工業(yè)水處理技術(shù)

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1、 第 一 篇 ： 水 及 工 業(yè)用 水 預(yù) 處 理水 ， 生 命 之 源 ！ 第 一 章 水 及 工 業(yè) 用 水 第 一 節(jié) ： 水 資 源 第 二 節(jié) ： 天 然 水 的 化 學(xué) 特 征 及 工 業(yè) 用 水 水 質(zhì) 要 求 第 三 節(jié) ： 節(jié) 約 水 資 源 和 防 止 水 污 染 的 重 要 性 水 是 自 然 界 中 分 布 最 廣 的 一 種 資 源 。 它 以 氣 、 液 、 固 三 種 狀 態(tài)存 在 。 自 然 界 的 水 主 要 指 海 洋 、 河 流 、 湖 泊 、 地 下 水 、 冰 川 、積 雪 、 土 壤 水 和 大 氣 水 分 等 水 體 ， 其 總 員 共 約 1.4

2、 1019m3， 如果 將 其 平 鋪 在 地 球 表 面 上 ， 水 層 厚 度 可 達(dá) 到 約 3000米 深 ， 但 是絕 大 部 分 是 咸 的 海 水 ， 加 上 內(nèi) 陸 地 表 咸 水 湖 、 地 下 咸 水 共 約占 總 水 量 的 98 。 而 冰 川 、 積 雪 約 占 總 水 量 的 1.7 目 前 尚 難以 利 用 和 開 發(fā) 。 .實(shí) 際 上 可 供 開 發(fā) 利 用 的 淡 水 只 占 總 水 量 的 0.3 ， 約 為 4 10 19m3。 因 此 ， 淡 水 是 有 限 的 寶 貴 資 源 。 我 國(guó) 淡 水 資 源 比 較 豐 富 ， 居 世 界 第 五 位 。

3、但 人 均 水 資 源 量 與 世界 許 多 國(guó) 家 相 比 。 相 差 很 大 ， 只 能 排 到 第 88位 。 地 球 上 水 的 組 成 0.94 2.53 96.53 海 洋 水 陸 地 咸 水 陸 地 淡 水 世 界 淡 水 的 組 成 1.25 30.06 68.69 冰 川 地 下 淡 水 其 它 淡 水 其 它 淡 水 的 組 成 世 界 的 其 它 淡 水 中 ，河 流 水 和 湖 泊 淡 水 分別 占 了 世 界 淡 水 總 儲(chǔ)量 的 0.006%和 0.26%，再 加 上 少 量 的 淺 層 地下 水 ,可 利 用 的 淡 水占 全 球 淡 水 總 儲(chǔ) 量 的0.3%，

4、 水 資 源是 有 限 的 。 土 壤 水 沼 澤 水 大 氣 水 河 水 生 物 水 永 凍 土底 冰 湖 泊 淡水 我 國(guó) 河 流 、 湖 泊 眾 多 水 量 充 沛 ， 根 據(jù) 一 些 特 征 基 本 上 可 分為 四 個(gè) 區(qū) ： 潮 濕 區(qū) 、 濕 潤(rùn) 區(qū) 、 過 渡 區(qū) 和 干 旱 區(qū) 。 (一 )潮 濕 區(qū) 潮 濕 區(qū) 為 我 向 東 南 沿 海 地 區(qū) ， 渾 濁 度 也 低 ， 一 般 在 10mg/L左右 。 硬 度 也 低 ， 屬 軟 水 。 水 中 主 要 化 學(xué) 組 成 為 碳 酸 氫 鈣 和 碳 酸氫 鈉 等 。 (二 )濕 潤(rùn) 區(qū) 濕 潤(rùn) 區(qū) 為 長(zhǎng) 江 流 域 及

5、 其 以 南 地 區(qū) ， 黑 龍 江 和 松 花 江 流 域 之 間 的地 區(qū) 也 屬 濕 潤(rùn) 區(qū) 。 但 在 貴 州 、 廣 西 地 區(qū) 有 石 灰 巖 溶 洞 ， 水 的 硬度 增 大 。 在 長(zhǎng) 江 流 域 ， 水 中 主 要 化 學(xué) 組 成 為 碳 酸 氫 鈣 類 ， 在 東 北 地 區(qū) 也 有 含 碳 酸 氫 鈉 類 的 。 (三 )過 渡 區(qū) 過 渡 區(qū) 為 黃 河 流 域 及 其 以 北 地 區(qū) 直 到 遼 河 流 域 。 該 區(qū) 降 水量 較 少 ， 蒸 發(fā) 量 較 大 渾 濁 度 較 高 。 水 的 含 鹽 量 較 高 ， 因 而 礦化 度 和 硬 度 都 較 高 ,水 中

6、主 要 組 成 為 碳 酸 氫 鈣 類 但 也 有 相 當(dāng) 多的 地 方 為 碳 酸 氫 鈉 類 甚 至 出 現(xiàn) 硫 酸 鹽 或 氯 化 物 類 。 (四 )干 旱 區(qū) 干 早 區(qū) 為 內(nèi) 蒙 和 西 北 大 片 地 區(qū) 。 該 區(qū) 降 水 量 少 而 蒸 發(fā) 強(qiáng) 烈 ，因 此 形 成 徑 流 量 很 低 的 干 旱 地 帶 。 由 于 徑 流 量 小 ， 土 壤 中 可 溶性 鹽 含 量 高 ， 所 以 水 的 含 鹽 量 和 硬 度 都 很 高 。 水 中 主 要 組成 是 硫 酸 鹽 或 氯 化 物 類 。 水 是 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 重 要 的 原 料 之 一 ， 沒 有 合 格 的

7、水 源 ，任 何 工 業(yè) 都 不 能 維 持 下 去 。 工 業(yè) 用 水 的 淡 水 水 源 主 要 來 自 地 表 的 江 河 水 、 湖 泊 和水 庫(kù) 水 以 及 地 下 水 (井 水 )。 河 流 是 降 水 經(jīng) 地 面 徑 流 匯 集 而 成 的 ， 流 域 面 積 十 分 廣 闊 ， 又 是敞 開 流 動(dòng) 的 水 體 ， 受 地 區(qū) 、 氣 候 以 及 生 物 活 動(dòng) 和 人 類 活 動(dòng) 的 影響 而 有 較 大 的 變 化 。 河 水 廣 泛 接 觸 巖 石 土 壤 ， 不 同 地 區(qū) 的 礦 物組 成 決 定 著 河 水 的 基 本 化 學(xué) 成 分 。 此 外 ， 河 流 水 總

8、 混 有 泥 沙 等懸 浮 物 而 呈 現(xiàn) 一 定 混 濁 度 ， 可 從 幾 十 mg L到 數(shù) 百 mg L。 夏季 河 水 上 漲 渾 濁 度 還 更 高 ， 冬 季 又 可 陣 到 很 低 。 河 流 水 中 主 要 離 子 成 分 構(gòu) 成 的 含 鹽 量 ， 一 般 在 100200mgL 不 超 過 500mg L， 個(gè) 別 河 流 也 可 達(dá) 30000mg L以 上 。 如 果 流 入 和 排 出 的 河 流 水 量 都 較 大 而 湖 水 蒸 發(fā) 量 較小 則 湖 水 含 鹽 量 較 低 ， 形 成 淡 水 湖 ， 其 含 鹽 量 一 般在 300mg L以 下 。 通 常

9、淡 水 湖 泊 在 濕 潤(rùn) 地 區(qū) 形 成 。 水 質(zhì) 組 成 穩(wěn) 定 ， 水 溫 變 化 很 小 ， 水 質(zhì) 透 明 清 澈 ， 有 機(jī)物 和 細(xì) 菌 的 含 量 較 少 ， 但 含 鹽 量 較 高 ， 硬 度 較 大 ； 隨著 地 下 水 深 度 的 增 加 ， 其 主 要 離 子 組 成 從 低 礦 化 度 的淡 水 型 轉(zhuǎn) 化 為 高 礦 化 度 的 咸 水 型 。 一 、 天 然 水 的 化 學(xué) 特 征(一 )天 然 水 中 碳 酸 化 合 物 天 然 水 中 普 遍 存 在 著 各 種 形 態(tài) 的 碳 酸 化 合 物 ，它 們 是 決 定 水 質(zhì) pH值 的 重 要 因 素 并 且

