循环冷却水电处理技术

循环冷却水电处理技术（精选8篇）

循环冷却水电处理技术 篇1

1引言

在石化、电力、钢铁等工业过程中, 冷却工艺物料或产品是生产的重要环节。以水作为热交换介质的冷却水系统应用非常广泛, 冷却水用量通常会占工业用水总量的70%以上。冷却水经换热器升温后, 通过冷却塔与空气接触散热, 一部分水蒸发带走潜热, 冷却下来的水再送往换热器循环使用, 即生产中最常见的敞开式循环冷却水系统。由于冷却水的不断蒸发浓缩和对空气的洗涤, 使水中离子的浓度增加, 灰尘等颗粒物的含量升高, 从而产生系统腐蚀、结垢、滋生微生物粘泥等问题[1]。除了排污和旁滤, 投加水处理药剂可在一定程度上维持水质稳定, 避免因上述问题带来的换热效率下降、系统泄漏等风险。因此, 水处理药剂的开发和应用对循环冷却水处理技术的发展起到关键的推动作用。 简要综述了循环冷却水处理药剂的发展历程及其相关技术的沿革, 并对技术现状和面临的新问题进行了评述。由于循环冷却水处理技术的阶段划分是以缓蚀剂和阻垢剂应用为代表, 故未涉及相对独立的杀菌剂的发展历程。

2循环冷却水处理技术发展历程

循环冷却水处理技术起源于20世纪20年代对水处理药剂的使用。从40年代至今, 循环冷却水处理缓蚀剂、阻垢剂和药剂配方经过了70余年的发展, 其历程总体可分为6个阶段 (表1) 。

2.1酸性配方的起步

20世纪40~50年代, 循环冷却水处理技术以缓蚀技术占主导地位。在美国主要使用铬酸盐、亚硝酸盐等阳极型缓蚀剂来抑制循环冷却水系统中金属设备的腐蚀[2]。此类缓蚀剂的优点是缓蚀效果非常好, 适用于各种水质处理;其缺点是具有很高的毒性, 且使用量大。 为了降低循环冷却水中的铬酸盐浓度, 美国研究者以铬酸盐为主缓蚀剂, 研究了它与其它缓蚀剂复配后的协同缓蚀效果, 开发了铬酸盐/磷酸盐、铬酸盐/锌盐等复合配方[3]。在铬酸盐/锌盐复合配方中, 水中的铬酸盐浓度可由单独使用时的200mg/L降低至20mg/L以下。 铬酸盐/锌盐复合配方对水的腐蚀性的变化不敏感, 在循环冷却水系统中可控制较宽的pH值范围, 但通常都在酸性条件下使用, 以避免系统的结垢。

2.2聚磷酸盐时代

20世纪60年代, 阴极型缓蚀剂六偏磷酸钠、三聚磷酸钠等聚磷酸盐开始大量地应用于循环冷却水处理[2]。在Ca2+、Mg2+等二价金属离子浓度大于50mg/ L的水中, 聚磷酸盐能与Ca2+、Mg2+等作用形成致密的沉淀型保护膜。聚磷酸盐与锌盐组成的复合配方, 可降低聚磷酸盐的使用浓度, 在酸性条件下使用时缓蚀效果良好, 至今还常用作循环冷却水系统开车前的预膜剂。 聚磷酸盐的缺点是本身结构不稳定, 易水解或被微生物分解生成正磷酸盐, 进而与水中的Ca2+形成磷酸钙垢沉淀, 这在当时还没有很好的解决办法。同一时期, 循环冷却水处理开始使用阻垢分散剂来抑制结垢, 主要使用的是木质素磺酸钠等天然高分子化合物[4], 但其性能远远不能满足循环冷却水处理对阻垢的需求。此外, 聚磷酸盐也具有阻垢作用, 可导致碳酸钙晶格畸变, 目前在反渗透膜阻垢上还有应用。

2.3有机膦酸及全有机配方的兴起

20世纪70年代, 聚磷酸盐的替代品有机膦酸 (酯) 开始占据循环冷却水处理药剂市场[5,6], 其主要产品有羟基乙叉二膦酸 (HEDP) 、氨基三甲叉膦酸 (ATMP) 、 乙二胺四甲叉膦酸 (EDTMP) 、多元醇磷酸酯等。有机膦酸 (酯) 结构稳定, 不易分解, 同时具有良好的阻垢和缓蚀作用, 因此得到了快速推广。同时, 阻垢分散剂也逐渐发展起来, 聚丙烯酸 (钠) 等多元羧酸聚合物得到了广泛应用[7,8], 使阻垢分散剂的开发和使用进入了全新的阶段。继而, 以有机膦酸 (酯) 缓蚀阻垢剂和聚合物阻垢分散剂为主要成分的复合配方开始受到青睐。这类配方的使用, 完全颠覆了之前循环冷却水处理以控制腐蚀为主的理念, 在自然pH值条件下通过缓蚀阻垢剂和阻垢分散剂来抑制系统结垢, 而以在碱性水质中形成薄垢来减缓系统腐蚀。这类配方的应用具有划时代的意义, 因其成分全部为有机物, 常称为全有机配方[9]。

2.4限磷配方的开发和探索性应用

20世纪80年代, 由于对磷排放的限制, 水处理药剂的开发和应用开始向低磷、无磷的方向发展。作为新一代的含磷缓蚀阻垢剂, 2-膦基丁烷-1, 2, 4-三羧酸 (PBTCA) [10]、羟基膦基乙酸 (HPAA) [11]等膦羧酸产品, 不仅磷含量低, 还具有各自鲜明的特点。PBTCA的阻垢效果非常好[12], 与锌盐复配也有不错的缓蚀效果[13]。HPAA对腐蚀性水质中金属的缓蚀特别有效[11]。它们的出现为低磷水处理配方和高浓缩倍数循环冷却水运行工艺的开发奠定了基础。同时, 国内外研究者对非磷缓蚀剂及其与有机膦酸的复配也进行了大量的研究, 开发了以钼酸盐[14]、钨酸盐[15]和硅酸盐[16]为主缓蚀剂的水处理配方, 但由于药剂成本和适用用条件的限制, 并未获得大规模应用。

2.5共聚物阻垢分散剂的大发展

20世纪80年代也是聚合物阻垢分散剂获得快速发展的时期。不饱和羧酸均聚物的市场开始萎缩, 取而代之的是不饱和羧酸/不饱和羧酸酯共聚物[17]、不饱和羧酸/不饱和磺酸共聚物[18]等, 其中最具代表性的是丙烯酸/丙烯酸羟丙酯二元共聚物 (AA/HPA) 和丙烯酸/ 2- 丙烯酰胺-2- 甲基丙磺酸二元共聚物 (AA/ AMPS) , 它们在阻磷酸钙垢、稳定锌盐和分散氧化铁方面的性能要远远超过聚丙烯酸 (钠) 。由于这些聚合物阻垢分散剂的应用, 使全有机配方的性能更加稳定, 也为锌盐重新焕发活力提供了条件[19]。这一时期, 国外循环冷却水处理已经达到了很高水平。在美国, 炼油生产装置的循环冷却水系统可以连续运行3~4年, 乙烯、 化工、化肥、化纤等生产装置的循环冷却水系统可以连续运行4~5年。

