二級處理出水土壤滲濾處理后用于工業(yè)循環(huán)冷卻水研究

1、二級處理出水經(jīng)土壤含水層處理后用于工業(yè)循環(huán)冷卻水研究趙慶良1,2 *, 柳成才1, 魏亮亮1, 王琨 1,2, 邱微1(1. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150090; 2. 城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室, 黑龍江 哈爾濱 150090)摘要：利用模擬土壤柱及動態(tài)模擬實驗，研究了城市污水處理廠二級出水經(jīng)人工土壤含水層處理后回用于工業(yè)循環(huán)冷卻水過程中腐蝕及結(jié)垢狀況。結(jié)果表明，土壤含水層處理對二級出水中 SS、COD、Cl-和SO2- 4的去除率分別為95.3%、64.7%、38.5%、38.3%，但Ca2+和總硬度有一定增加。土壤含水層處理后的再生水作為循環(huán)冷卻水時，p

2、H、堿度、硬度隨濃縮倍數(shù)變化不大，和SO2- 4濃度出現(xiàn)成倍增加。使用再生水用于工業(yè)冷卻水循環(huán)過程中，冷卻管的腐蝕速率約為直接應(yīng)用二級出水和石灰混凝出水作為循環(huán)冷卻水時的1/4和1/2，結(jié)垢量較使用二級出水和石灰混凝出水時分別下降了55.1%和37.8%，且結(jié)垢致密，垢中Fe、Ca2+、550oC灼燒減重的百分含量均明顯下降。經(jīng)土壤含水層處理后的再生水回用于工業(yè)冷卻循環(huán)水時能有效控制冷卻系統(tǒng)的結(jié)垢和腐蝕問題。關(guān)鍵詞：二級處理出水；人工含水層處理；循環(huán)冷卻水；結(jié)垢；腐蝕 Reusing Secondary Effluent as Circulating Cooling Water after T

3、reatment with Soil-Aquifer TreatmentZhao Qing-liang 1, 2, Liu Cheng-cai 1, Wei Liang-liang 1, Kun Wang 1, 2, Wei Qiu 1,2(1. School of Municipal & Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China; 2. State Key Laboratory of Urban Water Resources and Environment (SKL

4、UWRE), Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)Abstract: Soil column and dynamic simulator were used to study the scaling and corrosion of reusing secondary effluent as cooling water after treatment with soil-aquifer treatment (SAT). Experimental results indicated that SAT operation wou

5、ld lead a removal efficiency of 95.3, 64.9, 38.5 and 38.3% for SS, COD, and SO2- 4, and meaningful for the scaling and corrosion controls, while Ca2+ was accumulated and resulted in an increase of hardness. When the effluent of SAT was recirculated as cooling water, no obvious changes of pH, alkalin

6、ity and hardness were observed, while Cl- and SO2- 4 were doubly accumulated in comparison with the secondary effluent. As compared with using the secondary effluent and lime coagulated effluent, the corrosion rate of using the SAT effluent decreased 3/4 and 1/2, respectively. Moreover, the fouling

7、rates decreased 55.1% and 37.8%. In addition, the percentage of Fe, Ca2+ and 550oC incandesce weight reduction of the SAT effluent related fouling showed a significant decrease. Thus, it is feasible to use the SAT effluent as cooling water. Keywords: Secondary effluent reusing; soil aquifer treatmen

8、t; circulating cooling water; scaling; corrosion隨著我國城市水資源供應(yīng)的日趨緊張和城市污水處理技術(shù)的高度發(fā)展，將城市污水處理廠二級出水進行工業(yè)循環(huán)冷卻水利用對解決我國城市缺水問題意義顯著1。該回用能夠?qū)⒍壋鏊看蠹?、水質(zhì)水量穩(wěn)定的特點和工業(yè)循環(huán)冷卻水水資源消耗量大、水質(zhì)要求低的特點很好結(jié)合起來2,3,4。然而，二級出水在工業(yè)循環(huán)冷卻使用過程中容易產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)垢及腐蝕等問題5,6，故二級出水進行工業(yè)循環(huán)冷卻水回用之前，需采用必要的深度處理技術(shù)，如石灰混凝法、膜法、活性炭處理法等7,8,9。目前的研究很少涉及到將二級出水經(jīng)土壤含水層處理(SAT)

