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1、eAAA循环冷却水处理 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望主要内容l循环冷却水系统l循环冷却水系统腐蚀的抑制l循环冷却水系统结垢的防止l循环冷却水系统微生物的控制第一章 循环冷却水系统l一、冷却水系统l冷却水系统基本上可分为直流水系统和循环水系统。l1、在直流水系统中，冷却水只经换热器一次利用后就被排掉了，又称一次利用水。l直流水系统通常用水量很大，水经换热器后温升较小，而排出的水温度也较低，水中的含盐量基本上不浓缩。l一般只有在可供大量使用的低温水，
2、并且水费便宜的地区采用这种系统，但由于排水对环境的污染，不提倡用。l2、在循环水系统中，水可以反复使用。水经换热器后温度升高，由冷却塔或其他冷却设备将水温度降下来，再由泵将水送往用户，水在如此的重复利用之后，提高了水的重复利用率。l循环水系统又分密闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系统。l（1）在密闭式循环冷却水系统中，水不暴露在空气中，水的再冷是通过一定类型的换热设备用其他的冷却介质（如空气、冷冻剂）进行冷却的。冷却水损失极小，不需要大量补充水，没有水被蒸发和浓缩。内燃机的冷却水系统是密闭式循环系统的代表。l（2）在敞开式循环冷却水系统中，冷却水通过换热器后水温提高成为热水，热水经冷却塔曝
3、气与空气接触，由于水的蒸发散热使水温降低，冷却后的水再循环使用。用冷却塔作为冷却设备，故又叫冷却塔系统，在工厂中得到广泛应用。l在这种系统中，循环过程中会蒸发掉一部分的水，还要排出一定的浓缩水，故要补充一定量的新鲜水，以维持循环水中的含盐量或某一离子含量在一定值上，循环水补充新鲜水一般是直流水量的2%5%以下。l两种水系统工艺：换热器换热器水泵工艺介质热水水源其它冷却介质密闭式循环冷却水系统风机冷却塔水池水泵工艺介质换热器补充水排水敞开式循环冷却水系统l根据热水与空气接触的不同方式，敞开式循环冷却水系统分类如下：冷却设备冷却池自然冷却池喷水冷却池冷却塔自然通风冷却塔机械通风冷却塔开放式风筒式喷
4、水式点滴式横流式点滴式 薄膜式点滴薄膜式 喷水式逆流式鼓风式点滴式 薄膜式点滴薄膜式 喷水式抽风式点滴式 薄膜式 横流式或逆流式逆流式点滴薄膜式 喷水式 逆流式l冷却池的特点是：l冷却过程缓慢、效率低冷热水温差小，需要很大的储水量和建筑面积，水池露天，水质容易受到污染。l冷却池是最早的冷却设备，现已普遍采用冷却塔做冷却设备。l二、冷却塔l冷却塔又称凉水塔，是塔形建筑物，水汽热交换在塔内进行，可以人工控制流量来加强空气与水的对流作用以提高冷却效果。l逆流自然通风冷却塔为钢筋混凝土结构，风筒高，塔体高大，不需要动力，单塔处理量大，可达每小时千立方米，多用于火力发电厂。l机械通风冷却塔用风机通风，需
5、要动力，但冷却效果好，多为方形或长方形结构，可以多塔并列设置，节省占地面积。l鼓风式冷却塔的风机设在塔的旁侧进风口内，只用于冷却水腐蚀性较严重的情况。l抽风式冷却塔的风机设在塔顶排风口处，是使用最广泛的塔型，单塔处理水量达10006000m/h。l1、机械通风冷却塔优缺点l（1）优点l冷却效果好，稳定，可达到较高的冷却幅宽和较低的冷却幅高。l风吹损失率小。l布置紧凑，可设在厂区建筑物和泵站附近。l施工周期较短，造价比风筒式低。l（2）缺点l有风机，比风筒式耗电多，运行费用高。l机械设备维修较复杂。l鼓风式冷却塔的冷却效果易受塔顶排出湿热空气回流的影响。l噪声较大。l（3）适用条件l适合不同冷却
