敞开式循环水处理工艺的设计 25页

敞开式循环水处理工艺设计摘要:循环冷却水在使用之后，水中的Ca2+、Mg2+、Cl-等离子，溶解固体和悬浮物相应增加，空气中污染物如灰尘、杂物、可溶性气体以及换热器物料泄漏等，均可进入循环冷却水，使循环冷却水系统中的设备和管道腐蚀、结垢，造成换热器传热效率降低，过水断面减少，甚至使设备管道腐蚀穿孔。要解决循环冷却水系统中的这些问题，必须进行综合治理。采用水质稳定技术，用物理与化学处理相结合的办法控制和改善水质，使循环冷却水系统中的腐蚀、结垢、微生物污垢得到有效的解决，从而取得节水、节能的良好效益。关键词:循环冷却水，腐蚀，结垢，微生物\nAbstractIntheuseofcoolingwater,waterCa2+,Mg2+,Cl-plasma,dissolvedsolidsandthesuspensionofacorrespondingincreaseinairpollutantssuchasdust,debris,gasandheatexchangersolublematerialssuchasleakage,canenterthecycleofcoolingWater,coolingwatersystemofequipmentandpipelinecorrosion,scaling,resultinginheatexchangerefficiency,reducecrosssection,eventheequipmentpipelinecorrosionperforation.Tosolvethecoolingwatersystemsintheseissues,theneedforcomprehensivemanagement.Useofwaterstability,physicalandchemicaltreatmentusingacombinationofmethodstocontrolandimprovewaterqualitysothatthecoolingwatersystemofcorrosion,scalingandmicrobiologicalfoulingbeaneffectivesolutiontoobtainwater-saving,energy-savingbenefitsofthegood.Keywords:Circulationchilledwater,corrosion,fouling,microorganism\n目录1引言……………………………………………………………………………12循环水系统及控制指标……………………………………………………22.1循环水系统的特征………………………………………………………………………22.2敞开式循环水系统………………………………………………………………22.3循环水系统产生的问题………………………………………………………………22．4循环水使用中的控制指标………………………………………………………33循环水水质处理技术的作用及其重要性………………………………54循环冷却水的腐蚀……………………………………………………………64.1循环冷却水腐蚀的成因……………………………………………………64.2循环冷却水中腐蚀的影响因素………………………………………………64.3循环冷却水腐蚀的抑制………………………………………………………………75循环冷却水系统中的沉积物及其控制…………………………………95.1沉积物分类…………………………………………………………………95.2水垢的控制技术…………………………………………………………………………105.3污垢的控制………………………………………………………………………………136微生物的控制………………………………………………………………156.1微生物引起的危害………………………………………………………………………156.2微生物的控制指标………………………………………………………………………156.3微生物的控制……………………………………………………………………………157日常处理工作…………………………………………………………………………208结束语…………………………………………………………………………21参考文献………………………………………………………………………22致谢………………………………………………………………………………23\n1引言在20世纪初，随着工业的迅速发展，工业用水愈来愈多，但是，几乎没有一家工厂使用循环水。到了四十年代，人们生活用水、农田用水和工业用水之间出现了争夺，直流水系统已经受到了水资源的限制，于是另觅用水的出路而发展了循环水系统。例如一套水用量约20000t/h左右的装置，如采用循环水系统，每小时补充四五百吨新鲜水就够了，节约的水量非常可观。我国淡水资源并不丰富，且分配甚不均衡，北方缺雨少水，更显水源紧。如华北地区和京津一带已连年闹水荒，严重影响工农业的发展和人们的生活用水，节约用水日益迫切。在水源上得天独厚的长江流域和江南水乡，由于不注意排水的处理，江河湖泊受到不同程度的污染，影响人们用水的质量和鱼类的生存。