9、后用于工業(yè)循環(huán)冷卻水的研究，而該技術(shù)卻具有廉價、高效，基建費用低等優(yōu)點10。本文針對這一問題展開研究，以期達到對二級出水的廉價高效回用和對冷卻水系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢的有效防治。2. 實驗材料與材料2.1 實驗水質(zhì)本實驗用水取自哈爾濱市W污水處理廠二級生化處理出水，原污水主要以生活污水為主，此外還含少量工業(yè)廢水。水樣取回后用棕色瓶盛裝于4的條件下保存。2006年6月至2007年6月間，20次(n=20)取水的水樣水質(zhì)參數(shù)如表1所示。表1 W污水處理廠二級出水水質(zhì)參數(shù)項目數(shù)值范圍項目數(shù)值范圍COD (mg/L)45.353.6DOC (mg/L) 7.410.7pH7.317.82堿度 (mg/L)73

10、.8111.3總硬度 (mg CaCO3/L)161.2200.3SS (mg/L)821Cl- (mg/L)74.381.4SO42- (mg/L)35.355.3NH4+-N (mg/L)1.323.5COD (mg/L)2867NO3-N (mg/L)8.417.2NO2-N (mg/L)02.012.2 模擬土壤含水層處理系統(tǒng)本實驗通過構(gòu)建1.5 m土壤柱來模擬SAT處理實驗。土壤柱由有機玻璃制成(內(nèi)徑10 cm、高150 cm)。土壤柱裝填土采自松花江干涸的河床，并用篩子篩去粒徑大于2 mm的土壤顆粒。土樣自然風(fēng)干后均勻混合，然后以1.45 g/cm3干容重分層裝填到柱內(nèi)，每3cm裝

11、填一層，并進行夯實直至達到要求的高度。實驗溫度基本保持在20oC左右。進水由蠕動泵提升進入土壤柱系統(tǒng)。該系統(tǒng)在2 cm水頭的壓力流條件下運行。系統(tǒng)采用7天濕期/7天干期運行。土壤柱出水用于后續(xù)的工業(yè)循環(huán)冷卻水模擬實驗裝置。2.3 工業(yè)循環(huán)冷卻水模擬裝置工業(yè)循環(huán)冷卻水模擬裝置主要由換熱器、集水池和冷卻塔三部分組成(圖1)。換熱器(500mm×150mm×400mm)采用耐腐蝕金屬制成，外襯保溫材料。換熱器內(nèi)加裝熱電偶感應(yīng)器繼電器聯(lián)合控制蒸汽溫度，采用LBZ 型轉(zhuǎn)子流量計控制循環(huán)水流量。集水池和冷卻塔采用有機玻璃制成，集水池容積100 L，冷卻塔高500 mm，直徑200 mm

12、，采用聚丙烯鮑爾環(huán)作填料，并加設(shè)鼓風(fēng)機增加冷卻效果。采用直徑10 mm×1 mm 無縫A3 鋼管作為試驗用管。動態(tài)模擬實驗分為三組對比實驗，分別將W污水處理廠二級出水、二級出水經(jīng)石灰混凝處理所得深度處理出水和經(jīng)過SAT處理所得再生水作為循環(huán)冷卻水。動態(tài)模擬試驗周期為30d，待實驗裝置開機穩(wěn)定后，每隔1h測量換熱器進出口溫度以及蒸汽溫度各一次，每天早9:00取樣分析，待分析的水質(zhì)參數(shù)有pH值、Cl、SO、堿度、Ca2+、總硬度等。圖1 冷卻水動態(tài)循環(huán)模擬裝置2.4 單因素腐蝕實驗為了減小其他因素的影響，單因素影響腐蝕試驗以二級出水水質(zhì)參數(shù)為依據(jù)，以實驗室配水模擬二級水水質(zhì)，再依次變化配

