淺議循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理劉鈺疇(南昌有色冶金設(shè)計(jì)研究院南昌330002)[內(nèi)容摘要]介紹了多種循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理的方法及其基本原理，并對循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理的發(fā)展趨勢做了簡要說明。[關(guān)鍵詞]循環(huán)冷卻水結(jié)垢腐蝕水質(zhì)穩(wěn)定處理在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，由于循環(huán)冷卻水長時間反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)和使用，通過冷卻構(gòu)筑物的傳熱與物質(zhì)交換，循環(huán)冷卻水與大氣接觸，從而使循環(huán)冷卻水具有以下一些明顯的特點(diǎn)：(1)水中游離及溶解的CO2大量逸散，當(dāng)CO2的含量不足以保證重碳酸鹽的平衡時，給水管道和用水設(shè)備內(nèi)就會形成CaCO3沉淀，引起系統(tǒng)內(nèi)CaCO3結(jié)垢；(2)水中所含的溶解性氣體、腐蝕性鹽類與酸類等電解質(zhì)與金屬接觸時，因?yàn)殡娊赓|(zhì)的作用，從金屬表面析出Fe2+，使設(shè)備和管道金屬遭到破壞；(3)空氣中的污染物如塵土、雜物、可溶性氣體及換熱器物料滲漏等均可進(jìn)入循環(huán)水，致使微生物大量繁殖，加速金屬的腐蝕；(4)由于補(bǔ)充水帶來或水在循環(huán)使用過程中產(chǎn)生的各種微生物、其它有機(jī)物及無機(jī)懸浮雜質(zhì)在管道和換熱器表面沉積?；谝陨显颍寡h(huán)水水質(zhì)惡化，給系統(tǒng)帶來結(jié)垢腐蝕、污泥和菌藻等問題。所以必須對循環(huán)冷卻水進(jìn)行水質(zhì)處理，而如何正確評價循環(huán)冷卻水水質(zhì)和正確選用水質(zhì)處理的方法，不能僅從水中離子的含量來表示，要從阻垢、緩蝕殺菌等綜合效果來判斷。以下就幾種循環(huán)冷卻水的處理方法做一些介紹和比較。1常規(guī)循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定的處理方法1.1降低補(bǔ)充水的碳酸鹽硬度降低補(bǔ)充水碳酸鹽硬度的方法之一是對補(bǔ)充水進(jìn)行軟化處理，這樣可大大降低循環(huán)水系統(tǒng)中的碳酸鹽硬度，有利于系統(tǒng)的水質(zhì)穩(wěn)定。循環(huán)水系統(tǒng)中常用的降低補(bǔ)充水碳酸鹽硬度的方法軟化法和酸化法。軟化法即用石灰軟化或氫、鈉離子交換去除補(bǔ)充水中的致垢鹽分，該法可以有效地防止產(chǎn)生碳酸鹽垢，但軟化法不能阻止由塵土和微生物帶來的泥垢和粘垢的產(chǎn)生，而氫、鈉離子交換法的基建及運(yùn)行費(fèi)用都很高，所以此法已經(jīng)很少采用。酸化法是將補(bǔ)充水的碳酸鹽硬度經(jīng)過加酸處理后使之變成非碳酸鹽硬度，從而降低補(bǔ)充水的碳酸鹽硬度，其反應(yīng)式如下：Ca(HCO3)+H2SO4==CaSO4+2CO2+2H2OMg(HCO3)+H2SO4==MgSO4+2CO2+2H2O加酸處理的缺點(diǎn)是水的腐蝕性較強(qiáng)，系統(tǒng)中的循環(huán)冷卻構(gòu)筑物如冷卻塔等均需要考慮防腐處理，近年來伴隨著其它方法的產(chǎn)生，酸化法很少采用。1.2排污法當(dāng)補(bǔ)充水的碳酸鹽硬度較低時，可以用限制循環(huán)水的濃縮倍數(shù)的方法，使循環(huán)水的碳酸鹽硬度小于極限碳酸鹽硬度，即可防止結(jié)垢。如果不考慮系統(tǒng)中的滲漏損失，則循環(huán)水進(jìn)行連續(xù)排污時，為防垢所需的排污量可用下式求出：其中P1：循環(huán)水系統(tǒng)的蒸發(fā)損失，占循環(huán)水量的%；P2：冷卻塔風(fēng)吹損失，占循環(huán)水量的%；P3：為防垢所必需的連續(xù)排污量，占循環(huán)水量的%；H碳：補(bǔ)充水的碳酸鹽硬度（meq/L）；H極：補(bǔ)充水的極限碳酸鹽硬度（meq/L）。