循环冷却水处理剂

循环冷却水处理1第一节概述第二节水垢及其控制第三节腐蚀及其控制第四节微生物及其控制第一节概述2冷水池2中冷却水由循环泵3送往系统中各换热器4，冷却工艺热介质，冷却水本身温度升高后，再流往冷却塔5，由布水管道喷淋到塔内填料上，空气则由塔底百页窗空隙进入塔内，并被塔顶风扇抽吸上升，与落下的水滴接触换热，将热水冷却。采用旁滤池6过滤部分冷却水。循环冷却水水质变化特点1．溶解固体浓缩在开始运行时，循环水质和补充水相同。在运行过程中，因纯水不断蒸发，水中的溶解固体和悬浮物逐渐积累，其程度常用浓缩倍数K来表示。式中c循、c补分别为循环水和补充水中溶解离子浓度。2．二氧化碳散失冷却水在冷却塔中与空气充分接触时，水中的CO2被空气吹脱而送入空气中。水滴在空气中降落1.5～2s后，水中CO2几乎全部散失，水中钙镁的重碳酸盐全部转化为碳酸盐使循环水比补充水更易结垢。3补循ccK/3.溶解氧量升高循环水与空气充分接触，水中溶解氧接近平衡浓度。冷却水的相对腐蚀率随溶解氧含量和温度升高而增大，至70℃后，因含氧量已相当低，才逐渐减小。4.杂质增多循环水在冷却塔中吸收和洗涤了空气中的污染物以及空气携带的灰尘、植物的绒毛等，结果使水中杂质增多。5.微生物滋生循环水中含有的盐类和其他杂质较高，溶解氧充足，温度适宜(一般25～45℃)，许多微生物(包括细菌、真菌和藻类)能够在此条件下生长繁殖。4循环冷却水水质变化的结果（1）腐蚀故障：不仅缩短设备寿命，而且引起工艺过程效率的降低、产品泄漏等问题，在高温高压过程的冷却水系统，还可能发生安全事故。（2）结垢故障：不仅使传热效率降低，影响冷却效果，严重时使设备堵塞而停工检修。还降低输水能力，增加泵的动力消耗，并促使微生物滋生，间接引起腐蚀。循环冷却水处理的基本任务：防止或减缓系统的腐蚀和结垢及微生物的危害，确保冷却水系统高效安全运行。5第二节水垢及其控制冷却水中的水垢一般由CaCO3、Ca3(PO4)2、CaSO4、硅酸钙(镁)等微溶盐组成。这些盐的溶解度很小，如在0℃时，CaCO3的溶解度是20mg/L，Ca3(PO4)2的溶解度只有0.1mg/L，而且它们的溶解度随pH值和水温的升高而降低，因此特别容易在温度高的传热部位达到过饱和状态而结晶析出，当水流速度较小或传热面较粗糙时，这些结晶就容易沉积在传热表面上形成水垢。6一、水垢的种类和特点1．碳酸钙在冷却水系统中最常见的水垢。判断CaCO3结晶或溶解倾向的两种方法是饱和指数法和稳定指数法，两种指数协同使用，有助于较正确地判断冷却水的结垢与腐蚀倾向。2．磷酸钙为抑制金属的腐蚀，有时会投加聚磷酸盐作为缓蚀剂。当水温升高时，聚磷酸盐会水解成正磷酸盐。分解率因冷却水的停留时间而异，约10％～40％。结果PO43-与Ca2+可生成溶解度很低的Ca3(PO4)2。73．硅酸盐垢循环冷却水中，SiO2含量过高，加上水的硬度较大时SiO2易与水中的Ca2+或Mg2+生成传热系数很小的硅酸钙或硅酸镁水垢。这类水垢不能用一般的化学清洗法去除，而要用酸碱交替清洗。4．硫酸钙硫酸钙在98℃以下是稳定的二水化合物(CaSO4·2H2O)，其溶解度比碳酸钙大40倍以上。在37℃以下，溶解度随温度升高而增大，在37℃以上则相反，随温度升高而减小。硫酸钙垢非常硬，难以用化学清洗法去除。8二、水垢的控制控制冷却水结垢的途径主要有三条：(1)降低水中结垢离子的浓度使其保持在允许的范围内；(2)稳定水中结垢离子的平衡关系；(3)破坏结垢离子的结晶长大。在选择控制水垢的具体方案时，应综合考虑循环水量大小、使用要求、药剂来源等因素。91．从冷却水中除去成垢离子对含Ca2+、Mg2+离子较多的补充水。可用离子交换法或石灰软化法预处理。投加石灰的软化反应如下：1022OHCaOHCaOOHCaCOOHCaCO2322OHCaCOOHCaHCOCa2322322OHOHMgCaCOOHCaHCOMg2232232222．