13、水中影響設(shè)備腐蝕的相關(guān)離子濃度，采用靜態(tài)旋轉(zhuǎn)掛片法進行模擬實驗。靜態(tài)旋轉(zhuǎn)掛片失重法選用A3碳鋼型標(biāo)準(zhǔn)試片，該標(biāo)準(zhǔn)試片尺寸為72.4±0.1×11.5±0.1×2.0±0.1 mm，表面積20.0 cm2。以氨基三亞甲基膦酸（ATMP）作為緩蝕劑，靜態(tài)投加量50mg/L。實驗條件見表2。表2 腐蝕實驗條件試液溫度（）試片轉(zhuǎn)速（r/min）試片線速度（m/s）實驗時間（h）試液體積與試片表面積之比（mL/cm）40±1 1200.19 7230 腐蝕速率采用下式計算： 式中 m試片的質(zhì)量損失，g； m0試片酸洗空白實驗的質(zhì)量損失平均值，g

14、； A試片的表面積，cm2； D試片的密度，g/cm3； T試片的實驗時間，h； 8760與1年相當(dāng)?shù)男r數(shù)； 10與1 cm相當(dāng)?shù)暮撩讛?shù)。實驗采用NaCl、Na2SO4、NaNO3、NaHCO3、Ca(OH)2及葡萄糖配置不同濃度的溶液，進行掛片試驗，來研究Cl-、SO42-、NO3-、堿度、Ca2+及BOD對冷卻水系統(tǒng)腐蝕的影響。2.5 冷卻水結(jié)垢實驗方法 冷卻水結(jié)垢實驗采用碳酸鈣沉積法，以ATMP作為阻垢劑，靜態(tài)實驗投加量20mg/L。實驗條件見表3。表3 阻垢實驗條件實驗溫度（）Ca2+濃度（mg/L）HCO3-濃度（mg/L）實驗時間（h）80±1240732 10冷卻水阻

15、垢率可采用下式進行計算： 式中 加入影響因素的試液試驗后的鈣離子濃度，mg/L；空白試液試驗后的鈣離子濃度，mg/L；0.240實驗前配制好的試液中鈣離子濃度，mg/L。本實驗中在研究Ca2+對冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢趨勢的影響時，實驗采用CaCl2配制不同濃度的Ca2+溶液，并控制每個水樣中的HCO3-離子量為732mg/L；而在研究HCO3-對冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢趨勢的影響時，實驗采用NaHCO3配制不同濃度的HCO3-溶液，控制每個水樣中的Ca2+離子量為240mg/L。3.實驗結(jié)果與討論3.1 不同污染因子對工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕影響如圖2所示，Cl-、SO42-和NH4+-N對試片的腐蝕作用明顯，如

16、當(dāng)Cl-濃度小于20 mg/L時，系統(tǒng)的腐蝕速率<0.125mm/a的國家標(biāo)準(zhǔn)，但當(dāng)Cl-濃度達到50 mg/L時，腐蝕速率達到0.432mm/a，超過標(biāo)準(zhǔn)2倍多，與Cl-相似的是，當(dāng)SO42-<20mg/L時，腐蝕速率基本穩(wěn)定在0.125 mm/a的范圍內(nèi)，但當(dāng)濃度超過20 mg/L后，隨著SO42-濃度的上升，冷卻水系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。因此，建議控制工業(yè)冷卻回用水中Cl-及SO42-含量在20 mg/L之內(nèi)。與Cl-和SO42-相比較，NH4+-N對冷卻水系統(tǒng)的腐蝕作用更加明顯，如當(dāng)NH4+-N濃度達到8 mg/L時，其對應(yīng)的腐蝕速率已超出國家標(biāo)準(zhǔn)0.125 mm/a (達到0

