冷却水中金属腐蚀影响因素

工 业 技 术

1 影响因素：1.1 PH 值

PH=-log［H +］

PH 值是溶液中氢离子浓度的负对数值，它表征溶液的微酸碱的性质，PH=7，中性；PH<7，酸性；PH>7，碱性，因为许多化学反应都是在［H +］很小的条件下进行的，为了表示很小的浓度，避免用负指数的麻烦，通常用负对数来表示酸碱度，故引入PH 值的概念。

由此可见，冷却水的PH 值越小，酸性越大，对碳钢等金属在水中的腐蚀就会快一些，反之，会慢一些。

1.2 阴离子

金属腐蚀速度与水中阴离子的种类有密切的关系，水中不同的阴离子在增加金属腐蚀速度方面的顺序为：

冷却水中金属腐蚀影响因素

程明新 贾 在 蓝树宏 张艳强

（中国石油呼和浩特石化公司，内蒙古 呼和浩特 010000）

摘 要：在冷却水系统的正常运行以及化学清洗过程中，金属常常会发生不同形态的腐蚀，根据金属腐蚀的理论知识，通过观察试样或腐蚀设备的腐蚀形态，再配合一些其他方法，人们常常找出产生腐蚀的原因和解决腐蚀的措施。关键词：冷却水；金属腐蚀；硬度；金属离子；悬浮固体中图分类号： U664.81+4 文献标识码：A

NO 3-

1.3 硬度

水中Ca 2+和Mg 2+之和称为水的总硬度，钙、镁离子浓度过高时，则会与水中的CO 32-、SO 42-硅酸根等结成水垢，引起垢下腐蚀。少量的均匀的薄垢，又会起到一定的保护膜的作用。硬水对金属的腐蚀性要比软水小得多。

1.4 金属离子

·Na+、K+CF 金属和合金的腐蚀速度没有直接的影响

·铜、银、铅等重金属离子对冷却

水中钢、铝、镁、锌这几种常用的金属起有害的作用。

·酸性溶液中，Fe 3+是一种阴极反应的加速剂，在中性溶液中Fe 2+却可以抑制铜和铜合多的腐蚀。

·Zn 2+在冷却水中对碳钢有缓蚀作用，可作缓蚀剂使用。

1.5 溶解气体a） 氧：

氧在中性水中（包括工业冷却水）对一些金属碳钢、铜和铜合金的腐蚀起着重要的作用，它会附着在金属表面上，起着阴极去极化剂的作用，促进金属的腐蚀，除去氧后，水就没有腐蚀性了。

但在铝的腐蚀过程中，水中的氧并不是一种腐蚀促进剂。

b） CO 2：

等生产过程中排出的废水重金属污染

物浓度平均为：汞008mg/L、锌315m1/L。锰73mg/L，如果直接排放会对环境造成较严重的污染。由于废水中含有几种重金属污染物，处理难度高，该厂针对水质制定出一套高效经济的废水治理方案。

3.1 工艺流程

很多废水(如电池的含锌废水)经絮凝反应后能分离出大量的污泥，这些絮状污泥有一定的吸附能力。针对重金属离子容易被吸附的特性，EWP 高效污水净化器利用Zn 在pH=8-9时能生成的Zn(0H)2絮凝沉淀物，在净化器内形成吸附过滤流化床，并添加重金属离子吸附剂GPC，对汞和其它重金属污染物进行吸附过滤，达到同时治理几种重金属污染物的效果。废水从调节池自流至反应池，在反应池的入口与出口处分别加入三组药剂，再由进流泵将经过混凝反应的废水泵入净化器内处理，处理后的清水从顶部流出，污泥从底部排入污泥浓缩罐，经污泥浓缩罐及污泥贮罐浓缩后脱水运走。

3.2 工艺设备及主要构筑物设计参数

(1)调节池 调节池有效容积为

200m 3。加设一个反应池。

(2)加药系统 Na 2S ：用量5×10-5

用玻璃钢作溶药搅拌器配制成质量分数为5%的溶液；石灰：由固体加药机投加，用量由pH 自动控制器控制；重金属离子吸附剂GPC ：用量3×10，由固体加药机投加。

(3)主要设备 EWP 高效污水净化器共两套：EwP-10、EWP-20处理量分别为200m/d 和500m/d，污泥脱水机选用10m 的板框压滤机，污泥经脱水后外运至固废中心。

