搜索
浅议循环冷却水水质处理汽机班王聪[内容摘要]介绍了多种循环冷却水水质处理的方法及其基本原理，并对循环冷却水水质处理的发展趋势做了简要说明。[关键词]循环冷却水结垢腐蚀水质稳定处理在循环冷却水系统中，由于循环冷却水长时间反复运转和使用，通过冷却构筑物的传热与物质交换，循环冷却水与大气接触，从而使循环冷却水具有以下一些明显的特点：(1)水中游离及溶解的CO2大量逸散，当CO2的含量不足以保证重碳酸盐的平衡时，给水管道和用水设备内就会形成CaCO3沉淀，引起系统内CaCO3结垢；(2)水中所含的溶解性气体、腐蚀性盐类与酸类等电解质与金属接触时，因为电解质的作用，从金属表面析出Fe2+，使设备和管道金属遭到破坏；(3)空气中的污染物如尘土、杂物、可溶性气体及换热器物料渗漏等均可进入循环水，致使微生物大量繁殖，加速金属的腐蚀；(4)由于补充水带来或水在循环使用过程中产生的各种微生物、其它有机物及无机悬浮杂质在管道和换热器表面沉积。基于以上原因，使循环水水质恶化，给系统带来结垢腐蚀、污泥和菌藻等问题。所以必须对循环冷却水进行水质处理，而如何正确评价循环冷却水水质和正确选用水质处理的方法，不能仅从水中离子的含量来表示，要从阻垢、缓蚀杀菌等综合效果来判断。以下就几种循环冷却水的处理方法做一些介绍和比较。1常规循环水水质稳定的处理方法1.1降低补充水的碳酸盐硬度降低补充水碳酸盐硬度的方法之一是对补充水进行软化处理，这样可大大降低循环水系统中的碳酸盐硬度，有利于系统的水质稳定。循环水系统中常用的降低补充水碳酸盐硬度的方法软化法和酸化法。软化法即用石灰软化或氢、钠离子交换去除补充水中的致垢盐分，该法可以有效地防止产生碳酸盐垢，但软化法不能阻止由尘土和微生物带来的泥垢和粘垢的产生，而氢、钠离子交换法的基建及运行费用都很高，所以此法已经很少采用。酸化法是将补充水的碳酸盐硬度经过加酸处理后使之变成非碳酸盐硬度，从而降低补充水的碳酸盐硬度，其反应式如下：Ca(HCO3)+H2SO4==CaSO4+2CO2+2H2OMg(HCO3)+H2SO4==MgSO4+2CO2+2H2O加酸处理的缺点是水的腐蚀性较强，系统中的循环冷却构筑物如冷却塔等均需要考虑防腐处理，近年来伴随着其它方法的产生，酸化法很少采用。1.2排污法当补充水的碳酸盐硬度较低时，可以用限制循环水的浓缩倍数的方法，使循环水的碳酸盐硬度小于极限碳酸盐硬度，即可防止结垢。如果不考虑系统中的渗漏损失，则循环水进行连续排污时，为防垢所需的排污量可用下式求出：碳极极碳HHPHPPHP2213其中P1：循环水系统的蒸发损失，占循环水量的%；P2：冷却塔风吹损失，占循环水量的%；P3：为防垢所必需的连续排污量，占循环水量的%；H碳：补充水的碳酸盐硬度（meq/L）；H极：补充水的极限碳酸盐硬度（meq/L）。浓缩倍数与排污量的关系为：其中N：循环水的浓缩倍数；P：循环水的补充水量，占循环水量的%。若要使循环冷却水稳定，不发生CaCO3沉淀，则N≤H极/H碳，由此可以得出：P≥H极P1/（H极-H碳）。该式说明，在P1范围大致确定的情况下，补充水的H极与H碳差值越小，则所需补充水量越大，反之越小。式中P3的计算结果如果为1PPPN负值，则不需要排污，计算结果为正值时排污量一般不超过3～5%为宜。