工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)管理基礎培訓

1、page 1 of 16 工業(yè)循環(huán)冷卻水水質(zhì)管控- 基礎知識培訓一、 水質(zhì)監(jiān)控指標檢驗項目gb50050-2007 dg/tj08-2081-2011 昱真公司開式系統(tǒng)開式系統(tǒng)閉式系統(tǒng)開式系統(tǒng)閉式系統(tǒng)酸堿度 (ph) 6.89.5 7.59.5 8.010.0 8.09.5 8.010.0 電導率 ( s/cm)/ 4,000 / 3,000 / 總溶解固體 (mg/l) / / / 2,000 1,000 全堿度 (mg/l) caco3計/ / / 600 / 總硬度 (mg/l)caco3計/ / / 800 / 鈣硬度 (mg/l)caco3計/ / / 500 / 鈣硬度 +全堿度

2、(mg/l) 1,100 1,500 / / / 氯離子 (mg/l) 1,000 1,000 1,000 1,000 / 濁度 (ntu) 20 30 20 20 20 總鐵 (mg/l) 1.0 1.5 2.0 1.0 1.0 銅離子 (mg/l) 0.1 0.2 0.2 0.2 0.2 細菌總數(shù)（個 / ml) 1*105 1*1051*1031*1051*103濃縮倍數(shù)36 / / 36 10 時幾乎停止腐蝕，即所謂進入鐵材質(zhì)的鈍化區(qū)。所以在小型工業(yè)鍋爐及熱水鍋爐系統(tǒng)gb 規(guī)定的 ph 值為 1012，因為這些系統(tǒng)都是全鐵系統(tǒng)，高 ph 值起到良好防止金屬鐵材質(zhì)腐蝕作用。反之水的 ph

3、 值越低對金屬鐵材質(zhì)腐蝕性越強。水對金屬銅 （包括各類銅合金） 的腐蝕機理為 ph 值在 8.59.0 為鈍化區(qū)， 腐蝕速率最慢，當ph9.0 及8.5 時隨酸堿性越大，腐蝕性越強。結垢問題：水對系統(tǒng)熱交換面的結垢態(tài)勢分析為ph 值越高結垢趨勢越嚴重，反之即越弱，當 ph9.0 及6.0 時隨酸堿性越大，細菌藻類的活躍性越差。工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)控制菌藻的page 3 of 16 主要目的是避免因細菌藻類快速繁殖產(chǎn)生大量生物黏泥（熱阻）影響設備熱交換，并非為環(huán)衛(wèi)角度。綜上分析：采用6.87.5的酸性水處理管理模式（加酸處理）客觀上對防垢有利，對防腐及抑制菌藻不利；采用7.58.5 的中性水處理管理模

4、式客觀上均衡于防垢及防腐，不利于抑制菌藻；采用8.59.5 的堿性水處理管理模式客觀對防腐及抑制菌藻有利，不利于防垢。在開式系統(tǒng) gb 提供的是一個大范圍指標區(qū)間，因在全國范圍內(nèi)給水源水質(zhì)、各類設備系統(tǒng)狀況及各水處理公司技術存在較大差異，采用任一（酸中堿）模式客觀上各有利弊。我們歸納選定ph 值管控區(qū)間一般需參考以下因素：給水源水質(zhì)因素：結垢傾向水質(zhì)可選用中性模式（特定的嚴重結垢傾向水質(zhì)，在無軟化預處理工藝時，可采用酸性模式） ；腐蝕傾向水質(zhì)可選用堿性模式；含較多細菌藻類有機物水質(zhì)（如再生水、地表水）亦適宜選用堿性模式。例如：上海地區(qū)自來水屬于弱腐蝕傾向水質(zhì)，dg/tj08-2081-2011

5、指標即設定 7.59.5 ，可選用中性或堿性模式，但不可選用酸性模式。系統(tǒng)工況因素：已存在較為嚴重腐蝕的系統(tǒng)，為加強抑制腐蝕趨勢惡化可選用堿性模式；設備換熱處溫度較高的，為延緩結垢趨勢可選用中性模式（當前新技術存在高溫下使用特定堿性模式取得良好效果情況）。藥劑機理因素：公司藥劑自身阻垢技術能力強的一般選擇堿性管理模式，防腐技術能力強的page 4 of 16 一般選擇中性管理模式。綜上所述，在長三角地區(qū)以自來水給水的開式系統(tǒng)，采用堿性管理模式是當前水處理技術的發(fā)展趨勢。因為從水對整體系統(tǒng)的危害性評估，腐蝕問題具有不可逆性且破環(huán)程度較結垢問題嚴重的多，并且隨化學水處理技術的發(fā)展，越來越多的新研發(fā)