17、.131 mm/a)，并且隨著NH4+-N濃度的增加其腐蝕速率迅速增加。因此，在再生水回用過程中，必須有效控制氨氮濃度，以有效減少再生水對冷卻水系統(tǒng)的腐蝕作用。圖2 不同污染因子對工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕速率分布圖以葡萄糖為代表的BOD類有機物對系統(tǒng)有明顯的腐蝕作用，但與Cl-、SO42-和NH4+-N相較，其腐蝕速率明顯較低。從圖2可以看出BOD類物質(zhì)對冷卻水系統(tǒng)的腐蝕情況可以分為0-15 mg/L和15-30 mg/L兩個不同的階段。由于二級處理出水作為回用水水源用于工業(yè)冷卻水回用過程中，二級水中的BOD值基本上小于15 mg/L，故BOD類物質(zhì)對冷卻水系統(tǒng)的腐蝕作用相對較小。NO3N對冷

18、卻水系統(tǒng)的腐蝕情況與BOD類物質(zhì)相似，當(dāng)其濃度小于10 mg/L時，其對試片的腐蝕速度低于國家標(biāo)準(zhǔn)；但隨著NO3-N濃度的增大，腐蝕速率最終達到0.279mm/a，超出標(biāo)準(zhǔn)一倍多，說明NO3-N對冷卻水系統(tǒng)存在一定的腐蝕性，這主要是因為隨著冷卻水系統(tǒng)中NO3-N濃度增大，使得溶液中的Fe3+濃度增加，從而促進金屬鐵溶解為Fe2+并加速碳鋼的腐蝕。Ca2+對冷卻水系統(tǒng)的腐蝕作用相對較小，基本上低于0.125 mm/a國家標(biāo)準(zhǔn)。從圖2可看出，當(dāng)Ca2+在較低的濃度范圍內(nèi)(Ca2+<50mg/L)時，冷卻水系統(tǒng)的腐蝕速率隨著Ca2+濃度的增加而減??；當(dāng)Ca2+>50mg/L后，腐蝕速率隨

19、著其濃度的增大又呈現(xiàn)出增大的趨勢，但到150mg/L時，仍小于空白實驗的腐蝕速率，表明較低濃度的Ca2+對冷卻水系統(tǒng)的腐蝕有抑制作用。但當(dāng)水中的Ca2+濃度過高時，會與水中的陰離子生成大量的沉淀物在金屬表面不均勻沉積，造成垢下腐蝕，在一定程度是會加速金屬腐蝕。3.2 不同污染因子對工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕影響研究如圖3所示，控制冷卻系統(tǒng)水樣中的HCO3-離子量為732 mg/L時，隨著Ca2+濃度的增加冷卻水的結(jié)垢量不斷增大，相應(yīng)的阻垢劑的阻垢率迅速降低。這主要是由冷卻水系統(tǒng)中大量生成的CaCO3所致，因此，Ca2+和HCO3-的水解程度成為控制污垢生成量的兩個重要參數(shù)。當(dāng)實驗控制每個水樣中的

20、Ca2+離子量為240 mg/L，并改變水樣中的HCO3-的含量(NaHCO3配制)，隨著HCO3-濃度的增大，冷卻系統(tǒng)的結(jié)垢量迅速增加，而當(dāng)HCO3-濃度較低時，水中的HCO3-幾被消耗殆盡。除了Ca2+以外，PO43-也是引起冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢的主要影響因素之一。冷卻水中未加入PO43-時，冷卻水的阻垢率高達77.5%；而當(dāng)PO43-分別未10 mg/L及20 mg/L時，其阻垢率分別下降至60.2%和47.1%；當(dāng)PO43-為100 mg/L時，系統(tǒng)阻垢率僅為18.8%。這主要與PO43-能夠跟冷卻水中的Ca2+結(jié)合，形成沉淀所致。與之形成鮮明對比的是，NH4+-N對冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢具有很強

