水處理技術(shù)基礎(chǔ)

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1、水 處 理 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 發(fā) 生 的 問(wèn) 題冷 卻 水 系 統(tǒng) 發(fā) 生 的 問(wèn) 題 一 般 有 以 下 3種 腐 蝕 問(wèn) 題 結(jié) 垢 問(wèn) 題 粘 泥 問(wèn) 題 (粘 泥 附 著 污 泥 堆 積 )以 上 問(wèn) 題 有 時(shí) 會(huì) 單 獨(dú) 發(fā) 生 ， 但 在 多 數(shù) 情 況 下 會(huì) 幾 種 問(wèn) 題 同 時(shí)發(fā) 生 ， 導(dǎo) 致 設(shè) 備 的 熱 交 換 能 力 降 低 等 具 體 問(wèn) 題 。 問(wèn) 題 發(fā) 生 的 難 易 程 度一 過(guò) 式 密 閉 循 環(huán) 式 開 放 循 環(huán) 式腐 蝕水 垢粘 泥 此 符 合 表 示 由 難 到 易 。由 上 表 可 以 看 出 在 水 循 環(huán) 利 用 和

2、由 于 蒸 發(fā) 而 導(dǎo)致 水 濃 縮 的 開 放 循 環(huán) 水 系 統(tǒng) 最 容 易 出 現(xiàn) 問(wèn) 題 。 由 腐 蝕 及 水 垢 產(chǎn) 生 的 問(wèn) 題 熱 交 換 率 的 降 低熱 交 換 器 的 泄 漏材 質(zhì) 強(qiáng) 度 的 降 低熱 交 換 器 的 堵 塞流 量 降 低 ， 泵 壓 上 升促 進(jìn) 腐 蝕 處 理 藥 劑 吸 著 浪 費(fèi)腐 蝕水 垢 由 粘 泥 產(chǎn) 生 的 問(wèn) 題 熱 交 換 率 的 降 低熱 交 換 器 的 堵 塞泵 壓 上 升 ， 流 量 降 低促 進(jìn) 腐 蝕冷 卻 塔 效 率 降 低填 充 材 變 形 脫 落處 理 藥 劑 吸 著 浪 費(fèi) 外 觀 臟 （ 視 覺 公 害 ）污 泥

3、 堆 積粘 泥 附 著污 泥 堆 積 碳 鋼 的 腐 蝕 冷 卻 水 系 統(tǒng) 中 碳 鋼 的 腐 蝕 有 種 種 原 因 ， 主 要 是 由 在 碳 鋼 的 表 面 形成 的 局 部 電 池 ， 陽(yáng) 極 析 出 的 鐵 離 子 與 在 陰 極 得 到 的 電 子 發(fā) 生 氧 化還 原 反 應(yīng) 而 形 成 的 電 化 學(xué) 反 應(yīng) 。 （ 陰 極 ） Fe Fe2+ +2e- （ 陽(yáng) 極 ） 1/2O2 + H2O + 2e- 2OH- 上 述 反 應(yīng) 繼 續(xù) 進(jìn) 行 下 式 反 應(yīng) 將 產(chǎn) 生 腐 蝕 生 成 物 。 Fe 2+ +OH- Fe（ OH） 2 2Fe（ OH） 2 + 1/2O2

4、 + H2O 3Fe（ OH） 碳 鋼 的 腐 蝕局 部 電 池 的 形 成 原 因 金 屬 組 成 的 不 均 一 性 。 表 面 狀 態(tài) 的 不 均 一 性 。 溶 存 氧 濃 度 的 不 均 一 性 。 溫 度 的 不 均 一 性 。 特 別 是 由 微 生 物 和 砂 土 等 形 成 的 污 垢 及 腐 蝕 生 成 物 若 附 著 在 金 屬表 面 或 沉 積 的 話 ， 在 污 垢 物 的 下 部 溶 存 氧 難 以 擴(kuò) 散 形 成 陽(yáng) 極 ， 與溶 存 氧 接 觸 較 好 的 周 邊 部 分 形 成 陰 極 ， 從 而 促 進(jìn) 了 腐 蝕 的 加 劇 ，在 污 垢 物 下 產(chǎn) 生