为保护生态环境不被破坏，环保部门对排出水的温度、PH值及其它污染物都有规定。为使有害成份达到排放标准，只有减少污水的流量才能适合处理，才能降低污水处理的费用。因此，无论从节约水源还是从经济观点和保护环境的观点出发，都应设法减少取水量，降低冷却水排污量，限制使用直流水系统，尽可能推广采用敞开式循环冷却水系统。循环水比起直流水，除了节约新鲜水量、减少排污水量之外，还可以防止热污染。循环水还因控制换热器的污垢热阻而提高传热效果和生产效率，减少设备体积，节约钢材。循环水有效的控制了系统中设备的腐蚀，从而提高设备的使用寿命。化学工业、石油工业、冶金工业及建筑的空调系统中常需要将热工艺介质进行冷却，水的特性很适合用作冷却介质。工业冷却水通过换热器（或称热交换器、水冷却器、水冷器）与工艺介质间接换热。热的工艺介质在热交换中降低温度，冷却水被加热温度升高。工业冷却水的用量往往很大，在化学工业许多企业中占到工业用水总量的90%~95%以上。\n2循环水系统及控制指标2.1循环水系统的特征冷却水系统是用水来作为工业冷却介质的系统，它分为直排冷却水系统和循环冷却水系统。直排冷却水系统因其消耗水量大、加药处理费用过高，已经被淘汰。循环冷却水系统中的冷却水流经换热器时，和工艺介质进行热交换，热介质通过冷却水冷却到需要的温度，冷却水温度升高，成为热水。热水基本不排放，经过冷却后仍返回系统重复使用。即冷却水被加热成热水，热水被冷却成冷水，冷水再加热，热水再冷却，循环不止，因而大大节约了用水。这就是循环冷却水系统与直排冷却水系统不同之处。循环冷却水系统又可分为密闭式和敞开式两种，其区别在于敞开式系统中的热水是经过冷却塔（又称凉水塔）或冷却池与空气直接接触被冷却为冷水，再返回系统循环使用的，而密闭式系统中水不与大气接触，密闭循环，水的冷却主要依靠冷水机等手段来完成，水不浓缩，也基本上不消耗。2.2敞开式循环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，而是收回循环再用。水的再冷却是通过冷却塔来进行的，因此冷却水在循环水过程中要与空气接触，部分水在通过冷却塔时还会不断被蒸发损失掉，因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。为了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，通常称作补充水；并排出一定量的浓缩水，通称排污水。这种敞开式循环冷却水系统要损失一部分水，但与直流冷却水系统相比，可以节约大量的冷却水，且排污水也相应减少。因此，不论从节约水资源，还是从经济和保护环境的观点出发，都应设法降低各类工厂的冷却水用量，尽可能使用敞开式循环冷却水系统。2.3循环水系统产生的问题冷却水通过换热器后水温提高成为热水，热水经冷却塔曝气与空气接触，由于水的蒸发散热和接触散热使水温降低，冷却后的水再循环使用。敞开式冷却水系统又叫冷却塔系统，因为它常用冷却塔作为水的冷却设备，这种系统在工厂得到广泛使用。如图2-1所示。这种敞开式循环冷却水系统，由于在循环过程中要蒸发掉一部分水，还要排出一定的浓缩水，故要补充一定的新鲜水，以维持循环水中的含盐量或某一离子含量在一定值上。比较起来，循环水的补充水量是很有限的，一般只是直流水的四十分之一左右。冷却水在循环使用过程中，容易带来以下三个问题：\n1、水在冷却塔和空气充分接触，使水中的溶解氧得到补充，所以循环水中的溶解氧总是饱和的。水中溶解氧是造成金属电化学腐蚀的主要原因。加上水浓缩后含盐量增加，电导率上升，也增加了腐蚀倾向；图2-1敞开式循环冷却水系统2、水浓缩之后成垢离子成倍增加。特别由于碳酸氢盐是很不稳定的盐类，它在换热器表面会分解成为碳酸盐和二氧化碳。碳酸钙的溶解度很低，使传热面上结碳酸钙水垢的倾向增加；3、冷却水和空气接触，吸收了空气中的大量灰尘、泥沙、微生物及其孢子，使系统的污泥增加。冷却塔的光照、适宜的温度、充足的氧和养分都有利于细菌和藻类的生长，从而使系统黏泥增加，在换热器沉积下来，增加了黏泥的危害。2．4循环水使用中的控制指标要搞好循环取得良好的效果，对于循环水和补充水和各种杂质应当有限制性的要求，这种限制性的控制指标就是水质控制的边界条件，如果超出控制指标，就会给循环水处理带来危害。表2-1是循环水系统中各种离子或杂质的允许含量：表2-1循环水中各种离子或杂质的允许含量名称允许含量过高或过低时的危害浑浊度一般要求≦污垢沉积\n20mg/L,使用板式，翅片式和螺旋式换热器时宜≦10mg/L含盐量投加缓蚀阻垢剂时，一般不宜>3000μs/cm腐蚀或结垢钙离子（以CaCO3计）根据碳酸钙稳定指数和磷酸钙饱和指数进行控制，大致要求≧50mg/L，≦500mg/L过高结水垢，过低则腐蚀总碱度（以CaCO3计）根据碳酸钙稳定指数选定PH指标，总碱度根据PH值自然平衡，大致要求≧50mg/L，≦500mg/L过高结水垢，过低则腐蚀钙离子加总碱度（以CaCO3计）采用全有机配方时，大致要求二者之和≦1000mg/L过高可能结水垢铁和锰（总铁量）≦0.5mg/L过高表明系统有腐蚀，可形成黏性污垢，导致局部腐蚀铜离子对碳钢换热，要求Cu+≦≦0.1mg/L过高产生点蚀氯离子根据换热器的材质、壳程和管程、结构、应力及药剂、配方情况决定，一般碳钢换热器系统≦1000mg/L，不锈钢换热器较多的系统≦的300mg/L过高促进局部腐蚀，对碳钢主要是点蚀，对不锈钢是应力腐蚀开裂3循环水水质处理技术的作用及其重要性化学水处理技术能够很好地解决循环冷却水所带来的危害。