工业冷却水处理技术详解.doc

工业冷却水处理技术详解冷却系统通常是减少用水的好的侯选者。不论是优化使用昂贵的自来水，还是改用回用水作为水源，或者还是改变冷却系统的操作方式，其结果都将意味着节约大量的水资源。回过来讲，节约会导致用水和排污的账单减少，同时也减少了废水处理成本。使水的利用效率最大化，也会帮助一个公司在产能达到极限成为一个挑战的时候，找到未来的增长点。在今天快速发展的市场上，知道向哪个方向努力能够降低成本，是保持竞争能力的关键。人们习惯把降低成本的着眼点集中在分析产品生产线上面。然而一位好的环境工程师领导层如果赋予他必要的权力支持能够通过优化辅助操作来帮助降低成本，比如那些依赖于水的辅助操作。关注于节约用水是一个不错的生意。它有一个最起码的直接效益：消耗更少的水意味着水费支出更少，水处理费用更少，污水排放费用的更少。冷却塔是整个系统主要的水消耗场所。由于使用过程中水质变化，冷却塔水处理可以同时采用化学方法和物理方法。最常见的冷却水处理是用来控制腐蚀、沉积(结垢)和微生物滋生。在安装化学处理设备或者使用一种新的化学水处理药剂之前，请咨询联系当地的相关部门关于法规、报告制度和许可要求。腐蚀控制腐蚀是一个电化学过程，腐蚀就是金属从阳极电位向阴极电位的电子转移过程中发生的氧化。阴离子缓蚀剂减少阴极金属表面的可接触面积，阳离子缓蚀剂则是减少可接触的阳极表面面积。有时候同时需要这两种类型的缓蚀剂来抑制腐蚀。磷酸盐、锌盐、钼酸盐和聚合硅酸盐是低碳钢的缓蚀剂，而有机氮基复合物(偶氮化合物)则是铜质材料的缓蚀剂。或者是通过水中矿物质的特性，控制碳酸钙处于过饱和的平衡状态，让少量的碳酸钙晶体析出在设备和管道内表面，从而中断这个腐蚀的电化学过程，达到控制腐蚀的目的。结垢控制冷却循环水系统中通常会沉积几种不同的水垢，从而迫使要采取几种不同的控制方法：沉积抑制剂控制目的是增溶剂预防水垢析出，也是晶体修饰剂改变沉积物的自然状态而不会粘附在系统内表面。分散剂和表面活性剂是荷电分子，它们吸附悬浮固体颗粒，使它们相互排斥，使固体颗粒保持在较小的颗粒状态。酸、磷酸盐和水溶性聚合物是典型的无机垢抑制剂，冷却水中的钙硬度较高时结垢控制尤其关键。另外的方法就是将过饱和的沉积物从水中取出一部分，这样就防止了沉积物的析出而实现阻垢的目的。比如部分软化的方法或者电解除垢的方法。微生物控制氢氧根自由基(OH)、双氧水(H2O2)和次氯酸盐(漂白剂，OCl-)、以及氯气(Cl2)都是氧化剂，它们能够杀死微生物。这几种化合物中，次氯酸钠处置最容易，也最安全。一般用13% 次氯酸钠溶液来破坏微生物。双氧水是液体状态，皮肤接触后容易引起烧伤。臭氧、双氧水和氢氧根自由基也可以用来控制微生物滋生。所有这些物质都是强氧化剂。典型的微生物抑制化合物包括氯和溴化合物，或者臭氧，也包括几种有毒性的有机物，例如季铵盐、甲醛、有机硫化物、溴基有机物等等。注：四氨基化合物，与其说是杀菌剂，不如说是抑菌剂(比如，抑制微生物滋生，但是没有杀死微生物)。表面活性剂也帮助杀菌剂减少生物膜。也可以通过电解水本身产生上述氧化性杀菌物质，实现微生物控制。酸pH控制处理通过向冷却循环水中加入硫酸来调节pH值来控制冷却循环系统内部结垢。当使用硫酸时，确保采取必要的防护措施：使用硫酸之前，所有的工区内的相关人员必须经过培训如何使用，以及出现事故时如何处理。处置硫酸的工人必须佩戴眼睛和皮肤的防护设备，并训练如何防止硫酸接触到眼睛和皮肤。如果硫酸通过自动系统添加，需要经常检查添加设备以免过量添加导致整个系统严重损坏。过量加酸后，低碱度水比高碱度水造成腐蚀破坏更容易。采用EST冷却循环水处理技术之后，在特殊的水质条件下，也可以通过添加酸来进一步提高水的利用率，减少排污量。生物污染藻类和生物膜污染会增加热交换损失和腐蚀风险。生物膜污染的热阻值是与同样厚度的碳酸钙垢的5倍，也就是说生物膜污染带来的热量损失是无机水垢的5倍以上。生物膜也是造成垢下腐蚀的主要来源。EST技术通过产生氧化性的杀生物质或创造强碱和强酸性交替出现的环境，有效控制藻类等生物的滋生。