5、點(diǎn) 腐 蝕 。 銅 和 銅 合 金 的 腐 蝕 銅 和 碳 鋼 同 樣 地 會(huì) 發(fā) 生 電 化 學(xué) 腐 蝕 反 應(yīng) ， 在 陽(yáng) 極 析 出 銅 。 Cu Cu2+ + 2e- 析 出 的 Cu2+ 與 在 陰 極 生 成 的 OH- 發(fā) 生 反 應(yīng) ， 生 成 的 Cu(OH)2沉 淀 在銅 的 表 面 。 Cu2+ + 2OH- Cu(OH)2 在 此 生 成 的 Cu(OH) 2在 銅 的 表 面 被 還 原 ， 最 終 形 成 了 腐 蝕 生 成 物Cu2O。 在 銅 的 表 面 形 成 的 Cu2O在 淡 水 中 較 穩(wěn) 定 ， 可 抑 制 腐 蝕 反 應(yīng) ， 所以 在 淡 水 中 銅

6、 的 平 均 腐 蝕 速 率 較 低 ， 通 常 為 1mdd左 右 。 但 是 在 系 統(tǒng) 的 其 他 地 方 形 成 的 腐 蝕 生 成 物 及 懸 浮 物 等 的 污 垢 一旦 堆 積 在 銅 的 表 面 ， 在 其 下 面 就 會(huì) 發(fā) 生 與 碳 鋼 相 同 的 點(diǎn) 腐 蝕 。 采 用 防 腐 劑 防 止 腐 蝕 鐵 和 銅 由 于 發(fā) 生 電 化 學(xué) 反 應(yīng) 而 導(dǎo) 致 金 屬 從陽(yáng) 極 以 離 子 的 形 態(tài) 析 出 ， 所 以 所 謂 的 防 腐就 是 抑 制 腐 蝕 反 應(yīng) 。 防 腐 劑 是 通 過(guò) 在 金 屬 表 面 形 成 防 腐 皮 膜 ，使 金 屬 的 溶 解 反 應(yīng)

7、 速 度 和 腐 蝕 因 子 向 溶 存氧 的 金 屬 表 面 的 擴(kuò) 散 速 度 大 幅 度 地 降 低 來(lái)抑 制 金 屬 的 腐 蝕 。 推 薦 藥 劑 ： KURITA S-系 列 連 續(xù) 皮 膜 的 防 腐 在 冷 卻 水 系 統(tǒng) 管 道 、 熱 交 換 器 的 銅 材 和 鋼 材 的 表 面 形成 疏 水 性 皮 膜 ， 防 止 金 屬 表 面 與 水 的 接 觸 而 達(dá) 到 防 腐蝕 的 目 的 。 冷 卻 水 疏 水 基 金 屬 根 據(jù) 防 腐 皮 膜 種 類 將 防 腐 劑 分 類 防 腐 皮 膜 的 種 類 代 表 性 的 防 腐 劑 氧 化 皮 膜 型 鉻 酸 鹽 類鉬 酸

8、 鹽 類（ 亞 硝 酸 鹽 類 ） *沉 淀 皮 膜 型 水 中 離 子 型 聚 合 磷 酸 鹽 類 膦 酸 鹽 類 鋅 鹽 類 金 屬 鹽 型 三 唑 類疏 基 苯 丙 噻 唑 （ 銅 、 銅 合 金 ） 吸 附 皮 膜 型 胺 類界 面 活 性 劑*注 ： 開 放 循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 不 能 使 用 防 腐 劑 應(yīng) 用 目 前 在 開 放 循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 被 廣 泛 推 廣 的 是 沉 淀 皮 膜型 防 腐 劑 。 防 腐 劑 自 身 可 以 溶 于 水 ， 與 共 存 于 水 中 的 其 他 離 子 結(jié)合 ， 就 會(huì) 在 金 屬 表 面 形 成 難 溶 性 或 不 溶