它在国外应用已有半个多世纪以上；在我国也日益广泛应用，大量推广\n已有二十多年的历史。其综合处理效果令人满意，处理费用也能为用户接受，是普通使用的好方法。在循环冷却水中应用水处理技术，既可改善水质，减少对设备的腐蚀和结垢，延长设备寿命，保证生产长周期均衡平稳地运行，又能节约用水，减少排污，对生态环境大为有利，从而获得良好的经济效益和社会效益。评价化学水处理的经济效益需要从处理费用上和生产上全面评价。化学处理费用经济合理，占循环水成本中的比例极低，而且带给系统的好处很多，有很好的经济效益。据我了解，许多厂在这方面都深有体验，特别是有的厂初期投产时循环水未进行化学处理，运行一段时间后才发现“水患成灾”，后来采用化学处理，“对症下药”，使水质得到明显改善。科学技术是第一生产力，循环水化学处理技术在节能降耗，高产稳产，提高效益等方面发挥着非常重要和关键的作用，具体表现在：1、保证换热设备的高效运行。通过化学处理，减缓设备和管道的腐蚀和结垢，提高换热效率，改善工艺条件，延长设备及管道的使用寿命。2、稳定生产。没有沉积物附着、腐蚀穿孔和粘泥堵塞等危害，冷却水系统中的换热器就可以始终在良好的环境中工作，除计划中的检修外，意外的停产检修事故就会减少，为生产的长周期安全运行提供保证，从而降低生产过程中因设备维修造成的时间延误。3、节约水资源。冷却水使用水处理剂后，可以提高循环水的浓缩倍数，这对工业节水有着重要的作用。与支流冷却水相比，即便循环水的浓缩倍数比较低，例如仅为1.5倍，但此时补充水即可节约94.8%。由此可见，提高浓缩倍数，使用水处理技术，改善和净化水质，对节约水资源有着至关重要的作用。4、减少环境污染。由于浓缩倍数的提高，循环冷却水系统比起直排冷却水系统来，大大减少了冷却污水的排放量，也就减少了对环境的污染。5、经济效益显著。采用水稳技术后，循环冷却水系统处于良性循环，换热效率和冷却效果良好，同时减少原材料的消耗，降低生产成本，实现生产的满负荷运行，生产能力提高，产品质量改善，产量增加，经济效益突出。4循环冷却水的腐蚀4.1循环冷却水腐蚀的成因\n由于和周围介质相互作用，使材料（通常是金属）遭受破坏或使材料性能恶化的过程称为腐蚀。腐蚀是一种电化学过程，通过腐蚀，一种金属可以恢复到它原来自然的状态。例如：铁的腐蚀过程即是铁回复到赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）的状态。此外，还有一种特殊的腐蚀叫做微生物腐蚀，这是由于微生物的直接或间接地参加了腐蚀过程所起的金属毁坏作用。微生物一般不单独存在，往往总是和电化学腐蚀同时发生的，两者很难截然分开。引起腐蚀的微生物一般为细菌及真菌，但也有藻类及原生动物等，在大多数场合下都可看作是各种细菌共同作用而造成危害的。金属在溶液中的电化学反应是这样的过程：首先是在溶液中的金属释放自由电子（通常把释放自由电子的氧化反应称为阳极反应）；自由电子传递到阴极（接受电子的还原反应称为阴极反应）；电子再由阴极传递到溶液中被其它物质吸收。因此腐蚀是一个发生在金属和溶液界面上的多相界面反应，同时也是一个多步骤的反应。由以上叙述中可以看出，一个腐蚀过程至少由一个阳极（氧化）反应和一个阴极（还原）反应组成。碳钢在冷却水中的的腐蚀是一个电化学过程。由于碳钢组织表面的不均一性，因此，当它浸入水中时，在其表面就会形成许多微小的腐蚀电池。阳极区域Fe不断失去电子，变成Fe2+进入溶液，也即铁不断被溶解腐蚀，留下的电子，通过金属本体移动到阴极渗碳体的表面，与水和溶解在水中的O2起反应生成OH-离子。在水中，阴、阳极反应生成的Fe2+溶与OH-即生成不溶性的白色的Fe(OH)2堆积在阴极部位，铁的表面不再和水直接接触，这就抑制了阳极过程的进行。担当水中有溶解氧时，阴极部位的反应还要进行下去，因Fe(OH)2极（Fe2O3）这种物质极易被氧化为Fe(OH)3，即铁锈。由于铁锈基本不溶于水，所以只要水中不断有O2溶入，这种腐蚀电池的共轭反应就不断进行。换言之，也就是碳钢的腐蚀会不断地进行下去。4．2循环冷却水中腐蚀的影响因素①PH值：如该金属氧化物溶于酸性水溶液而不溶于碱性水溶液（镍、铁、镁等），则该金属PH↘，腐蚀率↘；如氧化物即溶于碱性又溶于酸性水溶液，则为两性金属（铝、锌、铅等），则PH居中最好。②阴离子：水中不同的阴离子在增加金属腐蚀速度方面有以下顺序：NO3-﹤CH3COO-﹤SO42-﹤CL-﹤CLO4-，而CL-等活性离子能破坏碳钢、不锈钢和铝等金属或合金表面钝化。铬酸根、亚硝酸根、硅酸根和磷酸根则对钢有缓蚀作用。③络合剂：如NH3、CN-、EDTA和ATMP等④硬度：垢下腐蚀。⑤金属离子：Cu、Ag等有害，Zn可以缓蚀等。⑥溶解气体：O2、SO2、CO2、NH3、H2S、CL2含量增加，则加速腐蚀。