循環(huán)冷卻水處理技術(shù)

1、一簡述水，迄今我們所知道的各種生命都離不開水。水的化學(xué)分子式-H2O，指的就是一個氧原子和兩個氫原子相結(jié)合，形成了一個水分子。雖然看起來很簡單，但水卻具有許許多多其它物質(zhì)所無法比擬的特性，而正是這些特性，使得迄今我們所知道的各種生命得以生生不息。11水的一些特性：水蒸氣含有相當(dāng)高的能量。水比其它物質(zhì)能夠吸收或釋放更多的能量。水受凍結(jié)時體積膨脹，密度變小。在自然環(huán)境中，水是唯一能夠呈現(xiàn)三態(tài)的物質(zhì)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。我們很容易看到水在三態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化：受凍、液化和蒸發(fā)。此外，自然界中水的蘊含量非常豐富，容易運輸，當(dāng)然，還非常價廉。其實，水還具有許多不為常人所知的特性。譬如，水被稱做“萬能溶劑”，

2、因為它幾乎能夠溶解一切物質(zhì)（大峽谷就是一個很好的例子）。凡是水接觸到的物質(zhì)，總是能夠在水中或多或少的找到這些物質(zhì)的痕跡。當(dāng)水溶解巖石時，溶解下來的礦物質(zhì)就隨著水流抵達它們最后的目的地循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中。即使水沒有溶解巖石，水中不含有礦物質(zhì)，水中依然有氧氣、氮氣和二氧化碳等氣體的少量溶解成分，同樣會造成麻煩。所有的水源-自來水、井水、湖泊水和江河水，均含有各種各樣會造成各種熱交換設(shè)備腐蝕、結(jié)垢或堵塞的雜質(zhì)。對用水來進行加熱和冷卻的用戶來講要特別注意如下三種類型的雜質(zhì)：溶解氣體：(特別是氧氣)是引起腐蝕的主要原因。溶解固體：引起結(jié)垢，并有可能導(dǎo)致腐蝕。懸浮固體：引起腐蝕和結(jié)垢，并有可能導(dǎo)致堵塞。水常

3、常又分為地下水和地表水兩種形式。地下水，顧名思義，指的就是滲透到地面以下的水，礦物質(zhì)的含量往往很高。井水一般歸類為地下水。地表水的概念則非常廣泛，常見的形式如江河湖泊中的水。地表水的礦物質(zhì)含量較低，但溶解氣體和懸浮固體的含量較高。通常情況下，地表水質(zhì)量隨季節(jié)變化的程度比地下水大。12 為什么利用水來傳輸熱能因為水不但能夠吸收大量的熱能，而且相當(dāng)價廉，同時還非常容易汲取和運輸。譬如：鍋爐用水產(chǎn)生蒸汽，熱水加熱，水源熱泵的單體環(huán)路，工業(yè)流程中循環(huán)冷卻水的冷卻，以及建筑物保暖、通風(fēng)和空調(diào)。13 水處理的歷史回顧水處理的最早應(yīng)用可以追溯到蒸汽機時代，當(dāng)時人們開始在鍋爐上使用化學(xué)藥品以抑制水垢和腐蝕。在

4、二次大戰(zhàn)之前，則出現(xiàn)了專門的維護人員進行系統(tǒng)的除垢保養(yǎng)以及更換零件等工作。二戰(zhàn)結(jié)束后至五十年代期間（中國在六十年代初），隨著工業(yè)和研究領(lǐng)域的迅速發(fā)展，人們對冷卻能力的要求越來越高，因而對水處理的要求也日益迫切。同時發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)乃幚矸浅：纤阌行?。?dāng)時最時興的水處理技術(shù)是：使用酸抑制礦物質(zhì)的沉淀生成，同時搭配含重金屬鉻酸鹽或鋅等的緩蝕劑來抑制腐蝕。然而，酸、鉻酸和鋅雖然能夠保護設(shè)備，但使用起來卻有很多問題。酸不僅對人員有危險，事實上，過量的酸還會腐蝕系統(tǒng)設(shè)備。這樣的水處理方法要求維護人員必須定時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，而許多企業(yè)無法提供專職的水處理人員負責(zé)這項工作。到了七十年代，基于廉價能源的短缺，政府部門