9、 性 的 皮 膜 ， 從而 抑 制 腐 蝕 反 應(yīng) 。 通 常 在 初 期 處 理 時(shí) 投 入 高 濃 度 的 防 腐 劑 （ 預(yù) 膜 處 理 ） ，使 其 形 成 防 腐 皮 膜 ， 以 后 為 了 修 補(bǔ) 皮 膜 而 低 濃 度 地 投加 防 腐 劑 維 持 （ 保 持 濃 度 ） 。 無(wú) 論 多 么 好 的 防 腐 劑 ， 若 脫 離 了 它 的 適 用 范 圍 就 會(huì) 出現(xiàn) 問(wèn) 題 。 另 外 ， 若 金 屬 表 面 較 臟 ， 會(huì) 影 響 效 果 的 充 分發(fā) 揮 。 因 此 ， 有 必 要 采 用 防 止 粘 泥 處 理 或 通 過(guò) 排 水 的方 式 將 循 環(huán) 水 中 的 污 泥

10、 排 到 系 統(tǒng) 外 。 水 垢 問(wèn) 題 在 開 放 循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng) ， 從 補(bǔ) 給 水 帶 入 的 鈣 或 二 氧 化硅 附 著 在 熱 交 換 器 上 就 會(huì) 產(chǎn) 生 降 低 傳 熱 效 果 的 問(wèn) 題 。 通 常 在 冷 卻 水 系 統(tǒng) 出 現(xiàn) 問(wèn) 題 的 水 垢 成 分 隨 著 和 溫度 的 上 升 ， 導(dǎo) 致 溶 解 度 降 低 ， 與 非 傳 熱 面 相 比 ， 傳 熱面 的 金 屬 表 面 溫 度 較 高 ， 水 垢 易 析 出 ， 易 附 著 。 水 垢 的 傳 熱 效 率 比 熱 交 換 器 材 質(zhì) 的 熱 傳 導(dǎo) 率 要 小 得 多 ，水 垢 的 附 著 使 熱

11、 交 換 器 的 熱 效 率 明 顯 下 降 。 碳 酸 鈣 垢 在 冷 卻 水 系 統(tǒng) 中 最 常 見 的 水 垢 是 碳 酸 鈣 。 補(bǔ) 給 水 中 的 鈣 離 子 和 碳 酸 氫 根 離 子 由 于 冷 卻 水 的 循 環(huán) 使 用而 濃 縮 ， 溶 存 碳 酸 氣 體 的 濃 度 也 隨 著 碳 酸 氫 根 離 子 的 上 升而 增 高 ， 與 空 氣 接 觸 ， 碳 酸 氣 就 會(huì) 從 循 環(huán) 水 中 擴(kuò) 散 到 大 氣中 。 此 時(shí) 由 于 氫 氧 根 離 子 殘 留 在 循 環(huán) 水 中 使 PH增 高 ， 碳 酸氫 根 離 子 轉(zhuǎn) 變 為 碳 酸 根 離 子 。 象 這 樣 由 于

12、 冷 卻 水 被 循 環(huán) 使用 ， 水 中 的 鈣 離 子 和 碳 酸 根 離 子 升 高 ， PH也 升 高 ， 最 終導(dǎo) 致 碳 酸 鈣 的 析 出 。 磷 酸 鈣 和 磷 酸 鋅 為 抑 制 碳 鋼 的 腐 蝕 ， 經(jīng) 常 用 磷 化 合 物 和 鋅 鹽 類 的 防 腐 劑 ，這 些 物 質(zhì) 一 旦 附 著 在 防 腐 皮 膜 上 就 會(huì) 形 成 水 垢 ， 從 而 導(dǎo) 致熱 交 換 器 效 率 降 低 。 因 此 ， 進(jìn) 行 防 腐 蝕 處 理 的 同 時(shí) 也 必 須考 慮 阻 垢 。 水 垢 防 止 對(duì) 策 在 水 中 的 水 垢 成 分 是 硬 度 成 分 （ 鈣 、 鎂 ） 、

