改善工業循環水水質的方法與實踐

馮 曼

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

工業循環冷卻水系統在工業生產中應用廣泛，在運行過程中，特別是敞開式系統，由于水分蒸發、風吹損失等情況使循環水不斷濃縮［1］，其中所含的鹽類超標，離子濃度提高，濁度增加，水質惡化；造成循環水系統結垢、腐蝕以及夏季微生物滋生［2］，降低換熱效率，危害設備運行安全。為了改善水質，需大量排水再補水，浪費水源從而增加了水耗成本。敞開式工業循環水系統存在腐蝕、結垢、微生物滋生等諸多問題［3］，亟須查找原因，科學合理改善循環水水質，保障工業循環水系統安全穩定運行，延長管道使用壽命，降低工業水用量，節省水資源，保護自然環境。

1 工業循環水存在的問題

1.1 管道腐蝕

循環水管道及設備發生腐蝕主要是電化學腐蝕，水中充足的氧氣、腐蝕性離子如Cl-、Fe2+、Cu2+等，都會造成管道腐蝕。循環水中的溶解氧是引起金屬電化學腐蝕的重要原因，開放式循環水系統噴淋導致較多的氧氣進入循環水中，氧氣作為去極化劑，使腐蝕電池的陰極去極化，加劇了金屬電化學腐蝕作用。

工業循環水水質惡化，導致管道腐蝕，形成銹瘤，銹瘤下形成強酸環境造成垢下腐蝕。碳鋼管道中的鐵元素會以離子的形式溶于水中，導致水中鐵離子超標，進一步加速腐蝕，形成惡性循環。長此以往可能發生腐蝕穿孔，危害設備安全穩定運行。

1.2 管道結垢

工業循環水中含有鈣鎂等離子，隨著循環水蒸發濃縮，離子濃度增加。換熱后循環水溫度升高，鈣鎂離子溶解度降低，飽和析出后在管壁、閥門、換熱器等處結垢，甚至導致管道堵塞，冷卻水量及換熱效率大打折扣，嚴重影響換熱效果，危及生產運行。

1.3 濁度及各類離子超標

隨著敞開式循環水系統重水分蒸發、風吹損失等，循環水不斷濃縮，各類離子經過蒸發濃縮含量成倍增長，最終導致超標。同時腐蝕的碳鋼管道析出鐵離子，水體發紅、渾濁，濁度、鐵離子超標。

1.4 細菌藻類滋生

開放式循環水系統的水溫及充足的光照非常適宜微生物及菌藻滋生，部分水處理藥劑中的鹽類給微生物提供生長所需的養料，冷水塔噴淋給好氧微生物提供氧氣，設備及管壁上的沉積物為厭氧性微生物提供生存空間，適宜的環境使循環水中的細菌、微生物及藻類得以大規模繁殖。微生物代謝產生的黏泥會在金屬表面沉積，引起垢下腐蝕。同時一些微生物的新陳代謝過程也參與了電化學過程，促使腐蝕加速。

1.5 水耗及藥劑成本較高

循環水中濁度、各類離子超標后，為保障水質合格，只能頻繁排水、補水，造成循環水水耗增加。為解決循環水管道結垢、腐蝕以及微生物滋生等問題，水處理藥劑用量大增，造成用水及水處理成本大幅提升。

2 循環水水質惡化原因

2.1 藥劑選用不適宜

一般企業為降低循環水處理費用，會采用較為低廉的磷系緩蝕阻垢劑，雖然成本低，但水處理效果較差。而且緩蝕阻垢劑的選用，要根據水質變化進行調整，不同的pH、硬度、堿度下，水處理側重點不同，因此緩蝕阻垢劑選用不當會造成管道壁腐蝕、結垢，進而影響循環水水質。

循環水中鐵細菌和硫酸鹽還原菌等微生物滋生及其黏液會引起微生物腐蝕及生物黏泥，如果殺菌劑使用不當，或者投加時機及方式不對，就會造成微生物產生抗藥性，造成水體中細菌、藻類滋生，導致循環水管道腐蝕結垢，導致水中鐵離子和濁度超標。

2.2 旁濾系統過濾效果差

旁濾系統是循環水系統的重要組成部分，可以去除水中雜質，降低循環水的濁度，防止循環水系統阻塞，一定程度上也可以延緩系統結垢。

旁濾系統投運后，由于反洗不到位、年久失修等原因，出現濾料層損壞、板結、污泥堆積等情況，影響截留過濾效果，無法有效去除循環水中的雜質及泥垢，導致循環水水質不達標。

2.3 原水水質差

由于北方城市水資源緊張，為保護環境及降低用水成本，很多企業采用中水作為循環水補水，實現水資源循環利用。中水為工業廢水或生活污水經處理后的再生水，水源不穩定，容易出現氨氮超標、pH超標、氯離子超標等情況，如果處理不當，供水指標不達標，將從源頭影響循環水的水質。