该法主要用于暂时硬度较低的水质及水资源较丰富的地区。在实际中仅靠排污法不能解决循环冷却水的水质问题，尚需要结合其它措施。1.3投加缓蚀阻垢剂向水中投加缓蚀剂及阻垢剂等稳定剂是目前防止循环水结垢，延缓腐蚀的主要办法之一。在循环水中投加该类药物后，在循环水中会出现新的平衡关系。早期采用经过适当加工的天然物质，如本质素、丹宁等。目前使用较广泛的稳定剂有人工合成的无机聚磷酸盐、有机磷酸盐、聚丙烯酸钠、钼酸盐等及由这些药剂组成的复合阻垢缓蚀剂。使用阻垢缓蚀剂的突出作用是：（1）捕捉溶解于水中的金属离子产生的可溶性络合物，使金属离子的结垢作用受到限制，从而提高水中允许的极限碳酸盐硬度。（2）吸附微小晶粒并分散于水中的钙离子层上，从而避免析出。（3）螯合钙镁离子，形成单环或双螯合物，从而成为稳定的分散体系。（4）增大成垢化合物的溶解度，减低沉降速度，从而大大减低结垢的可能。（5）抑制阳极或阴极过程，使腐蚀电流减少，达到缓蚀作用。（6）在金属表面上，形成一层难溶解的膜，阻止了冷却水中氧气的扩散和Fe的溶解，起到了缓蚀的作用。我院在某工程设计中各循环水系统中使用的复合配方的缓蚀阻垢剂，主要成分为有机磷酸盐、磷磺酸、三元共聚物、聚磷酸盐和抗氯离子点蚀的高效缓蚀阻垢剂BTA，实践证明，具有良好的阻垢性能，且适用于不同的浓缩倍数，对于不锈钢及铜有很好的抗点蚀能力。2新型循环水水质稳定的处理方法2.1循环水的磁化处理利用磁场效应对水进行处理，称为水的磁化处理。方法是将冷却水通过永久磁石的磁场，钙镁碳酸盐和其它无机盐的溶解度在磁处理后的活性水中得到提高，同时水中的结垢物晶体在通过磁场时其表面的电荷分布在磁场的影响下发生了变化，形成一种松散的晶体团，所以不会粘附在管壁或其它物体表面，从而可通过定期排污来除去。冷却水的磁化法处理，还有许多问题需要研究和探讨，主要原因是其处理效果不够稳定。根据有关资料介绍，磁化法处理冷却水，效率有时可接近100%，而有时几乎无效。在这方面尚缺乏完整的科学资料。故在使用前应根据冷却循环水的水质作实验以确定其效果。该法在使用的同时，还需辅以旁滤，缓蚀和杀菌等处理内容。为了避免清洗磁水器而影响供水，一般要设一用一备。同时在使用是要加强维护管理，着重抓好定时排污和清洗磁水器等管理工作。2.2循环水的离子高压静电水处理离子高压静电水处理是由离子棒、高压电源发生器、管道等而组成的。所以又称之为离子棒处理。当循环冷却水流经过离子高压静电水处理器时，处理器能够产生一个7500～12000伏左右的高压静电场，在静电场的作用下，水分子偶极矩增大并定向地按正极、负极的顺序呈链状整齐排列。当水中含有溶解盐的离子时，由于静电的作用，这些阳离子和阴离子将分别被水偶极子包围，也将按正极、负极的顺序整齐地排列在水偶极子群中，使之不能自由运动，也就不可能靠近器壁，阻止了钙镁所含阳离子不致趋向器壁，从而达到防垢、除垢的目的。通过实验还表明：经静电处理后，水中将产生活性氧，故它对无垢系统中的金属表面产生一层微薄氧化薄膜防止腐蚀，而在结构系统中能破坏垢分子之间的电子结合力，改变晶体结构，促使硬垢疏松，使已经产生的水垢逐渐剥蚀、脱落，同时还具有一定的杀菌灭藻作用。