10、 對(duì) 外 加 酸 、堿 有 一 定 的 緩 沖 能 力 ， 同 時(shí) 對(duì) 水 質(zhì) 和 水 處 理 有著 重 要 的 影 響 。 天 然 水 中 碳 酸 化 合 物 的 來 源 有 以 下 幾 個(gè) 方 面 ： 首 先 是空 氣 中 二 氧 化 碳 的 溶 解 、 巖 石 、 土 壤 中 碳 酸 鹽 和 重 碳酸 鹽 礦 物 的 溶 解 ； 其 次 是 水 中 動(dòng) 植 物 的 新 陳 代 謝 作 用以 及 水 中 有 機(jī) 物 的 生 物 氧 化 等 產(chǎn) 生 的 二 氧 化 碳 ； 有 時(shí)在 水 處 理 過 程 中 也 會(huì) 加 入 或 形 成 各 種 碳 酸 化 合 物 。 上述 各 種 來 源 的

11、碳 酸 化 合 物 綜 合 構(gòu) 成 水 中 碳 酸 化 合 物 的總 量 。 上 述 四 種 碳 酸 化 合 物 存 在 著 以 下 幾 種 平 衡 關(guān) 系 ： p4 水 的 酸 度 是 指 水 中 能 與 強(qiáng) 堿 發(fā) 生 中 和 作 用 的 物 質(zhì) 的 總 量 。 水 的酸 度 通 常 由 三 類 物 質(zhì) 組 成 ： 一 是 強(qiáng) 酸 ， 如 HCl、 HN03、 H2S04等 ； 二 是 弱 酸 ， 如 H2CO3； H2S、 H4Si04以 及 各 種 有 機(jī) 酸 等 ：三 是 強(qiáng) 酸 弱 堿 鹽 等 。 這 些 物 質(zhì) 在 水 中 都 會(huì) 電 離 產(chǎn) 生 H+或 經(jīng) 過 水解 產(chǎn) 生 H

12、+而 這 些 H+均 能 與 OH發(fā) 生 中 和 反 應(yīng) 。 這 些 H+的 總 數(shù)叫 做 總 酸 度 ， 用 mmol L表 示 。 總 酸 度 與 水 中 pH值 并 不 是 一回 事 。 天 然 水 受 到 強(qiáng) 酸 污 染 時(shí) 其 pH值 均 在 4以 下 。 而 當(dāng) 水 的 pH值高 于 4時(shí) ， 水 的 酸 度 一 般 都 由 弱 酸 構(gòu) 成 ： 如 果 天 然 水 未 受 到 工 業(yè)弱 酸 的 污 染 ， 則 弱 酸 主 要 指 碳 酸 。 水 的 堿 度 與 酸 度 相 反 ， 是 指 水 中 能 與 強(qiáng) 酸 即 H+發(fā) 生中 和 作 用 的 物 質(zhì) 的 總 量 。 其 組 成

13、通 常 也 是 三 類 物 質(zhì) ：一 是 強(qiáng) 堿 ， 如 NaOH、 Ca(OH)2等 ； 二 是 弱 堿 ， 如NH3、 有 機(jī) 胺 類 ； 三 是 強(qiáng) 堿 弱 酸 鹽 ， 如 各 種 碳 酸 鹽 、重 碳 酸 鹽 、 硅 酸 鹽 、 硫 化 物 等 。 大 多 數(shù) 天 然 水 中 ， 堿 度 由 氫 氧 化 物 、 碳 酸 鹽 和 重 碳 酸鹽 組 成 ， 通 常 稱 之 為 總 堿 度 ， 以 M表 示 。 （ 版 述 筆 記 ） 只 有 當(dāng) 天 然 水 受 到 強(qiáng) 堿 物 污 染 或 人 為 地 用 石 灰 進(jìn) 行 軟化 處 理 時(shí) ， 其 pH值 才 高 于 I0， 這 時(shí) 水 的

14、總 堿 度 常 由 氫氧 化 物 和 碳 酸 鹽 組 成 如 造 紙 廠 、 制 革 廠 排 出 的 廢 水及 鍋 爐 用 水 等 。 如 果 天 然 水 中 有 大 量 藻 類 繁 殖 ， 在 繁 殖 過 程 中 會(huì) 吸 收水 中 CO2， 使 水 的 pH值 迅 速 升 高 ， 這 時(shí) 水 中 總 堿 度 主要 由 碳 酸 根 組 成 。 水 的 堿 度 常 影 響 到 水 質(zhì) 特 性 ， 因 此 水 的 總 堿 度 是 最常 用 的 一 個(gè) 水 質(zhì) 指 標(biāo) 。 通 常 以 Ca2+和 Mg2+的 含 量 來 計(jì) 算 水 的 硬 度 ， 并 作 為 水質(zhì) 的 一 個(gè) 指 標(biāo) 。 天 然 水

15、 都 含 有 一 定 的 硬 度 ， 地 下 水 、咸 水 和 海 水 的 硬 度 較 大 。 總 硬 度 。 按 照 陽(yáng) 離 子 組 成 ， 為 鈣 硬 度 和 鎂 硬 度 ； 按 陰離 子 組 成 ， 分 為 碳 酸 鹽 硬 度 和 非 碳 酸 鹽 硬 度 。 暫 時(shí) 硬度 、 非 碳 酸 鹽 硬 度 稱 為 永 久 硬 度 。 由 于 天 然 水 的 pH值 一 般 均 在 8.3以 下 ， 因 此 水 中CO 32的 量 極 少 ， 可 以 認(rèn) 為 天 然 水 中 碳 酸 鹽 硬 度 的 陰離 子 就 是 HCO3。 （ 版 述 筆 記 ） 工 業(yè) 用 水 通 常 包 括 工 藝 用

16、水 、 鍋 爐 用 水 、 洗 滌用 水 以 及 冷 卻 用 水 等 。 要 求 也 不 相 同 ， 下 面 著重 對(duì) 鍋 爐 用 水 和 冷 卻 用 水 的 水 質(zhì) 要 求 作 些 闡 述 ： 鍋 爐 用 水 是 將 水 在 一 定 的 溫 度 和 壓 力 下 加 熱 產(chǎn) 生 蒸 汽 ， 用 蒸 汽作 為 傳 熱 和 動(dòng) 力 的 介 質(zhì) 。 一 般 工 礦 企 業(yè) 常 采 用 低 壓 或 中 壓 鍋 爐產(chǎn) 生 蒸 汽 作 熱 源 或 動(dòng) 力 用 ， 這 種 鍋 爐 對(duì) 水 質(zhì) 要 求 稍 低 ； 而 發(fā) 電廠 或 熱 電 站 常 采 用 高 壓 鍋 爐 產(chǎn) 生 蒸 汽 以 推 動(dòng) 汽 輪 機(jī)

17、 來 發(fā) 電 ， 為保 證 蒸 汽 對(duì) 汽 輪 機(jī) 無 腐 蝕 和 結(jié) 垢 沉 積 ， 這 種 鍋 爐 對(duì) 水 質(zhì) 要 求 非常 高 。 因 此 ， 鍋 爐 用 水 的 水 質(zhì) 要 求 根 據(jù) 鍋 爐 的 工 作 壓 力 和 溫 度的 不 同 而 不 同 ， 不 論 何 種 鍋 爐 用 水 ， 它 對(duì) 水 的 硬 度 擁 有 較 嚴(yán) 格的 限 制 。 其 他 凡 能 導(dǎo) 致 鍋 爐 、 給 水 系 統(tǒng) 及 其 他 熱 力 設(shè) 備 腐 蝕 、結(jié) 垢 及 引 起 汽 水 共 騰 現(xiàn) 象 ， 使 離 子 交 換 樹 脂 中 毒 的 雜 質(zhì) 如 溶 解氧 、 可 溶 性 二 氧 化 硅 、 鐵 以 及