结语

含重金属废水的处理要讲求实效，可概括为两个方面：

( 1) 控制污染源, 尽量改革工艺, 实现少排放。

( 2) 使用重金属的生产过程中采用合理的工艺流程和完善的生产设备，实行科学的生产管理和运行操作，减少重金属的耗用量和随废水的流失量；在此基础上对数量少、浓度低的废水进行有效的处理。处理以化学沉淀法为主, 适当辅以其他处理方法。污水处理系统工程投入正常运行后，使得附近大量的陆源污水得到处理，消减了大量的排海污染物，使得整个海域海洋生态环境得到改善。对整个近岸海

域的海域生态环境的改善将起到积极的作用，同时对周边的环境和港区的开发建设也起到积极的促进作用，是正效益工程。

参考文献

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[5]林俊飞，李迎春.污水处理净化过程三维细胞自动机动态模拟[J].智能系统学报，20l1(5)．

[6]叶远金，孙峰，蒙雪兰.三菱FX2N 系列PLC 在CASS 工艺污水处理自动控制系统中的应用[J].企业研究，2010(18)．

[7]陈遵明.污水处理中自动化仪表设计及应用[J].自动化与仪器仪表，20l1(2)．

工 业 技 术

CO2溶于冷却水中，生成碳酸或碳酸氢盐，使水的PH值下降。将有助于氢的析出和金属表面膜的溶解破坏。

c） 氨：往往是合成氨厂等在工艺系统泄漏时进入冷却水中，NH3会选择性地腐蚀铜，生成{Cu（NH3）4}2+络合离子，对铝、碳钢都没有腐蚀性，但会刺激氨化菌的繁殖。

d） CL2：

氯会降低冷却水的PH值，增加的腐蚀性，CL-会促进碳钢、不锈钢、铝的局部腐蚀。

1.6 温度：

温度升高，水中溶解氧的扩散系数增大，能使更多的溶氧扩散到金属表面的阴极区，即腐蚀过程加速，另一方面，温度升高使水中溶解氧减少，从面又使金属腐蚀速度降低。

在密闭系统中，金属的腐蚀随温度的升高而加快。敞开系统中，在20-77℃的温度区域内，以氧的扩散速度起主导作用，因此腐蚀速度随温度的升高而加速，但到77℃后，腐蚀速度随温度升高而下降，因为此时水中的氧的减少的影响占主导地位。

2 二级处理出水回用作循环冷却水的可行性：

城市污水经常规的二级处理后尽管可除去大部分的有机物,但与天然水相比,出水中的ＣＯＤ、氨氮浓度仍较高(浓度为10-12ｍｇ/Ｌ,大大超过了冷却水水质要求的氨氮<1ｍｇ/Ｌ),若再采用常规的深度处理(如折点加氯、空气吹脱、生物法等处理)［1］,不仅提高了回用水的成本,还增加了环境污染。为此,以城市污水厂的二级处理出水为原水,进行了动态模拟试验,以研究二级处理出水直接回用于循环冷却水系统时氨氮和ＣＯＤ的变化,探索其直接回用作循环冷却水的可行性。

2.1 试验装置及试验水质试验说明

试验开始时取城市污水厂二级处理出水置入系统进行调试(控制浓缩倍率在2-3左右),试运行30ｄ后开始试验研究。试验时,首先排尽试运行时的水样,加入城市污水厂二级处理出水、调节流量和控制冷却水在进、出冷却塔的温度,进行启动试验和不同浓缩倍率试验,其试验条件:Ｑ=0.06Ｌ/ｓ;水浴锅温度为55℃;冷却水进塔温度为40℃;冷却水出塔温度为32℃;旋转器速度为80ｒ/ｍｉｎ;排污时间为6ｈ。