21、的抑制作用，當(dāng)冷卻水系統(tǒng)中的NH4+-N濃度從0增加值15 mg/L時，冷卻水系統(tǒng)阻垢率從78.6%迅速增至90.3%。圖3 不同污染因子作用下工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)阻垢率的分布圖Fig. 3 Effects of different factors on the anti-scaling rate of the cooling system3.3后續(xù)處理對二級出水中各污染物去除及其對冷卻水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的影響污水處理廠二級出水經(jīng)石灰混凝處理及SAT土壤柱處理后水質(zhì)如表4所示。與石灰混凝處理相比較，SAT處理能更有效的降低二級出水中的COD、Cl-、NH4+-N、及SS的濃度(去除率分別為70.6%

22、、38.3%、96.0%、38.5%及95.3%)，但NO3-N、Ca2+、總硬度和堿度較石灰混凝處理出水明顯升高(特別是SAT處理出水中Ca2+及總硬度較二級水出現(xiàn)了增長)。由于Cl-、NH4+-N、等對冷卻設(shè)備的腐蝕起到主導(dǎo)作用，較高含量的COD及SS在冷卻水中容易形成帶負(fù)電荷的懸浮物質(zhì)而產(chǎn)生粘泥沉積物，故SAT處理出水對該類物質(zhì)的有效去除對控制回用工業(yè)循環(huán)冷卻水過程中設(shè)備的腐蝕意義明顯。雖然SAT處理出水中NO3-N、Ca2+、總硬度和堿度值相對較高，但由于該類物質(zhì)對冷卻系統(tǒng)的腐蝕作用較小，所以，單純的從腐蝕角度來看，SAT處理再生水作為工業(yè)循環(huán)冷卻水效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的石灰混凝工藝，能夠

23、有效防止冷卻管過水面積減小及冷卻系統(tǒng)的腐蝕。表4 二級出水經(jīng)石灰混凝處理及SAT處理后水質(zhì)狀況水質(zhì)參數(shù)二級處理出水石灰混凝出水SAT處理出水出水去除率（%）出水去除率（%）Ca2+(mg/L)60.245.324.885.5-41.9總硬度(mmo/L)3.82.825.85.2-38.7pH7.69.87.6Cl-(mg/L)80.279.31.249.438.5SO42- (mg/L)52.448.27.932.338.3PO43- (mg/L)5.91.672.70.789.0NH4+-N (mg/L)11.24.758.50.595.9NO3N (mg/L)11.67.931.910.

24、78.1總堿度(mmol/L)3.52.140.02.527.4COD (mg/L)52.331.440.015.470.6SS(mg/L)16.93.877.40.895.3SAT出水中硬度及鈣離子濃度有一定上升(可能與土壤中的鈣鹽溶出有關(guān))會導(dǎo)致冷卻水回用過程中結(jié)垢量的增加，但由于SAT較石灰混凝處理能更有效去除其中的PO43-含量，故在一定程度上能控制了結(jié)垢的產(chǎn)生。用飽和指數(shù)及水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù)對水質(zhì)穩(wěn)定性進行評價，石灰混凝處理及SAT處理出水結(jié)果如表5所示。表5 土壤含水層處理水質(zhì)穩(wěn)定性項目飽和指數(shù)L結(jié)垢腐蝕傾向穩(wěn)定指數(shù)R水質(zhì)穩(wěn)定性原水-0.15腐蝕6.42腐蝕石灰混凝出水1.20結(jié)垢5.4

25、2結(jié)垢SAT出水0.88結(jié)垢5.82結(jié)垢可見經(jīng)石灰混凝處理及SAT處理后，再生水水質(zhì)由腐蝕型變成輕微的結(jié)垢型，并且石灰混凝出水的結(jié)垢性強于SAT出水。由于在SAT出水較二級出水其它污染因子濃度下降明顯，而飽和指數(shù)與穩(wěn)定指數(shù)沒有反映其他結(jié)垢或腐蝕物質(zhì)的性質(zhì)，故實際上SAT處理出水在回用工業(yè)循環(huán)冷卻水的過程中效果應(yīng)更優(yōu)于石灰混凝處理出水。3.2 模擬冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)變化規(guī)律控制冷卻水的濃縮倍數(shù)在15之間，實驗水質(zhì)變化規(guī)律如圖4所示。由于在運行過程中部分循環(huán)水通過冷卻塔被蒸發(fā)，循環(huán)水中易溶鹽的濃度開始增加，難溶鹽則產(chǎn)生沉積得以從冷卻水中去除。圖4 冷卻水水質(zhì)參數(shù)（a）pH, (b) 硬度, (c)

