工业循环冷却水处理技术

浅议工业循环冷却水处理技术
【摘要】本文介绍了循环冷却水的物理处理方法和化学处理方法，并阐述了循环冷却水处理技术的作用及其重要性。

【关键词】循环冷却水循环水处理技术
水是人类赖以生存的基础，是工业生产运行的命脉，也是我国经济安全和社会发展的“三大战略资源”之一。

随着我国工业、经济的迅速发展，工业用水需求快速增长，现有水资源供需矛盾愈显紧张。

在城市用水中，工业用水约占80%，冷却用水在我国工业用水中占了相当大的比重（三分之一以上），因此，节约冷却水的用量是节水的关键。

是我国目前和今后工业节水工作的重点，已引起了国家政府部门的高度重视。

围绕着提高工业循环冷却水的循环再利用率，实现废水深度处理后的回用，降低对水资源的污染，实现低排放和零排放，工业循环冷却水处理化学品也将面临着新的市场机遇和挑战。

1 循环冷却水的概念及原理
1.1 循环冷却水的概念
循环冷却水是指通过换热器交换热量或直接接触换热方式来交换介质热量并经冷却塔凉水后，循环使用，以节约水资源。

一般情况下，循环水是中性和弱碱性的，ph值控制在7-9.5之间；在与介质直接接触的循环冷却水的有酸性或碱性（ph值大于10.0）的情况，一般较少。

1.2 循环水的冷却原理
循环水的冷却是通过水与空气接触，由蒸发散热、接触散热和辐射散热三个过程共同作用的结果。

（1）蒸发散热：水在冷却设备中形成大大小小的水滴或极薄的水膜，扩大其与空气的接触面积和延长接触时间加强水的蒸发，使水汽从水中带走气化所需的热量从而使水冷却；（2）接触散热：水与较低温度的空气接触，由于温差使热水中的热量传到空气中，水温得到降低；（3）辐射散热：不需要传热介质的作用，而是由一种电磁波的形式来传播热能的现象。

这3种散热过程在谁冷却中所起的作用，随空气的物理性质不同而异。

春、夏、秋三季，室外气温较高，表面蒸发起主要作用，最炎热夏季的蒸发热量可达总散热量的90%以上，故水的蒸发损失量最大，需要的补充水量也最多。

在冬季，由于气温降低，接触散热的作用增大，从夏季的10%～20%增加到40%～50%，严寒天气甚至可增加到70%左右，故在寒秋季节水的蒸发损失量减少，补充水量也就随之降低。

2 循环冷却水的处理技术
循环冷却水处理技术主要分为物理处理技术和化学处理技术。

2.1 物理处理技术
物理处理技术主要有静电处理、膜处理法、阴极保护等，物理处理技术具有操作简单、运行费用低、无毒无污染等优点。

此方法适用于硬度较小的水质，而对目前我国硬度较高的复杂水质的水处理效果并不令人满意。

2.1.1 静电处理
静电水处理法又称高压静电法。

它的核心部分是静电水处理器（又称静电水垢控制器、静电除垢器、静电水发生器）。

静电水处理器由二部分组成：高压直流电源（供给高电压）和水处理器（水通过其腔体，经受静电场处理后再进入用水设备）。

使水分子进一步极化，从而增加碳酸钙在水中的溶解度（阻垢作用机理）。

高压静电场破坏水中的细菌和藻类的细胞组织（杀菌灭藻机理）。

2.1.2 膜处理法
膜技术是最近30年来发展起来的一种高新技术，是当今水处理研究中最活跃的领域之一。

膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的总称。

（1）反渗透（ro）。

反渗透是以压力为动力，并利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择透过性而从水体中提取纯水的物
质分离过程。

反渗透法主要用于海水和苦咸水淡化、锅炉给水处理、高浓缩倍数的冷却水处理、饮用水处理和废水处理。

反渗透能分离分子量500以下的溶质分子，因此对水中有机物和无机物有很高的除去率。

这是给水和废水深度净化处理中的一种有效分离技术。

但反渗透膜使用压力较高，产水量较低，水回收率只有75%～80%，因此运行费用较高。

（2）纳滤（nf）。

纳滤是近10年来发展相当快的一种膜技术，操作压力仅为0.5mpa，对ca2+、mg2+等二价离子具有很高的去除率。

纳滤能去除1nm（纳米）左右的溶质粒子，故称纳滤，它截留物质的分子量为100～1000。

水在纳滤膜中的渗透率远大于在反渗透膜中，所以当需要对低浓度的二价离子和分子量在500到数千的溶质截留时，选择纳滤工艺比使用反渗透工艺更为先进，预计今后纳滤法将逐步代替常规的石灰软化法和离子交换软化法。

膜软化法是基于纳滤膜对二价离子的高脱除性而开发的新型膜分离过程。

与传统的石灰软化法和离子交换软化法相比，它有不消耗大量石灰、盐和碱等药剂，无污泥，不要再生，可完全去除悬浮物和大部分有机物，操作简便和占地少等优点。

膜软化法在美国应用已很普遍，特别是新建的软化水厂多采用此新工艺。

2.1.3 阴极保护
阴极保护是籍助于直流电流从被保护金属周围的电解质（例如冷却水）中流入该金属，使该金属的电位负移到指定的保护电位范围内，从而使该金属免于腐蚀的一种金属保护方法。

