摘要:循環(huán)冷卻水在使用之后，水中Ca2+、Mg2+、Cl-等離子，溶解固體和懸浮物對應增加，空氣中污染物如灰塵、雜物、可溶性氣體以及換熱器物料泄漏等，均可進入循環(huán)冷卻水，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中設備和管道腐蝕、結垢，造成換熱器傳熱效率降低，過水斷面降低，甚至使設備管道腐蝕穿孔。要處理循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中這些問題，必須進行綜合治理。采取水質穩(wěn)定技術，用物理與化學處理相結合方法控制和改進水質，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中腐蝕、結垢、微生物污垢得到有效處理，從而取得節(jié)水、節(jié)能良好效益。關鍵詞:循環(huán)冷卻水，腐蝕，結垢，微生物AbstractIntheuseofcoolingwater,waterCa2+,Mg2+,Cl-plasma,dissolvedsolidsandthesuspensionofacorrespondingincreaseinairpollutantssuchasdust,debris,gasandheatexchangersolublematerialssuchasleakage,canenterthecycleofcoolingWater,coolingwatersystemofequipmentandpipelinecorrosion,scaling,resultinginheatexchangerefficiency,reducecrosssection,eventheequipmentpipelinecorrosionperforation.Tosolvethecoolingwatersystemsintheseissues,theneedforcomprehensivemanagement.Useofwaterstability,physicalandchemicaltreatmentusingacombinationofmethodstocontrolandimprovewaterqualitysothatthecoolingwatersystemofcorrosion,scalingandmicrobiologicalfoulingbeaneffectivesolutiontoobtainwater-saving,energy-savingbenefitsofthegood.Keywords:Circulationchilledwater,corrosion,fouling,microorganism目錄1引言……………12循環(huán)水系統(tǒng)及控制指標……………………22.1循環(huán)水系統(tǒng)特征………………………22.2敞開式循環(huán)水系統(tǒng)………………22.3循環(huán)水系統(tǒng)產(chǎn)生問題………………22．4循環(huán)水使用中控制指標………33循環(huán)水水質處理技術作用及其主要性………………54循環(huán)冷卻水腐蝕……………64.1循環(huán)冷卻水腐蝕成因……………………64.2循環(huán)冷卻水中腐蝕影響原因………………64.3循環(huán)冷卻水腐蝕抑制………………75循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中沉積物及其控制…………………95.1沉積物分類…………………95.2水垢控制技術…………105.3污垢控制………………136微生物控制………………156.1微生物引發(fā)危害………………………156.2微生物控制指標………………………156.3微生物控制……………157日常處理工作…………208結束語…………21參考文件………………………22致謝………………231引言在20世紀初，伴隨工業(yè)快速發(fā)展，工業(yè)用水愈來愈多，不過，幾乎沒有一家工廠使用循環(huán)水。到了四十年代，人們生活用水、農(nóng)田用水和工業(yè)用水之間出現(xiàn)了爭奪，直流水系統(tǒng)已經(jīng)受到了水資源限制，于是另覓用水出路而發(fā)展了循環(huán)水系統(tǒng)。比如一套水用量約0t/h左右裝置，如采取循環(huán)水系統(tǒng)，每小時補充四五百噸新鮮水就夠了，節(jié)約水量非?？捎^。我國淡水資源并不豐富，且分配甚不均衡，北方缺雨少水，更顯水源擔心。如華北地域和京津一帶已連年鬧水荒，嚴重影響工農(nóng)業(yè)發(fā)展和人們生活用水，節(jié)約用水日益迫切。在水源上得天獨厚長江流域和江南水鄉(xiāng)，因為不注意排水處理，江河湖泊受到不一樣程度污染，影響人們用水質量和魚類生存。為保護生態(tài)環(huán)境不被破壞，環(huán)境保護部門對排出水溫度、PH值及其它污染物都有要求。為使有害成份達成排放標準，只有降低污水流量才能適合處理，才能降低污水處理費用。所以，不論從節(jié)約水源還是從經(jīng)濟觀點和保護環(huán)境觀點出發(fā)，都應設法降低取水量，降低冷卻水排污量，限制使用直流水系統(tǒng)，盡可能推廣采取敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。