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工业循环水处理技术 知识,目 录,第一章 水及工业用水预处理 3-4 第二章 循环冷却水系统概况 5-12 第三章 循环冷却水系统中产生的问题 13-36 第四章 循环冷却水系统的日常运行 37-44 第五章 冷却水系统中的现场监测 45-49 第六章 药剂说明 50-56 第七章 循环冷却水中的水质分析方法 57-71,第一章 水及工业用水预处理,一、水资源： 我国淡水资源比较丰富，但人均水资源量与世界许多国家 相比相差很大。 山西是有名的“十年九旱”。最近年中，就有年出现过 大旱和局部大旱。 山西的煤炭开采也损耗了大量的地下水。平均每开采一吨 煤，要影响、破坏、漏失立方米的水资源。按照现在 年开采量亿吨计算，每年要损耗的水资源约在亿立方米 ，相当于全省地下水资源量的。 近年随着工业的发展，工业用水量剧具增加，缺水现场尤 为突出，节约用水势在必行。,二、预处理： 地表天然水中混入的悬浮物、胶体物构成水的浊度，不 经过处理不能作为工业冷却水的补水使用。 地表水（湖水）中含有大量的悬浮物、微生物，浊度较 高未经过处理直接进入循环水补水，在循环水中会有大量粘 泥沉积、微生物粘泥沉积，导致系统会有粘泥下腐蚀的趋 势。湖水随着季度的变化性很强，夏季湖水中的微生物繁殖 旺盛，如未经过处理直接进入循环水中会导致系统中大量的 微生物产生，加大杀菌药剂的用量。 所以有必要对补水进行预处理，根据目前补水状况只需 建一个混凝沉淀池便可。也可在现有的基础上加大旁滤的效 果处理。,第二章 循环冷却水系统概况,在循环冷却水系统中，冷却水用过后不是立即排放，而是收回循环再 用。水的再冷却是通过冷却塔来进行的，因此冷却水在循环过程中要与 空气接触，部分水在通过冷却塔是会不断被蒸发损失掉，因而水中各种 矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。为了维护各种矿物质和离子含量 稳定在某一个定值上，必须对系统补充一定量的冷却水（补充水）；并 排出一定量的浓缩水（排污水）。其流程如图所示 1-补充水（M）；2-冷却塔；3-冷水池；4-循环水泵； 5-渗漏水（F）；6-冷却水；7-冷却用换热器 8-热水（R）；9-排污水（B）；10-蒸发损失（E）； 11-风吹损失（D）；12-空气,常用术语介绍： 1、冷却塔 敞开式循环冷却水系统中主要设备之一是冷却塔，冷却塔用来冷却换热 器中排出的热水。 在冷却塔中，热水从塔顶（冷却塔内部布有溅水装置）向下喷淋成水滴 或水膜状，空气则由下向上与水滴或水膜逆向流动，或水平方向交流流动， 使水在填料表面上以薄膜形式与空气接触，在气水接触过程中，进行热交换 ，使水温降低。 1-配水系统；2-填料；3-百叶窗； 4-集水池；5-空气分配区； 6-风机；7-风筒；8-热空气和水 蒸汽；9-冷水,2、浓缩倍数： 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，而 水中各种矿物质和离子含量就会愈来愈浓。通常在操作时，用浓缩倍数 来控制水中含盐的浓度。设以K表示浓缩倍数，则K的含意就是指循环水 中某物质的浓度与补充水中某物质的浓度之比。 K=CR/CM 式中 CR-循环水中某物质的浓度 CM-补充水中某物质的浓度 用来计算浓缩倍数的物质，要求它们的浓度除了随浓缩过程而增加 外，不受其他外界条件，如加热、沉淀、投加药剂等的干扰。通常选用 的物质有cl-、k+等物质或电导率。,3、补充水量 M 水在循环过程中，除因蒸发损失和维持一定的浓度倍数而排掉一定的 污水外，还由于空气流由塔顶逸出时，带走部分水滴，以及管道渗漏而 失去部分水，因此补充水是下列各项损失之和。 （1）蒸发损失 E 冷却塔中，循环冷却水因蒸发而损失的水量E与气候和冷却幅度有关 ，通常以蒸发损失率a来表示，进入冷却塔的水量愈大，E也就愈多。 E=a(R-B ) a=e(t1-t2) 式中 a-蒸发损失率，； R-系统中循环水量，m3/h； B-系统中排污水量，m3/h； t1、t2 -循环冷却水进、出冷却塔的温度，； e -损失系数，与季节有关。,（2）风吹损失（包括飞溅和雾沫夹带） D 风吹损失除与当地的风速有关外，还与冷却塔的型式和结构有关。 若冷却塔中装有良好的收水器，其风吹损失比不装收水器的要小些。 风吹损失通常以占循环水量R的百分率来估计，其值约为 D=(0.2%0.5%) R （3）渗漏损失 F 良好的循环冷却水系统，管道连接处，泵的进、出口和水池等地方 都不应该有渗漏。但因管理不善，安装不好，则渗漏就不可避免。因此 在考虑补充水量时，应视系统具体情况而定。,（4）排污水量 B 排污水量B的确定与冷却塔的蒸发损失E和浓缩倍数K有关。关系为 B=E/(K-1) 因此循环冷却水系统运行时，只要知道了系统中循环水量R和浓缩倍 数K，就可以估算出蒸发量E、排污水量B以及补充水量M等操作系数。 控制好这些参数，循环冷却水系统的运行也就能正常运行。 