18、 余 氯 等 都 應(yīng) 大 部 或 全 部 除 去 。 大 多 數(shù) 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 都 是 用 水 作 為 傳 熱 冷 卻 介 質(zhì) 的 。 因 為 (1)水的 化 學(xué) 穩(wěn) 定 性 好 ， 易 分 解 ； 它 的 熱 容 量 大 ， 在 常 用 溫 度 范 圍 內(nèi) ，不 會(huì) 產(chǎn) 生 明 顯 的 膨 脹 或 壓 縮 ； （ 2） 它 的 沸 點(diǎn) 較 高 ， 在 通 常 使 用條 件 下 ， 在 換 熱 器 中 不 致 汽 化 ； （ 3） 水 的 來 源 較 廣 泛 ； （ 4）流 動(dòng) 性 好 ， 易 于 輸 送 和 分 配 ； （ 5） 相 對(duì) 來 說 價(jià) 格 也 較 低 。 目 前在 鋼 鐵

19、 、 冶 金 工 業(yè) 中 用 大 量 的 水 來 冷 卻 高 爐 、 平 爐 轉(zhuǎn) 爐 、 電 爐等 各 種 加 熱 爐 的 爐 體 ； 在 煉 油 、 化 肥 、 化 工 等 生 產(chǎn) 中 用 大 量 的水 來 冷 卻 半 成 品 和 產(chǎn) 品 ； 在 發(fā) 電 廠 、 熱 電 站 則 用 大 量 的 水 來 冷凝 汽 輪 機(jī) 回 流 水 ； 在 紡 織 廠 、 化 纖 廠 則 用 大 量 水 來 冷 卻 中 調(diào) 系統(tǒng) 及 冷 凍 系 統(tǒng) 。 這 些 工 業(yè) 的 冷 卻 水 用 量 平 均 約 占 工 業(yè) 用 水 總 量的 67 ， 其 中 又 以 石 油 、 化 工 和 鋼 鐵 工 業(yè) 為 最高

20、。 作 為 冷 卻 用 水 的 水 質(zhì) 雖 然 沒 有 像 工 藝 用 水 、鍋 爐 用 水 那 樣 對(duì) 各 種 指 標(biāo) 有 嚴(yán) 格 的 限 制 。 為 了保 證 生 產(chǎn) 穩(wěn) 定 ， 不 損 壞 設(shè) 備 ， 能 長(zhǎng) 周 期 運(yùn) 轉(zhuǎn) ，對(duì) 冷 卻 用 水 水 質(zhì) 的 要 求 還 是 相 當(dāng) 高 的 。 冷 卻 用 水 水 質(zhì) 的 要 求 1 水 溫 要 盡 可 能 低 一 些 2 水 的 渾 濁 度 要 低 3 水 質(zhì) 不 易 結(jié) 垢 4 水 質(zhì) 對(duì) 金 屬 設(shè) 備 不 易 產(chǎn) 生 腐 蝕 5.水 質(zhì) 不 易 滋 生 菌 藻 一 、 水 在 自 然 界 的 循 環(huán) 二 、 節(jié) 水 和 防 止 污

21、 染 的 重 要 性 地 球 上 的 水 經(jīng) 常 處 于 循 環(huán) 中 ， 包 括 自 然 循 環(huán) 和 社 會(huì) 循環(huán) 。 由 自 然 力 促 成 的 循 環(huán) ， 稱 為水的自然循環(huán)， 它 是水 的 基 本 運(yùn) 動(dòng) 方 式 。 海 水 蒸 發(fā) 為 云 ， 隨 氣 流 遷 移 到 內(nèi)陸 ， 遇 冷 氣 流 凝 為 雨 雪 而 降 落 ， 稱 為降水。 一 部 分 水沿 地 表 流 動(dòng) ， 匯 成 江 河 湖 泊 ， 稱 為地表徑流； 另 一 部分 降 水 滲 入 地 下 ， 形 成地下徑流。 在 流 動(dòng) 過 程 中 ， 地表 水 和 地 下 水 相 互 補(bǔ) 給 ， 最 終 復(fù) 歸 大 海 。 這 種

22、 海 洋 -內(nèi) 陸 -海 洋 的 循 環(huán) ， 稱 為大循環(huán)。 那 些 在 小 的 自 然 地理 區(qū) 域 內(nèi) 的 循 環(huán) ， 稱 為小循環(huán)。 生 物 體 內(nèi) 的 水 ， 也 進(jìn)行 著 吸 收 -蒸 發(fā) -吸 收 的 內(nèi) 外 循 環(huán) 。 地 球 上 的 水 循 環(huán) 由 人 的 社 會(huì) 需 要 而 促 成 的 循 環(huán) ， 稱 為水的社會(huì)循環(huán)。 它 是 直 接為 人 們 的 生 活 和 生 產(chǎn) 服 務(wù) 的 。 取 之 自 然 而 直 接 供 生 活 和 生 產(chǎn)（ 特 別 是 工 業(yè) 生 產(chǎn) ） 使 用 的 水 ， 稱 為給水； 使 用 后 因 喪 失 原 有使 用 價(jià) 值 而 廢 棄 外 排 的 水

23、， 稱 為廢水。 為 保 證 給 水 能 滿 足 用 戶的 使 用 要 求 （ 水 量 、 水 質(zhì) 和 水 壓 ） 而 采 取 的 整 套 工 程 設(shè) 施 ， 稱為給水工程。 為 保 證 廢 水 （ 有 時(shí) 也 包 括 部 分 雨 水 ） 能 安 全 排 放或 再 用 而 采 取 的 整 套 工 程 設(shè) 施 ， 稱 為排水工程。 給 水 工 程 和 排水 工 程 構(gòu) 成 了 水 的 社 會(huì) 循 環(huán) 。 完 善 的 給 水 系 統(tǒng) 和 排 水 系 統(tǒng) 是 現(xiàn)代 城 市 和 工 業(yè) 區(qū) 所 必 須 具 備 的 基 礎(chǔ) 條 件 。 數(shù) 量 上 ：“ 總 量 不 少 ， 人 均 不 多 ” 空 間 分

24、 布 上 ：“ 南 方 多 、 北 方 少 ， 東 部 多 、 西 部 少 ” 時(shí) 間 分 配 上 ：“ 夏 秋 兩 季 多 ， 冬 春 兩 季 少 ， 各 年 之間 變 率 大 ” 地 枯 井 枯 人 枯 淹 了 造 成 水 資 源 緊 缺 的 原 因 ：自 然 原 因 ： 如 水 資 源 時(shí) 空 分 布 不均 、 部 分 地 區(qū) 氣 候 反 常 等 。人 為 原 因 ： 用 水 量 迅 速 增 加 ； 水 質(zhì) 污 染 。 世 界 用 水 量 的 增 加 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 1900年 用 水量 1950年 用 水量 1985

25、年 用 水量 預(yù) 計(jì) 2000年用 水 量城 市 居 民 用 水 工 業(yè) 用 水 農(nóng) 業(yè) 用 水 長(zhǎng) 江 之 污 “紅 ” 河 2001年 度 七 大 水 系 污 染 由 重 到 輕 的 順 序 依 次 是 ： 海 河 、 遼河 、 淮 河 、 黃 河 、 松 花 江 、 長(zhǎng) 江 和 珠 江 。 長(zhǎng) 江 水 系 的 主 要 污 染 指 標(biāo) 是 石 油 類 、 氨 氮 和 高 錳 酸 鹽 指 數(shù) 。 主 要 污 染 指 標(biāo) 為 溶 解 氧 、 高 錳 酸 鹽 指 數(shù) 、 生 化 需 氧 量 、 揮 發(fā) 酚和 石 油 類 。 黃 河 干 流 懸 浮 物 濃 度 很 高 ， 最 高 達(dá) 4851毫

