循環(huán)冷卻水處理基礎概念

1、循環(huán)冷卻水處理基礎概念李飛雁2006年6月5日循環(huán)冷卻水處理水的基本知識水，是極性分子,溶解能力很強O-2H+H+d d+ +d d- -水中的主要物質 陰離子：SO4 -2 ,Cl-,HCO3-,SiO3-2 etc 陽離子：Ca2+,Mg2+,Na+,K+ Fe2+, etc 溶解氣體：O2,CO2,etc 有機物：微生物，油脂等 懸浮顆粒：泥沙膠體等 水中陰離子的總當量數和陽離子的總當量數相等水質分析項目及含義 電導率 總堿（M堿度） pH 硬度 鈣硬 濁度 總溶固電導率 電阻率的倒數稱為電導率，單位是s/cm2 電導率僅決定于水中離子的多少和性質。代表了水中的含鹽量,因此電導率越高水中

2、含鹽量越高。 表示水中含鹽量的另一單位是總溶解固體（TDS），其單位是ppm 對普通水、爐水、冷卻水在20oC 、 pH 中性情況下，TDSppm0.7電導率s/cm堿 度堿度指水中能與強酸發(fā)生中和反應物質的總量。一般水中堿度由氫氧化物、碳酸鹽、重碳酸鹽組成，稱為總堿度?？倝A度在甲基橙指示劑變色的等當點時所需的酸量 HCO3- + CO32- + OH- M堿度堿度只存在于pH=4.3以上pHpH = - log10(H+ mol/l)pH是水中氫離子濃度的負對數硬度 一般將水中鈣、鎂離子稱作硬度，鈣離子叫鈣硬度，鈣、鎂離子總量叫總硬度。 硬度分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。 總硬度與總堿度之差

3、叫負硬度。濁度 濁度是表示水中的懸浮物及膠體對光透過時所發(fā)生的阻礙程度 濁度根據測量方法的不同分為三種l直射光測定：單位為ppml折射光測定：單位為 FTUl散射光測定：單位為 NTUl濁度的各單位間無法進行換算 指水中溶解物質的總量。它也可以理解 為水中的含鹽量。 溶解于水中的鹽類，陰離子的總當量數 和陽離子的總當量數相等?？側芄炭側芄趟刑妓猁}平衡H2 O +CO2H2 CO3 H+HCO3- H+ CO3-2PH與碳酸鹽平衡密切相關 PH的變化會引起各類碳酸鹽比例變化，外界引起某種碳酸鹽的濃度變化也使PH變化循環(huán)冷卻水處理 循環(huán)水系統(tǒng)類型 循環(huán)水系統(tǒng)中要解決的問題 循環(huán)水處理效果的評價

4、水處理方案的實施 納爾科的水處理 循環(huán)水處理常見問題及處理循環(huán)冷卻水系統(tǒng)類型 一次冷卻系統(tǒng) 閉路循環(huán)冷卻水l冷凍水系統(tǒng)l熱水系統(tǒng) 敞開式循環(huán)冷卻水循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的問題腐蝕微生物結垢微生物循環(huán)冷卻水的腐蝕及其控制 腐蝕的定義 腐蝕是金屬轉變成金屬氧化物的過程l陽極：Fe Fe2+2el陰極：2H2OO24e 4OH- l金屬在水中的腐蝕是電化學腐蝕e-e-e-FexOyOH-OH-O2鐵腐蝕微電池H2OH2OH2OO2Fe2+陰極（氧減少）陽極（金屬流失）腐蝕的常見類型 腐蝕的形式：根據腐蝕時腐蝕面積的大小，可分為以下幾種l一般腐蝕l局部腐蝕 點蝕 電偶腐蝕 氧濃差腐蝕 不銹鋼應力破裂影響腐蝕

