工业水处理技术

工业水处理技术

周本省主编

冷却水系统

（一）浓缩倍率：K = Cr / Cm

Cr ; 循环水中某物质的浓度，

Cm: 补充水中某物质的浓度。

用来计算浓缩倍率的物质，要求它们的浓度除了随浓缩过程而增加外，不受其他外界条件，如加热、沉淀、投加药剂等的干扰。通常选用的物质有CL-、SIO2、K+等物质或总溶解固体。

M = E + D + B + F

M: make up water

E: evaporate water lost

D: wing water lost

B: blow down water lost.

F: leak water lost

B = E / K – 1

(四) 运行条件改变时系统中离子浓度的变化

在循环冷却水系统改变浓缩倍数时，循环水的离子浓度随着运行时间的推移会发生变换，其变化的规律将根据补充水量和排污水量的大小而异，但最终会趋于一个定值。[（M/B）*Cm ]

水垢析出的判断

在20度时，CaCL2 的溶解度是37700 mg/L, 在零度时，种碳酸钙的溶解度是2630 mg/L,硫酸钙的溶解度是1800mg/L，而碳酸钙的溶解度是20mg./L, 磷酸钙的溶解度更小，是0.1mg/L。此外，碳酸钙和磷酸钙的溶解度与一般的盐类不同，他们不是随着温度的升高而升高，而是随着温度的升高而降低。因此，在换热器的传热面上，这些微溶行盐很容易达到过饱和状态而从水中结晶析出。当水流速度比较小或传热面比较粗糙时，这些结晶沉淀物就容易沉积在传热面上。

当防腐措施不当时，换热器的换热管表面经常会有锈瘤附着，其外壳坚硬，但内部疏松多孔，而且分布不均。

（一）碳酸钙垢析出

L.S.I : Langerlier Saturated Index 朗格力尔饱和指数。

LSI = PH-PHs>0 结垢

LSI = PH-PHs = 0 不腐蚀不结垢

LSI = PH-PHs < 0 腐蚀

PHs = ( 9.70 + A + B) – ( C + D)

A: 总溶解固体系数

B: 温度系数

C: 钙硬度系数

D: M-碱度系数

M-碱度：以甲基橙为指示剂所测得的总碱度。

R.S.I: Ryznar saturated Index 雷兹纳稳定指数。

R.S.I = 2PHs – PH < 6 结垢

R.S.I = 2PHs – PH = 6 不结垢不腐蚀

R.S.I = 2PHs – PH > 6 腐蚀

P.S.I : Puckorius saturated Index 帕科拉兹结垢指数

帕科拉兹认为水的总碱度比水的实际测定ph能更真确的反映冷却水的腐蚀与结垢倾向。认为将稳定指数中水的实际测定PH改为平衡PH (PHeq) 将更切合实际生产。

PHeq = 1.4651 lg[ M-碱度] + 4.54

式中M-碱度---- 系统中水的总碱度（以CaCO3计），mg/L

P.S.I = 2PHs – Pheq > 6 腐蚀

P.S.I = 2PHs – Pheq = 6 稳定

P.S.I = 2PHs – Pheq < 6 结垢

临界PH结垢指数

晶体生长理论认为，对微溶性盐如碳酸钙，必须要出现一定的过饱和度始能析出沉淀。沉淀析出时，与过饱和度相应的PH值称为临界PH值，它可以和饱和PH值进行比较。

临界PH: PHc

当水的实际PH值大与它的临界PH值时就会洁垢；小于临界PH值时，就不会结垢。PHc与PHs不同的是，PHs是计算值，PHc是试验测定值，各种影响因素都包括进去了，其值比PHs要高，一般PHc = PHs + ( 1.7—2.0).