5、開始要求對環(huán)境進行保護，并出臺限制使用酸、鉻酸鹽和鋅的措施，這對水處理行業(yè)來說既是機遇又是難題。機遇，是因為人們已經(jīng)意識到水處理提高效益的重要性；難題，是因為必須發(fā)展更為先進的水處理技術(shù)。從整個八十年代至進入九十年代，水處理產(chǎn)品面臨的限制日益苛刻，龍其是生物殺菌和腐蝕抑制劑。二為什么要進行水處理？為什么要進行水處理？答案其實很簡單。我們已經(jīng)知道大多數(shù)的冷卻和加熱系統(tǒng)都在使用水在工業(yè)流程或空調(diào)系統(tǒng)進行熱量傳遞。由于水用于熱量傳遞過程，從而使循環(huán)水進行循環(huán)的設(shè)備和系統(tǒng)管道就非常容易滋生下列問題：水垢故障設(shè)備腐蝕淤泥殘渣微生物粘泥消除或減小上述問題，無疑會提高冷卻和加熱系統(tǒng)的運行效率，減少設(shè)備的維護

6、開支和節(jié)約能源支出。水處理的必要性：冷熱交換設(shè)備的形狀各式各樣，大小也不盡相同。無論是大樓里較小的中央空調(diào)系統(tǒng)，還是軋鋼廠、煉油廠、發(fā)電廠等較大的冷卻和加熱系統(tǒng)，它們的工作運行原理基本上是一樣的。為了更好地了解水處理的重要性，接下來將講述水系統(tǒng)的工作原理，及結(jié)垢、腐蝕、淤泥殘渣及微生物粘泥對系統(tǒng)設(shè)備的危害，以及我們水處理藥劑是如何消除這些這些危害的。首先，讓我們先來看看與冷卻和加熱系統(tǒng)用水相關(guān)的這些危害,是如何定義的。使用水處理藥劑消除這些危害后,將會提高系統(tǒng)的運行效率，從而減少因設(shè)備損壞進行停機檢修的巨額費用支出。危害定 義結(jié)垢附著在冷卻水系統(tǒng)各種熱交換設(shè)備表面上,如巖石般一層沉積物。腐蝕系

7、統(tǒng)設(shè)備與水長期接觸的金屬表面,由于電化學(xué)反應(yīng)、PH、氧氣、或受快速水流的侵蝕而產(chǎn)生的變質(zhì)現(xiàn)象。淤泥殘渣由補償給水或化學(xué)反應(yīng)帶來的爛泥、塵埃、砂礫等的沉積，在冷卻塔中，由于循環(huán)水和空氣對流，而帶入的爛泥、灰塵和砂礫。微生物粘泥冷卻水由于暴露在空氣中給微生物的繁殖提供便利，繼而引發(fā)水質(zhì)腐敗、管道堵塞和設(shè)備腐蝕的不良后果。21水垢故障溶解在水中的雜質(zhì)稀溶液中，呈離子、絡(luò)離子、單分子狀態(tài)，在過飽和溶液中，由數(shù)個數(shù)十個分子集聚生成晶核，慢慢結(jié)晶而析出，層積后便形成了水垢。如下圖：水垢的生成主要受下面因素的復(fù)合影響：1、 雜質(zhì)的多少2、 雜質(zhì)的類型3、 水的溫度4、 水的PH值下面讓我們詳細談?wù)劽總€因素是

8、如何影響結(jié)垢的生成的。211雜質(zhì)其實，無論水中的雜質(zhì)屬何類型，只要雜質(zhì)的量足夠多，就會析出形成水垢。 打個比方：慢慢地往一杯咖啡里添加方糖，你會注意到起初方糖全都能夠溶解在咖啡里，然后任由你添加多少方糖，它們卻再也無法溶解掉。這同鍋爐和冷卻塔中的溶解性固體最后形成沉淀析出的道理是一樣的。雖然溶解在水中的雜質(zhì)有許許多多種，各自的數(shù)量也會因季節(jié)的變化不盡雷同，但我們目前所關(guān)心的只有幾種：硬度（鈣和鎂）、鐵、堿度（碳酸氫鹽和碳酸鹽）、硫酸鹽、及二氧化硅。通常一些大型的循環(huán)水系統(tǒng)在補償給水前，都會對補償給水進行預(yù)處理，以消除或減少其中的雜質(zhì)如硬離子和溶解氧等。碳酸鈣是最為常見的一種結(jié)垢。這是因為碳酸鈣

