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工业循环水处理技术知识目录第一章水及工业用水预处理－－－－－－－－3-4第二章循环冷却水系统概况－－－－－－－－5-12第三章循环冷却水系统中产生的问题－－－13-36第四章循环冷却水系统的日常运行－－－－－37-44第五章冷却水系统中的现场监测－－－－－－45-49第六章药剂说明－－－－－－－－－－－－50-56第七章循环冷却水中的水质分析方法－－－－57-71第一章水及工业用水预处理一、水资源：我国淡水资源比较丰富，但人均水资源量与世界许多国家相比相差很大。山西是有名的“十年九旱”。最近１０年中，就有７年出现过大旱和局部大旱。山西的煤炭开采也损耗了大量的地下水。平均每开采一吨煤，要影响、破坏、漏失２．４８立方米的水资源。按照现在年开采量６亿吨计算，每年要损耗的水资源约在１５亿立方米，相当于全省地下水资源量的１／５。近年随着工业的发展，工业用水量剧具增加，缺水现场尤为突出，节约用水势在必行。二、预处理：地表天然水中混入的悬浮物、胶体物构成水的浊度，不经过处理不能作为工业冷却水的补水使用。地表水（湖水）中含有大量的悬浮物、微生物，浊度较高未经过处理直接进入循环水补水，在循环水中会有大量粘泥沉积、微生物粘泥沉积，导致系统会有粘泥下腐蚀的趋势。湖水随着季度的变化性很强，夏季湖水中的微生物繁殖旺盛，如未经过处理直接进入循环水中会导致系统中大量的微生物产生，加大杀菌药剂的用量。所以有必要对补水进行预处理，根据目前补水状况只需建一个混凝沉淀池便可。也可在现有的基础上加大旁滤的效果处理。第二章循环冷却水系统概况在循环冷却水系统中，冷却水用过后不是立即排放，而是收回循环再用。水的再冷却是通过冷却塔来进行的，因此冷却水在循环过程中要与空气接触，部分水在通过冷却塔是会不断被蒸发损失掉，因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。为了维护各种矿物质和离子含量稳定在某一个定值上，必须对系统补充一定量的冷却水（补充水）；并排出一定量的浓缩水（排污水）。其流程如图所示1-补充水（M）；2-冷却塔；3-冷水池；4-循环水泵；5-渗漏水（F）；6-冷却水；7-冷却用换热器8-热水（R）；9-排污水（B）；10-蒸发损失（E）；11-风吹损失（D）；12-空气常用术语介绍：1、冷却塔敞开式循环冷却水系统中主要设备之一是冷却塔，冷却塔用来冷却换热器中排出的热水。在冷却塔中，热水从塔顶（冷却塔内部布有溅水装置）向下喷淋成水滴或水膜状，空气则由下向上与水滴或水膜逆向流动，或水平方向交流流动，使水在填料表面上以薄膜形式与空气接触，在气水接触过程中，进行热交换，使水温降低。1-配水系统；2-填料；3-百叶窗；4-集水池；5-空气分配区；6-风机；7-风筒；8-热空气和水蒸汽；9-冷水2、浓缩倍数：在敞开式循环冷却水系统中，由于蒸发，系统中的水会愈来愈少，而水中各种矿物质和离子含量就会愈来愈浓。通常在操作时，用浓缩倍数来控制水中含盐的浓度。设以K表示浓缩倍数，则K的含意就是指循环水中某物质的浓度与补充水中某物质的浓度之比。K=CR/CM式中CR---循环水中某物质的浓度CM---补充水中某物质的浓度用来计算浓缩倍数的物质，要求它们的浓度除了随浓缩过程而增加外，不受其他外界条件，如加热、沉淀、投加药剂等的干扰。通常选用的物质有cl-、k+等物质或电导率。3、补充水量M水在循环过程中，除因蒸发损失和维持一定的浓度倍数而排掉一定的污水外，还由于空气流由塔顶逸出时，带走部分水滴，以及管道渗漏而失去部分水，因此补充水是下列各项损失之和。（1）蒸发损失E冷却塔中，循环冷却水因蒸发而损失的水量E与气候和冷却幅度有关，通常以蒸发损失率a来表示，进入冷却塔的水量愈大，E也就愈多。E=a(R-B)a=e(t1-t2)式中a---蒸发损失率，％；R---系统中循环水量，m3/h；B---系统中排污水量，m3/h；t1、t2---循环冷却水进、出冷却塔的温度，℃；e---损失系数，与季节有关。（2）风吹损失（包括飞溅和雾沫夹带）D风吹损失除与当地的风速有关外，还与冷却塔的型式和结构有关。若冷却塔中装有良好的收水器，其风吹损失比不装收水器的要小些。