综述： M=E+D+B+F,第三章 循环冷却水系统中产生的问题,冷却水在循环系统中不断循环使用，由于水的温度升高，水流速度的变化 ，水的蒸发，各种无机离子和有机物质的浓缩，冷却塔和冷水池在室外受到 阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂物的进入，以及设备结构和材料等多种因素的 综合作用，会产生严重的沉积物的附着、设备腐蚀和微生物的大量滋生，以 及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等问题。我们把它们归结为三类： 1、循环冷却水系统中的沉积物 2、循环冷却水系统中金属的腐蚀 3、循环冷却水系统中的微生物 这些问题不加以解决与控制，它们会威胁和破坏工厂长周期地安全生产， 甚至造成经济损失，因此不能掉以轻心，所以我们必须要选择一种实用的循 环冷却水处理方案，是上述问题得以解决或改善。 我们下面对循环冷却水系统中所产生的三类问题逐一进行分析。,第一节 循环冷却水系统中的沉积物及其控制 一、循环冷却水系统中的沉积物 循环冷却水系统在运行的过程中，会有各种物质沉积在换热器的传热 管表面。这些物质统称为沉积物。它们主要是由水垢、淤泥、腐蚀产物和 生物沉积物构成。通常，人们把淤泥、腐蚀产物和生物沉积物三者统称为 污垢。 所以我们可以把循环冷却水系统中的沉积物分成两类：一、水垢； 二、污垢。 水垢 沉积物 污垢 我们将对这两类做逐一介绍,1-1 污垢 污垢一般是由颗粒细小的泥砂、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状 氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其粘性分 泌物等组成。 水处理控制不当，补充水浊度过高，细微泥砂、胶状物质 等带入冷却水系统，或者菌藻杀灭不及时，或腐蚀严重、腐蚀产物多等 都会加剧污垢的形成。由于这种污垢体积较大、质地疏松稀软，故又称 为软垢。 当这样的水质流经换热器表面时，容易形成污垢沉积物，特别是当 水走壳层，流速较慢的部位污垢沉积物更多。大量的污垢沉积会引起垢 下腐蚀，同时又是某些细菌（厌氧菌）生存和繁殖的温床。,1-2、水垢 天然水中溶解有各种盐类，其中又以溶解的重碳酸盐如Ca(HCO3)2、 Mg(HCO3)2为最多，也最不稳定，容易分解生成碳酸盐。 使用含重碳酸盐较多的水作为冷却水，当它通过换热器传热表面时， 会受热分解： 冷却水通过冷却塔相当于一个曝气过程，溶解在水中的CO2会逸出， 因此，水的PH值会升高。此时，重碳酸盐在碱性条件下会发生反应： 当水中溶有氯化钙时，还会产生下列置换反应： 如水中溶有适量的磷酸盐时，磷酸根将与钙离子生成磷酸钙，其反 应为：,碳酸钙和磷酸钙均属于微溶性盐，它们的溶解度比氯化钙和重碳酸钙 要小得多。此外，碳酸钙和磷酸钙的溶解度与一般的盐类不同，它们不是 随着温度的升高而升高，而是随着温度的升高而降低。因此，在换热器的 传热表面上，这些微溶性盐很容易达到过饱和状态而从水中结晶析出。当 水流速度比较小或传热面比较粗糙时，这些结晶沉积物就容易在传热表面 上。 此外，水中溶解的硫酸钙、硅酸钙、硅酸镁等，当其阴、阳离子溶度 的乘积超过其本身溶度积时，也会生成沉淀沉积在传热表面上。 以上所述的此类沉积物通称为水垢。因这些水垢都是由无机盐组成， 故又称为无机垢；由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，故又称为硬垢。它 们通常牢固地附着在换热表面上，不易被水冲洗掉。 大多数情况下，换热器传热表面上形成的水垢是以碳酸垢为主的。,二、循环冷却水系统中沉积物的控制 2-1 水垢的控制 冷却水中如无过量的PO43-或SiO2，则磷酸钙垢和硅酸盐垢是不容易 生成的。循环冷却水系统中最易生成的水垢是碳酸钙垢，在此谈沉积物 控制主要是指如何防止碳酸盐水垢的析出。 控制水垢析出的方法，大致有下图中的几类： 离子交换树脂法 从冷却水中除去成垢的钙离子 石灰软化法 控制 水垢 加酸或通CO2气，降低PH，稳定重碳酸盐 加酸 析出 通CO2气 投加阻垢剂,2-2 污垢的控制 污垢的形成主要是由尘土、杂物碎屑、菌藻尸体及其分泌物和细微水 垢、腐蚀产物等构成。因此，欲控制好污垢，必须做到下图几点： 降低补充水的浊度 控制 做好循环冷却水水质处理 水垢 析出 投加分散剂 增加旁滤设备 在介绍药剂的时候我们再详细的对阻垢、分散剂进行介绍。,第二节 循环冷却水系统中金属的腐蚀及其控制 一、循环冷却水中金属腐蚀的机理 工业循环冷却水系统中大多数的换热器是由碳钢制造的，又因为种 种原因，碳钢的金属表面并不是均匀的。当他与冷却水接触时，会形成 许多微小的腐蚀电池（微电池）。其中活泼的部位成为阳极，腐蚀学上 称为阳极区；而不活泼的部位则成为阴极，腐蚀学上称为阴极区。 在阳极区，碳钢氧化生成亚铁离子进入水中，并在碳钢的金属基体 上留下两个电子。与此同时，水中的溶解氧则在阴极区接受从阳极区流 过来的两个电子，还原为OH。