⑦悬浮固体：生成沉积物，引起垢下腐蚀。\n⑧温度流速：越高则腐蚀增加。4．3循环冷却水腐蚀的抑制控制腐蚀的途径有三种：①除去水中会引起腐蚀的成分；②在金属表面造成保护膜；③采用阳极保护。循环水中，主要是用投加缓蚀剂形成保护膜的方法来控制腐蚀，也有用涂料覆盖的办法来隔绝金属与水的直接接触来控制腐蚀的。4.3．1投加缓蚀剂缓蚀剂是抑制不稳定水腐蚀过程的药剂。可分为有机和无机两大类。根据缓蚀剂成膜的类型可以将其分为：氧化膜型缓蚀剂、沉淀膜型缓蚀剂、吸附膜型缓蚀剂。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、阴极缓蚀剂和混合型缓蚀剂。阳极缓蚀剂的作用是在阳极与金属离子作用，生成氧化物或氢氧化物，沉积覆盖在阳极上形成保护膜。有时还降低阳极金属的电极电位，这样就抑制了金属向水中的溶解。阴极缓蚀剂是抑制原电池阴极反应的化学药剂。阴极缓蚀剂通常用的较多有聚磷酸盐和锌盐。聚磷酸盐作为缓蚀剂，其作用是与水中阳离子(Ca2+、Fe2+)络合形成带正电的胶体，胶体颗粒向阴极沉积成膜，随着膜的增厚阴极释放电子的反应被阻止。锌盐作为缓蚀剂，它在阴极部位产生Zn(OH)2沉淀，起保护膜作用。混合型缓蚀剂，既能在阳极成膜，也能在阴极成膜，其成膜作用是靠极性基团的吸附。当缓蚀剂在阳极部位形成致密保护膜，以致金属离子不同志溶解于水(即不再起阳极作用)时，这种缓蚀剂又叫钝化剂。把两种以上的缓蚀剂组合成复合剂使用，往往起到增效作用，因此目前很少采用单一缓蚀剂。4．3．2防腐蚀涂料覆盖法这种方法是在碳钢换热器的传热表面上涂上防腐涂料，形成一层连续的牢固附着的薄膜，使金属与冷却水隔绝，避免受到腐蚀。涂料的品种很多，与一般的金属防腐涂料相比，冷却水防腐涂料应满足以下要求。①有良好的屏蔽作性和化学稳定性。由于冷却水防腐涂料长期浸泡在水中，这就要求它在冷却水中的化学性能稳定，能够阻止水分子、溶解氧和其它腐蚀性物质透过涂层与碳钢基体接触而发生腐蚀。②与基体金属有良好的结合力，不易脱落。冷却水防腐涂料若有脱落将使碳钢换热器的金属表面暴露在水中而被腐蚀。同时，脱落下的涂层碎片也可能堵塞冷却水的管道而影响换热。\n③涂覆后不应显著地降低换热器的换热效率。④能防止微生物的附着和微生物的破坏。⑤能耐受较高的温度而不被破坏。冷却水防腐涂料的主要成分有：基料、防腐颜料、填料、溶剂以及其它涂料助剂。5循环冷却水系统中的沉积物及其控制5．1沉积物分类\n循环冷却水系统在运行过程中，会有各种物质沉积在换热器的传热管表面。这些物质统称为沉积物。它们主要是由水垢（scale）、淤泥（sludge）、腐蚀产物(corrosionproducts)和生物沉积物(biologicaldeposits)构成。通常人们把淤泥、腐蚀产物和生物沉积物统称为污泥(fouling)。各类沉积物的组成大致如下：1、水垢　又称硬垢或无机垢。为补充水中带入的确难溶或微溶盐在案循环水中条件变化时所形成的垢。常见的有碳酸盐、碳酸钙或磷灰石、硫酸钙、氢氧化镁、硅酸镁等。2、污泥　相对水垢而言较疏松，又称软垢。常含有泥渣、粉尘、砂粒、腐蚀产物、天然有机物、微生物菌落和分泌物、氧化铝、磷酸铝、磷酸铁、一般碎屑等。3、淤泥　以泥砂为主的软垢。4、粘泥　又称生物沉积。由微生物及其分泌物和残骸组成，具有滑腻感的胶状粘泥或粘液。5、腐蚀产物　　由于设备腐蚀而产生的金属氧化物，主要为氧化铁、氧化铜等。5.1.1沉积物来源1、来自补充水　未经预处理或处理不量的补充水会使泥砂、悬浮物、微生物带入系统，即使澄清、过虑、消毒良好的补充水也会有一定浑浊度并带有少量的微生物。澄清过程中还可能将混凝剂的水解产物，铝或铁离子，留在补充水中。另外，不管是否经过预处理，补充水中的溶解盐都会带入循环水系统。2、来自空气　泥砂、粉尘、微生物及其孢子苔随空气带入循环系统。有时侯昆虫（如甲壳虫）也会大量带入系统，引起换热器堵塞。当冷却塔周围环境受到污染时，硫化氢、二氧化硫、氨等腐蚀性气体有可能随空气进入循环水中造成沉积。3、来自工艺介质泄漏　　换热器泄漏，特别是漏油或某些有机物导致污泥沉积。4、来自化学处理药剂　　如在循环水中加锌盐或聚磷酸盐缓蚀剂，则有结锌垢或磷酸盐垢的可能性。5、来自系统腐蚀所形成的腐蚀产物。5.2水垢的控制技术5．2．1循环冷却水结垢的成因\n在循环冷却水系统中,水垢是由过饱和的水溶性组分形成的。水中溶解有各种盐类，如碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等，其中以溶解的碳酸氢盐如Ca(HCO)3、Mg(HCO)3最不稳定，极易分解生成碳酸盐。因此，当冷却水中溶解的碳酸氢盐较多时，水流通过换热器表面，特别是温度较高的表面，就会受热分解，其反应式如下：Ca(HCO)2=CaCO3+H2O+CO2(3-1)当循环水通过冷却塔，溶解在水中的CO2会逸出，水的PH值升高，此时，碳酸氢盐在碱性条件下也会发生如下反应：Ca(HCO)2+2OH=CaCO3+2H2O+CO2(3-2)如水中溶有适量的磷酸盐与钙离子时，也将产生磷酸盐的沉淀。上述一系列反应生成的Ca(CO)3和Ca(PO4)2等均属难溶性盐。