（环境工程专业论文）中水浊度对循环冷却水系统的影响及除浊技术研究.pdf

中文摘要 摘要：城市污水经深度处理后回用于用水量大、水质要求较低的工业用水，是解 决水资源紧缺，充分利用量大、集中、水质水量相对稳定的城市污水，减轻污水 排放对环境的污染，实现开源节流的很好的途径。 本文依托于北京地区某热电厂的中水回用项目，针对中水回用于电厂循环冷却 水系统造成的浊度偏高问题，研究高浊度对系统所用水处理剂的作用效果所产生 的影响，以及解决高浊度问题可行的处理方案。 本试验对作为循环冷却水补水的“中水 水质其可能对系统产生的影响进行了 分析。依据目前电厂所使用的水处理剂的用法用量，着重针对引入中水后循环水 中浊度偏大的现象，通过试验研究高浊度条件下对循环水中所用缓蚀剂、杀菌剂 等水处理剂作用效果的影响，研究浊度对循环冷却水系统的影响。试验中发现， 当系统浊度高于i o n t u 时，对所加的缓蚀剂和杀菌剂的作用效果影响加大。 最后，通过实验室试验和现场试验研究了利用介质过滤去除循环水浊度的效 果。试验结果表明，双层滤料介质过滤能够有效的去除浊度，当投加适量混凝剂 后对磷也有较好的去除效果，说明双层滤料介质过滤能够较好解决循环水浊度偏 高的问题。 关键词：中水回用；火电厂：缓蚀剂；杀菌剂；阻垢剂；浊度 a bs t r a c t a b s t r a c t ：u r b a ns e w a g ea r e ra d v a n c e dt r e a t m e n tf o rw a t e rc o n s u m p t i o nt ol a r g e ， l o ww a t e rr e q u i r e m e n t so fi n d u s t r i a lw a t e r , i st os o l v es h o r t a g eo fw a t e rr e s o u r c e s ，m a k e f u l lu s eo fal a r g eq u a n t i t y , c o n c e n t r a t i o n ，q u a l i t ya n dq u a n t i t yo fr e l a t i v es t a b i l i t yo ft h e u r b a ns e w a g ea n dr e d u c es e w a g ed i s c h a r g eo i lt h ee n v i r o n m e n tp o l l u t i o na n da c h i e v ea g o o dw a y t oi n c r e a s ei n c o m ea n dr e d u c ee x p e n d i t u r e t h i sp a p e rr e l i e so i lat h e r m a lp o w e rp l a n ti nt h eb e r i n ga l g ai nt h ew a t e rr e u s ep r o j e c t , t a r g e t e da tt h ep l a n tf o rr e c y c l i n gw a t e rt ot h ec o o l i n gw a t e rs y s t e mc a u s e db yh i g ht u r b i d i t y p r o b l e m s ，r e s e a r c hb yt h eh i g ht u r b i d i t yo ft h ew a t e rt r e a t m e n ts y s t e mf o rt h ee f f e c t sg e n e r a t e db y i m p a c ta n ds o l v et h ep r o b l e mo fh i g ht u r b i d i t yf e a s i b l et r e a t m e n to p t i o n s t h i se x p e r i m e n ti nv i e wo ft h e r e c l a i m e dw a t e r q u a l i t yt h a tr e u s e da sac o o l i n gt o w e rm a k e u p w a t e r , a n a l y z e si tt h ei n f l u e n c ew h i c hp r o d u c e st ot h es y s t e m b a s e do nt h ec u r r e n tw a t e rt r e a t m e n t p l a n tu s e db yt h ea m o u n to fu s a g e ，f o c u s e so nt h ei n t r o d u c f i o no fw a t e ra f t e rw a t e rt u r b i d i t yt o o l a r g ec i r c l ep h e n o m e