水处理基础知识

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1、循环水处理的基础知识1 .冷却水中各种杂质对循环冷却水系统引起的危害为了控制循环冷却水对换热设备、管道的结垢和腐蚀，对原水水质的要求是 较为严格的。(1) .含盐量冷却水中的含盐量对冷却系统的沉积和腐蚀有较大的影响，尤其对碳钢换热 设备和管道的影响就更大，这主要是由于含盐量高时水的电阻小，导电能力强， 因而使腐蚀电池的电流加强，加速了去极化作用，腐蚀速度就必然增大。补充水 所允许的含盐量，应根据循环冷却水水质控制处理所采用的化学药剂配方而定。 如果原水中含盐量超过允许极限值时，则应进行处理或降低循环冷却水的浓缩倍 数。(2) .钙、镁离子a. 钙离子钙离子在循环冷却水系统中易形成碳酸钙(CaC

2、O)、硫酸钙(CaSO)等水垢， 在过热的换热器壁面上沉积下来，形成钙垢，不仅影响传热效率，而且造成氧浓 差电池的局部腐蚀，即垢下腐蚀。b. 镁离子镁离子在冷却水中易形成氢氧化镁、硅酸盐水垢。系统中如有镁垢，其影响 则比钙垢大，尤其是与硅酸根结合形成硅酸镁垢。由于垢很难除去，所以在控制 冷却水中硅酸镁的沉积，冷却水中镁离子与硅酸根的乘积应不大于35000mg/L (镁离子以CaC计算单位，硅酸根以SiO2为计算单位)(3) .铝铁离子32a. 铁离子在水中以Fe2+、Fe3+离子存在，Fe2+是微溶盐类品体发育的催化剂，它加速 了微溶盐类的结品析出。Fe3+不仅在金属表面形成沉积，而且还能溶解

3、元素铁， 从而造成设备的腐蚀，其反应为Fe3+ + Fe3Fe3+如冷却水中含有2mg/L的Fe2+时，可使碳钢设备的腐蚀率增加67倍。冷却水中铁离子是铁细菌的营养源，铁细菌附着在换热器或管道壁面上使元 素铁溶出，形成暗褐色或黑色的铁瘤，腐蚀穿孔就从此开始。在冷却水中一般要 求总铁(Fe2+Fe3+ )不超过 0.5mg/L。b. 铝离子(Al3+)进入冷却水系统中将会产生铝泥沉积的危害。Al3+水解后生成氢氧化铝Al (OH)。氢氧化铝将与水中的胶体杂质凝聚在一起沉积在金属表面，形成铝泥。3这种铝泥不仅影响交换器的传热效率，而且还会导致垢下腐蚀为了防止铝泥沉积和垢下腐蚀，应控制冷却水中铝离子

4、浓度不大于0.30.5mg/L。(4) .铜离子(Cu2+)在原水中铜离子含量很少。铜离子可吸附或沉积在铁金属的热交换器或管道 壁上，形成电偶腐蚀。为控制铜离子对碳钢所形成的电偶腐蚀，冷却水中铜离子 含量应控制在0.1mg/L以内。(5) .氯离子(Cl-)氯离子在冷却水中的主要危害是腐蚀，按材质来说是对不锈钢的点蚀，发生 点蚀的部位主要是在有应力存在的部位。氯离子具有很高的极性和穿透性，高的 极性则易使氯离子被吸附在金属表面的钝化膜上，特别是换热设备内水流的滞流 区以及存在有局部应力的部位。氯离子浓度可达到很高。又由于高的穿透性，则 在这些部位的高浓度氯离子又极易穿透不锈钢设备的钝化保护膜，

5、导致局部腐 蚀。冷却水中氯离子浓度的允许值，应根据设备材质、设备结构、水的流态等因 素决定。(6) .硫酸根离子(SO 2-)冷却水中的SO 2-，除了补充水带入外，在冷却水水质处理时常以硫酸来调节 水的pH值，也使冷却水中SO 2-含量有所增高。循环冷却水中SO 2-危害主要有两 方面：一是可以产生硫酸钙沉积在热交换器壁面上，当循环冷却水采用较高的浓 缩倍数运行时，应考虑硫酸钙的沉积结垢问题。二是SO 2-在循环水中有利于硫酸 还原菌的滋生繁殖，还原生成硫化氢，促进冷却水系统金属的腐蚀。SO 2-还可以 一. 一 4吸附在金属表面的钝化膜上，导致钝化膜的去极化作用，促进腐蚀。(7) .溶解气

