工业循环水处理技术工业循环水处理技术12工业循环水1.概述2.工业循环水水质要求3.工业循环水的预处理4.冷却水系统5.金属腐蚀的控制技术6.污垢的控制技术7.微生物的控制技术8冷却循环水的运行于管理技术3为什么要使冷却水循环v随着工业的发展和生活的需要，水的用量急剧增加。因此，节约水资源成了当务之急。v采用循环冷却水是节约水资源的重要途径，而且高浓缩倍数运行的循环冷却水还可以减少环境的污染。4为什么要研究工业循环水v循环冷却水的结垢、腐蚀现象比较严重，容易滋生菌藻，以至影响设备的传热效率，威胁设备的使用寿命，因此需要对循环冷却水系统进行研究以避免这些可能的发生或减缓发生的时间。5水广泛用作循环冷却介质（1） 来源丰富，价格低；（2） 化学稳定性好，不易分解；（3） 热容量大，在常用温度范围内，不会产生明显膨胀和压缩；（4） 流动性好，易于输送和分配；（5） 沸点较高，在通常使用情况下，在换热器中不致汽化。6工业循环水的特点v溶解氧含量高v含有空气中相关污染物和杂质v循环水对CO2的脱除率高v冷却水存在溶解固体的浓缩v微生物的大量繁殖7被用作工业循环水的条件v水温在一定范围内尽可能的低v水的浊度要低v水质不易结垢v水质对金属设备不易产生腐蚀v水质不易滋生细藻8工业用水水质及指标v悬浮物：不稳定，流速低或静止时易沉淀，漂浮。v胶体：分子离子的集合体v溶解气体：氮，氧，二氧化碳，二氧化硫，硫化氢，氨等。v离子：Al3+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、 Mg2+ 、SO42-、 HCO3- 、 CO32-、 Cl-、 K+、Na、 Cu2+等。9水的预处理在给水和废水的预处理过程中经常要对水进行预处理，预处理的主要目的： 1.减少后段处理和深度处理的负荷 2.延长装置的寿面和减少药剂的投加 3.减低总的费用和成本在给水处理和废水处理过程中通常采用的预处理方法有：混凝技术，澄清技术，过滤技术和软化技术。10混凝剂及其类型v天然混凝剂：淀粉，树胶，动物胶。v无机混凝剂：铁盐，铝盐。v有机高分子混凝剂：阴阳非离子混凝剂。11高分子混凝剂具有的一些性能：（1）易溶于水，即高分子混凝剂需能分散和溶解在水中，才能与水中的悬浮颗粒进行混凝反应；（2）在分子结构上具有能反应的官能团，这种官能团可以是非离子型、阴离子型或阳离子型；（3）当溶解在水中时有较大的扩展，因而需要有较高的分子量。v近一个时期，聚丙烯酰胺PAM是水处理中最常用的高分子混凝剂。12影响混凝效果的因素v水温v水的PH值v碱度v水中的杂质v水力搅拌条件13澄清技术v澄清过程是给水处理和废水处理中的与处理过程通常在混凝过程之前，过滤技术之后的一个中间过程。可以为过滤过程创造一个快速过滤的有利条件。v澄清过程重点考虑水流速度和沉降时间的选择。14过滤技术v过滤技术是利用一些多孔介质，即滤料从水中分离不溶解固体物质的过程。v使水通过过滤介质常需要有一定的压力这种压力可以分为重度，真空或流体压力；使用压力的大小取决于过滤的面积时间和反冲洗的流量。v过滤器可分为恒压过滤和恒速过滤。v滤料：沙粒，布，无烟煤，金属丝网，多孔塑料，微孔陶瓷。15过滤速度的控制取决于以下因素：（1） 未过滤水的性质，即进水水质；（2） 滤出水的要求，即出水水质；（3） 滤床中滤料颗粒的大小；（4） 滤床中滤料的深度。16软化技术（防止水垢的沉积）v原水软化的方法：软化沉淀法，离子交换法，蒸馏法。v影响软化方法的选择因素有：1.要求软化水的水质 2.水量大小 3.软化费用 4.