n o n ，t h r o u g ht h ep i l o ts t u d yu n d e rc o n d i t i o n so fh i g l lt u r b i d i t yo ft h ew a t e r c y c l eu s e db yt h ei n h i b i t o r , f u n g i c i d e s ，a n do t h e rw a t e rt r e a t m e n tn ee f f e c to ft h ei m p a c to nt h e t u r b i d i 锣o ft h ec o o l i n gw a t e rs y s t e m s i nt h ee x p e r i m e n td i s c o v e r e dt h a tw h e nt h es y s t e mt u r b i d i t y i sh i g h e rt h a n1 0 n t u ，t h ec o r r o s i o ni n h i b i t o r sa n dt h er o l eo f m i c r o b i c i d e se f f e c tb e c o m ew o l s e f i n a l l y , t h el a b o r a t o r y - s c a l ee x p e r i m e n t sa n dt e s t so l lt h es c e n et or e m o v et h et u r b i d i t yo ft h e m e t h o d ，u s i n gd o u b l e - l a y e rm e d i af i l t e rc a ne f f e c t i v e l yr e m o v et h et u r b i d i t ya n dp h o s p h o r t l s ，s o l v e t h et u r b i d i t yh i 曲p r o b l e m k 1 e y w o r d s ：r e c l a i m e dw a t e rr e u s e d ；p o w e rp l a n t ；c o r r o s i o ni n h i b i t o r ；b a c t e r i c i d e ； s c a l ei n h i b i t o r ；t u r b i d i t y 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期：年 月日签字日期：年月 e t 北京交通人学硕士学位论文 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除 了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：年月日 6 5 致谢 本论文的工作是在我的导师李进教授的悉心指导下完成的，李进教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来李进 老师对我的关心和指导。 本文的试验工作大部分在北京交通大学环境工程实验室完成，在试验过程中， 李进教授、李久义副教授及实验室的刘灵琴、全练琴、李义山等老师悉心指导我 完成了实验室的科研工作，并在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助， 在此向诸位老师表示衷心的谢意。此外，还有一部分试验是在大唐国际北京高井 热电厂完成的，得到了电厂的赵荧、李长柱等工程师和多位现场工人师傅的热情 支持和帮助，在此一并表示衷心感谢。 李进教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心 的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，杨春雨、牟伟腾、张华峰等同学对我论文中 的试验研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢家人和朋友们，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的 学业。 1 引言 1 1 中水回用的意义 随着我国人口的不断增长及工、农业的发展，水的需求量不断增加，同时严 重的水污染问题使水资源短缺进一步加剧，危害生态环境和人类的生存。城市污 水具有量大、集中、水质水量相对稳定，不受季节、洪枯水期等因素影响的特点， 且污水资源位于城市内，易于收集。将城市二级污水处理厂出水，经适当的深度 处理后回用于水质要求较低工业冷却水等，已有了许多工程实例，相应的费用也 不高，根据大连市污水回用的实践，作为第二水源来说，污水回用的投资仅是跨 流域调水的1 2 1 3 ，是海水淡化的1 3 1 4 t 。所以污水回用具备缓解城市水荒 的能力，不仅可以节约水资源，还有利于控制水体污染和改善生态环境。