6、的復配藥劑使得阻垢能力越來越強，即使在較高堿性水質(zhì)情況下依然可以保障系統(tǒng)熱交換面不結生水垢。昱真公司在開式系統(tǒng)以控制ph 值在 8.59.5 的堿性管理模式為主， 因為昱真的復配藥劑具備了水質(zhì)穩(wěn)定及水質(zhì)軟化的雙重阻垢功能。不過在特定條件的系統(tǒng)同樣也會因地制宜的采用中性甚至酸性管理模式。因此開式系統(tǒng)循環(huán)水的 ph 值選定取決于最終設計的水處理解決處理方案。閉式系統(tǒng)： gb50050-2007 無閉式系統(tǒng)水質(zhì)指標， dg/tj08-2081-2011指標8.010.0 。密閉系統(tǒng)只要沒有工藝耗水及機械失水，循環(huán)水較少補充水，水質(zhì)也基本無濃縮。因此，密閉系統(tǒng)最主要是腐蝕問題，其次是細菌黏泥問題，結垢

7、問題一般可忽略。按上述水對系統(tǒng)的腐蝕、結垢及菌藻問題危害注釋，采用密閉系統(tǒng)需全部采用堿性水處理管理模式來強化防腐及抑制菌藻，因為不用顧及結垢問題dg/t指標甚至將上限放寬到10.0。昱真公司在閉式系統(tǒng)管控時選取dg/t 指標區(qū)間的上限即9.010.0 ，再配合緩蝕藥劑的防腐功效，可取得在日常不用投加殺菌藥劑的情況下良好的延緩金屬腐蝕速率及抑制細菌繁殖的效果。page 5 of 16 2. 總硬度：總硬度定義：總硬度間接表示水中高價金屬離子含量。其中天然水中的高價金屬離子主要是ca2+（鈣離子）、mg2+（鎂離子），所以通常天然水的總硬度即指 ca2+、mg2+含量之和。硬度分類：總硬度 = 鈣

8、硬度 + 鎂硬度總硬度 = 碳酸鹽硬度（亦稱暫時硬度）+ 非碳酸鹽硬度（亦稱永久硬度）硬度單位：總硬度（單位）為毫摩爾 /升（mmol/l ） ，換算成習慣的毫克 /升（mg/l）為1 mmol/l = 50 mg/l （以 caco3計）通常鈣硬度及鎂硬度可通過檢測ca2+、mg2+含量取得，也可以鈣硬度與鎂硬度之和為總硬度， 其中鈣硬度約占 2/3，鎂硬度約占 1/3，通過檢測總硬度后簡單折算?？刂茦藴剩篻b50050-2007 ：鈣硬度 +全堿度（以 caco3計）1,100 mg/l ；因為硬度與堿度是相互作用的，所以gb 沒有設定單獨的硬度控制指標，為監(jiān)控方便起見，目前我們通常將其拆

9、分成鈣硬度 500 mg/l （或總硬度 800 mg/l ） 、全堿度 600mg/l 為單獨控制指標。同時 gb 中對當傳熱面水側壁溫大于70條件下，要求鈣硬度 200 mg/l ，這是起一定建議指導作用，即換熱溫度較高的工況系統(tǒng)，可能單純的化學水處理藥劑難以取得良好的阻垢效果，可考慮對給水或循環(huán)水進行系統(tǒng)外軟化處理，page 6 of 16 使水質(zhì)的硬度減低以緩解結垢趨勢。dg/tj08-2081-2011 ：鈣硬度 +全堿度（以 caco3計）1,500 mg/l ；其較 gb指標寬松，也沒有附件溫度條件。 這是因為由上?？照{(diào)水系統(tǒng)特定條件設定的。首先，上海的空調(diào)水系統(tǒng)普遍使用的本地自

