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工業(yè)循環(huán)水運行中的四大問題是什么？該如何解決？
來源：科柏盛環(huán)保 發(fā)布時間：2022-06-01
不同于污水處理以達標排放為主要目標，工業(yè)循環(huán)水處理*重要目標是控制換熱面上由于水分蒸發(fā)、風吹損失等情況使循環(huán)水不斷濃縮，其中所含的鹽類超標、陰陽離子增加、pH值明顯變化，致使水質惡化；加上冷卻塔上充足的日光照射是藻類生長的理想地方；管道內壁產(chǎn)生大量結垢、腐蝕、微生物等，從而大幅降低傳熱效率，導致能耗升高。
根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)的特點和工藝條件，選擇適合企業(yè)運行條件的水處理方案；控制循環(huán)水指標在一定范圍內運行，既保證生產(chǎn)設備的長周期運行，又提高了循環(huán)水利用率；使工業(yè)生產(chǎn)有序進行。
循環(huán)水運行過程中主要產(chǎn)生的問題：
（1）水垢：由于循環(huán)水在冷卻過程中不斷地蒸發(fā)，使水中含鹽濃度不斷增高，超過某些鹽類的溶解度而沉淀。常見的有碳酸鈣、磷酸鈣、硅酸鎂等垢。水垢的質地比較致密，大大的降低了傳熱效率，0.6毫米的垢厚就使傳熱系數(shù)降低了20%。
（2）污垢：污垢主要由水中的有機物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉塵等構成，垢的質地松軟，不僅降低傳熱效率而且還引起垢下腐蝕，縮短設備使用壽命。
（3）腐蝕：循環(huán)水對換熱設備的腐蝕，主要是電化腐蝕，產(chǎn)生的原因有設備制造缺陷、水中充足的氧氣、水中腐蝕性離子（Cl-、Fe2+、Cu2+）以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素，腐蝕的后果十分嚴重，不加控制極短的時間即使換熱器、輸水管路設備報廢。
（4）微生物粘泥：因為循環(huán)水中溶有充足的氧氣、合適的溫度及富養(yǎng)條件，很適合微生物的生長繁殖，如不及時控制將迅速導致水質惡化、發(fā)臭、變黑，冷卻塔大量黏垢沉積甚至堵塞，冷卻散熱效果大幅下降，設備腐蝕加劇。因此循環(huán)水處理必須控制微生物的繁殖。
微生物危害：循環(huán)冷卻水中的微生物來自兩個方面。一是冷卻塔在水的蒸發(fā)過程中需要引入大量的空氣，微生物也隨空氣帶入冷卻水中，二是冷卻水系統(tǒng)的補充水或多或少都會有微生物，這些微生物也隨補充水進入冷卻水系統(tǒng)中。
藻類在日光的照射下，會與水中的二氧化碳、碳酸氫根等碳源起光合作用，吸收碳素作營養(yǎng)而放出氧，因此，當藻類大量繁殖時，會增加水中溶解氧含量，有利于氧的去極化作用，腐蝕過程因此而加速。微生物在循環(huán)水系統(tǒng)中的大量繁殖，會使循環(huán)水顏色變黑，發(fā)生惡臭，污染環(huán)境。同時，會形成大量黏泥使冷卻塔的冷卻效率降低，木材變質腐爛。黏泥沉積在換熱器內，使傳熱效率降低和水頭損失增加，沉積在金屬表面的黏泥會引起嚴重的垢下腐蝕，同時它還隔絕了緩蝕阻垢劑對金屬的作用，使藥劑不能發(fā)揮應有的緩蝕阻垢效能。微生物黏泥除了會加速垢下腐蝕外，有些細菌在代謝過程中，生物分泌物還會直接對金屬構成腐蝕。所有這些問題導致循環(huán)水系統(tǒng)不能長期安全運轉，影響生產(chǎn)，造成嚴重的經(jīng)濟損失，因此，微生物的危害與水垢、腐蝕對冷卻水系統(tǒng)的危害是一樣的嚴重，甚至可以說，三者比較起來控制微生物的危害是*要的。
具體解決方案
1、水垢的控制方法
從冷卻水中去除成垢鈣離子,從水中除去Ca2+，使水軟化，則碳酸鈣就無法結晶析出，也就形不成水垢，主要兩種方法。
① 離子交換樹脂法
離子交換樹脂法就是讓水通過離子交換樹脂，將Ca2+、Mg2+從水中置換出來并結合在樹脂上。用離子交換法軟化補充水成本較高。因此只有補充水量小的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用。
