工业冷却水处理概论简报(上)课件

1、 工業冷卻水處理概論（上）1第一章 冷卻水概論第二章 冷卻水常發生之困擾 第一節 腐蝕困擾 第二節 水垢及沉積物困擾 第三節 微生物困擾第三章 冷卻水困擾解決 第一節 腐蝕控制 第二節 水垢及沉積物控制 第三節 微生物控制第四章 系統處理考慮因素第五章 系統處理評估第六章 優良複配藥劑介紹2第 一 節 水 的 組 成懸浮固体物：泥沙、粘土及膠体物等溶存固体物：Ca2+、Mg2+、HCO3 、CL 、 SO42、K+、Na+、NO3、SiO2 及鐵、錳化合物等溶 存 氣 体 ：CO2、O2、H2S 等有 機 物 ：COD、BOD、TOC3第二節 水中主要不純物之不良影響不純物名稱不良影響1.硬度

2、、鹼度在熱交換器及管路形成水垢沉積2.溶存氣体O2、CO2及H2S等易導致金屬腐蝕現象的發生3.鐵、錳離子金屬表面退色、失去光澤並形成沉積物4.矽酸根離子形 成 矽 酸 鹽 水 垢5.氯離子導致金屬腐蝕，尤其是不鏽鋼材質6.硫酸根離子導致金屬腐蝕，且可能形成硫酸鈣水垢沉積7.懸浮物(S.S)易沉澱形成沉積物及引伸沉積物下方的腐蝕8.有機物易繁殖微生物及其粘泥沉積，並產生腐蝕9.油污及製程洩漏易繁殖微生物，並對腐蝕抑制劑產生干擾4原水(工業用水)處理方式流程圖一粗篩冷卻，消防及一般公用水曝氣沉澱凝集沉降冷石灰軟化熱石灰軟化冷卻，消防用水A類過程冷石灰軟化過濾錳沸石吸附B類過程淨水，洗滌飲用水，飲

3、料用水 原水供應5原水(工業用水)處理方式流程圖二鈉離子脫礦除矽氫型陽離子樹脂低中壓鍋爐用脫氣陰離子樹脂超濾混床 純水供 鍋爐及 製程使用脫礦過程電析逆滲透蒸餾超純水，供高壓鍋 爐使用( 1500psig) 終極純水(電子，製藥用)給水，洗滌飲用水，飲料用水 低中壓 鍋爐用低中壓鍋爐用 高壓 鍋爐用洗滌，各種製程用水或再行離子交換C類過程6地下水中鐵離子之去除方式曝氣氧化法： 4Fe2+ O2 10H2O 4Fe(OH)3 8HB. 錳砂過濾除鐵法： 4MnO2 3 O2 2Mn2O7 Mn2O7 4Fe2+ 3H2O 2MnO2 6Fe3+ 6OH Fe3+ 3OH Fe(OH)3 7軟化的

4、方法軟化方法適用條件石灰軟化法硬 度 高 、 鹼 度 高 的 水(暫時硬度高、永久硬度低的水)石 灰 - 純 鹼軟化法硬 度 高 、 鹼 度 低 的 水( 永 久 硬 度 高 的 水 ) 石 灰 - 石 膏軟化法鹼 度 高 的 負 硬 度 水( 總 鹼 度 大 於 總 硬 度 的 水)陽離子交換樹脂軟化法去 除 鈣 、 鎂 硬 度 為 主 ( 鈉 型 )亦 可 去 除 總 鹼 度 ( 氫 型 )8A. 石 灰 軟 化 法化 學 反 應 式 ：Ca (OH )2 CO2 CaCO3 H2OCa (OH )2 Ca (HCO3 )2 2CaCO32H2O2 Ca (OH )2 Mg (HCO3 )

5、2 2 CaCO3 Mg (OH )2 2H2O 9B. 石 灰 純 鹼 軟 化 法化 學 反 應 式 ：CaSO4 Na2CO3 CaCO3 Na2SO4CaCL2 Na2CO3 CaCO3 2 NaCLMgSO4 Na2CO3 MgCO3 Na2SO4 MgCL2 Na2CO3 MgCO32 NaCLMgCO3Ca(OH)2 CaCO3Mg (OH )210C. 石 灰 石 膏 軟 化 法化 學 反 應 式 ：2 NaHCO3CaSO4Ca(OH)2 2 CaCO3Na2SO4 2 H2O 2 KHCO3 CaSO4 Ca(OH)2 2 CaCO3K2SO4 2 H2O11D.陽離子交換樹