电厂作 为耗水大户，其工业冷却水占整个工业用水量的8 0 左右，且对水质的要求并不 十分苛刻，因此目前，相关的节水政策已经明确要求新建及现有电厂均要以中水 为循环冷却水的主要水源以节约水资源。 1 2 中水回用于循环水系统的可行性分析 1 2 1 城市污水处理厂二级出水回用作工业冷却水的研究现状 所谓中水【2 l ，是指将生产和生活中的优质杂排水( 不含粪便和厨房排水) 、 杂排水( 不含粪便污水) 以及生活污水、工业废水、雨水等城市污水，在污水处 理厂中经过处理，达到去除有机物、重金属离子等目的，使污水水质达到河湖排 放标准，然后将水送到深度处理厂，经混凝、沉淀、过滤、消毒等工艺过程或是 利用膜技术深度处理，从而可作为非引用水的用水称为“中水 ，是相对于“上 水”( 自来水) 和“下水”而言的。中水的水源之一即是城市污水处理厂的二级 出水，中水工程也可称为污水回用或再生水回用。 在一些缺水的国家和地区，如美国、英国、南非等地将城市污水经深度处理 回用于循环冷却水系统已有普遍报道。美国在2 0 世纪3 0 年代就开始将城市污水 回用于工业循环冷却水f 3 j ，如博利恒钢铁公司。现在，利用城市二级处理污水作 循环冷却水的项目己不下3 0 多个，大度集中在西部干旱地区，如加利福尼亚伯 班克( b u r b a n k ) 市发电站，就直接利用该市的城市二级处理污水作为冷却水，其 浓缩倍率可达4 ；得克萨斯州的西南公用事业局( s o u t h w e s tp u b l i cs e r v i c e ) 在阿马 赖洛( a m a r i l l o ) 的尼科尔( n i e h 0 0 电站和琼斯电站，利用该市的城市二级出水经石 灰混凝沉淀、酸化、调整p h 后回用于电厂的循环冷却水。此外，新西兰州公共 服务电气公司( p s e & g c ) b e r g e n 电站采用附近城市二级处理污水为冷却水，且目 前正在研究如何使冷却水浓缩倍率达到2 5 。据估计，在美国总量为2 9 6 x 1 0 8 m 3 a 的城市污水回用中，用于循环冷却已达1 9 6 x 1 0 8 m 3 a ，占总回用水量的6 6 2 。 在英国至少有奥尔德姆、斯托克翁特伦特和科里登三家发电厂使用城市污水。科 里登电站于19 5 0 年就开始使用城市污水作为冷却水。 在我国，城市污水经二级处理回用主要集中在西部，并且绝大多数应用于农 业灌溉，回用作循环冷却水的并不多【4 】，如北京华能热电厂采用高碑店污水处理 厂的二级城市污水为冷却水。而目前研究主要集中在城市二级出水后的深度处理 工艺【5 】，如：中国市政工程东北设计研究院与大连柳春污水厂分别对混凝沉淀、 过滤、活性炭吸附、杀菌等多种工艺进行了工程实践；清华大学与太原化工厂等 单位合作，利用颗粒填料生物接触氧化、混凝沉淀、过滤处理生活污水后，回用 作冷却水进行了研究。 随着工业用水形势的日趋严峻和节水工作的不断深入，根据北京市2 0 0 7 年 节水规划，北京市自来水集团中水分公司( 原北京市第六水厂) 的中水西送工程已 于4 月正式开始，这无疑是对中水回用深远意义的一种肯定，为中水在我国的大 范围使用做出了先驱性的尝试。因此，城市二级处理污水回用作发电厂冷却水的 应用研究也迫在眉睫。 1 2 2 城市二级污水与冷却水水质比较 由于城市污水在使用过程中加入了许多污染杂质，经过污水处理厂的二级处 理后，尽管可去除悬浮物含量s s6 0 以上、b o d5 0 以上、c o d9 5 以上、色 度4 0 6 0 ，浊度7 0 以上，但仍含有较多的微生物、有机物、无机盐离子和 氨氮、磷酸盐等特有杂质【6 】。表1 1 是参照我国颁布的污水再生利用工程设计 规范( g b 5 0 3 3 5 2 0 0 2 ) 中提出的再生水用作冷却用水的水质控制指标和工业 循环冷却水处理设计规范( g b 5 0 0 5 0 9 5 ) 中内容以及城市二级污水厂出水一、 二级标准作出的比较表【j 。 表1 - 1 冷却用水水质标准比较表 项目 循环冷却水水质标准焉姜蠢燃 要求和使用条件允许值 蒙雩鬻 城市污 水厂出 水级 标准 城市污 水厂出 水二级 标准 p h 值 s s ( m e j l ) 根据药剂配方确定 7 o 9 2 根据生耋三艺要求 q o 确定 一。 翥斧誊霎? 鬟曩被 5 o 翘片管式、螺旋板 一。 2 6 0 9 06 5 9 06 0 - - 9 0 3 02 03 0 浊度度 b o d j ( m g l ) c o d c r ( m g l ) 氨氮( r a g l ) 总磷( m g l ) 铁( r a g l ) 锰( m g l ) 氯化物( r a g l ) 总硬度( 以c a c 0 3 计) ( m g l 1 总溶解崮体 ( r a g l ) 游离余氯( r a g l ) 粪大肠菌群( 个l ) 甲基橙碱度( 以 c a c 0 3 计) ( m g l ) 式 o 5 一矍塑篓登黧 g 叩3 0 0 不锈钢换热设备 3 0 0 根据缨及工3 0 - 2 0 0 8 5 0 况确定 。 