两个去可以表示为： 在阳极区 Fe Fe 2+ +2e 在阴极区 02+H2O+2e 2OH- 当亚铁离子和氢氧根离子在水中相遇时，就会生成Fe(OH)2沉淀： Fe 2+ + 2OH- Fe(OH)2,二、冷却水中金属腐蚀的形态 在冷却水系统的正常运行过程中以及化学清洗过程中，金属常常会 发生不同形态的腐蚀。 现将发生的金属腐蚀形态归纳为以下几种： 均匀腐蚀（全面腐蚀、普通腐蚀） 电偶腐蚀（双金属腐蚀、接触腐蚀） 缝隙腐蚀（垢下腐蚀、沉积腐蚀、垫片腐蚀） 腐蚀形态 孔蚀（点蚀、坑蚀） 选择性腐蚀（选择性浸出） 磨损腐蚀（冲击腐蚀、冲刷腐蚀、磨蚀） 应力腐蚀破裂,三、循环冷却水中金属腐蚀的影响因素 冷却水中金属换热设备腐蚀的影响因素很多，概括起来可以分为 化学因素、物理因素和微生物因素。先仅讨论其中的一些化学因素和物 理因素，微生物方面待在谈微生物时再详细讨论。 PH值 阴离子 络合剂 硬度 影响 金属离子 因素 溶解的气体 浓度 悬浮固体 流速 电偶 温度,四、循环冷却水中金属腐蚀的控制指标 工业冷却水系统中的金属设备有各种换热器（水冷器、冷凝器、凝汽 器等）、泵、管道、阀门等。由于换热器腐蚀后更换的费用较大，更重 要的是由于换热器管壁腐蚀穿孔和泄漏造成的经济损失更大，因此冷却 水系统中的腐蚀控制主要是各种换热器或换热设备的腐蚀控制。 （GB 50050-95）中对循环冷却水系统中腐蚀控制指标规定：碳钢换 热器管壁的腐蚀速度宜小于0.125mm/a；铜、铜合金和不锈钢换热器 管壁的腐蚀速度宜小于0.005mm/a. 由此可见，对冷却水系统中金属的腐蚀控制不是要求金属绝对不发 生（即腐蚀速度为零），而是要求把金属的腐蚀速度控制在一定范围， 从而把换热器的使用寿命控制在一定的范围之内。,五、循环冷却水中金属腐蚀的控制方法 循环冷却水系统中金属腐蚀的控制放法甚多。常用的主要有以下四种： 添加缓蚀剂 控制 提高冷却水的PH值 方法 选用耐蚀材料的换热器 用防腐涂料涂覆 在介绍药剂的时候我们再详细的对缓蚀剂进行介绍。,第三节 循环冷却水系统中的微生物及其控制,在敞开式循环冷却水系统中，人们经常可以看到微生物大量生长的 情景。含有微生物的补充水不断进入循环冷却水系统，以此同时，冷却 塔中从上面喷淋下来的冷却水又从逆流相遇的空气中捕集了大量的微生 物进入冷却水系统。冷却水系统中充沛的水量为这些进入的微生物的生 长提供了可靠的保障。冷却水的水温通常被设计在3242之间，这一 温度范围又特别有利于某些微生物的生长。冷却水在冷却塔内的喷淋曝 气过程中溶入了大量的氧气，为好氧性微生物提供了必要的条件；而冷 却水悬浮物形成的淤泥又为厌氧性微生物提供了庇护所，冷却水中的硫 酸盐则成为厌氧性微生物硫酸盐还原菌所需能量的来源。因此，有些 冷却水系统成了一些微生物的一个巨大的捕集器和培养器。 微生物的生长对冷却水系统的日常运行有没有不良的影响？是不是 所有的微生物都会使冷却水系统产生故障？如果会引起故障，那么有哪 些方法可以控制它们？我们将在下面逐一讨论,一、冷却水系统中引起故障的微生物 冷却水系统中并不是所有的微生物都会引起故障，但在工业冷却水 系统运行时，常会遇到一些引起故障的微生物。它们是细菌、真菌和藻 类。先分别对它们作一扼要的介绍： 1-1 细菌 与藻类和霉菌相比，细菌显得微小。除非有大的菌落存在，否则就 需要借助显微镜才能察见或鉴别。 产粘泥细菌（粘液形成菌、粘液异养菌） （不直接引起腐蚀） 铁细菌能在冷却水系统中产生大量氧化铁沉淀 铁沉积细菌 是由于它们能把可溶于水中的亚铁离子转变为 细菌 不溶于水的三氧化二铁的水合物。 产硫化物细菌 硫酸盐还原菌是在无氧或缺氧状态下用硫酸盐 中的氧进行氧化反应而得到能量的细菌。 产酸细菌 硝化细菌 硫杆菌,1-2 真菌 冷却水系统中的真菌包括霉菌和酵母两类。 真菌破坏木材中的纤维素，使冷却塔的木质构件朽蚀。 真菌对冷却水系统中的金属并没有直接的腐蚀性，但它们产生的粘 状沉积物会在金属表面建立差异腐蚀电池而引起金属的腐蚀。粘状沉积 物覆盖在金属表面，使冷却水中的缓蚀剂不能到那里去发挥它的防护作 用。 1-3 藻类 冷却水中的藻类主要有蓝藻、绿藻和硅藻。藻类的生长需要阳光， 所以它们常常停留在阳光和水分充足的地方。 死亡的藻类团块进入换热器中后，会堵塞换热器中的管路，降低冷 却水的流量，从而降低其冷却作用。 藻类本身并不直接引起腐蚀，但它们生成的沉积物所覆盖的金属表 面则由于形成差异腐蚀电池而常会发生沉积物下腐蚀。,二、冷却水系统中金属的微生物腐蚀 冷却水系统中金属微生物腐蚀的形态可以是严重的均匀腐蚀，也可以 是缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂，但主要是点蚀。 铁细菌可以将二价铁氧化为三价铁，使之以 铁和低碳钢 鞘的形式沉淀下来，同时还产生大量的粘液 构成锈瘤。硫酸盐还原菌能使碳钢和低合金 钢产生点蚀，生成黑色的硫化铁沉积物。 不锈钢 不锈钢的微生物腐蚀形态主要是点蚀和晶间 腐蚀。 金属的 铜和铜合金 铜腐蚀后生成的铜离子或铜盐对微生物具有 微生物 一定的毒性，但也存在着耐铜离子的细菌。 腐蚀 镍和镍合金 镍合金耐微生物腐蚀的能力较强，但也能产 生严重的点蚀。 钛和钛合金 唯一已知有耐微生物腐蚀能力的合金。 非金属材料 一些专门“食”烃类或有机涂料的微生物能破坏 有机涂层。