乌海职业技术学院课件 循环冷却水的处理

CaO H 2O CaOH 2
CO2 CaOH 2 CaCO3 H 2O
Ca
HCO3
2CBiblioteka OH 22CaCO 3

2H 2O
Mg
HCO3
2

2CaOH 2

2CaCO3

MgOH 2

2H 2O
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2．加酸或通CO2，降低pH，稳定重碳酸盐
SiO2易与水中的Ca2+或Mg2+生成传热系数很小的硅酸钙或硅酸 镁水垢。这类水垢不能用一般的化学清洗法去除，而要用酸 碱交替清洗。 4．硫酸钙
硫酸钙在98℃以下是稳定的二水化合物(CaSO4·2H2O)， 其溶解度比碳酸钙大40倍以上。在37℃以下，溶解度随温度 升高而增大，在37℃以上则相反，随温度升高而减小。硫酸 钙垢非常硬，难以用化学清洗法去除。
在阳极 在阴极
Fe Fe 2 2e 1/ 2O2 H 2O 2e 2OH
在水中
Fe 2 2OH FeOH 2
2FeOH 2 1/ 2O2 H 2O 2FeOH 3
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腐蚀类型
全面腐蚀在整个金属表面均匀进行，腐蚀电流极微小， 难以观察辨识阴阳极，腐蚀产物对金属有一定保护作用。
q2 a(T2 T)
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二、 冷却构筑物
1. 水面冷却池 （1）水面面积有限的水体 （2）水面面积很大的水体
2. 喷水池 3. 冷却塔 4. 集水井
湿式 干式
5. 旁滤池
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1. 水面冷却池
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2. 喷水冷却池
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3.湿式冷却塔
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冷却塔
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冷却塔的组成部分
（1）配水系统 （3）风机 （5）空气分配装置 （7）集水池