2.6水处理剂开发和配方设计的理性回归

20世纪90年代, 聚合物阻垢分散剂的开发延续了80年代的势头, 继续向多元、多官能团的方向发展。无论是国外还是国内, 各种类型的聚合物分散剂产品被源源不断地合成出来[20,21]。不幸的是, 多元和多官能团并未换来期盼的多功能, 多数此类产品的性能差强人意, 就阻碳酸钙垢、阻磷酸钙垢、阻锌盐垢和缓蚀任意一项, 均无法与之前的药剂相比, 以一种药剂解决循环冷却水处理全部问题的梦想也变得遥遥无期。随着对多功能药剂追捧的降温, 突出药剂专用性的理性需求开始回归, 一些颇具特点的药剂也逐渐浮出水面。比如:具有很高钙容忍度的多氨基多醚基膦酸 (PAPEMP) [22], 适合处理超高硬度碱度水质[23];不含磷的聚环氧琥珀酸 (PESA) [24], 其阻碳酸钙垢效果良好[25], 适用于无磷的水处理配方;以AMPS为主要共聚单体的磺酸盐二元和三元共聚物, 其阻磷酸钙垢和稳定锌盐性能稳定[26], 适用于强腐蚀性水的处理。在配方和工艺方面, 国内在高硬高碱循环冷却水处理上有了长足的进步, 在自然pH值条件下使循环冷却水中钙硬度与碱度之和的水平进一步提高。尤其是无机磷酸盐的缓蚀作用重新得到认识, 为循环冷却水处理理念的提升创造了重要条件。

3循环冷却水处理技术现状及新需求

3.1提高浓缩倍数

进入21世纪, 为了缓解日益突出的水资源供求矛盾和水环境污染问题, 实现最大限度地节约用水对循环冷却水系统浓缩倍数提出了更高的要求[27]。近年来, 循环冷却水处理在单剂的研发上并没有突出的进展, 而在配方和工艺上却有了跨越式的发展。随着对水中钙碱平衡的深入研究, 通过加酸控制pH值降低碱度而进一步提高浓缩倍数的方案被重新审视。与以往在酸性条件下运行的循环冷却水处理工艺不同, 加酸控制pH值运行工艺是以pH值自动控制装置使系统在微碱性条件下操作, 以减少水中的结垢因子和阻垢剂来共同抑制结垢, 以磷酸钙和锌盐专用阻垢分散剂来稳定磷锌缓蚀剂, 再以磷锌缓蚀剂抑制腐蚀[28,29]。整套工艺环环相扣, 体现了缓蚀剂、阻垢剂、分散剂和工艺控制的完美结合。目前, 此类工艺在中国石化下属多家企业应用, 循环冷却水中的Ca2+浓度可达1500mg/L以上。对于我国北方地区石化企业中的循环冷却水系统, 在补充水硬度很大的情况下, 浓缩倍数依然可以达到5倍以上, 节水效果显著。

3.2污水回用

在提高循环冷却水系统浓缩倍数的同时, 大力推行再生污水回用于循环冷却水, 也是促进污水资源化, 实现节水减排的重要途径。通常, 再生污水中含有一定量的有机污染物, 其悬浮固体、氨氮和磷酸盐的含量也要超过新鲜水。污水回用时, 这些污染成分在循环冷却水系统中浓缩累积, 会大大加速系统的腐蚀、结垢和微生物粘泥生长。目前在我国, 以污水回用作循环冷却水系统补水的企业主要是电力、石化等大型企业。电力企业循环冷却水系统中的换热设备主要为凝汽器, 其换热管通常为不锈钢或黄铜材质, 耐腐蚀性强。因此, 电力企业的循环冷却水处理主要以抑制系统结垢和粘泥滋生为主, 对系统浓缩倍数的要求不高, 处理方法相对简单, 在利用城市中水方面有一定优势[30]。相比之下, 石化企业循环冷却水系统中的换热设备类型繁多, 每个系统均要配套数十台甚至上百台换热器, 并且要面对复杂的工况条件。换热管材质以碳钢为主, 也有少数的不锈钢或黄铜。为了节约用水, 石化企业对循环冷却水系统浓缩倍数的要求一向很高, 因此带来了尤为严重的腐蚀问题。近年来, 由提高浓缩倍数发展而来的磷锌缓蚀剂及复合配方在污水回用循环冷却水系统中获得应用且控蚀效果显著, 中国石化下属的多家企业也因此实现了再生污水的稳定回用[31]。

3.3药剂配方无磷化

近年来, 我国的水体富营养化问题日益严重。从20世纪70年代到现在, 我国湖泊富营养化面积增长了约60倍。绝大多数水体富营养化是由外界输入的氮、 磷等营养物质在水体中富集造成的。因此, 我国对氮、 磷的排放限制也越来越严格。《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002) 规定的一级A标准, 总磷浓度应小于0.5mg/L。目前, 一些无磷配方陆续在循环冷却水系统中应用, 也不乏运行效果较好的案例 (表2) , 系统腐蚀速率和粘附速率可控制在满意的水平。但与含磷配方相比, 无磷配方对以高硬度水或再生污水为补充水的循环冷却水系统腐蚀的控制上还存在较大差距, 主要是无磷缓蚀剂的缓蚀能力及其相互间的协同增效作用还难以达到磷锌复合的效果。

3.4动化控制

在工艺控制方面, 近年来循环冷却水处理系统的自动化程度大为提高, 实现了自动补水、自动排污、自动加药和自动加酸。 由美国Nalco公司推出的3D TRASAR系统监测和控制技术[36], 利用荧光标记物来控制缓蚀阻垢剂和分散剂的投加, 解决了长期以来循环冷却水中聚合物分散剂浓度无法检测的难题。3D TRASAR改变了传统的加药的方式, 可根据水质波动和水中药剂浓度按需加药, 处理效果稳定, 且降低水处理成本。此外, 3D TRASAR还可以实现自动在线分析、远程数据监控等, 使循环冷却水系统管理迈上了新的台阶。

4结语

经过70余年的发展, 循环冷却水处理技术经历了由酸性配方、碱性配方向控制pH值配方的历程, 水处理药剂也逐渐由无机磷酸盐、有机膦酸、膦羧酸、共聚物向环保型药剂的方向发展。近年来, 循环冷却水系统浓缩倍数的提高和再生污水的回用为各企业的节水减排做出了突出贡献。工艺自动化程度的提高也保证了循环冷却水系统长期、稳定和安全运行。

同时, 循环冷却水处理技术的发展也对多目标实时监测和精细化管理、物料泄漏应急处理、排污水达标排放等提出了更高的要求。

循环冷却水电处理技术 篇2

循环冷却水的水质稳定性处理

节约用水的最大潜力是节约工业冷却用水,而循环冷却水是节约水源的一条重要途径.但循环冷却水结垢、腐蚀现象严重,容易滋生茵藻,以致影响设备的.传热效率,降低工效,缩短设备的使用寿命,因此,对循环冷却水进行水质稳定性处理是必不可少的,并在工业生产中得到应用,起到了节约用水、降低成本的作用,保证了长期安全可靠的生产,取得了良好的经济效益和社会效益.