5、的因素lpH （堿度）l溫度l水的流速l含鹽量l腐蝕性氣體l微生物pH對腐蝕的影響腐蝕的危害 腐蝕產物成為軟垢的一部分，增加軟垢 損壞設備 縮短設備壽命 增加維修費用腐蝕的控制 使用耐腐蝕材料，不易被氧化 在金屬表面形成耐腐蝕層，隔斷與水的接觸。 采用陰極、陽極保護。 使用緩蝕劑，對金屬進行鈍化。 避免不同金屬的直接接觸。常用的緩蝕劑 緩蝕劑是在金屬表面形成一層膜，隔離金屬與水的接觸而達緩蝕目的。 緩蝕劑的類型有沉淀膜型、氧化膜型、金屬離子沉淀膜型、吸附膜型。常用緩蝕劑 沉淀膜型 聚磷酸鹽(六偏磷酸鈉 三聚磷酸鈉 ） 正磷酸鹽 焦磷酸 有機磷酸鹽 鋅鹽 硅酸鹽 氧化膜型 如鉻酸鹽 鉬酸鹽 亞硝

6、酸鹽 鎢酸鹽 金屬離子沉淀膜型 苯并三氮唑 （BTA) 甲基苯并三唑 (TT) 巰基苯并噻唑(MBT)冷卻水中的沉積物及其控制水中常見沉積物：水垢、污泥、生物粘泥 水垢是水中的溶解鹽類結晶析出沉積在金屬表面的物質（主要是硬度成分）。 污泥是泥沙微生物殘骸黏土膠體等沉積物 生物粘泥是專指以微生物代謝物、殘骸及菌團形成的沉積物垢形成的原因 水中所含鹽類本身溶度積很小。 循環(huán)水溫度高，成垢鹽類的溶解度隨溫度的上升而下降 水在暴氣過程pH上升，鹽類溶解度下降 水被濃縮后，離子濃度上升，超過溶度積，并超過過飽和度。鈣、鎂、鈉離子的溶解度對照化合物ppm as CaCO332 oF (0 oC)212 o

7、F (100 oC)鈣HCO31620分解CO321513SO4212901250鎂HCO337,100分解CO3210175SO42170,000356,000鈉HCO338,700分解CO3261,400290,000Cl-225,000243,000OH-370,000970,000SO42-33,600210,000水的結垢性判斷 Langlier飽和指數、Ryznar穩(wěn)定指數 飽和PHs 的計算 PHs =PK2_- PKps+PCa+2+P堿度 飽和指數PH PHs 0 有碳酸鈣沉積趨勢 =0 既無沉積又無腐蝕 0 腐蝕 Ryznar穩(wěn)定指數2 PHsPH 水的結垢趨勢判斷（續(xù)）

8、穩(wěn)定指數 水的趨勢 9.0 不允許的腐蝕結垢的危害 阻礙熱交換器的熱傳導效率 降低水流量甚至堵塞管路或換熱器 引起垢下腐蝕 增加能耗和維修費用結垢引起的制冷機能耗制冷量（冷噸）：300制冷效率（千瓦/冷噸）0.55電費（元）： 1循環(huán)量（噸/小時）200作業(yè)時間（小時/天）：24年作業(yè)日：365垢厚度增加能耗增加 費用（元/年） 0.01英寸/0.25毫米10%144,540.00 0.02英寸/0.5毫米20%289,080.00 0.03英寸/0.75毫米30%433,620.00 0.04英寸/1毫米40%578,160.00 微生物能量標準導熱率垢樣導熱率(W/MKo)銅401碳酸鈣2

9、.26-2.93硫酸鈣2.31磷酸鈣2.60磷酸鎂2.16磁性氧化鐵2.88菌膜0.63菌膜是比碳酸鈣更好的絕緣體:結垢形成機理 離子濃度超飽和生成沉積物分子 有結晶核可使結晶生成 碰撞接觸增多使結晶長大 結晶長大后形成沉積，附著金屬表面阻垢分散劑作用原理閥值效應（Threshold)阻垢分散劑控制垢沉積，并非按化學當量進行。幾個ppm藥劑能控制幾百個ppm的鈣離子。阻垢劑 作用原理 螯合作用 晶格崎變 分散作用晶格畸變常用阻垢分散劑 含膦酸基團的有機化合物，兼有阻垢緩蝕性能 常用的有膦酸鹽 膦酸酯等 聚羧酸類水溶性聚合物 丙稀酸的聚合物 馬來酸的聚合物污泥 污泥是水中的懸浮物塵粒、微生物殘骸

