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论工业循环冷却水处理的重要性

美景水处理 2019-02-10 14:22:28

循环水处理技术就是利用水处理药剂有效控制循环冷却水水质的技术,要求做到“防垢、防腐、防藻类生长”,关键技术是防垢剂及缓蚀剂,还必须考虑环保。




一.前言






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工业循环水处理的重要性




我国是世界上水资源匮乏的国家之一。据报道,我国669个城市中有400个面临供水不足。随着经济的迅猛发展,人口的增长,缺水现象和水质恶化问题越来越突出。因此,节约用水,搞好水处理,提高工业用水的重复利用率至为重要。


对工业循环水的处理,其核心问题就是要选择采用优质安全的水处理药剂。因而对水处理药剂的研究和应用一直是当前水处理工作的热点。全面认识和用好水处理药剂,也是电力、冶金、化工、食品等企业负责水处理的技术人员及操作人员最为关心的内容。




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工业循环水处理的必要性




工业循环水给水为天然水,而天然水中不管是地表水(如河水、湖水、水库水),还是地下水(如井水、泉水、自来水)都含有杂质,如悬浮物、藻类物质,如不采取预防措施(即水处理),就会在热交换面上沉积,结生成水垢。一旦结垢,就会降低热交换率,腐蚀设备和危及安全生产。因此对工业循环水进行处理是很必要的,也是节能减排所必须的。




二.冷却水处理的必要性






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天然水中的杂质




天然水分为两大类,一是地表水,如河水、湖水、水库水等。此类水含泥沙、藻类、动植物残骸及可溶性盐类物质,水质随季节变化而波动。二是地下水,包括井水、泉水和自来水。地下水水质一般比较稳定,受季节变化影响较小,含杂质种类及多寡与流经地层有关,灰岩地层含Ca2+、Mg2+离子较高,即硬度较高,花岗岩地层含Ca2+、Mg2+离子较低,而含SiO3-2相对较高。


天然水不是纯净水,都含有杂质,这些杂质分为三类:


其一,悬浮物质。主要是一些比重小于1的细小微粒的泥土、动植物腐物,这些杂质通过沉淀可除去;


其二,胶体物质。胶体微粒粒度较小(直径在1mm以下,10°以上),此类物质不会自行沉淀,主要是一些腐植物,铁、铝、硅的化合物;


其三,溶解物质。如各种矿物质离子,如K+、Na+、Ca+2、Mg+2、NH4+、Fe+2、Mn+2等阳离子,HCO3-、Cl-、F-、SO4-2、SiO3-2、NO3-、NO2-等阴离子,在中性水中,阴阳离子总和是相等的。


天然水中还含有一些溶解的气体,如O2、CO2等。




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水质指标




⑴悬浮物(也称浊度):单位mg/L,1mg/L称一度,标准要求,给水浊度小于5mg/L。浊度高时水呈浑浊状态。


⑵溶解固形物:单位mg/L,指水中溶解盐类和有机物总和。水指标要求小于2500~5000mg/L。

⑶硬度:单位mmol/L,指水所含Ca+2、Mg+2离子的总量。

硬度的表示单位:

a.毫摩尔 mmol/L 1 mmol/L=50mg CaCO3

b.德国度 G° 1G°=10mg CaCO3

c.以碳酸钙(CaCO3)表示,即ppm浓度。ppm是百万分数的符号。

1ppmCaCO3=1/50mmol/L

1ppm=1000ppb(微克)

例如:1公斤水中含5mgCaCO3,就可换算成5ppm。

以上三种硬度表示之间的关系为:

1mmol/L=2.804G°=50ppmCaCO3

⑷总碱度:总碱度是指水中的OH-(氢氧根)、CO3-2(碳酸根)、HCO3-(碳酸氢根)的总含量。这些阴离子在水中都呈碱性。总碱度的表示单位与酸度相同。

总碱度是指用甲基橙作指示剂(pH=4.4)测得的碱度,也称甲基橙碱度。

水中所含PO4-3、HSiO3-也有碱度,但由于含量甚微,故忽略不计。 

碱度与硬度的关系:

a. 总碱度>总硬度 此时,永硬为0

总碱度-总硬度=负硬度 此时,水呈碱性(pH>7);

b. 总碱度=总硬度 此时,总碱度=暂时硬度;

c. 总碱度<总硬度 此时,总硬度-总碱度=永硬总碱度=暂硬;

⑸pH值:pH值是氢离子的负对数,表示水的酸碱程度。

pH值与碱度的关系:

碱度相同的水(或溶液),其pH值不一定相同。反之,pH值相同的水(或溶液),其碱度也不一定相同。原因是pH值直接反映水中H+或OH-的含量,而碱度除包括OH-外,还包括CO3-2、HCO3-等碱性物质的含量。