循環(huán)水比起直流水，除了節(jié)約新鮮水量、降低排污水量之外，還能夠預防熱污染。循環(huán)水還因控制換熱器污垢熱阻而提升傳熱效果和生產(chǎn)效率，降低設備體積，節(jié)約鋼材。循環(huán)水有效控制了系統(tǒng)中設備腐蝕，從而提升設備使用壽命?；瘜W工業(yè)、石油工業(yè)、冶金工業(yè)及建筑空調系統(tǒng)中常需要將熱工藝介質進行冷卻，水特征很適適用作冷卻介質。工業(yè)冷卻水經(jīng)過換熱器（或稱熱交換器、水冷卻器、水冷器）與工藝介質間接換熱。熱工藝介質在熱交換中降低溫度，冷卻水被加熱溫度升高。工業(yè)冷卻水用量往往很大，在化學工業(yè)許多企業(yè)中占到工業(yè)用水總量90%~95%以上。2循環(huán)水系統(tǒng)及控制指標2.1循環(huán)水系統(tǒng)特征冷卻水系統(tǒng)是用水來作為工業(yè)冷卻介質系統(tǒng)，它分為直排冷卻水系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。直排冷卻水系統(tǒng)因其消耗水量大、加藥處理費用過高，已經(jīng)被淘汰。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中冷卻水流經(jīng)換熱器時，和工藝介質進行熱交換，熱介質經(jīng)過冷卻水冷卻到需要溫度，冷卻水溫度升高，成為熱水。熱水基本不排放，經(jīng)過冷卻后仍返回系統(tǒng)重復使用。即冷卻水被加熱成熱水，熱水被冷卻成冷水，冷水再加熱，熱水再冷卻，循環(huán)不止，因而大大節(jié)約了用水。這就是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)與直排冷卻水系統(tǒng)不一樣之處。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)又可分為密閉式和敞開式兩種，其區(qū)分在于敞開式系統(tǒng)中熱水是經(jīng)過冷卻塔（又稱涼水塔）或冷卻池與空氣直接接觸被冷卻為冷水，再返回系統(tǒng)循環(huán)使用，而密閉式系統(tǒng)中水不與大氣接觸，密閉循環(huán)，水冷卻主要依靠冷水機等伎倆來完成，水不濃縮，也基本上不消耗。2.2敞開式循環(huán)水系統(tǒng)在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水用過后也不是立刻排放掉，而是收回循環(huán)再用。水再冷卻是經(jīng)過冷卻塔來進行，所以冷卻水在循環(huán)水過程中要與空氣接觸，部分水在經(jīng)過冷卻塔時還會不停被蒸發(fā)損失掉，因而水中各種礦物質和離子含量也不停被濃縮增加。為了維持各種礦物質和離子含量穩(wěn)定在某一個定值上，必須對系統(tǒng)補充一定量冷卻水，通常稱作補充水；并排出一定量濃縮水，通稱排污水。這種敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)要損失一部分水，但與直流冷卻水系統(tǒng)相比，能夠節(jié)約大量冷卻水，且排污水也對應降低。所以，不論從節(jié)約水資源，還是從經(jīng)濟和保護環(huán)境觀點出發(fā)，都應設法降低各類工廠冷卻水用量，盡可能使用敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。2.3循環(huán)水系統(tǒng)產(chǎn)生問題冷卻水經(jīng)過換熱器后水溫提升成為熱水，熱水經(jīng)冷卻塔曝氣與空氣接觸，因為水蒸發(fā)散熱和接觸散熱使水溫降低，冷卻后水再循環(huán)使用。敞開式冷卻水系統(tǒng)又叫冷卻塔系統(tǒng)，因為它慣用冷卻塔作為水冷卻設備，這種系統(tǒng)在工廠得到廣泛使用。如圖2-1所表示。這種敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，因為在循環(huán)過程中要蒸發(fā)掉一部分水，還要排出一定濃縮水，故要補充一定新鮮水，以維持循環(huán)水中含鹽量或某一離子含量在一定值上。比較起來，循環(huán)水補充水量是很有限，通常只是直流水四十分之一左右。冷卻水在循環(huán)使用過程中，輕易帶來以下三個問題：1、水在冷卻塔內和空氣充分接觸，使水中溶解氧得到補充，所以循環(huán)水中溶解氧總是飽和。水中溶解氧是造成金屬電化學腐蝕主要原因。加上水濃縮后含鹽量增加，電導率上升，也增加了腐蝕傾向；圖2-1敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)2、水濃縮之后成垢離子成倍增加。尤其因為碳酸氫鹽是很不穩(wěn)定鹽類，它在換熱器表面會分解成為碳酸鹽和二氧化碳。碳酸鈣溶解度很低，使傳熱面上結碳酸鈣水垢傾向增加；3、冷卻水和空氣接觸，吸收了空氣中大量灰塵、泥沙、微生物及其孢子，使系統(tǒng)污泥增加。