10、、油等沉積而成。 污泥通常沉積在水流慢的地方 表面粗糙處 有粘性的地方污泥和生物粘泥的危害 非常類似于結垢 為結垢提供晶核 為微生物生長提供條件 堵塞管道污泥生物粘泥的控制 良好的緩蝕、阻垢和微生物控制方案可適當減少污泥、粘泥 物理(旁濾，在線過濾等)和化學方法相互配合旁濾裝置 旁濾裝置的過濾量通常為循環(huán)量的5循環(huán)水中微生物及控制 微生物種類 細菌 真菌 藻類微生物的危害 微生物引起的粘結物導熱性差難以清除 生物粘泥導致垢下腐蝕。 微生物引起金屬的腐蝕 直接引起金屬腐蝕（鐵細菌、硫酸鹽還原菌） 產酸類細菌（硫桿菌、硝化菌） 微生物的控制方法 常用殺生劑l氧化性殺生劑l非氧化性殺生劑l生物分散劑

11、氧化性殺生劑 鹵素及鹵酸鹽 臭氧 二氧化氯 氯化異氰尿酸鹵素類殺生劑在水中的反應X = Cl, Br, or IX2 + H2O HOX + HX HOX H+ + OX-ActiBrom -更好的氧化性殺菌劑更好的氧化性殺菌劑 HOBr H+ + OBr HOBr + NH3 H2NBr + H2O HOBr + H2NBr HNBr2 + H2O HOBr + HNBr2 NBr3 + H2O pH對殺生劑活性的影響pH6.06.57.07.58.08.59.09.510.0% HOCl or HOBr0102030405060708090100Log Kill (cfu/ml)01234

12、56Chlorine KillBromine KillHalogens非氧化性殺生劑 季胺鹽 酰胺 有機硫 異噻唑啉酮 醛類 生物酶制劑 生物分散劑異噻唑啉酮 作用目標：所有的好氧菌和厭氧菌，藻類、真菌 與微生物細胞內的蛋白質或酶的硫基發(fā)生反應 反應速度：慢（412小時）但持續(xù)作用時間長N7330殺生示意圖-SH groups- NH2 groupsCell wallCytoplasmicmembraneCoagulation-COOH groupsN-7330DNA殺生劑使用注意事項 藥劑濃度、加藥周期 不同藥劑交替使用 季節(jié)因素 藥劑的相容性循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行循環(huán)水系統(tǒng)運行參數l循環(huán)量l

13、蒸發(fā)量l補充水量l排污量l保有水量l 溫差l濃縮倍數參數間近似計算公式lE=R T /lB=E/(K-1)lM=EB蒸發(fā)排污補充水冷卻水系統(tǒng)的運行管理原則 盡可能高的濃縮倍數l保證處理效果的情況下盡量提高濃縮倍數，節(jié)約用水，降低水處理成本 良好的緩蝕、阻垢和微生物控制（化學處理）l保證設備使用壽命、延長檢修周期l保持能耗水平濃縮倍數l濃縮倍數循環(huán)水離子濃度/補充水離子濃度 補充水量/排污量l濃縮倍數代表水的再利用率濃縮倍數的產生補充水循環(huán)水蒸發(fā)排污濃縮倍數與補水、排污量的關系濃縮倍數1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 M/R %5.2 3.5 2.6 2.3 2.2 2.1

14、 2.0 B/R % 3.4 1.7 0.8 0.5 0.4 0.3 0.2控制濃縮倍數的意義 提高濃縮倍數，補水、排污量下降，節(jié)約用水，降低藥劑成本 濃縮倍數與腐蝕結垢控制有直接關系濃縮倍數的控制方法 控制排污水量（水表控制）消除直排水和泄漏 控制循環(huán)水電導率或離子濃度循環(huán)冷卻水的化學處理 合適的緩蝕劑防止腐蝕 合適的阻垢劑防止結垢 合適的分散劑防止粘泥垢 合適的殺菌劑控制微生物生長保持穩(wěn)定的藥劑濃度 自動化的加藥設備 隨時檢測系統(tǒng)中藥劑濃度并根據需要補充投加藥劑的模式實施自動化加藥的原因 由于循環(huán)水的運行和處理為一連續(xù)的過程，因此，化學水處理也必須適應該過程 藥劑投加量過多或過少均會對系統(tǒng)