②石灰軟化法
補充水未進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)前，在預處理時就投加適當?shù)氖�，讓水中的碳酸氫鈣與石灰在澄清池中預先反應，生成碳酸鈣沉淀析出，從而除去水中的Ca2+。
2、污垢的控制方法
①降低補充水濁度
循環(huán)水系統(tǒng)的補充水，其濁度愈低，帶入系統(tǒng)中可形成污垢的雜質就愈少。干凈的循環(huán)水不易形成污垢，當補充水濁度低于5mg/L以下，如城鎮(zhèn)自來水、井水等，可以不作預處理直接進入系統(tǒng)。當補充水濁度高時，必須進行預處理，使其濁度降低。
②投加分散劑
在進行阻垢、防腐和殺生水質處理時，投加一定量的分散劑，也是控制污垢的好方法。
分散劑將粘合在一起的泥團雜質等分散成微粒使之懸浮于水中，隨著水流流動而不沉積在傳熱表面上，從而減少污垢對傳熱的影響。
③做好旁濾處理
一般細菌形成的粘泥以及被殺死細菌尸體、剝離下來的生物粘泥有70%以上是通過旁濾器排出循環(huán)水系統(tǒng)之外。一般大于1000t/h的循環(huán)水系統(tǒng)設計要求旁濾量不低于循環(huán)量的5%。對于存在化學泄漏的循環(huán)水系統(tǒng)一般旁漏量在7%以上為宜。并定時、定人反洗，及做好旁濾器維護工作。
④保障循環(huán)水壓力及流速
在循環(huán)水設計規(guī)范中要求循環(huán)水冷卻水側流速管程水流速大于 12 0.9米/秒，殼程大于0.3米/秒，熱負荷強度小于5×104千卡/米2·小時。對于有氨、油、硫化物，有機化學品泄漏的系統(tǒng)，水流速度應增加20%～50%。
3、金屬腐蝕的控制方法
①添加緩蝕劑
緩蝕劑是一種用于抑制金屬腐蝕的添加劑，它用量少，不會改變腐蝕介質的性質，不需特殊投加設備，也不需對設備表面進行處理。因此，使用緩蝕劑是一種經(jīng)濟效益較高且適應性較強的金屬防護措施。為了減輕環(huán)境富營養(yǎng)化的壓力，目前更趨向于使用后面幾種有機膦酸鹽和低磷緩蝕劑。
②提高循環(huán)水的pH
提高循環(huán)水的pH值，使金屬表面生成氧化性保護膜的傾向增大，易于鈍化，從而有利于控制設備腐蝕。敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)通常冷卻塔內的曝氣提高PH值，當水中和CO2和空氣中的CO2達到平衡時，水的pH為8.5左右。目前常添加堿性冷卻水復合緩蝕劑，例如：聚磷酸鹽－鋅鹽－膦酸鹽－分散劑、聚磷酸鹽－正磷酸鹽－膦酸鹽－三元共聚物、有機多元膦酸－聚合物分散劑－唑類、多元醇磷酸酯－丙烯酸系聚合物、HEDP－PMA等。復合緩蝕劑可發(fā)揮出除垢和防腐的綜合作用，這是緩蝕劑的發(fā)展趨勢。
③選用耐蝕材料
選用聚丙烯設備或石墨改性聚丙烯設備。
④用防腐涂料涂覆
通過防腐涂料的屏蔽、緩蝕、陰極保護及pH緩沖作用來保護設備不受腐蝕。
4、微生物的控制方法
①選用耐蝕材料
金屬材料耐微生物腐蝕的性能大致可以排列如下：鈦＞不銹鋼＞黃銅＞純銅＞硬鋁＞碳鋼
②控制水質
控制水質主要是控制冷卻水中氮含量、硫含量、pH值、懸浮物等微生物的養(yǎng)料。油類是微生物的養(yǎng)料，應盡可能防止它泄漏入冷卻水系統(tǒng)�；S中進入冷卻水系統(tǒng)的氨能引起硝化細菌的繁殖并降低氯的殺生能力，應加以控制，一般不應高于5ppm。
③采用殺生涂料
采用防腐涂料保護設備時，涂料中添加能抑制微生物生長的殺生劑，如：偏硼酸鋇、氧化亞銅、氧化鋅、三丁基氧化錫等。將防腐涂料刷在設備內壁上、可以控制藻類生長，且可以抑制異養(yǎng)菌的生長。
④陰極保護
冷卻水系統(tǒng)中存在硫酸鹽還原菌時，碳鋼的陰極保護電位一般為-0.95V（相對于Cu/CuSO4電極）。這一電位可使碳鋼處于熱力學的穩(wěn)定狀態(tài)，從而防止碳鋼被腐蝕。
⑤清洗
