水處理設(shè)備技術(shù)在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

1、水處理設(shè)備技術(shù)在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng) 用探討馮小麗（神華神東電力有限責(zé)任公司，中國 北京100033）【摘要】通過對工業(yè)企業(yè)循環(huán)冷卻水冷卻原理及運行障礙產(chǎn)生的三 類危害分析，結(jié)合水處理技術(shù)的現(xiàn)狀，對水垢控制、污垢控制、腐蝕 控制、微生物控制常見方法進行了闡述，提出循環(huán)水化學(xué)處理應(yīng)重視 化學(xué)清洗、預(yù)膜處理及日常水處理工作，并說明了工作原理和工作重 點。針對循環(huán)水系統(tǒng)排污水近零排放技術(shù)及循環(huán)利用技術(shù)進行了論述， 探討了利用反滲透法將排污水脫鹽處理后， 與新鮮水共同作為循環(huán)水 系統(tǒng)補充水的方法，有助于提高循環(huán)水濃縮倍率，降低耗水量，實現(xiàn) 廢水零排放，減少環(huán)境污染，提高經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞 循環(huán)冷卻水；水

2、處理技術(shù)；阻垢緩蝕劑；反滲透；趨零排 放1循環(huán)冷卻水的概念及原理1.1 循環(huán)冷卻水的概念循環(huán)冷卻水是指通過換熱器交換熱量或直接接觸換熱方式來交換介 質(zhì)熱量并經(jīng)冷卻塔涼水后循環(huán)使用，以節(jié)約水資源。一般情況下，循 環(huán)水是中性和弱堿性的，pH值控制在79之間1。在與介質(zhì)直接接 觸的循環(huán)冷卻水具有酸性或堿性（pH10.0）的情況，一般較少。1.2 循環(huán)水的冷卻原理循環(huán)水的冷卻是通過水與空氣接觸，由蒸發(fā)散熱、接觸散熱和輻射散 熱三個過程共同作用的結(jié)果。1）蒸發(fā)散熱：水在冷卻設(shè)備中形成大大小小的水滴或極薄的水膜，擴大其與空氣的接觸面積和延長接觸時間加強水的蒸發(fā)，使水汽從水中帶走氣化所需的熱量從而使水冷卻。

3、2）接觸散熱：水與較低溫度的空氣接觸，由于溫差使熱水中的熱量 傳到空氣中，水溫得到降低。3）輻射散熱：不需要傳熱介質(zhì)的作用，而是由一種電磁波的形式來 傳播熱能的現(xiàn)象。這三種散熱過程在水冷卻中所起的作用， 隨空氣的物理性質(zhì)不同而異。 春、夏、秋三季，室外氣溫較高，表面蒸發(fā)起主要作用，在冬季，由 于氣溫降低，接觸散熱的作用增大。2循環(huán)冷卻水運行障礙產(chǎn)生的危害冷卻水在循環(huán)系統(tǒng)中不斷循環(huán)使用，由于水溫升高、流速變化、蒸發(fā)、 各種無機離子和有機物質(zhì)的濃縮，冷卻塔和冷卻水池在室外受到陽光 照射、風(fēng)吹雨淋、灰塵雜物的進入，以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材料等多種因 素的綜合作用，會產(chǎn)生很多問題。2.1 水垢附著 在循環(huán)冷

4、卻水系統(tǒng)中，碳酸氫鹽的濃度隨蒸發(fā)濃縮而增加。當(dāng)其濃度 達到過飽和狀態(tài)，或經(jīng)過傳熱表面水溫升高時，會分解生成碳酸鹽沉 積在傳熱表面，形成致密的微溶性鹽類水垢，其導(dǎo)熱性能很差。因此， 水垢附著，輕則降低換熱器傳熱效率，嚴(yán)重時，使換熱器堵塞，系統(tǒng)阻力增大，水泵和冷卻塔效率下降，加快局部腐蝕，甚至造成非正常 停產(chǎn)。2.2 設(shè)備腐蝕循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，大量設(shè)備是由金屬制造，長期使用循環(huán)冷卻水， 會發(fā)生腐蝕穿孔。這是由多種因素造成的，主要有：冷卻水中溶解氧 引起的電化學(xué)腐蝕；有害離子（）引起的腐蝕；微生物引起的腐蝕等。 設(shè)備管壁腐蝕穿孔，會形成滲漏，或工藝介質(zhì)泄露入冷卻水中，損失 物料，污染水體；或冷卻水滲