6、水量。l适合不同地区，并适合气温、湿度较高地区。l对冷却后的水温及其稳定性要求严格的工艺。l建筑场地狭窄。l2、冷却塔塔体的结构材料l塔体是冷却塔的外部护围结构，是封闭的，起到支撑、围护和合理通风的作用。l应附有下列设施：l通向塔内的人孔。l从地面通向塔内和塔顶的扶梯或爬梯。l配水系统顶部的人行道和栏杆。l塔顶的避雷保护装置和指示灯。l运行监测的仪表。l3、冷却塔的工艺构造l冷却塔除塔体之外还包括通风筒、配水系统、淋水装置、通风设备、收水器和集水池等。l（1）通风筒 通风筒的作用是创造良好的空气动力条件，减少通风阻力，并将塔内的湿热空气送往高空。机械通风冷却塔采用强制通风，故一般风筒较低，而自
7、然通l风冷却塔的通风筒起抽风和送湿热空气的作用，故筒体较高。l（2）配水系统 将热水均匀分布到整个淋水装置上，热水分布均匀与否对冷却效果影响很大，如水量分布不好，不仅直接降低冷却效果，也会造成冷却水滴飞溅到塔外。l（3）淋水装置 淋水装置也称填料，是冷却设备中的一个关键部分，作用是将需要冷却的热水多次溅散成水滴或形成水膜，以增加水和空气的接触面积，促进二者热交换。水的冷却过程是再淋水装置中进行的。l（4）通风设备 在机械通风冷却塔中利用通风机产生预计的空气流量，以保证要求的冷却效果。常用的是轴流风机，这种风机的特点是风量大，风压较小，还可以作短时间反转以融化冬季进风处的冰凌，同时通过叶片角度可
8、得到合适的风量和风压。风机装在塔下侧的是鼓风式，装在塔上的是抽风式。l（5）收水器 将排出湿热空气中所携带的水滴和空气分离，减少逸出水量损失和对周围环境的影响。l（6）集水池 设于冷却塔下部，汇集淋水装置落下的冷却水。有时集水器还具有一定的储备容积，起调节流量的作用。312564鼓风逆流式冷却塔1配水系统 2淋水装置3收水器 4集水池5空气空分区 6风机7631248抽风逆流式冷却塔1配水系统2淋水装置3收水器 4集水池5空气分配区 6风机7风筒 8百叶窗5l4、冷却塔的作用l冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气。l如下图所示，以火电厂为例，锅炉1
9、 将水加热成高温高压蒸汽，推动汽轮机2作功使发电机发电。经汽轮机作功后的乏汽排入凝汽器4，与冷却水进行热交换凝结成水，再用水泵打回锅炉循环使用。l这一热力循环过程中，乏汽的废热在凝汽器中传给了冷却水，使水温升高。挟带废热的冷却水，在冷却塔5中将其热量传给空气6，从塔街出口排入大气。在冷却塔内冷却过的水变为低温水，水泵将其再送入凝汽器，循环使用。前一循环为锅炉中水的循环，后一循环为冷却水的循环。l循环系统如下：1324561锅炉 2汽轮机 3发电机 4凝汽器 5冷却塔 6空气l冷却塔中水和空气的热交换方式之一是，流过水表面的空气与水直接接触，通过接触传热和蒸发散热，把水中的热量传输给空气。用这种
10、冷却方式的称为温式冷却塔（简称湿塔）。湿塔的热交换效率高，水被冷却的极限温度为空气的湿球温度。但是，水因蒸发而造成损耗；蒸发又使循环的冷却水含盐度增加，为了稳定水质，必须排掉一部分含盐度较高的水，风吹也会造成水的损失。这些水的亏损必须有足够的新水持续补充，因此，湿塔需要有补给水的水源。l三、冷却水在循环过程中的水量损失l冷却水在循环过程中共有四部分水量损失：l1、蒸发损失量 El冷却水在冷却塔中与空气对流换热，使部分水蒸发逸入大气。这部分损失的水量为蒸发水量。l E=tR/100 m/hlR系统中循环水量，m/hlt冷却塔进出水温差，l蒸发损失系数，%/l 随季节而变化，与空气的干球温度相关，
11、根据统计，如表：l粗略计算可按式：lE=（0.1+0.002 ）tR/100 m/h /（%/）-100.0800.10100.12200.14300.15400.16l2、风吹损失水量 Dl空气从冷却塔中带出部分水滴，称为风吹损失量。对于强制通风的冷却塔，D值一般按循环水量的0.1%估算。l3、排污水量 Bl为了控制冷却水循环过程中因蒸发损失而引起含盐量浓缩，必须人为的排掉一部分水，即排污水量。l m/hlN浓缩倍数。l4、渗漏损失 Fl在管道、阀门和储水系统中因渗漏而损失的水量。l在敞开式循环冷却水系统中，为维持系统的水量平衡，补充水量M应该是蒸发水量E、风吹损失量D、排污水量B和渗漏损失