26、克 /升 。 水 資 源 的 合 理 利 用 和 保 護(hù) 建 立 蓄 水 工 程 修 建 跨 流 域 的 引 水 工程 合 理 開 采 地 下 水 科 學(xué) 用 水 ， 節(jié) 約 用 水 保 護(hù) 水 資 源 ， 防 治 水污 染 水 的 時(shí) 間 分 配 不 均 水 的 空 間 分 布 不 均 地 下 水 更 新 周 期 長(zhǎng) 水 資 源 有 限 及 世 界 用水 量 的 迅 速 增 加 水 污 染 嚴(yán) 重 地 表 天 然 水 中 混 入 的 懸 浮 物 、 膠 體 物 構(gòu) 成 水 的 濁 度 ， 不 除 去 則不 能 作 鍋 爐 水 和 冷 卻 水 使 用 。 通 常 用 混 凝 沉 淀 、 過 濾

27、 等 方 法 去除 。 以 離 子 和 分 子 狀 態(tài) 存 在 子 水 中 的 溶 解 鹽 類 特 別 是 硬 度 、 鐵等 不 除 去 不 適 用 于 鍋 爐 水 ， 通 常 采 用 離 子 交 換 、 軟 化 、 除 鐵等 方 法 去 除 。 以 自 來 水 作 鍋 爐 用 水 ， 在 進(jìn) 行 離 子 交 換 軟 化 前 還 需 除 去 水 中存 在 的 余 氯 否 則 會(huì) 影 響 離 子 交 換 樹 脂 的 性 能 。 (一 )混 凝 機(jī) 理 1 水 溫 的 影 響 2 水 的 pH值 和 堿 度 的 影 響 3 水 質(zhì) 的 影 響 (三 )混 凝 劑 (一 )沉 淀 與 沉 淀 池 水

28、 中 懸 浮 的 固 體 顆 粒 ， 依 靠 本 身 重 力 作 用 ， 由 水 中 分 離 出 來 的過 程 稱 為 沉 淀 。 原 水 中 懸 浮 固 體 顆 粒 較 大 ， 能 依 靠 自 身 重 力 自然 沉 降 的 稱 為 自 然 沉 降 沉 淀 。 這 種 沉 淀 只 能 對(duì) 含 泥 砂 量 高 的 原水 進(jìn) 行 預(yù) 沉 淀 時(shí) 采 用 。 通 常 ， 原 水 預(yù) 處 理 都 是 先 經(jīng) 過 混 凝 ， 使 水 中 較 小 的 顆 粒 凝 聚并 進(jìn) 一 步 形 成 絮 凝 狀 沉 淀 物 (俗 稱 礬 花 )， 再 依 靠 其 本 身 重 力 作用 由 水 中 沉 降 分 離 出

29、來 ， 這 種 沉 淀 稱 混 凝 沉 淀 。 平 流 沉 淀 池 通 常 為 矩 形 水 池 ， 水 流 平 面 流 過 水池 ， 構(gòu) 造 簡(jiǎn) 單 ， 管 理 方 便 ， 可 筑 于 地 面 ， 也 可筑 于 地 下 ， 不 僅 適 用 于 大 型 水 處 理 廠 ， 也 適 用于 處 理 水 量 小 的 廠 。 它 可 作 自 然 沉 淀 用 ， 也 可作 混 凝 沉 淀 用 。 重 力 式 無 閥 濾 池 ， 是 因過 濾 過 程 依 靠 水 的 重 力自 動(dòng) 流 入 濾 池 進(jìn) 行 過 濾或 反 洗 ， 且 濾 池 沒 有 閥門 而 得 名 的 。 我 國(guó) 含 鐵 的 地 下 水 分

30、布 頗 廣 ， 一 般 含 鐵 量 在 430mg L左 右 。含 鐵 地 下 水 由 于 在 地 下 ， 鐵 是 以 二 價(jià) 狀 態(tài) 存 在 。 這 種 水 剛 抽 到地 面 時(shí) ， 水 質(zhì) 清 徹 干 凈 ， 但 有 鐵 腥 味 ； 時(shí) 間 略 長(zhǎng) ， 水 質(zhì) 即 發(fā) 渾 ，洗 滌 織 物 及 器 具 時(shí) 會(huì) 留 下 銹 色 斑 點(diǎn) 。 離 子 極 易 污 染 離 子 交 換 樹脂 ， 使 樹 脂 中 毒 而 降 低 交 換 能 力 。 當(dāng) 用 含 鐵 水 做 鍋 爐 補(bǔ) 給 水 時(shí) ，容 易 在 鍋 爐 受 熱 面 上 結(jié) 成 鐵 垢 ， 不 僅 影 響 傳 熱 ， 還 易 引 起 管

31、壁腐 蝕 。 冷 卻 水 中 鐵 含 量 超 過 0.5mg/L時(shí) ， 會(huì) 促 使 鐵 細(xì) 菌 繁 殖 ，產(chǎn) 生 的 粘 泥 除 會(huì) 堵 管 道 和 腐 蝕 ， 因 此 ， 除 鐵 要 引 起 足 夠 的 重 視 。 天 然 錳 砂 中 含 有 ， 它 是 氧 化 成 的 良 好 催 化 劑 ，其 催 化 反 應(yīng) 為 ： 沉 淀 物 經(jīng) 錳 砂 層 過 濾 后 除 去 。 因 此 ， 錳 砂 既 是 催 化 劑 又是 濾 料 。 當(dāng) 硬 度 高 、 堿 度 也 高 的 水 直 接 作 補(bǔ) 充 水 進(jìn) 入 循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 后 ，會(huì) 使 循 環(huán) 水 水 質(zhì) 處 理 的 難 度 增 大

32、， 同 時(shí) 濃 縮 倍 數(shù) 的 提 高 也 受 到限 制 。 另 外 高 硬 水 也 不 宜 直 接 作 鍋 爐 水 的 給 水 。 立 式 水 管 鍋 爐 、立 式 火 管 鍋 爐 及 臥 式 內(nèi) 燃 鍋 爐 的 給 水 總 硬 度 要 求 在 3.5mmol/L以 下 。 總 硬 度 過 高 的 水 不 能 直 接 采 用 離 子 交 換 方 法 達(dá) 到 軟 化 水的 要 求 ， 經(jīng) 濟(jì) 效 果 也 不 好 。 堿 度 過 高 的 水 ， 也 不 能 直 接 作 為 鍋爐 的 補(bǔ) 給 水 。 所 以 上 述 這 類 水 質(zhì) 均 需 在 進(jìn) 入 冷 卻 水 系 統(tǒng) 、 鍋 爐和 離 子 交

33、換 軟 化 系 統(tǒng) 前 ， 首 先 采 用 化 學(xué) 藥 劑 方 法 進(jìn) 行 預(yù) 處 理 。 通 常 對(duì) 硬 度 高 、 堿 度 高 的 水 采 用 石 灰 軟 化 法 ； 對(duì) 硬 度 高 、 堿 度低 的 水 采 用 石 灰 純 堿 軟 化 法 ； 而 對(duì) 堿 度 高 的 負(fù) 硬 水 則 采 用 石灰 石 膏 處 理 法 2、 石 灰 純 堿 軟 化 法 石 灰 軟 化 法 只 適 用 于 暫 硬 度 、 永 硬 低 的 水 質(zhì) 處 理 。 對(duì) 硬 度 高 堿度 低 即 水 硬 高 的 水 ， 可 采 用 石 灰 純 堿 軟 化 法 ， 即 加 石 灰 的 同時(shí) 再 投 加 適 量 的 純 堿

