循环水处理基础知识

1循环水处理技术工程公司2011年12月2主要内容•循环冷却水的基本概念•循环冷却水的处理技术–化学处理技术–物理处理技术•循环水水质分析常检参数•水处理设备简介•水处理设备选用注意事项3第一节循环冷却水的基本概念•循环水基础知识–循环系统类型与特点–敞开式循环冷却水的损耗形式–敞开式循环冷却水浓缩过程表征•循环冷却系统普遍存在的问题与成因•循环冷却水处理的关键环节41.1冷却水基础知识•冷却水系统通常有两种：–直流冷却水系统：冷却水用后直接排放–循环冷却水系统：冷却水用后并不排放，而是回流冷却再利用。•循环冷却水系统又分封闭式和敞开式。51.2两种循环冷却水系统特点循环水系统冷却方式水的损失应用封闭式循环水的冷却依赖于散热装置系统由于冷却水不暴露于空气中，所以水量损失少，水中各矿物质和离子含量一般不发生变化。运行费用高，仅适用于具有特殊要求的工业生产系统开放式水的再冷却是通过冷却塔进行冷却水暴露于空气当中，存在4种不同形式的损耗和补水过程，产生浓缩应用广泛61.3敞开式循环冷却水的损耗形式•蒸发损失：以水蒸气的形式蒸发掉，注意这部分蒸发掉的水中不含盐分•风吹损失：在冷却塔喷洒过程中，有部分流量被风吹走•渗漏损失：在管道和贮水系统中有部分流量渗漏掉•排污损失：为了控制由水量损失引起的浓缩过程，必须定期排污71.4循环冷却水的浓缩过程表征•新水量：循环过程中，为补偿水量损耗而补充的新鲜水。补充水量即上述四项损失之和。•浓缩过程：循环水中由蒸发形式散失的循环水中的盐类遗留在水中，补充水含盐量大于零，随着蒸发损失和补水过程，循环水的含盐量逐渐增大。•浓缩倍数K＝循环水的Cl－浓度/补充水的Cl－浓度81.5循环水系统存在的问题和成因•污垢：循环水系统在运行的过程中，会有各种物质沉积在换热器的传热管表面，主要由水垢、腐蚀产物、生物沉积物和淤泥构成。•结垢：在换热设备中，温度升高，水中的暂时性硬度转化为永久性硬度，溶解度小的难溶盐析出，形成水垢。•腐蚀：冷却水浓缩过程中导致含盐量的增加，增加了水的导电性，加强管路原电池反应，促进腐蚀过程；•微生物滋长：日光、水温和不断从空气融入循环水中的营养成分，为多种微生物的繁殖创造了适宜的条件；91.5产生结垢和腐蚀的原因•结垢和腐蚀的本质：CaCO3的溶解平衡遭到破坏。•CaCO3＋CO2＋H2OCa(HCO3)2Ca2+＋2HCO3•反应平衡时，水中各种组分的含量保持不变，不会产生结垢和腐蚀现象，这种水称为稳定的水。•结垢：HCO3碱度过量时，反应左移，出现CaCO3沉淀，沉淀附在管壁及用水设备表面上。•腐蚀：CO2含量过量时，反应右移，管壁及用水设备表面上原有的CaCO3保护膜会逐渐被溶解下来，最后使金属表面和水直接接触，产生腐蚀。10第二节水的化学处理方法简介•化学处理法为传统水处理技术，应用范围极广泛•化学处理技术包括循环水的预处理和过程控制：–循环水的预处理：软化、除盐–循环水的过程控制：对沉积物、腐蚀和微生物三者的综合控制。112.1循环水的预处理•水的软化：去除硬度盐（钙、镁离子）的方法。–加热软化法–石灰纯碱软化法–离子交换法软化法•水的除盐：减少水中溶解盐类的总量，包括水中的各种阴、阳离子。•电渗析法软化脱盐122.1.1石灰纯碱软化法•石灰纯碱软化法是一个利用化学沉淀原理去除水中硬度的方法。•碳酸盐硬度（暂时性硬度）的去除：石灰•非碳酸盐硬度（永久性硬度）的去除：–钙的非碳酸盐硬度：用纯碱(碳酸钠)–镁的非碳酸盐硬度：同时使用石灰和纯碱•现在，这种方法已被离子交换法所代替。132.1.2离子交换法软化法•离子交换树脂结构：一种反应性性高分子电解质，由交联结构的高分子骨架(母体)与交换离子两部分构成。•离子交换树脂工作原理：交换离子能与水中带有同种电荷的离子进行置换反应，即阳离子交换树脂交换阳离子，阴离子交换树脂交换阴离子。反应可逆。•离子交换法软化水的过程：通过阳离子交换树脂进行。阳离子交换树脂又分为钠型和氢型两种。