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循环冷却水系统的水质处理
摘要：本文介绍了循环冷却水目前常用的水质稳定技术及新的发展趋势，同时简述目前常用及新兴的现场监测技术。
　　关键词：水质稳定、物理处理、在线监测
　　一、前言
　　以水作为冷却介质，并循环使用的一种水系统称为循环冷却水系统。目前，节约用水是全世界都在关注的话题，工业企业一直是用水领域的大户，大部分工业企业目前采用敞开式循环冷却水系统作为节约用水的手段，其特点是冷却水流过生产设备升温后，经管路重新流回冷却设备使水温回降，可用泵送回生产设备再次使用，大大节约了水资源。但是敞开式冷却水在循环过程中会接触空气并蒸发浓缩，因此结垢、腐蚀及微生物滋生成为敞开式循环水系统的三大问题。为保证生产设备长周期安全稳定运行，必须选择一种经济实用的循环水处理方案。这也成为许多水工作者重点研究的课题。

　　二、循环冷却水现状及存在问题
　　循环冷却水由泵送往冷却系统中各用户，经换热后温度升高，被送往冷却塔进行冷却。在冷却塔中热水从塔顶向下喷淋成水滴或水膜状，空气则逆向或水平交流流动，在气水接触过程中，进行热交换。水温降至符合冷却水要求时，继续循环使用。空气由塔顶溢出时带走水蒸气，使循环水中离子含量增加，因此必须补充新鲜水，排出浓缩水，以维持含盐量在一定浓度，从而保证整个系统正常运行。补充水的量应弥补系统蒸发、风吹（包括飞溅和雾沫夹带）及排污损失的水量。循环水与补充水中含盐量之比，即为该循环水系统的浓缩倍数。在一定的循环冷却水系统中，只要改变补充水的含盐量，就可以改变循环水系统的浓缩倍数，而提高浓缩倍数是保证整个循环冷却水系统经济运行的关键。
　　1、水垢附着
　　循环冷却系统中，大量设备是由金属制造，长期使用循环冷却水，会发生腐蚀穿孔。这是由多种因素造微生物（厌氧菌、铁细菌）引起的腐蚀等。设备管壁腐蚀穿孔，会形成渗漏，或工艺介在循环冷却水系统中，碳酸氢盐的浓度随蒸发浓缩而增加。当其浓度达到过饱和状态，或经过传热表面水温升高时，会分解生成碳酸盐沉积在传热表面，形成致密的微溶性盐类水垢，其导热性能很差（≤1.16W/（m·K）钢材一般为45W/（m·K））。因此，水垢附着，轻则降低换热器传热效率，严重时，使换热器堵塞，系统阻力增大，水泵和冷却塔效率下降，生产能耗增加，产量下降，加快局部腐蚀，甚至造成非正常停产。
　　2、设备腐蚀
　　冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀；冷却水渗入工艺介质，影响产品质量，造成经济损失，影响安全生产。
　　3、微生物的滋生与粘泥
　　在循环冷却水系统中，由于养分的浓缩，水温升高和日光照射，给细菌和藻类的迅速繁殖创造了条件。细菌分泌的黏液使水中漂浮的灰尘杂质和化学沉淀物等黏附在一起，形成沉积物会堵死管道，迫使停产清洗。

