化工厂循环水处理

鼓风式冷却塔是由安装在冷却塔底部的鼓风机将气温 状态的空气压入其中，与热水逆流通过填料层进行传 热和传质。
优点：风机的位置低，维护方便，风机的工作不受湿 热空气的影响，当水质较差或有腐蚀时可避免风机的 腐蚀，延长使用寿命。
缺点：要有很高的塔身，塔内空气处于正压状态不利 于蒸发。
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鼓风式冷却塔示意图
混凝剂及其类型
天然混凝剂：淀粉，树胶，动物胶。 无机混凝剂：铁盐，铝盐。 有机高分子混凝剂：阴阳非离子混凝剂。
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高分子混凝剂具有的一些性能：
（1）易溶于水，即高分子混凝剂需能分散和溶解在 水中，才能与水中的悬浮颗粒进行混凝反应；
（2）在分子结构上具有能反应的官能团，这种官能 团可以是非离子型、阴离子型或阳离子型；
通常用浓缩倍数表示浓缩的程度。 N=C浓∕C原 离子 电导率 总固体含量
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水量的平衡
很显然，一个循环冷却水系统的循环水量和冷却水温 差设计确定后，控制运行的浓缩倍率就是控制了系统 的补充水量、排污水量，也就实现了系统的水量基本 平衡。
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R：循环量 B：排污量 E：蒸发量
M：补加水 N：浓缩倍率 D：风吹损失 CMCR：盐溶度
铁细菌存在时，这种细菌有助于亚铁盐的接触氧化，促 使在阳极附近形成氢氧化铁和铁锈的沉淀膜。当这种沉 淀膜进一步增长时，将妨碍氧进入，所以沉淀膜的下方 因缺氧而成为阳极，而沉淀膜周围的金属则变成阴极， 形成氧的浓差电池，加剧了腐蚀
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腐蚀的控制技术
选择适宜耐用金属材料 表明防腐涂层 化学电镀技术 成膜处理 钝化处理
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金属的腐蚀和控制技术
由于金属和冷却水溶液的作用，使金属材料转化成离 子或化合物而遭受损害并且使其使用性能恶化的现象 称为冷却水对金属的腐蚀。
实质：是水中的悬浮物、胶体、溶解盐类及溶解气体 等杂质中氧化性的物质对金属发生物理的、化学的和 电化学作用的结果。
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金属的腐蚀
按反应的机理腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀 化学腐蚀与电化学腐蚀的区别
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腐蚀的形式
（1）均匀腐蚀：（1）在腐蚀介质作用下，金属表面发生的腐 蚀破坏，基本上按相同的腐蚀速度进行着。
（2）局部腐蚀：局部腐蚀腐蚀破坏主要集中在金属表面的一 定区域，而其它部位几乎没有被破坏。
（3）晶体腐蚀：发生置换反应，活泼的金属置换出不活泼的 金属。两种金属的活泼性相差越大，晶体的腐蚀越厉害。
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微生物控制技术
防止循环系统流入营养源和悬浮物 杀菌灭藻处理 抑制微生物增殖处理 防止附着处理 剥离处理 部分过滤处理
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循环水管理与运行要点
补加量 浓缩倍率 循环水质监测及处理
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孔陶瓷。
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过滤速度的控制取决于以下因素：
（1） 未过滤水的性质，即进水水质； （2） 滤出水的要求，即出水水质； （3） 滤床中滤料颗粒的大小； （4） 滤床中滤料的深度。
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软化技术（防止水垢的沉积）
原水软化的方法：软化沉淀法，离子交换法，蒸馏法。 影响软化方法的选择因素有：1.要求软化水的水质 2.水
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淤泥、腐蚀产物和生物沉积
这些一般由颗粒细小的泥沙、尘土、不溶性盐的泥状 物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特 别是藻类的尸体及其黏性分泌物等组成。
由于这些污垢体积较大，质地疏松，故又称为软垢。 他们是引起垢下腐蚀的主要原因。
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污垢的控制技术
源头 （1）补充水水质的控制 （2）离子交换树脂 （3）石灰软化法
采用循环冷却水是节约水资源的重要途径，而且高浓缩 倍数运行的循环冷却水还可以减少环境的污染。
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为什么要研究工业循环水
