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1、循环冷却水处理基础概念 李飞雁 2006年6月 5日 循环冷却水处理 水的基本知识 水，是极性分子,溶解能力很强 O-2 H+H+ d+ d- 水中的主要物质 阴离子： SO4 -2 ,Cl-,HCO3-,SiO3-2 etc 阳离子： Ca2+,Mg2+,Na+,K+ Fe2+, etc 溶解气体 ：O2,CO2,etc 有机物： 微生物，油脂等 悬浮颗粒 ：泥沙胶体等 水中阴离 子的总当量数和阳离子的 总当量数相等 水质分析项目及含义 电导率 总碱（M碱 度） pH 硬度 钙硬 浊度 总溶固 电导率 电阻率的 倒数称为电导率，单位是 s/cm2 电导率仅 决定于水中离子的多少和 性质。代表
2、了水中的含盐 量,因此电导率越高水中含 盐量越高。 表示水中 含盐量的另一单位是总溶 解固体（TDS），其单位 是ppm 对普通水 、炉水、冷却水在20oC 、 pH 中性情况下，TDSppm 0.7电导率s/cm 碱 度 碱度指 水中能与强酸发生中和反应物 质的总量。 一般水中碱 度由氢氧化物、碳酸盐、重碳 酸盐组成，称为总碱度。 总碱度在 甲基橙指示剂变色的等当点时 所需的酸量 HCO3- + CO32- + OH- M碱度 碱度只存在 于pH=4.3以上 pH p H = - log10(H+ mol/l) pH是水中氢离子浓度的负对数 硬度 一般将水中 钙、镁离子称作硬度，钙离 子叫钙
3、硬度，钙、镁离子总 量叫总硬度。 硬度分为碳 酸盐硬度和非碳酸盐硬度。 总硬度与总 碱度之差叫负硬度。 浊度 浊度是表 示水中的悬浮物及胶体对 光透过时所发生的阻碍程 度 浊度根据 测量方法的不同分为三种 l直射光 测定：单位为ppm l折射光 测定：单位为 FTU l散射光 测定：单位为 NTU l浊度的 各单位间无法进行换算 指水中溶解物质的总量。它也可以理解 为水中的含盐量。 溶解于水中的盐类，阴离子的总当量数 和阳离子的总当量数相等。 总溶固 水中碳酸盐平衡 H2 O +CO2H2 CO3 H+HCO3- H+ CO3-2 PH与碳酸盐平衡密切相关 PH的变化 会引起各类碳酸盐比例变
4、化，外界引起某种碳酸盐 的浓度变化也使PH变化 循环冷却水处理 循环水系 统类型 循环水系 统中要解决的问题 循环水处 理效果的评价 水处理方 案的实施 纳尔科的 水处理 循环水处 理常见问题及处理 循环冷却水系统类型 一次冷却 系统 闭路循环 冷却水 l冷冻水 系统 l热水系 统 敞开式循 环冷却水 循环冷却水系统中的问题 腐蚀 微生物 结垢 微生物 循环冷却水的腐蚀及其控制 腐蚀的定 义 腐蚀是金 属转变成金属氧化物的过 程 l阳极： Fe Fe2+2e l阴极： 2H2OO24e 4OH- l金属在 水中的腐蚀是电化学腐蚀 e- e- e- FexOy OH- OH- O2 铁腐蚀微电
5、池 H2O H2O H2O O2 Fe2+ 阴极（氧减少）阳极（金属流失） 腐蚀的常见类型 腐蚀的形 式：根据腐蚀时腐蚀面积 的大小，可分为以下几种 l一般腐 蚀 l局部腐 蚀 点蚀 电偶腐蚀 氧浓差腐蚀 不锈钢应力破裂 影响腐蚀的因素 lpH （碱度） l温度 l水的流 速 l含盐量 l腐蚀性 气体 l微生物 pH对腐蚀的影响 腐蚀的危害 腐蚀产物 成为软垢的一部分，增加 软垢 损坏设备 缩短设备 寿命 增加维修 费用 腐蚀的控制 使用耐腐 蚀材料，不易被氧化 在金属表 面形成耐腐蚀层，隔断与 水的接触。 采用阴极 、阳极保护。 使用缓蚀 剂，对金属进行钝化。 避免不同 金属的直接接触。 常