9、在熱水中的溶解度比在冷水中的溶解度小，這種現(xiàn)象又稱“逆溶解”現(xiàn)象，這也是為什么碳酸鈣總是最先在冷卻塔或熱交設(shè)備的最熱表面結(jié)垢的原因。我們不妨再看看另外一個例子：端一杯熱茶和一杯冰茶來作溶解試驗。你會發(fā)現(xiàn)熱茶比冰茶能夠溶解更多的方糖或許多其它物質(zhì)，但是，碳酸鈣片恰恰相反，它在冰茶中的溶解度比熱茶中的溶解度大。在某些地區(qū)，原生水里的二氧化硅含量較高，極易生成二氧化硅結(jié)垢。以往對這種結(jié)垢的方法主要是想方設(shè)法限制進入循環(huán)水系統(tǒng)?，F(xiàn)在，已經(jīng)開發(fā)先進的水處理品配方，即使冷卻塔和冷凝器中的二氧化硅結(jié)垢很厚，也能將結(jié)垢剝離清除掉。212溫度溫度對水垢的生成有什么樣的影響，相信大家都明了。但在這里必須說明的是：

10、并不是所有的水處理產(chǎn)品在高溫條件下,都有效的?；谶@個原因，如果你遇到需要處理的冷卻塔的溫度超過65。C或是高壓鍋爐時，請務(wù)必與我們技術(shù)服務(wù)中心聯(lián)系。213 PH值PH值是衡量溶液中氫離子濃度的一個指標(biāo)。具體應(yīng)用到水處理方面，PH值主要衡量的是溶液的相對酸度或相對堿度。PH值越高，即溶液的堿度越大，形成結(jié)垢的可能性也就越大。PH低,水呈酸性,金屬發(fā)生勻均腐蝕.H+ OH-=H2O H+OH- 酸性水，反之堿性水22腐蝕故障腐蝕指的是金屬與水接觸所發(fā)生的一種電化學(xué)反應(yīng)。如下圖：由于這種腐蝕變化無法徹底根除，因此我們所關(guān)注的是減緩金屬腐蝕的速度。象結(jié)垢一樣，腐蝕也受許多因素的左右，常見的因素有：1

11、、金屬的類型2、水中含氧量3、PH值4、電導(dǎo)率5、物理淤泥221金屬的類型有些金屬相對來說更容易被腐蝕。譬如說，在大多數(shù)的情況下，軟（低炭）鋼就比銅腐蝕得快。軟鋼是制造鍋爐和管道的常用材質(zhì)，而紫銅和黃銅則常用于制造冷卻水系統(tǒng)中的熱交換器。不過，即使是最新式的鍍鋅冷卻塔，除非使之置于合適的工作環(huán)境，否則也非常容易“生白銹”而腐蝕。222水的含氧量前面我們講過，絕大多數(shù)的腐蝕生成，都必須有氧氣的參與。水中氧氣的含量越高，水就越具有腐蝕性。冷卻水系統(tǒng)中的氧氣含量始終達到飽和程度，這是因為冷卻過程中不斷地引風(fēng)造成的。溫度越高，水中氧氣含量就越低。但是，在高溫條件下，譬如鍋爐水，即使是含極微量的氧氣，它

12、的致腐蝕性也遠遠大于含溶解氧氣多的冷卻水，這是因為高溫加速了氧氣的電化學(xué)反應(yīng)。高溫條件下的腐蝕速度如此之快，以致于必須對水進行處理，盡可能讓腐蝕反應(yīng)的速度放慢。223 PH值PH值越高，越容易生成水垢，PH值越低，越容易引起腐蝕，的確兩難。如何在兩難之中尋找平衡,這也是水處理技術(shù)關(guān)健所在.224 水的電導(dǎo)率從本質(zhì)上來看，腐蝕基本上是一種電子轉(zhuǎn)移的過程。因此，水中總的可溶性固體含量越高，即水的電導(dǎo)率越大，水的致腐蝕性也就越大。225 物理淤泥冷卻塔里會產(chǎn)生泥污，這是因為進入冷卻塔的原生水?dāng)y帶有大量的雜質(zhì)，而冷卻塔的循環(huán)空氣也攜帶了許多塵埃。沉積在金屬表面上的泥污阻止了水處理品配方中的腐蝕抑制劑在