2.3循环水的低压电子水处理电子水处理器由水处理器、电子发生器、管道等组成。水处理器中心装有一金属阳极，壳体为阴极，由镀锌无缝钢管制成，电子发生器提供水处理器产生电子场。流经电子水处理器的冷却水在微弱电流的作用下，水分子受到激发而处于高能状态，水分子电位下降，使水中溶解盐类的离子或带电粒子因静电引力减弱，使之不能相互集聚并失去化合力，从而抑制了水垢的形成。受到激发的水分子还可吸收水中现有的沉积物和积垢的带负电荷的粒子，使积垢疏松，逐渐溶解并最终脱落。水分子的电位下降使水分子与器壁间电位差减小，抑制了金属器壁的离解，起到缓蚀作用。微电流及电子易被O2吸收生成O2-和H2O2等物质，这些物质使微生物细胞破裂原生质流出，影响细菌的新陈代谢，从而起到杀菌、灭藻的作用。电子水处理器与静电水处理器的不同点如下：（1）最高适用工作水温，电子水处理器略高。在水温80ºC以下时两者均可使用，超过80ºC时，只能选用电子水处理器。（2）工作电压差别较大。电子水处理器属于低压范畴，静电水处理器是静电高压。（3）静电水处理器的阳极耐磨损不粘附，适用水质总硬度700mg/L（以CaCO3计）；而电子水处理器的阳极表面的保护膜易被磨损，易粘附污物，只能用于水质总硬度500mg/L（以CaCO3计）。（4）静电水处理器的使用寿命一般为15～20年，但价格较为昂贵；电子水处理器的使用寿命一般为7年左右，但价格相对较低。3循环水系统的杀菌灭藻循环冷却水系统中的杀菌灭藻，主要是针对于敞开式循环水系统。敞开式循环水系统中异氧菌数量宜小于5х105个/mL；粘泥量宜小于4mL/m3。敞开式循环水系统微生物的控制应根据水质、菌藻种类、稳定剂的特性及环境污染等因素，经过综合比较后确定。其控制方法有以下几种：（1）补充水的前处理，改善补充水水质。经过处理的补充水，不仅可以去除悬浮物，而且可以去除部分细菌；（2）采用旁滤方法。部分循环水经过旁滤装置，可以除去系统中的悬浮物及藻类；（3）投加杀生剂。这是目前抑制微生物的通用方法。通常选用广谱高效、pH值适用范围较广、与冷却水中使用的稳定剂互不干扰、易于降解、药物价格较低及操作方便的杀生剂。常用的杀生剂有：氯、次氯酸钠、二氧化氯、臭氧、硫酸铜及季胺盐等。4循环冷却水水质处理的发展方向冷却水处理技术，国内外已经有几十年的发展历史。从最初的酸化处理发展到后来的添加一定量的化学药剂的化学处理方法，较好地解决了结垢、腐蚀和微生物繁殖等问题。但是随着人们环境保护意识的逐渐加强，对毒性较大的化学药剂如铬酸盐的限制也日趋严格。后来以磷酸盐为主要成分的全有机配方也开发成功，但由于磷酸盐的分解产物也发生无机磷酸盐，在一些禁止磷排放的地方，这类配方也将受到严格限制。而二十世纪八十年代开发的新型电、磁处理法等物理处理方法不仅具有除垢、防垢、缓蚀和杀菌灭藻等多种功能，更主要的是能有效的降低环境污染。因此越来越受到人们的重视和运用。循环冷却水水质处理技术的发展方向是明确的，即高效、易于管理、经济及环保。但是工厂设计应按照工厂本身的具体情况而综合考虑。任何水质稳定技术，只要被合理的采用，都可以达到较为理想的效果。[参考文献]1王笏曹等.钢铁工业给水排水设计手册.北京：冶金工业出版社，2002