循環(huán)冷卻水水質處理

淺議循環(huán)冷卻水水質處理劉鈺疇(南昌有色冶金設計研究院南昌330002)[內容摘要]介紹了多種循環(huán)冷卻水水質處理的方法及其基本原理，并對循環(huán)冷卻水水質處理的發(fā)展趨勢做了簡要說明。[關鍵詞]循環(huán)冷卻水結垢腐蝕水質穩(wěn)定處理在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，由于循環(huán)冷卻水長時間反復運轉和使用，通過冷卻構筑物的傳熱與物質交換，循環(huán)冷卻水與大氣接觸，從而使循環(huán)冷卻水具有以下一些明顯的特點：(1)水中游離及溶解的CO2大量逸散，當CO2的含量不足以保證重碳酸鹽的平衡時，給水管道和用水設備內就會形成CaCO3沉淀，引起系統(tǒng)內CaCO3結垢；(2)水中所含的溶解性氣體、腐蝕性鹽類與酸類等電解質與金屬接觸時，因為電解質的作用，從金屬表面析出Fe2+，使設備和管道金屬遭到破壞；(3)空氣中的污染物如塵土、雜物、可溶性氣體及換熱器物料滲漏等均可進入循環(huán)水，致使微生物大量繁殖，加速金屬的腐蝕；(4)由于補充水帶來或水在循環(huán)使用過程中產生的各種微生物、其它有機物及無機懸浮雜質在管道和換熱器表面沉積?；谝陨显颍寡h(huán)水水質惡化，給系統(tǒng)帶來結垢腐蝕、污泥和菌藻等問題。所以必須對循環(huán)冷卻水進行水質處理，而如何正確評價循環(huán)冷卻水水質和正確選用水質處理的方法，不能僅從水中離子的含量來表示，要從阻垢、緩蝕殺菌等綜合效果來判斷。以下就幾種循環(huán)冷卻水的處理方法做一些介紹和比較。1常規(guī)循環(huán)水水質穩(wěn)定的處理方法1.1降低補充水的碳酸鹽硬度降低補充水碳酸鹽硬度的方法之一是對補充水進行軟化處理，這樣可大大降低循環(huán)水系統(tǒng)中的碳酸鹽硬度，有利于系統(tǒng)的水質穩(wěn)定。循環(huán)水系統(tǒng)中常用的降低補充水碳酸鹽硬度的方法軟化法和酸化法。軟化法即用石灰軟化或氫、鈉離子交換去除補充水中的致垢鹽分，該法可以有效地防止產生碳酸鹽垢，但軟化法不能阻止由塵土和微生物帶來的泥垢和粘垢的產生，而氫、鈉離子交換法的基建及運行費用都很高，所以此法已經很少采用。酸化法是將補充水的碳酸鹽硬度經過加酸處理后使之變成非碳酸鹽硬度，從而降低補充水的碳酸鹽硬度，其反應式如下：Ca(HCO3)+H2SO4==CaSO4+2CO2+2H2OMg(HCO3)+H2SO4==MgSO4+2CO2+2H2O加酸處理的缺點是水的腐蝕性較強，系統(tǒng)中的循環(huán)冷卻構筑物如冷卻塔等均需要考慮防腐處理，近年來伴隨著其它方法的產生，酸化法很少采用。1.2排污法當補充水的碳酸鹽硬度較低時，可以用限制循環(huán)水的濃縮倍數的方法，使循環(huán)水的碳酸鹽硬度小于極限碳酸鹽硬度，即可防止結垢。如果不考慮系統(tǒng)中的滲漏損失，則循環(huán)水進行連續(xù)排污時，為防垢所需的排污量可用下式求出：其中P1：循環(huán)水系統(tǒng)的蒸發(fā)損失，占循環(huán)水量的%；P2：冷卻塔風吹損失，占循環(huán)水量的%；P3：為防垢所必需的連續(xù)排污量，占循環(huán)水量的%；H碳：補充水的碳酸鹽硬度（meq/L）；H極：補充水的極限碳酸鹽硬度（meq/L）。