2.2 氨氮在不同浓缩倍数下的变化

在不同的浓缩倍率下进一步研究氨氮在冷却水系统的积累。尽管冷却水的浓缩倍率不断提高,但氨氮的浓度仍维持在2ｍｇ/Ｌ左右,其不随浓缩倍率的增加而增加。氨氮

浓度降低而亚硝酸盐氮的浓度在提

高。维持浓缩倍率为2.5和2.8、系统

运行2-3ｄ后分别测得冷却水中硝酸

盐氮的浓度为18.55ｍｇ/Ｌ和20.11

ｍｇ/Ｌ,此时的亚硝酸盐氮的浓度

为2.52ｍｇ/Ｌ和2.85ｍｇ/Ｌ。由

下式可以计算出:硝化作用转化率

η=(循环冷却水中硝酸盐氮浓度-补

充水中硝酸盐氮浓度)/［补充水中氨

氮浓度×浓缩倍率(ｋ)］×100%;

解吸作用转化率η=1-硝化作用

转化率η-亚硝酸转化率η。因此当

ｋ=2.5时,硝化转化率η=58.6%,亚

硝酸转化率η=8.3%,解吸作用转化率

η=33.1%(上式中不计生物转化吸收),

此时可以计算出循环冷却水系统中的

硝化作用为60%左右,解吸作用则为

30%左右,而生成的亚硝酸为10%左

右。

针对以上试验结果,究其原因主

要为:冷却塔的温度长期保持在25-

40℃,使得氨氮在冷却水系统中易于挥

发;而这个水温也恰是亚硝酸菌和硝酸

菌的最适宜温度范围(亚硝酸菌最佳

生长温度为35℃,硝酸菌最佳生长温

度为35-42℃),且ｐＨ值为8.0左右时

很适宜硝化菌的活动;供氧量充足,据

计算,在冷却塔内冷却水与空气的接触

足可以使冷却水中的溶解氧达到饱和

状态,这些均有利于硝化作用,结果使

得冷却水中氨氮的浓度迅速降低。结

合生物的生长曲线还可进一步了解到

微生物生长初期为对数增长期,即硝化

菌以几何级数形式增加,其结果为试验

初期冷却水中的氨氮以指数形式下降。

在冷却水系统中,由于受各种因素的制

约(如系统的杀菌等影响),使得生物量

增加到最大值时,将处于稳定状态,这

也与微生物的生长曲线相符,其结果使

得冷却水中的氨氮浓度维持于稳定状

态,表现为冷却水中的氨氮浓度不随浓

缩倍率的变化而变化。在动态试验中,

尽管城市污水厂的二级出水中氨氮浓

度较高(通常ＮＨ 4-Ｎ在10-20ｍｇ/

Ｌ),但由于冷却塔的吹脱作用、硝化

作用和微生物转化吸收作用,使得氨氮

在冷却水系统中维持在2ｍｇ/Ｌ左右,

且不随时间和浓缩倍率的增加而积累。

同时由硝化作用产生的ＮＯ-3也大大

降低了氨氮对铜的腐蚀影响。

2.3 ＣＯＤ变化ＣＯＤ在循环冷却

水系统中的变化。

随着系统运行时间的增加,冷却水

中ＣＯＤ浓度并没有提高,而维持在稳

定状态。从浓缩倍率与ＣＯＤ的关系中

(图5)可进一步了解到,尽管浓缩倍率

从1.5提高到3左右,但其ＣＯＤ值并

没有明显增加,而与补充水中的相近。

这说明了在循环冷却水系统中,由于冷

却塔起到了一个“生物过滤塔”作用,

除转变冷却水中的氨氮外,还可降解补

充水中的有机物,使得冷却水中的ＣＯ

Ｄ值保持不变,这也降低了ＣＯＤ对系

统造成的腐蚀、结垢等不良影响。

结语

①由于冷却塔的作用,使得城市污

水厂二级处理出水中的高氨氮浓度在

敞开式循环冷却水系统迅速下降,最后

稳定在2ｍｇ/Ｌ左右,且不随系统的

运行时间和浓缩倍率而变化,且其中有

约60%的氨氮转变为硝酸盐氮,另有

约30%的则通过解吸作用除去。

②冷却水中的ＣＯＤ浓度基本保

持稳定,降低了对冷却水系统的影响。

城市污水厂的二级处理出水回用作循

环冷却水,有效地缓解了城市和工业用

水紧张的问题。对于敞开式循环冷却

水系统,因其水质要求不高及冷却水系

统的非凡性,大大降低了由氨氮和ＣＯ

Ｄ带来的不利影响,故十分有利于城市

污水厂二级处理出水回用作冷却水。

参考文献

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