,三、冷却水系统中的微生物粘泥 微生物粘泥（简称粘泥）是指由于水中溶解的营养源而引起细菌、 丝状菌（霉菌）、藻类等微生物群的增殖，并以这些微生物为主体，混 有泥砂、无机物和尘土等，形成附着的或堆积的软泥性沉积物。 冷却水系统中的微生物粘泥不仅会降低换热器和冷却塔的冷却作 用、恶化水质，而且还会引起冷却水系统中设备的腐蚀和降低水质稳定 剂的缓蚀、阻垢和杀生作用。 微生物粘泥的组成：以微生物菌体及其粘结在一起的粘性物质（多 糖类、蛋白质等）为主体组成,3-1 粘泥微生物的种类和特点 在决定粘泥的处理方法时，必须了解构成粘泥的微生物种类、性质 和特点： 蓝藻类 细胞内含有叶绿素，利用光能，进行 藻类 绿藻类 碳酸同化作用。在冷却塔和热水池、 硅藻类 冷水池等接触光的场所最常见 产粘泥细菌 是块状琼脂，细菌分散于其中 球衣细菌 在有机物污染的水系中呈棉絮状集聚 粘 铁细菌 氧化水中的亚铁离子，使之成为高铁化 泥 合物沉积在细胞周围 微 细菌类 硫细菌 一般在体内含有硫磺颗粒，使水中的硫 生 化氢、硫代硫酸盐、硫磺等氧化 物 硝化细菌 将氨氧化成亚硝酸的细菌和使亚硝酸氧 化成硝酸的细菌 硫酸盐还原菌 使硫酸盐还原，生成硫化氢的厌气性 细菌 真菌类 藻菌类 在菌丝中没有隔膜，全部菌丝成为一个细胞 不完全菌类 在菌丝中有隔膜,3-2 微生物粘泥引起的故障 降低热交换效率 堵塞热交换器 泵压上升、流量减少 加速腐蚀 粘泥 降低冷却塔的效率 填料变形、脱落 处理药剂的吸附、浪费 外观污染（环境公害）,粘泥和淤泥故障发生的部位,3-3 影响微生物和粘泥的环境因素 影响微生物和粘泥的环境因素很多，下表逐一列出： 微生物的营养源 营养源渗入冷却水系统的途径主要是：补充水、大气 和设备泄漏。 水温 影响微生物生长的繁殖的水温，因微生物种类而异。 PH值 通常冷却水的PH值宜控制在7.09.2的范 围，该范围正处 在微生物繁殖的最佳范围。 溶解氧 敞开式循环冷却水系统冷却塔里的曝气过程为微生物的生长 提供了充分的溶解氧，具备了微生物繁殖的最佳条件 环境 光 生成的微生物中，藻类需要光能。 因素 细菌数 细菌数103个/ml 以下，故障少；104个/ml以上，容易发生。 悬浮物 循环冷却水的悬浮物不宜大于20NTU 。 粘泥量 粘泥量在10mL/m3以上的冷却水系统中，粘泥故障发生率高。 粘泥附着度 粘泥附着度是衡量冷却水粘泥附着性的有效指标。 流速 凡冷却水流经壳层的换热器以及立式换热器等都是低流速部位， 粘泥或淤泥容易在那里堆积。,3-4 冷却水系统中微生物的控制指标 冷却水系统中微生物的控制主要是通过对微生物生长的控制来实现 的，即通过控制冷却水中的微生物的数量来实现。 循环冷却水系统中微生物控制的指标及监测频率,3-5 冷却水系统中微生物的控制方法 冷却水系统中微生物引起的腐蚀、粘泥及其生长的控制方法主要 有以下一些： 选用耐蚀材料 控制水质 采用杀生涂料 阴极保护 控制方法 清洗 防止阳光照射 旁流过滤 混凝沉淀 噬菌体法 添加杀生剂 在介绍药剂的时候我们再详细的对杀生剂进行介绍。,循环冷却水数据采集,冷却塔参数 水质 加药系统 补水及排污水收费情况，发电成本及电价 调查表,第四章 循环冷却水系统的日常运行,一、运行过程中水质的变化 循环冷却水在其运行过程中，补充水不断进入冷却水系统。此时，补充 水中的一部分水被蒸发进入大气，另一部分则留在冷却水中而被浓缩，并发 生以下一系列的变化。 二氧化碳含量降低 CO2大量逸出，使冷却水的结垢倾向增大。 碱度的增加 冷却水被浓缩，碱度升高，使冷却水的结垢倾向增大。 PH值的升高 CO2大量逸出，冷却水的PH值逐渐升高，直到与大气的 CO2达到平衡。冷却水PH值通常在8.59.3之间。 浊度的增加 冷却水被浓缩，悬浮物和浊度升高；冷却塔又不断与大 发生 控制于1015 NTU 气接触，洗涤尘埃，形成悬浮物；腐蚀产物等等。 变化 溶解氧浓度的增大 冷却塔喷淋，空气中的氧大量进入，增加了冷却水的腐蚀。 含盐量的升高 冷却水被浓缩，无机盐含量增加，增大结垢、腐蚀倾向。 有害气体的进入 冷却塔内与大气接触，大气中的有害气体进入增大腐蚀。 工艺泄漏物的进入 工艺泄漏可使水质恶化或PH值变化，增加腐蚀、结垢或微 生物生长的倾向。 微生物的滋长 冷却水大都条件都有利于微生物的生长。微生物生成粘泥覆盖在 换热器金属表面，降低换热效果，引起垢下腐蚀和微生物腐蚀。,二、日常运行过程中的水质监测与控制 2-1、日常运行过程中的公司需要控制的指标,2-2、日常运行过程中的监测与控制项目介绍 循环冷却水系统中的腐蚀、结垢和微生物生长与冷却水的水质水 的化学组成和物理化学性质有着密切的关系。 循环冷却水系统在正常运行时使用的水处理药剂是否能发挥其最佳 的作用也与冷却水的水质有着十分密切的关系。 因此，在日常运行过程中需要对冷却水系统的补充水和循环水的化 学组成和化学性质进行监测和控制。 下面结合恒清公司需要监测和控制的一些项目进行介绍： （一）PH 循环冷却水运行时的PH值通常被控制在7.0-8.5范围内。大家知道 ，在25时PH=7.0的水为中性，故我们控制的范围的水大体上属于中性 或偏碱性的范围。