循环水处理技术

循环水术语：1循环冷却水系统：以水作为冷却介质，并循环使用的供水系统，由换热设备、冷却塔、水泵、管道以及其它有关设备组成，分为敞开式循环水系统和密闭式循环水系统。

2敞开式循环水系统：是指循环冷却水与空气直接接触冷却的循环冷却水系统。

3循环水量：每小时用水泵输送的总水量，以Q表示，单位m3/h。

4保有水量：冷却水系统的总贮水量（包括凉水池、换器器、管网系统、旁滤等）。

以V表示，单位m3。

保有水量与循环量之间设计要求是：保有水量/循环量=1/3-1/5之间。

5 蒸发水量：循环水在冷却塔内通过蒸发而冷却，在此过程中损失的水量称为蒸发水量，以E表示，单位m3/h。

E=a（R-B），a=e（t1-t2）（%）（e，夏季25～30℃时0.15～0.16，冬季-15～10时0.06～0.08，春秋季0～10℃时为0.10～0.12. 6补充水量：循环冷却水在运行过程中补充因蒸发、风吹、排污等损失的水量，以M表示，单位m3/h。

M＝N×B7排污水量：为了维持一定的浓缩倍数，必须从循环冷却水系统中排放的水量，以B表示，单位m3/h。

B＝E/N-18飞溅损失：由于风力作用把水从系统中吹入大气，叫做飞溅损失。

一般风吹损失可按1‰Q计算，以W表示，单位m3/h。

9浓缩倍数：循环水中的含盐量与补充水的含盐量之比值，以N表示。

常用来计算浓缩倍数的离子有钾离子、电导、氯离子、二氧化硅等。

10腐蚀速率：以金属失重而计算得的每年平均腐蚀深度，常用单位mm/a、mdd、密尔/年(可选用标准试片法、试管法进行监测)11污垢沉积速率：模拟监测换热管内在一个月中所沉积的污垢总量。

单位mg/cm2.月（mcm，可选用试管法进行监测)）。

12粘泥量：指微生物及其分泌的粘液与其它有机或无机的杂质混合在一起的粘浊物。

单位mL/m3。

13异养菌：以细菌平皿计数法统计出第毫升水中异养菌落个数，单位个/mL。

水质参数：1、PH值；2、钙硬度；3、碱度；4、K+或SiO2；5、总铁；6、电导率；7、浑浊度；8、微生物；9、生物粘泥量；10、污垢沉降速率；11、垢层与腐蚀产物的成分；12、腐蚀率；13、药剂浓度。

一、循环水术语二、 故障（一）、沉积物的析出和附着原理和解决方法⑴沉积物的析出和附着原理一般天然水中含有的重碳酸盐，在循环水系统中，重碳酸盐的浓度随着蒸发而浓缩增加，当浓度达到过饱和状态时，或者在经过换热器传热表面使水温升高时，会发生下列反应:O H CO CaCO HCO Ca 22323)(+↑+↓=冷却水经过冷却塔向下喷淋时，溶解在水中的游离2CO 要逸出，这就促使反应向右进行。

3CaCO 沉积在换热器传热表面，形成致密的碳酸钙水垢，因它的导热性极差,影响换热器传热效率，严重时可造成管道堵塞。

⑵、控制方法1、沉积物的控制a)水垢的控制有：①离子交换树脂法：是让水通过离子交换树脂，将Ca 2+、Mg 2+从水中置换出来并结合在树脂上，达到从水中除去Ca 2+、Mg 2+的目的。

缺点：成本较高，如补充水量较小的循环水系统可采用。

②石灰软化法：补充水未进入循环冷却水系统之前，在预处理时就投加适当的石灰，让水中的碳酸氢钙与石灰在澄清池中预先反应，生成碳酸钙沉淀析出，从而除去水中Ca 2+。

优点：成本低，适用于原水钙含量高而补水量较大的循环冷却水系统。

缺点：投加石灰时，灰尘较大，劳动条件差。

③加酸：投加硫酸，稳定重碳酸盐。

缺点：加酸后，循环水pH 值会下降，如不注意控制加量过多，则会加速设备腐蚀。

人工分析pH 滞后，最好配有自动加酸、调节pH 值的设备和仪表。

④通CO 2气：针对有些化肥厂和化工厂常有多余的CO 2气，将其通入水中，稳定重碳酸盐，反应如下：↑++=22323)(CO O H CaCO HCO Ca 缺点：因冷却水通过冷却塔时，CO 2气易从水中逸出，因而在冷却塔中析出碳酸钙，堵塞冷却塔中填料之间的孔隙。