26、堿度, (d) 氯離子, (e) Ca離子, (f) 硫酸根離子變化情況由圖4(a)可知，實驗過程中pH值較穩(wěn)定，維持在8.6左右，滿足GB50050-95工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范中要求(7.09.2)。此時圖4(c)中堿度絕大部分以HCO- 3形式存在。在運行過程中總硬度和堿度濃度較穩(wěn)定，隨濃縮倍數(shù)改變較小(圖4(a,b)。因為HCO- 3鹽的濃度受著兩個方面的因素制約其濃度發(fā)生大的變化：一方面，循環(huán)水的部分蒸發(fā)引起鹽分積累，濃度升高；另一方面，重碳酸鹽易分解生成CaCO3沉淀物，濃度降低。另外由整個實驗過程中總硬度與堿度減少量(即原水中濃度乘以濃縮倍數(shù)后與冷卻水中物質(zhì)濃度的差值)幾乎同步

27、，并且析出的物質(zhì)量比剛好符合生成碳酸鈣的化學(xué)計量數(shù)?？梢耘袛嘣谶\行過程中有大量的CaCO3生成，且析出的硬度(主要是Ca2+)應(yīng)全部或絕大部分生成了CaCO3。由圖4(d)和(f)可知，以SAT出水作為工業(yè)循環(huán)冷卻水過程中，Cl-和離子濃度隨濃縮倍數(shù)成倍增加，說明在運行過程中二者并未被消耗。因為Cl-所形成的鹽中，絕大部分都是易溶于水的，在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中幾乎沒有將其去除，所以其在冷卻水中的濃度隨著濃縮倍數(shù)的增加而積累。對于，一般認(rèn)為它會因生成CaSO4沉淀以固態(tài)從冷卻水中去除或因硫酸鹽還原作用以氣態(tài)形式從冷卻水中去除，說明在此過程中因為冷卻水中的溶解氧含量較高，因而硫酸鹽還原菌在冷卻水中活性

28、很小，對的去除作用較小。3.3 土壤滲濾出水對冷卻水系統(tǒng)的腐蝕影響將SAT系統(tǒng)出水應(yīng)用于循環(huán)模擬裝置，并與直接應(yīng)用二級水及石灰混凝出水時的腐蝕情況作對比分析得到結(jié)果如表6所示。表6 冷卻管的腐情況項目長(mm)半徑(mm)厚(mm)表面積(mm2)時間(h)腐蝕速率(mm/a)平均腐蝕速率(mm/a)SAT出水1#20100.16283.197200.090.0862#15100.14712.397200.083#10100.13141.597200.09石灰混凝出水1#20100.16283.197200.150.1602#15100.14712.397200.183#10100.13141

29、.597200.14二級水1#20100.16283.197200.350.3362#15100.14712.397200.353#10100.13141.597200.31采用石灰混凝處理出水作為冷卻水時的腐蝕速率只有0.16mm/a，是直接應(yīng)用二級水作冷卻水1/2左右，但此時的腐蝕速率已經(jīng)超過GB50050-95中規(guī)定的0.125mm/a?？梢娫谔幚磉^程中雖然去除掉了大量的堿度和硬度和部分SS，但因?qū)?、等溶解性離子的去除效果并不十分理想，因而未能達到很好的防腐的作用，在實際運行中應(yīng)注意防腐。采用SAT系統(tǒng)出水時腐蝕速率只有0.086 mm/a，是直接應(yīng)用二級水作冷卻水1/4左右，是采用石灰