•树脂经过一段时间使用后会失效，需要再生。142.1.2钠型阳离子交换树脂•钠型交换树脂软化水的原理：–把水中的钙、镁盐类转化为钠盐。钠盐溶解度很大，而且随着温度上升溶解度增加，不会沉淀出来，从而达到软化的目的。•用钠型树脂软化的结果：–о水中的钙、镁离子被钠离子取代，水中阳离子的重量发生变化；–о阴离子成分不发生变化，软化后水的碱度不变。152.1.2氢型阳离子交换树脂•氢型树脂的特点：–水中的钙、镁离子都变成氢离子；–水中的钠离子也参加交换，被氢离子取代；–交换后的氢离子与水中原有的阴离子结合，形成稀酸溶液，降低原水中的碳酸盐含量。•注意：用氢型树脂交换后的水实际上是稀酸溶液，腐蚀性很大，需要中和提高水的碱度。162.1.3水的除盐：•阴、阳离子交换树脂能够将原水的离子取代为氢离子和氢氧根离子，能够达到除盐的目的。•目前有关水的除盐技术应用最多、最为广泛的是膜过滤技术，包括超滤、纳滤、反渗透等。以后专人讲述该问题。172.1.4电渗析法软化脱盐•电渗析法是在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性，使水中阴、阳离子作定向迁移，从而达到水中离子与水分离的一种物理化学过程，其实质是离子交换除盐的一种形式。•具体应用专人讲述。182.2.1循环水的过程控制•腐蚀控制：用来控制腐蚀过程的药剂缓蚀剂。缓蚀的机理是在腐蚀电池的阴极或阳极覆盖一层保护膜，从而抑制腐蚀过程。•沉积物控制：保持结垢成分处于溶解或分散状态；使结垢成分转化为易于排掉的泥渣。污垢的控制药剂有分散剂、泥渣流化剂和表面活性剂三类。192.2.1循环水的过程控制•微生物控制：控制微生物繁殖的药剂可以分为杀生物剂和抑制生物剂两类。杀生物剂的作用是杀死微生物；抑制生物剂的作用是抑制生物繁殖的作用。通常采用复方药剂，利用杀菌剂间的增效作用。而且为了防止微生物对杀菌剂产生抵抗力，要几种杀菌剂轮换使用。202.2.2投药方法•投药在换热器管壁上形成的全面完整的保护膜是控制腐蚀、沉积物和微生物的基础。•预膜步骤：1首先清洁金属表面，再进行预成膜处理。•2预膜剂水溶液在设备内循环或浸泡设备。•保护膜必须在几小时内完成，所以投药量很大。•预膜剂的配方可以采用正常运行下的缓蚀剂配方，也可以采用别的缓蚀剂配方，只要两者是相洽的。•运行过程中所加的缓蚀剂只是维护和修补保护膜。21第三节循环水的物理处理方法•循环水的物理处理方法种类•物理方法处理循环水的作用原理•不同物理法的优点与不足•几种物理方法的适用条件223.1循环水的物理处理技术种类•从本世纪40年代起，最早的是用磁法，发展到现在，已有磁法、静电法、高频法等，各种方法机理不同。方法原理组成：关键：静电处理法在两极间加入大于1万伏的直流电压，使水中产生微电流，从而起到作用。高压静电发生器＋处理器电极的绝缘性。电子处理法用几伏的电压加在处理器中。高频电磁法在两极间产生高频电磁场。高频发生器＋处理器。强磁法用强磁场作用在水中。不需维护。233.1循环水的物理处理技术种类•其它物理除垢防垢方法：超声波、永磁、扫频、脉冲冲击波等。•超声波：空化作用•永磁：切割磁力线，提高水分子溶垢能力•扫频：多频率波段，尤其适于杀藻灭菌•脉冲冲击波：机械能•电化学防垢：诱使垢在水体中生成243.2物理方法的作用原理•防垢机理：水分子产生偶极子，包围成垢离子，防止垢的沉积。•除垢机理：电解水放出微量氧，改变了垢的晶体结垢，使垢松散沉积。•缓蚀机理：水电解放出微量活性氧，使锈（Fe2O3）继续氧化成稳定物质（Fe3O4）的反应更容易进行，防止了“红水”的产生。•杀菌灭藻：活性氧对水中微生物有强大的杀伤力，另外高频电磁场可以击破微生物的细胞壁。253.3不同物理法的优点与不足•磁法水处理仪是利用在水中产生磁场使水分子磁化改变水中离子的排列，达到阻垢的目的；缺点是随着使用时间的延长，磁场会减弱，影响使用效果。