在上述的控制范围内，冷却水的腐蚀性随PH值的上升 而下降。 在循环冷却水的运行过程中，冷却水的PH值会逐渐上升到自然平衡 PH值，因此，有时循环冷却水系统的PH值需要通过加酸来控制。,（二）悬浮物与浊度 悬浮物是颗粒较大而悬浮在水中的一类杂质的总称。在水质分析中 ，常用浊度测定值来近似表示悬浮物和胶体的含量。国际单位：NTU 循环水中的悬浮物通常由砂子、尘埃、淤泥、粘土、腐蚀产物和微 生物等组成。它们往往是由补充水带入的，但也可以由空气或风砂带入， 而有些则是在循环水系统运行过程中生成的。它们往往聚集在循环水流速 较慢或流速突然降低的部位，从而影响换热器的冷却效果和造成垢下腐蚀 。悬浮物还会吸附水中的锌离子，降低锌离子在水中的浓度。 因此，对补充水和循环水的浊度应该加以监测和控制。 在一般情况下，循环冷却水的悬浮物浓度或浊度不应大于50NTU。 （三）含盐量（电导率） 含盐量是指水中溶解性盐类的总浓度。含盐量也可用电导率来表示。 含盐量高的水中，cl-和SO42-的含量往往较高，因而水的腐蚀性较高 。含盐量高的水中如果Ca2+、Mg2+和HC03-的含量较高，则水的结垢倾 向较大。因此，循环冷却水中含盐量高时，水的腐蚀或结垢倾向将增大。 循环冷却水的含盐量一般不宜大于3500mg/L。,（四）钙离子浓度 从腐蚀的角度来看，软水虽不易结垢，但软水的腐蚀性较强。因此， 循环水中钙离子浓度的低限不宜小于30mg/L。 从结垢的角度来看，钙离子是循环水中最主要的成垢阳离子。因此， 循环水中钙离子浓度也不宜过高。在投加阻垢分散剂的情况下，钙离子 浓度的高限不宜大于1000mg/L。 （五）镁离子浓度 镁离子也是冷却水中一种主要的成垢阳离子。 由于镁离子易与循环水中的硅酸根生成类似于蛇纹石组成的不易用酸 除去的硅酸镁垢，故要求循环水中镁离子浓度遵从以下关系式： Mg2+(mg/L) SiO2(mg/L)15000 钙离子与镁离子都以CaCO3计，钙离子与镁离子之和为总硬度。,（六）总铁（Fe2+、 Fe3+ ） 循环水中的铁离子既可以是由补充水带入的，也可以是由循环水系 统中钢设备腐蚀所产生的。它是循环水中的一种污垢生成物质。 一般把循环水中的总铁浓度作为估计钢铁设备腐蚀情况的依据。 循环水中总铁含量一般不宜大于1.0mg/L。 （七）碱度 碱度是指水中能与强酸（HCl或H2SO4）发生中和作用的碱性物质 的含量。天然水中的碱性物质主要是HCO3-，而循环冷却水中的碱性物 质则主要是HCO3-和CO32-。碱度的单位可用mg/L（CaCO3计）表示。 测定碱度时，根据所使用指示剂的不同，可将碱度分为酚酞碱度 （P-碱度）和甲基橙碱度（M-碱度），后者又称为总碱度。 总碱度是表征循环水中产生碳酸盐垢的成垢阴离子数量和结垢倾向 的一个重要参数。 在投加阻垢分散剂的情况下，总碱度不宜大于400mg/L。,（八）硫酸根浓度 硫酸根也是一种腐蚀性离子，硫酸根还是腐蚀性细菌硫酸盐还原 菌生命活动中不可缺少的物质。硫酸根还可能与循环水中的钙离子生成 硫酸钙垢，因此需要对它进行监测。 循环冷却水中的硫酸根离子即可能是由补充水带入的，也可能是在 控制循环冷却水PH值时通过加浓硫酸而带入的。 循环冷却水中投加阻垢剂时，对于碳钢换热设备，水中硫酸根和氯 离子的浓度之和不宜大于1500mg/L。 （九）游离余氯浓度 在采用加氯方案控制循环水中的微生物生长时，通常要求有适量的 剩余氯留在水中，以便能继续控制循环水中的微生物生长。这种剩余的 氯被称为余氯、活性氯或游离余氯。 能有效控制循环水中微生物生长的余氯浓度随循环冷却水运行时的 PH值而异。 我们要求，在回水管处，余氯浓度宜控制在0.2-0.5mg/L。,（十）磷酸盐浓度 天然水中磷酸盐的浓度很低，循环冷却水中的磷酸盐通常是作为水 处理剂而被加入水中的。 循环冷却水中的磷酸盐通常有正磷酸盐、聚磷酸盐和有机膦酸盐三 类。 循环冷却水中的正磷酸盐通常是有聚磷酸盐水解或膦酸盐降解后产 生的，也可能是正磷酸盐作为缓蚀剂而被直接加入水中的。 聚磷酸盐是一类广泛使用且较为有效的缓蚀剂和阻垢剂。聚磷酸盐 易于水解为正磷酸盐，从而使其缓蚀能力降低，阻垢作用消失，且易与 水中钙离子生成磷酸钙垢。因此，需要对其在循环冷却水中的浓度进行 监测和控制。 我们要求控制正膦酸盐在4.0-5.0mg/L。（根据公司药剂来制定） （十一）浓缩倍数 提高循环冷却水的浓缩倍数可以降低补充水量以节约水资源，可以 降低排污水量以减少废水处理量；还可以节约水处理药剂的消耗量，降 低处理成本。 根据具体进水水质等条件来制定。,第五章 冷却水系统中的现场监测,实验室的模拟条件比较单纯和稳定，而现场生产中的条件则比较复 杂和多变。因此，需要在冷却水系统的日常运行期间对其中的腐蚀、沉 积物和微生物的情况进行现场监测。 一、设计规范的要求 （GB50050-95）规定： （1）敞开式循环冷却水系统中换热设备的碳钢管壁的腐蚀速度宜小 于0.125mm/a。 （2）敞开式循环冷却水系统中换热设备的水侧管壁的年污垢热阻值 宜为1.7210-43.44 10-4m2K/W。 （3）敞开式循环冷却水中的异养菌数宜小于5105个/mL ，粘泥量 宜小于4mL /m3。 