如:碱度0.1mmol/L的NaOH液,pH=13

碱度0.1mmol/L的NaHCO3液,pH=8.3

碱度0.1mmol/L的NH3-H2O液,pH=11

其他水质指标,如相对碱度、含油量、溶解氧、磷酸根(PO4-3)、Cl-根、SO4-2根、亚硫酸根等,这里就不介绍了。

由于水中所含各种杂质,特别是悬浮物,硬度杂质如不采取预防措施(即水处理),就会在热交换面上沉积,形成水垢。

⑹水垢的危害

设备的热交换面上一旦结生水垢,就将产生以下危害:

第一,大大降低热交换效率,降低冷却效果,结水垢与不结水垢对钢铁材质而言,其热交换效率相差40倍以上。如焦化厂用于降低煤气的热交换器,一旦结生水垢后,其煤气的温度就会升高3~5℃,体积增大,严重影响生产;

第二,腐蚀设备。结垢后会产生垢下电化学腐蚀,增加维修量,缩短设备使用寿命,造成人力、物力、财力的浪费;

第三,危及安全生产。结垢严重时会导致穿孔、泄漏,发生安全事故,影响生产正常进行。

因此,对循环冷却水,必须进行处理,以防止结生水垢及藻类,这是非常必要的一项措施。



三.水处理技术方法概述




循环冷却水防垢处理方法有多种,选用时应根据给水水质条件、水资源短缺情况及水价等因素,因地制宜地选择有效、安全、经济、简便的方法。

循环水防垢处理方法的作用分类为:

石灰处理

降低结垢物质含量 离子交换法

酸化法

磷化(无机聚磷酸盐)法

防垢处理方法 稳定结垢物质(硬度) 含有机稳定处理法

复合(无机-有机药剂处理)法

综合处理 酸化磷化法

酸化-有机药剂处理

离子交换法是目前使用较为广泛的循环冷却水处理方法,正确处理和控制下能有效降低水中的阳离子含量(所以该法也称为阳离子交换法。阴离子处理费用昂贵,一般的循环冷却水不宜采用)。但随着水处理技术的不断发展和国家对环境问题重视的提高,该法所带来的环保问题越来越引起重视。

使用该法过程中需要大量使用工业盐作为交换介质使树脂再生,树脂再生处理要排放废盐液,这会造成环境的永久性污染,使地下水盐碱化。

国家出台了一系列文件,要做好节能减排工作。我们必须认真贯彻科学发展观的战略方针,在水处理工作上,采用绿色处理方法。

比较各种方法的优缺点及对环保的影响,采用复合药剂处理法为佳。复合药剂主要是无机和有机药剂,有多种配方,因而产品牌号也有多种。



四.对循环冷却水系统中微生物的控制




循环冷却水处理不仅要防垢防腐,还要防微生物。微生物种类较多,在循环冷却水中引发问题的主要有三类:藻类、细菌和真菌。它们一是从补给水中带入,二是由空气中带入。

冷却水中的藻类主要有:蓝藻、绿藻和硅藻。

藻类的危害:一是死亡的藻类成为水中的悬浮物和沉淀物,二是藻类在冷却塔填料上的生长会影响水分散和通风量,降低冷却效果。

循环水中存在大量细菌,其在新陈代谢过程中能分泌黏液,把原来悬浮在水中的固体物和无机沉淀物粘合起来,附着于换热表面上,引起结生污垢和腐蚀。冷却中的细菌按其形状分为球菌、杆菌和螺旋菌。

冷却水中的真菌包括霉菌和酵母菌两类。真菌往往生成在冷却塔的木质构件上,水池壁上和换热器中。真菌会破坏木材中的纤维素,使构件腐朽,产生细菌状粘泥,影响冷却效果。

因此对这三类微生物,必须进行杀灭、控制,通用的方法就是定期投放杀菌灭藻剂进行杀灭。

常用的药剂有氯剂、溴剂和有机氮硫类药剂。




五.循环冷却水的补充处理及旁流处理




⒈ 对于给水浊度比较高的可以在加入复合水处理剂处理的同时,加入一定量的浊度处理剂,如聚氯化铝等,以增强防垢效果。

⒉ 旁流处理:旁流处理就是抽取部分循环水,按要求进行处理后再返回到循环水池中的处理方法。

1-蒸发损失;2-凝汽器;3-空气;4-补给水;5-排污;6-旁流过滤器;7-冷却塔


其二,为了提高循环水的浓缩倍率。通过旁流装置从循环水中过滤除去悬浮物及沉淀物,有利于浓缩倍率的提高,减少排污量,有利于经济运行。


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