设备和操作情况17冷却水循环系统v冷却水系统可分为直流冷却和循环冷却（敞开系统，密闭系统）v从节约用水，合理利用能源和环境保护出发冷却水必须循环，在水处理理论的指导下实现高浓缩倍率的安全运行。18直流冷却19密闭式循环水处理系统20敞开式循环冷却水系统v敞开式循环冷却水系统的主要设备之一就是冷却塔。v冷却塔的种类很多，按塔内空气流动的动力可分为自然通风和机械通风。v自然通风最常见的是风筒式冷却塔。v机械通风分为抽风式和鼓风式。21典型敞开式冷却循环系统22风筒式冷却塔v风筒式自然通风冷却塔有很高很高的风筒，因而对空气又很强的抽吸能力。v这种冷却塔常使用在冷却水流量很大的系统，像发电厂的冷却水系统一般使用这种冷却水塔。23鼓风式冷却塔v鼓风式冷却塔是由安装在冷却塔底部的鼓风机将气温状态的空气压入其中，与热水逆流通过填料层进行传热和传质。v优点：风机的位置低，维护方便，风机的工作不受湿热空气的影响，当水质较差或有腐蚀时可避免风机的腐蚀，延长使用寿命。v缺点：要有很高的塔身，塔内空气处于正压状态不利于蒸发。24鼓风式冷却塔示意图25抽风式冷却塔v应用最为普遍，风机安装在塔顶。v根据水与空气流动的方向可分为：逆流式，横流式和并流式。v从热交换效率来说逆流式最为优越。v优点：抽风时塔内空气处于负压有利于水的蒸发散热，传热效果好。v缺点：风机的消耗电能很大。26抽风式冷却塔示意图27冷却水系统的热量平衡v冷却水系统的传热过程发生在冷却水的全过程，但主要过程发生在换热器和冷却塔。v换热器：温差，腐蚀。v冷却塔：传导，对流。28冷却水系统的水量平衡v蒸发损失：换热作用散失的水量v风吹损失：飘散的水量v排污量：浓缩后不得不外排的水量29冷却水的浓缩v在敞开式循环冷却水系统中，由于蒸发，系统中的水会愈来愈少，而水中各矿物质和离子含量就会愈来愈浓，为了使水中含盐量维持在一定的浓度，必须补入新鲜水，排出浓缩水。v通常用浓缩倍数表示浓缩的程度。vN=C浓C原 离子 电导率 总固体含量30水量的平衡v很显然，一个循环冷却水系统的循环水量和冷却水温差设计确定后，控制运行的浓缩倍率就是控制了系统的补充水量、排污水量，也就实现了系统的水量基本平衡。31vR：循环量 M：补加水 N：浓缩倍率vB：排污量 D：风吹损失 CMCR：盐溶度vE：蒸发量vM=E+B+DvE=e t(R-B)%vD=（0.20.5%）RvN=CRCMvMCM=BCR B=MN32系统加药v通常加药的参照依据有：（1）根据一个周期内的补充水量，按配方浓度投加；（2）根据一个周期内的排污水量，按配方浓度投加；（3）根据水质药剂浓度分析值与配方设定值的差乘以系统水量的数值。v加药方式有：间歇加药、连续加药。33旁滤技术v降低水中浊度的方法是排污和过滤。v。通常在循环水系统的管路上引出一部分水进行过滤，过滤后的清水返回循环水系统，截留的浊度组成物质排出循环水系统外，这一过程称为旁滤技术。v根据运行的经验，旁滤水量与循环水量之比（S:R）一般控制在25。34金属的腐蚀和控制技术v由于金属和冷却水溶液的作用，使金属材料转化成离子或化合物而遭受损害并且使其使用性能恶化的现象称为冷却水对金属的腐蚀。v实质：是水中的悬浮物、胶体、溶解盐类及溶解气体等杂质中氧化性的物质对金属发生物理的、化学的和电化学作用的结果。35金属的腐蚀v按反应的机理腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀v化学腐蚀与电化学腐蚀的区别36腐蚀的形式（1）均匀腐蚀：（1）在腐蚀介质作用下，金属表面发生的腐蚀破坏，基本上按相同的腐蚀速度进行着。（2）局部腐蚀：局部腐蚀腐蚀破坏主要集中在金属表面的一定区域，而其它部位几乎没有被破坏。