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1、国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库水处理工程技术教案知识点循环冷却水水质处理学时2学时教学内容防结垢处理、防污垢处理、防腐蚀处理、综合处理教学重点防结垢处理、防污垢处理、防腐蚀处理教学难点处理原理综合处理综合处理参考资料水处理工程技术，张宝军主编，重庆大学出版社出版水污染控制工程，胡亨魁主编，武汉理工大学出版社。水处理工程运行与管理，朱亮、张文妍编，化学工业出版社。污水处理工程设计，徐新阳、于锋主编，化学工业出版社。给水厂处理设施设计计算，崔玉川等编，化学工业出版社。水处理构筑物设计与计算，尹士君、李亚峰等编著，化学工业出版社。循环水处理包括对结垢、污垢(含粘垢)和腐蚀的控制。由于三者
2、之间相互影响，故应采用综合处理方法。一、防结垢处理（1）排污法减小浓缩倍数在循环水系统中，由式(3.4.20)知，提高排污率P4可减小K。即排除部分盐浓度高的循环水，补充含盐量少的新鲜水，可降低循环水中盐的浓度，使其不超过允许值。由式(3.4.20)可推出排污量为： P4 由上式可知，补充水含盐量SB越大，排放量P4越大。如果P4太大则不经济，一般P4 35。排污法适用于SB远小于S且新鲜补充水水源充足的条件下。（2）降低补充水碳酸盐硬度通过水的软化法可使水的硬度降低，从而降低SB。此法只适用于补充水质很差或必须提高浓缩倍数的情况。酸化法是在水中加入硫酸或盐酸，使碳酸盐硬度转化为非碳酸盐硬度：
3、 Ca(HCO3)2 + H2SO4CaSO4+ 2CO2+ 2H2O Ca(HCO3)2 +2HCl CaCl2+2CO2+ 2H2O CaSO4和CaCl2的溶解度远大于CaCO3，故加酸处理有助防垢。经加酸处理后应满足下列条件： KHBH 式中 HB、H分别为酸化后的补充水碳酸盐硬度及循环水碳酸盐硬度；酸化法适用于补充水的碳酸盐硬度较大时。采用酸化法时，应注意设备及管道的防腐。（3）提高循环水中允许的极限碳酸盐硬度提高循环水的极限碳酣硬度的常用方法是向水中投加阻垢剂。常用的阻垢剂有聚磷酸盐、聚丙烯酸盐等。聚磷酸盐常用的有六偏磷酸钠和三聚磷酸钠，它们既有阻垢作用也有缓蚀作用。它们可以与Ca
4、2+、Mg2+络合，将之掩蔽起来，阻止它们生成碳酸盐或非碳酸盐垢，从而提高了水中允许的极限碳酸盐硬度。另外，磷酸盐还是一种分散剂，具有表面活性，可以吸附在碳酸钙微小晶坯的表面上，使碳酸盐以微小的晶坯形式存在于水中，从而防止产生结垢。聚丙烯酸钠是阳离子型分散刘，它可增大Ca3(PO4)2的溶解度，并且使CaCO3形成微小结晶核形式絮状物,容易被冷却水带走。有机磷酸盐具有良好的热稳定性，有抗氧化性；在较高pH值时(pH等于78.5)，仍有阻垢作用，而且还有缓蚀作用。（4）加CO2 通入CO2气体，使循环水中含量达到平衡的需要量。CO2的来源可利用废烟道气。二、防污垢处理及微生物控制微生物产生粘垢，
5、它是污垢的一种。最近研究认为：生物膜往往是腐蚀、污垢和结垢出现的原因之一，所以，对微生物必须控制。循环水中的微生物与污垢的处理及防止方法是多方面的，如对补充水进行处理；冷却构筑物及其周围环境的保护；循环系统工艺及管道的完善以及循环水的处理。此处主要了解去除水中悬浮杂质和防止循环冷却水中生物滋长的方法。（1）旁滤设旁滤池是防止悬浮物在循环水中积累的有效方法。循环水的一部分连续经过旁滤池过滤后返回循环系统。一般，旁滤池过滤流量占循环水量的15。旁滤池的构造与常用的滤池相同。为了简化流程，可采用压力滤池。（2）化学药剂处理常用的化学药剂有氧化型杀菌剂、非氧化型杀菌剂及表面活性剂杀菌剂等，其作用主要防
6、止水中微生物的滋长。氧化型杀菌剂主要采用液氯、次氯酸钠、次氯酸钙等。由于氯在冷却塔中易于流失，不能持续杀菌，故可与非氧化型杀菌剂联合使用。注意：氧化型杀菌剂不能与有机及其它还原性水处理剂同时使用。非氧化型杀菌剂，常用的有硫酸铜和氯酚。硫酸铜般不单独使用。使用时常需同时投加铜的螯合剂。以防止铜质沉淀在铁质表面形成腐蚀电池；另外，需同时投加表面活性剂，以使铜离子能渗进附着在塔体上的藻类内部、氯酚杀菌剂，特别是五氯酚钠C6Cl5ONa广泛地应用于工业冷却水处理。氯酚投量约为每升几十毫克。利用不同药剂对不同菌种杀菌效率不同的特点，可以把数种氯酚化合物组成复方杀菌剂，发挥增效作用，从而降低杀菌剂的用量。