15、造成有害的影響及浪費 人工加藥濃度波動大，有安全方面的問題普通的自動加藥設備補充水補充水回系統(tǒng)回系統(tǒng)12排污排污/ /取樣取樣控制效果USLLSLTRASAR/電導率控制自動加藥21排污排污/ /取樣取樣補充水補充水回系統(tǒng)回系統(tǒng)110 ppmTRASAR1255 umhos7.35 pH排放排放是一種用于自動加藥控制和系統(tǒng)診斷的熒光示蹤技術 ExcitationEmission熒光產生的原理熒光產生的原理TRASARScale/corrosion inhibitorPolymerTRASAR因子是一種添加在納爾科化學品中的熒光物質Product DosageFluorescence Inten

16、sity040806020100TRASAR的熒光強度與化學品濃度保持一致處理效果USLLSL水處理效果的評定指標 腐蝕監(jiān)測腐蝕率l方法：在線直讀腐蝕率儀腐蝕掛片測試； 監(jiān)測換熱器管l標準：（碳鋼） 國標：小于0.125毫米/年（5 mpy） 中石化：化工0.075,煉油0.1毫米/年 納爾科：小于0.075毫米/年（3 mpy） 黃銅：0.004毫米/年 不銹鋼0.002毫米/年水處理效果的評定指標（續(xù)）沉積速率（粘附速率）l方法：監(jiān)測換熱器管l國標：結垢速率20MCM（mg/ cm2 .月）l中石化：化工15MCM 煉油20MCMl在線污垢熱阻儀測試污垢熱阻3104m2小時。C/千卡 水處

17、理效果的評定指標（續(xù)） 微生物控制l細菌總數:l標準：小于105個/毫升l生物粘泥量：l標準： 5 ml/m3l中石化: 化工 3ml/m3 煉油 5ml/m3Legionella:軍團菌：10（新加坡）0.1(英國）國內水處理簡介 藥劑使用情況 加藥方式和監(jiān)測 藥劑供應 存在問題 循環(huán)水系統(tǒng)設計不合理 水處理效果不夠好 濃縮倍數不高 自動化程度低 國內水處理急需解決的問題 節(jié)省用水 提高水處理效果 加藥及管理自動化納爾科的水處理特點 完善的水處理理論 多年研究并不斷發(fā)展的產品系列 先進的監(jiān)測控制技術lWELCHEM:自動控制電導率排污lNCM100:在線腐蝕率監(jiān)測lTRASAR3000&am

18、p;3D TRASAR：在線自動監(jiān)測、控制加藥 針對客戶條件專門制定的水處理方案l適合不同水質情況的多樣化的水處理化學品納爾科的水處理特點（續(xù)） 現(xiàn)場專家服務 服務體系六個服務標準l人員調查，系統(tǒng)調查，方案操作手冊，服務計劃，服務報告和業(yè)務總結l應急服務 技術支持l蘇州、新加坡和美國的實驗室和研究中心l電子 通訊設計水處理方案要點 了解用戶情況 水質數據（包括豐水、枯水期） 循環(huán)水系統(tǒng)工況 裝置的工藝條件 現(xiàn)有水處理設施 水處理管理情況 用戶存在的問題實施化學水處理方案的要點 有針對性的水處理方案 適當的加藥方式l自動加藥、加藥量平穩(wěn) 必要的監(jiān)測手段l監(jiān)測指標和一定的頻率 控制l及時調整各個指

19、標確保受控 故障排除l準確的判斷問題和解決問題。水處理方案的實施步驟 清洗預膜 清洗預膜注意事項 水質的濁度、總鐵 PH值 鈣離子濃度 其它水處理方案的實施步驟（續(xù)） 常規(guī)處理 常規(guī)處理任務是控制好水質指標 需控制的水質指標如下（控制指標根據 選定的處理方案定） 需要監(jiān)測控制的水質項目項目單位指標項目單位指標PH總磷ppm電導率S/cm2正磷ppm濁度ppm溶鋅ppm鈣硬度ppm總鐵ppm總硬度ppm余鹵ppm總堿度ppm細菌總數個/ml氯離子ppm濃縮倍數水質控制指標與腐蝕、結垢的關系 PH 藥劑濃度 濁度 總鐵離子 鈣硬度和總堿度 氯離子 余鹵 細菌總數 濃縮倍數冷卻水處理常見問題的判斷和處理 腐蝕問題 狀況 ：監(jiān)測的腐蝕速率超標，掛片呈局部腐蝕或點蝕明顯。；水中