水处理技术基础

水处理技术基础栗田工业(大连)有限公司冷却水系统发生的问题冷却水系统发生的问题一般有以下3种•腐蚀问题•结垢问题•粘泥问题(粘泥附着﹑污泥堆积)以上问题有时会单独发生，但在多数情况下会几种问题同时发生，导致设备的热交换能力降低等具体问题。问题发生的难易程度一过式密闭循环式开放循环式腐蚀水垢粘泥此符合表示由难到易。由上表可以看出在水循环利用和由于蒸发而导致水浓缩的开放循环水系统最容易出现问题。由腐蚀及水垢产生的问题热交换率的降低热交换器的泄漏材质强度的降低热交换器的堵塞流量降低，泵压上升促进腐蚀处理药剂吸着浪费腐蚀水垢由粘泥产生的问题热交换率的降低热交换器的堵塞泵压上升，流量降低促进腐蚀冷却塔效率降低填充材变形脱落处理药剂吸着浪费外观脏（视觉公害）污泥堆积粘泥附着污泥堆积碳钢的腐蚀•冷却水系统中碳钢的腐蚀有种种原因，主要是由在碳钢的表面形成的局部电池，阳极析出的铁离子与在阴极得到的电子发生氧化还原反应而形成的电化学反应。•（阴极）FeFe2++2e-•（阳极）1/2O2+H2O+2e-2OH-•上述反应继续进行下式反应将产生腐蚀生成物。Fe2++OH-Fe（OH）22Fe（OH）2+1/2O2+H2O3Fe（OH）３碳钢的腐蚀局部电池的形成原因•金属组成的不均一性。•表面状态的不均一性。•溶存氧浓度的不均一性。•温度的不均一性。特别是由微生物和砂土等形成的污垢及腐蚀生成物若附着在金属表面或沉积的话，在污垢物的下部溶存氧难以扩散形成阳极，与溶存氧接触较好的周边部分形成阴极，从而促进了腐蚀的加剧，在污垢物下产生点腐蚀。铜和铜合金的腐蚀•铜和碳钢同样地会发生电化学腐蚀反应，在阳极析出铜。CuCu2++2e-析出的Cu2+与在阴极生成的OH-发生反应，生成的Cu(OH)2沉淀在铜的表面。Cu2++2OH-Cu(OH)2在此生成的Cu(OH)2在铜的表面被还原，最终形成了腐蚀生成物Cu2O。在铜的表面形成的Cu2O在淡水中较稳定，可抑制腐蚀反应，所以在淡水中铜的平均腐蚀速率较低，通常为1mdd左右。但是在系统的其他地方形成的腐蚀生成物及悬浮物等的污垢一旦堆积在铜的表面，在其下面就会发生与碳钢相同的点腐蚀。采用防腐剂防止腐蚀•铁和铜由于发生电化学反应而导致金属从阳极以离子的形态析出，所以所谓的防腐就是抑制腐蚀反应。•防腐剂是通过在金属表面形成防腐皮膜，使金属的溶解反应速度和腐蚀因子向溶存氧的金属表面的扩散速度大幅度地降低来抑制金属的腐蚀。•推荐药剂：KURITAS-系列连续皮膜的防腐•在冷却水系统管道、热交换器的铜材和钢材的表面形成疏水性皮膜，防止金属表面与水的接触而达到防腐蚀的目的。冷却水疏水基金属根据防腐皮膜种类将防腐剂分类防腐皮膜的种类代表性的防腐剂氧化皮膜型铬酸盐类钼酸盐类（亚硝酸盐类）*沉淀皮膜型水中离子型聚合磷酸盐类膦酸盐类锌盐类金属盐型三唑类疏基苯丙噻唑（铜、铜合金）吸附皮膜型胺类界面活性剂*注：开放循环冷却水系统不能使用防腐剂应用•目前在开放循环冷却水系统被广泛推广的是沉淀皮膜型防腐剂。•防腐剂自身可以溶于水，与共存于水中的其他离子结合，就会在金属表面形成难溶性或不溶性的皮膜，从而抑制腐蚀反应。•通常在初期处理时投入高浓度的防腐剂（预膜处理），使其形成防腐皮膜，以后为了修补皮膜而低浓度地投加防腐剂维持（保持浓度）。•无论多么好的防腐剂，若脱离了它的适用范围就会出现问题。另外，若金属表面较脏，会影响效果的充分发挥。因此，有必要采用防止粘泥处理或通过排水的方式将循环水中的污泥排到系统外。水垢问题•在开放循环冷却水系统，从补给水带入的钙或二氧化硅附着在热交换器上就会产生降低传热效果的问题。•通常在冷却水系统出现问题的水垢成分随着ＰＨ和温度的上升，导致溶解度降低，与非传热面相比，传热面的金属表面温度较高，水垢易析出，易附着。•水垢的传热效率比热交换器材质的热传导率要小得多，水垢的附着使热交换器的热效率明显下降。碳酸钙垢•在冷却水系统中最常见的水垢是碳酸钙。•补给水中的钙离子和碳酸氢根离子由于冷却水的循环使用而浓缩，溶存碳酸气体的浓度也随着碳酸氢根离子的上升而增高，与空气接触，碳酸气就会从循环水中扩散到大气中。此时由于氢氧根离子残留在循环水中使PH增高，碳酸氢根离子转变为碳酸根离子。象这样由于冷却水被循环使用，水中的钙离子和碳酸根离子升高，PH也升高，最终导致碳酸钙的析出。磷酸钙和磷酸锌•为抑制碳钢的腐蚀，经常用磷化合物和锌盐类的防腐剂，这些物质一旦附着在防腐皮膜上就会形成水垢，从而导致热交换器效率降低。