10、來水作給水源，其屬于弱腐蝕傾向水質(zhì)；其次空調(diào)工況系統(tǒng)的傳熱面水側壁溫大多在4050 間?？刂朴捕鹊囊饬x：循環(huán)水系統(tǒng)結垢主要受兩個因素影響：傳熱面水側壁溫、飽和結垢物質(zhì)濃度；傳熱面水側壁溫越高，結垢趨勢越快，因此蒸汽鍋爐水系統(tǒng)都需要采用軟化水給水。飽和結垢物質(zhì)濃度越大（即硬度數(shù)值越大），碳酸鹽及非鹽酸鹽析出在換熱面結垢趨勢越快。因此需要控制設定硬度在一定數(shù)值范圍內(nèi)，而該指標也是化學水處理藥劑正?？善鸬搅己米韫感Ч慕缦?。以上所有表述均針對的是開式系統(tǒng)，而閉式系統(tǒng)原則上不用監(jiān)測硬度指標（gb及 dg 均無規(guī)定），這是因為閉式系統(tǒng)循環(huán)水無濃縮問題，而硬度數(shù)值的上下主要與濃縮成正比關系。3. 全堿度：

11、全堿度定義：水中能與強酸（hcl、h2so4）發(fā)生中和作用的所有堿性物質(zhì)的總含量。其中天然水中的堿度成份主要是hco3-及少量的 co32-和 hsio3-。控制標準：gb50050-2007 ：鈣硬度 +全堿度（以 caco3計）1,100 mg/l ；與硬度一樣， gb 沒有設定單獨的控制指標， 我們通常設定為全堿度 600mg/l為單獨控制指標。page 7 of 16 閉式系統(tǒng)原則上同樣不用監(jiān)測堿度指標（gb 及 dg 均無規(guī)定） 。4. 硬度與堿度的關系 ：水中陰、陽離子組合關系：天然水中的硬度主要是ca2+、mg2+（陽離子）其次是如na+，堿度主要是hco3-、co32-（陰離子

12、）其次如so42-、cl-。出于判斷水質(zhì)的需要，將它們組合成假想化合物，其組合原則是優(yōu)先組合成溶解度小的化合物，依次再組合成溶解度大的。 其陽離子順序是ca2+、mg2+、na+，陰離子順序是 hco3-、so42-、cl-。天然水中的硬度成份首先與堿度成份組合成碳酸鹽硬度（即暫時硬度ca（hco3）2、 mg（hco3）2，如 ca2+、mg2+還有剩余，則再組合成非碳酸鹽硬度（即永久硬度 ca so4、mgso4及 cacl2、mgcl2） ，如 hco3-有剩余，則與 na+組合成 na hco3，即為負硬度，亦稱鈉堿度。5. 水垢生成過程及阻垢控制：受熱分解：ca（hco3）2 受熱

13、caco3+ h2o + co2 mg（hco3）2 受熱 mg（oh）2 + 2co2 初始的 caco3及 mg（oh）2 叫“水渣”，大部分的“水渣”沉淀可通過有效排污排出水系統(tǒng)， 而濃縮過高（析出量超出飽和濃度時） ，會不斷堆積在換熱面由非晶體到無定形晶體并由小變大成為結晶體，這時就在換熱面形成為了碳酸鹽水垢。溶解度降低：page 8 of 16 大部分的結垢物質(zhì)，如caco3、ca so4、casio3等，都是隨溫度升高而溶解度降低的，這樣在換熱溫度最高部位沉積成水垢。水質(zhì)穩(wěn)定劑阻垢機理：常見的有“有機膦酸鹽”、有機聚羧酸鹽“復配成份水處理藥劑，通過“螯合” 、 “晶格曲張” 、 “