本次我们仅对日常运行期间的腐蚀与微生物的现场监测做介绍。,二、腐蚀的现场监测 冷却水系统中常用的腐蚀监测方法有：试片法、旁路试验管法、线性 极化法和监测换热器法。其中以试片法使用最为广泛，我们本次只对试 片法做详细的介绍。 2-1、试片法 试片法是冷却水系统中最简便、最经济、使用最广泛和最经典的腐蚀 监测方法。它可以测定腐蚀速度、蚀孔密度、蚀孔深度，并了解腐蚀形 态。 2-1-1、试片的材质和规格 腐蚀试片的材质应与所监测的换热器管子的材质相同。 标准腐蚀试片有两种：型和型。我们监测时应尽可能采用型， 因其边缘的影响较小。 使用时，可按以下步骤进行操作：启封后用不锈钢镊子把试片取出 放在滤纸上；在盛有蒸馏水的小搪瓷盆中，用脱脂棉擦洗一遍，再用 蒸馏水冲洗15秒钟；立即置于盛有化学纯无水乙醇的小搪瓷盆中，用 脱脂棉擦洗两遍；将试片放在干净滤纸上，用冷风吹干；用滤纸将 试片包好，放在干燥器中，24小时后称重待用。,2-1-2、试片的安装 试片应安装在所监测的换热器的回水管线上。 2-1-3、监测时间 试片的监测时间一般为3090天，也可将同一组试片分不同时间取 出。长年观察时，每次放12个或24个试片，每月取出1或2片，分别测 定腐蚀速度。最后绘出腐蚀速度时间曲线。 2-1-4、监测内容 试片法监测的内容包括：外观检查、腐蚀速度测定和对孔蚀的监测。 外观检查-观察并记录腐蚀产物的颜色、形态、分布情况等。 腐蚀速度测定- 腐蚀速度87.6W/(SPT) mm/a 监测 式中 W-试片的失重，mg 内容 S-试片的总表面积，cm2； P-金属的密度，g/ cm3(碳钢7.85、不锈钢7.85、黄铜8.5等) 对孔蚀的监测-蚀孔密度-单位面积上的蚀孔数。 蚀孔深度-通常以试片上出现的蚀孔最大深度为表示。,三、微生物的现场监测 冷却水系统中全面的微生物现场监测对象应包括：异养菌、真菌、 硫酸盐还原菌、铁细菌、氨化细菌、硝化细菌、藻类和粘泥量等。本次 我们就其中最常用的监测项目：粘泥量的测定。 3-1、粘泥量的测定 微生物粘泥会堵塞冷却水的管道，降低冷却塔和冷却水的冷却效果 ，降低水质稳定剂的作用，引起金属设备的腐蚀。因此冷却水中微生物 粘泥量的多少，直接反映了冷却水系统中微生物活动的情况和危害。测 定微生物粘泥量是监测冷却水处理质量和微生物生长情况的主要方法之 一。 设计规范要求，敞开式循环冷却水中的粘泥量宜小于4mL /m3。 微生物粘泥量的测定常采用生物过滤网法。现将该法做扼要介绍：,3-1-1、概况 生物过滤网法是让循环冷却水以一定的流速流经转子流量计后，再通 过生物过滤网过滤；将过滤后的水导入水箱，测量水的体积，或由转子 流量计中的流速和通过水的时间来计算水的体积；然后将生物过滤网捕 集的粘泥移入量筒，测定粘泥的体积，并以1m3冷却水中含有的粘泥的 体积（mL）表示粘泥量。 3-1-2、测定的方法 （1）调解采集粘泥装置中的阀门，是冷却水的流速控制在0.8m/s左 右，水量在1m3/h左右。然后关上浮游生物网的旋塞阀，过滤1m3水。 （2）关闭进水阀门，取下浮游生物网。打开浮游生物网上的旋塞阀 ，将粘泥收集在一个500mL量筒内，静置30min使其沉淀后倾出上层清 液。将剩余浊液转移至25mL量筒内，静置30min，记录沉淀出的粘泥 体积（mL）。 （3）粘泥量V按下式计算 V=V2/V1 式中 V-循环冷却水中的粘泥量， mL /m3； V1-通过浮游生物网过滤的循环水量， m3； V2-量筒中的粘泥体积， mL 。,第六章 药剂说明,在前面的篇幅中我们主要介绍了循环冷却水中会出现的危害。在此， 我们将对控制危害所使用的药剂进行逐一的说明： 一、阻垢分散剂 聚磷酸盐 有机膦酸 阻垢 膦羧酸 分散剂 有机磷酸酯 聚羧酸 天然分散剂 我们重点介绍有机膦酸的阻垢、分散机理。,1-1、有机膦酸的阻垢、分散机理 有机膦酸阻垢机理比较复杂，说法也有多种，目前大致有以下两种说 法。 （1）晶格畸变论 碳酸钙垢是结晶体，它的成长是按照严格顺序，有带正电荷的Ca2+与带负电 荷的CO32-相撞才能彼此结合，并按一定的方向成长。在水中加入有机膦酸时， 它们会吸附到碳酸钙晶体的活性增长点上与Ca2+螯合，抑制了晶格向一定的方 向成长，因此使晶格歪曲，长不大，也就是说晶体被有机膦酸表面去活剂的分子 所包围而失去活性。这也是产生前述临界值效应的机理。同样，这种效应也可阻 止其他晶体的沉淀。另外，部分吸附在晶体上的化合物，随着晶体增长被卷入晶 格中，使CaCO3晶格发生位错，在垢层中形成一些空洞，分子与分子之间的相 互作用减小，使垢变软。 （2）增加成垢化合物的溶解度 有机膦酸在水中能离解出H+，本身成带负电荷的阴离子，这些负离子能与 Ca2+、 Mg2+等金属离子形成稳定络合物，从而提高了CaCO3晶粒析出时的过饱 和度，也就是说增加了CaCO3在水中的溶解度。,1-2、药剂实例说明 阻垢分散剂 （1）特点 阻垢分散剂是含有羧基、膦酸基、无机磷等的水溶性共聚物，对Ca3(PO4)2、CaCO3垢具有卓越的阻垢能力，对铁、锌离子有良好的稳定作用，对悬浮物的分散性能良好，其各项指标达到国外同类产品水平。