12、量F l各项损失量之和。l渗漏损失量一般都很小，可以忽略不计。MEDBF循环水系统水量平衡示意图M=E+D+B+Fl四、循环冷却水的浓缩倍数l循环水与补充水中含盐量之比，即为一个循环水系统的浓缩倍数。在一定的循环冷却水系统中，只要改变补充水的含盐量，才可以改变循环水系统的浓缩倍数。l N=S循/S补lS循循环水的含盐量，mg/LlS补补充新鲜水的含盐量，mg/Ll1、发电循环水系统浓缩倍数的测定l浓缩倍数是工业用循环水的一个重要指标，现在很多地方都采用氯根、Ca2+、Na+、K+测定，但是由于氯离子有人为添加的因素，还有一个因素就是氯离子的测定范围比较广，测定之后误差很大所以用氯离子表示浓缩倍
13、数的实际意义不大。l一般来说，Ca2+是结垢因素，循环水在运行过程中或多或少会出现结垢现象，尤其在高浓缩倍数的情况下，因此用Ca2+测定出来的浓缩倍数会偏低；Na+、K+在水中的溶解度相当大，在运行过程中不会析出，同时补充水的K+也基本稳定，因此用K+测定出来的浓缩倍数较准确，但现在公司的情况无法测定（如果安装钾表来测定钾离子的含量，则即可很方便的用钾离子测出水的浓缩倍数）。l法一：浓缩倍数=循环冷却水的含盐浓度/补充水的含盐浓度 l例如现在生水的硬度的是4.3mmol/L，测得所在循环水的硬度（假设硬度最高再排放），现在的是9.5mmol/Ll浓缩倍数（N）=9.5/4.3=2.2l法二：镁
14、离子测定法l测出循环冷却水总硬度是9.5mmol/L,钙硬度是5.0mmol/L。可得水中镁离子的硬度是9.5-5.2=4.3mmol/L。则即可用镁离子的含量来算浓缩倍数：l 浓缩倍数（N）=9.5/4.3=2.2l2、提高循环冷却水浓缩倍数的利弊 l提高循环冷却水的好处如下：l提高冷却水的浓缩倍数，可以降低补充水的用量,节约水资源。l提高冷却水的浓缩倍数，可以降低排污水量，从而减少对环境的污染和废水的处理量。l提高冷却水的浓缩倍数，可以节约水处理剂的消耗量，从而降低冷却水处理的成本。l过多地提高冷却水的浓缩倍数的坏处：l过多地提高冷却水的浓缩倍数，会使冷却水中的硬度、碱度太高，水的结垢倾向
15、增大。l因此，我们要保证冷却水的处理效果，必须控制好冷却水的浓缩倍数，通常，对于中央空调冷却水的浓缩倍数一般控制在 45 为佳。但一般的工矿企业冷却水的浓缩倍数控制在3以上即可。第二章 循环冷却水系统腐蚀的抑制一、腐蚀的类型1、电化学腐蚀腐蚀是物质由于和周围介质相互作用，使材料遭受破坏或使材料性能恶化的过程。l碳钢在冷水中的腐蚀过程：l阳极：lFe Fe2+2el阴极：lO2+2H2O+4e 4OH-l水中：lFe2+2OH-Fe(OH)2l电化学腐蚀图示如下：Fe2+O2H2O2eFe(OH)2Fe铁的化学腐蚀l2、点蚀l点蚀又称坑蚀、孔蚀。点蚀是一种特殊的局部腐蚀，导致在金属上产生小孔。l
16、 P/d1，是局部腐蚀。l P/d1，是点蚀。lP腐蚀孔的深度，ld腐蚀孔的宽度，l产生点蚀的原因是：l水中离子或黏泥在金属表面产生沉积，这些沉积物覆盖在金属表面使水中溶解氧和缓蚀剂不能扩散到金属表面上，从而造成局部腐蚀。l水中的Cl-对点蚀也有一定的影响，点蚀会随Cl-浓度的升高而增加。l温度对点蚀影响较大，升高温度会使钝化膜的保护性能下降，还会导致应力腐蚀开裂。l点蚀经常发生在换热器的高温区和流速缓慢发生沉积的部位，增加水的流速有利于氧的扩散，有利于钝化膜的修补，而且可带走小孔上的沉积物，有利于控制点蚀的发生。l3、腐蚀和空化作用l腐蚀是由于腐蚀流体和金属表面间的相对运动，引起金属的加速破
17、坏或腐蚀，这类腐蚀和金属表面的湍流程度有关。湍流l使金属表面液体的搅动比层流时更为剧烈，使金属与介质的接触更为频繁，也叫湍流腐蚀。湍流腐蚀实际上是一种机械磨耗和腐蚀共同作用的结果。l腐蚀的外表特征是槽、沟、波纹、圆孔和山谷形。泵的叶片、阀门、弯管、肘管、透平叶片、喷嘴等流速变化较大的部位，易产生磨蚀。l空化作用又称空泡腐蚀，它是磨蚀的一种特殊形式，是由金属表面附近的液体中蒸汽泡的产生和破灭所引起的。在高流速液体和压力变化的设备中，易发生这类腐蚀，如水力透平机、螺旋桨、泵叶轮等。空泡腐蚀的外表十分粗糙且蚀孔分布紧密，是腐蚀和机械作用两者引起的。l防止腐蚀和空化作用的方法如下：l选用硅铁、硅铜等高
