工业循环水系统水质管理基础培训

1、page 1 of 16 工业循环冷却水水质管控- 基础知识培训一、 水质监控指标检验项目gb50050-2007 dg/tj08-2081-2011 昱真公司开式系统开式系统闭式系统开式系统闭式系统酸碱度 (ph) 6.89.5 7.59.5 8.010.0 8.09.5 8.010.0 电导率 ( s/cm)/ 4,000 / 3,000 / 总溶解固体 (mg/l) / / / 2,000 1,000 全碱度 (mg/l) caco3计/ / / 600 / 总硬度 (mg/l)caco3计/ / / 800 / 钙硬度 (mg/l)caco3计/ / / 500 / 钙硬度 +全碱度

2、(mg/l) 1,100 1,500 / / / 氯离子 (mg/l) 1,000 1,000 1,000 1,000 / 浊度 (ntu) 20 30 20 20 20 总铁 (mg/l) 1.0 1.5 2.0 1.0 1.0 铜离子 (mg/l) 0.1 0.2 0.2 0.2 0.2 细菌总数（个 / ml) 1*105 1*1051*1031*1051*103浓缩倍数36 / / 36 10 时几乎停止腐蚀，即所谓进入铁材质的钝化区。所以在小型工业锅炉及热水锅炉系统gb 规定的 ph 值为 1012，因为这些系统都是全铁系统，高 ph 值起到良好防止金属铁材质腐蚀作用。反之水的 ph

3、 值越低对金属铁材质腐蚀性越强。水对金属铜 （包括各类铜合金） 的腐蚀机理为 ph 值在 8.59.0 为钝化区， 腐蚀速率最慢，当ph9.0 及8.5 时随酸碱性越大，腐蚀性越强。结垢问题：水对系统热交换面的结垢态势分析为ph 值越高结垢趋势越严重，反之即越弱，当 ph9.0 及6.0 时随酸碱性越大，细菌藻类的活跃性越差。工业循环水系统控制菌藻的page 3 of 16 主要目的是避免因细菌藻类快速繁殖产生大量生物黏泥（热阻）影响设备热交换，并非为环卫角度。综上分析：采用6.87.5的酸性水处理管理模式（加酸处理）客观上对防垢有利，对防腐及抑制菌藻不利；采用7.58.5 的中性水处理管理模

4、式客观上均衡于防垢及防腐，不利于抑制菌藻；采用8.59.5 的碱性水处理管理模式客观对防腐及抑制菌藻有利，不利于防垢。在开式系统 gb 提供的是一个大范围指标区间，因在全国范围内给水源水质、各类设备系统状况及各水处理公司技术存在较大差异，采用任一（酸中碱）模式客观上各有利弊。我们归纳选定ph 值管控区间一般需参考以下因素：给水源水质因素：结垢倾向水质可选用中性模式（特定的严重结垢倾向水质，在无软化预处理工艺时，可采用酸性模式） ；腐蚀倾向水质可选用碱性模式；含较多细菌藻类有机物水质（如再生水、地表水）亦适宜选用碱性模式。例如：上海地区自来水属于弱腐蚀倾向水质，dg/tj08-2081-2011

5、指标即设定 7.59.5 ，可选用中性或碱性模式，但不可选用酸性模式。系统工况因素：已存在较为严重腐蚀的系统，为加强抑制腐蚀趋势恶化可选用碱性模式；设备换热处温度较高的，为延缓结垢趋势可选用中性模式（当前新技术存在高温下使用特定碱性模式取得良好效果情况）。药剂机理因素：公司药剂自身阻垢技术能力强的一般选择碱性管理模式，防腐技术能力强的page 4 of 16 一般选择中性管理模式。综上所述，在长三角地区以自来水给水的开式系统，采用碱性管理模式是当前水处理技术的发展趋势。因为从水对整体系统的危害性评估，腐蚀问题具有不可逆性且破环程度较结垢问题严重的多，并且随化学水处理技术的发展，越来越多的新研发

