地下水及特殊用水處理技術(shù)-循環(huán)冷卻水處理

循環(huán)水冷卻理論知識(shí)點(diǎn)

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，往往會(huì)產(chǎn)生大量熱量，通常使用水來(lái)冷卻設(shè)備或產(chǎn)品。冷卻用水水量很大，如一座年產(chǎn)3500t聚丙烯的化工設(shè)備，冷卻用水量就達(dá)300t/h左右。為了重復(fù)利用吸熱后的水以節(jié)約水資源，同時(shí)從經(jīng)濟(jì)及環(huán)境保護(hù)方面考慮，冷卻水都應(yīng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。濕空氣的性質(zhì)濕空氣的壓力濕度濕空氣的密度濕空氣的比熱濕空氣的焓濕空氣焓濕圖濕球溫度和水的冷卻極限循環(huán)水的冷卻原理當(dāng)熱水表面直接與未被水蒸氣所飽和的空氣接觸時(shí)、熱水表面的水分子將不斷汽化為水蒸氣，在此過(guò)程中，將從熱水中吸收熱量，達(dá)到冷卻效果。水的蒸發(fā)可在沸點(diǎn)時(shí)進(jìn)行，也可在小于沸點(diǎn)時(shí)發(fā)生。水的表面蒸發(fā)，在自然界中通常是在水溫低于沸點(diǎn)時(shí)發(fā)生的。循環(huán)水的冷卻原理欲加快水的蒸發(fā)速度，可采用下列措施：①增加熱水與空氣之間的接觸面積；②提高水面空氣流動(dòng)的速度，使逸出的水蒸氣分子迅速向空氣中擴(kuò)散。

循環(huán)水的冷卻原理在冷卻過(guò)程中，雖然蒸發(fā)散熱和傳導(dǎo)散熱一般同時(shí)存在，但隨季節(jié)不同，冬季氣溫很低，水溫t高出θ很多，傳導(dǎo)散熱量可占50％~70％；夏季氣溫較高，(tf-θ)值很小，甚至為負(fù)值，傳導(dǎo)散熱量甚小，蒸發(fā)散熱量約占80％~90％。

循環(huán)水冷卻構(gòu)筑物知識(shí)點(diǎn)

循環(huán)利用的冷卻水稱為循環(huán)水。循環(huán)水在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于鹽類濃縮或散失、塵土積累、微生物滋長(zhǎng)等原因，造成設(shè)備內(nèi)垢物沉積或者對(duì)金屬設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用。為了保證循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，要使已經(jīng)升高了的水溫降低(即循環(huán)水的冷卻)，以保持較好的冷卻效果；進(jìn)行水質(zhì)處理以控制結(jié)垢、污垢、腐蝕和淤塞(即循環(huán)水的處理)。循環(huán)水冷卻構(gòu)筑物1）冷卻構(gòu)筑物的類型2）冷卻構(gòu)筑物的選擇冷卻構(gòu)筑物類型

水面冷卻池噴水冷卻池冷卻塔

冷卻構(gòu)筑物的構(gòu)造組成水面冷卻池利用天然池塘或水庫(kù)，冷卻過(guò)程在水面上進(jìn)行，效率低。噴水冷卻池是在天然或人工池塘上加裝噴水設(shè)備，以增大水和空氣間的接觸面。冷卻塔是人工建造的，水通過(guò)塔內(nèi)的淋水裝置時(shí)，可形成小水滴或水膜，以增大水和空氣的接觸面積，提高冷卻效果。冷卻塔分類依據(jù)：按循環(huán)水供水系統(tǒng)中的循環(huán)水與空氣是否直接接觸分類：敞開(kāi)式(濕式)密閉式(干式)混合式(干濕式)圖

敞開(kāi)式循環(huán)冷卻系統(tǒng)流程圖1-換熱器；2-冷卻塔；3-集水池；4-循環(huán)水泵；5-補(bǔ)充水；6-排污水；7-投加處理藥劑

濕式冷卻塔是指熱水和空氣直接接觸、傳熱和傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的敞開(kāi)式循環(huán)供水系統(tǒng)。濕式冷卻塔是最常用的冷卻塔。

干式冷卻塔是指水和空氣不直接接觸，冷卻介質(zhì)為空氣，空氣冷卻是在空氣器中實(shí)現(xiàn)的，所以只單純傳熱；干濕式冷卻塔是指熱水和空氣進(jìn)行干式冷卻后再進(jìn)行濕式冷卻的構(gòu)筑物。

干式冷卻塔圖

干式和干濕式冷卻塔（a）干式冷卻塔（b）干濕式冷卻塔冷卻構(gòu)筑物的選擇

選擇冷卻構(gòu)筑物時(shí)，應(yīng)考慮工廠對(duì)冷卻水溫的要求，當(dāng)?shù)貧庀髼l件、地形特點(diǎn)、補(bǔ)充水的水質(zhì)及價(jià)格、建筑材料等因素，結(jié)合各種構(gòu)筑物的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。循環(huán)冷卻水