進行物理清洗或化學清洗可把微生物生長所需的養(yǎng)料、基地、庇護所及生物本身從冷卻水系統(tǒng)中的設備表面上除去，并被排出。清洗對于一個被微生物嚴重污染的冷卻水系統(tǒng)來說，是一種十分有效的措施。
⑥防止陽光照射
藻類生長和繁殖需要陽光，冷卻水系統(tǒng)應避免陽光照射。水池上面應加蓋，冷卻塔的進風口可加裝百頁窗。
⑦旁流過濾
在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，設計安裝用砂子或無煙煤等為濾池過濾冷卻水是一種控制微生物生長的有效措施。通過旁流過濾，可以在不影響冷卻水系統(tǒng)正常運行的情況下除去水中大部分微生物。
⑧混凝沉淀
在補充水的前處理或循環(huán)冷卻水的旁流處理過程中，常使用鋁鹽、鐵鹽等混凝劑或高分 子絮凝劑（例如聚丙烯酰胺）。
這些藥劑能在絮凝沉淀過程中將水中的各種微生物隨生成的絮凝體一起沉淀下來，從而把它們除去。用這種方法除去的微生物可占水體中微生物的80%左右。
⑨噬菌體法
噬菌體是一種能夠吃掉細菌的微生物。噬菌體與動物病毒、植物病毒不同，它們只對細菌的細胞發(fā)生作用，故是一種很小的但非常有用的病毒。噬菌體靠寄生在叫做“宿主”的細菌里進行繁殖。繁殖的結果是將“宿主”吃掉，這個過程叫做溶菌作用。該法對于防止電站的海水冷卻水系統(tǒng)及造紙廠的工業(yè)水系統(tǒng)中粘泥的形成，十分有效。
⑩添加殺生劑
控制冷卻水系統(tǒng)中微生物生長*有效和*常用的方法之一是向冷卻水系統(tǒng)中添加殺生劑。一個良好的微生物控制方案往往是將幾種方法聯(lián)合使用。例如，先將冷卻水系統(tǒng)進行剝離和清洗，再投加殺生劑的方案要比只添加殺生劑的方案要有效得多。
*后，根據(jù)企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)的特點和工藝條件，結合當?shù)氐乃|特點，選擇適合企業(yè)運行條件的水處理方案，通過加藥等措施，控制循環(huán)水指標在一定范圍內運行，既保證生產(chǎn)設備的長周期運行，又提高了循環(huán)水利用率。循環(huán)水處理技術的利用，既能給企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益，又能為社會帶來良好的社會效益。所以循環(huán)水處理技術應用是非常有必要的。
根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)的特點和工藝條件，選擇適合企業(yè)運行條件的水處理方案；控制循環(huán)水指標在一定范圍內運行，既保證生產(chǎn)設備的長周期運行，又提高了循環(huán)水利用率；使工業(yè)生產(chǎn)有序進行。
循環(huán)水運行過程中主要產(chǎn)生的問題：
（1）水垢：由于循環(huán)水在冷卻過程中不斷地蒸發(fā)，使水中含鹽濃度不斷增高，超過某些鹽類的溶解度而沉淀。常見的有碳酸鈣、磷酸鈣、硅酸鎂等垢。水垢的質地比較致密，大大的降低了傳熱效率，0.6毫米的垢厚就使傳熱系數(shù)降低了20%。
（2）污垢：污垢主要由水中的有機物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉塵等構成，垢的質地松軟，不僅降低傳熱效率而且還引起垢下腐蝕，縮短設備使用壽命。
（3）腐蝕：循環(huán)水對換熱設備的腐蝕，主要是電化腐蝕，產(chǎn)生的原因有設備制造缺陷、水中充足的氧氣、水中腐蝕性離子（Cl-、Fe2+、Cu2+）以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素，腐蝕的后果十分嚴重，不加控制極短的時間即使換熱器、輸水管路設備報廢。
（4）微生物粘泥：因為循環(huán)水中溶有充足的氧氣、合適的溫度及富養(yǎng)條件，很適合微生物的生長繁殖，如不及時控制將迅速導致水質惡化、發(fā)臭、變黑，冷卻塔大量黏垢沉積甚至堵塞，冷卻散熱效果大幅下降，設備腐蝕加劇。因此循環(huán)水處理必須控制微生物的繁殖。