34、 (Na2CO3又 稱 蘇 打 )。 3、 石 灰 石 膏 處 理 法 對(duì) 于 高 堿 度 的 負(fù) 硬 水 ， 多 余 的 堿 度 用 石 灰 石 膏 法 除 去 。 原 水 經(jīng) 過 混 凝 、 沉 淀 、 澄 清 、 過 濾 后 ， 即 可 作 為 工 業(yè)用 水 使 用 。 如 果 作 為 飲 用 水 ， 還 必 須 進(jìn) 行 消 毒 處 理 ，以 防 止 疾 病 傳 播 。 通 常 在 水 中 通 入 氯 氣 作 為 殺 死 細(xì) 菌等 微 生 物 的 消 毒 方 法 。 當(dāng) 采 用 經(jīng) 過 消 毒 處 理 的 自 來 水 作 鍋 爐 給 水 時(shí) ， 必 須 除去 自 來 水 中 的 余 氯

35、。 因 為 余 氯 的 存 在 會(huì) 破 壞 離 子 交 換樹 脂 的 結(jié) 構(gòu) ， 使 其 強(qiáng) 度 變 差 ， 容 易 破 碎 。 活 性 炭 由 木 炭 、 瀝 清 炭 和 果 殼 、 果 核 、 動(dòng) 物 骨頭 等 經(jīng) 高 溫 焙 燒 和 活 化 制 成 。 活 性 炭 脫 氯 不 完全 是 由 于 物 理 吸 附 作 用 ， 它 還 有 催 化 作 用 ， 使余 氯 進(jìn) 一 步 轉(zhuǎn) 化 成 碳 的 化 合 物 。(二 )化 學(xué) 藥 和 脫 氯 法 化 學(xué) 藥 劑 脫 氯 法 是 利 用 投 加 還 原 性 藥 劑 如 二 氧化 硫 和 亞 硫 酸 納 等 ， 將 余 氯 還 原 。 第 一

36、節(jié) 循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng)一 、 冷 卻 水 系 統(tǒng) (一 )直 流 冷 卻 水 系 統(tǒng) (二 )循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 第 二 節(jié) 敞 開 式 循 環(huán) 冷 卻 水 處 理 的 重 要 性 (一 )直 流 冷 卻 水 系 統(tǒng) 在 直 流 冷 卻 水 系 統(tǒng) 中 ， 冷 卻 水 僅 僅 通 過 換 熱 設(shè) 備 一 次 ，用 過 后 水 就 被 排 放 掉 ， 如 圖 31所 示 。 因 此 ， 它 的 用水 量 很 大 ， 而 排 出 水 的 溫 升 卻 很 小 ， 水 中 各 種 礦 物 質(zhì)和 離 子 含 量 基 本 上 保 持 不 變 。 這 種 冷 卻 水 系 統(tǒng) 不 需 要其 他

37、 冷 卻 水 構(gòu) 筑 物 ， 因 此 投 資 少 、 操 作 簡(jiǎn) 便 ， 但 是 冷卻 水 的 操 作 費(fèi) 用 大 ， 而 且 不 符 合 當(dāng) 前 節(jié) 約 使 用 水 資 源的 要 求 。 這 種 系 統(tǒng) (除 了 用 海 水 的 直 流 冷 卻 水 系 統(tǒng) 外 )在國(guó) 外 已 被 淘 汰 ， 在 國(guó) 內(nèi) 一 些 中 、 小 型 老 廠 仍 在 采 用 。 1封閉式循環(huán)冷卻水 系統(tǒng) 濺 水 裝 置 或 填 料 冷 卻 塔 內(nèi) 部 裝 有 濺 水 裝 置 或 填 料 ， 由 一 排 排 板條 交 錯(cuò) 排 列 而 成 。 水 順 著 板 條 逐 排 淋 降 ， 濺 成水 滴 。 也 可 采 用 膜

38、 式 填 料 ， 使 水 在 填 料 表 面 上以 薄 膜 形 式 與 空 氣 接 觸 。 填 料 可 由 木 材 、 水 泥板 或 聚 氯 乙 烯 板 等 制 成 。 填 料 必 須 受 濕 良 好 ，否 則 水 在 填 料 上 形 成 水 流 而 不 是 水 滴 或 水 膜 。 圖 3-4中 ， 空 氣 靠 冷 卻 塔 簡(jiǎn) 體 的 高 度 ， 像 煙 囪 一樣 自 然 拔 風(fēng) ， 將 空 氣 吸 入 塔 內(nèi) 與 水 滴 逆 向 接 觸 。 圖 3-5中 ， 空 氣 由 塔 頂 的 抽 風(fēng) 機(jī) 抽 吸 進(jìn) 入 塔 內(nèi) ，空 氣 流 動(dòng) 速 度 為 90210m min。 在 冷 卻 塔 內(nèi)

39、，熱 水 與 空 氣 之 間 發(fā) 生 兩 種 傳 熱 作 用 ， 一 是 蒸 發(fā)傳 熱 ， 二 是 接 觸 傳 熱 。 傳 熱 傳 熱 是 當(dāng) 水 在 其 表 面 溫 度 時(shí) 的 飽 和 蒸 汽 壓 大 于 空 氣 中水 蒸 氣 分 壓 時(shí) ， 水 滴 表 面 的 水 分 子 克 服 液 態(tài) 水 分 子 之間 的 吸 引 力 而 汽 化 逸 人 空 氣 中 ， 并 帶 走 氣 化 潛 熱 ， 使液 態(tài) 水 的 溫 度 下 降 。 每 蒸 發(fā) lkg水 ， 要 帶 走 約2 43X106j的 熱 量 。 蒸 發(fā) 傳 熱 帶 走 的 熱 量 約 占 冷 卻 塔中 傳 熱 量 的 75 一 80 。

40、 接 觸 傳 熱 是 當(dāng) 空 氣 的 濕 球 溫度 低 于 水 溫 時(shí) ， 熱 量 從 水 傳 向 空 氣 ， 使 空 氣 溫 度 提 高而 水 溫 降 低 ， 帶 走 的 熱 量 是 顯 熱 ， 約 占 冷 卻 塔 中 傳 熱量 的 20 一 25 。 由 于 玻 璃 鋼 冷 卻 塔 生 產(chǎn) 已 系 列 化 ， 規(guī) 格 齊 全 ，而 且 體 積 輕 ， 占 地 面 積 小 ， 排 列 靈 活 ， 可 以 拆遷 ， 運(yùn) 輸 方 便 ， 造 價(jià) 相 對(duì) 來 說 也 較 低 ， 因 此 常為 一 些 中 小 型 化 工 廠 、 化 肥 廠 、 制 藥 廠 、 賓 館等 單 位 改 建 、 擴(kuò) 建

41、或 新 建 循 環(huán) 冷 卻 系 統(tǒng) 中 采 用 。 在 敞 開 式 循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 中 ， 由 于 蒸 發(fā) ， 系 統(tǒng)中 的 水 會(huì) 愈 來 愈 少 ， 而 水 中 各 種 礦 物 質(zhì) 和 離 子含 量 就 會(huì) 愈 來 愈 濃 。 為 了 使 水 中 含 鹽 量 維 持在 定 的 濃 度 ， 必 須 補(bǔ) 入 新 鮮 水 ， 排 出 濃 縮水 。 通 常 在 操 作 時(shí) ， 用 濃 縮 倍 數(shù) 來 控 制 水 中 含鹽 的 濃 度 。 設(shè) 以 K表 示 濃 縮 倍 數(shù) ， 則 K的 含 意 就是 指 循 環(huán) 水 中 某 物 質(zhì) 的 濃 度 與 補(bǔ) 充 水 中 某 物 質(zhì)的 濃 度 之

42、 比 。 式 中 CR循 環(huán) 水 中 某 物 質(zhì) 的 濃 度 ；CM補(bǔ) 充 水 中 某 物 質(zhì) 的 濃 度 。 用 來 計(jì) 算 濃 縮 倍 數(shù) 的 物 質(zhì) ， 要 求 它 們 的 濃 度 除 了 隨濃 縮 過 程 而 增 加 外 ， 不 受 其 他 外 界 條 件 ， 如 加 熱 ， 沉淀 、 投 加 藥 劑 等 的 干 擾 。 通 常 選 用 的 物 質(zhì) 有 Cl、Si02、 K+等 物 質(zhì) 或 總 溶 解 固 體 。 (1)蒸 發(fā) 損 失 E與 氣 候 和 冷 卻 幅 度有 關(guān) ， 冬 季 e-損 失 系 數(shù) ，與 季 節(jié) 有 關(guān) ， 夏 季 (2530 )時(shí)為 0 150 16； 冬 季