2H 2O
也可向水中通入CO2或净化后的烟道气，稳定重碳酸
盐。该法适用于生产过程中有多余的干净CO2气体或有含
CO2的废水可以直接利用的情况，
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3．投加阻垢剂
结垢是水中微溶盐结晶沉淀的结果。在盐类过饱和溶液 中，首先产生晶核，再形成少量微晶粒，然后这些微晶粒相 互碰撞，并按一种特有的次序排列起来，使小晶粒不断长大， 形成大晶体。如果投加某些药剂，破坏或控制结晶的某一进 程，水垢就难以形成。具有阻垢性能的药剂包括螯合剂、抑 制剂和分散剂。螯合剂与阳离子形成螯合物或络合物，将金 属离子封闭起来，阻止其与阴离子反应生成水垢。EDTA是性 能良好的螯合剂，几乎能与所有的金属离子螯合。抑制剂能 扩大物质结晶的介稳定区，在相当大的过饱和程度上将结垢 物质稳定在水中不析出。
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产生主要危害的几类微生物
氨化细菌 硝化细菌 铁细菌 硫细菌 硫酸还原菌
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冷却水系统中微生物生长繁殖的控制方法
1．防止冷却水系统渗入营养物和悬浮物 营养物进入系统主要通过补充水、大气和设备泄漏三条
途径。磷系和胺系药剂的分解也提供部分营养物。对原水进 行混凝沉淀和过滤预处理可去除大部分悬浮物和微生物。藻 类生长需要日光照射进行光合作用，如能遮断阳光，就可防 止藻类繁殖。 2．投加杀生剂
乌海职业技术学院化学工程系
7.循环冷却水的处理
主讲教师：王茹 环境工程教研室
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教学目的、要求：
掌握冷却原理、水垢的控制、腐蚀的类型、 微生物控制 熟悉工业冷却水系统的类型、冷却构筑物、 污垢的控制 了解工业冷却水循环利用的意义，设备腐蚀 的影响因素
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7.1 概述
一、工业循环冷却水循环利用的意义： 稳定生产 节约用水 减少环境污染 节约钢材和提高经济效益
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饱和指数法 SI=pH-pHS
稳定指数法 IR=2pHS -pH
SI=0 稳定 SI>0 结垢倾向
SI<0 腐蚀倾向
4.0-5.0严重腐蚀 5.0-6.0轻微腐蚀 IR= 6.0-7.0基本稳定 7.0-7.5显著腐蚀 7.5-9.0严重腐蚀
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3．硅酸盐垢 循环冷却水中，SiO2含量过高，加上水的硬度较大时，
在循环冷却水系统中投加杀生剂是目前抑制微生物的通 行方法。杀生剂以各种方式杀伤微生物、如重金属可穿透细 胞壁进入细胞质中，破坏维持生命的蛋白质基团。
保护膜的持点 致密 薄膜(3—20nm) 与基础金属的结合紧密 缓蚀性能好
与基础金属结合不太紧密缓蚀效果 不佳多孔，膜厚
较致密，膜较薄 缓蚀性能较好
对酸液、非水溶液等，在金属表 面清洁的状态下，形成较好的吸 附层。在淡水中，对碳钢的非清 洁表面，难以形成吸附层
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四、微生物及其控制
微生物在冷却水系统中繁殖形成粘泥，使传热效率下降， 加速金属腐蚀，影响输水，粘泥腐败后产生臭味，使水质 变差。因粘泥引起的故障往往与腐蚀和水垢故障同时发生， 按照故障的表现形式，可分为粘泥附着型和淤泥堆积型二 类，前者主要是微生物及其代谢物和泥砂等的混合物附着 于固体表面上而发生故障，常发生在管道、池壁、冷却塔 填料上，后者是水中悬浮物在流速低的部位沉积，生成软 泥状物质而发生故障。常发生在水池底部。在换热器壳程 和配水池中二类故障都可能发生。
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表1 缓蚀膜类型及特点
缓蚀膜类型
氧化膜型 (钝化膜型)
水中离子型
（与水中钙离
沉
子等生成不
淀
溶性盐）
膜 （金属离子型
型 与缓蚀对象
的金属离子生
成不溶性盐）
吸附膜型
典型缓蚀剂名称
铬酸盐 亚硝酸盐 钨酸盐 钼酸盐
聚磷酸盐 磷酸盐 硅酸盐 锌盐
琉基苯并噻锉 苯并三氮锉 甲苯基二氮锉
胺类 硫醇类 表面活性剂 木质素
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水垢的种类和特点
1．碳酸钙 在冷却水系统中最常见的水垢。判断CaCO3结晶或溶解倾
向的两种方法是饱和指数法和稳定指数法，两种指数协同使 用，有助于较正确地判断冷却水的结垢与腐蚀倾向。 2．磷酸钙
为抑制金属的腐蚀，有时会投加聚磷酸盐作为缓蚀剂。 当水温升高时，聚磷酸盐会水解成正磷酸盐。分解率因冷却 水的停留时间而异，约10％～40％。结果PO43-与Ca2+可生成 溶解度很低的Ca3(PO4)2。
（3）冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀 （4）有害离子引起的腐蚀 （5）微生物引起的腐蚀 （6）微生物的滋生和黏泥
循环冷却水处理的基本任务：防止或缓减系统的腐蚀和结 垢及微生物的危害，确保冷却水系统高效安全运行。
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7.3 循环水水质控制 一、水垢及其控制
冷却水中的水垢一般由CaCO3、Ca3(PO4)2、CaSO4、 硅酸钙(镁)等微溶盐组成。这些盐的溶解度很小，如在 0℃时，CaCO3的溶解度是20mg/L，Ca3(PO4)2的溶解度只 有0.1mg/L，而且它们的溶解度随pH值和水温的升高而降 低，因此特别容易在温度高的传热部位达到过饱和状态而 结晶析出，当水流速度较小或传热面较粗糙时，这些结晶 就容易沉积在传热表面上形成水垢。
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二、污垢的控制
降低补充水浊度 做好循环冷却水水质处理 投加分散剂 增加旁滤设备
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三、腐蚀及其控制
腐蚀机理及其影响因素 冷却水对碳钢的腐蚀是一个电化学过程。由于碳钢组织 和表面以及与其接触的溶液状态的不均匀性，表面上会形成 许多微小面积的低电位区(阳极)和高电位区(阴极)，每一对 阳极和阴极通过金属本体构成一个腐蚀原电池，分别发生氧 化和还原反应。
（2）淋水填料 （4）风筒 （6）除水器 （8）塔体
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自然通风冷却塔
自然通风式冷却塔是利用空气自然对流来使水冷却的， 水流运动形式有喷淋、溅滴等多种 .主要有进水管、出 水管、分配水管、喷头和通风百叶窗等部件组成。
优点是；构造简单； 设备投资少；运行 维护方便。 缺点是：占地面积 大；冷却效率低； 冷却效果不稳定， 易受风速和风向的 影响，水被吹散的 损失大
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机械通风冷却塔
通风式冷却塔需要消耗电能， 而且维护管理比较复杂。但是 它的冷却效率高，结构紧凑， 占地面积小，适用范围广 。
冷却塔水系统
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抽风式机械通风横流钢制冷却塔
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逆流式机械通风冷却塔
在塔内空气和水通过填料时的流 动方向是相逆的：热水从上向下 淋洒，而空气从下向上流动。冷 却效果比较好，横断面积相对较 小，其缺点是配水不够均匀，而 且塔体高度较大。
量之比。
K cx cb
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补充水量 M=E+D+B+F
1、蒸发损失E：空气在塔内上升过程中则逐渐变热，最后由 塔顶逸出，同时带走水蒸气，这部分的损失。
E=a(R-B)
2、风吹损失D：热水有塔顶向下喷溅时，由于外界风吹和风 扇抽吸的影响，循环水中由一定的飞溅损失和随空气带走的 雾沫夹带损失，这些损失的水称为风吹损失。
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影响金属腐蚀的操作因素
（1）水质：钙硬度高或浓缩倍数大的水容易产生坚硬的CaCO3 水垢，对碳钢起保护作用，软水腐蚀性比硬水严重。
（2）pH值：如图11-8所示。 （3）溶解气体：水中溶解氧在金属表面的去极化作用，是金 属腐蚀的主要原因。如图11-9所示。 （4）水温：水温升高能加快氧的扩散速度，从而加速腐蚀。 （5）流速：如图11-10所示。 （6）微生物：冷却水中滋生的微生物直接参与腐蚀反应。
对一些水量较大，而水质要求并不十分严格的循环
水系统，一般采用加酸法处理。通常加H2SO4，若加HCl会 带入Cl-,增强腐蚀性，而加HNO3则会带入NO3-,促使硝化细 菌繁殖。加酸后，pH值降低，反应向左进行。使碳酸盐
转化成溶解度较大的硫酸盐：
CaHCO3
2

H 2 SO4
CaSO4

2CO2
局部腐蚀仅在金属表面局部范围内进行，其余区域不受 腐蚀。这类腐蚀速度快；腐蚀产物分布在局部表面；常引起 换热设备等早期穿孔。其表观特征是可宏观识别阴阳极和腐 蚀电流的方向、可测出电极电位值。