冷卻循環水處理試驗研究

邸亞男

（天津渤天化工有限責任公司，天津 300480）

循環冷卻水處理能控制結垢，防止腐蝕，抑制微生物，防止環境污染，是節約淡水資源和合理使用水資源的有效途徑。因此在我公司發展高效的循環冷卻水處理技術是實現節能降耗的重要途徑。其意義如下：

（1）穩定生產：沒有水垢附著、腐蝕、穿孔或污泥堵塞等危害，系統中的換熱器可以在良好的環境中工作，從而在循環冷卻水方面為公司長期安全生產提供了保證。（2）節約水資源：隨著循環水濃縮倍率的提高，補充水量就會減少，水的重復利用率提高，從而節約水資源。（3）減少環境污染：由于循環水系統可以減少冷卻水的排放量，甚至對排污水進一步處理后，可以用作系統的補充水用，也就不會存在污染的問題，破壞生態環境的問題。

1 系統概況及配方設計方案

1.1 水質分析

我公司循環水水源為地下水，其水質分析數據如表1所示。

1.2 水質特點

由表1數據可知，補充水中的Ca2+、Mg2+濃度低，堿度大于硬度屬負硬水，而且pH值偏高，該水的穩定指數為：一倍水6.7，屬輕度結垢型水質；二倍水5.52，屬中度結垢型水質；三倍水4.74，屬嚴重結垢型水質。

1.3 系統運行概況

冷卻水設備材質：鎳；走水一側設備材質：碳鋼；冷卻水流速：500t/h；換熱器表面最高溫度：80℃；水冷設備類型：板式換熱器；循環水量：200t；保有水量：190t；排污水量：50t；補充水量：180t；冷卻水進口溫度：32℃；冷卻水出口溫度：40℃；濃縮倍數：2。

表1 地下水水質分析

1.4 配方設計方案

1.4.1 設計思路

根據上述水質特點及工藝參數和車間設備材質情況，我們提出如下配方：

HEDP：HPMA：PBTCA：三元共聚物：七水硫酸鋅：六偏磷酸鈉=1：1：1：2：1：0.5

1.4.2 藥劑性能

HEDP是同碳二膦酸型中的一種有機膦酸。其化學名稱為羥基乙叉二膦酸。它的抗氧化性比較強，能與金屬離子形成六元環鰲合物，并且有臨界值效應和協同效應，因此它對抑制碳酸鈣、水合氧化鐵等的析出或沉積有很好的效果。

HPMA是水解聚馬來酸酐的簡稱，由于分子結構中羧基數比聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸多，因此阻垢性能比較好，而且能在175℃左右的較高溫度下保持良好的阻垢性。

PBTCA的化學名稱是2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸，由于它的分子結構中同時含有膦酸基和羧基兩種基團，在這兩種基團的共同作用下，使得PBTCA能在高溫、高硬度和高pH的水質條件下，與常用有機膦酸相比，PBTCA不易形成難溶的有機膦酸鈣。同時它還具有緩蝕作用，特別是在高劑量使用時，它還是一種高效緩蝕劑。PBTCA與鋅鹽和聚磷酸鹽復配可產生良好的協同效應。

三元共聚物是丙烯酸、AMPS、丙烯磺酸鹽、磷酸鹽的共聚物，是一類綜合性能優良的阻垢分散劑，對循環水中常見的磷酸鈣、碳酸鈣、鋅垢等均有顯著的作用，并且分散性能優良。它在高堿、高硬、高濁度、高pH值的水質中，不僅自身有優異的阻垢分散性能，而且可以與有機膦酸、鋅鹽、鉬酸鹽等緩蝕劑復配，尤其是可與鋅鹽大劑量復配，從而提高了藥劑對碳鋼的緩蝕率。

六偏磷酸鈉加入水中，能夠破壞碳酸鈣等晶體的正常生長過程，從而阻止了碳酸鈣水垢的形成，同時它還具有緩蝕作用。

2 實驗部分

向7個500mL的燒杯中加入不同的實驗用水（水質分析數據見表2），分別為(0)(1)(2)(3)(4)(5)(6)，其中(0)為空白試驗，是井水即生產實際用補充水，(1)(2)(3)(4)(5)(6)為加入了不同復配濃度阻垢劑的井水，加入的水量都為500mL，畫好刻度線，于通風條件下在80℃恒溫蒸發濃縮，隨著蒸發濃縮的進行，要不斷地向燒杯中補充井水，以保持500mL，直至每組都加入了750mL井水為止此時濃縮倍率為2.5，取出燒杯，冷卻，過濾，檢測濾液中的殘留Ca2+含量，結果見表3。

3 水處理方案的確定

通過試驗，確定分公司水處理方案為阻垢緩蝕劑：60mg/L；非氧化性殺菌劑：80～100 mg/L；氧化性殺菌劑：50～100 mg/L。阻垢緩蝕劑采用連續加藥方式，這樣能使循環冷卻水中的阻垢劑均勻，效果好。非氧化性殺菌劑，采用沖擊加入，加藥量根據保有水量計算，每10d沖擊一次。氧化性殺菌劑，采用沖擊加入，加藥量根據保有水量計算，每5d沖擊一次。氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑交替使用。

表2 補充水水質分析數據

表3 試驗結果

4 應用試驗

根據試驗配方及車間水系統的排水量，我們每天向循環水系統加入定量的阻垢緩蝕劑，維持水系統總膦在5～8mg/L，并定期向系統加入氧化性殺菌滅藻劑和非氧化性殺菌滅藻劑，定期對水質進行分析。經處理后的循環冷卻水得到明顯改善，使冷卻水系統中的換熱器始終在良好的環境中工作，性能良好，而且殺菌滅藻劑作用明顯。自應用該試驗方法以來，換熱器檢修次數明顯減少，換熱效果良好，成品堿溫度在44～45℃之間，未出現產品質量問題，生產運轉正常。水質分析抽檢數據見表4。

表4 水質分析抽檢數據

5 結論

總之，經小試及應用試驗和車間的控制工藝參數可知：該藥劑配方的阻垢性能良好，在實際生產中，減少了換熱器檢修次數，減輕換熱器的損壞程度，使換熱器可以在良好的環境中工作，為車間長周期安全生產提供了保證。今后應加強循環冷卻水的現場監測，包括水質，黏泥、掛片及監測換熱器等應用和開發新型的查漏技術，做好節水工作。開發高效的高濃縮倍數的水處理技術，重視水質穩定處理技術的進步，重視補充水水質，降低補充水濁度以減少帶入水中的泥沙等懸浮物的含量，重視循環冷卻水的回用，開發循環冷卻水回用新技術、新工藝、達到節約用水的目的。