1 0 0 0 末端 0 1 加2 2 0 0 0 根据孵及工_ 5 0 0 5 0 0 况确定 5 1 0 6 0 l o l 2 5 0 4 5 0 1 0 0 0 末端 0 1 o 2 2 0 0 0 3 5 0 2 0 6 0 1 5 0 5 0 3 o 2 3 0 1 2 0 2 5 1 o 硅酸( 以s i 0 2h l ) m 9 2 + 与s ：i 0 2 2 的乘 n h 4 0 h 4 m 4 0 h + c u 2 + 一【c u ( n h 3 ) 4 】2 + + 4 卫d 总体来说，氨氮造成循环水系统腐蚀加快的主要原因是微生物腐蚀，其次是 碱度降低带来的危害，再次是氨与次氯酸发生反应降低氯气等氧化性杀菌剂的杀 菌效力，而氨的选择性腐蚀影响较小。 1 3 2 磷对冷却水系统的影响 磷是通过粪尿和生活中大量使用含磷的洗涤剂而进入城市污水的，一般城市 污水中含磷为2 0 - - 3 0 m g l t 1 。磷一方面是微生物的营养物质，会滋生大量的微生 物，造成循环水中生物粘泥的增多，杀菌剂量的提高；另一方面磷酸盐会引起系 统结磷酸钙垢。磷酸钙是一种硬垢，不易除去，清洗困难。 城市二级处理污水回用冷却水的许多工业实践【l 3 1 ，对磷酸钙垢的控制主 要从两方面着手：利用冷石灰或铝盐等混凝去除回用水中的p 0 4 孓，从而降低 循环水的磷酸盐浓度；通过加入硫酸调节循环水p h ，适当添加磷酸钙垢的分 散剂，也能有效控制磷酸钙结垢。t h h u m p h r i s 对英国的c r o y d o n 发电站结垢进 行了分析【l9 1 ，发现污垢中大部分为磷酸钙垢。大量二氧化碳在冷却塔内逸出， 导致循环水的p h 升高，降低了磷酸钙的溶解度，引起磷酸钙的沉积。磷酸钙结 垢能够通过石灰法混凝过滤去除，或者利用分散阻垢剂来控制结垢问题。 1 3 3 有机物对冷却水系统的影响 城市二级出水中所含有机物较为复杂，据相关模拟试验显耐1 4 1 ，对城市二级 出水而言，c o d 一方面起到稳定水质，控制腐蚀的作用，而另一方面有机物含 量高给微生物提供丰富的营养源，滋长微生物而促进腐蚀的产生，且增大冷却系 统发生粘泥故障的几率，同时会降低缓蚀剂的缓蚀性能。 1 3 4 无机离子( c l 。及s 0 4 2 ) 对冷却水系统的影响 相对于天然水源，污水中的腐蚀性和结垢性无机盐离子浓度更高【2 0 】。c l 、 s 0 4 二、n 0 3 等是极性很强的阴离子，较高的浓度易加剧换热管表面的垢下腐蚀 和点蚀，严重的可造成管道穿孔。较高的c a 2 + 、m 矿+ 等高硬度离子浓度在高碱 度下，随着回用水的换热浓缩，超过饱和浓度，产生难以去除的碳酸钙等硬垢， 影响系统换热效率。 在循环冷却水中，随着浓缩倍率的提高，c l 的浓度相应地提高，并且极难 去除；同时，c 1 因其离子半径比较小，克离子极化度高，易变形产生离子极化， 具有较高的极性和穿透性能，渗入保护膜内导致局部腐蚀和点蚀，是影响腐蚀的 主要因素之一。在含氯离子的介质中点蚀是氧和氯离子竞争吸附的结果，氯离子 浓度越大，点蚀电位e b 越低，金属的点蚀敏感性越大。点蚀部位主要在有应力 存在的部位。冷却水系统中c 1 - 允许浓度要根据设备材质、结构、水的流态等因 素有所不同。此外，c l 作为微生物生长过程中所需的物质，可以调节细菌的渗 透压，利于营养物质的运输。 硫酸根离子也是一种腐蚀性离子，但其危害较氯离子小，大约只是同浓度氯 离子的1 1 0 。这主要是因为硫酸根离子的克离子极化度( 表示离子极化的难易程 度，越高越易极化) 较低，所以认为其危害较小，可不提出控制指标。但其对冷 却水系统也有以下三方面的影响【2 1 】： s 0 4 2 吸附在金属表面的钝化膜上，导致钝化膜的去极化作用，促进腐蚀； s 0 4 浓度过高会在浓缩后生成c a s 0 4 沉积结垢情况； s 0 4 2 利于硫酸还原菌的滋生繁殖，还原生成h 2 s ，促进金属的腐蚀。 在高c l 。含量的水中，增加s 0 4 含量可以降低金属表面上的c l 。浓度，起到 了一定的缓蚀作用。在氯离子浓度不变时，s 0 4 z 浓度的增加使e b 明显提高。 1 3 5 细菌粘泥对冷却水系统的影响 城市污水含有较高的碳、氮和磷，而冷却水的温度长期保持在2 5 4 0 ，供 氧充足( 据计算在冷却塔内，每m 3 水的空气量可达2 0 0 0m 3 ，完全达到溶解氧 饱和) ，这十分有利微生物的滋长。若不加以控制，势必会造成设备腐蚀、粘泥 和堵塞等问题。在冷却水中常用c 1 2 杀菌，但许多城市污水回用冷却水的实践证 明，不宜采用氯气，因为氧化性杀菌剂氯会与还原性氨发生化学反应，降低了氯 的杀菌效果，并且回用水中氨氮浓度波动很大，难以确定氯气的加药量。早在 1 9 5 0 年英国的c r o y d o n 电站【1 9 1 在城市污水回用冷却水开始时曾使用氯杀菌，尽 管大量使用，但污垢还是比较严重。博格公共服务电气公司( p s e g ) 的6 5 0 m w 电站采用了杀生能力是氯2 0 - 2 5 倍的高效二氧化氯杀菌剂，取得了良好的效果。 现阶段研究应用的杀菌剂类型较岁2 引，既有氯系和溴系以及臭氧、过氧化氢等 氧化性杀菌剂，也有季铵盐、戊二醛、异噻唑啉酮等非氧化性杀菌剂。 