18、耐磨材料来代替一般材料。l适当改变设计，使介质液流更合适以减轻这类腐蚀的破坏。l改变环境、降低温度，去除介质中悬浮粒子也是很有效的办法。l采用有弹性的较耐蚀的涂层。l4、微生物腐蚀l微生物腐蚀是一种特殊类型的腐蚀，它是由于微生物直接或间接的参加了腐蚀过程所起的金属毁坏作用。经常和电化学腐蚀一起存在，引起腐蚀的一般是细菌、真菌、藻类和原生生物。l微生物腐蚀是一种局部腐蚀，其危害及其严重。比电化学腐蚀速度快得多。l二、控制金属腐蚀的方法l冷却水对金属的腐蚀主要是电化学腐蚀。大部分的控制方法不能消除这种腐蚀，只能减缓腐蚀，使其控制在一个可以接受的范围之内。l1、化学处理法添加缓蚀剂l即在循环冷却水中
19、加入低剂量的缓蚀剂，使金属的腐蚀受到抑制，一般在水中的浓度保持在几毫克到几十毫克每升。l缓蚀剂的缓蚀机理可从电化学腐蚀抑制和形成金属保护膜两个角度来看。l从电化学腐蚀角度看，缓蚀剂抑制了阳极或阴极过程，在金属表面产生极化作用，使腐蚀电流减小，达到缓蚀作用。l从成膜理论角度看，缓蚀剂在金属表面上形成了一层难容的保护膜，阻止了冷却水中氧的扩散和金属的溶解。l2、提高运行的PHl提高循环冷却水系统运行的PH值可以降低碳钢的腐蚀速度。l天然水中含有一定的碳酸氢盐和碳酸盐，PH值提高之后碳酸盐碱度提高了，容易在金属表面形成碳酸盐保护膜。l提高PH值不需要在水中加碱，由于循环冷却水在曝气和提高浓缩倍数时，
20、水的PH会自然增长，一般在8.09.5之间，故可尽量在自然PH下运行，系统中可不加酸或少加酸，也不宜在PH9.5运行。l3、涂料覆盖法l在碳钢换热器的传热表面或封头上涂上防腐涂料，形成一层连续的牢固附着的薄膜，使金属与冷却水隔绝，避免受到腐蚀。l4、采用耐蚀材料的换热器l5、电化学保护法l阳极金属受到腐蚀，阴极的金属未受腐蚀，改变外部条件，使金属整体变成一个大的阴极，金属设备就保护不被腐蚀。l三、影响腐蚀的几个因素l1、水中的溶解氧l在冷却水中含有较丰富的溶解氧，在通常情况下，水中含氧量610mg/L，氧对钢铁的腐蚀有两个作用：l（1）参加阴极反应，加速腐蚀。l（2）在金属表面形成氧化物膜，抑
21、制腐蚀。l一般规律是在氧浓度低时去极化作用，加速腐蚀，随着氧浓度的增加，腐蚀也加快。l但达到一定值后，腐蚀速度下降，这时的溶解氧浓度称为临界点值。腐蚀速度减小的原因是由于氧使碳钢表面生成氧化膜所致。l溶解氧的临界值和水的PH值有关，当水的PH为6时，一般不会形成氧化膜，此时的溶解氧越多，腐蚀的越快。当PH值为7左右时，溶解氧的临界点含量是20mg/L,PH值为8时，其临界点含量是16mg/L。l因此，碳钢在中性或微碱性水中时，腐蚀速度先随溶解氧的浓度增加而增加，过了临界点后，腐蚀速度随溶解氧的浓度继续升高而下降，这也是碳钢在碱性溶液中比在酸性溶液中腐蚀速度要低的原因。l一般来说，循环冷却水在3
22、0左右时，溶解氧只有89mg/L，往往不会超过临界点的值，所以溶解氧常是加速腐蚀的主要因素。在换热器中，当水不能充满整个换热器时，在水线附近容易发生腐蚀，这是因为在换热器中，水温升高，溶解氧逸l到上部空间，在水线附近产生氧的浓差电池，导致并加速这种局部损失。l2、水中溶解盐类浓度对腐蚀l主要有以下三方面：l（1）水中溶解盐类浓度很高时，将使水的导电性增大，容易发生电化学作用，增大腐蚀电流使腐蚀加剧。l（2）影响Fe(OH)2的胶体状沉淀物的稳定度，使保护膜质量变差，增大腐蚀。l（3）可使氧的溶解度下降，阴极过程减弱，腐蚀速度变小。l3、水的温度对腐蚀l一般情况下，腐蚀的速率随水温的升高而成比例