作 者：宋福香 SONG Fu-xiang  作者单位：新乡职业技术学院,河南,新乡,453700;新乡市技师学院,河南,新乡,453700 刊 名：湖南农机 英文刊名：HUNAN AGRICULTURAL MACHINERY 年，卷(期)： 36(11) 分类号：X703 关键词：循环冷却水   水结垢   水质稳定   水质处理  

循环冷却水电处理技术 篇3

循环冷水是通过空气作为介质, 利用水对空气的降温原理, 让水和空气接触而传热和水的蒸发散热, 从而达到冷却设备的效果。在水对空气的接触传热过程中, 会有热传导和对流传热这两种现象。热传导是因为分子间的撞击和扩散运动引起动能发生传递;而对流传热是通过流体的流动与混合来实现传热的。蒸发散热是水表面的分子间发生互相碰撞, 一些分子获得了动能从而克服了水的吸引力而逸出, 那些逸出的水分子带走了多余的动能, 令原来需要冷却的设备温度下降。

2 循环冷却系统的分类

循环冷却水分为密闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系统。

2.1 密闭式循环冷却水系统

密闭式循环冷却水系统是用冷水通过热传导来实现冷却工艺介质的。该技术的特点冷却水在密闭系统中进行循环热交换, 并不与空气接触, 当冷却水升高温度时, 液体仍然留在密闭系统中通过水冷换热设备或空冷换热塔进行降温。降温后的冷却水继续供冷却工艺介质循环使用。该项技术也有很大的缺点, 就是在实际运行中由于系统密闭性不好容易导致空气进入该系统中, 对设备造成腐蚀, 因此该技术通常在有特殊要求或冷却小规模的工业生产系统中应用。

2.2 敞开式循环冷却水系统

在工业生产中, 敞开式循环冷却水系统应用得非常广泛。在循环冷却的过程中会由于蒸发等原因令循环水量减少, 水中含有的杂质浓度升高。所以, 为了维持该系统的平衡和水质稳定, 需要适当在该系统中添加水, 并且排出杂质含量较高的污水。

3 循环冷却水的处理

在长时间的循环过程后, 冷却水经过蒸发、泄漏、浓缩、补充水稀释等的工序, 可能导致水质地变化很大, 引发诸多不利的影响。如换热设备或管道受到腐蚀和表面沉积污垢, 污垢中的微生物死亡腐败也可以恶化循环水的水质。所以, 要让循环水系统正常运行就必须要采取防止系统结垢和腐蚀并杀灭循环水中的微生物。

3.1 对循环冷却系统的水垢控制

(1) 软化原水。补充水中含有许多钙、镁化合物, 应该向其中投入熟石灰以降低补充水的碳酸盐硬度。投入熟石灰后生成的碳酸钙和氢氧化镁均为难溶化合物, 能从水中析出。但是实际上, 原水水中的永久硬度和负硬度却不能用熟石灰处理, 因此, 钙镁的沉淀物常常以胶体形式残留在水中, 故工业上常用石灰软化与混凝沉淀同时进行处理工艺。

(2) 酸化法。循环水投加酸, 令水中的碳酸盐类化合物转化为溶解度较小的非碳酸盐类化合物, 同时投加阻垢缓蚀剂对循环冷却水的阻垢缓蚀进行处理。但是许多工厂虽然会采取加酸措施, 但是运行的浓缩倍率很低, 所以很少使用, 目前投加阻垢缓蚀剂可以达到良好的阻垢缓蚀效果;由于加入具有强腐蚀性的硫酸, 当操作不当, 就会引起灼伤;加酸会令管道腐蚀, 易发起管道穿孔。所以, 许多工业部门对加酸处理都非常谨慎。

(3) 投加阻垢剂法。投加阻垢剂是防止盐类结垢的主要方法。同时在高浓缩倍率运行条件下, 还应使用低磷配方, 低磷配方一个方面要求开发的阻垢缓蚀剂本身含磷量低, 另一方面要求循环水中含磷量低, 才能符合污水环保排放的标准。目前, 国内新型的阻垢剂的研制和应用取得了巨大的进步, 有机磷酸盐、低分子量聚羧酸羟基类阻垢剂, 以及天冬氨酸钠盐 (PASP) 等都得到广泛使用, 含AMPS基团的三元、四元共聚物、PBTCA、HPAA、DTPMP等应在配方中得到应用。而聚丙烯酸、HEDP、ATMP、EDTMP等应被取代。

(4) 腐蚀的控制。除了向循环冷却水系统中加入化学药剂, 工业生产部门还可以在金属设备的表面形成防腐蚀涂层, 令金属与循环水隔离, 避免腐蚀。除此之外, 还能实行电极保护法, 在设备外加电流的作用下使在阴极的设备处于较稳定状态从而受到保护, 这种方法叫外加电流的阴极保护法。

4 微生物及其控制

4.1 氧化性杀生剂

作为最早使用的控制微生物的药剂, 其中使用最为广泛的氯气和次氯酸盐, 它们对水中的微生物有优良的杀灭微生物和抑制微生物作用。但是它们的杀生作用受水的pH值影响较大, 其杀生效率随着pH值的升高而降低。同时ClO-会与B30铜管中的镍反应, 使B30铜管产生腐蚀, 因此循环水在较高pH值的情况下, 一般不使用Cl2及次氯酸盐。因为氯在循环水中容易散失, 不能持续杀菌, 所以取而代之的是二氧化氯。ClO2不但具有适宜的pH, 抑制微生物的能力比Cl2强, 同时还具有剥离性能。近几年, ClO2在循环冷却水处理中的应用越来越多, 其生产和应用技术发展很快。

4.2 非氧化性杀生剂

主要有氯酚类、丙烯醛、而流氰基甲烷、硫酸铜等, 除此之外还含有季铵盐类表面活性剂, 可令细菌、真菌、藻类生物的半透膜被破坏引起细胞内代谢物质和辅酶泄漏从而达到抑菌作用。

目前, 工业生产部门通常采取非氧化型和氧化型药剂联合使用的措施。

5 预期效果

通过以上的改进措施, 工业生产部门能够在循环冷却水设备中提高的效率, 对于循环冷却水系统的设备有更好的防护。更好的控制了设备在运行过程中出现的设备老化、腐蚀等不利因素, 降低工厂在设备维修的巨大支出。

6 结束语

我国的循环冷却水系统相对于国外来说还是比较落后, 在化学药剂的选取方面要深入地研究。我们国家政府在未来几年内也会对该项技术投入资金, 让更多的中小型企业受惠。因此, 对于循环冷却水的处理这方面的研究有着巨大的市场前景, 是解决工业生产部门生产成本高等问题的有效途径。

摘要：我国是一个水资源极度缺乏的国家, 淡水资源日益短缺, 城市污水与工业废水成为一种可再生水源。而循环冷却水的处理属于污水回用这一范畴。而且, 水有比热容大, 沸点较高, 化学稳定性强的特点, 在许多工厂中, 都运用水作为冷却介质。冷却水占工业生产的用水量的50%以上, 国内大部分工业生产部门为了节约水资源, 降低生产成本, 大多数采用冷却水的循环使用。目前, 我国的循环冷却水的处理技术仍然处于先进发达国家60、70年代的水平, 于是本文就循环冷却水的处理技术进行讨论。

关键词：污水回用,循环冷却水,处理技术

参考文献

[1]唐玉斌.《水污染控制工程》.哈尔滨工业大学出版社.2009.