6、体作为原水，溶解气体主要有氧、二氧化碳、氨、硫化氢等，这些溶解气体对 冷却水系统的影响很大。a. 氧氧在冷却水系统中有其有利的和不利的双重作用。有利的是可使不锈钢表面 形成钝化膜能防止腐蚀。很多种冷却水水质处理的化学药剂，都是需要通过溶解 氧的作用而形成保护膜的。然而，对金属的腐蚀也是由于溶解氧的作用而产生的。 不论是碳钢或是铜的腐蚀速度都是随着水中氧浓度的增加而加快。另外，溶解氧 为好氧细菌(铁细菌)的滋生繁殖提供条件。对补充水中的溶解氧含量希望处于 饱和状态为好，氧在冷却水系统的腐蚀，可采取添加缓蚀剂来解决。b. 氨(NH3)循环冷却水中氨的来源，除由补水带入外，环境的污染如大气中含氨以及

7、生产设备的泄 漏。氨与水中的重碳酸钙反应生成碳酸钙沉淀和碳酸氢铵或碳酸铵。所形成的碳酸钙沉 积在热交换器壁面上，降低换热效率。对铜和铜合金设备、管道有腐蚀作用于。因为水 中氨与铜或亚铜离子反应生成铜一氨络合物。反应如下：NH + HO NH OHNH OH 3+ Cu2+ Cu 4(NH ) 2+ HO所生成的铜一络合物极易腐蚀铜或犒合金设备。水中的氨给硝化细菌创造了良好的繁殖滋生条件，使水的pH值发生变化， 波动频繁，这样会给水质控制带来很大麻烦。c. 硫化氢(HS)硫化氢在循环冷却水中是非常有害的，一方面，可使pH值降低，导致金属 设备酸性腐蚀。另一方面，硫化氢与铁离子反应生成黑色的硫化铁

8、，反应如下：Fe2+ + HS FeS + H t硫化氢也可与碳钢设备的腐蚀产物Fe2O3反应生成2FeO + 6HS 2Fe S + 6H O ?硫化铁沉积在碳钢设备或管道上，2导致碳钢设备严重的局部腐蚀。(8) .悬浮物循环冷却水中的悬浮物除了由补水带入外，大气尘埃以及水中微生物滋生繁殖和新陈代谢作用等。冷却水中悬浮颗粒表面大多是带有负电荷的，它能与二价铁离子产生吸附作 用或电中和作用，在热交换器壁面由于局部达热的影响，也能促进这种吸附过程 的进行。同时水中微生物所形成的粘液与悬浮颗粒，二价铁离子等，能吸附和积 聚在热交换器和管道壁面上，形成不均匀的污垢层，这层污垢不仅影响热交换器 的传热

9、效率，同时会加剧腐蚀。冷却水中悬浮物应尽量的降低，最高不应大于 5mg/L。(9) .微生物循环水中的微生物由空气尘埃带入的要比由补充水带入的要多。循环水的温 度、pH值以及可提供的营养源，是微生物滋生繁殖的良好环境。微生物的繁殖， 新陈代谢和悬浮物的影响，是冷却水系统中产生不均匀污垢沉积，垢下腐蚀的严 重后果。2循环冷却水系统的基本知识用水来冷却工艺介质的系统称作冷却水系统。冷却水系统通常有两种：直流 冷却水系统和循环冷却水系统。2.1. 直流冷却水系统在直流冷却水系统中，冷却水仅仅通过换热设备一次，用过后水就被排放掉。 如图2-1所示：1冷却水；2冷却水泵；3冷却工艺介质的换热器；4热水因

10、此，它的用水量很大，而排出水的温差却很小，水中各种矿物质和离子含 量基本上保持不变。这种冷却水不需要其它冷却水构筑物，投资少、操作简便， 但是冷却水的操作费用大，这种系统基本被淘汰。2.2. 循环冷却水系统循环冷却水系统又分为封闭式和敞开式两种。(1) .封闭式循环冷却水系统封闭式循环冷却水又称为密闭式循环水系统。在此系统中，冷却水用过后不 马上排掉，而是收回再用，循环不已。在循环过程中，冷却水不暴露于空气中， 所以水量损失很少。水中各种矿物质和离子含量一般不发生变化，而水的再冷却 是在另一台换热设备中用其它介质来进行冷却的。如图2-2所示：1图2-2密闭式循环冷却水系统1-冷却水 2-冷却水