6 1 3 6 浊度产生的原因及对系统的影响 循环冷却水中悬浮物质和胶体二者之和形成水的浊度，它是循环冷却水的重 要控制指标之一。循环水浊度的产生原因很多【2 3 1 ，包括补充水中带入的泥沙、 难溶盐类及有机物等污染物质，敞开式冷却系统由空气带入的大量的煤尘和灰 尘，以及循环水中的腐蚀产物和微生物粘泥的脱落等，都会造成循环水的浊度升 高，使水质颜色发黑、变质。 浊度过大，水中悬浮物多会给循环水系统带来严重的危害【2 4 1 。比如，大量 悬浮物沉积在管道和冷凝器上面，影响冷却塔和冷凝器的冷却效率，使发电机达 不到设计效果，减少发电量；胶体物质会形成粘结性污垢，促进污垢沉积而引起 沉积物下金属的氧浓差电池腐蚀，导致局部腐蚀加快；另外由于悬浮物的沉积阻 碍缓蚀剂到达金属表面而影响缓蚀剂的缓蚀效果，同时高浊度使微生物有了附着 的场所，对微生物有一定的保护作用，削弱了杀菌剂的杀菌效果；又由于构成浊 度的悬浮及胶体微粒一般是稳定的，并大都带有负电荷，所以不进行化学处理就 不会沉降，水的浊度居高不下，虽然采取了缓蚀杀菌等措施仍然效果不佳，若被 迫采取加大排污量的措施，造成药剂的流失，将需要加大水处理药剂的投入量和 增大了补充水量，浪费了水资源。 所有这些问题不仅为生产控制造成了极大困难，而且造成了严重的经济损 失，降低了企业的经济效益。因此，控制循环冷却水中的浊度对于循环冷却水系 统的安全运行有着重要的意义。 1 4 本课题研究目标及主要内容 本课题依托北京地区某热电厂的中水工程项目的实际情况，该厂循环水( 回 水) 中的浊度平均在2 d 3 0 n t u ，有时甚至高达4 0 n t u 以上，而使用中水前， 循环水中浊度低于1 0 n t u ，由此使循环水的腐蚀性和结垢性均有所增大，微生 物也大量滋长。 本课题主要针对改用中水作为循环冷却水补水后所引起的高浊度对循环水 中的缓蚀剂和杀菌剂作用效果影响进行研究，并且通过试验研究介质过滤这种处 理方案对于该电厂循环水高浊度的处理效果。具体研究内容如下： ( 1 ) 模拟循环冷却水系统工况，确定使用中水后系统运行氯根浓度达到 4 0 0 m g l 条件下，系统的腐蚀、结垢情况； ( 2 ) 应用失重法研究此种水质的循环水对2 0 # 碳钢和h s n 7 0 。1 铜合金的耐 蚀性影响： ( 3 ) 应用血球计数法观察微生物生长数量、对杀菌剂效果进行评价； 7 ( 4 ) 研究不同浊度条件对2 0 # 碳钢和h s n 7 0 1 铜合金的缓蚀效果和杀菌效 果的影响，确定影响药剂处理效果的最低浊度值，以此确定除浊试验的处理目标； ( 5 ) 进行实验室除浊试验研究，确定双层滤料介质过滤混凝剂的用药种类、 药剂用量以及处理效果，并确定工艺的运行参数等； ( 6 ) 在实验室试验基础上，进行现场除浊试验，确定各种运行参数及处理 效果等，以此为依据比较两套除浊方案的技术、经济可行性，并进行经济损益分 析，结合电厂实际情况优选出适合而有效的处理方案，为电厂除浊改造提供参考； ( 7 ) 根据以上试验结论，提出实际运行的工艺参数。 匕塞銮遵太堂亟堂位途塞2 ：达验左选拯述 2 试验方法概述 2 1 缓蚀剂和杀菌剂性能评价方法 2 1 1 试验设备 2 1 。 评价缓蚀剂和杀菌剂性能的动态浓缩试验的循环水模拟装置示意图如图 图2 1 浓缩试验循环水模拟装置示意图 2 1 2 本试验所用药剂的性质 2 1 2 1 碳钢缓蚀剂 本试验所用碳钢缓蚀剂为六偏磷酸钠与硫酸锌1 ：1 复配使用的产品，使用剂 量为6 m g l ( 商品浓度计) 。 传统的磷系冷却水处理方案中多数用到聚磷酸盐，如三聚磷酸钠、六偏磷酸 钠等。六偏磷酸钠缓蚀效果较三聚磷酸钠好，但三聚磷酸钠价格便宜。聚磷酸盐 是传统磷系配方的主剂，其主要作用是通过电沉积在阴极上形成保护膜，它同时 具有缓蚀和阻垢作用。聚磷酸盐的另一个特点是它的磷氧键可水解生成正磷酸根 离子，正磷酸根离子又是一种阳极缓蚀剂，能在金属表面形成f e a 0 3 和f e 3 0 4 钝 化膜而有效地抑制了金属的腐蚀。但必须注意的是，当正磷酸根离子量不足时， 易产生局部腐蚀。还有更大的危害是当水中钙离子含量较高时，与水解产生的正 磷酸根易生成难溶的磷酸钙沉淀，造成结垢【2 5 】。 9 锌盐是阴极型缓蚀剂，起作用的是锌离子，它能迅速在水中形成氢氧化锌沉 积在阴极表面上，起保护膜的作用。锌盐成膜比较迅速，但这种膜不耐久，因此， 锌盐是一种安全但低效的缓蚀剂，所以不宜单独使用。但它和其它缓蚀剂复合使 用时，锌离子能加速这些缓蚀剂的成膜作用。同时又能保持这些缓蚀剂所形成膜 的耐久性，可取得较好的缓蚀效果。所以，锌盐通常与其它各种缓蚀剂如聚磷酸 盐、有机膦酸盐、钼酸盐等复合使用，添加量仅3 - 5 p p m 就能起到缓蚀增效作用 和防止产生孔蚀的作用，不仅使缓蚀效果提高，而且还可降低有机膦酸的用量。 2 1 2 2 铜缓蚀剂 苯并三氮哗( b t a ) 是一种有效的铜和铜合金的缓蚀剂。它不但能抑制铜和铜 合金中的铜腐蚀，而且还能稳定水中的铜离子，阻止铜在一些活泼金属上的沉积； 此外，它还能防止电偶腐蚀和黄铜的脱锌腐蚀等。当b t a 与铜和铜合金接触时， 一般认为b t a 在金属表面上产生化学吸附，且这个吸附过程是不可逆的。