因此，进行防腐蚀处理的同时也必须考虑阻垢。水垢防止对策在水中的水垢成分是硬度成分（钙、镁）、二氧化硅。因此，水垢的防止方法大致可分为以下3种。•将硬度成分和二氧化硅的浓度保持在基准值以下排水管理•采用阻垢剂抑制水垢阻垢剂•加酸降低循环水中的PH控制PH目前较多使用的方法是上两种。阻垢剂很少单独使用，通常与防腐剂配合，发挥防腐、阻垢效果。粘泥问题及对策•粘泥和污泥问题是细菌、霉、藻类等利用水中溶存的营养源加快繁殖，以这些微生物为主体，混入一些砂土等无机物或灰尘，导致软泥状的污浊物的附着和堆积。•粘泥和污泥的附着和堆积不仅使换热效率降低和水质恶化，还能引起设备、管线的局部腐蚀发生。•粘泥和污泥问题主要是由腐蚀和结垢混合在一起而发生。从混合在一起的污物中判断出什么是导致问题的主要原因非常重要。粘泥防止对策防止粘泥采用杀菌剂和粘泥控制剂并用是最有效的。•杀菌剂（NaClO）一般杀菌处理使用氯系的药品。以往杀菌处理的基本方法是1次/日连续2~3个小时向循环水系统内残留氯为0.5~1.0mgCl2的氯系药品。但近年考虑到同时防止粘泥和点腐蚀，一般采用1.0mgCl2以下连续处理。•粘泥控制剂（KURITAF-5100）除了杀菌作用外，还可以抑制细菌的繁殖。高浓度添加还可以起到粘泥剥离的作用。与连续投加相比，间歇式投加（如1~2次/月）从效果和成本方面看到比较好。此药剂与氯剂不同，它有可以长时间持续药剂效果的特长。•在小型冷却水系统，一般使用可同时处理腐蚀、结垢和粘泥的复合性药剂。系统水平衡强制排水量B补给水量(m3/h)（m3/h）蒸发损失量E(m3/h)浓缩倍数N循环水量R(m3/h)飞散损失量W(m3/h)水平衡的计算方法水平衡的确认对于浓缩倍数和药剂成本的计算是必要的。•R:循环水量（m3/h）•⊿T:冷却塔出入口温度差（℃）•W:飞散损失量（m3/h）•E:蒸发损失量（m3/h）•B:强制排水量（m3/h）•N:浓缩倍数（倍）•M:补给水量（m3/h）•E=R×⊿t/(5.8×100)•N=1+E/(B+W)=冷却水电导率/自来水电导率•B=E/(N－1)－Ｗ•全排水量TB=B+W=E/(Ｎ－１)•M=E+B+W计算药剂使用量除此以外还需要保有水量（m3）、运转时间等数据。开放循环冷却水系统浓缩倍数与补给水量、排污水量的关系蒸发水量：2%飞散损失量：0.2%012345671234567891011循环水的浓缩倍数水量（相对循环水量%）050100第一季度第二季度第三季度第四季度东部西部北部蒸发水量：2%飞散损失量：0.2%补给水量强制排污量水质项目特点PHPH值低有腐蚀倾向、PH值高有结垢倾向。在冷却水系统PH值一般控制在7.0~9.0内运转。M碱度冷却水中HCO3-和CO32-的合计浓度。有防腐蚀的效能，但浓度高的话，钙垢容易附着。Ca硬度有防腐的效能，但浓度高的话，钙垢容易附着。电导率溶解于水的盐类浓度越高电导率越高。主要对腐蚀有很大的影响。较多的时候用于浓缩倍数的计算。Cl-、SO2-腐蚀性因子，根据使用的防腐剂的种类有其浓度的上限。全铁若系统内有腐蚀，其有增高的倾向，但不能仅以全铁的浓度来判断腐蚀性，其仅供参考。全磷酸主要是防腐剂成分。一般用于药剂浓度的计算。水质的影响１、自动管理的方法①由药剂浓度分析仪实现防腐蚀剂的自动注入。②由PH计实现硫酸的自动注入。③由残留氯计实现次氯酸钠的自动注入。④由电导率计实现排污调整的自动化。２、监测①通过检测点腐蚀，实现监测水处理状况。②通过远程控制系统，实现24小时及时监视冷却水监测状况。通过设置连续测定器、冷却水监测装置、冷却水处理自动化、进行及时监测。管理装置和监测系统自动排污控制监测全磷酸计、残留氯计、pH计、电导率计、防腐剂泵、氯剂泵、硫酸泵的运转状况。全磷酸计残留氯计pH计电导率计防腐剂泵次氯酸钠泵硫酸泵冷却水数据注药注药注药冷却塔收集水质・运转数据冷却水自动管理系统概要水质报告中常见的名词---以聚磷酸盐为缓蚀剂的冷却水系统正常运行时的控制项目•PH值----水体的酸碱度。重要项目，必须加以严格控制。有助于聚磷酸盐膜的生成和维持。pH高容易结垢，pH低对膜有破坏作用。•Cl----水体中氯离子的浓度。（mg/L）氯离子高，对膜有破坏作用，对不锈钢易产生点蚀和应力腐蚀，应根据系统情况及原水的氯离子情况而定。•磷酸根离子--反映聚合物的量，说明投加的药剂量是否适合。•浓缩倍数----反映循环水相对补水的浓缩程度。N=循环水中的盐类浓度/补充水中的盐类浓度循环水电导率/补充水电导率