冷卻水中金屬腐蝕影響因素

摘要：在冷卻水系統的正常運行以及化學清洗過程中，金屬常常會發生不同形態的腐蝕，根據金屬腐蝕的理論知識，通過觀察試樣或腐蝕設備的腐蝕形態，再配合一些其他方法，人們常常找出產生腐蝕的原因和解決腐蝕的措施。

關鍵詞：冷卻水；金屬腐蝕；硬度；金屬離子；懸浮固體

中圖分類號： U664.81+4 文獻標識碼：A

1.2 陰離子

1.3 硬度

1.5 溶解氣體

溫度升高，水中溶解氧的擴散系數增大，能使更多的溶氧擴散到金屬表面的陰極區，即腐蝕過程加速，另一方面，溫度升高使水中溶解氧減少，從面又使金屬腐蝕速度降低。

在密閉系統中，金屬的腐蝕隨溫度的升高而加快。敞開系統中，在20-77℃的溫度區域內，以氧的擴散速度起主導作用，因此腐蝕速度隨溫度的升高而加速，但到77℃后，腐蝕速度隨溫度升高而下降，因為此時水中的氧的減少的影響占主導地位。

2 二級處理出水回用作循環冷卻水的可行性：

城市污水經常規的二級處理后盡管可除去大部分的有機物，但與天然水相比，出水中的ＣＯＤ、氨氮濃度仍較高（濃度為10-12ｍｇ/Ｌ，大大超過了冷卻水水質要求的氨氮<1ｍｇ/Ｌ），若再采用常規的深度處理（如折點加氯、空氣吹脫、生物法等處理）［1］，不僅提高了回用水的成本，還增加了環境污染。為此，以城市污水廠的二級處理出水為原水，進行了動態模擬試驗，以研究二級處理出水直接回用于循環冷卻水系統時氨氮和ＣＯＤ的變化，探索其直接回用作循環冷卻水的可行性。

2.1 試驗裝置及試驗水質試驗說明

試驗開始時取城市污水廠二級處理出水置入系統進行調試（控制濃縮倍率在2-3左右），試運行30ｄ后開始試驗研究。試驗時，首先排盡試運行時的水樣，加入城市污水廠二級處理出水、調節流量和控制冷卻水在進、出冷卻塔的溫度，進行啟動試驗和不同濃縮倍率試驗，其試驗條件：Ｑ=0.06Ｌ/ｓ；水浴鍋溫度為55℃；冷卻水進塔溫度為40℃；冷卻水出塔溫度為32℃；旋轉器速度為80ｒ/ｍｉｎ；排污時間為6ｈ。

2.2 氨氮在不同濃縮倍數下的變化

在不同的濃縮倍率下進一步研究氨氮在冷卻水系統的積累。盡管冷卻水的濃縮倍率不斷提高，但氨氮的濃度仍維持在2ｍｇ/Ｌ左右，其不隨濃縮倍率的增加而增加。氨氮濃度降低而亞硝酸鹽氮的濃度在提高。維持濃縮倍率為2.5和2.8、系統運行2-3ｄ后分別測得冷卻水中硝酸鹽氮的濃度為18.55ｍｇ/Ｌ和20.11ｍｇ/Ｌ，此時的亞硝酸鹽氮的濃度為2.52ｍｇ/Ｌ和2.85ｍｇ/Ｌ。由下式可以計算出：硝化作用轉化率η=（循環冷卻水中硝酸鹽氮濃度-補充水中硝酸鹽氮濃度）/［補充水中氨氮濃度×濃縮倍率（ｋ）］×100%；

解吸作用轉化率η=1-硝化作用轉化率η-亞硝酸轉化率η。因此當ｋ=2.5時，硝化轉化率η=58.6%，亞硝酸轉化率η=8.3%，解吸作用轉化率η=33.1%（上式中不計生物轉化吸收），此時可以計算出循環冷卻水系統中的硝化作用為60%左右，解吸作用則為30%左右，而生成的亞硝酸為10%左右。

