循环水处理基础知识

从碳酸钙的结晶过程看，如能投加某些药剂，破坏其结晶增长，
就可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、 有机多元膦酸、有机磷酸酯、聚丙烯酸盐等。
三、污垢的控制
（一）降低补充水浊度 作为循环水系统的补充水，其浊度愈低，带入系统中可形成 污垢的杂质就愈少。 （二）做好循环水水质处理 冷却水在循环使用过程中，如不进行水质处理，必然会产生 水垢或对设备腐蚀，生成腐蚀产物。同时必然会有大量菌藻滋生， 从而形成污垢。如果对循环水进行了水质处理，但处理得不太好时， 就会使原来形成的水垢因阻垢剂的加入而变得松软，再加上腐蚀产 物和菌藻繁殖分泌的黏性物，它们就会粘合在一起，形成污垢。因 此，做好水质处理，是减少系统产生污垢的好方法。
的协同效应。 4、有机磷酸酯
由于有机磷酸酯对水生动物的毒性较低，且会缓慢水解，水解
后的产物还可以生物降解，因此对环境没有什么影响。 有机磷酸酯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。
5、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。
物。
还可以和附在管壁上的Ca2+和Mg2+等形成络合离子，然后再借布 朗运动或水流作用，重新把管壁上的这些物质分散到水中。
缺点：水解生成的正磷酸盐容易和水中的钙离子生成磷酸钙水
垢。同时正磷酸盐还是菌藻的营养物，长期使用聚磷酸盐，则必然 会促进系统中菌藻的繁殖。因此，单纯用聚磷酸盐做阻垢剂已逐渐
被淘汰，代之而起的是复合磷酸盐配方。
循环冷却水基础知识
第一章 循环冷却水的特征
四、冷却水中金属腐蚀的控制方法
一、天然水的化学特征
二、循环冷却水的特点 第二章 循环冷却水系统中的沉积物及其控制 一、沉积物的分类 二、水垢的控制 三、污垢的控制 四、常用阻垢剂及分散剂 第三章 循环冷却水系统中金属的腐蚀及其控制 一、冷却水中金属腐蚀的机理 二、冷却水中金属腐蚀的形态 三、冷却水中金属腐蚀的影响因素
4、酸度
水的酸度是指水中能与强碱发生中和作用的物质的总量。 酸度通常由三类物质组成：强酸，弱酸，强酸碱盐。这些物质在 水中都会电离产生氢离子或经过水解产生氢离子，而这些氢离子均能 与氢氧根离子发生中和反应。这些氢离子的总数叫做总酸度，用 mmol/L表示。总酸度与水中pH值并不是一回事。pH值是水中氢离子平 衡浓度的负对数；而总酸度则表示中和过程中可以与强碱进行反应的 全部氢离子数量，其中包括原来已电离的氢离子和将会电离的氢离子 两部分。中和前已电离的氢离子数量称为离子酸度，中和前未电离的 氢离子的数量称为后备酸度，如部分未电离的弱酸和部分尚未水解的 强酸弱碱盐。
3、膦羧酸 目前在实际应用中，使用较多的是PBTCA（2-膦酸基丁烷-
1,2,4-三羧酸）在高温、高硬度和高pH值得水质条件下，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。还具有缓蚀作用，特别是在高剂量使用时，它
还是一种高效缓蚀剂。PBTCA与锌盐和聚磷酸盐复配可产生良好
水中钙离子是形成碳酸钙垢的主要原因，如能从水中除去钙离子
，使水软化，则碳酸钙就无法结晶析出，也就形不成水垢。从水中除 去钙离子的方法主要有两种：离子交换树脂法和石灰软化法。
(二)加酸或通CO2气，降低pH值，稳定重碳酸盐 1、加酸
通常是加硫酸。因为加盐酸会带入氯离子，增加水的腐蚀性；
加硝酸则会带入硝酸根，有利细菌的繁殖。 2、通CO2气。
是所在地理环境干燥、灰尘飞扬时更是明显。
如果系统中增设旁滤设备，只要控制旁流量和进、出旁流设备 的浊度，就可保证系统在长时间运行下浊度也不会增加，维持在控 制的指标内，从而减少污垢的生成。旁流量一般经验是取1%-5% 的循环水量。
四、常用阻垢剂及分散剂
1、聚磷酸盐 当溶液中没有聚磷酸盐时，碳酸钙晶体是正常的晶体，而当 有聚磷酸盐时，所形成的晶体不是正常的菱面体方解石，而是一种 畸变的晶体。含量在1.2mg/L以上时，碳酸钙就不在发生沉淀。聚 磷酸盐还能螯合Ca2+、Mg2+等离子，形成单环螯合物或双环螯合