[2]李松田.李长浩.《循环冷却水新工艺研究》.2006.3.

循环冷却水物理处理装置 篇4

关键词：循环冷却水,水处理,阻垢,除垢

0引言

近年来, 随着人们对生活和生产环境要求的日益提高, 空气调节技术得到了越来越广泛的关注。空调系统所涉及的各种热都必须在冷凝器中散出。水冷凝器所用的水通常都是经过冷却塔进行循环的, 随着冷却塔中的水不断蒸发, 水槽中未溶解的固体杂质的浓度会不断升高, 必须采取一定的措施, 否则会形成结垢和淤泥, 从而降低冷却塔系统的性能。在循环冷却水处理方面目前广泛采用化学法, 主要是向冷却水中投加缓蚀剂、阻垢剂等, 虽然较好地解决了工业给水领域结垢、腐蚀等问题, 但也存在诸如投放程序繁多、配方复杂、效果难以控制、需要系统停机清洗、影响系统正常运行、对环境造成二次污染等缺点。与化学方法相比, 物理处理具有维护操作简便、寿命长、运行费用低、无二次污染等优点。本文主要针对析晶污垢进行研究, 测试电、磁、超声复合场在循环冷却水处理方面的应用效果, 以探索一种在各种工业和生活设施的水处理系统中高效、简便、运行费用低、容易控制的水处理技术。

1复合场实验装置

本文中的复合场主要由脉冲高压静电水处理装置、磁水处理器和超声水处理器3部分组成。静电杀菌灭藻装置由脉冲高压直流电源和离子水处理器两部分组成。脉冲高压直流电源由220V、50Hz的交流电经过开关电源、信号源、放大器、脉冲变压器后输出10kV～35kV的直流电。离子水处理器由一根铝制管极棒制成, 固定于管极中心, 一端有锥管螺纹接头, 使用时直接插入管道内, 并与管道壁上的螺母固定连接, 离子水处理器结构示意图见图1。

磁水处理器材料为稀土钕铁硼, 磁场中心强度为0.35T, 由不锈钢进水管、磁芯组件、不锈钢出水管和外壳组成, 其大致结构见图2。

1—绝缘柱;2—铝质电极;3—绝缘层;4—不锈钢电极;5—蝶形垫片;6—锥形螺纹;7—压盖;8—高压电缆线

超声水处理器由超声发生器和换能器两部分组成, 超声波通过换能器进入水中。

2实验

化验冷却系统传热表面的水垢成分可知, 碳酸钙的含量 (质量分数) 可达90%以上, 由此可知, 控制住碳酸钙成垢过程, 是循环冷却水防垢处理的主要环节。由于在常温下硫酸钙溶解度随温度升高而降低, 所以在循环冷却水防垢处理中也必须严加控制。本实验主要检测以下两方面内容:

(1) 阻垢实验:加热条件下, 处理CaCO3溶液与未处理CaCO3溶液在不同时间下的电导率值的变化。

(2) 除垢实验:电、磁、超声复合处理对水溶解CaCO3、CaSO4能力的影响。

2.1 阻垢实验

模拟实际工业循环冷却水系统, 建立如图3所示的实验装置。

1—脉冲高压电源;2—高压屏蔽电缆线;3—脉冲高压离子水处理器;4—水箱1;5, 9—截止阀;6—水箱2;7—磁水处理器;8—水泵;

实验现象:对照组的水箱底部及侧壁均附着一层白色的晶体, 电加热器外壁也附着一层白色的污垢;处理组的水箱中无白色物质生成。

实验结果:加热条件下, 经处理CaCO3溶液与未处理CaCO3溶液电导率的变化情况见图4。

从实验结果看出, 未处理溶液的电导率迅速下降, 而经处理溶液的电导率呈缓慢下降的趋势。电导率下降是因为水中成垢的阴阳离子结合成CaCO3并结晶析出, 使导电能力减弱。由于CaCO3在水中具有反常溶解度, 随着水温升高溶解度反而下降, 因此对照组溶液中的CaCO3晶体随水温升高迅速析出, 电导率也就迅速下降;而经过处理的溶液, 电导率下降缓慢。这说明复合处理明显抑制了成垢阴阳离子的结合, 也就抑制了CaCO3在水中的结晶析出, 这是电、磁、超声复合场水处理技术能阻垢的原因之一。

2.2 除垢实验

2.2.1 实验装置

电、磁、超声复合场对循环冷却水的除垢效果, 通过自来水、去离子水、CaCO3过饱和溶液及CaSO4过饱和溶液经过复合场处理后电导率的变化来讨论, 实验装置见图5。

1—脉冲高压直流电源;2—高压屏蔽电缆线;3—离子水处理器;4—水箱 (40L) ;5—截止阀;6—水泵;7—磁水处理器;8—超声波发生器;9—电缆;10—换能器

2.2.2 实验结果及分析

(1) 在水箱中放入40L自来水, 并加入过量的CaCO3分析纯固体, 测电导率, 实验结果见图6。

经过电、磁、超声复合处理后, CaCO3过饱和溶液的电导率随时间不断升高, 而未经处理的CaCO3过饱和溶液的电导率基本保持不变, 说明电、磁、超声复合场能增加CaCO3在水中的溶解度, 使CaCO3过饱和溶液中的离子浓度增大。

(2) 在水箱中放入40L去离子水, 并加入过量的CaCO3分析纯固体, 测电导率, 实验结果见图7。

由图7可以看出, 实验结果与采用自来水的实验结果趋势是相同的, 可见电、磁、超声复合处理确实能增加CaCO3在水中的溶解度。

(3) 在水箱中放入40L去离子水, 并加入过量的CaSO4分析纯固体, 测电导率, 实验结果见图8。

经电、磁、超声复合场处理后, CaSO4过饱和溶液的电导率随时间不断升高, 而未经处理的CaSO4过饱和溶液的电导率基本保持不变, 说明电、磁、超声复合场能增加CaSO4在水中的溶解度, 使CaSO4过饱和溶液中的离子浓度增大。

3结论

(1) 脉冲高压静电场、磁场、超声复合场处理循环水, 对CaCO3具有良好的阻垢效果。

(2) 经过电、磁、超声复合处理之后, CaCO3和CaSO4的溶液的电导率都随处理时间的增加而增大, 这也就说明溶液中的离子浓度增加, 即水溶解CaCO3和CaSO4晶体的能力增强, 使得CaCO3和CaSO4晶体在水中的溶解度增加。这是由于电、磁、超声复合处理改变了水的结构, 致使生成了更多钙的水合离子, 这是电、磁、超声复合处理能溶解老垢、除垢的原因。

总之, 由于化学方法具有成本高、操作复杂、对环境造成严重污染等缺点, 在现代工业中的应用会越来越受到限制。而单纯地使用一种物理方法, 在处理效果上也会有一定的局限性。本文将脉冲高压静电场、磁场和超声场复合作用于循环冷却水的阻垢、除垢方面, 取得了很好的效果, 相信它具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]李朝绪.锅炉排污和水垢清除[M].天津:科学技术出版社, 1980.

