工业循环冷却水处理基础概念

工业循环冷却水处理基础概念,北京拓开化工技术有限公司2013年5月1日,工业循环冷却水处理水的基础知识,水中的主要物质,阴离子：SO4 2- ,Cl-,HCO3-,SiO32- ,CO32-阳离子：Ca2+,Mg2+,Na+,K+ ，Cu2+,Fe2+溶解气体：O2,CO2有机物：微生物，油脂等悬浮颗粒：泥沙胶体等水中阴离子的总当量数和阳离子的总当量数相等,水质分析项目及含义,电导率总碱（M碱度）pH总硬度钙硬度浊度总溶固氯离子总铁铜离子,电导率,电阻率的倒数称为电导率，单位是s/cm2电导率仅决定于水中离子的多少和性质。代表了水中的含盐量,因此电导率越高水中含盐量越高。表示水中含盐量的另一单位是总溶解固体（TDS），其单位是ppm对普通水、炉水、冷却水在20oC 、 pH 中性情况下，TDSppm0.7电导率s/cm,碱 度,碱度指水中能与强酸发生中和反应物质的总量。一般水中碱度由氢氧化物、碳酸盐、重碳酸盐组成，称为总碱度。总碱度在甲基橙指示剂变色的等当点时所需的酸量 HCO3- + CO32- + OH- M碱度碱度只存在于pH=4.3以上,pH,pH = - log10(H+ mol/l),pH是水中氢离子浓度的负对数,总硬度、钙硬度,一般将水中钙、镁离子称作硬度，钙离子叫钙硬度，钙、镁离子总量叫总硬度。硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。总硬度与总碱度之差叫负硬度。,浊度,浊度是表示水中的悬浮物及胶体对光透过时所发生的阻碍程度浊度根据测量方法的不同分为三种直射光测定：单位为ppm折射光测定：单位为 FTU散射光测定：单位为 NTU浊度的各单位间无法进行换算,总溶固,指水中溶解物质的总量。它也可以理解 为水中的含盐量。 溶解于水中的盐类，阴离子的总当量数和阳离子的总当量数相等。,氯离子,总铁,铜离子,循环冷却水处理,循环水系统类型循环水系统中要解决的问题循环水处理效果的评价水处理方案的实施纳尔科的水处理循环水处理常见问题及处理,循环冷却水系统类型,直流冷却系统闭路循环冷却水冷冻水系统热水系统敞开式循环冷却水,循环冷却水系统中的问题,腐蚀,微生物,结垢,微生物,循环冷却水的腐蚀及其控制,腐蚀的定义腐蚀是金属转变成金属氧化物的过程阳极：Fe Fe2+2e阴极：2H2OO24e 4OH- 金属在水中的腐蚀是电化学腐蚀,e-,e-,e-,FexOy,OH-,OH-,O2,铁腐蚀微电池,H2O,H2O,H2O,O2,Fe2+,阴极（氧减少）,阳极（金属流失）,腐蚀的常见类型,腐蚀的形式：根据腐蚀时腐蚀面积的大小，可分为以下几种一般腐蚀局部腐蚀 点蚀 电偶腐蚀 氧浓差腐蚀 不锈钢应力破裂,影响腐蚀的因素,pH （碱度）温度水的流速含盐量腐蚀性气体微生物,pH对腐蚀的影响,腐蚀的危害,腐蚀产物成为软垢的一部分，增加软垢损坏设备缩短设备寿命增加维修费用,腐蚀的控制,使用耐腐蚀材料，不易被氧化在金属表面形成耐腐蚀层，隔断与水的接触。采用阴极、阳极保护。使用缓蚀剂，对金属进行钝化。避免不同金属的直接接触。,常用的缓蚀剂,缓蚀剂是在金属表面形成一层膜，隔离金属与水的接触而达缓蚀目的。缓蚀剂的类型有沉淀膜型、氧化膜型、金属离子沉淀膜型、吸附膜型。,常用缓蚀剂,沉淀膜型 聚磷酸盐(六偏磷酸钠 三聚磷酸钠 ） 正磷酸盐 焦磷酸 有机磷酸盐 锌盐 硅酸盐氧化膜型 如铬酸盐 钼酸盐 亚硝酸盐 钨酸盐金属离子沉淀膜型 苯并三氮唑 （BTA) 甲基苯并三唑 (TT) 巯基苯并噻唑(MBT),冷却水中的沉积物及其控制,水中常见沉积物：水垢、污泥、生物粘泥,水垢是水中的溶解盐类结晶析出沉积在金属表面的物质（主要是硬度成分）。