2.4 濃縮倍率控制不當

在循環冷卻水中，濃縮倍率是判斷水質控制好壞的重要參考指標。很多企業為降低補充水用量、排污水量以及藥劑消耗量，減少用水成本及水處理成本，不斷提高循環水濃縮倍率。濃縮倍數高可以減少水量，節約水處理費用，但是水的結垢傾向會增大，結垢控制及腐蝕控制的難度會增加，水處理藥劑會失效，不利于微生物的控制。濃縮倍數低，可以控制濁度、硬度以及水中各類鹽等指標，但是耗水量、排污量均大且水處理藥劑投加后被置換，效能得不到充分發揮；因此循環水的濃縮倍率要有一個合理的控制范圍。

3 循環水水質改善方法

3.1 酸洗管道

對于系統內沉積的污垢可進行離線清洗，減少垢下腐蝕，改善換熱效果。將循環水系統設備停機，關閉進出口閥門，把清洗水箱、水泵與換熱器進、出水口連接起來。加入酸、緩蝕劑以及黏泥剝離劑，掛入監測試片，緩慢投加清洗劑，逐漸調節維持pH值為4.3～4.7。清洗劑濃度下降時需補加，直至清洗劑濃度、濁度、硬度基本不變時結束清洗，將清洗液排出，并用清水沖洗置換，直至循環水水質合格。酸洗過程中要及時監測pH變化以及監測掛片的腐蝕速度，防止酸洗過度。如果酸洗液酸性超標或腐蝕速率過快應及時補水調整，保護管道設備被酸洗腐蝕。如有必要，還可以在酸洗后利用高濃度的緩蝕阻垢劑對管道進行預膜處理，在管道表面形成長效穩定的保護層，進一步提升管道防腐性能。

3.2 選擇合適的水處理藥劑

3.2.1 緩蝕阻垢劑的選擇

循環水水質不同投加的緩蝕阻垢劑種類及劑量也有所區別，可以將兩種及以上緩蝕阻垢劑復配使用，協同作用提升緩蝕阻垢效果，同時降低用藥成本。通過監測水質中pH、硬度、堿度、鐵離子、氯離子等主要指標，有針對性地選擇偏向緩蝕或阻垢型的藥劑。

利用旋轉掛片儀模擬循環水運行過程，在循環水中懸掛碳鋼、黃銅、不銹鋼等材質的掛片模擬循環水系統管道及設備，根據循環水運行環境設定溫度、旋轉速度以及是否曝氣。通過投加不同配方劑量的緩蝕阻垢劑進行平行試驗，觀察不同加藥條件下的掛片腐蝕情況，計算腐蝕速率，監測模擬水樣指標，觀察水質顏色、濁度變化，結合試劑投加成本，選出最適宜的緩蝕阻垢劑。

3.2.2 殺菌劑的選擇

為防止微生物、藻類產生抗藥性，每月交替使用足量的氧化性殺菌劑與非氧化性殺菌劑。選擇沖擊式加藥方式投加殺菌劑，投加量根據季節溫度變化酌情調整，投加完1d內禁止排水，防止微生物含量高于一定濃度后呈指數生長模式。日常14 d投加1 次殺菌劑，夏季每7 d 投加1 次，保證高溫環境下的除菌效果。除菌效果顯著降低時應立即增加藥量或更換殺菌劑，防止微生物對單一藥劑產生抗藥性，或適應低濃度殺菌劑產生耐藥性。

3.3 完善旁濾裝置

3.3.1 旁濾裝置選型

不同的旁濾裝置性能特點不同，選型時可以依據要過濾的循環水中的顆粒物尺寸范圍選擇匹配的旁濾裝置。目前以砂濾器及多介質過濾器應用最為廣泛。旁濾裝置的處理能力要與循環水量相匹配，根據循環水量選擇合適尺寸的旁濾裝置，一般旁濾流量為循環水量的3%～5%。

3.3.2 定期反洗及維護

定期對循環水系統過濾器進行反洗，可以用新鮮工業水，也可以用處理合格的循環水，避免截留污垢堆積影響截留效果。禁止用濁度等指標不合格的循環水進行反洗，以免出現水質越洗越差的情況。定期對旁濾裝置進行檢維修，維持濾料及各零件的運行良好，保障截留過濾效果。對使用時間久遠，濾料層毀損板結，表層淤泥堆積的濾料層進行更換，保障過濾器截留過濾效果。

3.4 嚴控補水水質

優質的循環水補水是保障循環水系統水質的基礎，補水進入循環水系統后，經過蒸發濃縮各種離子含量成倍增加，因此必須嚴格控制補水各項指標合格，防止從源頭造成水質超標。應用地表水補水時北方需重點關注水中硬度、濁度等指標，南方應關注細菌總數、濁度等指標，應用中水補水時應重點關注氨氮、COD、細菌總數等指標。

4 結語

敞開式工業循環水系統中腐蝕、結垢、微生物滋生等諸多問題十分常見，通過酸洗管道、投加緩蝕阻垢劑、殺菌劑、增加旁濾裝置以及嚴控原水水質等手段，不僅可以改善循環水水質，保障換熱設備高效穩定運行，還能夠有效節省水資源，保護自然環境，延長設備使用壽命，進一步降低廢水處理成本，助力企業實現節能降耗、降本增效。