它们的溶解度比起Ca(HCO)3来要小得多。同时，它们的溶解度与一般的盐类还不同，其溶解度不是随着温度的升高而加大，而是随着温度的升高而降低。因此，在换热器传热表面上，这些难溶性盐很容易达到过多饱和状态而从中结晶析出，尤其当水流速度小或传热面较粗糙时，这些结晶沉淀物就会沉积在传热器表面上，形成了通常所说的水垢。由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，又称之为硬垢。常见的水垢成份为：碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、镁盐、硅酸盐。准确判断水质的结垢或腐蚀程度应该根据各种试验结果。在试验之前往往称根据水质及某些运行条件进行计算，作出对结垢或腐蚀倾向的初步判断，以便考虑试验方案。目前的计算方法都是根据水中某种盐类的溶解平衡关系提出的，也就是说水中某种盐达到能够析出的数量，即有结水垢的倾向。如果该盐类在水中能全部溶解，则在金属表面上完全没有水垢作保护层，即有腐蚀倾向。循环冷却水中最易成垢的是碳酸钙，如使用磷系配方的常有磷酸钙垢，某些水质还可能产生硫酸钙、硅酸镁等到水垢，故常以这几种盐类分别判断结垢或腐蚀倾向。通常以经验饱和指数来判断碳酸盐的结垢倾向，即根据循环水中氢离子浓度与达到平衡时的氢离子浓度的比较，来判断循环水中是否达到平衡，也就是饱和指数：IL=PH0—PHS(3-3)式中：IL——饱和指数；PH0——循环冷却水在实际使用温度下的实际PH值；PHS——在循环冷却水使用温度下，式(3-3)达到平衡时的PH值；IL=0时，Ca(CO)3刚好达到饱和，此时水不会产生水垢，也不会发生腐蚀；IL>0时，水中Ca(CO)3处于过饱和状态有析出水垢的倾向；IL<0时，Ca(CO)3未饱和，有过量的CO2存在，会出现消溶循环水系统中水垢的倾向，即存在腐蚀的可能。\n考虑控制水垢方案时，要结合循环水量大小、要求如何、药剂来源等，因地制宜地选择控制方案。控制水垢析出的方法大致有以下几类：5．2．2从冷却水中除去成垢的钙离子冷却水中如无过量的PO43-或SiO2，则磷酸钙和硅酸钙是不容易生成的。循环冷却水中最易生成的水垢是碳酸钙垢，因此谈到水垢控制时，主要是指如何防止碳酸盐水垢的析出。而水中Ca2+是形成碳酸垢的主要原因，如能从水中除去Ca2+，使水软话，则碳酸钙就无法结晶析出，也就不形成水垢。从水中除去钙离子的方法主要有以下两种：1．离子交换树脂法离子交换树脂法就是让水通过离子交换树脂，将Ca2+、Mg2+从水中置换出来并结合在树脂上，达到从水中除去Ca2+、Mg2+的目的。用不同性质的离子交换树脂，可以很简地从硬水中除去等离子，使水软化。其主要的操作流程如：图5-1所示：软化时采用的树脂是钠型阳离子交换树脂。硬水通过交换树脂，其中的Ca2+、Mg2+等二价阳离子与Na+交换，并与树脂结合，从而除去Ca2+、Mg2+等，使水软化。当树脂失去交换能力时，就要停止软化操作，并通过进食盐水，使结合在树脂上的Ca2+、Mg2+与食盐中的Na+进行交换，让Na+从新结合在树脂上，原先结合在树脂上的Ca2+、Mg2+经过交换后进入水中，随再生废液一起排走。这个过程称为再生。如此软化、再生交替进行，就能简便地得到软水，再生反应如下：R(SO3Na)2+Ca(HCO3)2=R(SO3)2Ca+2NaHCO3R(SO3Na)2+MgSO4=R(SO3)2Mg+Na2SO4R(SO3)2Ca+2NaCL=R(SO3Na)2+CaCL2R(SO3)2Mg+2NaCL=R(SO3Na)2+MgCL2用离子交换法需较高的补充水，成本高。因此只有补充水量小的循环冷却水系统才会使用。2．石灰软化法\n补充水未进入循环冷却水系统之前，在预处理是就投加适当的石灰，让水中的酸投加石灰所耗的成本低.原水钙含量高而补水量又较大的循环冷却水系统常采用这种法.但投加石灰时,灰尘较大,劳动条件差.如能从设计上改进石灰投加法,此法是值得采用的,尤其对暂时硬度大的结垢型原水更适用。3．控制浓缩倍数循环水在运行过程中不断浓缩和蒸发，当浓缩到一定程度时，就会发生CaCO3的沉淀，为了防止水垢生成，办法之一就是控制好循环水中盐类的浓缩倍数，使其碳酸盐的硬度低于极限碳酸盐硬度。5．2．3加酸或通CO2气体,降低PH,稳定重碳酸盐1．加酸通常是加硫酸.因为加盐酸会带入CL-,增加水的腐蚀性,加硝酸则会带入硝酸根,有利硝化细菌的繁殖.由于重碳酸盐在水中常呈下列平衡:Ca(HCO3)2=Ca2++2HCO3-HCO3-=H++CO3-所以加酸带入的H+,可促使反应向左进行,使重碳酸盐稳定。加酸法目前仍有使用,由于硫酸加入后,循环水PH会下降,如不注意控制而加酸过多,则会加速设备的腐蚀.在操作中如果依靠工人分析循环水PH来控制加酸量,则有取样点是否有代表性及调节PH滞后等问题.因此,如果采用加酸法,最好配有自动加酸,调节PH的设备和仪表。2．通CO2气有些化肥厂在生产过程中常有多余的CO2气,而有些化工厂的烟道气中也含有相当多的CO2气.