14、凝聚分散”等綜合作用，減少小顆粒 caco3晶體有效相互碰撞而增大，提高小顆粒晶體的“溶解性”，產(chǎn)生一些較大的非晶體顆粒，乃至使水垢變得松軟易被水沖刷而分散，從而起到良好的阻垢功效。水質(zhì)軟化劑阻垢機理：常見的有含“腐殖酸鈉“復配成份水處理藥劑，其可通過“腐殖酸鈉“的羧基或氛羥基上的 na+與水中的 ca2+、mg2+進行離子交換， 生成的腐殖酸鈉鈣及腐殖酸鈉鎂沉淀，從而使水質(zhì)得到軟化。同時軟化劑一般也具備一定的阻止晶體增大及增加水渣流動性的作用，從而起到良好的阻垢功效。6. 綜合 ph 值、總硬度、全堿度指標關聯(lián)與開式系統(tǒng)阻垢管控的幾項基本原則：1) 首先，需要通過控制冷卻水濃縮在適宜倍數(shù)，將

15、總硬度數(shù)值控制在指標內(nèi)（即800 mg/l ） 。其作用為緩解因結垢物質(zhì)濃度過高，碳酸鹽及非鹽酸鹽大量析出，使在換熱面結垢趨勢客觀加劇；避免因總硬度遠大于全堿度，在組合成碳酸鹽硬度后繼續(xù)生成大量非碳酸鹽硬度，非碳酸鹽水垢不易被清除；避免因結垢物質(zhì)析出過量，而超出水處理藥劑的阻垢功效范圍。2) 其次需要保持循環(huán)水中的全堿性濃度與總硬度濃度較為接近。其作用為確保硬度與堿度的化合物主要以碳酸鹽硬度析出，因大部分沉淀在未形page 9 of 16 成晶體前為水渣形式，具有良好流動性以可通過有效排污排出系統(tǒng)，從而加大緩解換熱面成垢速度；提高循環(huán)水堿度，水質(zhì)的ph 值亦會同步上升，可起到增大防腐作用。為使

16、水中硬度與堿度較為接近方式，從開式系統(tǒng)節(jié)水減排的原則上，主要是通過投加堿性水處理藥劑來提高堿度，而非依靠大量排換水來降低硬度。3) 再次控制全堿度在指標內(nèi) （即 600mg/l ） ，即需要適量投加堿性水處理藥劑。因為 ph 值是全堿度一部分，全堿度增大，ph 值也會同步上升，開式系統(tǒng) ph 值在有銅系統(tǒng)需 9.5，這是防止對銅材質(zhì)造成腐蝕趨勢加劇。4) 除通過調(diào)控水質(zhì)的 ph 值、總硬度、全堿度數(shù)值及有效關聯(lián)外，選用質(zhì)優(yōu)的復配水質(zhì)穩(wěn)定劑可起到提高阻垢功效作用。如在配合選用質(zhì)優(yōu)的復配水質(zhì)軟化劑可起到進一步提高濃縮（節(jié)水減排）及在高硬給水的特定條件下依然有良好的阻垢保障。7. 電導率：電導率定義

17、：最簡便及間接的水中含鹽量表示方法。因為水中溶解的大部分鹽類都是強電解質(zhì)，它們在水中全部電離成離子，所以可以利用離子的導電能力來判斷水中含鹽量的高低?？刂茦藴剩洪_式系統(tǒng)gb50050-2007無控制指標， dg/tj08-2081-2011指標為 4,000 s/cm。為分析循環(huán)水中的含鹽量及循環(huán)水的濃縮，可根據(jù)給水源的電導率數(shù)值，自行設定一個開式系統(tǒng)的循環(huán)水電導率指標，一般可取給水源數(shù)值的page 10 of 16 510 倍，如目前長三角地區(qū)自來水給水大多在300 800 s/cm，因此可自行設定開式系統(tǒng) 3,000 s/cm。閉式系統(tǒng)因為沒有濃縮， gb50050-2007 及 dg/t

18、j08-2081-2011 無控制指標。控制電導率的意義：循環(huán)水中不同離子對設備水系統(tǒng)造成不同的程度腐蝕及結垢危害，這些離子濃度越高（即含鹽量過高）將同時對設備系統(tǒng)的腐蝕及結垢危害越大，因此需要加以適當控制?？刂频姆绞街饕ㄟ^管網(wǎng)排換水來調(diào)控。調(diào)控方式：可采用人工在排換水，也可采用設備在線電導檢測聯(lián)動電磁閥設定區(qū)間自動控制。8. 總溶解固體：總溶解固體定義：指已經(jīng)經(jīng)過懸浮固體分離的濾液，經(jīng)蒸發(fā)、干燥所得的殘渣。因其近似與含鹽量，有時也直接將其稱為總含鹽量?？刂茦藴剩洪_式及閉式系統(tǒng)gb50050-2007 及 dg/tj08-2081-2011均無控制指標。自定設定為標準、意義及方式與電導率控制