30、混凝出水的1/2左右，并且遠小于GB500500-95規(guī)定的0.125 mm/a。可見在處理過程中去除掉大量的SS、等對緩解系統(tǒng)的腐蝕起到了很好的作用。3.2.3 土壤含水層處理出水對冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢影響分析分別用二級水、石灰混凝出水和SAT系統(tǒng)出水作為循環(huán)冷卻水，冷卻管的結(jié)垢情況如圖5所示?？梢钥闯?，二級水作為工業(yè)循環(huán)冷卻水過程中，所產(chǎn)生的污垢主要由Fe鹽(46.9%)、有機物(14.8%)及Ca鹽(2.3%)組成。除此之外實驗中也測得在污垢中還有少量的Mg、Cu、等金屬。圖5 石灰混凝出水和SAT出水用于工業(yè)冷卻水循環(huán)利用過程中所結(jié)垢特征分布采用石灰混凝處理出水作冷卻水時，產(chǎn)生的污垢總量下

31、降了27.8% (表7)。污垢中的Fe、Ca及有機物的含量均有一定程度的下降。污垢中的Fe元素大部分來自冷卻管溶出的Fe離子，因此污垢中Fe元素質(zhì)量下降表明冷卻系統(tǒng)的腐蝕速率下降，同時因污垢中的有機物含量降低，所產(chǎn)生的垢結(jié)構(gòu)更加致密，粘泥量得到了較好的控制。當(dāng)采用SAT系統(tǒng)出水作為循環(huán)冷卻水時，污垢中的Fe的百分比及絕對質(zhì)量分別下降了9.1%和63.8%，表明系統(tǒng)的腐蝕得到了有效控制。由圖5可知，采用SAT系統(tǒng)出水作為冷卻水時，污垢中Fe的質(zhì)量只有0.36g，而同樣條件，當(dāng)采用二級水及石灰混凝出水時，垢中的Fe的質(zhì)量則分別為1.01g和0.68g。即SAT出水用于工業(yè)循環(huán)冷卻水較二級水和石灰混

32、凝出水能有效抑制冷卻水系統(tǒng)腐蝕。550oC灼燒減重可以在一定程度上代表污垢中有機物的含量。采用SAT系統(tǒng)出水作為循環(huán)冷卻水時，垢的灼燒減重只占總重的8.7%，Ca占10.1%。而采用二級水時二者百分含量則分別為14.8%和2.3%。SAT出水用于冷卻水時污垢中較高的Ca的含量由SAT出水中較高的硬度有關(guān)。 表7 冷卻管結(jié)垢情況分析項目垢密度(g·cm-3）平均垢厚(mm)污垢沉積率(mg·cm-2)垢重(g)二級出水0.710.9130.702.16石灰混凝出水1.200.385.421.56SAT出水1.280.2225.310.97由表6可知，直接應(yīng)用二級出水時產(chǎn)生的污垢量較大，密度較小，相應(yīng)的平均垢厚度也較大，其附著在管壁上，使冷卻管的過水面積減少。當(dāng)污垢中有機物含量高時，污垢的體積大，沉積在金屬表面的不單純是碳酸鈣垢，而是摻雜有類似生物粘泥類的污垢，結(jié)構(gòu)松散且多孔，會造成管壁附近氧濃度不均，引起氧濃差電池的局部腐蝕。采用SAT系統(tǒng)出水時冷卻管壁上的垢是比較均勻、致密的，由垢中的有機物含量少和高含量的Ca和Fe所致。實際上，在運行過程中循環(huán)冷卻水在熱交換器中進行熱交換時，冷卻水溫度升高，水中的鈣離子將同重碳酸根作用反應(yīng)生成碳酸鈣、二氧化碳和水。碳酸鈣在水中的溶解度較低，因此碳酸鈣首先在過熱的熱交換器壁面上沉積下來，形成碳酸鈣垢。碳酸鈣垢沉積于金屬表面上是