工业循环冷却水处理的研究 篇5

1 工业循环冷却水系统

工业循环冷却水系统包括封闭式循环冷却水系统和开放式循环冷却水系统[5]。封闭式循环冷却水系统中, 冷却水用过后不是马上排放掉, 而是收回再用, 循环不已。在循环过程中, 冷却水不暴露于空气中, 所以水量损失很少。开放式冷却水系统中, 冷却水用过后也不是立即排放掉, 而是收回循环再用。对于钢铁有限责任公司制氧厂来说, 它的循环冷却水系统属于开放式的。对于工业循环水来说, 影响因素主要有浓缩倍数、p H值、浊度、碱度、硬度、总铁等指标, 但是各个指标间是否存在相关性, 在文献中很少有提及, 本文主要针对它们之间的相关性进行研究的。

2 工艺流程

低温空气分离制氧, 是我国主要的工业制氧方法。但是需要大量的循环冷却水来冷却空气冷却塔。本次分析的主要就是空气冷却塔的循环水。

3 监测指标及方法

我们采用的监测指标及方法氯离子———硝酸银容量法, 总硬度———EDTA滴定法, M-碱度——酸碱滴定法, 浊度———重量法, 总磷———钼蓝光度法, 总铁———磺基水杨酸分光光度法。

4 分析与讨论

4.1 相关性分析

SPSS (Statistical Productand Service Solutions) 软件统计的数据分析功能强大。循环冷却水中各离子以及浓缩倍数间进行了相关性分析。

4.1.1 各因素间相关性分析

6000设备内各离子浓度变化相关性分析, 各离子间存在着一定的相关性。电导率与氯离子、钙硬度、p H值和总铁的相关系数分别为0.533、0.05、0.593和0.485, 都具有线性显著正相关, 且与氯离子和p H值相关性最强;而总铁的浓度变化与氯离子、总硬度、p H值、电导率的相关系数分别为0.424、0.601、0.564和0.485, 都具有显著线性正相关性, 且与总硬度的相关性最强。从上述的相关分析可以得出, 总铁的浓度变化与循环水中p H值、氯离子浓度和总硬度有显著的线性正关系, 当氯离子浓度变高、钙硬度增大、水中碱性增强时, 循环水是铁的浓度也随着增大;而从电导率的角度来看, 根据电导率的测定, 可以认定电导率值大时, 循环水中氯离子浓度、总硬度、碱度以及铁浓度均有所增加。

4.1.2 补水、循环冷却水及浓缩倍数相关性分析

6000设备内补水、循环冷却水及浓缩倍数变化相关性分析:

a.氯离子的相关性分析循环水中氯离子浓度变化受补充水中氯离子的变化影响, 它们之间存在显著的线性正相关性, 相关系数为0.635, 表明补水中氯离子的浓度加大, 则循环水中氯离子浓度也随着增加。但二者与浓缩倍数的变化无显著相关性。总硬度的相关性分析循环水中总硬度变化受补充水中总硬度变化影响, 它们之间存在显著的线性正相关性, 相关系数为0.533, 表明补水中总硬度加大, 则循环水中总硬度也随着增加。但二者与浓缩倍数的变化无显著相关性。

b.碱度的相关性分析, 循环水中碱度变化受补充水中碱度变化影响, 它们之间存在显著的线性正相关性, 相关系数为0.612, 表明补水中碱度加大, 则循环水中碱度也随着增加。但二者与浓缩倍数的变化无显著相关性。

c.浊度的相关性分析, 循环水中浊度变化受补充水中浊度变化影响, 它们之间存在显著的线性正相关性, 相关系数为0.633, 表明补水中浊度加大, 则循环水中浊度也随着增加。从另一方面可以看出, 补水中的浊度与浓缩倍数有一定的显著线性正相关性, 相关系数为0.583, 表明若补水中的浊度降低, 则浓缩倍数升高, 这将间接的对循环水中浊度产生影响, 降低循环水中的浊度。

d.总铁的相关性分析循环水中总铁浓度、补充水中总铁浓度和浓缩倍数间无任何相关性。

4.2 结果讨论

药剂的添加对于循环水系统而言会减少系统内部的腐蚀, 但同时也会引进其它离子, 对于氧气厂不同设备而言, 虽然它们的内部结构和工作流程相似, 但是循环水中离子间的关系、补水的变化以及浓缩倍数的变化存在着显著的差异。

通过相关性分析可以得出, 可得出以下结论:⑴设备内循环水中总铁浓度、补充水中总铁浓度和浓缩倍数间无任何相关性;⑵设备内浓缩倍数的主要影响源基本都是补充水中离子浓度的变化。因为浓缩倍数是循环水电导率和补充水的电导率之比, 同样可以转化为离子间的比值, 这样就可以有:循环水中离子浓度≈补水中离子浓度×浓缩倍数。⑶设备中, 设备6000内氯离子浓度变化和p H值相关性最强, 总铁的浓度变化与氯离子、钙硬度、p H值、电导率都存在显著的线性正相关, 且与总硬度的相关性最强, 可通过调节p H值对水中总铁离子和氯离子进行处理。

5 结论

制氧厂设备的相关性分析, 同时也为数据分析提供了一种有效合理的分析方法。通过合理的分析, 可以解决实际工作中遇到的困难。针对相关性分析提出的问题, 采取的措施更具有目的性, 这样才会使氧气厂循环水系统高效的运转, 在实际工作中发挥作用。

参考文献

[1]刘晋萍.循环冷却水处理优化设计的探讨[J].天然气与石油, 2005, 23 (1) :55-57.

[2]岳宏, 高建村.工业循环冷却水处理缓蚀阻垢剂的应用与发展[J].新疆石油天然气, 2009, 5 (7) :88-91.

循环冷却水电处理技术 篇6

关键词：TDI,循环冷却水,水质稳定,化学处理,预膜

引言:地球上的淡水资源是有限的 , 水是人类最宝贵的财富之一 , 可供人类利用的水资源就更少 , 节约用水已刻不容缓 . 为此 , 近年来国家在宪法中又颁发了“水法”,这些做法促进并强迫我们重视节约使用水并且控制水的污染 , 以利于工农业进一步发展和人类自身的繁衍;而在工业用水的总量中有70-80%是工业冷却水,可见循环冷却水在工业节水中的重要作用 .