水質(zhì)特點(diǎn)與處理要求知識(shí)點(diǎn)

循環(huán)冷卻水在使用過(guò)程中，由于水質(zhì)變化會(huì)產(chǎn)生不利的影響，包括結(jié)垢、污垢和腐蝕。

水中碳酸鹽等溶解鹽類在熱交換器及管道的表面形成沉積物。結(jié)垢污垢

由補(bǔ)充水帶來(lái)的或在循環(huán)使用過(guò)程中產(chǎn)生的各種微生物、其它有機(jī)物及無(wú)機(jī)雜質(zhì)，在熱交換器及管道沉積而形成污垢。在污垢中，由生物繁殖所形成的污垢具有粘性，故又把微生物形成的垢稱為粘垢。結(jié)垢和污垢統(tǒng)稱為沉積物或積垢。積垢在管道中積累，會(huì)造成堵塞，增加水的阻力，降低傳熱效率。腐蝕

包括CO2腐蝕、電化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕。腐蝕使設(shè)備的使用壽命減少，維修費(fèi)用增加，甚至造成事故，影響生產(chǎn)。處理任務(wù)防止或減輕結(jié)垢或污垢的產(chǎn)生或沉積；防止或減輕水對(duì)設(shè)備及系統(tǒng)的腐蝕。應(yīng)當(dāng)指出，積垢和腐蝕之間是相互影響且可以相互轉(zhuǎn)化的。沉積物可以引起腐蝕，腐蝕又必然產(chǎn)生沉積物。因此，在循環(huán)水處理中，應(yīng)綜合考慮。循環(huán)水基本水質(zhì)要求

循環(huán)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)通常將循環(huán)冷卻水水質(zhì)按腐蝕和沉積物控制要求，作為基本水質(zhì)指標(biāo)。它是一種反映水質(zhì)要求的間接指標(biāo)。教材中給出了敞開(kāi)式系統(tǒng)冷卻水的主要水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、表中腐蝕率和污垢熱阻分別表達(dá)了對(duì)水的腐蝕性和污垢的控制指標(biāo)。基本概念（1）腐蝕率腐蝕率一般以金屬每年的平均腐蝕深度表示，單位為mm/a。腐蝕率一般可用失重法測(cè)定，即將金屬材料試件掛于熱交換器冷卻水中一定部位，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，由試驗(yàn)前、后試片重量差計(jì)算出每年平均腐蝕深度，即腐蝕率。對(duì)于局部腐蝕，如點(diǎn)蝕(或坑蝕)，通常以“點(diǎn)蝕系數(shù)”反映點(diǎn)蝕危害程度。點(diǎn)蝕系數(shù)是金屬最大腐蝕深度與平均腐蝕程度之比。（2）污垢熱阻熱阻為傳熱系數(shù)的倒數(shù)。熱交換器傳熱面由于結(jié)垢及污垢沉積使傳熱系數(shù)下降，從而使熱阻增加的量稱為污垢熱阻。此處“污垢”熱阻指由結(jié)垢和污垢沉積而引起的熱阻。熱交換器的熱阻在不同時(shí)刻由于垢層不同而有不同污垢熱阻值。在某一時(shí)刻測(cè)得的稱為即時(shí)污垢熱阻，為經(jīng)t小時(shí)后的傳熱系數(shù)的倒數(shù)和開(kāi)始時(shí)(熱交換器表面未積垢時(shí))的傳熱系數(shù)的倒數(shù)之差。影響循環(huán)水水質(zhì)的因素（1）循環(huán)冷卻水水質(zhì)污染首先是由補(bǔ)充水中的溶解鹽、溶解氣體、微生物及有機(jī)物等引起的；其次是在生產(chǎn)過(guò)程和冷卻過(guò)程中由外界進(jìn)入冷卻構(gòu)筑物的污染物，如塵土、泥砂、雜草、設(shè)備油、人工加入穩(wěn)定劑、塔體腐蝕及剝落產(chǎn)物等，都會(huì)污染冷卻水。另外是在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的污染，主要是微生物的生長(zhǎng)及腐蝕產(chǎn)物。藻類生長(zhǎng)在冷卻構(gòu)筑物與水接觸的露光部位。由于藻類群體的生長(zhǎng)，影響了水和空氣的流動(dòng)，而且藻類脫落后便成為污垢沉淀；此外，它們的群體體積很大，妨礙了熱的傳遞。同時(shí)有機(jī)污垢造成強(qiáng)烈的腐蝕，還會(huì)妨礙加入水中的腐蝕抑制劑到達(dá)金屬表面，使藥劑的防腐功能不能充分發(fā)揮。（2）循環(huán)水的脫CO2的作用天然水中，重碳酸鹽類和游離CO2存在平衡關(guān)系，即：當(dāng)它們的濃度符合上述平衡條件時(shí)，水質(zhì)呈穩(wěn)定狀態(tài)，大氣中游離CO2含量很少，其分壓力低。循環(huán)水在冷卻時(shí)，造成CO2大量丟失，破壞了上述平衡，使反應(yīng)向右移動(dòng)，產(chǎn)生了CaCO3。（3）循環(huán)水的損失循環(huán)水系統(tǒng)中，有四種水量損失：蒸發(fā)損失P1、風(fēng)吹損失P2、滲漏損失P3、排污損失P4及總損失P。