加酸或通CO2，降低pH，稳定重碳酸盐对一些水量较大，而水质要求并不十分严格的循环水系统，一般采用加酸法处理。通常加H2SO4，若加HCl会带入Cl-,增强腐蚀性，而加HNO3则会带入NO3-,促使硝化细菌繁殖。加酸后，pH值降低，反应向左进行。使碳酸盐转化成溶解度较大的硫酸盐：也可向水中通入CO2或净化后的烟道气，稳定重碳酸盐。该法适用于生产过程中有多余的干净CO2气体或有含CO2的废水可以直接利用的情况，11OHCOCaSOSOHHCOCa2244223223．投加阻垢剂结垢是水中微溶盐结晶沉淀的结果。在盐类过饱和溶液中，首先产生晶核，再形成少量微晶粒，然后这些微晶粒相互碰撞，并按一种特有的次序排列起来，使小晶粒不断长大，形成大晶体。如果投加某些药剂，破坏或控制结晶的某一进程，水垢就难以形成。具有阻垢性能的药剂包括螯合剂、抑制剂和分散剂。螯合剂与阳离子形成螯合物或络合物，将金属离子封闭起来，阻止其与阴离子反应生成水垢。EDTA(乙二胺四乙酸)是性能良好的螯合剂，几乎能与所有的金属离子螯合。12阻垢剂的作用机理阻垢剂的作用机理分为:络和增溶作用、晶格畸变作用、静电斥力作用。1.络和增溶作用是共聚物溶于水后发生电离,生成带负电性的分子链,它与Ca2+形成可溶于水的络合物或螯合物,从而使无机盐溶解度增加,起到阻垢作用。2.晶格畸变作用是由分子中的部分官能团在无机盐晶核或微晶上,占据了一定位置,阻碍和破坏了无机盐晶体的正常生长,减慢了晶体的增长速率,从而减少了盐垢的形成;3.静电斥力作用是共聚物溶于水后吸附在无机盐的微晶上,使微粒间斥力增加,阻碍它们的聚结,使它们处于良好的分散状态,从而防止或减少垢物的形成。13阻垢剂的种类在水处理中常用的阻垢剂有聚磷酸盐、有机膦酸、膦羧酸、有机膦酸脂、聚羧酸等。1）聚磷酸盐常用聚磷酸有三聚磷酸钠和六偏磷酸钠，在水中生成长链阴离子容易吸附在微小的碳酸钙晶粒上，同是这种阴离子易于和CO32-置换，从而防止了碳酸钙的析出。2）有机膦酸类阻垢剂常用的有ATMP、HEDP、EDTMPS、DTPMPA、PBTCA、BHMT等。对抑制碳酸钙、水合氧化铁或硫酸钙的析出或沉淀有很好的效果。3）有机膦酸酯有机膦酸酯抑制硫酸钙垢的效果较好，但抑制碳酸钙垢的效果较差。其毒性低，易水解。4）聚羧酸类阻垢分散剂聚羧酸类化合物对碳酸钙水垢有良好的阻垢作用，用量也极少。常用的有聚丙烯酸PAA、水解马来酸酐HPMA、AA/AMPS、多元共聚物等。主要用于各行业的水冷器、油冷器、凝汽器、空冷器、蒸发器、暖气片、反应釜、吸收塔、贮罐、管道等设备的防腐及阻垢。14第三节腐蚀及其控制腐蚀机理冷却水对碳钢的腐蚀是一个电化学过程。由于碳钢组织和表面以及与其接触的溶液状态的不均匀性，表面上会形成许多微小面积的低电位区(阳极)和高电位区(阴极)，每一对阳极和阴极通过金属本体构成一个腐蚀原电池，分别发生氧化和还原反应。15eFeFe22OHeOHO222/122222OHFeOHFe322222/12OHFeOHOOHFe在阴极在水中在阳极163.1腐蚀的类型与过程3.2影响腐蚀的因素与腐蚀形式3.3水质温度指数3.4腐蚀的控制173.1腐蚀的类型与过程3.1.1腐蚀的类型3.1.2腐蚀的过程183.1.1腐蚀的类型腐蚀：是指由于与周围介质相互作用，材料遭受破坏或材料性能恶化的过程；也可以从下面进行定义：（1）由于材料或环境反应而引起的材料破坏或变质；（2）除了单纯机械破坏以外的材料的一切破坏；（3）从冶金的角度讲，腐蚀也可视为冶金的逆过程。分类：（1）低温腐蚀和高温腐蚀；（2）化学腐蚀和电化学腐蚀。在给水排水工程有：电化学腐蚀和微生物腐蚀19腐蚀的类型1.电化学腐蚀（1）腐蚀电池的电极；（2）极化现象：浓差极化；电化学极化；（3）去极化；（4）伊文思极化图及腐蚀图（5）钝化现象2.