循环冷却水的结垢、腐蚀现象比较严重，容易滋生菌 藻，以至影响设备的传热效率，威胁设备的使用寿命， 因此需要对循环冷却水系统进行研究以避免这些可能 的发生或减缓发生的时间。
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水→广泛用作循环冷却介质
4Fe(OH)2+O2+2H2O → 4Fe(OH)3
38பைடு நூலகம்
腐蚀的影响因素
pH值：常温4.3-10 硬度：Ca2+ Mg2+ 碱度： 溶解盐浓度：NaCl 溶解气体：CO2 O2 水温：反应， O2 水流速度： O2
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微生物对碳钢的影响
微生物排出的氨盐、硝酸盐、有机物、硫化物和碳酸盐 等代谢物使水质组成发生变化而引起腐蚀外，最主要的 是由于铁细菌和厌氧的硫酸盐还原菌的存在所引起的腐 蚀。
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碳钢的腐蚀
冷却水对碳钢的腐蚀是一个电化学过程。由于碳钢组 织和表面的不均一性，当它与水接触时，在其表面会 形成许多微小的腐蚀电池。
阳极：Fe→Fe2++2e 阴极：O2+2H2O+4e-→4OH 水中反应： Fe2++ 2OH- → Fe(OH)2
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阳极区域Fe不断失去电子，变成Fe2＋离子进入溶液，也 即Fe不断被溶解而腐蚀，留下的电子通过金属本体转移 到阴极表面，与水和溶解在水中的O2起反应生成OH-离 子，在水中有阳极和阴极反应生成的Fe2＋和OH-相遇， 生成不溶物氢氧化亚铁，其溶解度很低，在20℃温度下， 溶解度为6mg/l，这种化合物极易氧化，在水中溶解氧 的作用下，氧化为氢氧化铁
然通风和机械通风。 自然通风最常见的是风筒式冷却塔。 机械通风分为抽风式和鼓风式。
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典型敞开式冷却循环系统
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风筒式冷却塔
风筒式自然通风冷却塔有很高很高的风筒，因而对空 气又很强的抽吸能力。
这种冷却塔常使用在冷却水流量很大的系统，像发电 厂的冷却水系统一般使用这种冷却水塔。
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鼓风式冷却塔
换热器：温差，腐蚀。 冷却塔：传导，对流。
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冷却水系统的水量平衡
蒸发损失：换热作用散失的水量 风吹损失：飘散的水量 排污量：浓缩后不得不外排的水量
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冷却水的浓缩
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，而水中各矿物质和离子含量就会愈来愈 浓，为了使水中含盐量维持在一定的浓度，必须补入 新鲜水，排出浓缩水。
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水垢
冷却水中的水垢一般都是具有反常溶解度的难溶 或微溶盐类，它们具有固定晶形的无机物，按结 晶的规律最容易在金属的传热面析出，很硬，厚 实且致密，大部分呈白色或灰白色。
它们的溶解度与一般的盐类不同，不是随着温度 的升高而升高，而是随着温度的升高而降低。当 水流速比较小或传热而比较粗糙时，这些结晶沉 淀物就容易沉积在传热面上。
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抽风式冷却塔
应用最为普遍，风机安装在塔顶。 根据水与空气流动的方向可分为：逆流式，横流式和
并流式。 从热交换效率来说逆流式最为优越。 优点：抽风时塔内空气处于负压有利于水的蒸发散热，
传热效果好。 缺点：风机的消耗电能很大。
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抽风式冷却塔示意图
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冷却水系统的热量平衡
冷却水系统的传热过程发生在冷却水的全过程，但主 要过程发生在换热器和冷却塔。
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被用作工业循环水的条件
水温在一定范围内尽可能的低 水的浊度要低 水质不易结垢 水质对金属设备不易产生腐蚀 水质不易滋生细藻
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工业用水水质及指标
悬浮物：不稳定，流速低或静止时易沉淀，漂浮。 胶体：分子离子的集合体 溶解气体：氮，氧，二氧化碳，二氧化硫，硫化氢，
氨等。 离子：Al3+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、 Mg2+ 、SO42-、