旁流过滤当补充水的浊度比较高、空气中漂浮物如尘土或者油比较普遍、或者冷却水通路较小而容易堵塞的时候，旁流过滤系统非常有效。过滤系统滤除循环水中的颗粒物或者悬浮固体，从而使整个系统运行效率高，维护量小。然而，旁滤系统本身需要经常维护。增加浓缩倍率操作者能够在210倍浓缩倍率下运行，但是冷却水处理程序必须考虑到矿物质含量的增加，并作相应调整以免对冷却系统中的设备造成不利的影响。其中一个可能的变化就是利用前面讨论过的阻垢剂。其它的办法还有，例如补加水部分软化处理，或者也可以考虑加酸。当分析潜在的成本节约时，这些额外增加的化学药剂的费用应该考虑进来。一般情况下，为了防止化合物预沉淀，需要向冷却塔中添加更多的分散剂和磷酸盐补加水部分软化补加水补入冷却塔之前部分软化处理是增加冷却塔效率的有效前处理方法之一。部分软化降低水的硬度，碱度和二氧化硅。软化方法常见的是用石灰处理或者石灰/纯碱联合处理，把引起硬度和碱度的离子预先沉淀出来。沉淀物再用过滤大方法滤除。部分软化处理一般用于中至高硬度和碱度水处理(以CaCO3计150500ppm)。EST的功能相当于冷石灰软化，可以用旁流安装的方式，连续不断地软化冷却循环水水质组分对冷却系统的影响硬度(钙和镁浓度的表示方法)虽然钙和镁都能引起结垢，钙却有特别的麻烦，因为某些钙盐在水中存在溶解度倒转现象。镁一般没有这个问题。除非水中硅的含量同时也很高，这样会引起硅酸镁在热交换器上的结垢。与大多数盐溶液温度越高溶解度越高的特性不同，温度越高，碳酸钙溶解度反而下降。碱度(碱度表示中和酸的能力)重碳酸盐一般代表测定的碱度的主要成份，虽然在特定条件下，碳酸钙和氢氧化物碱度也可能大量存在。碱度是预测碳酸钙结垢倾向的重要指标之一。二氧硅能生成难于去除的水垢沉积物。如果硅含量(二氧化硅)超过150ppm，预处理或者旁滤是必要的手段。总悬浮物(TSS)(由不溶物质，如淤泥、砂子、粘土、植物等组成。)和溶解性固体不同，不是所有的悬浮物都是通过补加水进入冷却循环水系统中的。一些悬浮物可能由腐蚀、结垢副产物生成，或者在空气与水接触时产生。悬浮物粘附在生物膜上，造成垢下腐蚀。总悬浮物可以通过补加水预处理、旁流过滤或者加入分散剂(阻聚剂)来控制。氨是许多微生物的理想营养成份。它会促进热交换器和冷却塔填料上的生物膜形成和生长。它也对铜质合金有绝对的腐蚀作用(即使合金经过了化学药剂钝化处理)。有多个案例报道过，即使氨浓度在2.0ppm的极低水平，也造成了应力腐蚀而破裂。氨也会和氯离子一起生成氯胺，氯胺的杀菌效果是游离氯的1/10。氯胺极容易挥发，经过冷却塔时会从水中逸出，不会起到任何消毒作用。氨也会降低或抵消某些非氯化杀菌剂的效果，如戊二醛(氨存在的情况下，溴是比氯更有效的杀菌剂)。磷酸盐pH值控制在7.07.5而且有充足的分散剂条件下，磷酸盐浓度等于或小于4.0ppm时，可以不考虑它们的影响。因为在这个浓度范围内磷酸盐还可能对碳钢起到防腐的作用。磷酸盐是常见阳离子缓蚀剂(由于其含量会有所波动，为了防腐，回用水不应该作为唯一的冷却水补加水水源)。含量较高时(Ca2+大于100ppm和PO43+大于20ppm)，在热交换器上有析出磷酸钙垢的危险，尤其是在热负荷高而流速低的情况下。因此，严密监测排污水是很有必要的。磷酸盐同时也是生物膜的养分。氯离子对大多数金属都有腐蚀性，特别是碳钢。对于不锈钢，氯离子浓度的上限是700ppm，但是对于其它金属这个限制可以高达1000ppm。铁在磷酸根存在的情况下必须考虑铁离子问题，它们会结合生成我们不希望的污染物。它会使阻止磷酸钙结垢的聚合物失去活性。回用水的铁离子浓度较高，一般为0.120.32ppm，铁离子浓度达到这一浓度就需要做特殊处理。生物耗氧量(BOD)反映了微生物中有机物含量和控制生物污染所需要加入的氧化性杀菌剂的量。硝酸盐和亚硝酸盐冷却循环水中的含量在30mg/L以上时，对碳钢的腐蚀有额外的控制作用。对减轻不锈钢的破裂及孔蚀有贡献。硝酸盐对铜合金既没有腐蚀作用，也没有防腐作用。锌能够协助磷酸根和硝酸根降低碳钢腐蚀速率和孔蚀倾向。冷却水中含量在0.5ppm以上是有益的，但是3.0mg/L会造成沉积结垢。有机物字面