5、入工藝介質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成經(jīng)濟 損失，影響安全生產(chǎn)。2.3 微生物的滋生與粘泥在循環(huán)水中，由于養(yǎng)分的濃縮，水溫升高和日光照射，給細(xì)菌和藻類 的迅速繁殖創(chuàng)造了條件。細(xì)菌分泌的黏液使水中漂浮的灰塵雜質(zhì)和化 學(xué)沉淀物等黏附在一起，形成沉積物附著在傳熱表面，即生物粘泥或 軟垢。粘泥附著會引起腐蝕，冷卻水流量減少，進而降低冷卻效率； 嚴(yán)重時會堵死管道，迫使停產(chǎn)清洗。綜上所述，冷卻水長期循環(huán)使用后，必然會帶來結(jié)垢、腐蝕和微生物 滋生問題。解決好這三個問題才能穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)約資源與能源，從而 減少環(huán)境污染，提高經(jīng)濟效益。3循環(huán)冷卻水處理技術(shù)現(xiàn)狀3.1 水垢的控制循環(huán)水系統(tǒng)中最易生成的水垢是碳酸鈣垢， 水垢

6、控制即是防止碳酸鈣 的析出，大致有以下幾類方法。1）從補充冷卻水中除去成垢的鈣、鎂離子在補充水進入循環(huán)水系統(tǒng)之前進行軟化處理，除去Ca2大Mg2+,也就形不成水垢。目前常用的軟化方法有兩種：一是離子交換樹脂法，該法適于補充水量小的循環(huán)水系統(tǒng)間或采用；二是石灰軟化法，即投 加石灰，使Ca （HCO3 2反應(yīng)生成CaCO貌淀提前析出。該方法成本 低，適于原水（尤其是暫時硬度大的結(jié)垢型原水）鈣含量高，補充水 量較大的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。2）加酸降低pH值，穩(wěn)定重碳酸鹽在循環(huán)水中加酸（通常為硫酸），降低PH直，使重碳酸鹽處于穩(wěn)定狀 態(tài)。加酸法的關(guān)鍵是控制好加酸量，否則酸量過多會加速設(shè)備腐蝕。3 ）投加阻垢

7、劑在循環(huán)水中投加阻垢劑，破壞CaCO3勺結(jié)晶增長過程，以達到控制水 垢形成的目的。目前常用的阻垢劑有聚磷酸鹽、有機多元腐酸、有機 磷酸脂、聚丙烯酸鹽等，這也是目前應(yīng)用最廣的控制水垢的方法。3.2 污垢的控制（1 ）對補充水進行預(yù)處理，降低濁度；（2 ）做好循環(huán)水水質(zhì)處理；（3）投加分散劑，可將粘合在一起的泥團雜質(zhì)等分散成微粒懸浮于 水中，隨水流流動而不沉積，從而減少污垢對傳熱的影響，部分懸浮 物還可隨排污排出；（4）增加旁濾設(shè)備，如果在系統(tǒng)中增設(shè)旁濾設(shè) 備，控制好旁流量和進、出旁流設(shè)備的濁度，就可保持系統(tǒng)長時間運行下的濁度在控制指標(biāo)內(nèi)，減少污垢形成。3.3 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)金屬腐蝕的控制1）添加