如果将CO2气或烟道气通入水中,则可使下列平衡向左进行,从而稳定重碳酸盐:Ca(HCO3)=CaCO3+CO2↑+H2O但此法常因冷却水通过冷却塔时,CO2气容易从水中逸出,因而在冷却塔中析出碳酸钙,堵塞冷却塔与填料之间的孔隙.这种现象称钙垢转移,因此采用有困难.根据近年来实践的经验,只要在原水塔中适当注意补充一些CO2气,并控制好冷却水的PH值,就可以减少或消除钙垢转移的危害,故此法对某些化肥厂或化工厂,电厂等仍有推广使用的价值。5.2.4投加阻垢剂结垢是水中微溶盐结晶沉淀的结果。在盐类过饱和溶液中，首先产生晶核，再形成少量微晶粒，然后这些微晶粒相互碰撞，并按一种特有的方式或次序排列起来，使小晶粒不断成长，形成大晶体。如果，投加某些药剂（阻垢分散剂），改变循环水中碳酸钙等微溶盐类的晶体生长过程和形态，使其处于相应过饱和的介稳状态分散在水中，就可以避免结垢或减轻结垢的程度，甚至使已附着的垢物剥离。\n具有阻垢性能的药剂有螯合剂、抑制剂和分散剂。螯合剂和阳离子形成螯合物或络合物，将金属离子封闭起来，阻止其与阴离子反应生成水垢，其结果实际上是降低了水中游离的钙镁离子的浓度，因而起到阻垢作用。EDTA是性能良好的螯合剂，几乎能与所有的金属离子螯合。螯合剂的投药量符合化学计量关系。要想通过螯合来阻垢，必须添加高剂量的螯合剂，在工业上难以办到。抑制剂能扩大物质结晶的介稳区，在相当大的过饱和程度上将结垢物质稳定在水中不析出。当水中产生微小晶核时，它们强烈的吸附在晶核上，将晶核与其它离子隔开，从而抑制晶核长大。即使晶核能长大，但由于其干扰作用使晶核排列不正常，发生畸形或扭曲，也难于形成致密而牢固的垢层。这种垢层中有大量的空隙，彼此无粘结力，在水中很容易被冲走。聚磷酸盐和膦酸盐是性能优良的钙垢抑制剂。抑制剂的投量是非化学计量的，比螯合剂用量少。分散剂是一类阴离子型或非离子型高分子聚合物，如聚丙烯盐酸，聚马来酸等，它们吸附在微晶粒上，使微晶粒表面形成双电层，互相排斥，或者将数个微晶粒连成彼此有相当距离的疏松的微粒团，阻垢微粒相互接触而长大，使其长时间分散在水中。作分散剂用的聚合物的分子量要适当，最佳为1000～50000。分子量太小，分散作用差；分子量太大即聚合物的链太长，反而使粒子絮凝成大团粒而导致产生污垢。5．3污垢的控制污垢的形成主要是由尘土、杂物碎屑、菌藻尸体及其分泌物和细微水垢产物等构成。腐蚀因此，欲控制好污垢，必须做到以下几点：1、降低补充水浊度天然水中尤其是地面水中总夹杂许多泥砂、腐殖质以及各种悬浮物和胶体物，它们构成水的浊度。作为循环水系统的补充水，其浊度愈低，带入系统中可形成污垢的杂质就愈少。干净的循环水不易形成污垢。当补充水浊度低于5-8mg/L以下。如城镇自来水、井水等可以不作预处理直接进入循环水系统。当补充水浊度高时，必须进行预处理，使其浊度降低。为此《中华人民国国家标准工业循环冷却水处理设计规》中规定，循环冷却水中悬浮物浓度不宜大于20mg/L。当换热器的型式为板式、翅片管式和螺旋板式时，不宜大于10mg/L。2、补充水的预处理如果补充水的悬浮物含量高，就会使循环水系统遭到污染，给运行带来一定的问题，必须进行处理，这包括对循环冷却水的补充水进行混凝、澄清处理及过滤处理。3、投加药剂\n在进行阻垢、防腐和杀菌水质处理时投加一定的分散剂，也是控制污垢的好方法。分散剂能将粘合在一起的泥团等杂质分散成微细物悬浮与水中，随着水流流动而不沉积在传热器的表面，从而减少污垢对传热器的影响，同时部分悬浮物还可以随排污水排出循环水系统。投加药剂有四类：（1）．杀菌剂及灭藻剂（2）．分散剂和渗透剂（3）．絮凝剂（4）．乳化剂。这几中药剂可以单独使用，也可以混合使用，也可以针对性地对个别污泥较重的部位投加某种药剂。4、做好循环冷却水水质处理冷却水在循环使用过程中，如不进行水质处理，必然会产生水垢或对设备腐蚀，生成腐蚀产物。同时必然会有大量菌藻滋生，从而形成污垢。如果循环水进行了水质处理，但处理的不太好时就会使原来的水垢因阻垢剂的加入而变的松软，再加上腐蚀产物和菌藻繁殖分泌粘性物，它们就会粘合在一起，形成污垢。因此，做好水质处理，是减少系统产生污垢的好方法。5、增加旁滤设备旁流过滤（sidestreamfiltration）是指从循环冷却水系统中分流出一部分流量进行过滤处理，以维持循环水中悬浮物在一定的围之。旁流水量一般为整个循环水量的2%---5%。即使在水质较好、补充水浊度也较低的情况下。循环水系统中的浊度仍然会不断在升高，从而加重污垢的形成。循环冷却水系统在稳定操作的情况下浊度升高是由于冷却水经过塔与空气接触时，空气中的灰尘被带入水中，特别是工厂所在的地理环境干燥、尘土飞扬更为明显。6．严格控制浓缩倍数主要依靠选择高效的缓蚀阻垢剂，提高浓缩倍数，控制排污量，严禁系统在循环水使用温度围参缓蚀阻垢剂，也是提高浓缩倍数的方法之一。7．强化设备管理（1）、随时消除设备的跑、冒、滴、漏，避免工艺介质对循环水系统的污染或循环水对工艺介质的影响（2）、凉水塔收水器的规格、安装要求是控制漂水量的关键环节，努力降低系统的渗水、漏水量（3）、抓好设备安装和维修质量是控制工业循环水运行费用的有效措施。8．强化生产管理；加强对输水管道、水沟、水池的封闭管理，防止杂物、塑料袋、包装盒、杂草之类的物质进入循环水系统。