13、二 氧 化 硅 。 因 此 ， 水 垢 的防 止 方 法 大 致 可 分 為 以 下 3種 。 將 硬 度 成 分 和 二 氧 化 硅 的 濃 度 保 持 在 基 準(zhǔn) 值 以 下 排 水 管 理 采 用 阻 垢 劑 抑 制 水 垢 阻 垢 劑 加 酸 降 低 循 環(huán) 水 中 的 PH 控 制 PH 目 前 較 多 使 用 的 方 法 是 上 兩 種 。 阻 垢 劑 很 少 單 獨(dú) 使 用 ， 通 常 與 防 腐 劑配 合 ， 發(fā) 揮 防 腐 、 阻 垢 效 果 。 粘 泥 問(wèn) 題 及 對(duì) 策 粘 泥 和 污 泥 問(wèn) 題 是 細(xì) 菌 、 霉 、 藻 類 等 利 用 水 中 溶 存 的 營(yíng) 養(yǎng)源

14、加 快 繁 殖 ， 以 這 些 微 生 物 為 主 體 ， 混 入 一 些 砂 土 等 無(wú) 機(jī)物 或 灰 塵 ， 導(dǎo) 致 軟 泥 狀 的 污 濁 物 的 附 著 和 堆 積 。 粘 泥 和 污 泥 的 附 著 和 堆 積 不 僅 使 換 熱 效 率 降 低 和 水 質(zhì) 惡 化 ，還 能 引 起 設(shè) 備 、 管 線 的 局 部 腐 蝕 發(fā) 生 。 粘 泥 和 污 泥 問(wèn) 題 主 要 是 由 腐 蝕 和 結(jié) 垢 混 合 在 一 起 而 發(fā) 生 。從 混 合 在 一 起 的 污 物 中 判 斷 出 什 么 是 導(dǎo) 致 問(wèn) 題 的 主 要 原 因非 常 重 要 。 粘 泥 防 止 對(duì) 策防 止 粘 泥

15、 采 用 殺 菌 劑 和 粘 泥 控 制 劑 并 用 是 最 有 效 的 。 殺 菌 劑 （ NaClO） 一 般 殺 菌 處 理 使 用 氯 系 的 藥 品 。 以 往 殺 菌 處 理 的 基 本 方 法 是 1次 /日 連 續(xù) 23個(gè) 小 時(shí) 向 循 環(huán) 水 系 統(tǒng) 內(nèi) 殘 留 氯 為 0.51.0mgCl2的 氯 系 藥品 。 但 近 年 考 慮 到 同 時(shí) 防 止 粘 泥 和 點(diǎn) 腐 蝕 ， 一 般 采 用 1.0mgCl2以 下連 續(xù) 處 理 。 粘 泥 控 制 劑 （ KURITA F-5100） 除 了 殺 菌 作 用 外 ， 還 可 以 抑 制 細(xì) 菌 的 繁 殖 。 高 濃

16、度 添 加 還 可 以起 到 粘 泥 剝 離 的 作 用 。 與 連 續(xù) 投 加 相 比 ， 間 歇 式 投 加 （ 如 12次 /月 ） 從 效 果 和 成 本 方面 看 到 比 較 好 。 此 藥 劑 與 氯 劑 不 同 ， 它 有 可 以 長(zhǎng) 時(shí) 間 持 續(xù) 藥 劑 效果 的 特 長(zhǎng) 。 在 小 型 冷 卻 水 系 統(tǒng) ， 一 般 使 用 可 同 時(shí) 處 理 腐 蝕 、 結(jié) 垢 和 粘 泥 的 復(fù)合 性 藥 劑 。 強(qiáng) 制 排 水 量 B補(bǔ) 給 水 量(m3/h) （ m3/h） 蒸 發(fā) 損 失 量 E(m3 /h)濃 縮 倍 數(shù) N循 環(huán) 水 量 R(m3/h) 飛 散 損 失 量 W