一、缓蚀阻垢剂成分及作用特点

该系统补充水水质较好,但浓缩后结垢腐蚀性增强,结垢性腐蚀性中等。因此在水稳剂配方筛选时应阻垢以为主,兼顾缓蚀。我们选择QA-6973作为该系统的缓蚀阻垢剂,它主要由2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸、含磺酸盐共聚物、多氨基多醚基甲叉膦酸、特殊界面活性剂等组成的复合缓蚀阻垢剂,利用有机膦羧酸和缓蚀剂在金属表面形成的保护膜起到缓蚀作用,同时对水中的碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙等均有良好的螯合分散和晶格畸变作用;按照合理配比原则充分发挥其协同效应,具有阻垢力强、不易分解、缓蚀率高、耐高温等特点。

二、敞开式循环冷却水系统易产生的危害

天然水中都溶解有重碳酸盐 , 这种盐是冷却水发生水垢附着的主要成份。

补充水系统中重碳酸盐的浓度较低 , 在循环冷却水系统中 , 重碳酸盐的浓度随着补水的浓缩而增加 , 当其浓度达到饱和状态时 , 或者在经过换热器表面使水温升高时 ,会发生下列反应 :

冷却水经过冷却塔向下喷淋时,溶解在水中的游离CO2要逸出,这就促使上述反应向右进行。

Ca CO3沉积在换热器传热表面,形成致密的碳酸钙水垢,它的导热性能很差,不同的水垢,其导热系数不同,但一般不超过1.16w/(m2·k), 而钢材的导热系数为48 w/(m2·k),可见水垢的形成,必定会影响换热器的传输效率。

三、水质稳定化学处理过程

因此氧化性杀生剂和粘泥剥离剂交替冲击投加效果较好,具体方案如下(按每月模拟投加计划):

(1)1日8点30分冲击性投加氧化性杀生剂200ppm(约0.6吨);

(2)8日8点30分冲击性投加粘泥剥离剂150ppm(约0.45吨)。

(3)15日8点30分冲击性投加投加氧化性杀生剂200ppm(约0.6吨);

(4)22日8点30分冲击性投加粘泥剥离剂150ppm(约0.45吨)。

如此类推。

1. 控制运行主要控制指标及分析频率 .

注 : 若上表中各指标超出控制值 , 加大排污。。

2. 浓缩倍数的计算

浓缩倍数是循环冷却水管理的一项重要指标。目前一般对补充水中含盐量变化不大的水质以控制浓缩倍数为主;反之以控制循环水中离子浓度为主。

循环水质总固体浓度或不,与其它离子起反应的某一离子浓度,与补充水中总固体浓度或相对应离子浓度的比值称为浓缩倍数,以N表示。

N=CA/CB=M/(B1+B2)

式中:CA为循环水中某离子浓度(mg/L)

CB为补充水中某离子浓度(mg/L)

M为补充水量(t/h)

B1为排污水量(t/h)

B2为飞溅损失水量(t/h)。

在符合以上管理目标值时,碳钢挂片腐蚀率小于0.075mm/a,试管黏附速率小于25mcm,生物粘泥小于4ml/m3。

3. 大修期间现场水冷器检测及污垢样品分析

对生产装置中所有水冷器应建立腐蚀档案卡片,记录水冷器位号、型号、形式、材质、工艺介质参数、传热面积、冷却水进出口温度及流量等参数,并在热端固定位置进行照相存档、记录每次大检修拆检情况、并在传热面上取有代表性污垢样品进行分析,根据分析结果判断污垢的类型。

根据以上几项分析及监测结果,结合装置运行实际情况综合分析后,可以得出良好、较好、较差、很差4种等级,然后对碱性水处理方案实施效果得出正确的评价,并对下阶段运行提出改进意见。

四、循环冷却水系统清洗预膜

它能更好地保障水质稳定剂在循环冷却水中充分有效地发挥作用,它是系统化学水处理所必需的基础工作,是保证化学水处理效果的重要步骤。先用高浓度的预膜剂进行预膜,然后用低浓度的缓蚀剂进行日常运行,比直接用低浓度的缓蚀剂运行去控制腐蚀有效的多。

1. 清洗操作程序

压缩循环水系统为停机清洗后新投运系统,故清洗方案主要是除去在设备金属表面的少量氧化物和油污。

(1)系统清理

为保证系统正常运行,避免杂物进入设备管网中,必须对整个系统进行人工清扫,去除人工可以去掉的杂物。

(2)系统水清洗

把循环水系统所有运行阀门打开,把系统补水到深度以泵不吸空为准。开启循环水泵,维持最大流速冲洗设备内部、冷却塔填料及管道系统。

(3)系统化学清洗

化学清洗是利用化学药剂使油污等小杂质从金属表面上剥离下来,使金属表面清洁,给预膜工序创造良好条件;系统经水清洗后,其内部杂质基本上清除,如存在油污和浮锈等,须除去。

1开泵循环,单泵运行。

2加药位置:泵前集水井入口处。

3 QA-706 清洗剂为弱酸性液体,操作时要注意安全并配备必要的劳保用品。

4加药方法:第一天加入清洗剂QA-706 350mg/L(系统保有水量3000m3, 加药量为3000×0.35=1050kg), 运行24小时。运行过程中可人工捞出漂浮物。若泡沫过多可加消泡剂消泡。同时加入预膜剂QA-701 250 mg/L(系统保有水量3000m3, 加药量为3000×0.25=750kg)。

5第二天补加清洗剂 QA-706 250 mg/L(系统保有水量1200m3, 加药量为3000×0.25=750kg)。

6测定水中总磷含量在 50~120mg/L。

7第四天维持循泵低流量运行,通过潜水泵排出系统中水,将系统水进行置换。

8排完水后维持最大流量对系统进行补水。

2. 系统预膜

根据水质特点我们选用专用预膜剂QA-701,这种预膜剂主要由聚羧酸、表面活性剂、多种络合剂物、缓蚀剂等组成,有机络合物中氧原子的未共用电子对与铁、钙等金属离子或带有部分正电荷的铁原子发生化学吸附,形成配位键,最后产生一层难溶的螯合膜覆盖在碳钢等金属表面,这种膜电阻大并从而起到抑制腐蚀的作用,能使金属和水中的腐蚀介质隔离。

(1)预膜

1排水结束 后, 在循环泵 入口处集 水池内冲击 投加QA-701预膜剂350 mg/L( 加药量为3000×0.35=1050kg),同时补水到原水位。

2预膜条件

PH值:自然平衡。Ca2+ 50-100mg/L浊度 < 10 mg/L

水温: 20℃水温低时带负荷并适当延长预膜时间

3预膜时间约72小时。

4第七天预膜结束后补水到正常运行水位转入正常加药运行。

5清洗预膜期间分析项目及频率:

五、结束语

循环冷却水电处理技术 篇7

一、主要废 (污) 水水源及水质特性

目前循环水回用的废 (污) 水水源包括对化工生产废水深度处理后的工业中水及脱盐水转换成的蒸汽凝结水。

1. 工业中水水质特点

回用中水与新鲜水的水质存在差别, K+、Cl-、菌落总数等三项指标都比宝坻水大, 总硬度只有宝坻水总硬度的三分之一, 所以中水回用于循环水系统后, 还采用原来只有宝坻新鲜水补水的循环水水质控制方式已经不适用。

2. 蒸汽凝结水水质特点

蒸汽凝结水由化工生产装置用二级除盐水制取蒸汽时, 大部分转换成90℃左右的蒸汽凝结水, 这部分凝液由于生产工艺和设备等方面存在的原因, 受到轻度污染。表现为铁离子和有机物等含量略微升高, 不具备直接回用至锅炉的条件, 经过凝结处理系统过滤、超微吸附﹝1﹞达到一级除盐水水质后送至除盐水系统, 但是当水质指标超过一级除盐水水质标准时对于循环水系统仍是较好品质的水源, 但是比较高的水温会对循环水水质和温度产生影响。

