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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的水质特点与处理要求学时2学时教学内容循环冷却水的水质特点与处理要求教学重点水质特点教学难点特点处理要求影响因素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。循环冷却水在使用过程中，由于水质变化会产生不利的影响，包括结垢、污垢和腐蚀。结垢，指水中碳
2、酸盐等溶解盐类在热交换器及管道的表面形成沉积物。污垢，指由补充水带来的或在循环使用过程小中产生的各种微生物、其它有机物及无机杂质，在热交换器及管道沉积而形成污垢。在污垢中，由生物繁殖所形成的污垢具有粘性，故又把微生物形成的垢称为粘垢。结垢和污垢统称为沉积物或积垢。积垢在管道中积累，会造成堵塞，增加水的阻力，降低传热效率。循环水可能使热交换器等设备及管道系统腐蚀，其中包括CO2腐蚀、电化学腐蚀和微生物腐蚀。腐蚀使设备的使用寿命减少，维修费用增加，甚至造成事故，影响生产。循环水处理的任务是：防止或减经结垢或污垢的产生或沉积；防止或减轻水对设备及系统的腐蚀。应当指出，积垢和腐蚀之间是相互影响且可以相
3、互转化的。沉积物可以引起腐蚀，腐蚀又必然产生沉积物。因此，在循环水处理中，应综合考虑。一、循环水基本水质要求循环水水质标难通常将循环冷却水水质按腐蚀和沉积物控制要求，作为基本水质指标。它是一种反映水质要求的间接指标。表3.4.3为敞开式系统冷却水的主要水质标准、表中腐蚀率和污垢热阻分别表达了对水的腐蚀性和污垢的控制指标。表3.4.3 敞开式循环冷却系统冷却水主要水质指标项目要求条件允许值浊度（度）1.年污垢热阻9.510-5m2h/kJ2.有油类粘性污染物时，年污垢热阻1.410-5m2h/kJ3.腐蚀率0.125mm/a201.年污垢热阻1.410-5m2h/kJ502. 腐蚀率0.2mm/
4、a1001.年污垢热阻1.410-5m2h/kJ2. 腐蚀率0.2mm/a电导率(s/cm)采用缓蚀剂处理3000总碱度(mmol/L)采用阻垢剂处理7pH值6.59.0（1）腐蚀率腐蚀率一般以金属每年的平均腐蚀深度表示，单位为mm/a。腐蚀率一般可用失重法测定，即将金属材料试件挂于热交换器冷却水中一定部位，经过一段时间，由试验前、后试片重量差计算出每年平均腐蚀深度，即腐蚀率CL： CL=8.76 P0、P分别为腐蚀前、后的金属重，g； 金属密度，g/cm3；g 重力加速度，m/s2；F 金属与水接触面积，m2；t 腐蚀作用时间，h。对于局部腐蚀，如点蚀(或坑蚀)，通常以“点蚀系数”反映点蚀危
5、害程度。点蚀系数是金属最大腐蚀深度与平均腐蚀程度之比。点蚀系数愈大，对金属危害愈大。经水质处理后腐蚀率降低的效果称缓蚀率，以表示： 100 式中 C0、CL分别表示冷却水未处理时及水处理后的腐蚀率。（2）污垢热阻热阻为传热系数的倒数。热交换器传热面由于结垢及污垢沉积使传热系数下降，从而使热阻增加的量称为污垢热阻。此处“污垢”热阻指由结垢和污垢沉积而引起的热阻。热交换器的热阻在不同时刻由于垢层不同而有不同污垢热阻值。在某一时刻测得的称为即时污垢热阻，为经t小时后的传热系数的倒数和开始时(热交换器表面未积垢时)的传热系数的倒数之差： Rt= 式中 R t即时污垢热阻，m2h/kJ；K0开始时，传热
6、表面未结垢时测得的总传热系数kJ/（m2h）Kt循环水在传热面积垢经t时间后测得的总传热系数kJ/（m2h）；t积垢后传热效率降低的百分数。 即时污垢热阻R t在不同时间t有不同的R t值，应作出R t对时间t的变化曲线，推算出年污垢热阻作为控制指标。二、影响循环水水质的因素循环水之所以产生结垢、腐蚀和污垢，其主要原因有以下几个方面（1） 循环冷却水水质污染首先是由补充水中的溶解盐、溶解气体、微生物及有机物等引起的；其次是在生产过程和冷却过程中由外界进入冷却构筑物的污染物，如尘土、泥砂、杂草、设备油、人工加入稳定剂、塔体腐蚀及剥落产物等，都会污染冷却水。另外是在系统内部产生的污染，主要是微生物
7、的生长及腐蚀产物。藻类生长在冷却构筑物与水接触的露光部位。由于藻类群体的生长，影响了水和空气的流动，而且藻类脱落后便成为污垢沉淀；此外，它们的群体体积很大，妨碍了热的传递。同时有机污垢造成强烈的腐蚀，还会妨碍加入水中的腐蚀抑制剂到达金属表面，使药剂的防腐功能不能充分发挥。（2）循环水的脱CO2的作用天然水中，重碳酸盐类和游离CO2存在平衡关系，即： Ca(HCO3)2 CaCO3+ CO2+ H2O 当它们的浓度符合上述平衡条件时，水质呈稳定状态大气中游离CO2含量很少，其分压力低。循环水在冷却时，造成CO2大量丢失，破坏了上述平衡，使反应向右移动，产生了CaCO3。（3）循环水的浓缩循环水系