风吹损失通常以占循环水量R的百分率来估计，其值约为D=(0.2%～0.5%)R（3）渗漏损失F良好的循环冷却水系统，管道连接处，泵的进、出口和水池等地方都不应该有渗漏。但因管理不善，安装不好，则渗漏就不可避免。因此在考虑补充水量时，应视系统具体情况而定。（4）排污水量B排污水量B的确定与冷却塔的蒸发损失E和浓缩倍数K有关。关系为B=E/(K-1)因此循环冷却水系统运行时，只要知道了系统中循环水量R和浓缩倍数K，就可以估算出蒸发量E、排污水量B以及补充水量M等操作系数。控制好这些参数，循环冷却水系统的运行也就能正常运行。综述：M=E+D+B+F第三章循环冷却水系统中产生的问题冷却水在循环系统中不断循环使用，由于水的温度升高，水流速度的变化，水的蒸发，各种无机离子和有机物质的浓缩，冷却塔和冷水池在室外受到阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂物的进入，以及设备结构和材料等多种因素的综合作用，会产生严重的沉积物的附着、设备腐蚀和微生物的大量滋生，以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等问题。我们把它们归结为三类：1、循环冷却水系统中的沉积物2、循环冷却水系统中金属的腐蚀3、循环冷却水系统中的微生物这些问题不加以解决与控制，它们会威胁和破坏工厂长周期地安全生产，甚至造成经济损失，因此不能掉以轻心，所以我们必须要选择一种实用的循环冷却水处理方案，是上述问题得以解决或改善。我们下面对循环冷却水系统中所产生的三类问题逐一进行分析。第一节循环冷却水系统中的沉积物及其控制一、循环冷却水系统中的沉积物循环冷却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。这些物质统称为沉积物。它们主要是由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积物构成。通常，人们把淤泥、腐蚀产物和生物沉积物三者统称为污垢。所以我们可以把循环冷却水系统中的沉积物分成两类：一、水垢；二、污垢。水垢沉积物污垢我们将对这两类做逐一介绍1-1污垢污垢一般是由颗粒细小的泥砂、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其粘性分泌物等组成。水处理控制不当，补充水浊度过高，细微泥砂、胶状物质等带入冷却水系统，或者菌藻杀灭不及时，或腐蚀严重、腐蚀产物多等都会加剧污垢的形成。由于这种污垢体积较大、质地疏松稀软，故又称为软垢。当这样的水质流经换热器表面时，容易形成污垢沉积物，特别是当水走壳层，流速较慢的部位污垢沉积物更多。大量的污垢沉积会引起垢下腐蚀，同时又是某些细菌（厌氧菌）生存和繁殖的温床。1-2、水垢天然水中溶解有各种盐类，其中又以溶解的重碳酸盐如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2为最多，也最不稳定，容易分解生成碳酸盐。使用含重碳酸盐较多的水作为冷却水，当它通过换热器传热表面时，会受热分解：冷却水通过冷却塔相当于一个曝气过程，溶解在水中的CO2会逸出，因此，水的PH值会升高。此时，重碳酸盐在碱性条件下会发生反应：当水中溶有氯化钙时，还会产生下列置换反应：如水中溶有适量的磷酸盐时，磷酸根将与钙离子生成磷酸钙，其反应为：碳酸钙和磷酸钙均属于微溶性盐，它们的溶解度比氯化钙和重碳酸钙要小得多。此外，碳酸钙和磷酸钙的溶解度与一般的盐类不同，它们不是随着温度的升高而升高，而是随着温度的升高而降低。因此，在换热器的传热表面上，这些微溶性盐很容易达到过饱和状态而从水中结晶析出。当水流速度比较小或传热面比较粗糙时，这些结晶沉积物就容易在传热表面上。此外，水中溶解的硫酸钙、硅酸钙、硅酸镁等，当其阴、阳离子溶度的乘积超过其本身溶度积时，也会生成沉淀沉积在传热表面上。以上所述的此类沉积物通称为水垢。因这些水垢都是由无机盐组成，故又称为无机垢；由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，故又称为硬垢。它们通常牢固地附着在换热表面上，不易被水冲洗掉。