冷却水系统中的阴极保护方法可以分为二大类：第一类是通过外加电流来实现的阴极保护，被称为外加电流阴极保护；第二类是通过与牺牲阴极（镁合金阳极、锌合金阳极、铝合金阳极等）偶联来实现的阴极保护被称为牺牲阳极阴极保护。

2.2 化学处理技术
化学处理技术通常是向补充水中加入一定量的水质稳定剂来防止水系统的结垢与腐蚀。

利用阻垢分散剂与结垢离子的螯合作用或对结垢晶体的晶格扭曲作用而达到防垢的目的，利用缓蚀剂抑制腐蚀反应的阳极过程、在金属表面形成沉淀膜并覆盖阴极表面、在金
属表面定向吸附并形成保护性的吸附膜阻止腐蚀的阴阳极过程，从而起到缓蚀作用。

目前，国内外流行的是磷系配方，此技术已经广泛应用于我国绝大多数的工业企业的循环冷却水系统中，而且取得了较好的使用效果。

但随着我国水质的不断恶化，水质硬度越来越高，再加上国内外对含磷废水排放的要求更加严格，目前通用的磷系配方将逐渐被新一代环保型水处理剂所代替。

2.2.1 单一的聚磷酸盐处理方法
这种方法是美国20世纪50-60年代普遍采用的一种水处理方式，而我国20世纪70年代末才应用这种水处理方法。

该方法的缺点是聚磷酸盐热稳定性差、易水解，与水中ca2+形成ca3（po4）2沉淀，从而降低了聚磷的缓蚀阻垢性能。

另外聚磷的阐限值小，因此需要较高的浓度才能维持聚磷酸盐的药效，并且磷酸盐属于营养盐，对环境污染较严重，大量的排放会加速刺激水中藻类的大量繁殖，导致水中大量的溶氧被消耗，水中的生命体因缺氧而死亡。

当前磷对环境的污染，已引起各国的重视。

因此，采用单一的磷酸盐处理方法已逐渐被淘汰。

2.2.2 有机磷酸盐处理方法
20世纪70年代后期我国相继开发研制出有机磷系阻垢剂经基乙叉二嶙酸（hedp）、氨基三甲叉磷酸（atmp）等，并被广泛应用。

有机磷系药剂的优点为化学热稳定性好，不易水解，易与二价金属离子形成稳定的络合物，在200℃以下有良好的阻垢性能。

但这些药剂单一使用的效果并不很理想，对铜材设备的缓蚀效果欠佳，同时单位重量的含磷量仍然偏高，大量的排放同样给环境带来很大的压力。

近几年该药剂也在逐渐被低磷的全有机配方药剂所替代。

2.2.3 全有机配方处理方法
该药剂是当前最为普遍采用的循环水处理方法。

药剂分子中含有梭酸基、醋基、磺酸基、磷酸基等多种特效官能团，对分散在水中的caco3，ca3（po4）2，caso4及氢氧化铁等溶性效果良好，并且水溶性好，特别与锌盐复配更有其独到之处。

2.2.4 新一代磷系药剂处理方法
新一代磷系缓蚀阻垢剂是近些年来新开发的低含磷水处理药剂，如20世纪90年代后期开发研制的磷酞基梭酸（poca）、多氨基多醚基甲叉磷酸（papemp）等，具有良好的钙容忍度，新型磷系缓蚀阻垢剂具有优良的阻垢特性。

3 水处理技术的作用及其重要性
在循环冷却水中应用水处理技术，既可改善水质，减少对设备的腐蚀和结垢，延长设备寿命，保证生产长周期均衡平稳地运行，又能节约用水，减少排污，对生态环境大为有利，从而获得良好的经济效益和社会效益。

评价化学水处理的经济效益需要从处理费用上和生产上全面评价。

化学处理费用经济合理，占循环水成本中的比例极低，而且带给系统的好处很多，有很好的经济效益。

据我了解，许多厂在这方
面都深有体验，特别是有的厂初期投产时循环水未进行化学处理，运行一段时间后才发现“水患成灾”，后来采用化学处理，“对症下”，使水质得到明显改善。

科学技术是第一生产力，循环水化学处理技术在节能降耗，高产稳产，提高效益等方面发挥着非常重要和关键的作用，具体表现在：（1）保证换热设备的高效运行。

通过化学处理，减缓设备和管道的腐蚀和结垢，提高换热效率，改善工艺条件，延长设备及管道的使用寿命。

（2）稳定生产。

没有沉积物附着、腐蚀穿孔和粘泥堵塞等危害，冷却水系统中的换热器就可以始终在良好的环境中工作，除计划中的检修外，意外的停产检修事故就会减少，为生产的长周期安全运行提供保证，从而降低生产过程中因设备维修造成的时间延误。

（3）节约水资源。

冷却水使用水处理剂后，可以提高循环水的浓缩倍数，这对工业节水有着重要的作用。

与支流冷却水相比，即便循环水的浓缩倍数比较低，例如仅为1.5倍，但此时补充水即可节约94.8%。

由此可见，提高浓缩倍数，使用水处理技术，改善和净化水质，对节约水资源有着至关重要的作用。

（4）减少环境污染。

由于浓缩倍数的提高，循环冷却水系统比起直排冷却水系统来，大大减少了冷却污水的排放量，也就减少了对环境的污染。

（5）经济效益显著。

采用水稳技术后，循环冷却水系统处于良性循环，换热效率和冷却效果良好，同时减少原材料的消耗，降低生产成本，实现生产的满负荷运行，生产能力提高产品质量改善，产量增加，经济效益突出。

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