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循环水浓缩倍数的检测方法及控制指标

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2020年4月19日
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循环水浓缩倍数的检测方法及控制指标

摘要：为了充分发挥水处理药剂的效能，提高水质管理水平，增加经济效益，对本厂循环冷却水系统的浓缩倍数数据进行了现场调查，分析了不同浓缩倍数检测方法的可行性、实用性，并对浓缩倍数的控制指标提出了合理的范围。
关键词：循环冷却水 浓缩倍数 检测方法 控制指标
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　　循环水浓缩倍数是指循环冷却水系统在运行过程中，由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩的倍率(以补充水作基准进行比较)，它是衡量水质控制好坏的一个重要综合指标。浓缩倍数低，耗水量、排污量均大且水处理药剂的效能得不到充分发挥；浓缩倍数高能够减少水量，节约水处理费用；可是浓缩倍数过高，水的结垢倾向会增大，结垢控制及腐蚀控制的难度会增加，水处理药剂会失效，不利于微生物的控制，故循环水的浓缩倍数要有一个合理的控制指标。
　　浓缩倍数的检测方法有很多，由于各厂补充水水质及循环水运行情况的差异，不同方法测出的结果都不同，因此对不同循环水浓缩倍数的检测方法进行比较是很有必要的。
　　1 循环水浓缩倍数的检测方法
　　循环水系统日常运行时，浓缩倍数的检测一般是根据循环水中某一种组分的浓度或某一性质与补充水中某一组分的浓度或某一性质之比来计算的。即：
　　K＝C循/C补(1)
　　式中　C循--循环水中某一组分的浓度
　　　　　C补--补充水中某一组分的浓度
　　但对于用来检测浓缩倍数的某一组分，要求不受运行中其它条件如加热、投加水处理剂、沉积、结垢等情况的干扰。因此，一般选用的组分有Cl-、Ca2+、SiO2、K+和电导率等。
　　1.1 Cl-、Ca2+法
　　虽然Cl-的测定比较简单，在循环水运行过程中既不挥发也不沉淀，但我厂因常见Cl2或NaClO、洁尔灭等药剂来控制水中的微生物及粘泥，这样会引入额外的Cl-，用该法测得的浓缩倍数会偏高；同时循环水系统在运行过程中或多或少地会结垢，特别在高浓缩倍数时更为明显，故用Ca2+法测得的浓缩倍数会偏低。
　　1.2 电导率法
　　电导率的测定比较简单、快速、准确。从理论上来说，在循环水系统中常需要加入水处理剂和通入Cl2，这会使水的电导率增加，另外当系统设备有泄漏时也会使电导率明显增高，故用该法测出的电导率也会产生很大的误差。事实上，我厂于1996年3-7月用电导率法进行了测试，结果表明：用作基准的补充水--长江水的电导率是波动不稳的，其波动范围为154～291 μS/cm；循环水的电导率也是波动不稳的，一循、三循波动范围分别为330～613 μS/cm、308～618 μS/cm。因此，当循环水的电导率较高、补充水的电导率也较高时，得出的K值还是不高；当循环水电导率不高而补充水电导率较低时，K值也会高。
　　1.3 SiO2法
　　由于我厂循环水系统未投用硅酸盐系列水处理剂，因此原来一直沿用该法。用该法检测时，循环水浓缩倍数数据出现了异常波动且严重失真的现象：用以前沿用的室内新鲜水作基准进行比较时，浓缩倍数普遍偏高，一循曾高达8.5；后改用装置补充水作基准进行比较时，浓缩倍数又普遍偏低，有时甚至出现＜1的情况。
　　1.4 K+法
　　从理论上来说，循环水系统中K+来源较少，一般在某个阶段内K+是相对稳定的，但在不同时期，也会受土壤、地面水等外界环境的影响而有一定的变化。K+的溶解度较大，在运行过程中也不会从水中析出，故用K+法检测循环水浓缩倍数K时，受到的干扰相对较少。
　　为此，进行了如下考察。
　　① 现场检测结果的考察，见表1。
表1? 1995年4——7月K+法规场数据
采样日期
补充水K+含量（mg/L）
一循K+含量（mg/L）
浓缩倍数
4月1日
1.25
3.40
2.72
4月5日
1.25
3.65
0.92
4月10日
1.40
4.40
3.14
4月15日
1.60
4.70
2.94
4月20日
1.50
4.80
3.20
4月27日
1.45
3.30
2.23
5月15日
1.38
3.10
2.25
5月19日
1.45
3.40
2.34
5月23日
1.40
3.70
2.64
5月27日
1.45
3.00
2.07
5月31日
1.50
2.60
1.73
6月4日
1.39
3.39
2.44
6月12日
1.30
3.70
2.31
6月18日
1.52
3.65
2.40
7月3日
1.12
3.10
2.77
7月9日
1.58
3.22
2.04
7月15日
1.10
2.35
2.14
7月18日
1.35
3.50
2.59
　　从表1能够看出，补充水K+的变化不大，其变化范围为1.10～1.60 mg/L一循水K+的变化范围为2.35～4.80 mg/L。
　　同样以一循为例，将一循数据分成两段(4—5月/6—7月)进行数理统计结果表明：两段检测结果之间不存在系统误差，因此用K+法测出的结果是可靠的。
　　② 方法精密度的考察，其结果见表2。
表2?? K+标液及样品的重复检测结果
样品名称
八次重复检测结果K+（mg/L）
平均结果x（mg/L)
标准偏差s
变异系数s/x(%)
标液6mg/L
5.88
5.82
5.94
6.12
5.94
5.88
5.82
6.12
5.94
0.12
2.02
装置补充水*
1.98
1.98
1.92
2.04
1.92
1.98
1.92
1.92
1.96
0.045
2.30
一循水样
3.66
3.60
3.72
3.84
3.66
3.72
3.90
3.60
3.71
0.11
2.96
三循水样
5.64
5.70
5.58
5.46
5.58
5.40
5.34
5.70
5.55
0.14
2.52
注? *该装置补充水中K+浓度数据为1999年11月8日所测。
从表2可见：该方法精密度高，其变异系数＜3%。
　　③ 不同实验室间的结果对照见表3。
表3? 1996年3-5 月浓缩倍数的对照分析结果（K+法）
采样日期
研究室测得K值
供水室测得K值
两室K值之差的绝对值
两室K值之差的绝对值/平均值×100%