7、通常用氯酚和铜盐混合控制藻类，间歇投药；表面活性剂杀菌剂主要以季铵盐类为代表。带正电的季铵盐与带负电的细菌、真菌和藻类产生选择性吸附，并聚积在微生物的体表上，改变原形质膜的物理化学性质，使细胞活动异常；它的疏水基能溶解微生物体表的脂肪壁，从而杀死微生物；一部分季胺化合物透过细胞壁，进入菌体内，与构成菌体的蛋白质反应，使微生物代谢异常，导致微生物死亡。杀菌剂可以连续使用也可间歇或瞬时投加。在可能条件下，为增加药效，可以两种或两种以上药剂配合使用。另外，杀菌剂应选几种，轮换使用防止微生物逐渐适应杀菌剂而产生抗药性。三、防腐蚀处理利用缓蚀剂，使它在金属表面形成一层薄膜，将金属表面覆盖起来，与腐蚀介质
8、隔绝，防止金属腐蚀。它是防止循环水系统腐蚀的主要方法。根据缓蚀剂成膜的类型可以将其分为：氯化膜、沉淀物膜和吸附膜型三种。根据缓蚀剂对电化学腐蚀的控制部位不同，可分为阳极缓蚀剂和阴极缓蚀剂。(1)氧化膜型缓蚀剂氧化膜型缓蚀剂形成的防蚀膜薄面致密，与基体金属粘附性强，能阻碍溶解氧的扩散，使腐蚀反应速度降低，而且当保护膜到达一定厚度时，膜的厚度几乎不再增长，因此防腐效果较好。此类缓蚀剂都是重金属含氧酸盐，污染环境。亚硝酸盐类借助水中的溶解氧在金属表面形成氯化膜面成阳极型缓蚀剂。此类缓蚀剂在长期使用后，系统内硝化细菌繁殖，氧化亚硝酸盐为硝酸盐，防腐效果降低。(2)水中离子沉淀膜型缓蚀剂此类缓蚀剂与溶解
9、于水中的离子生成难溶盐或溶合物，在金属表面上析出沉淀，形成防腐蚀膜。所形成的膜多孔、较厚、较松散，且基体密合件差。同时，药剂投量过多，垢层加厚，影响传热。此类缓蚀剂有聚磷酸盐和锌盐。聚磷酸盐是生物的营养物质必须采取措施控制微生物；锌盐由于对环境污染严重，使用上应加以限制。（3）金属离子沉淀膜型缓蚀剂这种缓蚀剂是使金属活化溶解，并在金属离子浓度高的部位与缓蚀剂形成沉积，产生致密的薄膜，缓蚀效果良好，在防蚀膜形成之后即使在缓蚀剂过剩时，薄膜也停止增厚。这种缓蚀剂如巯基苯并噻唑(简称MBT)是铜的很好的阳极缓蚀剂，剂量仅为l2mg/L。因为它在铜的表面进行整合反应，形成一层沉淀薄膜，抑制腐蚀。这类缓
10、蚀剂还有其它杂环硫醇。巯基苯并噻唑与磷酸盐共向使用，对防止金属的点蚀有良好的效果。(4)吸附膜型缓蚀剂这种有机缓蚀剂的分子具有亲水性基和疏水性基。亲水基即极性基能有效地吸附在洁净的金属表面上，而将疏水基团朝向水侧，阻碍水和溶解氧向金属扩散，以抑制腐蚀。防蚀效果与金属表面的洁净程度有关。这种缓蚀剂主要有胺类化合物及其它表向活性剂类有机化合物。这种缓蚀剂的缺点在于分析方法复杂，因而难于控制浓度。价格较贵，在大量用水的冷却系统中使用还有困难，但有发展前途。缓蚀膜种类及其性质、应用于各种冷却水系统的代表性缓蚀剂，参见表3.4.7、表3.4.8。 表3.4.7 缓蚀剂的种类及其性质缓蚀剂类型缓蚀剂膜的特
11、性钝化膜型铬酸盐钼酸盐钨酸盐亚硝酸盐致密，膜薄（30300）埃与金属结合紧密沉淀膜型水中离子型聚磷酸盐锌盐多孔、膜厚，与金属接合不太紧密金属离子型苯并三氮唑巯基苯并噻唑较致密，膜较薄吸附膜型有机胺硫醇类表面活性剂木质素葡萄糖酸盐在非清洁表面上吸附性差表3.4.8 应用于各种冷却水系统的代表性缓蚀剂冷却水系统分类代表性缓蚀剂敞开式循环水系统铬酸盐聚磷酸盐系铬酸盐金属盐系（锌盐）铬酸盐有机物系（有机磷）聚磷酸盐金属盐系（锌盐）聚磷酸盐有机物系（有机磷）有机物系金属盐系（钼、钨）密闭式循环水系统铬酸盐系亚硝酸盐有机物系可溶性油四、循环冷却水的综合处理(1)循环水系统的预处理清洁和预膜循环水在运行之初
12、，根据缓蚀原理要在金属表面形成一层保护膜，起抑制腐蚀作用。保护膜的形成过程叫预膜。为了有效地预膜，必须对金属表面进行清洁处理。循环水系统的预处理包括：化学清洗剂清洗冲洗干净预膜。然后转入正常运行。常用的化学清洗剂有很多，根据所清除的污垢成分选用：以粘垢为主的污垢应选用以杀菌刑为主的清垢剂；以泥垢为主的选用混凝剂或分散剂为主的清垢剂；以结垢为主的应选用螯合剂、渗透剂、分散剂为主的清垢剂；以腐蚀产物为主的，应采用渗透剂、分散剂等表面活性剂。预膜的好坏往往决定缓蚀效果的好坏。预膜在循环水系统运行之前，每次大修、小修之后，设备酸洗之后，系统发生特低pH值之后等情况必须进行。预膜可以采用缓蚀剂配方，也可以用专门的预膜剂配方，参考有关资料。 (2)综合处理与复方稳定剂在循环冷却水处理中，一般都不采用单一的方法或单一的药剂。即不仅是对某种处理提出多种方法或复方药剂的要求，而且要对腐蚀、水垢及污垢各方面同时进行综合处理，以保证高质量的循环冷却水，使系统运行高效可靠。