6、的复配药剂使得阻垢能力越来越强，即使在较高碱性水质情况下依然可以保障系统热交换面不结生水垢。昱真公司在开式系统以控制ph 值在 8.59.5 的碱性管理模式为主， 因为昱真的复配药剂具备了水质稳定及水质软化的双重阻垢功能。不过在特定条件的系统同样也会因地制宜的采用中性甚至酸性管理模式。因此开式系统循环水的 ph 值选定取决于最终设计的水处理解决处理方案。闭式系统： gb50050-2007 无闭式系统水质指标， dg/tj08-2081-2011指标8.010.0 。密闭系统只要没有工艺耗水及机械失水，循环水较少补充水，水质也基本无浓缩。因此，密闭系统最主要是腐蚀问题，其次是细菌黏泥问题，结垢

7、问题一般可忽略。按上述水对系统的腐蚀、结垢及菌藻问题危害注释，采用密闭系统需全部采用碱性水处理管理模式来强化防腐及抑制菌藻，因为不用顾及结垢问题dg/t指标甚至将上限放宽到10.0。昱真公司在闭式系统管控时选取dg/t 指标区间的上限即9.010.0 ，再配合缓蚀药剂的防腐功效，可取得在日常不用投加杀菌药剂的情况下良好的延缓金属腐蚀速率及抑制细菌繁殖的效果。page 5 of 16 2. 总硬度：总硬度定义：总硬度间接表示水中高价金属离子含量。其中天然水中的高价金属离子主要是ca2+（钙离子）、mg2+（镁离子），所以通常天然水的总硬度即指 ca2+、mg2+含量之和。硬度分类：总硬度 = 钙

8、硬度 + 镁硬度总硬度 = 碳酸盐硬度（亦称暂时硬度）+ 非碳酸盐硬度（亦称永久硬度）硬度单位：总硬度（单位）为毫摩尔 /升（mmol/l ） ，换算成习惯的毫克 /升（mg/l）为1 mmol/l = 50 mg/l （以 caco3计）通常钙硬度及镁硬度可通过检测ca2+、mg2+含量取得，也可以钙硬度与镁硬度之和为总硬度， 其中钙硬度约占 2/3，镁硬度约占 1/3，通过检测总硬度后简单折算。控制标准：gb50050-2007 ：钙硬度 +全碱度（以 caco3计）1,100 mg/l ；因为硬度与碱度是相互作用的，所以gb 没有设定单独的硬度控制指标，为监控方便起见，目前我们通常将其拆

9、分成钙硬度 500 mg/l （或总硬度 800 mg/l ） 、全碱度 600mg/l 为单独控制指标。同时 gb 中对当传热面水侧壁温大于70条件下，要求钙硬度 200 mg/l ，这是起一定建议指导作用，即换热温度较高的工况系统，可能单纯的化学水处理药剂难以取得良好的阻垢效果，可考虑对给水或循环水进行系统外软化处理，page 6 of 16 使水质的硬度减低以缓解结垢趋势。dg/tj08-2081-2011 ：钙硬度 +全碱度（以 caco3计）1,500 mg/l ；其较 gb指标宽松，也没有附件温度条件。 这是因为由上海空调水系统特定条件设定的。首先，上海的空调水系统普遍使用的本地自

10、来水作给水源，其属于弱腐蚀倾向水质；其次空调工况系统的传热面水侧壁温大多在4050 间。控制硬度的意义：循环水系统结垢主要受两个因素影响：传热面水侧壁温、饱和结垢物质浓度；传热面水侧壁温越高，结垢趋势越快，因此蒸汽锅炉水系统都需要采用软化水给水。饱和结垢物质浓度越大（即硬度数值越大），碳酸盐及非盐酸盐析出在换热面结垢趋势越快。因此需要控制设定硬度在一定数值范围内，而该指标也是化学水处理药剂正常可起到良好阻垢效果的界限。以上所有表述均针对的是开式系统，而闭式系统原则上不用监测硬度指标（gb及 dg 均无规定），这是因为闭式系统循环水无浓缩问题，而硬度数值的上下主要与浓缩成正比关系。3. 全碱度：

11、全碱度定义：水中能与强酸（hcl、h2so4）发生中和作用的所有碱性物质的总含量。其中天然水中的碱度成份主要是hco3-及少量的 co32-和 hsio3-。控制标准：gb50050-2007 ：钙硬度 +全碱度（以 caco3计）1,100 mg/l ；与硬度一样， gb 没有设定单独的控制指标， 我们通常设定为全碱度 600mg/l为单独控制指标。page 7 of 16 闭式系统原则上同样不用监测碱度指标（gb 及 dg 均无规定） 。4. 硬度与碱度的关系 ：水中阴、阳离子组合关系：天然水中的硬度主要是ca2+、mg2+（阳离子）其次是如na+，碱度主要是hco3-、co32-（阴离子