b t a 分子中n 原子上的孤对电子以配位键与c u 相连，聚合链由间隔的c u 原子所连 接。b t a 在铜表面上生成的保护膜是多层膜，该膜是一种化学吸附的二维聚合 物，具有线性结构，其组成为c u c u 2 0 c u ( i ) b t a l 2 6 1 。b t a c u 膜是一种接近化学 计量的聚合物，对b t a c u 的腐蚀电化学研究表明 2 7 】，中性和弱碱性介质中， 加入b t a 时，阳极极化曲线和阴极极化曲线均发生变化，所以b t a 即是阳极缓 蚀剂，也是阴极缓蚀剂，只是b t a 对铜的阳极缓蚀作用更为突出。b t a 分子式 及在水中解离方程式见下： n n n 夕 h c 6 h 5 n 3j 6 h4 n + h + 本试验中铜缓蚀剂b t a 的加药量为l m g l 。 2 1 2 3 氯锭杀菌剂 本试验选用的杀菌剂为固体氯锭一三氯异氰脲酸。三氯异氰脲酸 ( t r i c h l o r o i s o c y a n u r i ca c i d ) ，英文缩写t c c a ，分子式c 3 c 1 3 n 3 0 3 ，为氯代异氰 脲酸类产品。此产品微溶于水，在水中的溶解度( 2 5 c 时) 为1 2 9 1 0 0 9 水，易溶 于丙酮和碱溶液。分子式及在水中分解方程式见下： c l n 儿n , c i o 久n 太o 亡i c p 3 n 3 c z 3 + 3 h pjc p l n 3 h j + 3 h c i o 三氯异氰尿酸异氰尿酸 t c c a 杀生作用【2 8 】主要是水解生成的次氯酸和活性氧引起的。杀生作用与次 氯酸盐和氯相似，它可以代替液氯或次氯酸盐用于循环冷却水系统。次氯酸容易 扩散通过微生物的细胞壁，与原生质反应，而且因其分子小，不带电荷，易于侵 入细胞内，与细胞的蛋白质生成化学稳定的n c l 键，将菌体蛋白酶氧化而将微 生物杀死。 在本试验中采用冲击式的加药方式，加药量为2 5 m g l ，每四天向1 0 l 水浴 缸中加入0 2 5 9 氯锭固体粉末。 2 1 3 试验步骤 依据g b t1 8 1 7 5 2 0 0 0 水处理剂缓蚀性能的测定( 旋转挂片法) 【2 9 1 及d l t 8 0 6 2 0 0 2 火力发电厂循环冷却水用阻垢缓蚀剂 3 0 】中相关要求及试验方法进行 缓蚀剂缓蚀性能测试试验。 向模拟循环冷却水系统中加入一定浓度的缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂后，保持 系统在3 8 + 2 的恒温状态进行浓缩试验。恒温浓缩过程中，运行初期每隔2 4 h 测定一次水样中c l 、钙硬、总硬、碱度、总磷、氨氮、c o d c r 的浓度和p h 值、 电导率，接近运行终点时缩短测定间隔，试验中以c i c d c a 2 + 茎0 2 作为浓缩终 点的参考依据。以失重法将经过表面打磨处理并称重的金属挂片浸泡在水样中， 随着浓缩试验的进行而观察挂片的变化情况，待试验结束后取出，清除表面后称 量其重量，根据前后的重量差，计算得到挂片的腐蚀速率，考察腐蚀情况，评价 缓蚀性能的好坏。 研究不同浊度对循环水系统中各种水处理剂作用效果影响的试验中，利用高 岭土悬浊液调节系统中的浊度分别为1 0 n t u 和3 0 n t u 。高岭土悬浊液的制备方 法为：称取5 9 经0 1 m m 筛孔过筛，1 0 5 干燥2 h 并冷却后的高岭土，溶于1 l 蒸馏水中( 盛于有刻度的量筒中) 充分搅拌，在2 0 室温下静置2 4 h ，虹吸法将 上层8 0 0 m l 悬浮液移至第二个l l 量筒中，弃去剩余的较粗颗粒的悬浮液，将第 二个量筒用蒸馏水定容到1 l ，充分搅拌后再静置2 4 h ，吸出上层含较细颗粒的 8 0 0 m l 悬浮液并弃去，下部沉积物加蒸馏水至l ，充分搅拌后置于具塞玻璃瓶中 备用。此种用蒸馏水配制的悬浊液可以保持稳定和5 天。在试验过程中，要根据 浊度的变化及时调整系统中的浊度，使其尽量保持在所需的浊度不变。 2 1 4 试验结果的评价依据 2 1 4 1 浓缩试验运行终点的判断 当中c a 2 + c i c l ( 浓缩倍率) ，表示循环水系统中可能已发生了析出c a c 0 3 垢的 过程，因此试验中以c 1 一c a 2 + s0 2 作为运行终点的参考依据。根据极限浓缩 倍率的高低来判断阻垢剂对系统阻垢性能的好坏。 2 1 4 2 缓蚀性能评价方法 ( 1 ) 通过试片的外观腐蚀形貌及腐蚀程度定性判断； ( 2 ) 通过测定的腐蚀速率判定，碳钢的国标为小于0 1 2 5 m m a ，铜的为小 于0 0 0 5 m m a ； 以m m a 表示的腐蚀速率x 按下式计算【2 9 】： y ：8 7 6 0 x ( m - m o ) xl o ：8 7 6 0 0 x ( m - m o ) = 一= 一 s p ts p t 式中：m 试验结束时试片质量，g ； m 厂试验开始前试片质量，g ； s 试片表面积，c m 2 ，本试验所用碳钢试片表面积为2 8c l t l 2 ； p 试片的密度，g e m 3 ，本试验所用碳钢试片密度为7 8 5g e r n 3 ， h s n 7 0 1 a 铜合金试片密度为8 5 4 9 c m 3 ； t 一式验时间，h ； 8 7 6 0 - 一与1 年相当的小时数，a ； 1 0 与l c m 相当的毫米数，m m c n l 。 ( 3 ) 试验后的试片处理方法如下【3 1 1 ： 铜片处理：将铜片和铜环用毛刷洗干净，滤纸吸干表面。在无水乙醇中浸 泡3 m i n ，滤纸吸干表面后置于干燥器中。4 h 后称重，精确至0 0 0 0 1 9 。 碳钢片的处理：将碳钢片用毛刷洗干净，在酸洗溶液中浸泡3 r a i n ，取出， 迅速用自来水冲洗后，立即浸入n a o h 溶液中约3 0 s ，取出用自来水冲洗，滤纸 吸干表面。在无水乙醇中浸泡3 m i n ，滤纸吸干表面后置于干燥器中。4 h 后称重， 1 2 精确至o 0 0 0 1 9 。 2 1 4 3 杀菌性能评价方法 通过测试不同作用时间的细菌总数( 数量级变化) 来判断杀菌灭藻剂的性能 优劣。 2 2 除浊试验方法 2 2 1 试验设备 本试验采用双层滤料直接过滤工艺，试验分实验室和现场试验两部分。实验 室采用直接过滤中的“微絮凝过滤 这种形式，在滤池前设一微絮凝池，加入混 凝药剂进行混合和微絮凝后，进入滤柱过滤；现场试验部分采用“接触过滤”形 式，以节省占地面积，并实际考察此中形式的过滤是否能适应现场的工作情况。 实验室“微絮凝直接过滤 过滤设备为单层双层滤料快滤池，原水在进入滤 柱前先在原水箱中进行微絮凝反应，形成一定絮凝体后进入滤柱过滤。试验滤柱 为有机玻璃制造，内径l o o m m ，高2 5 m 。单层滤料采用石英砂，粒径0 5 1 o m m ， 滤料填充高度7 0 0 m m ；双层滤料采用石英砂( o 5 o 。9 m m ) 和活性炭( 0 9 1 8 t u n a ) ， 滤料填充高度各4 0 0c l n ，试验设备见图2 2 。 图2 2 实验室介质过滤除浊试验装置图 自来水反冲洗进水 出水 现场“接触过滤式直接过滤”设备为双层滤料快滤池，滤柱前不设絮凝装置， 混凝剂在管道中加入并经管道混合器混合。试验滤柱为有机玻璃制造，内径 3 0 0 m m ，高3 5 m 。双层滤料采用石英砂( 0 5 1 o m m ) 和无烟煤( 1 2 1 8 m r n ) ， 滤料填充高度各5 0 0 c m ，最下层为河卵石垫层( 从下至上粒径分别为 1 2 1 6 m m ，8 1 2 m m ，4 - - , 8 m m ，2 - 4 m m ) ，总厚度4 0 0 m m 。实验装置如图2 - 3 所示。 加药泵 e 灯 i 溶药箱 原水箱 卜一 给水泵 图2 3 现场除浊过滤试验装置图 反冲冼泵 2 2 2 介质直接过滤原理【3 2 】 在常规水处理过程中，过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂 质，从而使水获得澄清的工艺过程，它的作用机理主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之 间的粘附作用的结果，而并不是单纯的机械筛滤作用。滤池通常置于沉淀池或澄 清池之后，进水浊度一般在1 0 度以下。当原水浊度较低( 一般在1 0 0 度以下) ， 且水质较好时，可采用原水直接过滤。过滤的功效不仅在于降低水的浊度，而且 水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度降低而被部分去除，并且进一步使残 留于滤后水中的细菌、病毒等失去浑浊物的保护或依附，在滤后的消毒过程中将 更容易被杀灭。 原水不经沉淀而直接进入滤池过滤称为“直接过滤”。直接过滤充分体现了 滤层中特别是深层滤料中的接触絮凝的作用。直接过滤有两种方式：原水经加 药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备。这种过滤方式一般称为“接触 过滤”；滤池前设一简易微絮凝池，原水加药混合后先经微絮凝池，形成粒 1 4 径相近的微絮粒后( 粒径大致在4 0 , - 6 0 i t m 左右) 即可进入滤池过滤，这种过滤 方式称为：“微絮凝过滤 。 上述两种过滤方式，过滤机理基本相同，即通过脱稳颗粒或微絮粒与滤料的 充分碰撞接触和粘附，被滤层截留下来，滤料也是接触凝聚介质。不过，前者往 往因投药点和混合条件不同而不易控制进入滤层的微絮粒尺寸，后者可加以控 制。而后者之所以成为“微絮凝池，系指絮凝条件和要求不同于一般絮凝池， 微絮凝池要求形成的絮凝体尺寸较小，便于射入滤层深处以提高滤层含污能力， 而一般絮凝池则要求絮凝体尺寸愈大愈好，以便于在沉淀池中沉淀下来。故微絮 凝时间一般较短，通常在几分钟之内。 直接过滤的应用依赖于原水的水质，一般要求常年原水浊度低于5 0 度，而 且变化较小。 2 2 3 过滤试验操作 试验过程中，随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层 孔隙率逐渐减小。