冷卻塔內光照、適宜溫度、充分氧和養(yǎng)分都有利于細菌和藻類生長，從而使系統(tǒng)黏泥增加，在換熱器內沉積下來，增加了黏泥危害。2．4循環(huán)水使用中控制指標要搞好循環(huán)取得良好效果，對于循環(huán)水和補充水和各種雜質應該有限制性要求，這種限制性控制指標就是水質控制邊界條件，假如超出控制指標，就會給循環(huán)水處理帶來危害。表2-1是循環(huán)水系統(tǒng)中各種離子或雜質允許含量：表2-1循環(huán)水中各種離子或雜質允許含量名稱允許含量過高或過低時危害渾濁度通常要求≦20mg/L,使用板式，翅片式和螺旋式換熱器時宜≦10mg/L污垢沉積含鹽量投加緩蝕阻垢劑時，通常不宜>3000μs/cm腐蝕或結垢鈣離子（以CaCO3計）依照碳酸鈣穩(wěn)定指數(shù)和磷酸鈣飽和指數(shù)進行控制，大致要求≧50mg/L，≦500mg/L過高結水垢，過低則腐蝕總堿度（以CaCO3計）依照碳酸鈣穩(wěn)定指數(shù)選定PH指標，總堿度依照PH值自然平衡，大致要求≧50mg/L，≦500mg/L過高結水垢，過低則腐蝕鈣離子加總堿度（以CaCO3計）采取全有機配方時，大致要求二者之和≦1000mg/L過高可能結水垢鐵和錳（總鐵量）≦0.5mg/L過高表明系統(tǒng)有腐蝕，可形成黏性污垢，造成局部腐蝕銅離子對碳鋼換熱，要求Cu+≦≦0.1mg/L過高產(chǎn)生點蝕氯離子依照換熱器材質、殼程和管程、結構、應力及藥劑、配方情況決定，通常碳鋼換熱器系統(tǒng)≦1000mg/L，不銹鋼換熱器較多系統(tǒng)≦300mg/L過高促進局部腐蝕，對碳鋼主要是點蝕，對不銹鋼是應力腐蝕開裂3循環(huán)水水質處理技術作用及其主要性化學水處理技術能夠很好地處理循環(huán)冷卻水所帶來危害。它在國外應用已經(jīng)有半個多世紀以上；在我國也日益廣泛應用，大量推廣已經(jīng)有二十多年歷史。其綜合處理效果令人滿意，處理費用也能為用戶接收，是普通使用好方法。在循環(huán)冷卻水中應用水處理技術，既可改進水質，降低對設備腐蝕和結垢，延長設備壽命，確保生產(chǎn)長周期均衡平穩(wěn)地運行，又能節(jié)約用水，降低排污，對生態(tài)環(huán)境大為有利，從而取得良好經(jīng)濟效益和社會效益。評價化學水處理經(jīng)濟效益需要從處理費用上和生產(chǎn)上全方面評價?；瘜W處理費用經(jīng)濟合理，占循環(huán)水成本中百分比極低，而且?guī)Ыo系統(tǒng)好處很多，有很好經(jīng)濟效益。據(jù)我了解，許多廠在這方面都深有體驗，尤其是有廠早期投產(chǎn)時循環(huán)水未進行化學處理，運行一段時間后才發(fā)覺“水患成災”，日后采取化學處理，“對癥下藥”，使水質得到顯著改進。科學技術是第一生產(chǎn)力，循環(huán)水化學處理技術在節(jié)能降耗，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，提升效益等方面發(fā)揮著非常主要和關鍵作用，詳細表現(xiàn)在：1、確保換熱設備高效運行。經(jīng)過化學處理，減緩設備和管道腐蝕和結垢，提升換熱效率，改進工藝條件，延長設備及管道使用壽命。2、穩(wěn)定生產(chǎn)。沒有沉積物附著、腐蝕穿孔和粘泥堵塞等危害，冷卻水系統(tǒng)中換熱器就能夠一直在良好環(huán)境中工作，除計劃中檢修外，意外停產(chǎn)檢修事故就會降低，為生產(chǎn)長周期安全運行提供確保，從而降低生產(chǎn)過程中因設備維修造成時間延誤。3、節(jié)約水資源。冷卻水使用水處理劑后，能夠提升循環(huán)水濃縮倍數(shù)，這對工業(yè)節(jié)水有著主要作用。與支流冷卻水相比，即便循環(huán)水濃縮倍數(shù)比較低，比如僅為1.5倍，但此時補充水即可節(jié)約94.8%。由此可見，提升濃縮倍數(shù)，使用水處理技術，改進和凈化水質，對節(jié)約水資源有著至關主要作用。4、降低環(huán)境污染。因為濃縮倍數(shù)提升，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)比起直排冷卻水系統(tǒng)來，大大降低了冷卻污水排放量，也就降低了對環(huán)境污染。5、經(jīng)濟效益顯著。采取水穩(wěn)技術后，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)處于良性循環(huán)，換熱效率和冷卻效果良好，同時降低原材料消耗，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)生產(chǎn)滿負荷運行，生產(chǎn)能力提升，產(chǎn)品質量改進，產(chǎn)量增加，經(jīng)濟效益突出。4循環(huán)冷卻水腐蝕4.1循環(huán)冷卻水腐蝕成因因為和周圍介質相互作用，使材料（通常是金屬）遭受破壞或使材料性能惡化過程稱為腐蝕。腐蝕是一個電化學過程，經(jīng)過腐蝕，一個金屬能夠恢復到它原來自然狀態(tài)。比如：鐵腐蝕過程即是鐵回復到赤鐵礦（Fe2O3）、磁鐵礦（Fe3O4）狀態(tài)。另外，還有一個特殊腐蝕叫做微生物腐蝕，這是因為微生物直接或間接地參加了腐蝕過程所起金屬毀壞作用。