濃縮倍數(shù)與排污量的關(guān)系為：其中N：循環(huán)水的濃縮倍數(shù)；P：循環(huán)水的補(bǔ)充水量，占循環(huán)水量的%。若要使循環(huán)冷卻水穩(wěn)定，不發(fā)生CaCO3沉淀，則N≤H極/H碳，由此可以得出：P≥H極P1/（H極-H碳）。該式說明，在P1范圍大致確定的情況下，補(bǔ)充水的H極與H碳差值越小，則所需補(bǔ)充水量越大，反之越小。式中P3的計(jì)算結(jié)果如果為負(fù)值，則不需要排污，計(jì)算結(jié)果為正值時排污量一般不超過3～5%為宜。該法主要用于暫時硬度較低的水質(zhì)及水資源較豐富的地區(qū)。在實(shí)際中僅靠排污法不能解決循環(huán)冷卻水的水質(zhì)問題，尚需要結(jié)合其它措施。1.3投加緩蝕阻垢劑向水中投加緩蝕劑及阻垢劑等穩(wěn)定劑是目前防止循環(huán)水結(jié)垢，延緩腐蝕的主要辦法之一。在循環(huán)水中投加該類藥物后，在循環(huán)水中會出現(xiàn)新的平衡關(guān)系。早期采用經(jīng)過適當(dāng)加工的天然物質(zhì)，如本質(zhì)素、丹寧等。目前使用較廣泛的穩(wěn)定劑有人工合成的無機(jī)聚磷酸鹽、有機(jī)磷酸鹽、聚丙烯酸鈉、鉬酸鹽等及由這些藥劑組成的復(fù)合阻垢緩蝕劑。使用阻垢緩蝕劑的突出作用是：捕捉溶解于水中的金屬離子產(chǎn)生的可溶性絡(luò)合物，使金屬離子的結(jié)垢作用受到限制，從而提高水中允許的極限碳酸鹽硬度。吸附微小晶粒并分散于水中的鈣離子層上，從而避免析出。螯合鈣鎂離子，形成單環(huán)或雙螯合物，從而成為穩(wěn)定的分散體系。增大成垢化合物的溶解度，減低沉降速度，從而大大減低結(jié)垢的可能。抑制陽極或陰極過程，使腐蝕電流減少，達(dá)到緩蝕作用。在金屬表面上，形成一層難溶解的膜，阻止了冷卻水中氧氣的擴(kuò)散和Fe的溶解，起到了緩蝕的作用。我院在某工程設(shè)計(jì)中各循環(huán)水系統(tǒng)中使用的復(fù)合配方的緩蝕阻垢劑，主要成分為有機(jī)磷酸鹽、磷磺酸、三元共聚物、聚磷酸鹽和抗氯離子點(diǎn)蝕的高效緩蝕阻垢劑BTA，實(shí)踐證明，具有良好的阻垢性能，且適用于不同的濃縮倍數(shù)，對于不銹鋼及銅有很好的抗點(diǎn)蝕能力。2新型循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定的處理方法2.1循環(huán)水的磁化處理利用磁場效應(yīng)對水進(jìn)行處理，稱為水的磁化處理。方法是將冷卻水通過永久磁石的磁場，鈣鎂碳酸鹽和其它無機(jī)鹽的溶解度在磁處理后的活性水中得到提高，同時水中的結(jié)垢物晶體在通過磁場時其表面的電荷分布在磁場的影響下發(fā)生了變化，形成一種松散的晶體團(tuán)，所以不會粘附在管壁或其它物體表面，從而可通過定期排污來除去。冷卻水的磁化法處理，還有許多問題需要研究和探討，主要原因是其處理效果不夠穩(wěn)定。根據(jù)有關(guān)資料介紹，磁化法處理冷卻水，效率有時可接近100%，而有時幾乎無效。在這方面尚缺乏完整的科學(xué)資料。故在使用前應(yīng)根據(jù)冷卻循環(huán)水的水質(zhì)作實(shí)驗(yàn)以確定其效果。該法在使用的同時，還需輔以旁濾，緩蝕和殺菌等處理內(nèi)容。為了避免清洗磁水器而影響供水，一般要設(shè)一用一備。同時在使用是要加強(qiáng)維護(hù)管理，著重抓好定時排污和清洗磁水器等管理工作。2.2循環(huán)水的離子高壓靜電水處理離子高壓靜電水處理是由離子棒、高壓電源發(fā)生器、管道等而組成的。所以又稱之為離子棒處理。當(dāng)循環(huán)冷卻水流經(jīng)過離子高壓靜電水處理器時，處理器能夠產(chǎn)生一個7500～12000伏左右的高壓靜電場，在靜電場的作用下，水分子偶極矩增大并定向地按正極、負(fù)極的順序呈鏈狀整齊排列。當(dāng)水中含有溶解鹽的離子時，由于靜電的作用，這些陽離子和陰離子將分別被水偶極子包圍，也將按正極、負(fù)極的順序整齊地排列在水偶極子群中，使之不能自由運(yùn)動，也就不可能靠近器壁，阻止了鈣鎂所含陽離子不致趨向器壁，從而達(dá)到防垢、除垢的目的。