19、一樣，不再累敘。總溶解固體與電導率關系：以溫度25時為準，電導率與總溶解固體大致成正比關系，約1 s/cm = 0.550.6 mg/l ，溫度每變化 1，大約變化 2%，溫度高于 25取負值，反之取正值。9. 氯離子 ：氯離子是一種腐蝕性最強的陰離子，它可起到水溫、 水流等腐蝕的催化作用、page 11 of 16 破壞金屬表面保護膜以及引發(fā)不銹鋼應力腐蝕?？刂茦藴剩洪_式系統(tǒng)：gb50050-2007 指標為 1,000 mg/l ， 在傳熱面水側壁溫大于70條件下，要求 700mg/l 。dg/tj08-2081-2011指標為 1,000 mg/l 。閉式系統(tǒng)： gb50050-2007

20、及 dg/tj08-2081-2011均無控制指標。循環(huán)水濃縮倍數(shù)計算及控制：因為在水中的氯離子較為穩(wěn)定，所以較為準確的計算濃縮的方式是取循環(huán)水的氯離子含量與原水的比值。 由此設定氯離子指標過高會加劇系統(tǒng)金屬腐蝕，而太低則需通過大量排換水達到。此外大多殺菌劑（尤其強氧化性的）均為含氯化合物，大量投加則會加劇對系統(tǒng)金屬腐蝕。10. 濁度 ：濁度是間接表示水中懸浮物及膠體含量的指標。因為懸浮物測定方式較為繁瑣，因此通過無濁水稀釋成各種登級的標準液與原水進行對比是通用性強且簡單的測定方式?？刂茦藴剩洪_式系統(tǒng)： gb50050-2007指標為 20ntu ，在板式、螺旋式換熱系統(tǒng)要求10ntu 。dg

21、/tj08-2081-2011指標為 30ntu 。閉式系統(tǒng)： gb50050-2007無控制指標， dg/tj08-2081-2011為20ntu 。控制濁度的意義：水中各類懸浮物顆粒、有機物膠體及生物黏泥等較為容易在系統(tǒng)水緩處（尤其設備換熱面）形成沉淀，造成對設備的結垢及腐蝕加劇，因此需要適當控制循環(huán)水的濁度?？刂茲岫鹊姆绞街饕桥艙Q水或過濾，如page 12 of 16 指標設定過低，即需要大量排水（浪費水資源，在密閉系統(tǒng)運行中更無法實施，所以需要在停機時進行管網(wǎng)整體水沖洗），增加過濾設備則加大水阻導致能耗上升。因此行業(yè)標準權衡利弊給予適當?shù)臐岫戎笜恕?1. 總鐵：循環(huán)水中鐵的含量一方面

22、由補充水帶入，一方面由系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)生。因此監(jiān)測循環(huán)中總鐵含量可間接反映系統(tǒng)內(nèi)的鐵腐蝕狀況?？刂茦藴剩洪_式系統(tǒng)： gb50050-2007指標為 1.0mg/l 。dg/tj08-2081-2011指標為1.5mg/l 。閉式系統(tǒng)： gb50050-2007無控制指標， dg/tj08-2081-2011為2.0mg/l 。控制總鐵的意義：因為循環(huán)中總鐵含量可間接反映系統(tǒng)內(nèi)的鐵腐蝕狀況，一旦較高，就需要提示水處理工作加強防腐管控，避免腐蝕問題持續(xù)惡化造成設備損壞管道穿孔等嚴重問題。除此之外通過適當?shù)呐艙Q水稀釋（或保持較低濃縮）也可降低循環(huán)水中總鐵的含量，但這是表象工作甚至有時會誤導對系統(tǒng)金屬腐蝕狀