当滤料粒径、形状、滤层级配和厚度以及水温已确定时，如果 孔隙率减小，则若保持水头损失不变得条件下，将引起滤速的减小；反之，在滤 速保持不变时，将引起水头损失的增加。这样就产生了等速过滤和变速过滤两种 基本的过滤方式。考虑本试验的操作条件，采用等速过滤形式，通过控制进水流 量控制过滤速度【3 2 1 。因此当过滤过程中的滤层含污过大造成水头损失过大，表 现在滤池中水位上升至最高允许水位时，即使出水水质并为显著恶化也要停止过 滤，进行反洗。因此在本试验中，过滤周期终点的是结合出水水质变化和水头损 失的变化来判断的。 试验流程依据污水深度处理工艺结合直接过滤工艺特点及课题研究的要求 设计【3 3 】，原水经投药后进入管式混合器充分混合后，即进入滤层过滤，运行时 滤层表面工作水深为1 2 1 5 m 。混凝剂采用实验室烧杯试验所确定的种类以及用 量。试验过程中每隔一段时间测定出水的浊度、硬度、碱度、总磷等指标的变化， 当出水浊度大于5 n t u 时，或者水头损失超过最高水位时，则认为试验结束。过 滤结束后通过反冲洗除去积留在滤层中的污物，使滤层恢复截污能力。本试验反 洗采用水力反冲，反冲时间为1 0 r a i n 左右，滤层膨胀率控制在4 0 0 旷4 5 3 2 】。 1 5 3 浊度对缓蚀剂、杀菌剂和阻垢剂作用效果影响的研究 3 1 试验内容概述 针对循环水中浊度偏高的问题，研究不同浊度( o n t u 、1 0 n t u 、3 0 n t u ) 对缓蚀剂、杀菌剂和阻垢剂作用效果的影响。应用2 1 1 中所示的动态浓缩试验 循环水模拟设备，试验过程中监测c l 、钙硬、总硬、碱度、总磷、氨氮、c o d e r 、 细菌总数和p h 值、电导率的变化情况，用失重法测量金属试片的平均腐蚀速率。 本试验用水取自北京地区某热电厂的中水补水口，为北京市政中水管道引入 之中水，水质分析结果见表3 1 。 表3 1 试验用中水水质指标分析结果 水质指标测量值水质指标 测量值 p h 7 7 4 c o d e r ，m g l 4 4 5 3 电导率，郾啪 1 1 6 0 氨氮，m 观0 8 6 6 酚酞碱度，m m o l l 0 总磷，m g l 0 2 5 8 全碱度，r n m o l l 3 6 1 总有机磷，m g l 0 0 8 6 钙硬，m m o l l 2 4 1 正磷酸盐，m 扎0 1 4 3 总硬，n u n o l l7 3 6 浊度，n t u2 氯根，m g l 1 2 9 1 9 细菌总数，个m 1 3 1 0 5 3 2 试验结果分析 3 2 1 浊度对缓蚀剂缓蚀效果的影响 试验共分三组，三组试验的腐蚀速率测试结果见表3 2 。 o 组浊度0 n t u 的试验时间为2 0 0 7 1 2 1 9 - 2 0 0 7 1 2 2 9 ，共运行2 3 8 7 小时： o 组浊度1 0 n t u 的试验时间为2 0 0 7 1 2 1 2 2 0 0 7 1 2 2 2 ，共运行2 4 0 小时； o 组浊度3 0 n t u 的试验时i 司为2 0 0 7 1 2 2 4 2 0 0 8 1 1 ，共运行2 0 1 小时。 枣! ：兰丕旦鎏鏖堡丝壁壁这堕箜星 一一 一 试譬组试甚编黼黼鬻篙平鬈室蚀洲愀化 ( 堡婴!f 立f 盘! ： 地型尘 碳钢- a 拌 2 8 0 0 2 1 5 5 5 32 1 5 1 3 20 0 4 2 1 表面有成片砖 碳钢磷 2 8 0 0 2 。5 9 8 22 。5 5 4 7o 0 4 3 5 o 0 7 ，5 篓，雪箬蠢蓉 赢7 0 - l 黼1 4 9 l5 1 9 55 1 9 4 50 0 0 0 5黜 7 0 1 a 群1 1 8 85 6 9 8 25 6 9 8 20 0 0 0 0 0 0 0 1 4 面有警孑点状 1 6 墨塞銮堑太：羔亟：! ：堂位途塞三：浊鏖型缓地趔! 苤速剞邳阻垣到征出筮墨毖蛔的逝冠 碳钢c 2 8 0 02 1 4 8 3 72 1 4 3 2 30 0 5 1 4 b 碳铡一d 2 8 0 0 2 1 4 5 2 42 1 4 。4 9 。0 4 7 5 o 。8 2 l 1 0 n t u c 3 0 n t u 7 0 1 a c 1 1 1 8 7 0 1 a d 弹1 4 3 6 碳钢一e 2 8 0 0 6 0 11 46 0 1 1 60 0 0 0 2 5 31 5 75 31 60 0 0 0 3 0 0 0 0 8 2 1 4 4 9 62 1 3 9 9 80 0 4 9 8 碳钢一斜 2 8 0 02 1 5 3 7 12 1 4 8 0 50 0 5 6 6 0 1 0 5 8 7 0 1 a e 11 4 7 7 0 1 a 一斜1 2 8 9 6 2 4 2 1 5 9 0 1 8 6 2 4 2 0 0 0 01 5 9 0 1 70 0 0 0 1 0 0 0 0 4 表面有成片砖 红色锈蚀突起 块，且有淡蓝 色油性薄膜覆 盖表面m 仪l l u 试片发暗，表 面有较多点状 腐蚀 表面有成片砖 红色锈蚀突起 块，且有淡监 色油性薄膜覆 盖表面 试片发暗，表 面有较多点状 腐蚀 从表3 2 中结果可以看出，b 、c 两组有浊度条件下，碳钢的腐蚀速率分别为 0 0 8 2 1 m m a