通過實(shí)驗(yàn)還表明：經(jīng)靜電處理后，水中將產(chǎn)生活性氧，故它對無垢系統(tǒng)中的金屬表面產(chǎn)生一層微薄氧化薄膜防止腐蝕，而在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中能破壞垢分子之間的電子結(jié)合力，改變晶體結(jié)構(gòu)，促使硬垢疏松，使已經(jīng)產(chǎn)生的水垢逐漸剝蝕、脫落，同時還具有一定的殺菌滅藻作用。2.3循環(huán)水的低壓電子水處理電子水處理器由水處理器、電子發(fā)生器、管道等組成。水處理器中心裝有一金屬陽極，殼體為陰極，由鍍鋅無縫鋼管制成，電子發(fā)生器提供水處理器產(chǎn)生電子場。流經(jīng)電子水處理器的冷卻水在微弱電流的作用下，水分子受到激發(fā)而處于高能狀態(tài)，水分子電位下降，使水中溶解鹽類的離子或帶電粒子因靜電引力減弱，使之不能相互集聚并失去化合力，從而抑制了水垢的形成。受到激發(fā)的水分子還可吸收水中現(xiàn)有的沉積物和積垢的帶負(fù)電荷的粒子，使積垢疏松，逐漸溶解并最終脫落。水分子的電位下降使水分子與器壁間電位差減小，抑制了金屬器壁的離解，起到緩蝕作用。微電流及電子易被O2吸收生成O2-和H2O2等物質(zhì)，這些物質(zhì)使微生物細(xì)胞破裂原生質(zhì)流出，影響細(xì)菌的新陳代謝，從而起到殺菌、滅藻的作用。電子水處理器與靜電水處理器的不同點(diǎn)如下：（1）最高適用工作水溫，電子水處理器略高。在水溫80oC以下時兩者均可使用，超過80oC時，只能選用電子水處理器。（2）工作電壓差別較大。電子水處理器屬于低壓范疇，靜電水處理器是靜電高壓。（3）靜電水處理器的陽極耐磨損不粘附，適用水質(zhì)總硬度<700mg/L（以CaCO3計(jì)）；而電子水處理器的陽極表面的保護(hù)膜易被磨損，易粘附污物，只能用于水質(zhì)總硬度<500mg/L（以CaCO3計(jì)）。（4）靜電水處理器的使用壽命一般為15～20年，但價格較為昂貴；電子水處理器的使用壽命一般為7年左右，但價格相對較低。3循環(huán)水系統(tǒng)的殺菌滅藻循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的殺菌滅藻，主要是針對于敞開式循環(huán)水系統(tǒng)。敞開式循環(huán)水系統(tǒng)中異氧菌數(shù)量宜小于5х105個/mL；粘泥量宜小于4mL/m3。敞開式循環(huán)水系統(tǒng)微生物的控制應(yīng)根據(jù)水質(zhì)、菌藻種類、穩(wěn)定劑的特性及環(huán)境污染等因素，經(jīng)過綜合比較后確定。其控制方法有以下幾種：補(bǔ)充水的前處理，改善補(bǔ)充水水質(zhì)。經(jīng)過處理的補(bǔ)充水，不僅可以去除懸浮物，而且可以去除部分細(xì)菌；采用旁濾方法。部分循環(huán)水經(jīng)過旁濾裝置，可以除去系統(tǒng)中的懸浮物及藻類；投加殺生劑。這是目前抑制微生物的通用方法。通常選用廣譜高效、pH值適用范圍較廣、與冷卻水中使用的穩(wěn)定劑互不干擾、易于降解、藥物價格較低及操作方便的殺生劑。常用的殺生劑有：氯、次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧、硫酸銅及季胺鹽等。4循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理的發(fā)展方向冷卻水處理技術(shù)，國內(nèi)外已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史。從最初的酸化處理發(fā)展到后來的添加一定量的化學(xué)藥劑的化學(xué)處理方法，較好地解決了結(jié)垢、腐蝕和微生物繁殖等問題。但是隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的逐漸加強(qiáng)，對毒性較大的化學(xué)藥劑如鉻酸鹽的限制也日趨嚴(yán)格。后來以磷酸鹽為主要成分的全有機(jī)配方也開發(fā)成功，但由于磷酸鹽的分解產(chǎn)物也發(fā)生無機(jī)磷酸鹽，在一些禁止磷排放的地方，這類配方也將受到嚴(yán)格限制。而二十世紀(jì)八十年代開