12、）其次如so42-、cl-。出于判断水质的需要，将它们组合成假想化合物，其组合原则是优先组合成溶解度小的化合物，依次再组合成溶解度大的。 其阳离子顺序是ca2+、mg2+、na+，阴离子顺序是 hco3-、so42-、cl-。天然水中的硬度成份首先与碱度成份组合成碳酸盐硬度（即暂时硬度ca（hco3）2、 mg（hco3）2，如 ca2+、mg2+还有剩余，则再组合成非碳酸盐硬度（即永久硬度 ca so4、mgso4及 cacl2、mgcl2） ，如 hco3-有剩余，则与 na+组合成 na hco3，即为负硬度，亦称钠碱度。5. 水垢生成过程及阻垢控制：受热分解：ca（hco3）2 受热

13、caco3+ h2o + co2 mg（hco3）2 受热 mg（oh）2 + 2co2 初始的 caco3及 mg（oh）2 叫“水渣”，大部分的“水渣”沉淀可通过有效排污排出水系统， 而浓缩过高（析出量超出饱和浓度时） ，会不断堆积在换热面由非晶体到无定形晶体并由小变大成为结晶体，这时就在换热面形成为了碳酸盐水垢。溶解度降低：page 8 of 16 大部分的结垢物质，如caco3、ca so4、casio3等，都是随温度升高而溶解度降低的，这样在换热温度最高部位沉积成水垢。水质稳定剂阻垢机理：常见的有“有机膦酸盐”、有机聚羧酸盐“复配成份水处理药剂，通过“螯合” 、 “晶格曲张” 、 “

14、凝聚分散”等综合作用，减少小颗粒 caco3晶体有效相互碰撞而增大，提高小颗粒晶体的“溶解性”，产生一些较大的非晶体颗粒，乃至使水垢变得松软易被水冲刷而分散，从而起到良好的阻垢功效。水质软化剂阻垢机理：常见的有含“腐殖酸钠“复配成份水处理药剂，其可通过“腐殖酸钠“的羧基或氛羟基上的 na+与水中的 ca2+、mg2+进行离子交换， 生成的腐殖酸钠钙及腐殖酸钠镁沉淀，从而使水质得到软化。同时软化剂一般也具备一定的阻止晶体增大及增加水渣流动性的作用，从而起到良好的阻垢功效。6. 综合 ph 值、总硬度、全碱度指标关联与开式系统阻垢管控的几项基本原则：1) 首先，需要通过控制冷却水浓缩在适宜倍数，将

15、总硬度数值控制在指标内（即800 mg/l ） 。其作用为缓解因结垢物质浓度过高，碳酸盐及非盐酸盐大量析出，使在换热面结垢趋势客观加剧；避免因总硬度远大于全碱度，在组合成碳酸盐硬度后继续生成大量非碳酸盐硬度，非碳酸盐水垢不易被清除；避免因结垢物质析出过量，而超出水处理药剂的阻垢功效范围。2) 其次需要保持循环水中的全碱性浓度与总硬度浓度较为接近。其作用为确保硬度与碱度的化合物主要以碳酸盐硬度析出，因大部分沉淀在未形page 9 of 16 成晶体前为水渣形式，具有良好流动性以可通过有效排污排出系统，从而加大缓解换热面成垢速度；提高循环水碱度，水质的ph 值亦会同步上升，可起到增大防腐作用。为使

16、水中硬度与碱度较为接近方式，从开式系统节水减排的原则上，主要是通过投加碱性水处理药剂来提高碱度，而非依靠大量排换水来降低硬度。3) 再次控制全碱度在指标内 （即 600mg/l ） ，即需要适量投加碱性水处理药剂。因为 ph 值是全碱度一部分，全碱度增大，ph 值也会同步上升，开式系统 ph 值在有铜系统需 9.5，这是防止对铜材质造成腐蚀趋势加剧。4) 除通过调控水质的 ph 值、总硬度、全碱度数值及有效关联外，选用质优的复配水质稳定剂可起到提高阻垢功效作用。如在配合选用质优的复配水质软化剂可起到进一步提高浓缩（节水减排）及在高硬给水的特定条件下依然有良好的阻垢保障。7. 电导率：电导率定义