13、潛在的腐蝕區(qū)域發(fā)揮作用。腐蝕在泥污層下得以擴展，最后形成了大面積的腐蝕表面。泥污層還能夠給微生物的生長提供溫床，其結(jié)果同樣是大面積的腐蝕表面。硫酸鹽還原細菌（SRB）就是一個很好的例子，它在泥污層里大量滋生繁殖，最終侵蝕金屬表面，縮短冷卻水系統(tǒng)的使用壽命。泥污的堆積還妨礙熱量傳遞，延長設(shè)備的運行時間，增加能源費用，縮短設(shè)備的使用壽命。其它腐蝕之：磨蝕磨蝕指的是管道中的金屬表面或塑料表面（管）受流動水中固體懸浮物沖刷而磨損老化的現(xiàn)象。管道的彎頭和水流速度快的部位尤其容易受磨蝕。有一個很好的例子可以說明這個問題：用一個打濕了的噴砂器逐漸磨掉了一層又一層的管道表面，直至管道脆裂。其它腐蝕之：溶解氣體

14、所有的水源都溶有氧和二氧化碳，它們給設(shè)備造成的主要危害是腐蝕。我們主要關(guān)注這兩種氣體。許多腐蝕的生成都需要氧氣的參與，缺乏氧氣的環(huán)境往往不能形成腐蝕。一旦溫度升高，氧氣會加劇腐蝕速度，生成危害性更大的蝕穴。其它腐蝕之：溶解固體水幾乎能夠溶解所有它所接觸的物質(zhì)，因此水中便含有了許許多多各式各樣的雜質(zhì)，所有這些溶解固體雜質(zhì)統(tǒng)稱“總?cè)芙夤腆w（TDS）。TDS常用電導(dǎo)儀來測定。不過，我們最感興趣的溶解固體只有幾種：硬度（鈣和鎂）、鐵、堿度（碳酸鹽和碳酸氫鹽）、氯化物、硫酸鹽及二氧化硅，這些都是分析結(jié)垢樣品必須測試的指標(biāo)。迄今為止，碳酸鈣是人們所知道的最常見的結(jié)垢成分。其它腐蝕之：懸浮固體懸浮固體指的是

15、一些肉眼可辯的微小顆粒：如塵埃、泥砂、鐵屑等。懸浮固體并沒有溶在水中，未呈電離態(tài)，不會增加水的電導(dǎo)率。在懸浮固體進入運行系統(tǒng)之前通常被沉降或過濾出來。懸浮固體經(jīng)常會在狹小的部位或水位流緩慢的區(qū)段聚積起來，引起水流阻塞，或者在灼熱的熱量傳遞區(qū)域受烤焦結(jié)，降低熱量傳遞的效率。懸浮固體甚至能夠在某些水系統(tǒng)里產(chǎn)生大量的泡沫。23微生物及粘泥冷卻塔實在是細菌、藻類和真菌生存的良好場所。我們知道，空氣中存在著許多微生物孢子，當(dāng)空氣穿過冷卻塔時，嗜好氧氣、水分和陽光的藻類孢子就會在冷卻塔里找到棲身之處，嗜好木質(zhì)纖維素的真菌同樣也會在冷卻塔里生存繁殖，而嗜熱厭光的細菌孢子則在熱交器里拼命分裂生長。這些微生物的

16、生長會堵塞冷卻塔中的布水器和填料，限制了熱量的傳遞。沉積在金屬表面的微生物腐殖體隔絕了緩蝕劑與金屬表面的接觸，致使緩蝕劑無法對金屬表面發(fā)揮保護作用, 可以說，微生物腐殖體是造成腐蝕的又一間接因素 。粘泥的大量生長,阻塞了管道的水通量,造成水循環(huán)不暢通,這點可以從水泵的電流上得到體現(xiàn).這些微生物還能帶來諸多的疾?。喝缤宋檐娙瞬　＼妶F桿菌引起的“軍團病”，因首次在美國退伍軍人會上發(fā)生而被命名北京市疾病預(yù)防控制中心副主任檢驗師彭曉旻介紹說，1976年7月21至24日，美國第58屆退伍軍人會議在費城的一家賓館舉行，會議期間有221人染病，死亡34人。1977年，美國疾病預(yù)防控制中心首次分離到以前從未見