微生物危害：循環(huán)冷卻水中的微生物來自兩個方面。一是冷卻塔在水的蒸發(fā)過程中需要引入大量的空氣，微生物也隨空氣帶入冷卻水中，二是冷卻水系統(tǒng)的補充水或多或少都會有微生物，這些微生物也隨補充水進入冷卻水系統(tǒng)中。
藻類在日光的照射下，會與水中的二氧化碳、碳酸氫根等碳源起光合作用，吸收碳素作營養(yǎng)而放出氧，因此，當藻類大量繁殖時，會增加水中溶解氧含量，有利于氧的去極化作用，腐蝕過程因此而加速。微生物在循環(huán)水系統(tǒng)中的大量繁殖，會使循環(huán)水顏色變黑，發(fā)生惡臭，污染環(huán)境。同時，會形成大量黏泥使冷卻塔的冷卻效率降低，木材變質腐爛。黏泥沉積在換熱器內，使傳熱效率降低和水頭損失增加，沉積在金屬表面的黏泥會引起嚴重的垢下腐蝕，同時它還隔絕了緩蝕阻垢劑對金屬的作用，使藥劑不能發(fā)揮應有的緩蝕阻垢效能。微生物黏泥除了會加速垢下腐蝕外，有些細菌在代謝過程中，生物分泌物還會直接對金屬構成腐蝕。所有這些問題導致循環(huán)水系統(tǒng)不能長期安全運轉，影響生產(chǎn)，造成嚴重的經(jīng)濟損失，因此，微生物的危害與水垢、腐蝕對冷卻水系統(tǒng)的危害是一樣的嚴重，甚至可以說，三者比較起來控制微生物的危害是*要的。
具體解決方案
1、水垢的控制方法
從冷卻水中去除成垢鈣離子,從水中除去Ca2+，使水軟化，則碳酸鈣就無法結晶析出，也就形不成水垢，主要兩種方法。
① 離子交換樹脂法
離子交換樹脂法就是讓水通過離子交換樹脂，將Ca2+、Mg2+從水中置換出來并結合在樹脂上。用離子交換法軟化補充水成本較高。因此只有補充水量小的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用。
②石灰軟化法
補充水未進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)前，在預處理時就投加適當?shù)氖�，讓水中的碳酸氫鈣與石灰在澄清池中預先反應，生成碳酸鈣沉淀析出，從而除去水中的Ca2+。
2、污垢的控制方法
①降低補充水濁度
循環(huán)水系統(tǒng)的補充水，其濁度愈低，帶入系統(tǒng)中可形成污垢的雜質就愈少。干凈的循環(huán)水不易形成污垢，當補充水濁度低于5mg/L以下，如城鎮(zhèn)自來水、井水等，可以不作預處理直接進入系統(tǒng)。當補充水濁度高時，必須進行預處理，使其濁度降低。
②投加分散劑
在進行阻垢、防腐和殺生水質處理時，投加一定量的分散劑，也是控制污垢的好方法。
分散劑將粘合在一起的泥團雜質等分散成微粒使之懸浮于水中，隨著水流流動而不沉積在傳熱表面上，從而減少污垢對傳熱的影響。
③做好旁濾處理
一般細菌形成的粘泥以及被殺死細菌尸體、剝離下來的生物粘泥有70%以上是通過旁濾器排出循環(huán)水系統(tǒng)之外。一般大于1000t/h的循環(huán)水系統(tǒng)設計要求旁濾量不低于循環(huán)量的5%。對于存在化學泄漏的循環(huán)水系統(tǒng)一般旁漏量在7%以上為宜。并定時、定人反洗，及做好旁濾器維護工作。
④保障循環(huán)水壓力及流速
在循環(huán)水設計規(guī)范中要求循環(huán)水冷卻水側流速管程水流速大于 12 0.9米/秒，殼程大于0.3米/秒，熱負荷強度小于5×104千卡/米2·小時。對于有氨、油、硫化物，有機化學品泄漏的系統(tǒng)，水流速度應增加20%～50%。
3、金屬腐蝕的控制方法
①添加緩蝕劑
緩蝕劑是一種用于抑制金屬腐蝕的添加劑，它用量少，不會改變腐蝕介質的性質，不需特殊投加設備，也不需對設備表面進行處理。因此，使用緩蝕劑是一種經(jīng)濟效益較高且適應性較強的金屬防護措施。為了減輕環(huán)境富營養(yǎng)化的壓力，目前更趨向于使用后面幾種有機膦酸鹽和低磷緩蝕劑。
②提高循環(huán)水的pH