M=E+B+D E=e △ t(R-B)% D=（0.2～0.5%）R N=CR∕CM MCM=BCR B=MN
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系统加药
通常加药的参照依据有： （1）根据一个周期内的补充水量，按配方浓度投加； （2）根据一个周期内的排污水量，按配方浓度投加； （3）根据水质药剂浓度分析值与配方设定值的差乘以
过程中 循环水水质控制 浓缩倍数 碳化处理 酸化处理 表面处理 物理处理 投加阻垢剂
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循环水中微生物及其控制技术
循环冷却水系统是一个特殊的生态环境，很多种类的 微生物都适，宜在这一水系中快速生长和繁殖，其结 果必然阻碍系统的正常运行，造成污泥大量沉积、水 力输送阻力增加、传热效率急剧下降、水质组成严重 恶化、过水金属表面腐蚀加剧等一系列问题。
澄清过程重点考虑水流速度和沉降时间的选择。
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过滤技术
过滤技术是利用一些多孔介质，即滤料从水中分离不 溶解固体物质的过程。
使水通过过滤介质常需要有一定的压力这种压力可以 分为重度，真空或流体压力；使用压力的大小取决于 过滤的面积时间和反冲洗的流量。
过滤器可分为恒压过滤和恒速过滤。 滤料：沙粒，布，无烟煤，金属丝网，多孔塑料，微
电化学保护 物理技术的应用 臭氧保护技术 缓蚀剂的使用 介质处理
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冷却水中污垢及其控制技术
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构成。 通常，人们把它们统称为污垢。
污垢的危害：阻隔传热、阻塞水流、阻碍生产。
（3）当溶解在水中时有较大的扩展，因而需要有较 高的分子量。
近一个时期，聚丙烯酰胺－PAM是水处理中最常 用的高分子混凝剂。
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影响混凝效果的因素
水温 水的PH值 碱度 水中的杂质 水力搅拌条件
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澄清技术
澄清过程是给水处理和废水处理中的与处理过程通常 在混凝过程之前，过滤技术之后的一个中间过程。可 以为过滤过程创造一个快速过滤的有利条件。
（1） 来源丰富，价格低； （2） 化学稳定性好，不易分解； （3） 热容量大，在常用温度范围内，不会产生明显膨
胀和压缩； （4） 流动性好，易于输送和分配； （5） 沸点较高，在通常使用情况下，在换热器中不致
汽化。
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工业循环水的特点
溶解氧含量高 含有空气中相关污染物和杂质 循环水对CO2的脱除率高 冷却水存在溶解固体的浓缩 微生物的大量繁殖
系统水量的数值。 加药方式有：间歇加药、连续加药。
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旁滤技术
降低水中浊度的方法是排污和过滤。 。通常在循环水系统的管路上引出一部分水进行过滤，
过滤后的清水返回循环水系统，截留的浊度组成物质 排出循环水系统外，这一过程称为旁滤技术。 根据运行的经验，旁滤水量与循环水量之比（S:R）一 般控制在2％～5％。
量大小 3.软化费用 4.设备和操作情况
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冷却水循环系统
冷却水系统可分为直流冷却和循环冷却（敞开系统， 密闭系统）
从节约用水，合理利用能源和环境保护出发冷却水必 须循环，在水处理理论的指导下实现高浓缩倍率的安 全运行。
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直流冷却
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密闭式循环水处理系统
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敞开式循环冷却水系统
敞开式循环冷却水系统的主要设备之一就是冷却塔。 冷却塔的种类很多，按塔内空气流动的动力可分为自
HCO3- 、 CO32-、 Cl-、 K+、Na＋、 Cu2+等。
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• 在给水和废水的预处理过程中经常要对 水进行预处理，预处理的主要目的：
• 1.减少后段处理和深度处理的负荷 • 2.延长装置的寿面和减少药剂的投加 • 3.减低总的费用和成本
• 在给水处理和废水处理过程中通常采用 的预处理方法有：混凝技术，澄清技术， 过滤技术和软化技术。
• 1.概述 • 2.工业循环水水质要求 • 3.工业循环水的预处理 • 4.冷却水系统 • 5.金属腐蚀的控制技术 • 6.污垢的控制技术 • 7.微生物的控制技术 • 8冷却循环水的运行于管理技术
为什么要使冷却水循环
随着工业的发展和生活的需要，水的用量急剧增加。因 此，节约水资源成了当务之急。