8、緩蝕劑緩蝕劑是一種用于腐蝕介質(zhì)中抑制金屬腐蝕的添加劑，它用量少，不會改變腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)，不需特殊投加設(shè)備，也不需對設(shè)備表面進行 處理。因此，使用緩蝕劑是一種經(jīng)濟效益較高且適應(yīng)性較強的金屬防 護措施。在敞開式循環(huán)水系統(tǒng)中，為了減輕環(huán)境富營養(yǎng)化的壓力，目 前更趨向于使用后面幾種有機腐酸鹽和低磷緩蝕劑。2）提高循環(huán)水的pH值提高循環(huán)水的pH值，使金屬表面生成氧化性保護膜的傾向增大，易 于鈍化，從而有利于控制設(shè)備腐蝕。提高循環(huán)水的pH值后，不可避免的帶來一些問題：循環(huán)水結(jié)垢傾向增大；設(shè)備腐蝕速度下降，但還 不能滿足要求；某些常用緩蝕劑失效。目前可通過添加專門為堿性冷 卻水處理開發(fā)的復(fù)合緩蝕劑來解決，例

9、如：聚磷酸鹽 -鋅鹽-腐酸鹽- 分散劑、聚磷酸鹽-正磷酸鹽-腐酸鹽-三元共聚物、有機多元腐酸- 聚合物分散劑-噪類、多元醇磷酸酯-丙烯酸系聚合物、HEDP-PMA。 這些水處理劑的復(fù)合配方可發(fā)揮出除垢和防腐的綜合作用，由于協(xié)同或增效作用，它比單一藥劑的單一作用，效果更顯著，這也是緩蝕劑 的發(fā)展趨勢。3）選用耐蝕材料的換熱器。4）用防腐涂料涂覆。3.4 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)微生物的控制設(shè)備選用耐蝕材料；控制循環(huán)水中的氧含量、PH值、懸浮物和微生 物的養(yǎng)料等水質(zhì)指標(biāo)；在防腐涂料中添加殺生劑，抑制微生物的生長; 采取在冷卻水水池加蓋、冷卻塔的進風(fēng)口加裝百葉窗等措施， 防止陽 光照射；設(shè)置旁流過濾設(shè)備；對補

10、充水進行混凝沉淀預(yù)處理。目前最 有效和最常用的方法則是向循環(huán)水中添加殺生劑?？傊鉀Q循環(huán)水系統(tǒng)問題的方法，在實際應(yīng)用中需要根據(jù)原水水質(zhì)、 循環(huán)水水量及溫升、補水水質(zhì)和價格、使用循環(huán)水的換熱設(shè)備材質(zhì)和 型式以及其他工況條件等實際情況，綜合考慮經(jīng)濟效益和環(huán)境效益， 選擇適宜的除垢、防腐、控制微生物的方法結(jié)合在一起，制定出經(jīng)濟、 實用、可行的循環(huán)水處理方案才能實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟合理運行。4循環(huán)冷卻水的化學(xué)處理程序化學(xué)處理技術(shù)是針對不同的水質(zhì)、設(shè)備、材質(zhì)和工藝條件等因素，選擇合理的緩蝕阻垢藥劑來抑制腐蝕、 水垢和粘泥等危害的產(chǎn)生，使水 質(zhì)穩(wěn)定，以達到預(yù)期的效果。完整地實施水處理技術(shù)，是保證循環(huán)冷

11、卻水系統(tǒng)科學(xué)、經(jīng)濟、高效運行的關(guān)鍵。如果補充水水質(zhì)較差，又要 求循環(huán)水高濃縮倍數(shù)運行，就必須對循環(huán)水的補充水進行處理。 在循 環(huán)水水質(zhì)較差時，循環(huán)水補充水可選用“部分弱酸樹脂和穩(wěn)定劑聯(lián)合 處理系統(tǒng)”。4.1 化學(xué)清洗在采用水處理技術(shù)，投加水處理劑之前，應(yīng)對循環(huán)水系統(tǒng)的換熱設(shè)備 和管道進行剝離和清洗，特別是已經(jīng)運行的老系統(tǒng)，在粘泥沉積、菌 藻滋生嚴(yán)重的狀況下，清洗尤為重要?；瘜W(xué)清洗主要機理為通過滲透、 疏松、剝離、溶解、分散、整合、晶格畸變等作用，除去水側(cè)表面的 粘附物、水垢等雜物，以達到凈化設(shè)備金屬表面的目的，為水處理的預(yù)膜和日常處理創(chuàng)造條件。4.2 預(yù)膜處理預(yù)膜是在系統(tǒng)剝離清洗之后、正常運行