17、：最简便及间接的水中含盐量表示方法。因为水中溶解的大部分盐类都是强电解质，它们在水中全部电离成离子，所以可以利用离子的导电能力来判断水中含盐量的高低。控制标准：开式系统gb50050-2007无控制指标， dg/tj08-2081-2011指标为 4,000 s/cm。为分析循环水中的含盐量及循环水的浓缩，可根据给水源的电导率数值，自行设定一个开式系统的循环水电导率指标，一般可取给水源数值的page 10 of 16 510 倍，如目前长三角地区自来水给水大多在300 800 s/cm，因此可自行设定开式系统 3,000 s/cm。闭式系统因为没有浓缩， gb50050-2007 及 dg/t

18、j08-2081-2011 无控制指标。控制电导率的意义：循环水中不同离子对设备水系统造成不同的程度腐蚀及结垢危害，这些离子浓度越高（即含盐量过高）将同时对设备系统的腐蚀及结垢危害越大，因此需要加以适当控制。控制的方式主要通过管网排换水来调控。调控方式：可采用人工在排换水，也可采用设备在线电导检测联动电磁阀设定区间自动控制。8. 总溶解固体：总溶解固体定义：指已经经过悬浮固体分离的滤液，经蒸发、干燥所得的残渣。因其近似与含盐量，有时也直接将其称为总含盐量。控制标准：开式及闭式系统gb50050-2007 及 dg/tj08-2081-2011均无控制指标。自定设定为标准、意义及方式与电导率控制

19、一样，不再累叙。总溶解固体与电导率关系：以温度25时为准，电导率与总溶解固体大致成正比关系，约1 s/cm = 0.550.6 mg/l ，温度每变化 1，大约变化 2%，温度高于 25取负值，反之取正值。9. 氯离子 ：氯离子是一种腐蚀性最强的阴离子，它可起到水温、 水流等腐蚀的催化作用、page 11 of 16 破坏金属表面保护膜以及引发不锈钢应力腐蚀。控制标准：开式系统：gb50050-2007 指标为 1,000 mg/l ， 在传热面水侧壁温大于70条件下，要求 700mg/l 。dg/tj08-2081-2011指标为 1,000 mg/l 。闭式系统： gb50050-2007

20、及 dg/tj08-2081-2011均无控制指标。循环水浓缩倍数计算及控制：因为在水中的氯离子较为稳定，所以较为准确的计算浓缩的方式是取循环水的氯离子含量与原水的比值。 由此设定氯离子指标过高会加剧系统金属腐蚀，而太低则需通过大量排换水达到。此外大多杀菌剂（尤其强氧化性的）均为含氯化合物，大量投加则会加剧对系统金属腐蚀。10. 浊度 ：浊度是间接表示水中悬浮物及胶体含量的指标。因为悬浮物测定方式较为繁琐，因此通过无浊水稀释成各种登级的标准液与原水进行对比是通用性强且简单的测定方式。控制标准：开式系统： gb50050-2007指标为 20ntu ，在板式、螺旋式换热系统要求10ntu 。dg

21、/tj08-2081-2011指标为 30ntu 。闭式系统： gb50050-2007无控制指标， dg/tj08-2081-2011为20ntu 。控制浊度的意义：水中各类悬浮物颗粒、有机物胶体及生物黏泥等较为容易在系统水缓处（尤其设备换热面）形成沉淀，造成对设备的结垢及腐蚀加剧，因此需要适当控制循环水的浊度。控制浊度的方式主要是排换水或过滤，如page 12 of 16 指标设定过低，即需要大量排水（浪费水资源，在密闭系统运行中更无法实施，所以需要在停机时进行管网整体水冲洗），增加过滤设备则加大水阻导致能耗上升。因此行业标准权衡利弊给予适当的浊度指标。11. 总铁：循环水中铁的含量一方面