上述四种指数均是针对碳钢材质，预测水中溶解的碳酸钙是否会析出，或者碳酸钙是否是会溶解而言。如果材质是铝、不锈钢等合金则腐蚀问题就不会像碳钢那样突出。

（二）磷酸钙垢析出

在许多水质处理方案中，常在循环水中投加聚磷酸盐作为缓蚀剂或阻垢剂，而聚磷酸盐在水中会水解成为正磷酸盐，使水中有磷酸根离子存在。生成溶解度很小的磷酸钙沉淀，如果附着在传热面上，就形成磷酸钙水垢。

为了能事先预测磷酸钙水垢析出与否，有人提出了磷酸钙饱和PH值。

（三）硅酸盐垢析出

为了避免硅酸盐垢生成，通常限制冷水中SiO2含量，一般以不超过175mg/L为宜，当镁的含量大与40mg/L时，即使SiO2含量低于150mg/L,仍会生成硅酸镁水垢。

污垢热阻：

换热器管壁两侧为流体的传热基本方程

Q = K * F *△tm --------（1）

Q---单位时间内传递的热量，j/s

F---换热器的传热面积，m2

K---比例系数（通常称总传热系数，

△tm = (△t1 + △t2) / 2 = [ (T1-t1) + (T2-t2)] / 2

Q = R Cp ( Tout – Tin )-------(2)

(1)式 = （2）式

水垢的控制：

1、从冷却水中除去结垢的钙离子。A、离子交换树脂法。B、石灰软化法。

2、加酸或通CO2气，降低PH值，稳定重碳酸盐。A、加硫酸。B、通CO2法。C、投加阻垢剂。

污垢的控制：

1、降低补充水的浊度悬浮物浓度不宜大与20PPM

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。

负硬水：水中总碱度大与总硬度的水，此时水中多余的总碱度以NaHCO3或KHCO3形式存在。

阻垢剂及分散剂

(一) 聚磷酸盐

在冷却水处理中，常用的聚磷酸盐有长链状阴离子的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠。六偏磷酸钠其链较长，约含有20-100个PO3-单位。几mg/L的六偏聚磷酸钠就能防止几百mg.L 的碳酸钙沉淀析出。微量聚磷酸盐抑制和干扰了碳酸钙晶体的正常生长，使晶体在生长过程中被扭曲，从而使晶体长不大，不能沉积形成水垢。当浓度达到0.9mg/L时，只得到畸变的晶团；达到1.2mg/L时，出现少量不变形的晶体；而在1.2mg/L以上时，就不再发生沉淀了。

聚磷酸盐除用作防止水垢外，也可作为缓蚀剂用。

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，同时又是菌藻的营养物。因此，单纯使用聚磷酸盐作阻垢剂已逐渐淘汰，代之是复合磷酸盐配方。

（二）有机膦酸

优点：它们分子结构中都有C—P键，比聚磷酸盐中的P-O-P键要牢固的多，化学稳定性好，不宜水解，耐高温，阻垢性能比聚磷酸盐好。它与其他药剂共用时有良好的协同效应。实际使用中发现，有机膦酸盐与聚磷酸盐混合使用的效果比单用任何一种都好。有机膦酸盐在高剂量霞还具有良好的缓蚀性能，并且无毒。

常用药剂：1. ATMP 氨基三亚甲基磷酸由氯化铵、甲醛、三氯化磷为原料一步合成。是有机磷酸中最常用的药剂之一。对抑制碳酸钙垢特别适用。2、EDTMP 乙二铵四亚甲基磷酸由乙二胺、甲醛、三氯化磷一步合成。它能与多价离子Ca2+,Mg2+,Fe2+, Zn2+, Al3+, Fe3+ 等形成稳定的络合物（螯合物），对抑制碳酸钙、水合氧化铁和硫酸钙等水垢都有效，200度高温下不会分解，更适合低压锅炉作炉内处理。3、HEDP 羧基亚乙基二磷酸是用醋酸和三氯化磷一步合成。抗氧化性好，它对抑制碳酸钙、水合氧化铁等的析出或沉淀有很好的效果。4、DTPMP 与Mn2+复合对碳钢和铜合金均有很好的缓蚀能力。能形成环状络合物，破坏碳酸钙晶体的生长，起到阻垢作用。

（三）膦羧酸

使用较多的是PBTCA, 分子结构中同时含有磷酸基和羧基，能在高温、高硬度、和