微生物腐蚀3.化学腐蚀20（1）腐蚀电池的电极阳极发生的是氧化反应，即被腐蚀的电极，阴极发生的是还原反应。习惯上假定：电流方向为正极到负极，与电子的运动方向相反。1）电极电位在阴阳极发生的电极反应导致在金属和溶液的界面上形成双电层，双电层两侧的电位差即为电极电位2）标准电极电位是指参加电极反应的物质都处于平衡状态（25℃，离子活度为1，分压为）时得到的电势。51.010Pa21（2）极化现象所谓极化是指在接通原电池电路后出现电极电势偏离了理论电极电势值的现象；阴阳极的极化包括浓差极化和电化学极化1）浓差极化：由于离子扩散速率缓慢所引起的；2）电化学极化：是由电解产物析出过程中某一步骤反应速率迟缓而引起的电极电势偏离平衡电势的现象。22（3）去极化所谓去极化是指能消除或抑制原电池阳极或阴极极化的过程；活化剂：能起到这种作用的物质叫做去极剂，也叫……阴极去极化有如下类型：1）阳离子还原反应；2）析氢反应；3）阴离子的还原反应；4）中性离子的还原反应；5）不溶性膜或沉积物的还原反应23（5）钝化现象钝化：某些金属或合金在特殊环境条件下失去了化学活性，由活化态转为钝态，金属或合金钝化后具有的耐蚀性称为……引起金属钝化的因素有化学及电化学两种；化学因素引起的钝化，一般由强氧化剂引起的。242.微生物腐蚀微生物腐蚀：由于微生物的生命活动直接或间接的对材料产生了兴趣，微生物包括细菌和较大的藻类和及原生动物。微生物腐蚀的本质原因：微生物参与了引起腐蚀的电化学反应。生物在代谢过程中有以下几个方面影响腐蚀：（1）直接影响阳极和阴极的反应；（2）影响表面保护膜；（3）形成腐蚀条件；（4）产生沉积物。253.化学腐蚀高温氧化：在温度高的情况下，金属与环境介质中的气相或凝聚相物质发生化学反应而遭到破坏，也称为高温腐蚀。发生领域：化工、冶金、核反应堆或航空等；危害：损坏金属，造成金属性能下降，导致发生严重的事故。263.1.2腐蚀的过程腐蚀的过程本质：化学过程；以金属腐蚀为例，其腐蚀过程大多为腐蚀原电池的工作过程。腐蚀原电池的基本过程为：1.阳极溶解过程：以铁为例，阳极溶解的反应为：2.阴极的反应为：阴极和阳极的产物发生下列反应：22FeFee221/222HOOeOH222()FeOHFeOH273.2影响腐蚀的因素与腐蚀形式3.2.1影响腐蚀的因素3.2.2腐蚀形式3.2.1影响金属腐蚀的操作因素（1）水质：钙硬度高或浓缩倍数大的水容易产生坚硬的CaCO3水垢，对碳钢起保护作用，软水腐蚀性比硬水严重。（2）pH值：如图11-8所示。（3）溶解氧：水中溶解氧在金属表面的去极化作用，是金属腐蚀的主要原因。如图11-9所示。（4）水温：水温升高能加快氧的扩散速度，从而加速腐蚀。（5）流速：如图11-10所示。（6）微生物：冷却水中滋生的微生物直接参与腐蚀反应。2829影响腐蚀的因素1.合金元素2.温度3.流速4.外界气体介质5.pH6.溶解盐类7.溶解气体：8.悬浮固体9.微生物22222,,,,COONHSCl303.2.2腐蚀形式1.全面腐蚀（generalcorrosion）分为均匀腐蚀（uniformcorrosion）和非均匀腐蚀；均匀腐蚀：指腐蚀均匀的分布在整个金属面上，腐蚀消耗金属面积上同样的厚度。2.局部腐蚀（localizedcorrosion）（1）点蚀（pitting）：是一种腐蚀集中在金属或者合金表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀形式点蚀的危害程度一般用点蚀系数（pittingfactor）来表示；（2）缝隙腐蚀（crevicecorrosion）：腐蚀宽度一般在0.025～0.1mm；发生在所有金属和合金上。31腐蚀形式（3）浓差电池腐蚀（concentration－cellcorrosion）：水中各种溶解成分的浓度差都会使