可用作循环冷却水和油田注水系统的防垢、分散作用。,二、阻垢缓蚀剂 循环冷却水系统中控制金属腐蚀的第一种方法是向冷却水系统中添加 阻垢缓蚀剂。可供冷却水系统采用的缓蚀剂并不是很多，现将敞开式和 密闭式冷却水系统中几种常用的阻垢缓蚀剂罗列如下。 铬酸盐 亚硝酸盐 硅酸盐 钼酸盐 阻垢 锌盐 缓蚀剂 磷酸盐 聚磷酸盐 有机多元膦酸 疏基苯并噻唑 苯并三唑和甲基苯并三唑 硫酸亚铁,药剂实例说明： WD103 缓蚀阻垢剂 （1）特点 WD103 缓蚀阻垢剂可在金属表面形成一层致密的缓蚀保护膜。并能与水中的钙、镁离子络合，形成可溶于水的络合物抑制结垢，同时，对水中的钙、镁、硅垢等杂质具有良好的分散性能，使其较稳定地悬浮水中，以免沉积，本品不易水解及降解。无毒、无害、无排放污染。主要由有机缓蚀剂、聚羧酸类阻垢剂、分散剂等 组成。 （2）使用方法 一般投加量为补充水量的40-60ppm。,三、杀生剂 冷却水系统中微生物的主要控制方法之一就是添加杀生剂。人们通 常把冷却水杀生剂分为两大类：氧化性杀生剂和非氧化性杀生剂。 氯 次氯酸盐 氯化异氰尿酸 氧化性杀生剂 二氧化氯 臭氧 溴及溴化物 杀生剂 氯酚类 有机锡化合物 季铵盐 非氧化性杀生剂 有机铵盐 有机胺类 有机硫化合物 铜盐 异噻唑啉酮,药剂实例说明： WD 306B 杀菌剂 （1）特点 SWD 306B 杀菌剂 异噻唑啉酮杀菌剂是一种高效、广谱、低毒性的非氧化性杀生剂，它能抑制各种细菌、霉菌和藻类。在较宽的PH值范围内都有良好的杀生性能。与各种水处理药剂相容性好，不产生泡沫，杀菌力持久。尤其是该杀菌剂能自然生物降解，无毒、无公害，无排污限制。 （2）使用方法 循环冷却水中一般投加浓度为200 mg/L，一次性投入集水池泵 的吸入口。投加次数根据循环冷却水中藻类繁殖情况加以控制与调整。,第七章 循环冷却水中的水质分析方法,循环冷却水日常运行过程中的有多种需要控制的指标，投加药剂也需要日常 进行分析来加以管理。所以本章把需要进行日常分析的方法加以介绍。 我们要求分析的采集水样要具有充分的代表性。 7-1、PH值 （1）测定原理 水溶液中氢离子活度aH+的负对数值称为PH值。 测定PH值的方法有电位法和比色法。电位法测定PH值时，是用玻璃 电极作指示电极，饱和甘汞电极作参比电极，组成一个工作电池。 （2）电位法测定PH值测定步骤 1、按酸度计说明书调试仪器的零点和满刻度。 2、定位 通常有两种定位方法，应根据对测定的要求选用其中一 种方法定位。 3、测定水样 将电极和烧杯用蒸馏水冲洗干净，再用被测水样冲 洗两次，水样倒入烧杯中，浸入电极，搅拌，静止后按下读数健读取。,7-2、浊度的测定 （1）测定原理 若选用每升水含1mgSiO2作为浊度单位，则用漂白土配制浊度标准溶液。在工业循 环冷却水分析中推荐使用硫酸肼-六次甲基四胺浊度标准溶液，因为它们能定量的缔合为 不溶于水的大分子盐类而使水产生浑浊。 胶体颗粒对光的散射产生“吸光度”，在一定的浊度范围内，“吸光度”与浊度有正比关 系。利用这一现象使用分光光度计测定水样的浊度。 （2）硫酸肼-六次甲基四胺浊度标准法 1、标准浊度贮备液的配制 （1）无浊度水：将蒸馏水以3mL/min流速经0.15m滤膜过滤器过滤，初始的 200mL弃去。 （2）A液 称取1.000g硫酸肼溶于少量水中，移入100mL容量瓶中并稀释至刻度， 摇匀。 （3）B液 称取10.00g六次甲基四胺溶于少量无浊度水中，移入100mL容量瓶中并 稀释至刻度，摇匀。 （4）标准贮备液 移取25.00mLA液和25.00mLB液于500mL容量瓶中，摇匀后 在253 静置24小时。然后稀释至刻度，摇匀。此标准液的浊度为400FTU(福马肼浊 度)。在30以下保存，1周内使用有效。,（3）测定步骤 1、绘制标准曲线 吸取25.00mL上述贮备液于250mL容量瓶中， 用水稀释至刻度，摇匀。此标准液的浊度为40FTU，取此溶液2.5、5.0 、7.5、10.5、15.0、20.0、25.0mL分别置于7只50mL容量瓶中， 用无浊度水稀释至刻度，摇匀。它们的浊度分别为2.0、4.0、6.0、8.0 、12.0、16.0、20.0FTU。以无浊度水为参比，用3cm比色皿、于 420nm处用分光光度计测量其吸光度A。以标准浊度为横坐标，以吸光 度为纵坐标绘制标准曲线。 2、测定水样 取摇匀未经过滤的水样于3cm比色皿中，以无浊度 水为参比，测定其吸光度A。从标准曲线上查出水样的浊度。,7-3、电导率的测定 （1）测定原理 在特定条件下距离为1cm、截面积为1cm2的两电极间介质电阻的倒数定义为电导率 。它是水中存在的离子传导电流能力的量度，决定于溶液中的离子浓度、性质和溶液温度 、粘度等。因此它间接的表示了水中含有含可溶电解质的浓度。 水样的电导率可用电导仪在特定的条件和恒定的温度下测定水样的电导，乘以电导池 常数而求得。 电极的电导池常数可用氯化钾标准溶液测定。 (2) 测定步骤 1、电导池常数的测定 取某浓度的氯化钾溶液约40mL四份，分别置于50mL塑料杯 中，将杯放入恒温水浴，使温度恒定在 250.1 。 按照仪器说明书装好电导电极并预热30min，校正仪器零点和满刻度。 