•静电水处理仪是采用高压静电技术，使水分子有序排列；缺点是由于高压静电技术对水中的水分子团处理效果较差，处理不够完全，效果不理想。26不同物理法的优点与不足•高频电子水处理仪采用电子线路产生高频振荡，使水分子基团内的氢键断裂，形成单个水分子，包围在钙、镁等离子的周围，减少了水中离子的有效碰撞，达到阻垢的目的。被激活的水分子不断碰撞管壁，管壁上的老垢逐渐松软，脱落。水中存在的微电流杀死水中的菌藻细胞，从而起到杀菌、灭藻的作用。273.4几种物理方法的适用条件本表中的温度是指运行中的最高温度。含盐量与总硬度不一样，总硬度是指以CaCO3计的钙、镁盐的总量，而含盐量是指水中含盐的数量，包括钙盐、镁盐项目强磁法静电法电子法高频电磁法温度（℃）8095流速（m/s）1.52.5含盐量总硬度适用水质300mg/L400mg/L550mg/L700mg/L28第四节循环水水质分析常检参数•硬度：水的硬度原指沉淀肥皂的程度，这主要是钙和镁盐的作用。一般来说，以碳酸钙计硬度大于140mg/L(ppm)的水为中等硬水，大于280ppm的水为硬水，大于540ppm的水为极硬水。•1ppm=17.86*德国度数值=10*法国度数值硬度碱度pH值氯离子电导率其它29循环水水质分析常检参数•碱度：指水中能与强酸发生中和作用的全部物质总量。以酚酞和甲基橙为指示剂，用盐酸滴定至终点，分别为酚酞碱度、甲基橙碱度。硬度碱度pH值氯离子电导率其它30循环水水质分析常检参数•pH值：pH值可间接地表示水的酸碱程度。天然水的pH值多在6～9范围内。pH值受水温影响而变化，测定时应注意温度。pH值的测定应在现场进行。硬度碱度pH值氯离子电导率其它31循环水水质分析常检参数•Cl－浓度：可用于表征循环水的浓缩倍数，同时可以作为监测水的腐蚀能力大小的标志。测定方法是以铬酸钾溶液为指示剂，用硝酸银络合滴定。硬度碱度pH值氯离子电导率其它32循环水水质分析常检参数•电导率：电导率表示溶液传导电流的能力。纯水的电导率很小，当水中含有无机酸、碱或盐时，使电导率增加。电导率常用于间接推测水中离子的总量。与pH值一样，电导率的测定也应在现场进行。硬度碱度pH值氯离子电导率其它33循环水水质分析常检参数•其它项目：水质分析的项目还有：矿化度、浊度、总铁量、硫酸盐等，根据具体情况而定。硬度碱度pH值氯离子电导率其它34循环水水质分析常检参数•在太阳能热水系统中，一般需要检测总硬度、PH值、CL¯等。若是城市自来水，水厂都有公布的水质指标•全国城市自来水水质符合国家自来水标准，总硬度（以CaCO3计）450mg/L6.5PH8.5•村镇小型集中式供水和分散式供水部分水质指标及限值总硬度（以CaCO3计）550mg/L，6.5PH9.5•若水源为自打井，可以让用户到检测部门进行测定或者用硬度测试盒、硬度测试纸进行测定。35水处理设备简介•全自动软水器•加药（硅磷晶）•高频电子水处理仪•静电水处理•内磁水处理•强磁水处理36水处理设备简介---全自动软水器•技术性能参数•原水硬度：8mmol/L•出水硬度：≤0.03mmol/L•原水水压：0.2-0.6Mpa(如0.2Mpa须加管道泵)•工作温度：2－50℃•自控电源：220V50Hz•树脂：001x7强酸性苯乙烯系阳离子交换剂37水处理设备简介---全自动软水器•性能特点•(1)水质软化过程自动化：美国FLECK控制器，只需定期加入再生剂，即可在全自动条件下，实现连续或间断供水。•(2)高效：常用的手动设备，设备工作容量较低，而盐耗较高。全自动软水器整体设计配套合理，使树脂的有效工作交换容量得以充分发挥，各项性能指标优于一般软化水设备。•(3)省工：无需设专人操作。安装简便，当天安装，当天使用。•(4)省水：软水器的制水率达98%以上。•(5)省电：由于采用虹吸再生原理，无需盐泵，耗电量仅相当于手动软水设备的1%•(6)占地空间小：只需提供树脂罐和盐罐占地空间，节省管路、盐泵所占空间。38水处理设备简介---全自动软水器•性能特点•(7)无毒：阀体为无铅材料，特别适合食品