提高循環(huán)水的pH值，使金屬表面生成氧化性保護膜的傾向增大，易于鈍化，從而有利于控制設備腐蝕。敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)通常冷卻塔內的曝氣提高PH值，當水中和CO2和空氣中的CO2達到平衡時，水的pH為8.5左右。目前常添加堿性冷卻水復合緩蝕劑，例如：聚磷酸鹽－鋅鹽－膦酸鹽－分散劑、聚磷酸鹽－正磷酸鹽－膦酸鹽－三元共聚物、有機多元膦酸－聚合物分散劑－唑類、多元醇磷酸酯－丙烯酸系聚合物、HEDP－PMA等。復合緩蝕劑可發(fā)揮出除垢和防腐的綜合作用，這是緩蝕劑的發(fā)展趨勢。
③選用耐蝕材料
選用聚丙烯設備或石墨改性聚丙烯設備。
④用防腐涂料涂覆
通過防腐涂料的屏蔽、緩蝕、陰極保護及pH緩沖作用來保護設備不受腐蝕。
4、微生物的控制方法
①選用耐蝕材料
金屬材料耐微生物腐蝕的性能大致可以排列如下：鈦＞不銹鋼＞黃銅＞純銅＞硬鋁＞碳鋼
②控制水質
控制水質主要是控制冷卻水中氮含量、硫含量、pH值、懸浮物等微生物的養(yǎng)料。油類是微生物的養(yǎng)料，應盡可能防止它泄漏入冷卻水系統(tǒng)�；S中進入冷卻水系統(tǒng)的氨能引起硝化細菌的繁殖并降低氯的殺生能力，應加以控制，一般不應高于5ppm。
③采用殺生涂料
采用防腐涂料保護設備時，涂料中添加能抑制微生物生長的殺生劑，如：偏硼酸鋇、氧化亞銅、氧化鋅、三丁基氧化錫等。將防腐涂料刷在設備內壁上、可以控制藻類生長，且可以抑制異養(yǎng)菌的生長。
④陰極保護
冷卻水系統(tǒng)中存在硫酸鹽還原菌時，碳鋼的陰極保護電位一般為-0.95V（相對于Cu/CuSO4電極）。這一電位可使碳鋼處于熱力學的穩(wěn)定狀態(tài)，從而防止碳鋼被腐蝕。
⑤清洗
進行物理清洗或化學清洗可把微生物生長所需的養(yǎng)料、基地、庇護所及生物本身從冷卻水系統(tǒng)中的設備表面上除去，并被排出。清洗對于一個被微生物嚴重污染的冷卻水系統(tǒng)來說，是一種十分有效的措施。
⑥防止陽光照射
藻類生長和繁殖需要陽光，冷卻水系統(tǒng)應避免陽光照射。水池上面應加蓋，冷卻塔的進風口可加裝百頁窗。
⑦旁流過濾
在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，設計安裝用砂子或無煙煤等為濾池過濾冷卻水是一種控制微生物生長的有效措施。通過旁流過濾，可以在不影響冷卻水系統(tǒng)正常運行的情況下除去水中大部分微生物。
⑧混凝沉淀
在補充水的前處理或循環(huán)冷卻水的旁流處理過程中，常使用鋁鹽、鐵鹽等混凝劑或高分 子絮凝劑（例如聚丙烯酰胺）。
這些藥劑能在絮凝沉淀過程中將水中的各種微生物隨生成的絮凝體一起沉淀下來，從而把它們除去。用這種方法除去的微生物可占水體中微生物的80%左右。
⑨噬菌體法
噬菌體是一種能夠吃掉細菌的微生物。噬菌體與動物病毒、植物病毒不同，它們只對細菌的細胞發(fā)生作用，故是一種很小的但非常有用的病毒。噬菌體靠寄生在叫做“宿主”的細菌里進行繁殖。繁殖的結果是將“宿主”吃掉，這個過程叫做溶菌作用。該法對于防止電站的海水冷卻水系統(tǒng)及造紙廠的工業(yè)水系統(tǒng)中粘泥的形成，十分有效。
⑩添加殺生劑
控制冷卻水系統(tǒng)中微生物生長*有效和*常用的方法之一是向冷卻水系統(tǒng)中添加殺生劑。一個良好的微生物控制方案往往是將幾種方法聯(lián)合使用。例如，先將冷卻水系統(tǒng)進行剝離和清洗，再投加殺生劑的方案要比只添加殺生劑的方案要有效得多。
*后，根據(jù)企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)的特點和工藝條件，結合當?shù)氐乃|特點，選擇適合企業(yè)運行條件的水處理方案，通過加藥等措施，控制循環(huán)水指標在一定范圍內運行，既保證生產(chǎn)設備的長周期運行，又提高了循環(huán)水利用率。循環(huán)水處理技術的利用，既能給企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益，又能為社會帶來良好的社會效益。所以循環(huán)水處理技術應用是非常有必要的。