6、脂軟化法SiO2CLNa+SO4-Mg+HCO3-Ca+陰離子陽離子SiO2CLSO4-HCO3-Na+陰離子陽離子R SO3Na軟化裝置 原 水軟化水TAIWAN K.K. CORP.1999/11/26TKKC-CW-002P1212第三節 冷卻水系統之種類1.直流式冷卻系統(Once Through System)熱交換器冷卻水入口出口例： 海 水、河 水、湖 水 直 接 冷 卻 系 統 平 均 溫 差 ： 5 20 所 需 水 量 ： 非 常 大 一 般 困 擾 ： 腐蝕、水垢、淤泥沉積、微生物 水泵13 2.開放循環式冷卻系統例： 噴水池、自然通風式與強制通風式冷卻水塔系統 平 均

7、溫 差 ： 10 30 所 需 水 量 ： 較少 ( 循環率約可 90以上 ) 一般困擾：腐蝕、水垢、淤泥沉積、微生物及木板腐爛14三.密閉循環式冷卻水系統例： 引擎夾套、汽車水箱、熱水及冷凍水系 統 平 均 溫 差 ： 10 15 所 需 水 量 ： 非 常 少 一 般 困 擾 ： “ 腐蝕”、淤泥沉積、微生物加熱或冷卻系統熱交換器熱交換器 循環泵15第一章 冷卻水概論第二章 冷卻水常發生之困擾 第一節 腐蝕困擾 第二節 水垢及沉積物困擾 第三節 微生物困擾第三章 冷卻水困擾解決 第一節 腐蝕控制 第二節 水垢及沉積物控制 第三節 微生物控制第四章 系統處理考慮因素第五章 系統處理評估第六章

8、 優良複配藥劑介紹16第一節 腐蝕的困擾(a)腐蝕原理與反應機構陽極電子流動陰極OH H2O2 H+SO4-2CLNa+Ca+2Fe(OH)3Fe(OH)2FeFeFeFeFe+2Fe+217 ( b ) 腐 蝕 之 形 態均勻腐蝕流電腐蝕點蝕裂隙腐蝕晶粒間隙腐蝕 6. 選擇性溶解或剝離 7. 沖擊腐蝕 8. 應力腐蝕 9. 磨擦腐蝕10. 疲勞腐蝕18 b-1 均勻腐蝕(General Corrosion) 腐蝕的過程在金屬的全部暴露表面上均勻的進行，金屬逐漸變薄，最後全部破壞。( 低PH的酸性溶液中)19 b-2 流電腐蝕(Galvanic Corrosion) 當兩種不同的金屬在電解液中

9、相互接觸時，就會形成一個小的腐蝕電池(流電效應) 。電位較高的金屬為陰極區，電位較低的金屬則為陽極區，造成腐蝕。20 各種金屬的電位情形21 b-3 點蝕 ( Pitting ) 金屬腐蝕電流腐蝕產物 (陰級)點蝕(陽級)22 b-4 裂隙腐蝕 (Crevice Corrosion) 又稱“氧的濃淡電池腐蝕”或“沉積物下方腐蝕”，在工程設計時，應避免在構造物上有縫隙產生，如有則須在縫隙內填充耐久的連接複合物以阻止濕氣或殘留物之留存。而冷卻水系統中應盡量減少沉積物的產生，即可避免此腐蝕23 b-5 晶 粒 間 隙 腐 蝕 (Intergranular Corrosion) ( 結晶內部之破裂 )

10、 當合金中之組成或雜質於晶粒界線(Grain Boundary)處發生析離時，則在材質之粒界間形成電位差，電位較低的金屬在金屬接觸處發生腐蝕。通常合金的組成、水的組成、水流速、水溫、應力、設計誤差、水垢或粘泥等因素均與此類腐蝕有關。24 b-6 選 擇 性 侵 蝕 (Selective Corrosion) 選擇性侵蝕是自一合金中移去其組合成份之一 元素。例如黃銅( Cu Zn ) ，在某種環境中，鋅將優先溶解，留下貴重元素( 銅 ) ，如此會造成合金的機械性質減弱。25 b-7 沖擊腐蝕(Erosion Corrosion) 受水流速影響極大，因流速破壞保護膜而導致金屬某部位之劇烈腐蝕。水中

11、的懸浮固体物、溶氧、溶氯或PH值偏低，都會增加沖擊腐蝕之程度。在某些情況下，還會造成“穴蝕” ( Cavitation Damage) ，穴蝕一般發生在水流速高而壓力發生變化之情況下，因引入氣体而使得保護膜被破壞，造成金屬粒子自表面移走，形成穴狀。26 b-8 應力腐蝕 (Stress Corrosion) 在某些情況下，當金屬受到應力時，腐蝕首先自表面開始，延著金屬的結晶格子延伸而發生龜裂，最後導致嚴重的損壞。27 b-9 磨 擦 腐 蝕 ( Fretting Corrosion ) 曝露於大氣中的兩個相疊接的金屬在受到負荷時(如高壓氣体)會發生振動現象，而使兩者間有少許的滑動產生，以致破壞