17、過的一種桿菌，命名為軍團桿菌?；颊咧杏?0以上表現(xiàn)為“肺炎”，癥狀有發(fā)熱、咳嗽、喘憋、呼吸困難、頭痛、胸痛和膿痰等。此后，世界30多個國家和地區(qū)，相繼有該病發(fā)生。各國學(xué)者為此進行了大量研究，發(fā)現(xiàn)目前已被證實的軍團菌有39個種，近20種與人類軍團菌密切相關(guān)。 其實早在1965年美國華盛頓特區(qū)圣伊麗莎白醫(yī)院就發(fā)生過類似的疾病，81例患者中死亡14人。我國媒體曾有報道1982年在南京發(fā)現(xiàn)首例病人，重慶、石家莊、唐山、北京市也已有數(shù)次軍團病報道。中央空調(diào)冷卻塔是軍團病的主要傳染源。近年來衛(wèi)生監(jiān)督人員對本市的一些飯店和寫字樓以及體育館的中央空調(diào)的冷卻塔和管道系統(tǒng)進行了多次檢測，其中一次抽查了14家飯店的

18、38個冷卻塔，結(jié)果發(fā)現(xiàn)12家飯店的21個冷卻塔都有超標(biāo)的軍團菌，在飯店工作的人員血清中軍團菌抗體水平明顯高于一般人群。1992年北京郊區(qū)一家賓館，有9人同時患病，其中有6人在餐廳工作。后來醫(yī)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)餐廳門口有一個觀賞魚池，池內(nèi)裝有加氧噴水系統(tǒng)，被軍團菌污染后的池水隨空氣霧化，使工作人員吸入帶菌的蒸汽而受染。 這里講一個關(guān)鍵詞：濃縮系數(shù)（COC）濃縮倍數(shù):是水處理技術(shù)的一個重要指標(biāo)。我們知道，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運行時，水分或多或少地蒸發(fā)掉（或稱被蒸餾掉）。理論上講，蒸發(fā)掉的這部分水是非?！凹儍簟暗牟粠ё呷魏坞s質(zhì)，從而把雜質(zhì)濃度,越來越提高。為了維持系統(tǒng)水位，補償因蒸發(fā)（蒸餾）損失的水，必須及時向

19、系統(tǒng)補充新鮮的“含有雜質(zhì)的水”，其結(jié)果可想而知：系統(tǒng)水的雜質(zhì)濃度越來越增大。濃縮倍數(shù)非常恰當(dāng)?shù)胤磻?yīng)了雜質(zhì)濃度的這種變化。當(dāng)冷卻水中的雜質(zhì)濃度是補給水的雜質(zhì)濃度的兩倍時，系統(tǒng)的濃縮系數(shù)是COC=2。由于所有的礦物質(zhì)仍然留在系統(tǒng)水中，我們可以通過測試任何一種礦物質(zhì)的濃度來計算出系統(tǒng)水的濃縮系數(shù)。我們可以挑選氯化物或電導(dǎo)值來表示COC。對于COC，每個水處理公司都有自己設(shè)定的限度，如果每項指標(biāo)（如總的硬度，堿度、電導(dǎo)或二氧化硅）的COC值在限度范圍內(nèi)，就可以通過物理或化學(xué)方法進行處理，不會導(dǎo)致諸如結(jié)垢、腐蝕或泄漏等等諸多困擾。通過測試補償給水的各項指標(biāo)，我們可以知道，系統(tǒng)經(jīng)過多少次的水循環(huán)之后，哪一個指標(biāo)最先達到系統(tǒng)的限值，這多少次的水循環(huán)數(shù)，就相應(yīng)地成了系統(tǒng)COC的最大值。濃縮系數(shù)通常用系統(tǒng)水的溶解體濃度與補償給水的溶解固體濃度之比率來表示，也可以用補償給水