22、由补充水带入，一方面由系统腐蚀产生。因此监测循环中总铁含量可间接反映系统内的铁腐蚀状况。控制标准：开式系统： gb50050-2007指标为 1.0mg/l 。dg/tj08-2081-2011指标为1.5mg/l 。闭式系统： gb50050-2007无控制指标， dg/tj08-2081-2011为2.0mg/l 。控制总铁的意义：因为循环中总铁含量可间接反映系统内的铁腐蚀状况，一旦较高，就需要提示水处理工作加强防腐管控，避免腐蚀问题持续恶化造成设备损坏管道穿孔等严重问题。除此之外通过适当的排换水稀释（或保持较低浓缩）也可降低循环水中总铁的含量，但这是表象工作甚至有时会误导对系统金属腐蚀状

23、况的判断。金属腐蚀具有不可逆性，化学水处理防腐功能为最大限度延缓水对金属腐蚀，即不能改善原先已经腐蚀的状况也不能终止今后的继续腐蚀。一旦系统管网已经存在严重腐蚀，总铁指标原则上是难以恢复的，尤其在运行中的密闭系统因为无法排换水更无法解决。因此对已经存在严重腐蚀的系统 （总铁较高的），悬挂腐蚀挂片监测循环水对金属的腐蚀速率比要求总铁指标有意义的多。目前gb 规定循环水对碳钢、不锈刚的腐蚀速率为 0.075mm/a 、0.005mm/a 。page 13 of 16 12. 铜离子：循环水中铜离子的含量一方面由补充水带入（较为微量），一方面由系统腐蚀产生。因此监测循环中铜离子含量也可间接反映系统内

24、的铜腐蚀状况。控制标准：开式系统： gb50050-2007指标为 0.1mg/l 。dg/tj08-2081-2011指标为0.2mg/l 。闭式系统： gb50050-2007无控制指标， dg/tj08-2081-2011为0.2mg/l 。控制铜离子的意义：其情况与控制总铁基本一样，不再累叙。目前gb 规定循环水对铜合金的腐蚀速率为0.005mm/a 。此外水中铜离子含量过高会导致镀铜危害，因为局部电位差加剧造成基体铁材质腐蚀加剧。例如一些铜材质换热器外部的铁材质端盖存在严重腐蚀就是这个原因。13. 细菌总数：细菌总数又称异养菌总数，是指经过培养在营养琼脂培养基上产生肉眼可见菌落的那些

25、细菌总量，它是反应细菌滋生程度的指标。控制标准：开式系统： gb50050-2007及 dg/tj08-2081-2011指标为 1*105个/ml；闭式系统： gb50050-2007 无指标， dg/tj08-2081-2011为1*103个/ml 。控制细菌总数的意义：除一些公共设施（如宾馆、商场）外，循环水系统控制细菌总数意义不在于环卫角度，而是主要避免因细菌藻类快速繁殖产生大量生物黏泥（热阻）影page 14 of 16 响设备热交换，因此在开式系统设定的指标较为宽松。因为目前控制细菌总数的方式主要是投加杀菌剂，如果设定指标较小则需要大量投加杀菌剂，杀菌剂本身会对自然水体环境造成污染

26、（具体一定毒性， 破坏水体生态），此外上面已经表述大多杀菌剂（尤其强氧化性的）均为含氯化合物，大量投加则会加剧对系统金属腐蚀。因此凡事都有利弊应取得权衡，并非细菌总数越小越好，而是看其副作用的危害程度。细菌总数的增长取决于细菌繁殖速度与细菌总数的基数。以昱真公司的细菌总数管控经验，最佳的方式应把日常采用碱性水处理模式抑制细菌繁殖速度为主要手段，再辅助定期集中冲击式投加杀菌剂来降低细菌总数的基数。这样即可保障细菌总数在控制指标内又最大限度的减少杀菌剂的投加。细菌及藻类的滋生主要取决于环境温度、大气接触及阳光照射的因素。其中密闭系统因为没有阳光，所以没有藻类（藻类属于水生植物，需要光合作用才会大量滋生），同时也因为与大气环境接触较少及温度不适宜细菌快速繁殖，所以一般密闭循环水的细菌总数较小，同时控制指标也要求较小。三、 专业角度解读水质检测分析报告的几项基本原则1. 水质分析报告主要是反应当前水质对系统的结垢、腐蚀危