱硫系统，其排放废水的水质为：PH值=3.04~10.7。溶解固体物为3200~15000mg/L，硫酸盐720~1000mg/L，氟化物为420~4800mg/L，COD为60~390mg/L。说明废水中的PH值、氟化物和COD等指标均不合格。
9． 锅炉火侧和空气预热器冲洗废水
锅炉火侧的冲洗废水含氧化铁较多，有的是以悬浮颗粒存在，有的溶解于水中。如在冲洗过程中采用有机冲洗剂，则废水中的COD较高，超过排放标准。
空气预热器的冲洗废水，其水质成分与燃料有关。当燃料中的含硫量高时，冲洗废水的PH值可降至1.6以下。当燃料中砷的含量较高时，废水中的砷含量增加，有时高达50mg/L以上。
下面是美国一电厂空气预热器冲洗废水的水质：铁为3287mg/L；铅为247mg/L；镁为101mg/L；铜为8.33mg/L；钙为329mg/L；氯化物为6.6mg/L；硅酸盐为9264mg/L；总悬浮固体为175mg/L（部分已沉淀）；总溶解固体为15762mg/L，PH为2.5。以上数据说明，这种废水的PH值，悬浮物、重金属等均有可能超过排放标准。
10．生活污水
生活污水的水质成分主要取决于居民的生活状况、生活习惯以及生活水平（如用水量等），它往往含有大量的有机物，如蛋白质、油脂和碳水化合物等。如将其排入天然水体，会使水中COD剧增，甚至引起富营养化。
11．凝汽器、冷却塔冲洗废水
凝汽器在运行中，可在铜管（或不锈钢管）内形成垢或沉积物，如在停机检修期间用清洗剂清洗，也会产生一定的废水。这部分废水的PH值、悬浮物、重金属、COD等指标往往不合格。
冷却塔的冲洗废水主要含有泥沙、有机物、氯化物（加Cl2）、粘泥等。排入天然水体会使有机物含量增加和浊度上升。
12．煤场排水和输煤系统冲洗排水
这种废水中的污染物主要是煤的碎末及其污染物，外观呈黑色或暗褐色，悬浮国体和COD两个指标都较大，而且还含有一定数量的焦油成分（如酚）及少量重金属。煤场排水通常呈酸性，其PH值在3.0左右，这主要是因为煤中含有硫化物所致。由于这种废水呈酸性，所以煤中的一些金属元素如铁、砷、锰及氟化物等也会在水中溶解。
因此，这种废水排入天然水体，不仅增加水体的悬浮物、COD和重金属离子，而且会改变水的PH值。