43、 (15 10 )時(shí) 為 0 060 08； 春 秋季 (010 )時(shí) 為 0 100 12。為 什 么 ？ 排 污 水 量 B(m3 h)的 確定 與 冷 卻 塔 的 蒸 發(fā) 損 失 E和 濃 縮 倍 數(shù) K有 關(guān) 。 為什 么 要 排 污 ？ 一 、 敞 開 式 循 環(huán) 冷 卻 水 泵 統(tǒng) 產(chǎn) 生 的 問 題 (一 )水 垢 附 著 在 循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 中 ， 重 碳 酸 鹽 的 濃 度 隨 著 蒸 發(fā) 濃 縮 而 增 加 ，當(dāng) 其 濃 度 達(dá) 到 過 飽 和 狀 態(tài) 時(shí) ， 或 者 在 經(jīng) 過 換 熱 器 傳 熱 表 面 使 水溫 升 高 時(shí) 會(huì) 發(fā) 生 反 應(yīng) ， 形 成

44、致 密 的 碳 酸 鈣 水 垢 ， 它 的 導(dǎo) 熱 性能 很 差 。 輕 者 是 降 低 換 熱 器 的 傳 熱 效 率 ， 影 響 產(chǎn) 量 ， 嚴(yán) 重 時(shí) ，則 管 道 被 堵 。 1 冷 卻 水 中 溶 解 氧 引 起 的 電 化 學(xué) 腐 蝕 2 有 害 離 子 引 起 的 腐 蝕 3 微 生 物 引 起 的 腐 蝕 冷 卻 水 中 的 微 生 物 一 般 是 指 細(xì) 菌 和 藻 類 。 在 新 鮮 水 中 ， 一 般 來說 細(xì) 菌 和 藻 類 都 較 少 。 但 在 循 環(huán) 水 中 ， 由 于 養(yǎng) 分 的 濃 縮 ， 水 溫的 升 高 和 日 光 照 射 ， 給 細(xì) 菌 和 藻 類 創(chuàng)

45、造 了 迅 速 繁 殖 的 條 件 。 大量 細(xì) 菌 分 泌 出 的 粘 液 嫁 粘 合 劑 一 樣 ， 能 使 水 中 飄 俘 的 灰 塵 雜 質(zhì)和 化 學(xué) 沉 淀 物 等 粘 附 在 一 起 ， 形 成 粘 糊 糊 的 沉 積 物 粘 附 在 換 熱器 的 傳 熱 表 面 上 。 這 種 沉 積 物 有 人 稱 它 為 生 物 粘 泥 ， 也 有 人 把它 叫 做 軟 垢 。 粘 泥 積 附 在 換 熱 器 管 壁 上 ， 除 了 會(huì) 引 起 腐 蝕 外 ， 還 會(huì) 使 冷 卻 水的 流 量 減 少 ， 從 而 降 低 換 熱 器 的 冷 卻 效 率 ； 嚴(yán) 重 時(shí) ， 這 些 生 物粘

46、泥 會(huì) 將 管 子 堵 死 ， 迫 使 停 產(chǎn) 清 洗 。 (1)穩(wěn) 定 生 產(chǎn) (2)節(jié) 約 水 資 源 （ 3） 減 少 環(huán) 境 污 染 （ 4) 節(jié) 約 第 一 節(jié) 循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 中 的 沉 積 物 一 、 沉 積 物 的 分 類 循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 在 運(yùn) 行 的 過 程 中 ， 會(huì) 有 各 種 物 質(zhì) 沉積 在 換 熱 器 的 傳 熱 管 表 面 。 這 些 物 質(zhì) 統(tǒng) 稱 為 沉 積 物 。它 們 主 要 是 由 水 垢 (scale)、 淤 泥 (sludge)、 腐 蝕 產(chǎn) 物(corrosion products)和 生 物 沉 積 物 (biologi

47、cal deposits)構(gòu) 成 。 通 常 ， 人 們 把 淤 泥 、 腐 蝕 產(chǎn) 物 和 生 物沉 積 物 三 者 統(tǒng) 稱 為 污 垢 (fouling)。 天 然 水 中 溶 解 有 各 種 鹽 類 ， 如 重 碳 酸 鹽 、 硫 酸 鹽 、 氯化 物 、 硅 酸 鹽 等 。 其 中 以 溶 解 的 重 碳 酸 鹽 如Ca(HC03)2、 Mg(HC03)2為 最 多 ， 也 最 不 穩(wěn) 定 ， 容 易分 解 生 成 碳 酸 鹽 。 因 此 ， 如 果 使 用 含 重 碳 酸 鹽 較 多 的水 作 為 冷 卻 水 ， 當(dāng) 它 通 過 換 熱 器 傳 熱 表 面 時(shí) ， 會(huì) 受 熱分 解

48、。 冷 卻 水 通 過 冷 卻 塔 相 當(dāng) 于 一 個(gè) 曝 氣 過 程 ， 溶 解 在 水 中的 CO2， 會(huì) 逸 出 ， 因 此 ， 水 的 pH值 會(huì) 升 高 。 此 時(shí) ， 重碳 酸 鹽 在 堿 性 條 件 下 也 會(huì) 發(fā) 生 如 下 的 反 應(yīng) ： 如 水 中 溶 有 適 量 的 磷 酸 鹽 時(shí) ， 磷 酸 根 將 與 鈣 離 子 生 成磷 酸 鈣 ， 其 反 應(yīng) 為 ： 碳 酸 鈣 和 磷 酸 鈣 均 屬 微 溶 性 鹽 ， 它 們 的 溶 解 度 比 氯 化 鈣 和 重 碳酸 鈣 要 小 得 多 。 碳 酸 鈣 和 磷 酸 鈣 的 溶 解 度 與 一 般 的 鹽 類 不 同 ，它

49、們 不 是 隨 著 溫 度 的 升 高 而 升 高 ， 而 是 隨 著 溫 度 的 升 高 而 降 低 。因 此 ， 在 換 熱 器 的 傳 熱 表 面 上 ， 這 些 微 溶 性 鹽 很 容 易 達(dá) 到 過 飽和 狀 態(tài) 而 從 水 中 結(jié) 晶 析 出 。 當(dāng) 水 流 速 度 比 較 小 或 傳 熱 面 比 較 粗糙 時(shí) ， 這 些 結(jié) 晶 沉 積 物 就 容 易 沉 積 在 傳 熱 表 面 上 。 水 中 溶 解 的 硫 酸 鈣 、 硅 酸 鈣 、 硅 酸 鎂 等 ， 當(dāng) 其 陰 、 陽(yáng) 離 子 濃 度的 乘 積 超 過 其 本 身 溶 度 積 時(shí) ， 也 會(huì) 生 成 沉 淀 沉 積 在

50、傳 熱 表 面 上 。稱 為 水 垢 。 又 稱 為 無 機(jī) 垢 ； 結(jié) 晶 致 密 ， 比 較 堅(jiān) 硬 ， 又 稱 為 硬 垢 。它 們 通 常 牢 固 地 附 著 在 換 熱 表 面 上 ， 不 易 被 水 沖 洗 掉 。 大 多 數(shù) 情 況 下 ， 換 熱 器 傳 熱 表 面 上 形 成 的 水 垢是 以 碳 酸 鈣 為 主 的 。 這 是 因 為 硫 酸 鈣 的 溶 解 度遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 大 于 碳 酸 鈣 。 例 如 在 0 時(shí) ， 硫 酸 鈣 的 溶解 度 是 1800mg L， 比 碳 酸 鈣 約 大 90倍 ， 所 以碳 酸 鈣 比 硫 酸 鈣 更 易 析 出 。 同 時(shí) 天 然 水