23、的增加。l这是由于温度升高时：l氧的扩散系数增大，使溶解氧更容易达到阴极表面而发生去极化作用。l溶液电导率增加，腐蚀电流增大。l水的粘度减小，有利于阳极和阴极的去极化作用。l但另一方面，水温度的提高可使水中溶解氧的数量减小。l注：在密闭式的容器中，腐蚀率随温度的升高而成直线上升。在开放式的系统中，腐蚀率先随温度的升高而上升，到80时最大，以后就随温度的升高而逐渐下降。l4、水的PH值对腐蚀l在正常温度下，自然界中的水PH在4.310之间，碳钢在这样的环境中，表面覆盖一层致密的Fe(OH)2氧化膜。此时碳钢的腐蚀率几乎是不变的，PH10时，氧化膜继续钝化，腐蚀速度会下降，PH4时，表面的氧化膜被
24、溶解，水中的H+浓度增加而发生析氢腐蚀，腐蚀速率急剧增加。l实际上由于水中钙硬的存在，碳钢表面常有一层CaCO3保护膜，当PH值偏酸性时，碳钢表面不易形成有保护性的致密的CaCO3垢层，故PH值低时，其腐蚀率要比PH偏碱性时高。l5、水流速度对腐蚀的影响l碳钢在冷却水中被腐蚀的主要原因是氧的去极化作用，而决定腐蚀速度的又与氧的扩散速度有关。l碳钢的腐蚀会随流速的增加而加大，随着流量进一步增大，腐蚀速度会减小，这是因为流速过大时，向金属表面提供氧量以达到足使金属表面形成氧化膜，起到缓蚀 的作用，如果水流速度继续增加，则会破坏氧化膜，使腐蚀速度再次增大，水流速度在0.61.0m/s时，腐蚀速度最小
25、。l四、缓蚀剂l又叫腐蚀抑制剂，是添加到腐蚀介质中能干扰腐蚀电化学作用，阻止或降低金属腐蚀速度的一类物质。作用是通过在金属表面上形成保护膜来防腐蚀。l缓蚀剂的特殊用途分类：按照保护系统可分为锅炉缓蚀剂、冷却水缓蚀剂。缓蚀剂分类缓蚀剂列举保护膜特点形成的保护膜氧化膜型铬酸盐、钼酸盐、亚硝酸盐致密、与金属结合紧密沉淀膜型水中离子型聚磷酸盐、硅酸盐、磷酸盐多孔、膜厚、与金属结合不太紧密沉淀膜型金属离子型苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑比较致密、膜较薄吸附膜型硫醇类有机胺类、葡萄糖酸钠在非清洁表面上吸附性差l沉淀型缓蚀剂的特点：l沉淀膜缓蚀剂能与水中某些离子或腐蚀下来的金属离子相互结合沉淀在金属的表面上，形
26、成一层难溶的沉淀物或表面络合物，从而阻止了金属的继续腐蚀。这种防蚀膜较厚，可达0.1m，没有和金属表面直接结合，它是多孔的，常表现出对金属的附着不好，目前水处理代表性较多的是聚磷酸盐和有机膦酸盐，如六聚偏磷酸钠、三聚磷酸钠。lWJP-401D缓蚀阻垢剂可与水中的二价金属作用，使水中不溶物不易沉降，并使晶体保持在很小的颗粒范围，从而达到增溶作用。另外还有晶格歪曲与低限抑制作用，故对碳酸钙垢有很好的阻垢分散性能，还能在铜的表面形成一层薄而致密的保护膜，从而降低其腐蚀率。本品由多元有机膦酸、含膦多元共聚物及铜缓蚀剂等组成，是一种多功能新型电厂专用缓蚀阻垢剂。第三章 结垢的防止l一、冷却水系统中水垢的
27、形成l在循环冷却水系统中，水垢是由过饱和的水溶性组分形成的，水中溶解有各种盐类，如碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等。其中溶解的Ca(HCO3）2、Mg(HCO3)2最不稳定，极容易分解生成碳酸盐。因此，当冷却水中溶解的碳酸氢盐较多时，水流通过换热器表面，特别是温度较高的表面，就会受热分解。l反应式如下：Ca（HCO3）2 CaCO3+H2O+CO2 当循环水通过冷却塔，溶解在水中的CO2会逸出，水的PH值升高，此时，碳酸氢盐在碱性条件下也会发生如下反应：Ca（HCO3）2+2OH-CaCO3+2H2O+CO32-如果水中溶有适量的磷酸盐和钙离子时，也将产生磷酸钙沉淀：2PO43-+3