11、泵 3-冷却工艺介质的换热器4-热水5-热水泵6-冷却热水的冷却器7-冷水这种系统一般用于发电机、内燃机或有特殊要求的单台换热设备。(2) .敞开式循环冷却水系统在敞开式循环冷却水系统中，冷却水用过后，也不是立即排放掉，而是回收 循环再用。水的再冷却是通过冷却塔来进行。因此，冷却水在循环过程中要与空 气接触，因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加，为维持各种矿物质 和离子含量稳定在某一个定值上，必须对系统补充一定量的冷却水，通常称为作 补充水。并排出一定量的浓缩水，称为排污水，其图2-3如下：61-补充水(M )图2-3敞开式循环冷却水系统3-冷却水泵2循环水水池4-冷却水7排污(B)1

12、0泄漏水(F)6-热水(R)9空气12冷却塔5-冷却工艺介质的换热器8一风吹损失(D)11一蒸发量(E)3. 冷却水系统中出现的问题在冷却水系统中所发生的故障，一般分为如下三类：(1) .腐蚀故障(2) .结垢故障(3) .粘泥故障(粘泥附着型和淤泥堆积型)腐蚀故障不仅缩短冷却水系统的设备寿命，且引起工艺过程效率的降低，产 品泄漏，污染等各种故障。在高温、高压下工艺过程的冷却水系统发生故障，可 能造成人身伤亡。所谓结垢故障和系统内微生物繁殖而发生的粘泥故障，不仅使 热效率降低，而且在附着物下部会发生局部腐蚀，助长发生腐蚀事故，这些故障 并非单独发生，通常是多种故障同时发生。水循环利用。因蒸发而

13、浓缩的开式循环冷却水系统，最容易发生故障，不 同形式的冷却水系统发生故障的难易程度不同。见表2-2。表2-2冷却水系统的形式和引起故障难易的概况故障的种类直流冷却水系统密闭循环水系统敞开式循环水系统腐蚀中多多结垢少少多粘泥中少多4循环冷却水系统的腐蚀与防护4.1腐蚀反应及机理(1) .碳钢在循环水中的腐蚀机理由于种种原因，碳钢的金属表面并不是均匀的，当它与冷却水接触时，会形 成许多微小的腐蚀电池(微电池)。其中活泼的部位成为阳极，腐蚀学上把它称 为阳极区；而不活泼的部位则成为阴极，腐蚀学上把它称为阴极区。在阳极区，碳钢氧化生成亚铁离子进入水中，并在碳钢的金属基体上留下两 个电子。与此同时，水中

14、溶解氧则在阴极区接受从阳极区过来的两个电子，还原 为OH-。这两个电极反应可以表示为：在阳极区 Fe f Fe2+ + 2e在阴极区1/2。2 + HO + 2e f 2OH-当亚铁离子和氢氧根离子在水中相遇时，就会生成Fe (OH) 2沉淀。Fe2+ + 2OH- f Fe (OH)2碳钢在含氧中性水中腐蚀机理示意图。22OH- f Fe (OH) Fe2+如果水中溶解氧比较充足，则Fe(6H)2会进一步氧化，生成黄色的锈FeOOH 或Fe2O3 H2O而不是Fe (OH) 3。如果水中氧不充足，则Fe (OH) 2进一步 氧化为绿色的水合四氧化三铁或黑色的无水四氧化三铁。由以上金属腐蚀机理

15、可知，造成金属腐蚀的是金属的阳极溶解反应。因此， 金属的腐蚀破坏仅出现在腐蚀电池中的阳极区，而腐蚀电池的阴极区是不腐蚀。孤立的金属腐蚀时，在金属表面上同时以相等速度进行着一个阳极反应和一 个阴极反应的现象，称为电极反应的耦和。互相耦合的反应称为共轭反应，而相 应的腐蚀体系则称为共轭体系。在共轭体系中，总的阳极反应速度与总的阴极反 应速度相等。此时，阳极反应释放出的电子恰好为阴极反应所消耗，金属表面没 有电荷的积累，故其电极电位也不随时间而变化。金属腐蚀时的电极电位称为腐 蚀电位。从以上原理可以看到，在腐蚀控制中，只要控制腐蚀过程中的阳极反应和阴 极反应两者中的任意一个电极反应的速度，则另一个电极反应的速度也会随之而 受到控制，从而使整个腐蚀过程的速度受到控制。(2) .不锈钢的腐蚀在有溶解氧的的时候，不锈钢由活性状态转到钝化状态，生成1030 A厚 的稳定氧化膜，显示出耐蚀性。对于妨碍氧向钢表面扩散的场合和环境，如果有 氯离子那样的破坏薄膜的离子存在，就会发生局部腐蚀。不锈钢上发生的典型的局部腐蚀，有在污垢下发生的点蚀，缝隙间发生的缝 间腐蚀及应力腐蚀开裂。一般应力