12、之前水處理的一個步驟。預(yù)膜 處理是在系統(tǒng)清洗之后，向系統(tǒng)中投加一定濃度的高效預(yù)膜劑， 在設(shè) 定條件下循環(huán)運行，使之在設(shè)備金屬表面形成一層均勻致密的保護膜， 達到不易成垢和緩蝕的目的，對系統(tǒng)設(shè)備和管道起到良好的保護作用。4.3 日常水處理工作當(dāng)預(yù)膜結(jié)束后，水處理劑由高濃度轉(zhuǎn)入低濃度。日常水處理工作包括： 日常加藥和分析監(jiān)測，投加緩蝕阻垢劑以延緩腐蝕和阻止結(jié)垢， 投加 殺菌滅藻劑控制菌藻滋生及粘泥的粘附。日常加藥的目的是維持水中 藥劑濃度，以保持膜的完整性，并起到緩蝕阻垢作用和控制微生物的 生長。在操作時按照規(guī)定的水穩(wěn)劑配方并控制好指標(biāo)， 在循環(huán)水系統(tǒng) 正常運行中，需要進行處理效果的監(jiān)測，以了解水

13、質(zhì)處理的效果，并 根據(jù)每天水質(zhì)分析化驗結(jié)果，對排污水量、補充水量及加藥量進行必 要的調(diào)整，使之達到要求指標(biāo)，并控制合理的濃縮倍數(shù)。5循環(huán)冷卻水排污水近零排放技術(shù)5.1 實現(xiàn)目的降低循環(huán)水系統(tǒng)運行費用，提高設(shè)備系統(tǒng)整體管理水平；有效解決水 垢附著、設(shè)備腐蝕以及微生物的滋生與粘泥問題； 減少循環(huán)水系統(tǒng)排 污水量和補充水量，提高濃縮倍數(shù)，實現(xiàn)近零排污或少排污，節(jié)約水 資源。5.2 解決辦法探討 將原有循環(huán)水系統(tǒng)的排污水進行處理， 去除水的濁度，降低水的硬度 和鹽含量，并使處理出水的硬度低于新鮮水的硬度， 二者混合后作為 進入冷卻水池的補充水。運行一段時間后，循環(huán)水總體的鹽含量和硬 度降低，系統(tǒng)濃縮倍

14、數(shù)可逐步提高，循環(huán)水水質(zhì)逐漸變好，新鮮水用 量和排污水量不斷減少，形成系統(tǒng)的良性循環(huán)。對于發(fā)電廠，將循環(huán)水排放的濃水進行脫鹽處理， 生活污水進行生化 處理和過濾，再混入部分新鮮水作為循環(huán)水的補充水。 循環(huán)水濃水經(jīng) 過脫鹽處理后，可以全部脫去硬度，含鹽量低于新鮮水，濁度小于新 鮮水，處理運行費用低于當(dāng)?shù)氐男迈r水價格。 生活污水生化處理和過 濾后作為循環(huán)水補充水的運行費用也低于當(dāng)?shù)氐男迈r水價格，從而在循環(huán)水系統(tǒng)中，為企業(yè)取得一定的經(jīng)濟效益，而且隨著國家對水資源 價格和污水排放的控制，經(jīng)濟效益會越來越顯著。對于化工企業(yè)，由于被冷卻的介質(zhì)品種較多，介質(zhì)溫度高，循環(huán)水突 出的問題是在部分換熱器中結(jié)垢嚴(yán)重