23、況的判斷。金屬腐蝕具有不可逆性，化學水處理防腐功能為最大限度延緩水對金屬腐蝕，即不能改善原先已經(jīng)腐蝕的狀況也不能終止今后的繼續(xù)腐蝕。一旦系統(tǒng)管網(wǎng)已經(jīng)存在嚴重腐蝕，總鐵指標原則上是難以恢復的，尤其在運行中的密閉系統(tǒng)因為無法排換水更無法解決。因此對已經(jīng)存在嚴重腐蝕的系統(tǒng) （總鐵較高的），懸掛腐蝕掛片監(jiān)測循環(huán)水對金屬的腐蝕速率比要求總鐵指標有意義的多。目前gb 規(guī)定循環(huán)水對碳鋼、不銹剛的腐蝕速率為 0.075mm/a 、0.005mm/a 。page 13 of 16 12. 銅離子：循環(huán)水中銅離子的含量一方面由補充水帶入（較為微量），一方面由系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)生。因此監(jiān)測循環(huán)中銅離子含量也可間接反映系統(tǒng)內(nèi)

24、的銅腐蝕狀況。控制標準：開式系統(tǒng)： gb50050-2007指標為 0.1mg/l 。dg/tj08-2081-2011指標為0.2mg/l 。閉式系統(tǒng)： gb50050-2007無控制指標， dg/tj08-2081-2011為0.2mg/l ?？刂沏~離子的意義：其情況與控制總鐵基本一樣，不再累敘。目前gb 規(guī)定循環(huán)水對銅合金的腐蝕速率為0.005mm/a 。此外水中銅離子含量過高會導致鍍銅危害，因為局部電位差加劇造成基體鐵材質(zhì)腐蝕加劇。例如一些銅材質(zhì)換熱器外部的鐵材質(zhì)端蓋存在嚴重腐蝕就是這個原因。13. 細菌總數(shù)：細菌總數(shù)又稱異養(yǎng)菌總數(shù)，是指經(jīng)過培養(yǎng)在營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上產(chǎn)生肉眼可見菌落的那些

25、細菌總量，它是反應細菌滋生程度的指標。控制標準：開式系統(tǒng)： gb50050-2007及 dg/tj08-2081-2011指標為 1*105個/ml；閉式系統(tǒng)： gb50050-2007 無指標， dg/tj08-2081-2011為1*103個/ml 。控制細菌總數(shù)的意義：除一些公共設施（如賓館、商場）外，循環(huán)水系統(tǒng)控制細菌總數(shù)意義不在于環(huán)衛(wèi)角度，而是主要避免因細菌藻類快速繁殖產(chǎn)生大量生物黏泥（熱阻）影page 14 of 16 響設備熱交換，因此在開式系統(tǒng)設定的指標較為寬松。因為目前控制細菌總數(shù)的方式主要是投加殺菌劑，如果設定指標較小則需要大量投加殺菌劑，殺菌劑本身會對自然水體環(huán)境造成污染

26、（具體一定毒性， 破壞水體生態(tài)），此外上面已經(jīng)表述大多殺菌劑（尤其強氧化性的）均為含氯化合物，大量投加則會加劇對系統(tǒng)金屬腐蝕。因此凡事都有利弊應取得權衡，并非細菌總數(shù)越小越好，而是看其副作用的危害程度。細菌總數(shù)的增長取決于細菌繁殖速度與細菌總數(shù)的基數(shù)。以昱真公司的細菌總數(shù)管控經(jīng)驗，最佳的方式應把日常采用堿性水處理模式抑制細菌繁殖速度為主要手段，再輔助定期集中沖擊式投加殺菌劑來降低細菌總數(shù)的基數(shù)。這樣即可保障細菌總數(shù)在控制指標內(nèi)又最大限度的減少殺菌劑的投加。細菌及藻類的滋生主要取決于環(huán)境溫度、大氣接觸及陽光照射的因素。其中密閉系統(tǒng)因為沒有陽光，所以沒有藻類（藻類屬于水生植物，需要光合作用才會大量滋生），同時也因為與大氣環(huán)境接觸較少及溫度不適宜細菌快速繁殖，所以一般密閉循環(huán)水的細菌總數(shù)較小，同時控制指標也要求較小。三、 專業(yè)角度解讀水質(zhì)檢測分析報告的幾項基本原則1. 水質(zhì)分析報告主要是反應當前水質(zhì)對系統(tǒng)的結垢、腐蝕危