濃縮倍數與排污量的關系為：其中N：循環(huán)水的濃縮倍數；P：循環(huán)水的補充水量，占循環(huán)水量的%。若要使循環(huán)冷卻水穩(wěn)定，不發(fā)生CaCO3沉淀，則N≤H極/H碳，由此可以得出：P≥H極P1/（H極-H碳）。該式說明，在P1范圍大致確定的情況下，補充水的H極與H碳差值越小，則所需補充水量越大，反之越小。式中P3的計算結果如果為負值，則不需要排污，計算結果為正值時排污量一般不超過3～5%為宜。該法主要用于暫時硬度較低的水質及水資源較豐富的地區(qū)。在實際中僅靠排污法不能解決循環(huán)冷卻水的水質問題，尚需要結合其它措施。1.3投加緩蝕阻垢劑向水中投加緩蝕劑及阻垢劑等穩(wěn)定劑是目前防止循環(huán)水結垢，延緩腐蝕的主要辦法之一。在循環(huán)水中投加該類藥物后，在循環(huán)水中會出現新的平衡關系。早期采用經過適當加工的天然物質，如本質素、丹寧等。目前使用較廣泛的穩(wěn)定劑有人工合成的無機聚磷酸鹽、有機磷酸鹽、聚丙烯酸鈉、鉬酸鹽等及由這些藥劑組成的復合阻垢緩蝕劑。使用阻垢緩蝕劑的突出作用是：捕捉溶解于水中的金屬離子產生的可溶性絡合物，使金屬離子的結垢作用受到限制，從而提高水中允許的極限碳酸鹽硬度。吸附微小晶粒并分散于水中的鈣離子層上，從而避免析出。螯合鈣鎂離子，形成單環(huán)或雙螯合物，從而成為穩(wěn)定的分散體系。增大成垢化合物的溶解度，減低沉降速度，從而大大減低結垢的可能。抑制陽極或陰極過程，使腐蝕電流減少，達到緩蝕作用。在金屬表面上，形成一層難溶解的膜，阻止了冷卻水中氧氣的擴散和Fe的溶解，起到了緩蝕的作用。我院在某工程設計中各循環(huán)水系統(tǒng)中使用的復合配方的緩蝕阻垢劑，主要成分為有機磷酸鹽、磷磺酸、三元共聚物、聚磷酸鹽和抗氯離子點蝕的高效緩蝕阻垢劑BTA，實踐證明，具有良好的阻垢性能，且適用于不同的濃縮倍數，對于不銹鋼及銅有很好的抗點蝕能力。2新型循環(huán)水水質穩(wěn)定的處理方法2.1循環(huán)水的磁化處理利用磁場效應對水進行處理，稱為水的磁化處理。方法是將冷卻水通過永久磁石的磁場，鈣鎂碳酸鹽和其它無機鹽的溶解度在磁處理后的活性水中得到提高，同時水中的結垢物晶體在通過磁場時其表面的電荷分布在磁場的影響下發(fā)生了變化，形成一種松散的晶體團，所以不會粘附在管壁或其它物體表面，從而可通過定期排污來除去。冷卻水的磁化法處理，還有許多問題需要研究和探討，主要原因是其處理效果不夠穩(wěn)定。根據有關資料介紹，磁化法處理冷卻水，效率有時可接近100%，而有時幾乎無效。在這方面尚缺乏完整的科學資料。故在使用前應根據冷卻循環(huán)水的水質作實驗以確定其效果。該法在使用的同時，還需輔以旁濾，緩蝕和殺菌等處理內容。為了避免清洗磁水器而影響供水，一般要設一用一備。同時在使用是要加強維護管理，著重抓好定時排污和清洗磁水器等管理工作。2.2循環(huán)水的離子高壓靜電水處理離子高壓靜電水處理是由離子棒、高壓電源發(fā)生器、管道等而組成的。所以又稱之為離子棒處理。當循環(huán)冷卻水流經過離子高壓靜電水處理器時，處理器能夠產生一個7500～12000伏左右的高壓靜電場，在靜電場的作用下，水分子偶極矩增大并定向地按正極、負極的順序呈鏈狀整齊排列。當水中含有溶解鹽的離子時，由于靜電的作用，這些陽離子和陰離子將分別被水偶極子包圍，也將按正極、負極的順序整齊地排列在水偶極子群中，使之不能自由運動，也就不可能靠近器壁，阻止了鈣鎂所含陽離子不致趨向器壁，從而達到防垢、除垢的目的。