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工业循环水处理

工业循环冷却水系统在运行过程中,由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩,其中所含的盐类超标,阴阳离子增加、pH值明显变化,致使水质恶化,而循环水的温度,pH值和营养成分有利于微生物的繁殖,冷却塔上充足的日光照射更是藻类生长的理想地方。而结垢控制及腐蚀控制、微生物的控制等等,必然的需要进行循环水处理。



循环水运行过程中主要产生的问题


(1)水垢

由于循环水在冷却过程中不断地蒸发,使水中含盐浓度不断增高,超过某些盐类的溶解度而沉淀。常见的有碳酸钙、磷酸钙、硅酸镁等垢。水垢的质地比较致密,大大的降低了传热效率,0.6毫米的垢厚就使传热系数降低了20%。

(2)污垢

污垢主要由水中的有机物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉尘等构成,垢的质地松软,不仅降低传热效率而且还引起垢下腐蚀,缩短设备使用寿命。

(3)腐蚀

循环水对换热设备的腐蚀,主要是电化腐蚀,产生的原因有设备制造缺陷、水中充足的氧气、水中腐蚀性离子(Cl-、Fe2+、Cu2+)以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素,腐蚀的后果十分严重,不加控制极短的时间即使换热器、输水管路设备报废。

(4)微生物黏泥

因为循环水中溶有充足的氧气、合适的温度及富养条件,很适合微生物的生长繁殖,如不及时控制将迅速导致水质恶化、发臭、变黑,冷却塔大量黏垢沉积甚至堵塞,冷却散热效果大幅下降,设备腐蚀加剧。因此循环水处理必须控制微生物的繁殖。



循环水的浓缩倍数


循环水浓缩倍数是指循环水系统在运行过程中,由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩的倍率(以补充水作基准进行比较),它是衡量水质控制好坏的一个重要综合指标。

浓缩倍数低,耗水量、排污量均大且水处理药剂的效能得不到充分发挥;浓缩倍数高可以减少水量,节约水处理费用;可是浓缩倍数过高,水的结垢倾向会增大,结垢控制及腐蚀控制的难度会增加,水处理药剂会失效,不利于微生物的控制,故循环水的浓缩倍数要有一个合理的控制指标。




水垢的形成


在循环水系统中,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、氯化物、硅酸盐等,其中以溶解的碳酸氢盐如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2 最不稳定,极容易分解生成碳酸盐,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;水中溶有磷酸盐与钙离子时,也将产生磷酸钙的沉淀;碳酸钙和Ca3(PO4)2等均属难溶解度与一般的盐类还不同,其溶解度不是随温度的升高而加大,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饱和状态而水中结晶,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表面上,形成通常所称的水垢,由于这些水垢结晶致密,比较坚硬,又称之为硬垢,常见的水垢成分为:碳酸钙,硫酸钙,磷酸钙,镁盐,硅酸盐。


工业循环水处理技术


根据企业循环水系统的特点和工艺条件,结合当地的水质特点,选择适合企业运行条件的水处理方案,通过加药等措施,控制循环水指标在一定范围内运行,既保证生产设备的长周期运行,又提高了循环水利用率。


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水垢的控制方法

(1)从冷却水中去除成垢钙离子

从水中除去Ca2+,使水软化,则碳酸钙就无法结晶析出,也就形不成水垢,主要两种方法。

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。

用离子交换法软化补充水,成本较高。因此只有补充水量小的循环冷却水系统采用。


② 石灰软化法

补充水未进入循环冷却水系统前,在预处理时就投加适当的石灰,让水中的碳酸氢钙与石灰在澄清池中预先反应,生成碳酸钙沉淀析出,从而除去水中的Ca2+。

(2)加酸或通CO2气体,降低PH,稳定重碳酸盐

通常是加硫酸,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。

通CO2气体同样应注意控制好PH值,否则CO2溢出,CaCO3在塔内结晶,堵塞填料,形成钙垢转移现象。

该方法在某些化肥厂、化工厂及电厂等有CO2气体源的企业仍有推广使用的价值。

(3)投加阻垢剂

投加阻垢剂在循环水中投加阻垢剂,破坏CaCO3的结晶增长过程,以达到控制水垢形成的目的。

目前常用的阻垢剂有聚磷酸盐、有机多元膦酸、有机磷酸脂、聚丙烯酸盐等,这也是目前应用最广的控制水垢的方法。


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污垢的控制方法

(1)降低补充水浊度

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5mg/L以下,如城镇自来水、井水等,可以不作预处理直接进入系统。

