循環冷卻水處理知識--系列5

循環冷卻水系統中的污垢沉積物及其控制

一、循環水中的沉積物

溶度積效應：随着循環水濃縮倍數的逐漸提高，循環冷卻水系統中的各種離子如鈉離子、鉀離子、碳酸鹽、磷酸鹽、矽酸鹽等的鈣鎂鐵鹽随着離子濃度的變化逐漸飽和析出結晶體而産生沉澱，尤其在冷卻塔壁、擋水闆附近造成沉積。

2．細菌、藻類微生物在水中的形成的污泥

各種懸浮物、砂子、淤泥、粘土、微生物、油等，均可由補充水帶入系統。

由于開式循環水系統暴露在空氣中，尤其夏季氣溫高，陽光充足，大量的菌藻類微生物繁殖速度快，常常聚集在水速較慢或流速突然發生變化的位置，如冷卻塔擋水闆、冷水池，從而進入集水池、水箱、水箱和換熱器的殼程處。對于沉降和成垢發生影響。

油污常黏附在金屬表面，起着一種污垢黏合劑的作用。油膜影響傳熱效果，是微生物的營養源，阻止抑制劑達到金屬表面，影響緩蝕效果。

空氣中混有很多懸浮物，随空氣帶入的砂子、粘泥、黏土、污泥和細菌等會促進系統的總體結垢。空氣中的雜質在系統中産生沉積物。氧氣和二氧化碳加速了腐蝕；

二氧化硫、硫化氫等氣體使陽極抑制劑還原成不溶性的污垢，硫化氫腐蝕性很強，生成硫化鐵沉積物，進一步加劇腐蝕；氨選擇性腐蝕銅和銅合金。

系統内的部件的腐蝕也會導緻沉積物的生成，它們蔓延面積很廣，很快堵塞配水管線和換熱器。沉積物又會加速腐蝕和結垢。

1．Langelier 飽和指數

L.S.I. = pH - pH_s ＞ 0 結垢

L.S.I. = pH - pH_s ＝ 0 不腐蝕不結垢

L.S.I. = pH - pH_s ＜0 腐蝕

2．Ryznar 穩定指數

R.S.I是由雷茲納在實際工作中總結出的一個經驗公式，計算式如下：

R.S.I. = 2pH_s – pH ＜ 6 結垢

R.S.I. = 2pH_s – pH ＝ 6 不腐蝕不結垢

R.S.I. = 2pH_s – pH ＞ 6 腐蝕

同L.S.I相比，R.S.I更接近實際，但同L.S.I一樣未考慮水處理因素對結垢的影響，因此也隻能對未作處理的原水作判斷。

3．Puckorius 結垢指數

P.S.I是帕科拉茲在穩定指數R.S.I的基礎上提出來的一個經驗公式，他用平衡pH，即PH_eq代替R.S.I計算公式中的實測pH。P.S.I比R.S.I更接近實際。PHeq的計算公式如下：

PH_eq ＝ 1.465 lgM 4.54

R.S.I. = 2pH_s – pH_eq ＜ 6 結垢

R.S.I. = 2pH_s – pH_eq ＝ 6 不腐蝕不結垢

R.S.I. = 2pH_s – pH_eq ＞ 6 腐蝕

4. 臨界pH結垢指數

臨界ＰＨ結垢指數是由法特諾提出來的。他用實驗的方法測出結垢時水的真實ＰＨ值，即PHc。用PHc與日常運行時的ＰＨ比較，當ＰＨ大于PHc時，水就要結垢，當ＰＨ小于PHc時，不結垢，但是否腐蝕還要考慮其它因素。

臨界ＰＨ結垢指數由于是由實驗方法得出來的，已考慮了結垢所有影響因素，準确度較高。但工作量大，對實驗條件及工作人員的要求也較高，因此臨界ＰＨ結垢指數在日常運用中也受到限制。

注：以上四種指數判斷，限于篇幅，不再累述。

三、沉積物的控制方法

1．常規處理

采用離子交換、石灰軟化除去礦物質等方法去除成垢離子。

在密閉系統應用得較多，特别是運行溫度很高的那些系統，如天然氣加壓發動機冷卻夾套中水的處理。

控制水垢的最老的方法之一。加酸以控制适當的堿度和pH值。

Ca(HCO₃)₂ H₂SO₄→CaSO₄ 2CO₂↑ 2H₂O

硫酸鈣的溶解度至少比碳酸鈣高100倍。

目前在電力、石化行業，為了提高循環水利用率，加酸也是常用的方法之一。當然加酸的弊端也比較明顯，比方容易引起PH漂移、加酸不當引起的腐蝕等等危害。

1～5%的冷卻水流經過濾器；濾料有砂子、無煙煤、混合濾料等；

（1）有機膦系列藥劑：HEDP，ATMP, PAPEMP及其它有機膦系列。HEDP每g的投加量鈣螯合值可大于450mg，随着有機膦研究技術的進步，近年來大分子有機膦在水處理行業的廣泛應用，其阻垢性能更加卓越。

（2）聚合物分散劑,如PAA, AA/HPA/AMPS三元共聚物等等。

聚合物的阻垢作用包括螯合作用、晶格畸變作用、抑制生長、膠粒分散。

a．螯合作用

由于聚合物與溶液中的陽離子螯合而降低了溶液中微溶鹽的過飽和度，從而抑制了垢的形成。

b．晶格畸變作用

聚合物在垢的形成過程中吸附在晶核或微晶上，占據一定的位置，阻礙和破壞了晶體的正常生長，減慢晶體的生長速率，從而減少了垢的形成。

c．抑制作用

聚合物在晶體的生長過程中吸附在微晶的活性生長點上，減慢甚至完全抑制了晶體的生長，使微晶不能長大從水中沉澱出來。

聚合物可吸附在水垢的顆粒表面，顯著增加其表面電位。因此，增大了顆粒間的靜電排斥，達到分散穩定膠體的作用。膠粒吸附聚合物後，會産生一種新的斥力位能—空間斥力位能，并且由于聚合物中親水基團的水合作用也會增加膠粒間的空間排斥作用。因此起到了穩定作用。

（3）采用高效複合藥劑

目前随着水處理技術的發展，單單投加一種藥劑已成過去，采用複合藥劑聯合阻垢分散及緩蝕作用已經成為主流。使得硬垢晶體畸變。較大的、無規則形狀的有機膦、聚合物夾雜在硬垢晶格中，有助于防止緊密的、結構均勻的結晶沉積在金屬表面上，同時複合藥劑有優秀的緩蝕性能。目前國内廠商中江海環保、天津化工研究院、上海洗霸及蘇州安峰環保是做得比較好的廠商之一，其中安峰環保CM7010系列高效緩蝕阻垢劑就是采用有機膦、高分子聚合物及緩蝕劑複合緩蝕阻垢劑，可以在4-5倍的濃縮倍數下有優良的阻垢及緩蝕性能。

對于不同的垢形，晶體的生長和膠粒的聚集傾向性不同。一般認為，CaCO₃垢是以晶體生長傾向為主。其晶粒呈分散狀、菱面體結構。(Ca)₃(PO₄)₂垢宏觀呈絮狀膠團，微觀為非晶、多晶混合物。因此，阻垢劑的分散作用對後者尤為重要。

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