通過實驗還表明：經靜電處理后，水中將產生活性氧，故它對無垢系統(tǒng)中的金屬表面產生一層微薄氧化薄膜防止腐蝕，而在結構系統(tǒng)中能破壞垢分子之間的電子結合力，改變晶體結構，促使硬垢疏松，使已經產生的水垢逐漸剝蝕、脫落，同時還具有一定的殺菌滅藻作用。2.3循環(huán)水的低壓電子水處理電子水處理器由水處理器、電子發(fā)生器、管道等組成。水處理器中心裝有一金屬陽極，殼體為陰極，由鍍鋅無縫鋼管制成，電子發(fā)生器提供水處理器產生電子場。流經電子水處理器的冷卻水在微弱電流的作用下，水分子受到激發(fā)而處于高能狀態(tài)，水分子電位下降，使水中溶解鹽類的離子或帶電粒子因靜電引力減弱，使之不能相互集聚并失去化合力，從而抑制了水垢的形成。受到激發(fā)的水分子還可吸收水中現有的沉積物和積垢的帶負電荷的粒子，使積垢疏松，逐漸溶解并最終脫落。水分子的電位下降使水分子與器壁間電位差減小，抑制了金屬器壁的離解，起到緩蝕作用。微電流及電子易被O2吸收生成O2-和H2O2等物質，這些物質使微生物細胞破裂原生質流出，影響細菌的新陳代謝，從而起到殺菌、滅藻的作用。電子水處理器與靜電水處理器的不同點如下：（1）最高適用工作水溫，電子水處理器略高。在水溫80oC以下時兩者均可使用，超過80oC時，只能選用電子水處理器。（2）工作電壓差別較大。電子水處理器屬于低壓范疇，靜電水處理器是靜電高壓。（3）靜電水處理器的陽極耐磨損不粘附，適用水質總硬度<700mg/L（以CaCO3計）；而電子水處理器的陽極表面的保護膜易被磨損，易粘附污物，只能用于水質總硬度<500mg/L（以CaCO3計）。（4）靜電水處理器的使用壽命一般為15～20年，但價格較為昂貴；電子水處理器的使用壽命一般為7年左右，但價格相對較低。3循環(huán)水系統(tǒng)的殺菌滅藻循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的殺菌滅藻，主要是針對于敞開式循環(huán)水系統(tǒng)。敞開式循環(huán)水系統(tǒng)中異氧菌數量宜小于5х105個/mL；粘泥量宜小于4mL/m3。敞開式循環(huán)水系統(tǒng)微生物的控制應根據水質、菌藻種類、穩(wěn)定劑的特性及環(huán)境污染等因素，經過綜合比較后確定。其控制方法有以下幾種：補充水的前處理，改善補充水水質。經過處理的補充水，不僅可以去除懸浮物，而且可以去除部分細菌；采用旁濾方法。部分循環(huán)水經過旁濾裝置，可以除去系統(tǒng)中的懸浮物及藻類；投加殺生劑。這是目前抑制微生物的通用方法。通常選用廣譜高效、pH值適用范圍較廣、與冷卻水中使用的穩(wěn)定劑互不干擾、易于降解、藥物價格較低及操作方便的殺生劑。常用的殺生劑有：氯、次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧、硫酸銅及季胺鹽等。4循環(huán)冷卻水水質處理的發(fā)展方向冷卻水處理技術，國內外已經有幾十年的發(fā)展歷史。從最初的酸化處理發(fā)展到后來的添加一定量的化學藥劑的化學處理方法，較好地解決了結垢、腐蝕和微生物繁殖等問題。但是隨著人們環(huán)境保護意識的逐漸加強，對毒性較大的化學藥劑如鉻酸鹽的限制也日趨嚴格。后來以磷酸鹽為主要成分的全有機配方也開發(fā)成功，但由于磷酸鹽的分解產物也發(fā)生無機磷酸鹽，在一些禁止磷排放的地方，這類配方也將受到嚴格限制。而二十世紀八十年代開