針對以上試驗結果，究其原因主要為：冷卻塔的溫度長期保持在25-40℃，使得氨氮在冷卻水系統中易于揮發；而這個水溫也恰是亞硝酸菌和硝酸菌的最適宜溫度范圍（亞硝酸菌最佳生長溫度為35℃，硝酸菌最佳生長溫度為35-42℃），且ｐＨ值為8.0左右時很適宜硝化菌的活動；供氧量充足，據計算，在冷卻塔內冷卻水與空氣的接觸足可以使冷卻水中的溶解氧達到飽和狀態，這些均有利于硝化作用，結果使得冷卻水中氨氮的濃度迅速降低。結合生物的生長曲線還可進一步了解到微生物生長初期為對數增長期，即硝化菌以幾何級數形式增加，其結果為試驗初期冷卻水中的氨氮以指數形式下降。在冷卻水系統中，由于受各種因素的制約（如系統的殺菌等影響），使得生物量增加到最大值時，將處于穩定狀態，這也與微生物的生長曲線相符，其結果使得冷卻水中的氨氮濃度維持于穩定狀態，表現為冷卻水中的氨氮濃度不隨濃縮倍率的變化而變化。在動態試驗中，盡管城市污水廠的二級出水中氨氮濃度較高（通常ＮＨ 4-Ｎ在10-20ｍｇ/Ｌ），但由于冷卻塔的吹脫作用、硝化作用和微生物轉化吸收作用，使得氨氮在冷卻水系統中維持在2ｍｇ/Ｌ左右，且不隨時間和濃縮倍率的增加而積累。同時由硝化作用產生的ＮＯ-3也大大降低了氨氮對銅的腐蝕影響。

2.3 ＣＯＤ變化ＣＯＤ在循環冷卻水系統中的變化。

隨著系統運行時間的增加，冷卻水中ＣＯＤ濃度并沒有提高，而維持在穩定狀態。從濃縮倍率與ＣＯＤ的關系中（圖5）可進一步了解到，盡管濃縮倍率從1.5提高到3左右，但其ＣＯＤ值并沒有明顯增加，而與補充水中的相近。這說明了在循環冷卻水系統中，由于冷卻塔起到了一個“生物過濾塔”作用，除轉變冷卻水中的氨氮外，還可降解補充水中的有機物，使得冷卻水中的ＣＯＤ值保持不變，這也降低了ＣＯＤ對系統造成的腐蝕、結垢等不良影響。

結語

①由于冷卻塔的作用，使得城市污水廠二級處理出水中的高氨氮濃度在敞開式循環冷卻水系統迅速下降，最后穩定在2ｍｇ/Ｌ左右，且不隨系統的運行時間和濃縮倍率而變化，且其中有約60%的氨氮轉變為硝酸鹽氮，另有約30%的則通過解吸作用除去。

②冷卻水中的ＣＯＤ濃度基本保持穩定，降低了對冷卻水系統的影響。城市污水廠的二級處理出水回用作循環冷卻水，有效地緩解了城市和工業用水緊張的問題。對于敞開式循環冷卻水系統，因其水質要求不高及冷卻水系統的非凡性，大大降低了由氨氮和ＣＯＤ帶來的不利影響，故十分有利于城市污水廠二級處理出水回用作冷卻水。

參考文獻

[1] 王有志.謝煒平.水質分析技術[M].化學工業出版社.2007.

[2]唐受印，戴友芝等.水處理工程師手冊[M].化學工業出版社.2000.

[3] 劉明華.水處理化學品[M].化學工業出版社.2009.

[4] 李培元.火力發電廠水處理及水質控制（第二版）[M].武漢大學出版.2008.[6] 潘濤，田剛.廢水處理工程技術手冊[M].化學工業出版社.2010.