28、Ca2+Ca3(PO4)2l上述生成的难溶性盐，溶解度随温度的升高而降低。l因此，在换热器表面上，这些难溶性盐类很容易达到饱和状态而从水中结晶析出，尤其是在水流速度小或传热面较粗糙时，这些结晶沉淀物会沉积在传热面上，形成了通常所称的水垢。由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，又叫硬垢。常见的水垢有碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、镁盐、硅酸盐等。l二、循环冷却水系统中的沉积物l循环冷却水系统中经常遇到污垢沉积问题，沉积物附着在换热器上危害很大，沉积物分类如下：l沉积物（污垢）水垢污泥淤泥黏泥腐蚀产物l水垢 又称硬垢或无机垢，为补充水中带入的难溶或微溶盐在循环水中条件变化时所形成的垢，常见的有碳酸钙、磷酸钙、硫
29、酸钙、氢氧化镁、硅酸镁等。l污泥 相对水垢而言疏松，又称软垢，常含有泥渣、粉尘、沙粒、腐蚀产物、有机物、微生物菌落和分泌物、氧化铝等。l淤泥 以泥渣、粉尘为主的软垢。l黏泥 又称生物沉积物，由微生物及其分泌物和残骸组成，是具有滑腻感的胶状黏泥。l腐植产物 由于设备腐蚀而产生的金属氧化物，主要为氧化铁、氧化铜等。l循环冷却水系统中的污垢主要来源：l来自补充水；来自空气、泥沙、粉尘、微生物及孢子会随循环冷却水进入系统；来自化学处理药剂；来自工艺介质泄漏。l三、判断循环水系统中水垢的组成l用酸溶法，即用垢样加酸之后观察其溶解和和反应情况。水垢主要成分颜色加酸后现象碳酸钙垢（CaCO360%）白色加5
30、%HCL后，大部分可溶解，并产生大量气泡，CaCO3含量越高，气泡越多。硫酸钙垢（CaSO440%）黄白色或白色加HCL后溶解很少，很少气泡。加10%氯化钡后，溶液浑浊，生成大量白色沉淀。磷酸钙垢白色加盐酸后溶解很少，很少见气泡。加入10%钼酸铵试液，再加硝酸，产生黄色磷钼黄沉淀，再加氨水使溶液呈碱性，则沉淀物溶解。硅酸盐垢（SiO220%)灰白色 加HCL不溶，加热后部分其他沉淀溶解，有透明状沙粒沉积物产生，加入1%HF则溶解。氧化铁垢（铁氧化合80%)棕褐色 加HCL可缓慢溶解，呈黄绿色液，加硝酸快速溶解，呈黄色溶液。氧化铜垢（Cu20%30%）表面发亮的金属颗粒加HCL难溶，加HNO3溶
31、解，溶液呈黄绿色或淡绿色。加5%硫氰酸胺溶液，溶液变红色。加5%铁氢化钾，溶液变蓝色。l四、防止水垢的方法l对于大中型冷却水系统，常用化学处理方法。最常见的水垢是碳酸钙，故重要的是解决碳酸钙的沉积问题。常用的方法如下：l1、除去部分成垢离子，碳酸钙水垢的成垢离子是钙及碳酸根离子。在补充水中钙离子和碱度较高时，可再预处理工序中除掉部分硬度和碱度，即采用软化补充水。软化水的成垢离子较低，有利于提高循环水的浓缩倍数。l2、加酸或二氧化碳，降低循环水的PH，稳定碳酸氢盐。l3、在循环水中加入少量阻垢剂，破坏碳酸钙等垢盐类的结晶生长，防止水垢沉积。l五、阻垢剂l阻垢剂是能控制产生水垢和污泥的水处理化学药
32、剂。通常的水处理剂往往同时具有缓蚀和阻垢两种性能，没有截然的区别，l通常认为有机磷酸盐是阻垢剂，也有缓蚀作用；聚磷酸盐是缓蚀剂，也有阻垢作用。l1、阻垢剂分类：l聚羧酸类l膦酸类l有机磷酸脂类l膦羧酸类l2、阻垢机理l阻垢剂不仅能控制水垢，也能在一定程度上控制腐蚀产物、黏泥和淤泥。加入少量的阻垢剂便能控制大量的成垢物质。阻垢机理如下：l（1）晶格畸变 碳酸钙晶体在生成时是按照一定的晶格排列的，结晶致密，比较坚固。在水中含有聚羧酸或有机磷酸酯等阻垢剂时，阻垢剂的基团对金属离子的螯合作用，对无机垢的结晶形成干扰，使晶格发生歪曲，形成不规则的晶体。畸变后形成软垢，垢层中有大量的空隙，彼此粘结力差，在
33、水流中排污时排掉。l（2）络合增溶 聚磷酸盐、有机磷酸酯或聚羧酸等药剂在水中能够夺取钙、镁离子，形成稳定的络合物。实际上是降低了水中钙、镁离子的浓度，降低了Ca2+和CO32_离子结合成CaCO3的机会。它的作用是可以使更多的CaCO3稳定在水中不析出。l（3）凝聚与分散 阴离子型阻垢剂（如聚羧酸类）在水中所离解的负离子能够吸附成盐垢（如碳酸钙）的微晶粒，l使微晶粒形成双电层吸附在负离子的分子链上，使微晶粒带负电。由于分子链上的多个微晶粒带有相同的电荷,彼此相斥，不能结成打晶粒，故不能在金属传热面上形成垢层。阴离子阻垢剂的负离子对微晶粒既有凝聚作用，又能将其整个分散到水系统中，这种凝聚和分散的