（4）水溫變化的影響水在生產(chǎn)過(guò)程中，水溫升高，鈣、鎂鹽類的溶解度反而降低，水中CO2又部分逸出，用于平衡CaCO3所需的CO2減少，提高了CO2的需要量。水溫升高，會(huì)使水失去穩(wěn)定性而產(chǎn)生結(jié)垢；反之，冷卻過(guò)程中，水溫降低，水中平衡需要量降低，如果低于水中CO2含量，則此時(shí)水具有侵蝕性，使水失去穩(wěn)定性而產(chǎn)生腐蝕。因此，在循環(huán)水系統(tǒng)中，高溫區(qū)產(chǎn)生結(jié)垢，低溫區(qū)產(chǎn)生腐蝕。（5）電化學(xué)腐蝕在敞開(kāi)式冷卻水系統(tǒng)中，水與空氣充分接觸，因此水中溶解氧接近飽和。當(dāng)碳鋼與有溶解氧的水接觸時(shí)，由于金屬表面的不均勻性和冷卻水的導(dǎo)電性，在碳鋼表面形成許多微電池，在陰、陽(yáng)極上分別發(fā)生氧化還原的共軛反應(yīng)。（6）微生物腐蝕微生物腐蝕可分為厭氧和好氧腐蝕。厭氧腐蝕，硫酸鹽還原可把水中的硫酸根離子轉(zhuǎn)換為腐蝕性硫化物FeS。循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理

循環(huán)水處理包括對(duì)結(jié)垢、污垢(含粘垢)和腐蝕的控制。由于三者之間相互影響，故應(yīng)采用綜合處理方法。防結(jié)垢處理（1）排污法減小濃縮倍數(shù)在循環(huán)水系統(tǒng)中，提高排污率可減小濃縮倍數(shù)。即排除部分鹽濃度高的循環(huán)水，補(bǔ)充含鹽量少的新鮮水，可降低循環(huán)水中鹽的濃度，使其不超過(guò)允許值。（2）降低補(bǔ)充水碳酸鹽硬度通過(guò)水的軟化法可使水的硬度降低，從而降低補(bǔ)充水碳酸鹽硬度。此法只適用于補(bǔ)充水質(zhì)很差或必須提高濃縮倍數(shù)的情況。（3）提高循環(huán)水中允許的極限碳酸鹽硬度提高循環(huán)水的極限碳酸鹽硬度的常用方法是向水中投加阻垢劑。常用的阻垢劑有聚磷酸鹽、聚丙烯酸鹽等。（4）加CO2

通入CO2氣體，使循環(huán)水中含量達(dá)到平衡的需要量。CO2的來(lái)源可利用廢煙道氣。防污垢處理及微生物控制

微生物產(chǎn)生粘垢，它是污垢的一種。最近研究認(rèn)為：生物膜往往是腐蝕、污垢和結(jié)垢出現(xiàn)的原因之一，所以，對(duì)微生物必須控制。循環(huán)水中的微生物與污垢的處理及防止方法是多方面的，如對(duì)補(bǔ)充水進(jìn)行處理；冷卻構(gòu)筑物及其周圍環(huán)境的保護(hù)；循環(huán)系統(tǒng)工藝及管道的完善以及循環(huán)水的處理。（1）旁濾設(shè)旁濾池是防止懸浮物在循環(huán)水中積累的有效方法。循環(huán)水的一部分連續(xù)經(jīng)過(guò)旁濾池過(guò)濾后返回循環(huán)系統(tǒng)。一般，旁濾池過(guò)濾流量占循環(huán)水量的1％~5％。旁濾池的構(gòu)造與常用的濾池相同。為了簡(jiǎn)化流程，可采用壓力濾池。（2）化學(xué)藥劑處理常用的化學(xué)藥劑有氧化型殺菌劑、非氧化型殺菌劑及表面活性劑殺菌劑等，其作用主要防止水中微生物的滋長(zhǎng)。氧化型殺菌劑主要采用液氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣等。由于氯在冷卻塔中易于流失，不能持續(xù)殺菌，故可與非氧化型殺菌劑聯(lián)合使用。