微生物通常不單獨存在，往往總是和電化學腐蝕同時發(fā)生，二者極難截然分開。引發(fā)腐蝕微生物通常為細菌及真菌，但也有藻類及原生動物等，在大多數(shù)場所下都可看作是各種細菌共同作用而造成危害。金屬在溶液中電化學反應是這么過程：首先是在溶液中金屬釋放自由電子（通常把釋放自由電子氧化反應稱為陽極反應）；自由電子傳遞到陰極（接收電子還原反應稱為陰極反應）；電子再由陰極傳遞到溶液中被其它物質吸收。所以腐蝕是一個發(fā)生在金屬和溶液界面上多相界面反應，同時也是一個多步驟反應。由以上敘述中能夠看出，一個腐蝕過程最少由一個陽極（氧化）反應和一個陰極（還原）反應組成。碳鋼在冷卻水中腐蝕是一個電化學過程。因為碳鋼組織表面不均一性，所以，當它浸入水中時，在其表面就會形成許多微小腐蝕電池。陽極區(qū)域Fe不停失去電子，變成Fe2+進入溶液，也即鐵不停被溶解腐蝕，留下電子，經(jīng)過金屬本體移動到陰極滲碳體表面，與水和溶解在水中O2起反應生成OH-離子。在水中，陰、陽極反應生成Fe2+溶與OH-即生成不溶性白色Fe(OH)2堆積在陰極部位，鐵表面不再和水直接接觸，這就抑制了陽極過程進行。擔當水中有溶解氧時，陰極部位反應還要進行下去，因Fe(OH)2極（Fe2O3）這種物質極易被氧化為Fe(OH)3，即鐵銹。因為鐵銹基本不溶于水，所以只要水中不停有O2溶入，這種腐蝕電池共軛反應就不停進行。換言之，也就是碳鋼腐蝕會不停地進行下去。4．2循環(huán)冷卻水中腐蝕影響原因①PH值：如該金屬氧化物溶于酸性水溶液而不溶于堿性水溶液（鎳、鐵、鎂等），則該金屬PH↘，腐蝕率↘；如氧化物即溶于堿性又溶于酸性水溶液，則為兩性金屬（鋁、鋅、鉛等），則PH居中最好。②陰離子：水中不一樣陰離子在增加金屬腐蝕速度方面有以下次序：NO3-﹤CH3COO-﹤SO42-﹤CL-﹤CLO4-，而CL-等活性離子能破壞碳鋼、不銹鋼和鋁等金屬或合金表面鈍化。鉻酸根、亞硝酸根、硅酸根和磷酸根則對鋼有緩蝕作用。③絡合劑：如NH3、CN-、EDTA和ATMP等④硬度：垢下腐蝕。⑤金屬離子：Cu、Ag等有害，Zn能夠緩蝕等。⑥溶解氣體：O2、SO2、CO2、NH3、H2S、CL2含量增加，則加速腐蝕。⑦懸浮固體：生成沉積物，引發(fā)垢下腐蝕。⑧溫度流速：越高則腐蝕增加。4．3循環(huán)冷卻水腐蝕抑制控制腐蝕路徑有三種：①除去水中會引發(fā)腐蝕成份；②在金屬表面造成保護膜；③采取陽極保護。循環(huán)水中，主要是用投加緩蝕劑形成保護膜方法來控制腐蝕，也有用涂料覆蓋方法來隔絕金屬與水直接接觸來控制腐蝕。4.3．1投加緩蝕劑緩蝕劑是抑制不穩(wěn)定水腐蝕過程藥劑?？煞譃橛袡C和無機兩大類。依照緩蝕劑成膜類型能夠將其分為：氧化膜型緩蝕劑、沉淀膜型緩蝕劑、吸附膜型緩蝕劑。依照緩蝕劑對電化學腐蝕控制部位不一樣可分為：陽極緩蝕劑、陰極緩蝕劑和混合型緩蝕劑。陽極緩蝕劑作用是在陽極與金屬離子作用，生成氧化物或氫氧化物，沉積覆蓋在陽極上形成保護膜。有時還降低陽極金屬電極電位，這么就抑制了金屬向水中溶解。陰極緩蝕劑是抑制原電池陰極反應化學藥劑。陰極緩蝕劑通慣用較多有聚磷酸鹽和鋅鹽。聚磷酸鹽作為緩蝕劑，其作用是與水中陽離子(Ca2+、Fe2+)絡合形成帶正電膠體，膠體顆粒向陰極沉積成膜，伴隨膜增厚陰極釋放電子反應被阻止。鋅鹽作為緩蝕劑，它在陰極部位產(chǎn)生Zn(OH)2沉淀，起保護膜作用?；旌闲途徫g劑，既能在陽極成膜，也能在陰極成膜，其成膜作用是靠極性基團吸附。當緩蝕劑在陽極部位形成致密保護膜，以致金屬離子不一樣志溶解于水(即不再起陽極作用)時，這種緩蝕劑又叫鈍化劑。把兩種以上緩蝕劑組合成復合劑使用，往往起到增效作用，所以現(xiàn)在極少采取單一緩蝕劑。3．2防腐蝕涂料覆蓋法這種方法是在碳鋼換熱器傳熱表面上涂上防腐涂料，形成一層連續(xù)牢靠附著薄膜，使金屬與冷卻水隔絕，防止受到腐蝕。涂料品種很多，與通常金屬防腐涂料相比，冷卻水防腐涂料應滿足以下要求。①有良好屏蔽作性和化學穩(wěn)定性。因為冷卻水防腐涂料長久浸泡在水中，這就要求它在冷卻水中化學性能穩(wěn)定，能夠阻止水分子、溶解氧和其它腐蝕性物質透過涂層與碳鋼基體接觸而發(fā)生腐蝕。②與基體金屬有良好結協(xié)力，不易脫落。冷卻水防腐涂料若有脫落將使碳鋼換熱器金屬表面暴露在水中而被腐蝕。同時，脫落下涂層碎片也可能堵塞冷卻水管道而影響換熱。③涂覆后不應顯著地降低換熱器換熱效率。④能預防微生物附著和微生物破壞。⑤能耐受較高溫度而不被破壞。冷卻水防腐涂料主要成份有：基料、防腐顏料、填料、溶劑以及其它涂料助劑。5循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中沉積物及其控制5．1沉積物分類循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運行過程中，會有各種物質沉積在換熱器傳熱管表面。這些物質統(tǒng)稱為沉積物。它們主要是由水垢（scale）、淤泥（sludge）、腐蝕產(chǎn)物(corrosionproducts)和生物沉積物(biologicaldeposits)組成。通常人們把淤泥、腐蝕產(chǎn)物和生物沉積物統(tǒng)稱為污泥(fouling)。各類沉積物組成大致以下：1、水垢又稱硬垢或無機垢。