34、作用是使水中能容纳更多的成垢盐。第四章 微生物的控制l一、微生物及分类l微生物是一群形体极小、结构简单的生物，能够生长繁殖和进行各种生命活动。其种类极多，在自然界中无处不在，土壤、矿山、水体、空气及动植物上都有其存在。微生物分属于动物界和植物界，分类如下：病毒（寄生微生物）属植物的微生物属动物的微生物原生动物微生物菌类（无叶绿素）藻类（有叶绿素）细菌放线菌真菌酵母菌霉菌l各种类型的微生物的基本营养需要是水分、碳源、氮源、无机盐和生长因素。碳素化合物是细胞的主要成分、能量来源。氮源是细胞蛋白和核酸的主要元素，并可提供能量。无机盐一般包括硫酸盐、磷酸盐、氯化物和钠、钾、镁、铁等元素的化合物。生长因
35、素是指维生素、氨基酸等。不同类型的微生物对营养的需要和生存条件又不同。l二、循环冷却水中常见的藻类l藻类滋生的原因l1、水中某些植物，若N、P、K三种营养元素含量过高，可导致水面上藻类疯长，水质恶化，发生赤潮，水华的现象。l2、水中有大量的氨氮，化学需氧量，高猛酸盐指数。l3、蓄水池深度浅，时常处于低水位运行，水在蓄水池中停留时间长，形成了水富营养化的最基本条件。l4、营养元素丰富，水温适宜，充足的阳光，水的PH在410时藻类就暴涨，多时超过1亿个每升，主要有蓝藻、绿藻、硅藻等。l藻类是由单细胞或多细胞构成的植物群体，形状多样，有丝状、膜状、带状、管状等，没有真正的根、茎、叶分化，是其区别于高
36、等植物的特征。能够利用所含色素，特别是利用叶绿素吸收光能，将二氧化碳和水合成所需要的有机碳营养物。细菌内含有叶绿素，能进行光合作用，维持无机自养生活，是区别于菌类植物的特征。l藻类生长的三要素是空气、水和阳光，三者缺一就会抑制藻类生长，其中以光的影响最大。藻类根据所处的环境，有着生和浮游之别，着生是附着在其他植物上生长，浮游的一般都是肉眼看不到的藻类。l藻类存在于土壤和水体中，常随空气和补充水带入冷却水系统，循环冷却水系统中的温度、PH值和营养源非常适于藻类生长，而冷却塔的配水池和塔壁正好是藻类生长繁殖的一个良好环境。l冷却水系统常见的一些藻类及生长条件：藻的门类常见属类生长温度/PH值绿藻门
37、小球藻、绿球藻、栅列藻、丝藻30355.58.9蓝绿藻门（含蓝色素层）微囊藻、微胞藻、颤藻、席藻32406.08.9硅藻门（细胞内含有棕色色素及二氧化硅）脆杆硅藻、舟形硅藻、针杆硅藻、直链硅藻18365.58.9裸藻门（无细胞壁）眼虫藻（常在污泥中）常温l三、藻类对循环冷却水的危害l1、冷却塔中是藻类生长的理想环境，它们会在塔壁、水槽中、配水池里繁殖，通过碳的同化作用，借助阳光，使水中的CO2和HCO3-进行光合作用，并吸收碳做营养而放出氧。藻类的大量繁殖，会使水中的溶解氧增多，有利于氧的去极化作用。腐蚀性也就随着增大。l2、许多藻类在其细胞中产生具有恶臭的油l类和环醇类，藻类死亡后成为污泥会
38、产生臭。l3、冷却塔的配水槽和喷嘴上也常因藻类繁殖，堵塞孔口，影响配水的均匀性使塔的冷却效率下降。塔壁上大片藻类脱落也可能造成滤网和系统堵塞。l4、硅藻由于其细胞壁上充满着聚合的二氧化硅，将引起硅污垢。l四、循环冷却水中微生物来源及危害大的原因l1、循环冷却水的微生物主要来自两个方面：一是冷却塔的水在蒸发过程中需要引入大量的空气，微生物也随空气带入冷却塔中。二是冷却水系统的补充水或多或少都会有微生物，这些微生物也随补充水进入冷却水系统中。l2、循环水的温度、PH值和营养成分都有利于微生物的繁殖，冷却塔上充足的日照阳光更是藻类生长的理想地方。l直流水系统没有空气冷却的蒸发过程，只是随水流带入了微