6微生物的控制6．1微生物引起的危害\n循环冷却水系统的环境极利于微生物的生长繁殖，微生物滋生将产生两大直接危害，即微生物腐蚀和沉积腐蚀。循环水系统中大量细菌分泌出的粘液像粘合剂一样，并以微生物群体及其遗骸为主体，与水中灰尘、杂质、化学沉淀物、腐蚀产物等粘结在一起，形成粘糊糊的胶粘状物，即微生物粘泥。微生物粘泥既能促进污垢沉积，又能促进腐蚀，给系统造成的危害是相当突出的。粘泥是微生物引起的最严重的危害，常表现在以下几个方面：1、粘泥附着在换热部位的金属表面上，降低冷却水的冷却效果。2、大量的粘泥将堵塞换热器中冷却水的通道，从而使冷却水无法工作；少量的粘泥则减少冷却水通道的截面积，从而降低冷却水的流量和冷却效果，增加泵压。3、粘泥集积在冷却塔填料的表面或填料间，堵塞了冷却水的通过，降低冷却塔的冷却效果。4、粘泥覆盖在换热器的金属表面上，阻止缓蚀剂和阻垢剂到达金属表面发挥其缓蚀和阻垢的作用，阻止杀生剂杀灭粘泥下的微生物，降低这些药剂的功效。5、粘泥覆盖在金属表面，形成氧浓差腐蚀电池，引起金属设备及管道的腐蚀。6．2微生物的控制指标冷却水系统中微生物的控制主要是通过对微生物生长的控制来实现的，即通过控制冷却水中微生物的数量来实现的。循环冷却水系统中的微生物生长的控制可采用表6-1中的一些指标。表6-1循环冷却水系统中微生物控制的指标及监测频率监测项目控制指标监测频率异养菌真菌硫酸盐还原菌铁细菌黏泥量﹤5×105个/ml（平皿计数法）﹤10个/ml﹤5个/ml﹤100个/ml﹤4ml/m3（生物过滤网法）﹤1ml/m3（碘化钾法）2～3次/周1次/周1次/月1次/月1次/天1次/天6．3微生物的控制在循环冷却水系统中主要是投加某种化学药剂来控制微生物污的污染。控制水中微生物的药剂分为杀死生物药剂和抑制生物繁殖药剂两类。这两种药剂在使用过程中要根据循环冷却水的实际杀生效果，不断调整药剂的剂量和种类，以取的最佳的杀菌效果。\n6．3．1选用耐腐蚀材料金属材料耐微生物腐蚀的性能大致可以排列如下：钛﹥不锈钢﹥黄铜﹥纯铜﹥硬铝﹥碳钢目前常用的海洋用低合金钢耐受好氧性和厌氧性细菌腐蚀的能力都较抵。6．3．2控制水质控制水质主要是控制冷却水中的氧含量、pH值、悬浮物和微生物的养料。油类是微生物的养料，故应尽可能防止它泄漏入冷却水系统。如果漏入冷却水系统中的油较多，则应及时清除。清除漏油的方案中应包括机械除油和化学清洗除油。6．3．3采用杀生涂料在采用防腐涂料保护金属换热器的冷却水一侧时，所用的涂料应能耐受冷却水中微生物的破坏。涂料中添加能抑制微生物的杀生剂（例如偏硼酸钡、氧化亚铜、氧化锌、三丁基氧化锡等）是人们常采用的一些控制微生物生长、破坏涂料和引起腐蚀的有效措施。用由改性水玻璃、氧化亚铜、氧化锌和填料等制成的无机防藻涂料涂刷在冷却塔和水池的壁上，则不但可以控制冷却水系统中冷却塔、水池壁、抽风筒、收水器等处藻类的生长，而且还可以控制冷却水中异养菌的生长。6．3．4阴极保护法冷却水系统中存在硫酸盐还原菌时，碳钢的阴极保护电位一般应为-0．95V（相对于Cu/CuSO4电极）。这一电极可使碳钢在厌养环境中处于免蚀状态，也就是使碳钢处于热力学的稳定状态，从而防止碳钢被腐蚀。采用牺牲阳极保护时，则应注意生物附着物的影响。有研究表明，铝合金牺牲阳极表面易长满海洋生物，能导致牺牲阳极的电阻增高，阳极输出电流下降，影响阴极保护的效果。与之相反，锌牺牲阳极则极少受到生物污染的影响。6．3．5清洗进行物理清洗或化学清洗，可以把冷却水系统中微生物生长所需的养料（例如漏入冷却水中的油类）、微生物生长的基地（例如黏泥）和庇护所（例如腐蚀产物和淤泥）以及微生物本身从冷却水系统中的金属设备表面上除去，并从冷却水系统中排除。清洗对于一个被微生物严重污染的冷却水系统来说，是一种十分有效的措施。清洗还可以使清洗后剩下来的饿微生物直接暴露在外，从而为杀生剂直接达到微生物表面杀死它们创造有利的条件。6．3．6防止阳光照射藻类的生长和繁殖需要阳光，故冷却水系统应避免阳光的直接照射。为此，水池上面应加盖；冷却塔的进风口则可加装百叶窗。\n6．3．7旁流过滤在循环水系统中，设计安装用砂子或无烟煤等为滤料的旁滤池过滤冷却水是一种控制微生物的有效措施。通过旁流过滤，可以在不影响冷却水系统正常运行的情况下除去水中大部分微生物。6．3．8混凝沉淀在补充水的前处理或循环冷却水的旁流处理过程中，常使用铝盐、铁盐等混凝剂或高分子絮凝体一起沉淀下来，从而把它们除去。用这种办法除去的微生物占水体中微生物的80％左右。6．3．9噬菌体法噬菌体（Bacteriophage）是一种能够吃掉细菌的微生物，也称为细菌病毒。这种细菌病毒与动物病毒、植物病毒不同，它们只对细菌的细胞发生作用，故是一种很小的、在控制细菌数量方面非常有用的病毒。噬菌体靠寄生在叫做“宿主”的细菌里进行繁殖，繁殖的结果使“宿主”裂解、被吃掉。其“吃菌”机理为：噬菌体首先吸附于敏感细菌表面，释放酶水解细菌细胞壁的胎聚糖，把头部的核酸注入到细菌细胞，利用细菌的DNA合成自身的DNA，然后在细菌装配成噬菌体，借宿主细胞裂解而释放，这个过程叫做溶菌作用。近20年来的研究表明，利用噬菌体控制和消除冷却水中的微生物是一种颇有前途的生物学方法。