6、用的缓蚀剂 缓蚀剂是 在金属表面形成一层膜， 隔离金属与水的接触而达 缓蚀目的。 缓蚀剂的 类型有沉淀膜型、氧化膜 型、金属离子沉淀膜型、 吸附膜型。 常用缓蚀剂 沉淀膜型 聚磷酸盐( 六偏磷酸钠 三聚磷酸钠 ） 正磷酸盐 焦磷酸 有机磷酸 盐 锌盐 硅酸盐 氧化膜型 如铬酸盐 钼酸盐 亚硝酸盐 钨酸盐 金属离子沉 淀膜型 苯并三氮 唑 （BTA) 甲基苯并三唑 (TT) 巯基苯并噻唑(MBT) 冷却水中的沉积物及其控制 水中常见沉积物：水垢、污泥 、生物粘泥 水垢是水 中的溶解盐类结晶析出沉 积在金属表面的物质（主 要是硬度成分）。 污泥是泥 沙微生物残骸黏土胶体等 沉积物 生物粘泥 是专指
7、以微生物代谢物、 残骸及菌团形成的沉积物 垢形成的原因 水中所含 盐类本身溶度积很小。 循环水温 度高，成垢盐类的溶解度 随温度的上升而下降 水在暴气 过程pH上升，盐类溶解度 下降 水被浓缩 后，离子浓度上升，超过 溶度积，并超过过饱和度 。 钙、镁、钠离子的溶解度对照 水的结垢性判断 Langlier饱 和指数、Ryznar稳定指数 饱和PHs 的 计算 PHs =PK2_- PKps+PCa+2+P碱度 饱和指数 PH PHs 0 有碳酸钙沉积趋势 =0 既无沉积又无腐蚀 0 腐蚀 Ryznar稳定 指数2 PHsPH 水的结垢趋势判断（续） 稳定指数 水的趋势 9.0 不允许的腐蚀 结
8、垢的危害 阻碍热交 换器的热传导效率 降低水流 量甚至堵塞管路或换热器 引起垢下 腐蚀 增加能耗 和维修费用 结垢引起的制冷机能耗 制冷量（冷 吨）：300制冷效率（千瓦/冷吨） 0.55 电费（元） ：1循环量（吨/小时） 200 作业时间（ 小时/天）：24年作业日： 365 垢厚度 增加能耗增加 费用（元/年） 0.01英寸 /0.25毫米10%144,540.00 0.02英寸 /0.5毫米20%289,080.00 0.03英寸 /0.75毫米30%433,620.00 0.04英寸/1 毫米40%578,160.00 微生物能量标准 导热率 菌膜是比碳酸钙更好的绝缘体: 结垢形成机
9、理 离子浓度 超饱和生成沉积物分子 有结晶核 可使结晶生成 碰撞接触 增多使结晶长大 结晶长大 后形成沉积，附着金属表 面 阻垢分散剂作用原理 阀值效应（ Threshold) 阻垢分散剂控 制垢沉积，并非按化学当量进 行。 几个ppm药剂能 控制几百个ppm的钙离子。 阻垢剂 作用原理 螯合作用 晶格崎变 分散作用 晶格畸变 常用阻垢分散剂 含膦酸基 团的有机化合物，兼有阻 垢缓蚀性能 常用的有 膦酸盐 膦酸酯等 聚羧酸类 水溶性聚合物 丙稀酸 的聚合物 马来酸的聚合 物 污泥 污泥是水 中的悬浮物尘粒、微生物 残骸、油等沉积而成。 污泥通常 沉积在水流慢的地方 表面粗糙 处 有粘性的 地方
10、 污泥和生物粘泥的危害 非常类似 于结垢 为结垢提 供晶核 为微生物 生长提供条件 堵塞管道 污泥生物粘泥的控制 良好的缓 蚀、阻垢和微生物控制方 案可适当减少污泥、粘泥 物理(旁滤 ，在线过滤等)和化学方 法相互配合 旁滤装置 旁滤装置 的过滤量通常为循环量的 5 循环水中微生物及控制 微生物种 类 细菌 真菌 藻类 微生物的危害 微生物引 起的粘结物导热性差难以 清除 生物粘泥 导致垢下腐蚀。 微生物引 起金属的腐蚀 直接 引起金属腐蚀（铁细菌、 硫酸盐还原菌） 产酸 类细菌（硫杆菌、硝化菌 ） 微生物的控制方法 常用杀生 剂 l氧化性 杀生剂 l非氧化 性杀生剂 l生物分 散剂 氧化性杀