这种现象称钙垢转移，因此采用有困难。

⑤投加阻垢剂：结垢原理：从水中析出碳酸钙等水垢的过程，就是微溶性盐从溶液中结晶沉淀的一种过程。

按结晶动力学观点，结晶的过程首先是生成晶核，形成少量的微晶粒，然后这种微小的晶体在溶液中由于热运动（布郎运动）不断地相互碰撞，和金属器壁也不断地进行碰撞，碰撞的结果就提供了晶体生长的机会，使小晶体不断地变成大晶体，也就是说形成了覆盖传热面的垢层。

解决方法：我们通过投加某些药剂，破坏其结晶增长，从而达到控制水垢形成的目的。

目前使用的各种阻垢剂有聚磷酸盐、有机多元磷酸、有机磷酸酯、聚丙烯酸盐等。

2、污垢的控制：污垢是由尘土、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。

控制其必须做到：①降低补充水浊度；②做好循环冷却水水质处理；③投加分散剂；④增加旁滤设备等。

（二）、设备腐蚀机理与控制常见腐蚀种类a.冷却循环水中溶解氧引起的电化学腐蚀在敞开式循环冷却水系统中，水与空气能充分地接触，水中溶解的O2达到饱和状态，当碳钢与溶有O2的冷却水接触时，由于金属表面的不均一性和冷却水的导电性，在碳钢表面会形成许多腐蚀微电池，微电池的阳极区和阴极区分别发生下列氧化反应和还原反应在阳极区 e Fe Fe 22++=在阴极区 -=++OH e O H O 222122 在水中 3222)()()(22OH Fe OH Fe OH Fe OH Fe O −→−=++这些反应，促使微电池中阳极区的金属不断溶解而被腐蚀。

b. 有害离子引起的腐蚀循环冷却水在浓缩过程中，盐类如重碳酸盐、氯化物、硫酸盐等的浓度也会增加。

CL -和SO 42-会使金属上保护膜的保护性能降低，尤其是CL -的离子半径小，穿透性强，容易穿过膜层，置换氧原子形成氯化物，加速阳极过程的进行，使腐蚀加速，从而它也是引起点蚀的原因之一。

对于不锈钢CL -是引起腐蚀的主要原因，一般要求CL -的含量不超过300mg/L 。

c. 微生物引起的腐蚀微生物的滋生使金属发生腐蚀，①这是由于微生物排出的黏液与无机垢和泥沙杂物等形成的沉积物附着在金属表面，形成氧浓差电池，使金属腐蚀。

②在金属表面和沉积物之间缺乏氧，因此一些厌氧菌得以繁殖，在适宜的温度下（25—30℃），繁殖更快。

它分解水中的硫酸盐，产生H 2S,引起碳钢腐蚀，其反应为↓=+++=++-+-+-FeS S Fe O H S e H SO 222224488能量（细菌生存所需）③铁细菌是钢铁锈瘤产生的主要原因，它能使Fe 2+氧化为Fe 3+.释放的能量供细菌生存。

能量（细菌生存所需）细菌+−−→−++32Fe Fe 冷却水系统中金属的腐蚀形态：均匀腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀选择性腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀等。

冷却水系统中金属的腐蚀的影响因素：PH 值；阴离子；络合剂、硬度、金属离子、溶解气体、浓度、悬浮固体、流速、电偶、温度等多重因素影响。

冷却水系统中金属的腐蚀控制方法：添加缓蚀剂；提高冷却水的PH 值；选用耐蚀材料的换热器；用防腐阻垢涂料涂覆。

（三）、微生物的滋生和粘泥冷却水中微生物一般是指细菌和藻类。

它是因为，养分的浓缩，水温的升高和日光照射，给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件，大量细菌分泌出的黏液，使水中漂浮的的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在换热器的传热表面，将会引起腐蚀，冷却水的流量减少，降低换热器的冷却效率，严重时，堵塞管子，被迫停产清洗。