15、， 也存在運行中含鹽量增高、細(xì) 菌滋生等問題?？商接憣⒀h(huán)水系統(tǒng)的濃水、生活污水生化處理和污 水處理場達標(biāo)排放廢水過濾脫鹽后回用， 對補充的部分新鮮水也進行 脫鹽、除硬度后使用，使整個循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)大大提高，并且由 于循環(huán)水的硬度較低，可大大降低換熱器的結(jié)垢速率，保證生產(chǎn)的正 常性和長周期運行。污水處理有多種方法可選擇，包括離子交換、電滲析法、反滲透法、 納濾、超濾和微濾、過濾以及絮凝、氧化等。反滲透法是近20年來發(fā)展起來的膜技術(shù)，現(xiàn)己被廣泛地用于水質(zhì)除 鹽和污水治理等方面。該法專門用以分離水中的分子態(tài)和離子態(tài)溶解 物質(zhì)，其實質(zhì)是向水溶液中施加巨大的壓力， 使溶劑水透過反滲透膜 成為淡水，

16、而溶質(zhì)被阻留成為濃水，由此可達到兩個目的，一是從含 鹽水中制取淡水；二是濃縮污水中的溶解態(tài)污染物質(zhì)， 處理后的污水 或直接排放或重復(fù)利用3。反滲透裝置是以分子擴散膜為介質(zhì)。以 靜壓差為推動力來分離水溶液中的物質(zhì)， 與電滲析法相比，在經(jīng)濟上 具有顯著的優(yōu)越性，電能效率較高、能耗低。離子交換法主要用于去 除水中離子化物質(zhì)，生化處理出水COD直相對較高，且大部分為非離 子型有機物，污水中的有機物與樹脂活性基團的固定離子結(jié)合力很大， 一旦結(jié)合就很難進行再生，嚴(yán)重影響再生效率和交換能力，樹脂抗氧 化劑氧化性很差。電滲析法以離子交換膜為介質(zhì)，靠離子的選擇透過 性來分離水溶液中的某些物質(zhì)。它是在離子交換技術(shù)

17、的基礎(chǔ)上發(fā)展起 來的一項新技術(shù)，它去除的也是一些電解質(zhì)物質(zhì)，但回用率較低且運 行成本很高。超濾和微濾亦屬于壓力推動的膜工藝系列，就分離范圍 而言，它補充了反滲透、納濾和普通過濾之間的空隙。超過濾是對料 液施加一定壓力后，高分子物質(zhì)、膠體、蛋白質(zhì)、微粒等被半透膜所 截留，而溶劑和低分子物質(zhì)則透過膜。超過濾的分離機理主要是膜表 面孔徑篩分機理、膜孔阻塞的阻滯機理和膜面以及膜孔對粒子的一次 吸附機理。但超濾裝置不能脫鹽，實現(xiàn)不了污水深度處理的目的。6水處理運行效果及其評定6.1 水處理后的表現(xiàn)效果(1)換熱設(shè)備和管道不再產(chǎn)生新垢，老垢在一定程度上逐步減少，管道阻力減小，泵壓降低，冷卻水流量增大，換熱

18、器效率上升，工藝 條件改善，生產(chǎn)能力提高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)量增加。(2)設(shè)備及管道的腐蝕得到有效的控制，不僅延長了設(shè)備的使用壽 命和運行投入周期，而且降低了設(shè)備腐蝕穿孔引發(fā)泄漏事故的可能性， 為生產(chǎn)的長周期安全平穩(wěn)運行提供了強有力的保障。(3)系統(tǒng)不再產(chǎn)生新菌藻，老菌藻逐步脫落。同時，附著在換熱器、 冷卻塔、水梢壁、池底、管道上的微生物粘泥、軟垢也逐漸被疏松、 剝離和分散，隨排污水一起排掉。這有效地剿滅了微生物的滋生繁殖， 阻斷了粘泥污物對系統(tǒng)的侵害。(4)涼水塔噴嘴、填料無堵塞現(xiàn)象，冷卻水量增大，噴水均勻，水 流暢通，冷卻效率提高，冷卻水進、出塔溫差變大，為工藝介質(zhì)的冷 卻達到設(shè)計要求提供了充足的低溫水量。(5)系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕和微生物等危害得到有效控制，生產(chǎn)穩(wěn)定，循 環(huán)水系統(tǒng)始終在良好的環(huán)境中安全運轉(zhuǎn)。(6)濃縮倍數(shù)提高，不僅節(jié)約了大量的冷卻用水，而且