用三份温度已恒定的氯化钾溶液分别逐次浸泡、冲洗电极。用第四份温度为250.1 的氯化钾溶液测定其电导Lkcl,根据公式Q=kkcl/ Lkcl,计算电导池常数Q。 2、水样电导率的测定 取水样约40mL于50mL塑料杯中，使温度恒定为250.1 。将已用水淋洗干净的电极插入水中，测定其电导L水，根据公式K=QL计算出电导率 。电导率单位为：uS/cm,7-4、总硬度与钙离子的测定 （一）总硬度的测定 1、测定原理 钙离子和镁离子都能与EDTA形成稳定的络合物，其络合稳定常数分 别为1010.7和108.7。考虑到EDTA受酸效应的影响，将溶液PH值控制为 10时，钙、镁离子都与EDTA完全络合，因此在此条件下测定的应是两 者的总量，即总硬度。 2、测定步骤 取50.00mL水样（必要时先用中速滤纸过滤后再取样）于250mL锥 形瓶中，加10mL PH=10的缓冲溶液，加入少许K-B指示剂，用EDTA 标准溶液滴定至溶液由红色变为蓝色时即为终点，记下所消耗的EDTA 标准溶液的体积。水样的总硬度（以CaCO3计）X为： X=c(EDTA)V1 M(CaCO3)/V 1000 mg/L 式中 c(EDTA)EDTA溶液的浓度，mol/L； M(CaCO3)- CaCO3的摩尔质量， 100.09 g/mol； V1滴定时消耗的EDTA溶液体积，mL； V 所取水样体积， mL。,（二）钙离子的测定 1、测定原理 溶液PH12时，水样中的镁离子沉淀为Mg(OH)2,这时用EDTA滴定， 钙则被EDTA完全络合而镁离子则无干扰。滴定所消耗EDTA的物质的量即 为钙离子的物质的量。 2、测定步骤 用移液管移取水样50mL（必要时过滤后再取样）于 250mL锥形瓶中，加1:1盐酸数滴，混匀，加热至沸30s，冷却后加 20%氢氧化钠溶液5mL，加少许钙黄绿素-酚酞混合指示剂，用EDTA 标准溶液滴定至有黄绿色荧光突然消失并出现紫红色时即为终点，记下 所消耗的EDTA标准溶液的体积。钙离子（以CaCO3计）的含量X为： X=c(EDTA)V2 M(CaCO3)/V 1000 mg/L 式中 c(EDTA)EDTA溶液的浓度，mol/L； M(CaCO3)- CaCO3的摩尔质量， 100.09 g/mol； V2滴定时消耗的EDTA溶液体积，mL； V 所取水样体积， mL。 镁离子的含量即为总硬度钙离子的含量。,7-5、铁离子的测定 一般情况下工业用水中铁离子的含量不高，常用的简便方法是分光光 度法。 有色溶液对单色的吸收服从郎白-比尔定律，即在一定的实验条件下， 有色物质的吸光度与溶液中该物质的浓度和溶液的液层厚度的乘积成正 比。 A=bc 式中 A有色物质对单色光产生的吸光度； 有色物质溶度为1mol/L、液层厚度为1cm时的吸光度，称之为摩尔吸 光系数，L/(molcm); b 液层厚度，cm； c 有色溶液的浓度， 1mol/L。 因水中铁有二价、三价状态存在，在此我们介绍邻菲罗啉分光光 度法。邻菲罗啉与二价铁离子在PH很宽的范围内能形成稳定的桔红色络 合物，这一方法的灵敏度较高，对510nm单色光，其摩尔吸光系数为 1.0 104L/(molcm)。使用这一方法时，若先加还原剂再加显色剂 ，所测结果是试样中总铁含量；若不加还原剂就显色，所测结果只是试 样中二价铁离子的含量；两者相减就可得到三价铁离子的含量。,邻菲罗啉分光光度法测定步骤 （1）绘制标准曲线 分别吸取浓度为0.0100mg/mL铁标准溶液0.00、0.50、1.00 、1.50、2.00、3.00mL于6只50mL容量瓶中，各加2moL/L盐酸溶液5mL和10%盐酸 羟胺1mL，用水稀释至约40mL，混匀。2min后加邻菲罗啉2mL、醋酸铵缓冲溶液5mL ，加水至刻度，摇匀。用3cm比色皿在分光光度计510nm处，以一号溶液为参比，测定 各溶液的吸光度。以吸光度为纵坐标、铁的毫克数为横坐标绘制标准曲线。 （2）总铁离子的测定 吸取25.00mL水样于150mL锥形瓶中，加2mol/L盐酸溶液 5mL、 10%盐酸羟胺溶液2mL，加热煮沸数分钟，冷却后移入50mL容量瓶中，用水稀 释至约40mL。加邻菲罗啉2mL、醋酸铵缓冲溶液5mL，稀释至刻度，摇匀。测定其吸光 度。 （3）亚铁离子含量的测定 吸取25.00mL水样于50mL锥形瓶中，加2mol/L盐酸溶 液5mL，用水稀释之约40mL。加邻菲罗啉2mL、醋酸铵缓冲溶液5mL，稀释至刻度，摇 匀。测定其吸光度。 水样中总铁离子（或亚铁离子）含量X为： X=(a/V) 1000 mg/L 式中 a从标准曲线上查得的试样中含铁的毫克数，mg； V所取水样的体积，mL。,7-6、碱度的测定 碱度又称耗酸量，即单位体积水样能够接受氢质子的物质的量。组成水的碱度的物质 包括：氢氧化物；碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物、腐植酸盐、有机膦酸盐 、聚丙烯酸盐等弱酸盐类，其中以碳酸盐和重碳酸盐为主。 碱度是用强酸（盐酸）标准溶液进行酸碱滴定测得的。 1、测定原理 以酚酞为指示剂，用标准盐酸溶液滴至酚酞变色，由此测得的碱度称为酚酞碱度。然后 继