12、了金屬因腐蝕而產生的保護膜，使得新的金屬表面曝露於大氣中，讓腐蝕繼續進行。28 b-10 疲 勞 腐 蝕 ( Corrosion Fatigue) 金屬受到週期性的應力負荷時，會減低其對疲勞的抵抗力。當金屬在會引起疲勞的應力下，腐蝕因而產生。29 (C) 影 響 腐 蝕 的 因 素溫度PH值溶存氣体懸浮固体物陰離子 6. 微生物 7. 流速 8. 電位差 9. 應力10. 金屬結構30 C-1 溫 度 對 腐 蝕 之 影 響31 C-2 PH 值 對 腐 蝕 的 影 響32 C-3 溶 氧 量 對 腐 蝕 的 影 響33 第二節 水 垢 及 沉 積 物 之 困 擾 沉積物(Deposit )水

13、垢(Scale)泥濘物(Fouling)碳酸鈣硫酸鈣磷酸鈣矽酸鈣、鎂氧化鐵 泥沙、塵土 腐蝕產物 微生物粘泥 油污等有機物 膠狀氫氧化物34A.水垢及沉積物形成之因素懸浮物顆粒大小及密度懸浮物粒子與金屬表面靜電的情形水流速水溫與PH值 微生物活性不當的抑制劑或抑制劑控制不當離子濃度過飽和沉澱製程洩漏35抑制劑添加不當所造成的沉積36氧化鐵所形成的沉積物37B.沉積物所引起的困擾熱傳效率及冷卻能力降低。水流速減低。增加沉積物下方腐蝕 ( Under Deposit Corrosion ) 之機會。助長微生物的生長及繁殖。有助水垢的形成。排放增加，導致用水成本增加。停車次數增加及維護費用提高。38

14、熱傳導係數減低率曲線圖39C. 碳酸鈣、碳酸氫鈣、氯化鈣、鎂化合物 及硫酸鈣之溶解度 ( ppm as CaCO3 ) 名稱分子式在32在212重碳酸鈣Ca(HCO3)21620分解碳酸鈣CaCO31513氯化鈣CaCL2336000554000硫酸鈣CaSO412901250重碳酸鎂Mg(HCO3)237100分解碳酸鎂MgCO310175氯化鎂MgCL2362000443000硫酸鎂MgSO417000035600040碳酸鈣與硫酸鈣溶解度曲線圖41D. 碳酸鈣水垢析出的判斷方式飽和指數 ( L.S.I. )穩定指數 ( R.S.I 或 S.I. )結垢指數 ( P.S.I. ) 飽和 P

15、H 值( PHS )之關係式： Ca ( HCO3 )2 Ca2+ + 2HCO3- HCO3- H+ + CO32- CaCO3 Ca2+ + CO32- PHS PCa + PM-ALK + “C” SCALE421.飽和指數(L.S.I.)L.S.I. PH PHSL.S.I. 0 傾向結垢L.S.I. 0 傾向不腐蝕、不結垢L.S.I. 0 傾向腐蝕432.穩定指數(R.S.I.)R.S.I. 2 PHS PHR.S.I. 6 傾向結垢R.S.I. 6 傾向不腐蝕、不結垢R.S.I. 6 傾向腐蝕443.結垢指數(P.S.I.)P.S.I. 2 PHS PHeqP.S.I. 6 傾向結

16、垢P.S.I. 6 傾向不腐蝕、不結垢P.S.I. 6 傾向腐蝕 PHeq 1.465 Log M 4.5445PH磷酸鈣飽和PH 1.5 磷酸鈣水垢析出PH磷酸鈣飽和PH 1.5 無磷酸鈣水垢析出E. 磷酸鈣水垢析出的判斷方式磷酸鈣飽和PH值之平衡關係式： Ca3 ( PO4 ) 2 3Ca2+ 2PO43- H3PO4 H+ H2PO4- H2PO4- H+ HPO42- HPO42- H+ PO43-46F. 水垢組成的簡便定性方法水垢主要成份水垢經酸溶解後的情況碳酸鹽垢加酸之後有大量氣泡產生矽酸鹽垢在熱HCL和HNO3中緩慢溶解，產生白色不溶物氧化鐵垢加HNO3溶解，產生黃色溶液 銅垢