大多数情况下，换热器传热表面上形成的水垢是以碳酸垢为主的。二、循环冷却水系统中沉积物的控制2-1水垢的控制冷却水中如无过量的PO43-或SiO2，则磷酸钙垢和硅酸盐垢是不容易生成的。循环冷却水系统中最易生成的水垢是碳酸钙垢，在此谈沉积物控制主要是指如何防止碳酸盐水垢的析出。控制水垢析出的方法，大致有下图中的几类：离子交换树脂法从冷却水中除去成垢的钙离子石灰软化法控制水垢加酸或通CO2气，降低PH，稳定重碳酸盐加酸析出通CO2气投加阻垢剂2-2污垢的控制污垢的形成主要是由尘土、杂物碎屑、菌藻尸体及其分泌物和细微水垢、腐蚀产物等构成。因此，欲控制好污垢，必须做到下图几点：降低补充水的浊度控制做好循环冷却水水质处理水垢析出投加分散剂增加旁滤设备在介绍药剂的时候我们再详细的对阻垢、分散剂进行介绍。第二节循环冷却水系统中金属的腐蚀及其控制一、循环冷却水中金属腐蚀的机理工业循环冷却水系统中大多数的换热器是由碳钢制造的，又因为种种原因，碳钢的金属表面并不是均匀的。当他与冷却水接触时，会形成许多微小的腐蚀电池（微电池）。其中活泼的部位成为阳极，腐蚀学上称为阳极区；而不活泼的部位则成为阴极，腐蚀学上称为阴极区。在阳极区，碳钢氧化生成亚铁离子进入水中，并在碳钢的金属基体上留下两个电子。与此同时，水中的溶解氧则在阴极区接受从阳极区流过来的两个电子，还原为OH－。两个去可以表示为：在阳极区FeFe2++2e在阴极区½02+H2O+2e2OH-当亚铁离子和氢氧根离子在水中相遇时，就会生成Fe(OH)2沉淀：Fe2++2OH-＝Fe(OH)2二、冷却水中金属腐蚀的形态在冷却水系统的正常运行过程中以及化学清洗过程中，金属常常会发生不同形态的腐蚀。现将发生的金属腐蚀形态归纳为以下几种：均匀腐蚀（全面腐蚀、普通腐蚀）电偶腐蚀（双金属腐蚀、接触腐蚀）缝隙腐蚀（垢下腐蚀、沉积腐蚀、垫片腐蚀）腐蚀形态孔蚀（点蚀、坑蚀）选择性腐蚀（选择性浸出）磨损腐蚀（冲击腐蚀、冲刷腐蚀、磨蚀）应力腐蚀破裂三、循环冷却水中金属腐蚀的影响因素冷却水中金属换热设备腐蚀的影响因素很多，概括起来可以分为化学因素、物理因素和微生物因素。先仅讨论其中的一些化学因素和物理因素，微生物方面待在谈微生物时再详细讨论。PH值阴离子络合剂硬度影响金属离子因素溶解的气体浓度悬浮固体流速电偶温度四、循环冷却水中金属腐蚀的控制指标工业冷却水系统中的金属设备有各种换热器（水冷器、冷凝器、凝汽器等）、泵、管道、阀门等。由于换热器腐蚀后更换的费用较大，更重要的是由于换热器管壁腐蚀穿孔和泄漏造成的经济损失更大，因此冷却水系统中的腐蚀控制主要是各种换热器或换热设备的腐蚀控制。中华人民共和国国家标准工业循环冷却水处理设计规范（GB50050-95）中对循环冷却水系统中腐蚀控制指标规定：碳钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于0.125mm/a；铜、铜合金和不锈钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于0.005mm/a.由此可见，对冷却水系统中金属的腐蚀控制不是要求金属绝对不发生（即腐蚀速度为零），而是要求把金属的腐蚀速度控制在一定范围，从而把换热器的使用寿命控制在一定的范围之内。五、循环冷却水中金属腐蚀的控制方法循环冷却水系统中金属腐蚀的控制放法甚多。常用的主要有以下四种：添加缓蚀剂控制提高冷却水的PH值方法选用耐蚀材料的换热器用防腐涂料涂覆在介绍药剂的时候我们再详细的对缓蚀剂进行介绍。第三节循环冷却水系统中的微生物及其控制在敞开式循环冷却水系统中，人们经常可以看到微生物大量生长的情景。含有微生物的补充水不断进入循环冷却水系统，以此同时，冷却塔中从上面喷淋下来的冷却水又从逆流相遇的空气中捕集了大量的微生物进入冷却水系统。冷却水系统中充沛的水量为这些进入的微生物的生长提供了可靠的保障。冷却水的水温通常被设计在32～42℃之间，这一温度范围又特别有利于某些微生物的生长。冷却水在冷却塔内的喷淋曝气过程中溶入了大量的氧气，为好氧性微生物提供了必要的条件；而冷却水悬浮物形成的淤泥又为厌氧性微生物提供了庇护所，冷却水中的硫酸盐则成为厌氧性微生物－硫酸盐还原菌所需能量的来源。因此，有些冷却水系