　　三、循环水处理的新技术
　　循环水处理的新技术包括两个方面：一是新的水质稳定技术，二是新的现场监测技术。
　　水质稳定技术
　　目前广泛使用且较成熟的技术为化学药剂处理，大部分循环水系统均采用“缓蚀阻垢剂+氧化性杀菌剂+非氧化性杀菌剂”的处理方案，由于目前国家对环境要求越来越高，水体富营养化严重等原因，药剂处理也得到发展，由以前的无机磷处理发展到有机磷处理及全有机处理方案。
　　化学处理方法
　　开发应用低磷、低锌、无铬环保性水处理药剂，在监测技术允许的情况下甚至尽量使用无磷药剂。
　　物理处理方法
　　物理处理方法不仅具有除垢、防垢、缓蚀和杀菌灭藻等多种功能，更主要的是能有效的降低环境污染。虽然目前实际应用走在了理论研究的前面，技术相对不够完善，应用上受到了一定的限制，但随着各项技术的发展必然会作为水处理技术的一个新的发展方向，将会越来越受到人们的重视和运用。
　　①循环水的磁化处理
　　利用磁场效应对水进行处理，称为水的磁化处理。作用原理是磁场对水及其中的离子进行磁化，形成定向移动改变了结垢离子的结合能力，降低结垢几率，同时钙镁碳酸盐和其它无机盐的溶解度在磁处理后的活性水中得到提高，同时水中的结垢物晶体在通过磁场时其表面的电荷分布在磁场的影响下发生了变化，形成一种松散的晶体团，不会粘附在管壁或其它物体表面，可通过定期排污来除去；水流经过磁化后，水中的溶解氧被磁化水分子包围，成为惰性氧”切断循环水中金属腐蚀的主要根源；对微生物而言，水经过磁化后破坏了生物细胞的离子通道，改变了水中微生物的生长环境，使其丧失了生存条件，从而起到杀菌灭藻的作用。
　　②高压静电水处理
　　阻垢机理：强制水中离子在静电场的影响下形成定向移动，无法结合且不可能靠近器壁，阻止了钙镁等阳离子不致趋向器壁，从而达到防垢、除垢的目的；而且能起到剥落水垢的作用，在结垢系统中能破坏垢分子之间的电子结合力，改变晶体结构，促使硬垢疏松，使已经产生的水垢逐渐剥蚀、脱落；控制腐蚀原理：经静电处理后，水中将产生活性氧，跟电解类似，这种活性氧氧化性较强，故它能在清洁的金属表面产生一层微薄氧化薄膜防止腐蚀；杀菌灭藻机理：干扰微生物的生物电流，破坏其生存环境达到杀灭作用。缺点仍是处理效果不够稳定，理论基础薄弱。
　　③低压电子水处理
　　作用原理：电子发生器产生电子场，流经电子水处理器的冷却水在微弱电流的作用下，水分子受到激发而处于高能状态，水分子电位下降，使水中溶解盐类的离子或带电粒子因静电引力减弱，使之不能相互集聚并失去化合力，从而抑制了水垢的形成。受到激发的水分子还可吸收水中现有的沉积物和积垢的带负电荷的粒子，使积垢疏松，逐渐溶解并最终脱落。水分子的电位下降使水分子与器壁间电位差减小，抑制了金属器壁的离解，起到缓蚀作用。微电流及电子易被水中的溶解氧O2吸收生成O2-和H2O2等物质，这些物质都是氧化性杀菌剂，杀生能力比氯气还强，使微生物细胞破裂原生质流出，影响细菌的新陈代谢，从而起到杀菌、灭藻的作用。
　　④超声波处理
　　作用原理：延长晶体形成的诱导期，从而阻止水垢形成；超声波在水体中形成大量的微小气泡，这些气泡有很高的爆发力、冲击力，不断冲击还未稳定的晶核，阻碍晶核达到稳定态从而得到生长点，或者使稳定生长源的数量大大减少，导致诱导期的延长，无法形成大量致密的垢。
　　循环水现场监测技术的新发展
　　循环水水质监测可以及时反映系统内部的运行情况，方便有效的监测技术可以快速准确的体现出换热器内部的真实情况，因此，冷却水系统日常的腐蚀、沉积物和微生物的现场监测对于保证冷却水系统的优质运行，对于了解冷却水处理方案的效果及指导冷却水系统的日常运行是必不可少的。
　　腐蚀的现场监测技术
　　①试片法
　　目前最简便、最经济、使用最广泛的腐蚀监测方法，可以同事监测腐蚀速度、蚀孔深度及观察腐蚀形态，有助于现场方便的找出产生腐蚀的原因；缺点是所测出的腐蚀速率为一段时间的均匀腐蚀、监测周期长，不易发现冷却水系统中瞬时出现的急剧变化。
　　②试验管法
　　以金属试验管替代腐蚀试片的方法。更接近于换热器管子的真实情况，比试片法准确度稍高一些，缺点仍是监测周期长。
　　③极化电阻法
　　通过金属电极直接测定换热器管子的极化电阻。该方法的优点是安装简单、能测量出金属的瞬间腐蚀速度、可输出数据实现在线监测；缺点是其所提供的腐蚀信息也是金属均匀腐蚀的信息，因此最好与试片法或试管法结合使用。
　　④监测换热器法
　　模拟换热器真实运行情况的小型换热设备。优点是有一个换热面，可以真实模拟系统换热器情况，能监测传热面上腐蚀和沉积的情况。这种监测方法为目前新建厂矿普遍采用的方法。其最大的特点是能同时完成腐蚀及沉积的监测。 （2）沉积物的现场监测技术
　　①监测换热器法
　　与腐蚀的现场监测为同一设备，通过剖管观察其中沉积物的沉积情况，在线监测冷却水系统中运行时的污垢热阻值。
　　②电热式污垢监测仪法
　　换热器在线监测仪的升级产品，它既保持了原产品测试准确、性能可靠等优点，又增加了许多新的功能。是实现工业循环水现场监测现代科学管理的有效手段。这类污垢监测仪具有小巧、简便、直读的优点。
　　③微生物的现场监测技术
　　包括微生物测定及粘泥量的测定，其中微生物测定仍是以实验室测定为主，而粘泥量测定主要是依靠生物过滤网现场采集，均为目前的常用方法，在此不再赘述。

　　结语
　　综上所述，循环冷却水水质处理技术的整体发展方向是明确的，即高效、易于管理、经济及环保。但是工厂设计应按照工厂本身的具体情况而综合考虑。任何水质稳定技术，只要被合理的采用，都可以达到较为理想的效果。

　　参考文献：
　　[1] 刘钰畴:《浅议循环冷却水水质处理》，《有色金属设计与研究》，2002年01期
　　[2] 张鸿伟：《浅谈循环冷却水处理的几项措施》，《黑龙江科技信息》，2011年14期
　　[3] 张承平：《浅谈循环冷却水系统的运行管理》，《给水排水》，2002年03期