8、统中，有四种水量损失： P=P1+P2+P3+P4 式中 P1，P2，P3，P4及P分别是蒸发损失、风吹损失、渗漏损失、排污损失及总损失，均以循环水流量的百分数计。循环水在蒸发时，水分损失了，但盐分仍留在水中。风吹、渗漏与排污所带走的盐量为：S(P2+P3+P4) 补充水带进的盐量为：SB P = SB (P1+P2+P3+P4) 式中 S 循环水含盐量； SB 补充水含盐量。当系统投入运行时，系统中的水质为新鲜补充水水质，即SS1 SB ，因此可写成： SB (P1+P2+P3+P4)S1 (P2+P3+P4) 式中S1投入运行时，循环水的含盐量；其余符号同前。初期进入系统的盐量大于从系统排
9、出的盐量，随着系统的运行，循环冷却水中盐量逐步提高，引起浓缩作用。如果系统中既不沉淀，又不腐蚀，也不加入引起盐量变化的药剂，则由于水量损失利补充新鲜水的结果，在系统中引起盐量的积累，使循环冷却水中含盐浓度不断增大，即S不断增大，也使排出的盐量相应增加。这样，式的右端在运行的最初一段时间里是不断增大，而运行了一定时间以后，当S由初期的Sl增加到某一数值S2时，从系统排出的盐量即接近于进入系统的盐量，此时达到浓缩平衡，即：SB (P1+P2+P3+P4)S2 (P2+P3+P4) 这时，由于进、出盐量为一稳定值，如以Sp表示，则继续运行不再升高。 SB (P1+P2+P3+P4)=Sp (P2+P
10、3+P4) 令KSp/SB，则： K= 1 + = 1 + 式中K浓缩倍数，其值1，即循环冷却水中的含盐量S总是大于补充新鲜水的含盐量SB。它是循环水的重要指标。提高K值，可节约排污水量，K值的选用需看水质是否稳定。K值在实际应用中，有时用氯离子浓度表示： K = 式中 Cl-Z 循环水中氯离子的含量； Cl-B 补充水中氯离子的含量。（4）水温变化的影响水在生产过程中，水温升高，钙、镁盐类的溶解度反而降低，水中CO2又部分逸出，用于平衡CaCO3所需的CO2减少，提高了CO2的需要量。水温升高，会使水失去稳定性而产生结垢；反之，冷却过程中，水温降低，水中平衡需要量降低，如果低于水中CO2含量
11、，则此时水具有侵蚀性，使水失去稳定性而产生腐蚀。因此，在循环水系统中，高温区产生结垢，低温区产生腐蚀。（5）电化学腐蚀在敞开式冷却水系统中，水与空气充分接触，因此水中溶解氧接近饱和。当碳钢与有溶解氧的水接触时，由于金属表面的不均匀性和冷却水的导电性，在碳钢表面形成许多微电池，在阴、阳极上分别发生氧化还原的共扼反应。阳极上：FeFe 2+ + 2e 阴极上：O2 + 2H2O + 4e 4OH- 在水中：2 Fe(OH)2 + O2 + H2O 2 Fe(OH)3 Fe 2+ + 2 OH- Fe(OH)2 因此，在金属设备上，阳极上不断溶解造成腐蚀，阴极上堆积腐蚀的产物，即铁锈，如图3.4.1
12、9所示阳极部分 阴极部分 阳极部分 阴极部分 阳极部分 阴极部分(a)H2的极化作用 (b) Fe(OH)2的极化作用 (c) O2的极化作用图3.4.19 铁的电化学腐蚀过程（6）微生物腐蚀微生物腐蚀可分为厌氧和好氧腐蚀。厌氧腐蚀，硫酸盐还原可把水中的硫酸根离子转换为腐蚀性硫化物FeS。 8H+ + SO4 2-+8e S 2- + 4H2O + 能量 S 2- + Fe 2+ FeS 好氧腐蚀，铁细菌吸收水中的铁离子，分泌出Fe(OH)3，形成铁锈。代谢过程中，往往产生有机酸，也会引起腐蚀。三、循环水结垢和腐蚀的判别方法造成循环水冷却系统结垢、污垢和腐蚀的因素很多，目前仍无一种很好的方法或
13、指数能定量地判别结垢、污垢和腐蚀。这里，只介绍几种常用的水质稳定指数作为水质腐蚀和结垢的判别方法。（1）极限碳酸盐法 为了维持水的稳定性，水中的二氧化碳含量与碳酸盐硬度之间应保持平衡关系，循环水在一定水质水温条件下，保持不结垢的碳酸盐硬度应有一定限度。根据这一概念引进的指标，叫做极限碳酸盐硬度，这是循环水不致产生水垢的最高碳酸硬度的值，其值可根据相似条件下的实际运行数据确定，或根据小型试验决定。用极限碳酸盐法可判断加阻垢剂时水温差较小时的循环冷却水的结垢性，判断结垢与否，而不能判断腐蚀性。（2）水质稳定性指标水质稳定性指标在循环冷却水系统中，国内外目前比较广泛采用的是饱和指数IL和稳定指数IR：饱和指数用以判断水是否有结垢或腐蚀的倾向： ILpH0 - pHs 式中 pH0水的pH值； pHs 水为CaCO3所平衡饱和