二、回用水对循环水水质的影响及处理措施

1. 浓缩倍数波动大

(1) 现状

在敞开式循环冷却水系统中, 由于蒸发系统中的水会愈来愈少, 水中各种矿物质和离子含量就会愈来愈浓, 用浓缩倍数来控制水中的含盐量。N的含义就是指循环水中某种物质的浓度与补充水中某种物质的浓度之比。N=CR/CM, 一直以来用K+来计算浓缩倍数﹝2﹞。

由于循环水补水水质多样, 补充水K+的浓度采取多种水源K+的平均值。

CM= (Q新CM新+Q中CM中+Q凝CM凝) / (Q新+Q中+Q凝) 其中凝液中K+含量

很低计算为零。工业中水的K+浓度及补水量对浓缩倍数产生影响, 工业中水K+偏高, 循环水浓缩倍数偏低, 工业中水K+偏低, 循环水浓缩倍数偏高, 使浓缩倍数计算值存在失真情况。

(2) 水处理方向及工艺措施

多种浓缩倍数计算法, 保证浓缩倍数真实性。

为了避免补充水源K+大幅波动对浓缩倍数的影响, 对循环数浓缩倍数的计算采取多种方式。一种用循环水氯离子和补充水的氯离子进行测算, 另一种用循环水电导率和补充水的电导率进行测算, 有了这两种计算值作参考, 合理调整循环水排污量, 科学控制浓缩倍数在4~5。

调整循环水系统排污水量, 合理控制浓缩倍数

浓缩倍数与排污水量成反比﹝3﹞。循环水浓缩倍数控制在4~5之间, 当通过离子浓度计算出的浓缩倍数接近5时, 加大循环水系统排污量, 加大宝坻水的补充水量;当浓缩倍数低于4时, 停止排污, 同时减少宝坻新鲜水的补充水量。

保证足够的蒸发水量, 稳定浓缩倍数。

浓缩倍数N与冷却塔的蒸发水量E的关系。在一定的环境温度和设定的循环水量的条件下, 浓缩倍数与△t成正比, 根据每台用水设备的进出口水温及流量参数, 调整用循环水设备阀门开度, 提高进出口温度, 保证冷却塔的进出口温差在8~10℃。

2. 氯离子含量高

(1) 现状

从表1可见, 工业中水中的氯离子含量比宝坻水多6-10倍。

高浓度的氯离子易穿透金属表面的保护膜, 形成可溶性氯化物, 导致局部腐蚀。在换热器材质由碳钢、铜、不锈钢组成的复杂系统中, 当氯离子浓度增加到200 mg/L时, 碳钢电位面积上的蚀孔数随着氯离子浓度的增加而增加;当氯离子浓度增加到500mg/L时, 碳钢表面上除了孔蚀外, 将还有溃疡状腐蚀。

(2) 处理方向及工艺措施

当投加缓蚀剂进行水处理时, 对于含不锈钢换热设备的循环水系统, 氯离子浓度不宜大于300 mg/L;对于含碳钢换热设备的循环冷却水系统, 氯离子浓度不宜大于1000mg/L。目前循环水换热器材质有不锈钢、碳钢、铜, 循环水氯离子控制指标为低于500 mg/L, 以氯离子含量300mg/L为报警值进行控制。增加循环水系统排污量, 减少工业中水的回用量。

3. 异氧菌含量高

现状

(1) 工业中水水质差

由于工业中水富含微生物生长和繁殖所需要的营养物质, 对微生物生长和繁殖十分有利, 使循环水中的微生物控制难度增加。由于异氧菌能分泌出粘液, 使水中漂浮的灰尘、杂质和化学沉积物等粘附在设备及管道的表面, 形成氧浓差电池而发生沉积垢下腐蚀, 其腐蚀产物又促进了铁细菌的生长, 铁细菌本身能从阳极区除去亚铁离子, 使钢的腐蚀速度增加, 同时铁细菌产生的氧化铁沉积在金属表面形成锈镏构成更多的氧浓度电池, 更加剧烈金属的腐蚀。

(2) 蒸汽凝液水温高

蒸汽凝结水温度 (90~99) ℃, 连续大量回用凝结水40吨/小时, 会导致循环水温度每小时上升0.23℃。适宜生物生长的温度范围为29.4℃~41℃, 高温凝液大量进入循环水系统为微生物提供了适宜的生长温度。

水处理方向及工艺措施

(1) 回用工业中水深度处理

对回用工业中水进行深度处理, 使经深度处理后的水质与宝坻新鲜水水质接近, 目前水务部对回用工业中水已经进行了深度处理, 对异氧菌指标进行范围控制 (0~100) 个/m L。

(2) 强化杀菌剥离效果

根据微生物对杀生剂产生抗药性的机理, 冲击性的投加非氧化性杀生剂和氧化性杀生剂。一般十天投加一次, 每次投加浓度为100mg/L;夏季可根据粘泥或微生物污染情况, 提高投加频率, 一般5-7天投加一次。

(3) 控制蒸汽凝结水的回用量

加强对装置凝液来水的水质监控, 通过100吨/小时凝液处理系统处理后达到一级除盐水控制指标转供水除盐水系统, 循环水系统只对电导率为5-20μs/cm凝液进行少量回用, 回用量低于20吨/小时, 从而控制高温凝液对循环水温度的影响。

结论

废 (污) 水回用于循环冷却水系统后, 其经济、环保效益都较明显;废 (污) 水处理范围比较宽, 其中有些指标还没有控制范围;多种废 (污) 水源回用于循环水系统给循环水水质控制带来难度, 结合多项关键水质指标对浓缩倍数科学测算, 合理控制排污水量, 最终降低循环水积盐、结垢倾向;合理调整工业中水和凝结水回用量, 强化循环冷却水系统杀菌剥离效果, 解决微生物滋生和粘泥沉积问题。

参考文献

[1]祁鲁梁、李永存、李本高水处理工业运行管理实用手册中石化出版社2002年118.

[2]周本省.工业水处理技术[M]北京:化学工业出版社, 1997.2169-184.

循环冷却水电处理技术 篇8

离子交换微碱化法[8]是通过离子交换工艺处理循环冷水补充水,调节水质的p H和碱度,令其维持在换热器金属钝化区,并实现系统趋零排放,在防止污水排放对环境污染的同时,节约水资源。试验通过小试和中试研究了循环冷却水离子交换微碱化制水工艺的可行性及循环水系统运行的水质稳定性,为微碱化技术提供基础。

1 试验原理

敞开式循环冷却系统属于敞开碳酸盐体系,敞开的碳酸盐平衡体系中,存在以下离解平衡:

一个标准大气压下,空气中二氧化碳分压为: PCO2= 32Pa,则:

利用Vant Hoff关系式求温度T对平衡常数K的影响,如公式( 6) 所示:

上述公式表明,敞开式碳酸盐体系的p H由体系中的全碱度及水温决定,随着循环水浓缩,碱度增加,p H随之上升,并能维持稳定。

2 试验部分

2. 1 小 试

2. 1. 1 补水处理

以RNa型强酸阳离子交换树脂 ( 树脂体积为609 m L,层高为630 mm) 与碳酸氢型树脂 ( 树脂体积为609 m L,层高为630 mm) 联合运行,流速为30 m / h。以3 L ( 约5倍树脂体积) Na HCO3对609 m L失效阴树脂进行再生洗脱试验,再生流速为5 m/h,分5份连续收集洗脱液,分析氯离子浓度,绘制工交恢复率曲线。