污泥是泥沙微生物残骸黏土胶体等沉积物生物粘泥是专指以微生物代谢物、残骸及菌团形成的沉积物,垢形成的原因,水中所含盐类本身溶度积很小。循环水温度高，成垢盐类的溶解度随温度的上升而下降水在暴气过程pH上升，盐类溶解度下降水被浓缩后，离子浓度上升，超过溶度积，并超过过饱和度。,钙、镁、钠离子的溶解度对照,水的结垢性判断,Langlier饱和指数、Ryznar稳定指数饱和PHs 的计算 PHs =PK2_- PKps+PCa+2+P碱度饱和指数PH PHs 0 有碳酸钙沉积趋势 =0 既无沉积又无腐蚀 0 腐蚀 Ryznar稳定指数2 PHsPH,水的结垢趋势判断（续）,结垢的危害,阻碍热交换器的热传导效率降低水流量甚至堵塞管路或换热器引起垢下腐蚀增加能耗和维修费用,结垢引起的制冷机能耗,制冷量（冷吨）：300制冷效率（千瓦/冷吨）0.55电费（元）：1循环量（吨/小时）200作业时间（小时/天）：24年作业日：365垢厚度增加能耗增加 费用（元/年） 0.01英寸/0.25毫米10%144,540.00 0.02英寸/0.5毫米20%289,080.00 0.03英寸/0.75毫米30%433,620.00 0.04英寸/1毫米40%578,160.00,微生物能量标准导热率,菌膜是比碳酸钙更好的绝缘体:,结垢形成机理,离子浓度超饱和生成沉积物分子有结晶核可使结晶生成碰撞接触增多使结晶长大结晶长大后形成沉积，附着金属表面,阻垢分散剂作用原理,阀值效应（Threshold)阻垢分散剂控制垢沉积，并非按化学当量进行。几个ppm药剂能控制几百个ppm的钙离子。,阻垢剂 作用原理,螯合作用晶格崎变分散作用,晶格畸变,常用阻垢分散剂,含膦酸基团的有机化合物，兼有阻垢缓蚀性能 常用的有膦酸盐 膦酸酯等聚羧酸类水溶性聚合物 丙稀酸的聚合物 马来酸的聚合物,污泥,污泥是水中的悬浮物尘粒、微生物残骸、油等沉积而成。污泥通常沉积在水流慢的地方表面粗糙处有粘性的地方,污泥和生物粘泥的危害,非常类似于结垢为结垢提供晶核为微生物生长提供条件堵塞管道,污泥生物粘泥的控制,良好的缓蚀、阻垢和微生物控制方案可适当减少污泥、粘泥物理(旁滤，在线过滤等)和化学方法相互配合,旁滤装置,旁滤装置的过滤量通常为循环量的5,循环水中微生物及控制,微生物种类 细菌 真菌 藻类,微生物的危害,微生物引起的粘结物导热性差难以清除生物粘泥导致垢下腐蚀。微生物引起金属的腐蚀 直接引起金属腐蚀（铁细菌、硫酸盐还原菌） 产酸类细菌（硫杆菌、硝化菌）,微生物的控制方法,常用杀生剂氧化性杀生剂非氧化性杀生剂,氧化性杀生剂,卤素及卤酸盐臭氧二氧化氯氯化异氰尿酸,卤素类杀生剂在水中的反应,X = Cl, Br, or IX2 + H2O HOX + HX HOX H+ + OX-,ActiBrom -更好的氧化性杀菌剂,HOBr H+ + OBrHOBr + NH3 H2NBr + H2OHOBr + H2NBr HNBr2 + H2OHOBr + HNBr2 NBr3 + H2O,pH对杀生剂活性的影响,pH,6.0,6.5,7.0,7.5,8.0,8.5,9.0,9.5,10.0,% HOCl or HOBr,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,Log Kill (cfu/ml),0,1,2,3,4,5,6,Chlorine Kill,Bromine Kill,非氧化性杀生剂,季胺盐 