為補充水中帶入確實難溶或微溶鹽在案循環(huán)水中條件改變時所形成垢。常見有碳酸鹽、碳酸鈣或磷灰石、硫酸鈣、氫氧化鎂、硅酸鎂等。2、污泥相對水垢而言較疏松，又稱軟垢。常含有泥渣、粉塵、砂粒、腐蝕產(chǎn)物、天然有機物、微生物菌落和分泌物、氧化鋁、磷酸鋁、磷酸鐵、通常碎屑等。3、淤泥以泥砂為主軟垢。4、粘泥又稱生物沉積。由微生物及其分泌物和殘骸組成，具備滑膩感膠狀粘泥或粘液。5、腐蝕產(chǎn)物因為設備腐蝕而產(chǎn)生金屬氧化物，主要為氧化鐵、氧化銅等。5.1、來自補充水未經(jīng)預處理或處理不量補充水會使泥砂、懸浮物、微生物帶入系統(tǒng)，即使澄清、過慮、消毒良好補充水也會有一定渾濁度并帶有少許微生物。澄清過程中還可能將混凝劑水解產(chǎn)物，鋁或鐵離子，留在補充水中。另外，不論是否經(jīng)過預處理，補充水中溶解鹽都會帶入循環(huán)水系統(tǒng)。2、來自空氣泥砂、粉塵、微生物及其孢子苔隨空氣帶入循環(huán)系統(tǒng)。有時侯昆蟲（如甲殼蟲）也會大量帶入系統(tǒng)，引發(fā)換熱器堵塞。當冷卻塔周圍環(huán)境受到污染時，硫化氫、二氧化硫、氨等腐蝕性氣體有可能隨空氣進入循環(huán)水中造成沉積。3、來自工藝介質泄漏換熱器泄漏，尤其是漏油或一些有機物造成污泥沉積。4、來自化學處理藥劑如在循環(huán)水中加鋅鹽或聚磷酸鹽緩蝕劑，則有結鋅垢或磷酸鹽垢可能性。5、來自系統(tǒng)腐蝕所形成腐蝕產(chǎn)物。5.2水垢控制技術5．2．1循環(huán)冷卻水結垢成因在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,水垢是由過飽和水溶性組分形成。水中溶解有各種鹽類，如碳酸氫鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、硅酸鹽等，其中以溶解碳酸氫鹽如Ca(HCO)3、Mg(HCO)3最不穩(wěn)定，極易分解生成碳酸鹽。所以，當冷卻水中溶解碳酸氫鹽較多時，水流經(jīng)過換熱器表面，尤其是溫度較高表面，就會受熱分解，其反應式以下：Ca(HCO)2=CaCO3+H2O+CO2(3-1)當循環(huán)水經(jīng)過冷卻塔，溶解在水中CO2會逸出，水PH值升高，此時，碳酸氫鹽在堿性條件下也會發(fā)生以下反應：Ca(HCO)2+2OH=CaCO3+2H2O+CO2(3-2)如水中溶有適量磷酸鹽與鈣離子時，也將產(chǎn)生磷酸鹽沉淀。上述一系列反應生成Ca(CO)3和Ca(PO4)2等均屬難溶性鹽。它們溶解度比起Ca(HCO)3來要小得多。同時，它們溶解度與通常鹽類還不一樣，其溶解度不是伴隨溫度升高而加大，而是伴隨溫度升高而降低。所以，在換熱器傳熱表面上，這些難溶性鹽很輕易達成過多飽和狀態(tài)而從中結晶析出，尤其當水流速度小或傳熱面較粗糙時，這些結晶沉淀物就會沉積在傳熱器表面上，形成了通常所說水垢。因為這些水垢結晶致密，比較堅硬，又稱之為硬垢。常見水垢成份為：碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣、鎂鹽、硅酸鹽。準確判斷水質結垢或腐蝕程度應該依照各種試驗結果。在試驗之前往往稱依照水質及一些運行條件進行計算，作出對結垢或腐蝕傾向初步判斷，方便考慮試驗方案?，F(xiàn)在計算方法都是依照水中某種鹽類溶解平衡關系提出，也就是說水中某種鹽達成能夠析出數(shù)量，即有結水垢傾向。假如該鹽類在水中能全部溶解，則在金屬表面上完全沒有水垢作保護層，即有腐蝕傾向。循環(huán)冷卻水中最易成垢是碳酸鈣，如使用磷系配方常有磷酸鈣垢，一些水質還可能產(chǎn)生硫酸鈣、硅酸鎂等到水垢，故常以這幾個鹽類分別判斷結垢或腐蝕傾向。通常以經(jīng)驗飽和指數(shù)來判斷碳酸鹽結垢傾向，即依照循環(huán)水中氫離子濃度與達成平衡時氫離子濃度比較，來判斷循環(huán)水中是否達成平衡，也就是飽和指數(shù)： IL=PH0—PHS(3-3) 式中：IL——飽和指數(shù)； PH0——循環(huán)冷卻水在實際使用溫度下實際PH值；PHS——在循環(huán)冷卻水使用溫度下，式(3-3)達成平衡時PH值；IL=0時，Ca(CO)3剛好達成飽和，此時水不會產(chǎn)生水垢，也不會發(fā)生腐蝕；IL>0時，水中Ca(CO)3處于過飽和狀態(tài)有析出水垢傾向；IL<0時，Ca(CO)3未飽和，有過量CO2存在，會出現(xiàn)消溶循環(huán)水系統(tǒng)中水垢傾向，即存在腐蝕可能?？紤]控制水垢方案時，要結合循環(huán)水量大小、要求怎樣、藥劑起源等，因地制宜地選擇控制方案。控制水垢析出方法大致有以下幾類：5．2．2從冷卻水中除去成垢鈣離子冷卻水中如無過量PO43-或SiO2，則磷酸鈣和硅酸鈣是不輕易生成。循環(huán)冷卻水中最易生成水垢是碳酸鈣垢，所以談到水垢控制時，主要是指怎樣預防碳酸鹽水垢析出。而水中Ca2+是形成碳酸垢主要原因，如能從水中除去Ca2+，使水軟話，則碳酸鈣就無法結晶析出，也就不形成水垢。從水中除去鈣離子方法主要有以下兩種：1．離子交換樹脂法離子交換樹脂法就是讓水經(jīng)過離子交換樹脂，將Ca2+、Mg2+從水中置換出來并結合在樹脂上，達成從水中除去Ca2+、Mg2+目標。