当补充水浊度高时,必须进行预处理,使其浊度降低。

预处理技术:混凝技术、澄清技术、过滤技术、软化技术等。

(2)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。

(3)投加分散剂

在进行阻垢、防腐和杀生水质处理时,投加一定量的分散剂,也是控制污垢的好方法。

分散剂将粘合在一起的泥团杂质等分散成微粒使之悬浮于水中,随着水流流动而不沉积在传热表面上,从而减少污垢对传热的影响。


(4)做好旁滤处理

一般细菌形成的粘泥以及被杀死细菌尸体、剥离下来的生物粘泥有70%以上是通过旁滤器排出循环水系统之外。

一般大于1000t/h的循环水系统设计要求旁滤量不低于循环量的5%。

对于存在化学泄漏的循环水系统一般旁漏量在7%以上为宜。并定时、定人反洗,及做好旁滤器维护工作。

(5)保障循环水压力及流速

在循环水设计规范中要求循环水冷却水侧流速管程水流速大于120.9米/秒,壳程大于0.3米/秒,热负荷强度小于5×104千卡/米2·小时。

对于有氨、油、硫化物,有机化学品泄漏的系统,水流速度应增加20%~50%。


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金属腐蚀的控制方法

(1)添加缓蚀剂

缓蚀剂是一种用于抑制金属腐蚀的添加剂,它用量少,不会改变腐蚀介质的性质,不需特殊投加设备,也不需对设备表面进行处理。

因此,使用缓蚀剂是一种经济效益较高且适应性较强的金属防护措施。

为了减轻环境富营养化的压力,目前更趋向于使用后面几种有机膦酸盐和低磷缓蚀剂。

(2)提高循环水的PH

提高循环水的PH值,使金属表面生成氧化性保护膜的倾向增大,易于钝化,从而有利于控制设备腐蚀。

敞开式循环冷却水系统通常冷却塔内的曝气提高PH值,当水中和CO2和空气中的CO2达到平衡时,水的PH为8.5左右。

目前常添加碱性冷却水复合缓蚀剂,例如:聚磷酸盐-锌盐-膦酸盐-分散剂、聚磷酸盐-正磷酸盐-膦酸盐-三元共聚物、有机多元膦酸-聚合物分散剂-唑类、多元醇磷酸酯-丙烯酸系聚合物、HEDP-PMA等。

复合缓蚀剂可发挥出除垢和防腐的综合作用,这是缓蚀剂的发展趋势。

(3)选用耐蚀材料

选用聚丙烯设备或石墨改性聚丙烯设备。

(4)用防腐涂料涂覆

通过防腐涂料的屏蔽、缓蚀、阴极保护及PH缓冲作用来保护设备不受腐蚀。


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微生物的控制方法

(1)选用耐蚀材料

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

(2)控制水质

控制水质主要是控制冷却水中氮含量、硫含量、pH值、悬浮物等微生物的养料。

油类是微生物的养料,应尽可能防止它泄漏入冷却水系统。

化工厂中进入冷却水系统的氨能引起硝化细菌的繁殖并降低氯的杀生能力,应加以控制,一般不应高于5ppm。

(3)采用杀生涂料

采用防腐涂料保护设备时,涂料中添加能抑制微生物生长的杀生剂,如:偏硼酸钡、氧化亚铜、氧化锌、三丁基氧化锡等。

将防腐涂料刷在设备内壁上、可以控制藻类生长,且可以抑制异养菌的生长。

(4)阴极保护

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为-0.95V(相对于Cu/CuSO4电极)。这一电位可使碳钢处于热力学的稳定状态,从而防止碳钢被腐蚀。

(5)清洗

进行物理清洗或化学清洗可把微生物生长所需的养料、基地、庇护所及生物本身从冷却水系统中的设备表面上除去,并被排出。

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。

(6)防止阳光照射

藻类生长和繁殖需要阳光,冷却水系统应避免阳光照射。

水池上面应加盖,冷却塔的进风口可加装百页窗。

(7)旁流过滤

在循环冷却水系统中,设计安装用砂子或无烟煤等为滤池过滤冷却水是一种控制微生物生长的有效措施。

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。


(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剂(例如聚丙烯酰胺)。

这些药剂能在絮凝沉淀过程中将水中的各种微生物随生成的絮凝体一起沉淀下来,从而把它们除去。

用这种方法除去的微生物可占水体中微生物的80%左右。

(9)噬菌体法

噬菌体是一种能够吃掉细菌的微生物。

噬菌体与动物病毒、植物病毒不同,它们只对细菌的细胞发生作用,故是一种很小的但非常有用的病毒。

噬菌体靠寄生在叫做“宿主”的细菌里进行繁殖。繁殖的结果是将“宿主”吃掉,这个过程叫做溶菌作用。

该法对于防止电站的海水冷却水系统及造纸厂的工业水系统中粘泥的形成,十分有效。

(10)添加杀生剂

控制冷却水系统中微生物生长最有效和最常用的方法之一是向冷却水系统中添加杀生剂。

一个良好的微生物控制方案往往是将几种方法联合使用。例如,先将冷却水系统进行剥离和清洗,再投加杀生剂的方案要比只添加杀生剂的方案要有效得多。



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