防腐蝕處理

利用緩蝕劑，使它在金屬表面形成一層薄膜，將金屬表面覆蓋起來(lái)，與腐蝕介質(zhì)隔絕，防止金屬腐蝕。它是防止循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕的主要方法。根據(jù)緩蝕劑成膜的類型可以將其分為：氧化膜、沉淀物膜和吸附膜型三種。根據(jù)緩蝕劑對(duì)電化學(xué)腐蝕的控制部位不同，可分為陽(yáng)極緩蝕劑和陰極緩蝕劑。(1)氧化膜型緩蝕劑氧化膜型緩蝕劑形成的防蝕膜面致密，與基體金屬粘附性強(qiáng)，能阻礙溶解氧的擴(kuò)散，使腐蝕反應(yīng)速度降低，而且當(dāng)保護(hù)膜到達(dá)一定厚度時(shí)，膜的厚度幾乎不再增長(zhǎng)，因此防腐效果較好。此類緩蝕劑都是重金屬含氧酸鹽，污染環(huán)境。亞硝酸鹽類借助水中的溶解氧在金屬表面形成氧化膜面成陽(yáng)極型緩蝕劑。此類緩蝕劑在長(zhǎng)期使用后，系統(tǒng)內(nèi)硝化細(xì)菌繁殖，氧化亞硝酸鹽為硝酸鹽，防腐效果降低。(2)水中離子沉淀膜型緩蝕劑此類緩蝕劑與溶解于水中的離子生成難溶鹽或溶合物，在金屬表面上析出沉淀，形成防腐蝕膜。所形成的膜多孔、較厚、較松散，且基體密合件差。同時(shí)，藥劑投量過(guò)多，垢層加厚，影響傳熱。此類緩蝕劑有聚磷酸鹽和鋅鹽。聚磷酸鹽是生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)必須采取措施控制微生物；鋅鹽由于對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，使用上應(yīng)加以限制。（3）金屬離子沉淀膜型緩蝕劑這種緩蝕劑是使金屬活化溶解，并在金屬離子濃度高的部位與緩蝕劑形成沉積，產(chǎn)生致密的薄膜，緩蝕效果良好，在防蝕膜形成之后，即使在緩蝕劑過(guò)剩時(shí)，薄膜也停止增厚。這種緩蝕劑如巰基苯并噻唑(簡(jiǎn)稱MBT)是銅的很好的陽(yáng)極緩蝕劑，劑量?jī)H為l~2mg/L。因?yàn)樗阢~的表面進(jìn)行整合反應(yīng)，形成一層沉淀薄膜，抑制腐蝕。這類緩蝕劑還有其它雜環(huán)硫醇。巰基苯并噻唑與磷酸鹽共向使用，對(duì)防止金屬的點(diǎn)蝕有良好的效果。(4)吸附膜型緩蝕劑這種有機(jī)緩蝕劑的分子具有親水性基和疏水性基。親水基即極性基能有效地吸附在潔凈的金屬表面上，而將疏水基團(tuán)朝向水側(cè)，阻礙水和溶解氧向金屬擴(kuò)散，以抑制腐蝕。防蝕效果與金屬表面的潔凈程度有關(guān)。這種緩蝕劑主要有胺類化合物及其它表向活性劑類有機(jī)化合物。這種緩蝕劑的缺點(diǎn)在于分析方法復(fù)雜，因而難于控制濃度。價(jià)格較貴，在大量用水的冷卻系統(tǒng)中使用還有困難，但有發(fā)展前途。循環(huán)冷卻水的綜合處理(1)循環(huán)水系統(tǒng)的預(yù)處——清潔和預(yù)膜循環(huán)水在運(yùn)行之初，根據(jù)緩蝕原理要在金屬表面形成一層保護(hù)膜，起抑制腐蝕作用。保護(hù)膜的形成過(guò)程叫預(yù)膜。為了有效地預(yù)膜，必須對(duì)金屬表面進(jìn)行清潔處理。

循環(huán)水系統(tǒng)的預(yù)處理包括：化學(xué)清洗劑清洗→沖洗干凈→預(yù)膜。然后轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。常用的化學(xué)清洗劑有很多，根據(jù)所清除的污垢成分選用：以粘垢為主的污垢應(yīng)選用以殺菌劑為主的清垢劑；以泥垢為主的選用混凝劑或分散劑為主的清垢劑；以結(jié)垢為主的應(yīng)選用螯合劑、滲透劑、分散劑為主的清垢劑；以腐蝕產(chǎn)物為主的，應(yīng)采用滲透劑、分散劑等表面活性劑。

預(yù)膜的好壞往往決定緩蝕效果的好壞。預(yù)膜在循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行之前，每次大修、小修之后，設(shè)備酸洗之后，系統(tǒng)發(fā)生