17、加HNO3溶解，產生藍色和黃綠色溶液磷酸鹽垢加鉬酸銨試液再加HNO3，產生黃色沉澱，然後再加氨水會使沉積物溶解，即為磷酸鹽垢47 第三節 微 生 物 之 困 擾微生物藻類真菌細菌48A. 微生物繁殖所需的能源與營養源微生物種類能源繁殖所需營養源藻類、光合成細菌太陽能只利用無機物就能繁殖鐵細菌、硫細菌、硝化細菌無機物的氧化燃燒只利用無機物就能繁殖絲狀菌、絲狀細菌有機物的氧化燃燒沒有有機物則不能繁殖49 細菌類型 例 子 生長條件 產生的問題 溫度 好 氧 性夾膜細菌氣桿菌屬黃桿菌屬普通變形桿菌銅綠色假單孢菌賽氏桿菌屬產鹼桿菌屬2040487.4為最佳值形成嚴重的細菌黏泥(Silme)好 氧 芽孢

18、 細 菌蕈狀芽孢桿菌枯草芽孢桿菌204058產生難以消滅的細菌黏液芽孢 好 氧 硫細 菌嗜硫氧化桿菌20400.66把硫化物氧化為硫或硫酸 厭氧硫酸鹽還原菌去硫弧菌屬204048在好氧菌黏泥下生長引起腐蝕，導致硫化氫的形成。 鐵 細 菌 銹鐵菌屬纖毛鐵細菌屬嘉氏鐵柄桿菌屬204067在細菌的外膜上沉澱氫氧化鐵，形成大量的黏泥沉積物PH值B. 冷卻水中常見的細菌及其生長條件50造成系統金屬腐蝕及形成粘泥的細菌 1. 產粘泥型細菌 沉積物下方腐蝕 2. 鐵細菌 ( 鐵沉積細菌 ) 3. 硫酸還原菌 ( 厭氧性細菌 ) 產生H2S 氣体 4. 產酸細菌 ： 硝化細菌 ( Nitrobacteria

19、) 硫桿菌 ( Thiobacillus )51鐵細菌建立氧濃度差腐蝕電池示意圖2Fe2+1.5O2 xH2O Fe2O3xH2O 52硝化細菌產生之問題及困擾將水中的氨轉化為硝酸： 2NH3 + 4O2 2HNO3 + 2H2O 一般氨洩漏之系統，初期PH值將升高，而一旦 硝化細菌開始生長與繁殖時，將因產生之硝酸 而使系統之PH值反轉下降 ( Low PH ) ： HNO3 H+ + NO353C. 冷卻水中常見的真菌及其生長條件真菌類型例 子特 性 產生的問題 絲狀黴菌(半知菌) 麴黴屬青黴屬毛黴屬鐮孢黴屬交鏈黴屬 黑黃褐色 藍 色黃 綠 色白 灰 色黃 褐 色 木材表面木腐病，細菌狀黏液

20、。(Silme) 酵 母 菌(子囊菌) 酉良母屬酵母屬 革質或橡膠狀，一般帶有色素 細菌狀黏液使水和木材變色。 擔子菌屬細 菌 臥孔菌屬革孑間菌屬 白或棕色 木材內部腐爛生長條件溫度 PH值0380380382828 5.6為最佳285.6為最佳5455D. 微生物對系統所造成的困擾形成粘泥，降低熱交換效率。堵塞管路與熱交換器。泵壓上升，流量減少。沉積物下方腐蝕(嚴重的局部腐蝕 ) 。堵塞散水孔，降低冷卻水塔的效率，破壞冷卻水塔的木材，減少使用壽命。冷卻水塔的填料變形、壓壞或脫落。處理藥劑易被吸附，增加用藥成本。56第一章 冷卻水概論第二章 冷卻水常發生之困擾 第一節 腐蝕困擾 第二節 水垢及沉積物困擾 第三節 微生物困擾第三章 冷卻水困擾解決 第一節 腐蝕控制 第二節 水垢及沉積物控制 第三節 微生物控制第四章 系統處理考慮因素第五章 系統處理評估第六章 優良複配藥劑介紹57比值 沉積物傾向CaO / SiO2 0.5 結垢輕微，可忽略 CaO / SiO2 1 要注意結垢問題 CaO / SiO2 2 結垢較嚴重，應改進阻垢方法Fe2O3 / SiO2 2 腐蝕影響很少，不予考慮Fe2O3 / SiO2 = 2 - 5 要注意腐蝕問題Fe2O3 / SiO2 5 腐蝕較嚴重，應加強防腐措施灼燒減重(450) 20% 粘泥(SLIME)較嚴重，應加強殺菌處理沉積物組