用不一樣性質離子交換樹脂，能夠很簡地從硬水中除去等離子，使水軟化。其主要操作流程如：圖5-1所表示：軟化時采取樹脂是鈉型陽離子交換樹脂。硬水經(jīng)過交換樹脂，其中Ca2+、Mg2+等二價陽離子與Na+交換，并與樹脂結合，從而除去Ca2+、Mg2+等，使水軟化。當樹脂失去交換能力時，就要停頓軟化操作，并經(jīng)過進食鹽水，使結合在樹脂上Ca2+、Mg2+與食鹽中Na+進行交換，讓Na+從新結合在樹脂上，原先結合在樹脂上Ca2+、Mg2+經(jīng)過交換后進入水中，隨再生廢液一起排走。這個過程稱為再生。如此軟化、再生交替進行，就能簡便地得到軟水，再生反應以下：R(SO3Na)2+Ca(HCO3)2=R(SO3)2Ca+2NaHCO3R(SO3Na)2+MgSO4=R(SO3)2Mg+Na2SO4R(SO3)2Ca+2NaCL=R(SO3Na)2+CaCL2R(SO3)2Mg+2NaCL=R(SO3Na)2+MgCL2用離子交換法需較高補充水，成本高。所以只有補充水量小循環(huán)冷卻水系統(tǒng)才會使用。2．石灰軟化法補充水未進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)之前，在預處理是就投加適當石灰，讓水中酸投加石灰所耗成本低.原水鈣含量高而補水量又較大循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常采取這種法.但投加石灰時,灰塵較大,勞動條件差.如能從設計上改進石灰投加法,此法是值得采取,尤其對暫時硬度大結垢型原水更適用。3．控制濃縮倍數(shù)循環(huán)水在運行過程中不停濃縮和蒸發(fā)，當濃縮到一定程度時，就會發(fā)生CaCO3沉淀，為了預防水垢生成，方法之一就是控制好循環(huán)水中鹽類濃縮倍數(shù)，使其碳酸鹽硬度低于極限碳酸鹽硬度。5．2．3加酸或通CO2氣體,降低PH,穩(wěn)定重碳酸鹽1．加酸通常是加硫酸.因為加鹽酸會帶入CL-,增加水腐蝕性,加硝酸則會帶入硝酸根,有利硝化細菌繁殖.因為重碳酸鹽在水中常呈以下平衡:Ca(HCO3)2=Ca2++2HCO3-HCO3-=H++CO3-所以加酸帶入H+,可促使反應向左進行,使重碳酸鹽穩(wěn)定。加酸法現(xiàn)在仍有使用,因為硫酸加入后,循環(huán)水PH會下降,如不注意控制而加酸過多,則會加速設備腐蝕.在操作中假如依靠工人分析循環(huán)水PH來控制加酸量,則有取樣點是否有代表性及調整PH滯后等問題.所以,假如采取加酸法,最好配有自動加酸,調整PH設備和儀表。2．通CO2氣有些化肥廠在生產(chǎn)過程中常有多出CO2氣,而有些化工廠煙道氣中也含有相當多CO2氣.假如將CO2氣或煙道氣通入水中,則可使以下平衡向左進行,從而穩(wěn)定重碳酸鹽:Ca(HCO3)=CaCO3+CO2↑+H2O但此法常因冷卻水經(jīng)過冷卻塔時,CO2氣輕易從水中逸出,因而在冷卻塔中析出碳酸鈣,堵塞冷卻塔與填料之間孔隙.這種現(xiàn)象稱鈣垢轉移,所以采取有困難.依照近年來實踐經(jīng)驗,只要在原水塔中適當注意補充一些CO2氣,并控制好冷卻水PH值,就能夠降低或消除鈣垢轉移危害,故此法對一些化肥廠或化工廠,電廠等仍有推廣使用價值。5.2結垢是水中微溶鹽結晶沉淀結果。在鹽類過飽和溶液中，首先產(chǎn)生晶核，再形成少許微晶粒，然后這些微晶粒相互碰撞，并按一個特有方式或次序排列起來，使小晶粒不停成長，形成大晶體。假如，投加一些藥劑（阻垢分散劑），改變循環(huán)水中碳酸鈣等微溶鹽類晶體生長過程和形態(tài)，使其處于對應過飽和介穩(wěn)狀態(tài)分散在水中，就能夠防止結垢或減輕結垢程度，甚至使已附著垢物剝離。具備阻垢性能藥劑有螯合劑、抑制劑和分散劑。螯合劑和陽離子形成螯合物或絡合物，將金屬離子封閉起來，阻止其與陰離子反應生成水垢，其結果實際上是降低了水中游離鈣鎂離子濃度，因而起到阻垢作用。EDTA是性能良好螯合劑，幾乎能與全部金屬離子螯合。螯合劑投藥量符合化學計量關系。要想經(jīng)過螯合來阻垢，必須添加高劑量螯合劑，在工業(yè)上難以辦到。抑制劑能擴大物質結晶介穩(wěn)區(qū)，在相當大過飽和程度上將結垢物質穩(wěn)定在水中不析出。當水中產(chǎn)生微小晶核時，它們強烈吸附在晶核上，將晶核與其它離子隔開，從而抑制晶核長大。即使晶核能長大，但因為其干擾作用使晶核排列不正常，發(fā)生畸形或扭曲，也難于形成致密而牢靠垢層。這種垢層中有大量空隙，彼此無粘結力，在水中很輕易被沖走。聚磷酸鹽和膦酸鹽是性能優(yōu)良鈣垢抑制劑。抑制劑投量是非化學計量，比螯合劑用量少。分散劑是一類陰離子型或非離子型高分子聚合物，如聚丙烯鹽酸，聚馬來酸等，它們吸附在微晶粒上，使微晶粒表面形成雙電層，相互排斥，或者將數(shù)個微晶粒連成彼此有相當距離疏松微粒團，阻垢微粒相互接觸而長大，使其長時間分散在水中。作分散劑用聚合物分子量要適當，最好為1000～50000。分子量太小，分散作用差；分子量太大即聚合物鏈太長，反而使粒子絮凝成大團粒而造成產(chǎn)生污垢。5．3污垢控制污垢形成主要是由塵土、雜物碎屑、菌藻尸體及其分泌物和細微水垢產(chǎn)物等組成。腐蝕所以，欲控制好污垢，必須做到以下幾點：1、降低補充水濁度天然水中尤其是地面水中總夾雜許多泥砂、腐殖質以及各種懸浮物和膠體物，它們組成水濁度。