2. 1. 2 水质平衡试验

试验中控制浓缩倍率为10,采用碳酸氢钠和除盐水配制碱度为0. 6 mmol/L的溶液作为补水溶液,循环溶液进入填料塔,进行连续蒸发循环。检测循环水槽内碱度和p H,取样频率为2次 / d。

2. 2 中 试

2. 2. 1 补水处理

直接采用弱酸阳离子,强酸阳离子和弱碱阴离子交换树脂串联处理,末端出水使用计量泵加入Na OH溶液调节至所需的碱度。阳床再生剂为10∶1原水稀释30% 工业盐酸,用量为3倍强酸阳离子交换树脂体积,阴床采用阳床出水配制2%Na OH溶液,再生剂用量为1. 3倍阴床树脂体积。再生流速为5 m / h。

2. 2. 2 循环水运行试验

在空调机组正常运行时,将处理后的补水代替原有补水( 自来水) 进行补充,2次/d监测系统内的碱度,p H和氯根等指标。

2. 3 试验药剂

Na HCO3( AR) ,北京国药集团; Na Cl( AR) ,北京国药集团; Na OH( AR) ,北京国药 集团; HCl ( AR) ; 30% HCl ( 工业) ; Na OH( 工业) 。

2. 4 分析标准

( 1) 硬度: GB 6909. 2 - 86;

( 2) 碱度: GB/T 14419 - 93;

( 3) 氯根: SS - 10 - 1 - 84;

( 4) 全铜: GB/T 14418 - 93;

( 5) 全铁: GB/T 14427 - 93;

( 6) p H: 使用Orion 320A + 型酸度计测定。

( 7) 树脂全交换容量: GB/T 5760 - 2000和GB/T 8144 -1987。

3 试验结果及讨论

3. 1 小试部分

3. 1. 1 微碱化补水工艺产水

原水经过RNa型强酸阳 离子交换 树脂软化 后,进入RHCO3型强碱阴离子树脂床,树脂容积为600 m L,流速为30 m / h。原水水质检测结果如下: 总硬度1. 25 mmol / L,总阳离子含量3. 0 mmol/L,碳酸盐硬度0. 95 mmol/L,总碱度1. 9 mmol/L。

图1中显示,交换柱产水中的氯根和碱度较为稳定,氯离子浓度小于0. 1 mmol/L,去除率为80% ,碱度为0. 3 mmol/L,为进水总碱度的3倍,且产水的p H是逐渐升高的,为深入研究,进行了Na OH溶液洗脱试验,结果证明,小于1倍全交当量的氢氧根进入碳酸氢型树脂发生中和反应。即RHCO3型树脂中的H容易脱落而与CO2 -3,OH-,甚至HCO-3结合,导致出水p H较低,之后p H逐步升高。积分计算得知,该树脂的工作交换容量约为0. 43 mol/L。

3. 1. 2 循环水微碱化补水后水质稳定性

采用1. 5 m3/ h循环量和一个35 W离心鼓风机鼓风,保持循环水量为200 L,恒温加热系统保持水温40℃ ,补水方式分为2种,连续补水,且不排放污水。结果如图2所示。

利用以上工艺进行补水循环试验,模拟循环系统水碱度约为6 mmol/L时,调节该工艺,使补水碱度为1. 32 mmol/L。循环系统水质比较稳定,从p H和碱度对应情况看,系统在平衡状态下运行,p H稳定在9. 1,碱度稳定在5. 9 mmol/L,数据符合计算结果。

3. 2 中试部分

3. 2. 1 微碱化补水工艺产水

( mmol / L)

中试现场原水水质和通过上述三柱串联工艺处理后产水情况如表1所示,制水系统产水量为12 m3/ h,周期制水量为350 m3,自耗水量为1% ,再生用时3 h。

原水属于碱度和硬度都较高的水质,而处理后产水碱度可通过加碱量控制,氯离子浓度极低,硬度被完全去除,符合微碱化系统进水要求。

3. 2. 2 中央空调循环冷却水微碱化后的水质平衡

中试现场的试验设备是一台中央空调敞开式循环冷却水系统,系统保有水量为120 m3,循环量为900 m3/ h,蒸发量为5. 5 ~ 9. 0 m3/ h,水温是30 ~ 32℃ ,日间开机。系统水质如图3所示。

虽然微碱化补水的p H = 5. 5,但随着微碱化补水进入,循环水系统的碱度和都在逐步的上升,运行20天后,系统水质趋于平缓,稳定在p H = 9. 5,碱度为17. 5 mmol/L。稳定运行5天,减少加碱量, 使补充水 碱度为0. 5 mmol / L, p H约为4. 8,系统的p H和碱度开始缓慢下降,之后在运行40天后,系统水质平稳。这说明只含碳酸的酸性水持续进入时,敞开式循环冷却水系统可通过循环过程中的水和空气充分接触及蒸发行为[8],完成水中CO2的传质过程,保持水中的p H和碱度稳定。

图4显示,当系统水体被微碱化水逐步取代后,硬度下降速率明显,至运行25日后,基本检测不出。而氯离子先缓慢上升30% 后,维持在0. 4 mmol/L。氯离子浓度上升与补水中含有少量的氯离子,这部分氯离子由加工业碱带入。

4 结 论

通过试验,得到以下结论:

( 1) 制水系统方面,R - HCO3型强碱阴树脂可实现将水中强酸阴离子转化为碳酸根或碳酸氢根,与RNa型强酸阳离子树脂配合,用于铁质换热器循环冷却系统的补水处理,实现微碱化调质; 对于铜质换热器循环系统,需精确调节系统p H,则采用RH弱酸树脂,RH强酸树脂和弱碱ROH树脂串联制水,末端加入Na OH调节碱度的方法制水;

( 2) 小试和中试都表明,敞开式循环冷却水微碱化补水后,系统水逐步转化为碳酸盐体系,其p H由碱度决定,而碱度由补水碱度、补水量、循环蒸发量和泄漏量决定,符合理论推导得到的定量关系。

参数:

KH———亨利常数

KW———纯水离子积

K1———碳酸一级电离常数,p K1= 6. 3 ( 25℃ )

K2———碳酸二级电离常数,p K2= 10. 25 ( 25℃ )

PCO2———空气中二氧化碳的分压,k Pa

K0———298 K下的反应式的反应平衡常数

ΔH0———反应式的反应焓变,k J/mol

T0———298 K

R———热力学常数,值为8. 314

摘要：研究了趋零排放的敞开式循环冷却水离子交换微碱化处理工艺。小试和中试结果表明,铁质换热器选用强酸RNa型与强碱RHCO3型树脂串联工艺,黄铜换热器选用弱酸RH型、强酸RH型及弱碱ROH树脂串联,末端加入Na OH的处理工艺进行补水。可实现敞开式循环冷却水系统稳定运行和趋零排放,钙镁离子等结垢阳离子,氯根等加速金属腐蚀的阴离子被清除,系统中水质p H和碱度均可控,p H为8.0~9.5之间,碱度为6.0~12.0 mmol/L之间,可延缓金属腐蚀。

关键词：循环冷却水,微碱化,离子交换,趋零排放

参考文献

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