中水做循環水補水的腐蝕率控制

翟征國，王穎穎

(1.濟南齊力光電技術有限公司，山東濟南 250000；2.山東化友水處理技術有限公司，山東 濟南 250000)

1 情況概述

泰安某化工廠為響應環保要求，將生產排放污水處理后的中水，回用于循環水，以達到零排放的要求。

自2016年11月底開始，中水回用做循環水補充水，中水的指標與原地下水差不多，故在循環水水質穩定劑方面，沒進行任何調整。初始循環水、運行兩個月后循環水及兩種補水具體成分如表1所示。

表1 初始循環水、運行兩個月后循環水及兩種補水具體成分

依據《GB50050-2007》，我們對循環水水質控制指標提出以下建議，見表2。

表2 循環水水質控制指標

所補充的中水含有總磷，為達到有效控制菌藻的滋生的效果，故調整藥劑為無磷配方。

由表1可以看出，由地下水更換成中水做循環水補水后，相近濃縮倍數情況下，循環水的鈣離子、電導率過濃縮倍數高，pH值、堿度明顯降低，說明在堿度較低的運行狀態下，將原來的過飽和鈣析出清洗下來。且總鐵離子增高趨勢明顯，確定水質腐蝕傾向明顯，監測腐蝕率掛片(圖1懸掛時間：僅3天)腐蝕嚴重。

從掛片的腐蝕外觀看為菌落的腐蝕，加大了氧化性殺菌劑的投加量和投加頻次，腐蝕傾向更嚴重(圖2懸掛時間僅：2天)。

圖1 懸掛3d腐蝕情況

圖2 懸掛2d腐蝕情況

2 原因分析

以中水為補充水時，循環水系統中氨氮由60.50 mg/L降至 2.8 mg/L，總堿度由608.90mg/L降至78.01 mg/L。同時pH值明顯降低，其原因分析如下：

(1)氨氮在水中主要以游離氨和氨鹽的形式存在，循環水在經過對流換熱過程中與空氣充分接觸，這個過程與空氣充分接觸，形成飽和氧狀態，當然游離氨也容易揮發出去。與此同時，氨鹽在循環水呈現弱堿性的狀態下會發生如下反應：

NH4++OH-=NH3+H2O

(2)硝化作用是指將NH3-N氧化為NOx-N的生物化學反應，這個過程由亞硝酸菌和硝酸菌共同完成，包括亞硝化反應和硝化反應兩個步驟?？偡磻獨v程為：

NH3+2O2→NO3-+H++H2O+342.69kJ

由上式可以看出硝化過程的兩個重要特征：

①NH3的生物氧化需要大量的氧，大約每去除1 g的NH3-N需要4.2gO2，因循環水涼水塔的對流冷卻等于是對循環水的曝氣充氧過程，為硝化反應提供了良好前提；

②硝化過程中產生大量的質子(H+)，為了使反應能順利進行，需要大量的堿中和，理論上大約為每氧化1 g的NH3-N需要堿度5.57 g(以NaCO3計)。

2.1 水體中氮的來源

該循環冷卻水系統包含尿素換熱工段，通過之前3年對循環水的監控數據可以看出，該套循環水的總磷、總堿度、pH等數據均保持在一個較穩定的水平。

隨著循環水在系統內運行，反應不斷進行，氨也不斷的游離出來，對于該企業該套循環水給，外界環境造成該套循環水總有N存在，過高的氨氮在適宜的條件下還將發生硝化(即氨氮在有氧存在條件下被自養細菌氧化為亞硝酸鹽并進一步被氧化為硝酸鹽)和反硝化反應(硝酸根在缺氧的條件下被異養菌利用為最終電荷受體，通過生物異化還原轉化成氮氣從水中逸出)，可用下式表示：

NH4++1.98HCO3-+1.88H2CO3→0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO3-+1.88H2CO3

式中硝化細菌的化學組成用C5H7NO2表示，包括了氨氮氧化和新細胞合成的反應。

2.2 推斷驗證

化驗中水和循環水總氮值，分別為324.90 mg/L和287.35 mg/L，總氮變化幅度并不大。說明氨氮重點氮元素發生了轉移，總量并沒有大幅度變化,氮元素由氨氮轉化為硝酸根，消耗堿度后造成PH持續降低，使循環水處于腐蝕傾向。

2.3 控制腐蝕傾向的措施

抑制住硝化反應即可控制住腐蝕速率。

選擇最簡單的辦法即為投加堿中和過多的H+，從工業使用的角度出發。鈉鹽要比鉀鹽經濟，NaOH、NaCO3、NaHCO2中，用來控制整個循環水系統的總堿度，NaHCO2既有堿度又具有緩沖性，是達到效果的最佳選擇，選擇投加 NaHCO2控制pH后，加大緩蝕劑組分水質穩定劑，整個循環水系統處于很穩定的狀態，從本質上解決了循環水腐蝕問題。

實際掛片圖片見圖3。

圖3 實際掛片

3 結論

因循環水系統存在大量氨氮，總氮含量很高，在使用中水做循環水補充水時，控制堿度，使循環水達到穩定，有效控制對金屬的腐蝕率。