39、生物，而且直流水系统所提供的的微生物繁殖条件不如循环水。l循环水中加入的药剂和工艺泄漏物有时也会成为微生物的营养成分，促进微生物的生长。最关键的是循环水排出的污水，又返回系统循环，造成恶性循环。故循环水的微生物危害比直流水严重的多。l五、去除藻类的方法l折点加氯除藻。把反应池前的加氯量增大，以氧化水中的有机物，杀灭藻类。能差灭一定的藻类，并能除去水中的一部分异味。l加助凝剂高锰酸盐（ppc）复合药剂除藻是 一种新型、高效的助凝剂，在生产上配合净水剂一起投加，经过试验和生产实验证实。在一定范围内塔的投加量和他的除藻效率成正比。投量越高，沉淀水和滤后水中的藻类去除率呈不断的上升趋势，但对低浊、低藻
40、的水除藻效果不是很好。l在蓄水池投加硫酸铜除藻，其机理在于铜离子可以和生物体内的蛋白质结合生成蛋白盐，使蛋白质变性、沉淀，使酶失去活性而达到灭火的目的。当藻类达到3000万个每升时，开始投加硫酸铜，控制投量在0.30.5mg/L，过8小时后，藻类可去除40%50%。l微生物的脱氮l在自然界中氮化合物是以有机体（动物蛋白、植物蛋白）、氨态氮（NH4、NH3）、亚硝酸氮（NO2-）、硝酸氮（NO3-）以及气态氮（N2）形式存在的。l水中的氨氮，多以铵离子NH4+和游离氨NH3 的状态存在，两者并保持平衡，平衡关系为：l NH3+H2O H4+OH-l这种关系受PH值的限制，当PH值升高，平衡向左移
41、动，游离氨所占的比例增大。当PH值为7时，氨氮多以NH4+的状态存在，当PH值为11左右时，NH3 的含量大致在90%以上。l 游离的氨容易从水中逸出、如加以曝气吹托的物理作用，并使水的PH值升高，则可促使氨从水中逸出。这只要采用一般的空气吹托技术就可以做到。例如采用氨气脱出塔。l 一般以石灰作为碱剂对水进行预处理，使PH值上升到11左右。这种方法除氨效果稳定，操作简便，容易操作。但逸出的游离氨容易造成二次污染，使用石灰容易生成水垢，水温降低时，脱氨效果也相应的降低。可以用氢氧化钠作为碱剂，以防形成水垢。氨气脱除效果随PH的上升而提高，提到10.5以上时，去除变得缓慢。水温升高，氨气脱出率也随
42、之提高。l微生物的除磷l磷和氮不同，不能形成氧化体或还原体，向大气排放，但具有以固体形态和溶解形态互相循环转化的性能。除磷就是使磷成为不溶性的固体沉淀物，从污水中分离出去的化学处磷法和使磷以溶解态为微生物所摄取，与微生物成为一体，并随同微生物从污水中分离出去的生物除磷法。l 化学除磷的方法有两种：混凝沉淀除磷技术和晶析法除磷技术。主要学习混凝沉淀除磷。l铝盐除磷l铝离子和正磷酸离子化合物，形成难溶的磷酸铝，通过沉淀加以去除。l Al3+PO43-AlPO4l当使用硫酸铝作为混凝剂时，其产生的反应是：l Al2（SO4）3+2PO43-2AlPO4+3SO42-l此外，硫酸铝还和污水中的碱度产生
43、如下的反应：l Al2（SO4）3+6HCO3-2Al（OH）3+6CO2+3SO42-l这样，由于硫酸铝对碱度的中和，PH下降，游离出CO2，形成氢氧化钠絮凝体。胶体粒子为絮凝体吸附而去除，在这个过程中磷的化合物也被去除。l除硫酸铝外，除磷使用的铝盐还有聚氯化铝（PAC）和铝酸钠（NaAlO2）。PAC与磷反应时与硫酸铝相同，但PH值不下降。l铝酸钠是硬水的优良混凝剂，它与正磷酸离子的反应如下式所示：l 2NaAlO2+2PO43-+4H2O 2AlPO4+2NaOH+6OH-l 从上式可以看出，反应放出OH-，因此PH值是上升的。l硫酸铝（AlPO4）的溶解度与PH值有关，当PH值为6时，
44、溶解度最小是0.01mg/L。当PH值为5时，溶解度最小是0.03mg/L。l当PH值为7时，溶解度最小是0.3mg/L。提问问题l1、机械通风冷却塔的优缺点。l2、冷却塔的工艺构造包括哪些。l3、冷却塔的作用及冷却方式。l4、循环冷却水在循环过程中水量损失包括哪几部分。l5、循环冷却水浓缩倍数的定义。l6、提高循环冷却水浓缩倍数的利弊。l7、引起微生物腐蚀的一般是什么。l8、循环冷却水中影响腐蚀的几个因素是。l9、沉淀型缓蚀剂的特点。l10、循环冷却水系统中污垢的主要来源有。l11、缓蚀阻垢剂的阻垢机理。l12、藻类生长的因素。l13、藻类对循环冷却水的主要危害。l14、循环冷却水中藻类滋生的原因。