51、中 溶 解的 磷 酸 鹽 較 少 ， 因 此 ， 除 非 向 水 中 投 加 過 量 的磷 酸 鹽 ， 否 則 磷 酸 鈣 水 垢 將 較 少 出 現(xiàn) 。 污 垢 一 般 是 由 顆 粒 細(xì) 小 的 泥 砂 、 塵 土 、 不 溶 性 鹽 類 的 泥 狀 物 、膠 狀 氫 氧 化 物 、 雜 物 碎 屑 、 腐 蝕 產(chǎn) 物 、 油 污 、 特 別 是 菌 藻 的 尸體 及 其 黏 性 分 泌 物 等 組 成 。 水 處 理 控 制 不 當(dāng) ， 補(bǔ) 充 水 濁 度 過 高 ，細(xì) 微 泥 砂 、 膠 狀 物 質(zhì) 等 帶 入 冷 卻 水 系 統(tǒng) ， 或 者 菌 藻 殺 滅 不 及 時(shí) ，或 腐 蝕

52、嚴(yán) 重 、 腐 蝕 產(chǎn) 物 多 以 及 操 作 不 慎 ， 油 污 、 工 藝 產(chǎn) 物 等 泄漏 入 冷 卻 水 中 ， 都 會(huì) 加 劇 污 垢 的 形 成 。 當(dāng) 這 樣 的 水 質(zhì) 流 經(jīng) 換 熱 器 表 面 時(shí) ， 容 易 形 成 污 垢 沉 積 物 ， 特 別是 當(dāng) 水 走 殼 程 ， 流 速 較 慢 的 部 位 污 垢 沉 積 更 多 。 由 于 這 種 污 垢體 積 較 大 、 質(zhì) 地 疏 松 稀 軟 ， 故 又 稱 為 軟 垢 。 它 們 是 引 起 垢 下 腐蝕 的 主 要 原 因 ， 也 是 某 些 細(xì) 菌 如 厭 氧 菌 生 存 和 繁 殖 的 溫 床 。 由 于 污 垢

53、的 質(zhì) 地 松 散 稀 軟 ， 所 以 它 們 在 傳 熱 表 面 上 粘附 不 緊 ， 容 易 清 洗 ， 有 時(shí) 只 需 用 水 沖 洗 即 可 除 去 。 但在 運(yùn) 行 中 ， 污 垢 和 水 垢 一 樣 ， 也 會(huì) 影 響 換 熱 器 的 傳 熱效 率 。 當(dāng) 防 腐 措 施 不 當(dāng) 時(shí) ， 換 熱 器 的 換 熱 管 表 面 經(jīng) 常 會(huì) 有 銹瘤 附 著 。 其 外 殼 堅(jiān) 硬 ， 但 內(nèi) 部 疏 松 多 孔 ， 而 且 分 布 不均 。 它 們 常 與 水 垢 、 微 生 物 粘 泥 等 一 起 沉 積 在 換 熱 器的 傳 熱 表 面 。 這 類 銹 瘤 狀 腐 蝕 產(chǎn) 物 形

54、成 的 沉 積 物 ， 除了 影 響 傳 熱 外 ， 更 嚴(yán) 重 的 是 將 助 長(zhǎng) 某 些 細(xì) 菌 如 鐵 細(xì) 菌的 繁 殖 ， 最 終 導(dǎo) 致 管 壁 腐 蝕 穿 孔 而 泄 漏 。 (一 )碳 酸 鈣 垢 析 出 的 判 斷 1 飽 和 指 數(shù) (L S I ) 碳 酸 鹽 溶 解 在 水 中 達(dá) 到 飽 和 狀 態(tài) 時(shí) ， 存 在 著 下 列 動(dòng) 平 衡 關(guān) 系1936年 朗 格 利 爾 (Langelier)根 據(jù) 上 述 平 衡 關(guān) 系 ， 提 出 了 飽 和pH和 飽 和 指 數(shù) 的 概 念 ， 以 判 斷 碳 酸 鈣 在 水 中 是 否 會(huì) 析 出 水 垢 ，并 據(jù) 此 提 出

55、 用 加 酸 或 用 加 堿 預(yù) 處 理 的 辦 法 來 控 制 水 垢 的 析 出 。如 果 碳 酸 鈣 在 水 中 呈 飽 和 狀 態(tài) ， 則 處 于 平 衡 狀 態(tài) ， 重 碳 酸 鈣 既不 分 解 成 碳 酸 鈣 ， 碳 酸 鈣 也 不 會(huì) 繼 續(xù) 溶 解 。 此 時(shí) 水 的 pH值 稱 為該 水 的 飽 和 pH值 ， 以 pHs表 示 之 。 朗 格 利 爾 推 導(dǎo) 出 了 計(jì) 算 pHs的 公 式 ， 并 以 水 的 實(shí) 際 pH與 其 pHs的 差 值 來 判 斷 水 垢 的 析 出 。 早 期 水 處 理 工 作 者 曾 有 意 讓 冷 卻 水在 換 熱 器 傳 熱 表 面

56、上 結(jié) 一 層 薄 薄 的致 密 的 碳 酸 鈣 水 垢 ， 這 樣 既 不 影 響傳 熱 效 率 ， 又 可 防 止 水 對(duì) 碳 鋼 的 腐蝕 。 因 此 ， 朗 格 利 爾 提 出 ：L S I 0時(shí) ， 碳 酸 鈣 垢 會(huì) 析 出 ，這 種 水 屬 結(jié) 垢 型 水 ； 當(dāng)L S I 0時(shí) ， 則 原 來 附 在 傳 熱面 上 的 碳 酸 鈣 垢 層 會(huì) 被 溶 解 掉 ， 使碳 鋼 表 面 裸 露 在 水 中 而 受 到 腐 蝕 ，這 種 水 稱 作 腐 蝕 型 水 A 總 溶 解 固 體 系 數(shù) ； B 溫 度 系 數(shù) ； C 鈣 硬 度 系 數(shù) ； D M 堿 度 系 數(shù) 。 R.S

57、.I 2pHspH 6 腐 蝕 R.S.I 2pHspH 6 穩(wěn) 定 R.S.I 2PHspH 6 結(jié) 垢 3.結(jié) 垢 指 數(shù) （ P.S.I.） P.S.I 2pHspHeq 6 腐 蝕 P.S.I 2pHspHeq 6 穩(wěn) 定 P.S.I 2PHspHeq6 結(jié) 垢 帕 科 拉 茲 認(rèn) 為 P.S.I.比 L.S.I和 R.S.I 在 判 斷 水 質(zhì) 性 能上 更 接 近 實(shí) 際 。 L S I 只 從 熱 力 學(xué) 平 衡 角 度 出 發(fā) ， 在 工 程 應(yīng) 用 中 有 局 限 性 ，特 別 是 在 冷 卻 水 中 投 入 各 種 化 學(xué) 處 理 劑 后 根 本 失 去 預(yù) 測(cè) 作 用 。

58、同 樣 R S I 雖 然 是 在 工 程 應(yīng) 用 中 總 結(jié) 出 來 的 經(jīng) 驗(yàn) 式 ， 比L S I 接 近 實(shí) 際 ， 但 同 樣 對(duì) 用 化 學(xué) 藥 劑 處 理 過 的 冷 卻 水 失去 了 預(yù) 測(cè) 作 用 。 而 P S I 也 是 局 限 于 平 衡 觀 點(diǎn) ， 只 是 將R S I 中 水 的 實(shí) 際 pH用 水 的 總 堿 度 加 以 校 正 ， 因 此 也 存 在的 問 題 ， 但 對(duì) 未 加 水 質(zhì) 穩(wěn) 定 劑 的 原 水 作 水 質(zhì) 性 能 的 初 步 判 斷 仍是 可 取 的 。 臨 界 PH結(jié) 垢 指 數(shù) 完 全 是 用 實(shí) 驗(yàn) 測(cè) 定 值 代 替 熱 JJ學(xué) 平 衡