来决定pH为中性的值。如373K（100℃）的温度下，pH=6为中性
溶液。
3、碱度
水的碱度指水中能与强酸即H+发生中和作用的物质的总量。其组 成通常是三类物质：强碱、弱碱、强碱弱酸盐。 这些物质在水中会全部或部分电离生成OH-，或经过水解生成OH-， 这些OH-与强酸进行中和反应。此外有些碱性物质也可直接与H+起中和 反应。 大多数天然水中，碱度由氢氧化物、碳酸盐和重碳酸盐组成，通 常称之为总碱度。天然水中溶有微量强碱或碳酸盐水解时，均会使水 的pH值升高到10以上，因此氢氧化物碱度的试剂存在范围是在pH>10时 。天然水的pH值一般均低于10，故水中总碱度实际上由碳酸盐和重碳 酸盐所组成。
第二章 循环冷却水系统中
沉积物的控制
一、沉积物的分类 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 物统称为污垢。一般分为水垢和污垢。
二、水垢的控制
控制水垢析出的方法，大致有以下几类。 (一)从冷却说中除去成垢的钙离子
冷却水分为：直流冷却和循环冷却。 循环冷却又分为密闭式和敞开式
典型敞开式冷却循环系统
（二）循环水处理的基本概念
1、循环水量 2、蒸发水量 3、风吹损失 4、排污
5、渗漏损失
6、温降（温差） 7、保有水量 8、补充水量 9、浓缩倍数：只有水分子才可汽化，所以留下溶解固体在循环水中累积。浓 缩倍数就是循环水中溶解固体含量与补充水中溶解固体含量的比值。
5、悬浮物和浊度
悬浮物指悬浮在水中的固体物质，包括不溶于水中的无机物、有 机物及泥砂、黏土、微生物等。悬浮物是造成水浑浊的主要原因。其 测定方法是过滤称重，单位是“mg/L”
浊度是指水中悬浮及胶体状微粒对光线透过时所发生的阻碍程度
，也称为“浑浊度”。单位有：散射浊度单位NTU；烛光浊度单位JTU （度）；ISO标准单位FTU，常用NTU。
3）HEDP（羟基亚乙基二膦酸）：抗氧化性比上述两种有机磷酸好。
也能与金属离子形成六元环螯合物，并且有临界值效应和协同效应。 因此它对抑制碳酸钙、水合氧化铁等的析出或沉积有很好的效果，但
对抑制硫酸钙垢的效果较差。酒的稳定剂。
4）DTPMP（二亚乙基三胺五亚甲基膦酸）： 特点是与Mn2+复合对碳 钢和铜合金均有很好的缓蚀能力。可以和多个金属离子螯合，形成两 个或多个立体大分子环状络合物，分散于水中，破坏了碳酸钙晶体的 生长，从而起到阻垢的作用。
4、水质对金属设备不易产生腐蚀：冷却水在食用中，要求对金 属设备最好不产生腐蚀，如果腐蚀不可避免，则要求腐蚀性愈小愈好
，以免传热设备因腐蚀太快而迅速减少有效传热面积或过早报废。
5、水质不易滋生菌藻：冷却水在使用过程中，要求菌藻等微生物 在水中不易滋生繁殖，这样可避免或减少因菌藻繁殖而形成大量的黏
泥污垢，过多的黏泥污垢会导致管道堵塞和腐蚀。
（三）投加分散剂 在wk.baidu.com行阻垢、防腐和杀生水质处理时，投加一定量的分散剂， 也是控制污垢的好方法。分散剂能将粘合在一起的泥团杂质等分散 成微粒使之悬浮于水中，随着水流动而不沉积在传热表面上，从而 减少污垢对传热的影响，同时部分悬浮物还可随排污水排出循环水 系统。
（四）增加旁滤设备
循环冷却水系统在稳定操作情况下浊度会升高的原因是由于冷 却水经过冷却塔与空气接触时，空气中的灰尘会被洗入水中，特别
第四章 循环冷却水系统中的微生物及其控制
一、冷却水系统中引起故障的微生物 二、冷却水系统中金属的微生物腐蚀 三、冷却水系统中的微生物黏泥 四、冷却水系统中微生物的控制方法 第五章 循环冷却水系统的日常运行 一、运行过程中水质的变化
二、浓缩倍数
三、日常运行用的复合水处理剂 四、日常运行中水处理剂的添加
和镁的硫酸盐以及氯化物，用煮沸方法不能从水中析出沉淀，所以这
种硬度又称为永久硬度。
2、pH值
pH值也称为氢离子浓度指数、酸碱值，是溶液中氢离子活度