17、(m3 /h) 水 平 衡 的 計(jì) 算 方 法 水 平 衡 的 確 認(rèn) 對(duì) 于 濃 縮 倍 數(shù) 和 藥 劑 成 本 的 計(jì) 算 是 必 要 的 。 R : 循 環(huán) 水 量 （ m3/h） T : 冷 卻 塔 出 入 口 溫 度 差 （ ） W : 飛 散 損 失 量 （ m3/h） E :蒸 發(fā) 損 失 量 （ m3/h） B :強(qiáng) 制 排 水 量 （ m3/h） N : 濃 縮 倍 數(shù) （ 倍 ） M:補(bǔ) 給 水 量 （ m 3/h） E = R t/(5.8 100) N = 1+E/(B+W)=冷 卻 水 電 導(dǎo) 率 /自 來(lái) 水 電 導(dǎo) 率 B = E/(N 1) 全 排 水 量 TB

18、=B+W=E/( ) M = E+B+W計(jì) 算 藥 劑 使 用 量 除 此 以 外 還 需 要 保 有 水 量 （ m3） 、 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) 間 等 數(shù) 據(jù) 。 開 放 循 環(huán) 冷 卻 水 系 統(tǒng) 濃 縮 倍 數(shù) 與 補(bǔ) 給 水量 、 排 污 水 量 的 關(guān) 系蒸 發(fā) 水 量 ： 2%飛 散 損 失 量 ： 0.2% 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 循 環(huán) 水 的 濃 縮 倍 數(shù) 水 量 （ 相 對(duì) 循 環(huán) 水 量 %） 蒸 發(fā) 水 量 ： 2%飛 散 損 失 量 ： 0.2%補(bǔ) 給 水 量 強(qiáng) 制 排 污 量 水 質(zhì) 項(xiàng) 目 特 點(diǎn)PH PH值

19、低 有 腐 蝕 傾 向 、 PH值 高 有 結(jié) 垢 傾 向 。在 冷 卻 水 系 統(tǒng) PH值 一 般 控 制 在 7.0 9.0內(nèi) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 。M堿 度 冷 卻 水 中 HCO3-和 CO3 2-的 合 計(jì) 濃 度 。 有 防 腐 蝕 的 效 能 ，但 濃 度 高 的 話 ， 鈣 垢 容 易 附 著 。Ca硬 度 有 防 腐 的 效 能 ， 但 濃 度 高 的 話 ， 鈣 垢 容 易 附 著 。電 導(dǎo) 率 溶 解 于 水 的 鹽 類 濃 度 越 高 電 導(dǎo) 率 越 高 。 主 要 對(duì) 腐 蝕 有 很 大的 影 響 。 較 多 的 時(shí) 候 用 于 濃 縮 倍 數(shù) 的 計(jì) 算 。Cl -、 SO2-

20、 腐 蝕 性 因 子 ， 根 據(jù) 使 用 的 防 腐 劑 的 種 類 有 其 濃 度 的 上 限 。全 鐵 若 系 統(tǒng) 內(nèi) 有 腐 蝕 ， 其 有 增 高 的 傾 向 ， 但 不 能 僅 以 全 鐵 的 濃度 來(lái) 判 斷 腐 蝕 性 ， 其 僅 供 參 考 。全 磷 酸 主 要 是 防 腐 劑 成 分 。 一 般 用 于 藥 劑 濃 度 的 計(jì) 算 。 、 自 動(dòng) 管 理 的 方 法 由 藥 劑 濃 度 分 析 儀 實(shí) 現(xiàn) 防 腐 蝕 劑 的 自 動(dòng) 注 入 。 由 PH計(jì) 實(shí) 現(xiàn) 硫 酸 的 自 動(dòng) 注 入 。 由 殘 留 氯 計(jì) 實(shí) 現(xiàn) 次 氯 酸 鈉 的 自 動(dòng) 注 入 。 由 電 導(dǎo)