59、 推 導(dǎo) 式來 預(yù) 測(cè) 水 中 的 碳 酸 鈣 是 否 會(huì) 沉 淀 出 來 ， 其 實(shí) 用 意 義 好 ， 國(guó) 內(nèi) 外 均 有 人 以 此 方 法 研 制 成 測(cè) 垢 儀 投 入 實(shí) 際 應(yīng) 用 。 在 許 多 水 質(zhì) 處 理 方 案 中 ， 常 在 循 環(huán) 冷 卻 水 中 投 加 聚 磷酸 鹽 作 為 緩 蝕 劑 或 阻 垢 劑 ， 而 聚 磷 骸 鹽 在 水 中 會(huì) 水 解成 為 正 磷 酸 鹽 ， 使 水 中 有 磷 酸 根 離 子 存 在 。 磷 酸 根 與鈣 離 子 結(jié) 合 會(huì) 生 成 溶 解 度 很 小 的 磷 酸 鈣 沉 淀 ， 如 附 著在 傳 熱 表 面 上 ， 就 形 成

60、磷 酸 鈣 水 垢 。 因 此 ， 在 投 加 有聚 磷 酸 鹽 藥 劑 的 循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 中 ， 必 須 要 注 意 磷 酸鈣 水 垢 生 成 的 可 能 性 。 預(yù) 測(cè) 磷 酸 鈣 水 垢 析 出 與 否 ， 提 出 磷 酸 鈣 飽 和 pH值 。其 原 理 是 根 據(jù) 磷 酸 三 鈣 在 水 中 存 在 著 下 列 平 衡 關(guān) 系 ： Q=KF tm。 (4-14)式 中 Q單 位 時(shí) 間 內(nèi) 傳 遞 的 熱 量 ， J s； F換 熱 器 的 傳 熱 面 積 ， 如 傳 熱 管 內(nèi) 徑 (水 側(cè) )為 di米 ，傳 熱 管 有 效 傳 熱 長(zhǎng) 度 為 L米 ， 共 有 n

61、根 ， 則 F= tm冷 卻 水 和 熱 流 體 溫 度 差 的 平 均 值 ， 即 K比 例 系 數(shù) ， w (m2K)。 在 循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 中 ， 冷 卻 水 中 各 種 沉 積 物 在 換 熱 器水 側(cè) 傳 熱 表 面 上 沉 積 ， 同 時(shí) 熱 流 體 中 也 可 能 有 沉 積 物在 熱 流 體 一 側(cè) 管 壁 上 沉 積 。 這 些 沉 積 物 都 會(huì) 影 響 傳 熱效 果 ， 即 增 加 傳 熱 阻 力 。 由 沉 積 物 引 起 的 熱 阻 通 常 稱為 污 垢 熱 阻 。 若 冷 卻 水 側(cè) 的 污 垢 熱 阻 以 rF表 示 ， 熱 流體 側(cè) 的 污 垢 熱

62、阻 以 r表 示 ， 則 此 時(shí) 的 傳 熱 總 熱 阻 1 K 可 表 示 為 如 在 試 驗(yàn) 中 用 飽 和 水 蒸氣 代 替 熱 流 體 ， 可 使 熱流 體 側(cè) 管 壁 上 不 生 成 污垢 ， 保 證 r=0， 同 時(shí) 還 可使 T1=T2=T0 ， 并 只 用一 根 傳 熱 管 做 試 驗(yàn) ， 則 n=1 。 將 這 些 條 件 代 人上 式 ， 并 整 理 后 可 得 一 、 水 垢 的 控 制(一 )從 冷 卻 水 中 除 去 成 垢 的 鈣 離 子(二 )污 垢 1 ATMP化 學(xué) 名 稱 為 氨 基 三 亞 甲 基膦 酸 ， ATMP系 其 英 文名 稱Aminotrime

63、thylenephosphonic acid的 縮 寫 。其 分 子 結(jié) 構(gòu) 式 為 化 學(xué) 名 稱 為 乙 二 胺 四亞 甲 基 膦 酸 ， EDTMP則是 其 英 文 名 稱Ethylenediaminetetramethylene phosphonic acid的 縮 寫 。 其 分 子 結(jié) 構(gòu)式 為 EDTMP是 由 乙 二 胺 、 甲 醛 和 三 氯 化 磷 一 步 合 成 的 。 它 能 與 多價(jià) 離 子 Ca2+、 Mg2+、 Fe2+、 Zn2+、 Al3+、 Fe3+等 形 成 穩(wěn) 定的 絡(luò) 合 物 ， 這 些 大 分 子 絡(luò) 合 物 是 疏 松 的 ， 可 以 分 散 在

64、水 中 或 混入 鈣 垢 中 ， 使 硬 垢 變 松 軟 。 EDTMP對(duì) 抑 制 碳 酸 鈣 、 水 合 氧 化 鐵 和 硫 酸 鈣 等 水 垢 都 有 效 ，而 對(duì) 穩(wěn) 定 硫 酸 鈣 的 過 飽 和 溶 液 最 為 有 效 ， 并 且 在 200 高 溫 下也 不 分 解 ， 因 此 更 適 用 于 低 壓 鍋 爐 作 爐 內(nèi) 處 理 。 國(guó) 外 還 曾 用EDTMP純 品 作 注 射 用 藥 ， 作 牙 膏 的 添 加 劑 ， 以 阻 止 磷 酸 鈣 垢在 牙 齒 上 的 沉 淀 。 HEDP是 同 碳 二 膦 酸 型 中的 一 種 有 機(jī) 膦 酸 。 它 的 分子 結(jié) 構(gòu) 中 不 含

65、 N， 其 化 學(xué)名 稱 為 羥 基 亞 乙 基 二 膦 酸 。HEDP是 其 英 文 名 稱 1-Hydroxyethylidene一 1，1一 diphosphonic acid的縮 寫 。 其 分 子 結(jié) 構(gòu) 式 為 HEDP是 用 醋 酸 和 三 氯 化 磷 一 步 合 成 的 。 由 于 分 子 結(jié)構(gòu) 中 只 有 CP鍵 而 無 CN鍵 ， 因 此 其 抗 氧 化 性 比 上述 兩 種 有 機(jī) 膦 酸 好 。 HEDP也 能 與 金 屬 離 子 形 成 六 元環(huán) 螯 合 物 ， 并 且 有 臨 界 值 效 應(yīng) 和 協(xié) 同 效 應(yīng) ， 因 此 它 對(duì)抑 制 碳 酸 鈣 、 水 合 氧

66、化 鐵 等 的 析 出 或 沉 積 有 很 好 的 效果 ， 但 對(duì) 抑 制 硫 酸 鈣 垢 的 效 果 較 差 。 純 的 HEDP是 無毒 的 ， 國(guó) 外 還 曾 用 它 作 為 酒 的 穩(wěn) 定 劑 。 此 外 ， 純 品 還用 于 無 氰 電 鍍 。 DTPMP是 國(guó) 外 20世 紀(jì) 80年 代 開 發(fā) 的 一 種 有 機(jī) 膦 酸 。 其 化學(xué) 名 稱 為 二 亞 乙 基 三 胺 五 亞 甲 基 膦 酸 。 DTPMP是 其 英 文 名 稱diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid的 縮 寫 。其 分 子 結(jié) 構(gòu) 式 為 。 它 的 特 點(diǎn) 是 與 Mn2+復(fù) 合 對(duì) 碳 鋼 和 銅 合 金 均 有 很 好 的 緩 蝕 能 力 。由 于 Mn2+不 在 環(huán) 境 法 規(guī) 限 制 范 圍 之 內(nèi) ， 因 此 ， 這 種 藥 劑 的 配方 在 國(guó) 際 上 已 引 起 較 大 的 興 趣 。 DTPMP與 上 述 有 機(jī) 膦 酸 一 樣 ，也 可 以 和 多 個(gè) 金 屬 離 子 螫 合 ， 形 成 兩 個(gè) 或 多 個(gè) 立 體 大 分 子