冷却水系统中微生物的控制指标：冷却水系统中微生物的控制方法：选用耐蚀材料；控制水质；采用杀生涂料；阴极保护；清洗；防止阳光照射；旁流过滤；混凝沉淀；噬菌体法；添加杀生剂，静电水处理与电子水处理。

（四）、药剂1、阻垢剂及分散剂机理：在冷却水中，某些阻垢剂能吸附在碳酸钙、磷酸钙等小晶体及其悬浮粒子表面，形成双电层，在静电作用下，颗粒相互排斥，从而使微小的颗粒分散在水中不沉降。

或在接触面上形成疏松的粘附性能较弱的沉积物，然后被循环水冲走。

常见类型：有聚磷酸盐、有机多元磷酸、有机磷酸酯、聚丙烯酸盐等。

A、聚磷酸盐常用的有三聚磷酸钠和六偏磷酸钠。

特点：微量的聚磷酸盐能破坏碳酸钙等晶体的正常生长过程，从而达到阻止碳酸钙水垢的形成。

也可作为缓蚀剂用。

但聚磷酸盐在水中会发生水解，生成正磷酸盐。

在PH值大于7.5或小于6.5时，水解速度也会加快，水解的正磷酸盐易和水中的钙离子生成磷酸钙水垢，同时正磷酸盐又是菌藻的养物，长期下去，如不采取其他措施，则必然会促进系统中菌藻的繁殖。

所以不宜单纯使用此药剂。

B、有机膦酸：有机磷酸的种类很多，在它们的分子结构中都含有与碳原子直接相连的膦酸基团。

因为它们分子结构中都有C-P键，而这种键比聚磷酸盐中的P-O-P键要牢固得多，因此它们的化学稳定性好，不易水解，并且有临界值效应（就是只需几mg/L的有机磷酸就可以阻止几百mg/L的碳酸钙发生沉淀；同时，它的阻垢性能比据磷酸盐好。

第三，它还有与其他药剂共用时的良好协同效应，即在总剂量不变的情况下，药剂各自单独使用，其效果不如二者混合在一起使用效果好。

并且它与多种药剂都有良好的协同效应。

第四，有机膦在高剂量下还具有良好的缓蚀性能，并且属无毒或极低毒的药剂，在使用时可不必担心环境污染。

常见的有ATMP（氨基三亚甲基膦酸），EDTMP（乙二胺四亚甲基膦酸），HEDP（羟基亚乙基膦酸），DTPMP（二亚乙基三胺五亚甲基膦酸）。

C、有机磷酸酯：抑制硫酸钙垢的效果较好，但抑制碳酸钙垢的效果较差。

有机磷酸酯分子结构中有C-O-P键，它虽比聚磷酸盐难水解，但比有机膦酸容易水解生成正磷酸。

一般与其他药剂如聚磷酸盐、锌盐、木质素和苯并三氮唑等复合作用。

D、膦羧酸：在其分子中同时含有磷酸基和羧基两种基团。

根据它们在化合五种的位置合数目的不同，可以有很多品种。

但目前在实际应用中，使用较多的是PBTCA,它的化学名称为2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸，简称PBTCA。

因为其分子中含有磷酸基和羧基两种基团，在这两种基团的共同作用下，使得PBTCA能在高温、高硬度和高PH值的水质条件下，具有比常用有机膦酸更好的阻垢性能。

与有机膦酸相比，PBTCA不易形成难溶的有机膦酸钙，同时它也具有缓蚀作用，特别是在高剂量使用时，他还是一种高效缓蚀剂。

PBTCA与锌盐和聚膦酸盐复配可产生良好的协同效应。

E、聚羧酸：聚羧酸作为阻垢剂和分散剂，使用最多的是丙烯酸的均聚物和共聚物，以及以马来酸为主的均聚物和共聚物。

聚羧酸的阻垢性能与其相对分子质量、羧基的数目和间隔有关。

每个品种有其最佳相对分子质量值。

如果相对分子质量相同，则碳链上羧基数越多，阻垢效果愈好。

因为当羧基聚集密度高时，阻碍了相邻碳原子的自由旋转作用，相对地固定了相邻碳原子上羧基的空间位置，增加了它们与碱土金格的缔合程度，从而提高了阻垢能力。