酰胺有机硫异噻唑啉酮醛类,异噻唑啉酮,作用目标：所有的好氧菌和厌氧菌，藻类、真菌与微生物细胞内的蛋白质或酶的硫基发生反应反应速度：慢（412小时）但持续作用时间长,杀生剂使用注意事项,药剂浓度、加药周期不同药剂交替使用季节因素药剂的相容性,循环冷却水系统的运行,循环水系统运行参数,循环量蒸发量补充水量排污量保有水量 温差浓缩倍数,参数间近似计算公式,E=R T /B=E/(K-1)M=EB,蒸发,排污,补充水,冷却水系统的运行管理原则,尽可能高的浓缩倍数保证处理效果的情况下尽量提高浓缩倍数，节约用水，降低水处理成本良好的缓蚀、阻垢和微生物控制（化学处理）保证设备使用寿命、延长检修周期保持能耗水平,浓缩倍数,浓缩倍数循环水离子浓度/补充水离子浓度 补充水量/排污量浓缩倍数代表水的再利用率,浓缩倍数的产生,补充水,循环水,蒸发,排污,浓缩倍数与补水、排污量的关系,控制浓缩倍数的意义,提高浓缩倍数，补水、排污量下降，节约用水，降低药剂成本浓缩倍数与腐蚀结垢控制有直接关系,浓缩倍数的控制方法,控制排污水量（水表控制）消除直排水和泄漏控制循环水电导率或离子浓度,循环冷却水的化学处理,合适的缓蚀剂防止腐蚀合适的阻垢剂防止结垢合适的杀菌剂控制微生物生长,保持稳定的药剂浓度,自动化的加药设备 随时检测系统中药剂浓度并根据需要补充投加药剂的模式,水处理效果的评定指标,腐蚀监测腐蚀率方法：在线直读腐蚀率仪腐蚀挂片测试； 监测换热器管标准：碳钢：小于0.075毫米/年黄铜：0.005毫米/年不锈钢0.005毫米/年,水处理效果的评定指标（续）,沉积速率（粘附速率）方法：监测换热器管国标：结垢速率20MCM（mg/ cm2 .月）在线污垢热阻仪测试污垢热阻3.44104m2小时。C/千卡,水处理效果的评定指标（续）,微生物控制细菌总数:标准：小于105个/毫升生物粘泥量：标准： 3 ml/m3,设计水处理方案要点,了解用户情况 水质数据（包括丰水、枯水期） 循环水系统工况 装置的工艺条件 现有水处理设施 水处理管理情况 用户存在的问题,实施化学水处理方案的要点,有针对性的水处理方案适当的加药方式自动加药、加药量平稳必要的监测手段监测指标和一定的频率控制及时调整各个指标确保受控故障排除准确的判断问题和解决问题。,水处理方案的实施步骤,清洗预膜清洗预膜注意事项 水质的浊度、总铁 PH值 钙离子浓度 其它,水处理方案的实施步骤（续）,常规处理 常规处理任务是控制好水质指标 需控制的水质指标如下（控制指标根据 选定的处理方案定）,需要监测控制的水质项目,水质控制指标与腐蚀、结垢的关系,PH药剂浓度浊度总铁离子钙硬度和总碱度氯离子余卤细菌总数浓缩倍数,冷却水处理常见问题的判断和处理,腐蚀问题 状况 ：监测的腐蚀速率超标，挂片呈局部腐蚀或点蚀明显。；水中总铁浓度持续升高；现场换热设备布满锈瘤，有泄漏，垢样分析表明氧化铁成分占7080。建议的处理方法：检查水质指标指标合格情况。缓蚀剂浓度、碱度、Ca+2 、Cl、异养菌等指标是否不合格项多，及时纠正。确认指标合格的情况下再考虑修改配方：增加缓蚀剂用量；增加药剂中抗点蚀的成分；提高水的碱度指标；加强对微生物的杀灭。,结垢,现状：监测的粘附速率超标；换热设备超温，结垢堵塞；循环水中Ca+2 与其他离子比例失调；垢样分析表明CaO、P2O5 、CO2占百分比大。建议的处理方法：检查循环水中 碱度Ca+2 是否超标、粘泥量是否超标；加药不及时或分散剂少加；工艺条件是否变化；进水阀门开度小，水量不足；浓缩倍数过高；对症处理。增加阻垢分散剂的量或更换高效的阻垢分散剂；调低循环水中 碱度Ca+2 的控制指标；加酸降低PH和碱度（碱性配方也要加酸）；适当降低浓缩倍数。,微生物引起的问题,现状：监