11、生剂 卤素及卤 酸盐 臭氧 二氧化氯 氯化异氰 尿酸 卤素类杀生剂在水中的反应 X = Cl, Br, or I X2 + H2O HOX + HX HOX H+ + OX- ActiBrom -更好的氧化性杀菌剂 HOBr H+ + OBr HOBr + NH3 H2NBr + H2O HOBr + H2NBr HNBr2 + H2O HOBr + HNBr2 NBr3 + H2O pH对杀生剂活性的影响 pH 6.06.57.07.58.08.59.09.510.0 % HOCl or HOBr 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Log Kill (cfu/
12、ml) 0 1 2 3 4 5 6 Chlorine Kill Bromine Kill Halogens 非氧化性杀生剂 季胺盐 酰 胺 有机硫 异噻唑啉 酮 醛类 生物酶制 剂 生物分散剂 异噻唑啉酮 作用目标 ：所有的好氧菌和厌氧菌 ，藻类、真菌 与微生物 细胞内的蛋白质或酶的硫 基发生反应 反应速度 ：慢（412小时）但持 续作用时间长 N7330杀生示意图 -SH groups - NH2 groups Cell wall Cytoplasmic membrane Coagulation -COOH groups N-7330 DNA 杀生剂使用注意事项 药剂浓度 、加药周期 不同药
13、剂 交替使用 季节因素 药剂的相 容性 循环冷却水系统的运行 循环水系统运行参数 l循环量 l蒸发量 l补充水 量 l排污量 l保有水 量 l 温差 l浓缩倍 数 参数间近似计算公式 lE=R T / lB=E/(K -1) lM=E B 蒸发 排污 补充水 冷却水系统的运行管理原则 尽可能高的浓缩 倍数 l保证处理效果 的情况下尽量提高浓缩倍数，节 约用水，降低水处理成本 良好的缓蚀、阻 垢和微生物控制（化学处理） l保证设备使用 寿命、延长检修周期 l保持能耗水平 浓缩倍数 l浓缩倍 数循环水离子浓度/补充 水离子浓度 补充水量/排污量 l浓缩倍 数代表水的再利用率 浓缩倍数的产生 补充
14、水 循环水 蒸发 排污 浓缩倍数与补水、排污量的关 系 浓缩倍 数 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 M/R % 5.2 3.5 2.6 2.3 2.2 2.1 2.0 B/R % 3.4 1.7 0.8 0.5 0.4 0.3 0.2 控制浓缩倍数的意义 提高浓缩 倍数，补水、排污量下降 ，节约用水，降低药剂成 本 浓缩倍数 与腐蚀结垢控制有直接关 系 浓缩倍数的控制方法 控制排污 水量（水表控制）消除直 排水和泄漏 控制循环 水电导率或离子浓度 循环冷却水的化学处理 合适的缓 蚀剂防止腐蚀 合适的阻 垢剂防止结垢 合适的分 散剂防止粘泥垢 合适的杀 菌剂控制微生物生长 保持稳定的药剂浓度 自动化的 加药设备 随 时检测系统中药剂浓度并 根据需要补充投加药剂的 模式 实施自动化加药的原因 由于循环 水的运行和处理为一连续 的过程，因此，化学水处 理也必须适应该过程 药剂投加 量过多或过少均会对系统 造成有害的影响及浪费 人工加药 浓度波动大，有安全方面 的问题 普通的自动加药设备 补充水 回系统 1 2 3 排污/取样 控制效果 USL LSL TRASAR/电导率控制自动加药 2 1 排污/取样 补充水 回系统 110 ppm TRASAR 1255 umhos 7.35