（3）晶体腐蚀：发生置换反应，活泼的金属置换出不活泼的金属。两种金属的活泼性相差越大，晶体的腐蚀越厉害。37碳钢的腐蚀v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的不均一性，当它与水接触时，在其表面会形成许多微小的腐蚀电池。v阳极：FeFe2+2e-v阴极：O2+2H2O+4e-4OH-v水中反应： Fe2+ 2OH- Fe(OH)238v阳极区域Fe不断失去电子，变成Fe2离子进入溶液，也即Fe不断被溶解而腐蚀，留下的电子通过金属本体转移到阴极表面，与水和溶解在水中的O2起反应生成OH-离子，在水中有阳极和阴极反应生成的Fe2和OH-相遇，生成不溶物氢氧化亚铁，其溶解度很低，在20温度下，溶解度为6mg/l，这种化合物极易氧化，在水中溶解氧的作用下，氧化为氢氧化铁v4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)339腐蚀的影响因素vpH值：常温4.3-10v硬度：Ca2+ Mg2+v碱度：v溶解盐浓度：NaClv溶解气体：CO2 O2v水温：反应， O2v水流速度： O240微生物对碳钢的影响v微生物排出的氨盐、硝酸盐、有机物、硫化物和碳酸盐等代谢物使水质组成发生变化而引起腐蚀外，最主要的是由于铁细菌和厌氧的硫酸盐还原菌的存在所引起的腐蚀。v铁细菌存在时，这种细菌有助于亚铁盐的接触氧化，促使在阳极附近形成氢氧化铁和铁锈的沉淀膜。当这种沉淀膜进一步增长时，将妨碍氧进入，所以沉淀膜的下方因缺氧而成为阳极，而沉淀膜周围的金属则变成阴极，形成氧的浓差电池，加剧了腐蚀41腐蚀的控制技术v选择适宜耐用金属材料v表明防腐涂层v化学电镀技术v成膜处理v钝化处理v电化学保护v物理技术的应用v臭氧保护技术v缓蚀剂的使用v介质处理42冷却水中污垢及其控制技术v循环冷却水系统在运行的过程中，会有各种物质沉积在换热器的传热管表面，这些物质统称为沉积物。它们主要是由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积构成。通常，人们把它们统称为污垢。v污垢的危害：阻隔传热、阻塞水流、阻碍生产。43水垢v冷却水中的水垢一般都是具有反常溶解度的难溶或微溶盐类，它们具有固定晶形的无机物，按结晶的规律最容易在金属的传热面析出，很硬，厚实且致密，大部分呈白色或灰白色。v它们的溶解度与一般的盐类不同，不是随着温度的升高而升高，而是随着温度的升高而降低。当水流速比较小或传热而比较粗糙时，这些结晶沉淀物就容易沉积在传热面上。44淤泥、腐蚀产物和生物沉积v这些一般由颗粒细小的泥沙、尘土、不溶性盐的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是藻类的尸体及其黏性分泌物等组成。v由于这些污垢体积较大，质地疏松，故又称为软垢。他们是引起垢下腐蚀的主要原因。45污垢的控制技术v源头（1）补充水水质的控制（2）离子交换树脂（3）石灰软化法v过程中v循环水水质控制v浓缩倍数v碳化处理v酸化处理v表面处理v物理处理v投加阻垢剂46循环水中微生物及其控制技术v循环冷却水系统是一个特殊的生态环境，很多种类的微生物都适，宜在这一水系中快速生长和繁殖，其结果必然阻碍系统的正常运行，造成污泥大量沉积、水力输送阻力增加、传热效率急剧下降、水质组成严重恶化、过水金属表面腐蚀加剧等一系列问题。47微生物控制技术v防止循环系统流入营养源和悬浮物v杀菌灭藻处理v抑制微生物增殖处理v防止附着处理v剥离处理v部分过滤处理48循环水管理与运行要点v加药量v浓缩倍率v循环水质监测及处理4950