已用与于防止电站的海水冷却水系统和造纸厂的地表水冷却水系统中微生物黏泥的形成，十分有效。图6-1中示出了动态模拟试验中噬菌体对循环水中有害细菌的杀灭作用。曲线1代表未加噬菌体的循环水中细菌数量的变化，曲线2代表加入噬菌体的循环水细菌数量的变化。由图中可见，加入了噬菌体的循环水中，细菌的增殖较慢，24h时达到最高点，继而下降。以对照细菌量达最高时计算，噬菌体的杀菌率达到83．3％。图6-1动态模拟试验水样中加入噬菌体后细菌数量的变化\n图6-2表明挂片菌量达到最高的时间同水样一致，按24h时计算，噬菌体对于挂片附着菌的杀菌率为70％。噬菌体对挂片上附着菌的杀菌率低于在水样中的杀菌率，可能同噬菌体在液体中比在固体表面游动快、吸附几率大以及菌分泌黏液层覆盖保护作用而妨碍噬菌体侵染有关。图6-2动态模拟试验中挂片上细菌数量的变化噬菌体法消除冷却水系统中黏泥和微生物的优点：①与加氯相比，噬菌体的溶菌作用不会影响生态环境；②一个噬菌体溶菌后，能放出数百个噬菌体，故只要加入少量噬菌体，就能获得好的效果；③噬菌体的增殖保存技术已经建立，渴望实现稳定供给；④经济上合算。概念设计表明，对于一个滨海火力发电站冷却水系统的微生物控制方案，噬菌体法的费用仅为加加氯法费用的1/5左右。6．3．10投加杀生剂在循环水系统中投加杀生剂是目前抑制微生物的通用方法。杀生剂又称杀菌剂、抑制剂或杀菌灭藻剂等。各种杀生剂以不同的方式杀伤微生物，有的可穿透细胞壁进入到细胞质中，破坏细胞体的蛋白质基因，使微生物死亡。有的能破坏微生物中的酶，使微生物的新代谢失调，酶活性丧失，从而使微生物窒息死亡或抑制繁殖。有的阳离子表面活性剂可破坏细胞结构，减少细胞壁的透性，影响微生物吸收营养及排泄体废物，使微生物死亡。杀生剂一般间歇投加，冲击处理。如投量合适，杀生率可在90％以上。所谓冲击处理，即在一段时间加入能使微生物致死浓度以上的杀生剂，然后停药。这种方法一般较省药，杀菌效果好，微生物也不易产生抗药性。如果杀生剂投量不够，可能还会刺激微生物生长。长期使用某种杀生剂，微生物能产生抗药性，而使杀菌效果降低，所以应当注意避免。\n应当指出，杀生剂的杀生效能除受本身性质决定外，还受到微生物的种类和形态、水的PH值、温度和水中存在的其它化学药品等的影响。选用杀生剂时，应综合考虑这些因素。7日常处理工作当预膜结束后，水处理剂由高浓度转入低浓度的处理成为日常处理。日常处理工作在水处理工作中具有十分重要的作用。日常水处理工作包括：日常加药和分析监测，投加缓蚀阻垢剂以延缓腐蚀和阻止结垢，投加杀菌灭藻剂控制菌藻的滋生和粘泥的粘附，日常加药的目的是维持水中药剂浓度，以保持膜的完整性，并起到缓蚀阻垢作用和控制微生物的生长。要搞好水处理工作，必须下决心严格科学管理，保证在操作时按照规定的水稳剂配方和控制指标（包括水质、加药等）严格执行。在循环水系统正常运行中，需要进行处理效果的监测（如挂腐蚀试片等工作），以了解水质处理的效果，并根据每质分析化验结果，对排污水量、补充水量及加药量进行必要的调整，使之达到要求指标，并控制合理的浓缩倍数。\n8结束语循环水系统运行的好坏关乎于全厂的生产是否长期、稳定、安全运作。循环水系统在前期准备工作中要做好化学清洗和预膜这两方面；在运行过程中，我们要做好水质的综合管理工作。我们还要大力开发新型环保试剂和推广新技术，同时也需要配合，支持和严格的运行管理。此外，循环冷却水占工业用水的比例很大，如某些电厂、化工企业的冷却水占总用水量的（90-95%），所以节约循环冷却水的新鲜水用量，可极大地缓解我国水资源短缺的矛盾，减少污水排放，可减轻周边环境的水体污染状况，这对保证环境经济的可持续发展，促进生态环境的良性循环，改善少数地区的人居环境状况有着重要的意义。9参考文献[1]徐寿昌等.《工业冷却水处理技术》.北京：化学工业，1984[2]陆柱，中兴等.《水处理技术》.：华东理工大学，2000[3]陆婉珍，本高等.《工业水处理技术》.北京：化学工业，1999\n[4]周本省.《工业水处理技术》.北京：化学工业，1997[5]唐受印.《工业循环冷却水处理》.北京：化学工业，2003.6．[6]文融，曾坚．《循环水处理手册》[M].天津科学技术，1990．[7]靳文礼，菊梅，齐永红.国产化阻垢缓蚀剂SW-606的研究与应用[J].大氮肥，1999．[8]唐受印，《工业循环冷却水处理》.北京：化学工业，2003.6．[9]文融,曾坚．《循环水处理手册》[M].天津科学技术，1990[10]龙荷云.《循环冷却水处理》（第三版）.科技，2001．[11]王文兵.《电厂循环水处理技术的发展趋势》[J]．电力建设，2000．[12]雷仲存,钱凯,念华.《工业水处理原理及应用》.北京：化工工业，2003.[13]唐卫兵,栓存,春胜.惠生30万吨/年CO、20万吨/甲醇项目培训资料（工艺部分），2005.9[14]齐东子.《敞开式冷却水系统的化学处理》.2001.5[15]仇德纯.工业水处理技术的现状展望.化工（专论与综述）.1994[16]扬峰,考全,传举,文欢,苏月清.工业循环水综合技术管理探讨.小氮肥设计技术.2003年第26卷第2期\n致谢