作為循環(huán)水系統(tǒng)補充水，其濁度愈低，帶入系統(tǒng)中可形成污垢雜質就愈少。潔凈循環(huán)水不易形成污垢。當補充水濁度低于5-8mg/L以下。如城鎮(zhèn)自來水、井水等能夠不作預處理直接進入循環(huán)水系統(tǒng)。當補充水濁度高時，必須進行預處理，使其濁度降低。為此《中華人民共和國國家標準工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》中要求，循環(huán)冷卻水中懸浮物濃度不宜大于20mg/L。當換熱器型式為板式、翅片管式和螺旋板式時，不宜大于10mg/L。2、補充水預處理假如補充水懸浮物含量高，就會使循環(huán)水系統(tǒng)遭到污染，給運行帶來一定問題，必須進行處理，這包含對循環(huán)冷卻水補充水進行混凝、澄清處理及過濾處理。3、投加藥劑在進行阻垢、防腐和殺菌水質處理時投加一定分散劑，也是控制污垢好方法。分散劑能將粘合在一起泥團等雜質分散成微細物懸浮與水中，伴隨水流流動而不沉積在傳熱器表面，從而降低污垢對傳熱器影響，同時部分懸浮物還能夠隨排污水排出循環(huán)水系統(tǒng)。投加藥劑有四類：（1）．殺菌劑及滅藻劑（2）．分散劑和滲透劑（3）．絮凝劑（4）．乳化劑。這幾中藥劑能夠單獨使用，也能夠混合使用，也能夠針對性地對個別污泥較重部位投加某種藥劑。4、做好循環(huán)冷卻水水質處理冷卻水在循環(huán)使用過程中，如不進行水質處理，必定會產(chǎn)生水垢或對設備腐蝕，生成腐蝕產(chǎn)物。同時必定會有大量菌藻滋生，從而形成污垢。假如循環(huán)水進行了水質處理，但處理不太好時就會使原來水垢因阻垢劑加入而變松軟，再加上腐蝕產(chǎn)物和菌藻繁殖分泌粘性物，它們就會粘合在一起，形成污垢。所以，做好水質處理，是降低系統(tǒng)產(chǎn)生污垢好方法。5、增加旁濾設備旁流過濾（sidestreamfiltration）是指從循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中分流出一部分流量進行過濾處理，以維持循環(huán)水中懸浮物在一定范圍之內。旁流水量通常為整個循環(huán)水量2%---5%。即使在水質很好、補充水濁度也較低情況下。循環(huán)水系統(tǒng)中濁度依然會不停在升高，從而加重污垢形成。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在穩(wěn)定操作情況下濁度升高是因為冷卻水經(jīng)過塔與空氣接觸時，空氣中灰塵被帶入水中，尤其是工廠所在地理環(huán)境干燥、塵土飛揚更為顯著。6．嚴格控制濃縮倍數(shù)主要依靠選擇高效緩蝕阻垢劑，提升濃縮倍數(shù)，控制排污量，禁止系統(tǒng)在循環(huán)水使用溫度范圍內參緩蝕阻垢劑，也是提升濃縮倍數(shù)方法之一。7．強化設備管理 （1）、隨時消除設備跑、冒、滴、漏，防止工藝介質對循環(huán)水系統(tǒng)污染或循環(huán)水對工藝介質影響（2）、涼水塔收水器規(guī)格、安裝要求是控制漂水量關鍵步驟，努力降低系統(tǒng)滲水、漏水量（3）、抓好設備安裝和維修質量是控制工業(yè)循環(huán)水運行費用有效方法。8．強化生產(chǎn)管理；加強對輸水管道、水溝、水池封閉管理，預防雜物、塑料袋、包裝盒、雜草之類物質進入循環(huán)水系統(tǒng)。6微生物控制6．1微生物引發(fā)危害循環(huán)冷卻水系統(tǒng)環(huán)境極利于微生物生長繁殖，微生物滋生將產(chǎn)生兩大直接危害，即微生物腐蝕和沉積腐蝕。循環(huán)水系統(tǒng)中大量細菌分泌出粘液像粘合劑一樣，并以微生物群體及其遺骸為主體，與水中灰塵、雜質、化學沉淀物、腐蝕產(chǎn)物等粘結在一起，形成粘糊糊膠粘狀物，即微生物粘泥。微生物粘泥既能促進污垢沉積，又能促進腐蝕，給系統(tǒng)造成危害是相當突出。粘泥是微生物引發(fā)最嚴重危害，常表現(xiàn)在以下幾個方面：1、粘泥附著在換熱部位金屬表面上，降低冷卻水冷卻效果。2、大量粘泥將堵塞換熱器中冷卻水通道，從而使冷卻水無法工作；少許粘泥則降低冷卻水通道截面積，從而降低冷卻水流量和冷卻效果，增加泵壓。3、粘泥集積在冷卻塔填料表面或填料間，堵塞了冷卻水經(jīng)過，降低冷卻塔冷卻效果。4、粘泥覆蓋在換熱器金屬表面上，阻止緩蝕劑和阻垢劑抵達金屬表面發(fā)揮其緩蝕和阻垢作用，阻止殺生劑殺滅粘泥下微生物，降低這些藥劑功效。5、粘泥覆蓋在金屬表面，形成氧濃差腐蝕電池，引發(fā)金屬設備及管道腐蝕。6．2微生物控制指標冷卻水系統(tǒng)中微生物控制主要是經(jīng)過對微生物生長控制來實現(xiàn)，即經(jīng)過控制冷卻水中微生物數(shù)量來實現(xiàn)。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物生長控制可采取表6-1中一些指標。