21、率 計(jì) 實(shí) 現(xiàn) 排 污 調(diào) 整 的 自 動(dòng) 化 。 、 監(jiān) 測(cè) 通 過(guò) 檢 測(cè) 點(diǎn) 腐 蝕 ， 實(shí) 現(xiàn) 監(jiān) 測(cè) 水 處 理 狀 況 。 通 過(guò) 遠(yuǎn) 程 控 制 系 統(tǒng) ， 實(shí) 現(xiàn) 24小 時(shí) 及 時(shí) 監(jiān) 視 冷 卻 水 監(jiān) 測(cè) 狀 況 。 通 過(guò) 設(shè) 置 連 續(xù) 測(cè) 定 器 、 冷 卻 水 監(jiān) 測(cè) 裝 置 、 冷 卻 水 處 理 自 動(dòng) 化 、 進(jìn) 行 及 時(shí) 監(jiān) 測(cè) 。管 理 裝 置 和 監(jiān) 測(cè) 系 統(tǒng) 自 動(dòng) 排 污 控 制監(jiān) 測(cè) 全 磷 酸 計(jì) 、殘 留 氯 計(jì) 、 pH計(jì) 、電 導(dǎo) 率 計(jì) 、防 腐 劑 泵 、氯 劑 泵 、硫 酸 泵 的 運(yùn) 轉(zhuǎn) 狀 況 。 全 磷 酸 計(jì) 殘 留 氯

22、 計(jì) pH計(jì) 電 導(dǎo) 率 計(jì)防 腐 劑 泵 次 氯 酸 鈉 泵 硫 酸 泵冷 卻 水 數(shù) 據(jù)注 藥注 藥注 藥冷 卻 塔 收 集 水 質(zhì) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 數(shù) 據(jù) 冷 卻 水 自 動(dòng) 管 理 系 統(tǒng) 概 要 水 質(zhì) 報(bào) 告 中 常 見 的 名 詞 -以 聚 磷 酸 鹽 為 緩 蝕 劑 的 冷 卻 水 系 統(tǒng) 正 常 運(yùn) 行 時(shí) 的 控 制 項(xiàng) 目 PH值 -水 體 的 酸 堿 度 。 重 要 項(xiàng) 目 ， 必 須 加 以 嚴(yán) 格 控 制 。 有 助 于 聚 磷 酸 鹽 膜 的 生 成 和 維持 。 pH高 容 易 結(jié) 垢 ， pH低 對(duì) 膜 有 破 壞 作 用 。 Cl- -水 體 中 氯 離 子 的 濃 度 。 （ mg/L） 氯 離 子 高 ， 對(duì) 膜 有 破 壞 作 用 ， 對(duì) 不 銹 鋼 易 產(chǎn) 生 點(diǎn) 蝕 和 應(yīng) 力 腐蝕 ， 應(yīng) 根 據(jù) 系 統(tǒng) 情 況 及 原 水 的 氯 離 子 情 況 而 定 。 磷 酸 根 離 子 -反 映 聚 合 物 的 量 ， 說(shuō) 明 投 加 的 藥 劑 量 是 否 適 合 。 濃 縮 倍 數(shù) -反 映 循 環(huán) 水 相 對(duì) 補(bǔ) 水 的 濃 縮 程 度 。 N=循 環(huán) 水 中 的 鹽 類 濃 度 / 補(bǔ) 充 水 中 的 鹽 類 濃 度 循 環(huán) 水 電 導(dǎo) 率 /補(bǔ) 充 水 電 導(dǎo) 率