的一种标度，也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。 在稀溶液中，氢离子活度约等于氢离子的浓度，可以用氢离 子浓度来进行近似计算,pH=-lg[H+]。 在标准温度和压力下，pH=7的水溶液（如：纯水）为中性， pH值愈小，溶液的酸性愈强；pH愈大，溶液的碱性也就愈强。 在非水溶液或非标准温度和压力的条件下，pH=7可能并不代 表溶液呈中性，这需要通过计算该溶剂在这种条件下的电离常数
蚀性能，并且属于无毒或极低毒的药剂，因此在使用中可以不必担
心环境污染的问题。
常用的有机膦酸： 1）ATMP（氨基三亚甲基膦酸）：对抑制碳酸钙垢特别适用。 2）EDTMP（乙二胺四亚甲基膦酸）：对抑制碳酸钙、水合氧化铁和 硫酸钙等水垢都有效，而对稳定硫酸钙的过饱和溶液最为有效，并且 在200℃高温下也不分解，因此更适用于低压锅炉作炉内处理。牙膏 添加剂。
2、有机膦酸 化学稳定性好，不易水解，并且耐高温，在使用中不会因水
解生成正磷酸而导致菌藻过度繁殖。其次，它与聚磷酸盐一样也有
临界值效应，就是只需用几mg/L的有机磷酸就可以组织几百mg/L 的碳酸钙发生沉淀。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 者混合在一起使用的效果好。有机膦酸在高剂量下还具有良好的缓
（三）投加阻垢剂 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，然后这种微笑的晶体在溶液中由于热运动不断地相 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，使小晶体不断变成了大晶体，也就是说形成了覆盖传热面 的垢层。
（二）冷却用水的水质要求：
1、水温要尽可能低：在同样设备条件下，水温愈低，日产量愈高 。冷却水温度愈低，用水量也相应减少。 2、水的浑浊度要低：水中悬浮物带入冷却水系统，会因流苏降低 而沉积在换热设备和管道中，影响热交换，严重时会使管道堵塞。侧 外，浑浊度过高还会加速金属设备的腐蚀。 3、水质不易结垢：冷却水在使用过程中，要求在换热设备的传热 表面上不遗结成水垢，以免影响换热效果。
一般来说，水中悬浮物过越多，对光线阻碍越大，水的浊度也就
越大。不过，水的浊度不仅与水中悬浮物质的含量有关，而且与它们 的大小、形状及折射系数等有关。
二、循环冷却水的特点
（一）冷却用水
工业生产中，冷却的方式很多。有用空气来冷却的，叫空冷；有 用水来冷却的，叫水冷。但是在大多数工业生产中都是用水作为传热 冷却介质的。这是因为： 1、水的化学稳定性好，不易分解； 2、它的热容量大，在常用温度范围内，不回产生明显的膨胀或压缩； 3、它的沸点较高，在通常使用条件下，在换热器中不致汽化； 4、水的来源较广泛，流动性好，易于输送和分配，相对来水价格也较 低。
第一章 循环冷却水的特征
一、天然水的化学特征
1、硬度
一般将水中所含钙、镁离子的总量称为水的总硬度。 按照阳离子组成，水的硬度可进一步区分为钙硬度和镁硬度；按
照水中阴离子组成，把硬度区分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。碳酸
盐硬度就是钙和镁的重碳酸盐和碳酸盐，这种水煮沸后很容易生成碳 酸盐沉淀析出，所以又称这种硬度为暂时硬度。而非碳酸盐硬度是钙
（三）敞开式循环冷却水系统产生的问题
冷却水在循环系统中不断循环使用，由于水的温度升高，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，会产生比直流系统更为严重的沉积 物的附着、设备腐蚀和微生物的大量滋生，以及由此形成的黏泥污垢 堵塞管道等问题。 （一）沉积物的析出和附着：水中溶解的重碳酸盐是冷却水发生水 垢附着的主要成分。水垢附着的危害，轻者是降低换热器的传热效率 ；严重时，则管道被堵。 （二）设备腐蚀：循环水系统中，换热器以碳钢、不锈钢、铜材质 居多，长期使用会发生腐蚀穿孔。
这类化合物对碳酸钙等水垢具有良好的阻垢作用。同是时也 有临界值效应，因此用量也是极微的。对泥土、粉尘、腐蚀产物和