表6-1循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物控制指標及監(jiān)測頻率監(jiān)測項目控制指標監(jiān)測頻率異養(yǎng)菌真菌硫酸鹽還原菌鐵細菌黏泥量﹤5×105個/ml（平皿計數(shù)法）﹤10個/ml﹤5個/ml﹤100個/ml﹤4ml/m3（生物過濾網(wǎng)法）﹤1ml/m3（碘化鉀法）2～3次/周1次/周1次/月1次/月1次/天1次/天6．3微生物控制在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中主要是投加某種化學藥劑來控制微生物污污染?？刂扑形⑸锼巹┓譃闅⑺郎锼巹┖鸵种粕锓敝乘巹﹥深悺＿@兩種藥劑在使用過程中要依照循環(huán)冷卻水實際殺生效果，不停調整藥劑劑量和種類，以取最好殺菌效果。6．3．1選取耐腐蝕材料金屬材料耐微生物腐蝕性能大致能夠排列以下：鈦﹥不銹鋼﹥黃銅﹥純銅﹥硬鋁﹥碳鋼現(xiàn)在慣用海洋用低合金鋼耐受好氧性和厭氧性細菌腐蝕能力都較抵。6．3．2控制水質控制水質主要是控制冷卻水中氧含量、pH值、懸浮物和微生物養(yǎng)料。油類是微生物養(yǎng)料，故應盡可能預防它泄漏入冷卻水系統(tǒng)。假如漏入冷卻水系統(tǒng)中油較多，則應及時去除。去除漏油方案中應包含機械除油和化學清洗除油。6．3．3采取殺生涂料在采取防腐涂料保護金屬換熱器冷卻水一側時，所用涂料應能耐受冷卻水中微生物破壞。涂料中添加能抑制微生物殺生劑（比如偏硼酸鋇、氧化亞銅、氧化鋅、三丁基氧化錫等）是人們常采取一些控制微生物生長、破壞涂料和引發(fā)腐蝕有效方法。用由改性水玻璃、氧化亞銅、氧化鋅和填料等制成無機防藻涂料涂刷在冷卻塔和水池內壁上，則不但能夠控制冷卻水系統(tǒng)中冷卻塔、水池內壁、抽風筒、收水器等處藻類生長，而且還能夠控制冷卻水中異養(yǎng)菌生長。6．3．4陰極保護法冷卻水系統(tǒng)中存在硫酸鹽還原菌時，碳鋼陰極保護電位通常應為-0．95V（相對于Cu/CuSO4電極）。這一電極可使碳鋼在厭養(yǎng)環(huán)境中處于免蝕狀態(tài)，也就是使碳鋼處于熱力學穩(wěn)定狀態(tài)，從而預防碳鋼被腐蝕。采取犧牲陽極保護時，則應注意生物附著物影響。有研究表明，鋁合金犧牲陽極表面易長滿海洋生物，能造成犧牲陽極電阻增高，陽極輸出電流下降，影響陰極保護效果。與之相反，鋅犧牲陽極則極少受到生物污染影響。6．3．5清洗進行物理清洗或化學清洗，能夠把冷卻水系統(tǒng)中微生物生長所需養(yǎng)料（比如漏入冷卻水中油類）、微生物生長基地（比如黏泥）和呵護所（比如腐蝕產(chǎn)物和淤泥）以及微生物本身從冷卻水系統(tǒng)中金屬設備表面上除去，并從冷卻水系統(tǒng)中排除。清洗對于一個被微生物嚴重污染冷卻水系統(tǒng)來說，是一個十分有效方法。清洗還能夠使清洗后剩下來餓微生物直接暴露在外，從而為殺生劑直接達成微生物表面殺死它們創(chuàng)造有利條件。6．3．6預防陽光照射藻類生長和繁殖需要陽光，故冷卻水系統(tǒng)應防止陽光直接照射。為此，水池上面應加蓋；冷卻塔進風口則可加裝百葉窗。6．3．7旁流過濾在循環(huán)水系統(tǒng)中，設計安裝用砂子或無煙煤等為濾料旁濾池過濾冷卻水是一個控制微生物有效方法。經(jīng)過旁流過濾，能夠在不影響冷卻水系統(tǒng)正常運行情況下除去水中大部分微生物。6．3．8混凝沉淀在補充水前處理或循環(huán)冷卻水旁流處理過程中，常使用鋁鹽、鐵鹽等混凝劑或高分子絮凝體一起沉淀下來，從而把它們除去。用這種方法除去微生物占水體中微生物80％左右。6．3．9噬菌體法噬菌體（Bacteriophage）是一個能夠吃掉細菌微生物，也稱為細菌病毒。這種細菌病毒與動物病毒、植物病毒不一樣，它們只對細菌細胞發(fā)生作用，故是一個很小、在控制細菌數(shù)量方面非常有用病毒。噬菌體靠寄生在叫做“宿主”細菌里進行繁殖，繁殖結果使“宿主”裂解、被吃掉。其“吃菌”機理為：噬菌體首先吸附于敏感細菌表面，釋放酶水解細菌細胞壁胎聚糖，把頭部核酸注入到細菌細胞內，利用細菌內DNA合成本身DNA，然后在細菌內裝配成噬菌體，借宿主細胞裂解而釋放，這個過程叫做溶菌作用。最近研究表明，利用噬菌體控制和消除冷卻水中微生物是一個頗有前途生物學方法。已用與于預防電站海水冷卻水系統(tǒng)和造紙廠地表水冷卻水系統(tǒng)中微生物黏泥形成，十分有效。圖6-1中示出了動態(tài)模擬試驗中噬菌體對循環(huán)水中有害細菌殺滅作用。曲線1代表未加噬菌體循環(huán)水中細菌數(shù)量改變，曲線2代表加入噬菌體循環(huán)水細菌數(shù)量改變。由圖中可見，加入了噬菌體循環(huán)水中，細菌增殖較慢，24h時達成最高點，繼而下降。以對照細菌量達最高時計算，噬菌體殺菌率達成83．3％。圖6-1動態(tài)模擬試驗水樣中加入噬菌體后細菌數(shù)量改變圖6-2表明掛片菌量達成最高時間同水樣一致，按24h時計算，噬菌體對于掛片附著菌殺菌率為70％。噬菌體對掛片上附著菌殺菌率低于在水樣中殺菌率，可能同噬菌體在液體中比在固體表面游動快、吸附幾率大以及菌分泌黏液層覆蓋保護作用而妨礙噬菌體侵染關于。圖6-2動態(tài)模擬試驗中掛片上細菌數(shù)量改變噬菌體法消除冷卻水系統(tǒng)中黏泥和微生物優(yōu)點：①與加氯相比，噬菌體溶菌作用不會影響生態(tài)環(huán)境；②一個噬菌體溶菌后，能放出數(shù)百個噬菌體，故只要加入少許噬菌體，就能取得好效果