一循
三循
一循
三循
一循
三循
一循
三循
3月18日
2.25
2.33
2.21
2.26
0.04
0.07
1.8
3.0
3月12日
2.16
2.20
2.16
2.10
0.0
0.10
0.0
4.5
3月25日
1.97
2.57
1.92
2.55
0.05
0.02
2.6
0.8
4月1日
1.85
2.85
1.85
2.65
0.0
0.20
0.0
7.3
4月8日
2.26
3.26
2.19
3.17
0.07
0.09
3.2
2.8
4月16日
2.12
3.04
1.93
2.79
0.19
0.25
9.4
8.6
4月22日
2.04
3.14
2.06
3.16
0.02
0.02
1.0
0.6
4月29日
2.62
2.21
2.75
2.23
0.13
0.02
4.8
0.9
5月6日
2.42
2.12
2.40
2.08
0.02
0.04
0.8
1.9
5月13日
2.31
停工
2.19
停工
0.12
停工
5.3
停工
5月27日
2.48
停工
2.36
停工
0.12
停工
5.0
停工
注? 该对照结果为不同实验室的不同人员对同一天的不同样品用不同仪器进行分析的结果。
　　从表3能够看出，现场应用情况也较好，两室K值之差的绝对值与平均值之比值≤9.4%。
　　由此可见，用K+法测出的K值误差较小，可作为循环水系统的实际K值。
2 循环水浓缩倍数的控制指标
　　一般浓缩倍数低，耗水量就大，排污量也大；浓缩倍数高能够减少水量，节约水处理费用。但浓缩倍数过高会使循环冷却水中的硬度、碱度和浊度升得太高，水的结垢倾向增大很多，从而使结垢、腐蚀控制的难度变大，使水处理药剂(如聚磷酸盐)在冷却水系统内的停留时间增长而水解。因此，循环冷却水的K值并不是愈高愈好。
　　我厂现有四套循环水系统，其中一循最大，故以一循为例加以说明。一循系统容量为1.2×104m3/h，循环水量R为1.1×104m3/h，根据：
　　M补水量＝［K·α/(K-1+α)］×R
　　D排水量＝［α/(K-1+α)］×R
　　α=△T/600
　　式中 ΔT--我厂循环水进出口水温之差(≈8 ℃)
　　　　　K--循环水系统的K
　　　　　α--蒸发因子
　　据此可计算出α＝0.013和K＝1～10时系统所需补水量M、排污量D、(M/R)%、(D/R)%及节水率ΔM/R)/ΔK，计算结果见表4。
表4? 一循在不同K下冷却水系统的参数计算值
项目
浓缩倍数K

1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0

D（m3)
11000
141.2
71.0
47.5
35.6
28.5
23.8
20.4
17.8
15.9

M(m3)
11000
282.3
213.1
189.8
178.2
171.2
166.5
163.1
160.6
158.7

D/R(%)
100
1.28
0.65
0.43
0.32
0.26
0.22
0.19
0.16
0.14

M/R(%)
100
2.57
1.94
1.73
1.62
1.56
1.51
1.48
1.46
1.44

（△M/R）/△K（%）
97.4
0.63
0.21
0.11
0.06
0.04
0.03
0.02
0.02

　　从表4能够看出：
　　① 随着浓缩倍数的增加，冷却水系统的补充水量M和排污水量D都不断减少。因此，提高循环水的浓缩倍数，能够节约水资源。
　　② 每提高一个浓缩倍数单位所降低的补充水量的百分比［(ΔM/R)/ΔK］随浓缩倍数的增加而降低，且在低浓缩倍数时，提高K值的节水效果比较明显；但当K提高到4.0以上时再进一步提高浓缩倍数的节水效果就不太明显了，如一循由4.0提高到5.0时，节水量仅占循环水量的0.11%，因此我厂循环冷却水系统的浓缩倍数控制在2.0～4.0为好。
　　3 结论
　　① 我厂循环水浓缩倍数的检测采用Cl-、Ca2+、SiO2和电导率等法误差较大。
　　② 数理统计结果及现场应用情况表明用K+法具有准确度高、精密度好等特点。
　　③ 我厂循环冷却水系统的浓缩倍数控制在2.0～4.0为好。