浅谈工业循环水处理的机理与方法的研究

       
 摘要：文阐述了工业循环水处理的阻垢机理和缓蚀机理，并且分别从化学和物理角度来分析解决办法，以提高循环冷却水的水之源重复利用，达到抑制腐蚀结垢，提高热交换效率、节约能源、延长设备使用寿命。 
　　一、引言 
　　在工业用水中，工业循环冷却用水占的比重很大，化学工业(如制药、炼油等)中的冷却装置和火力发电机组中的蒸汽轮机的冷却装置，都是需要用到工业循环冷却水，如果对其不加任何处理，将会对设备以及管道产生结垢、腐蚀等障碍，因此要重视对循环冷却水的处理[1]。冷却水的处理，是指针对循环水系统当中水质、设备材质、工况条件的不同来选择水处理剂，缓蚀剂、阻垢剂等水处理剂正确匹配组成水处理配方，确定适宜的工艺控制条件，进行循环冷却水的基础处理和正常运行处理。 
　　二、工业循环水处理的机理研究 
　　1.阻垢机理 
　　冷却水系统中和其它受热面上的结垢都有盐类结晶的析出，以下三种晶体形成的步骤会影响垢的形成。①形成过饱和溶液；②生成晶核；③晶核成长，形成晶体。若三个条件中破坏其一，则垢形成的过程立即会被抑制或减缓，阻垢剂干扰晶体生长的基本物理化学过程是螯合反应和表面吸附[2]。 
　　1.1阻垢效应 
　　阻垢剂的分子结构在水体系中可能表现出螯合、吸附和分散作用，能够将水处理剂的“剂多效”的功能充分发挥，即一种药剂会具备阻垢、絮凝、缓蚀、分散、杀菌等性能中的两种或两种以上，体现出不同的阻垢效应。研究中会发现将多种阻垢剂按一定的比例混合使用的阻垢效果比其中一种药剂单独使用时的效果会更好[3]。 
　　1.2凝聚与分散作用 
　　对于聚羧酸盐类的阻垢剂来说，在水中离解成含有羧酸根的游离状态，当与碳酸钙微晶体发生作用时，会产生吸附现象，在微晶体的表面形成了双电层。聚羧酸盐的链状结构可以同时吸附多个具有相同电位的微晶，它们之间存在着静电斥力，因此会阻止微晶之间的相互碰撞，进而避免了晶状体的产生。 
　　2.缓蚀机理 
　　铬系、钼系、钨系、磷系是在工业用水中比较常用的缓蚀剂，这几种药剂的缓蚀作用是差别得，但他们的机理都是在装置的金属表面形成不溶于水或难溶于水的一层保护膜，阻碍了金属离子的水合反应或溶解氧的还原反应，已达到保护装置的作用。铬系缓蚀剂会在碳钢表面形成致密且不溶性的Fe203氧化膜，并且与金属之间接合密切，同时也不会影响热交换器的工作效率，因此表现出较为良好的防腐效果，但是其对环境的污染严重，最终逐渐的被淘汰。 
　　三、工业循环冷却水的处理方法分析 
　　提高对工业循环水的利用率，降低环境污染已成为当今工业循环水处理的一大课题。目前在我国常用的循环冷却水的处理方法分析如下。 
　　1.化学方法 
　　1.1缓蚀剂 
　　相对而言，缓蚀剂种类较多，作为水处理用的缓蚀剂要具备以下条件：对于系统中各种金属要有较好的缓蚀作用；经济实用、符合环保要求[2]。 
　　1.1.1钼酸盐：钼酸盐是阳极型或氧化膜型的缓蚀剂，在阳极上会产生一层具有保护作用的亚铁—高铁—钼氧化物的钝化膜。但是在使用钼酸盐作缓蚀剂时，剂量往往会比较大，因此成本相对较高。 
　　1.1.2磷酸盐：磷酸盐是一种阳极缓蚀剂，价格便宜，无毒，但容易与水中的钙离子生成磷酸钙，导致垢的形成，因此常和对磷酸钙垢有抑制作用的阻垢剂联合使用，同时也会促进水中藻类的生长，对环境污染较为严重。 
　　1.1.3聚磷酸盐：目前使用最广泛、最经济的缓蚀剂是聚磷酸盐，三聚酸钠和六偏磷酸钠是较为常用的。聚磷盐成本低，缓蚀效果较好，同时兼有阻垢作用；易水解，无毒，水解后与Ca2+生成磷酸钙垢，容易促进水中藻类生长。 
　　1.2阻垢剂 
　　在水处理中常用的阻垢剂有聚磷酸盐、有机膦酸、机膦酸脂、聚羧酸等[2]。 
　　1.2.1聚羧酸：聚羧酸类化合物用量极少，同时对碳酸钙垢具有良好的阻垢作用。 
　　1.2.2有机膦酸酯：有机膦酸酯对抑制硫酸钙垢的效果比较好，但是在抑制碳酸钙垢的的产生效果较差，但是易水解，毒性低。 
　　1.2.3有机膦酸：常用的有EDTMP、HEDP，对碳酸钙、水合氧化铁和硫酸钙的析出有较好的阻碍效果。 
　　2.物理方法 
　　2.1膜处理法 
　　膜处理法是最近30年来发展起来的一种高新产业技术，在目前工业循环水处理的研究中最活跃的领域之一。膜处理法是利用某些特殊的薄膜对工业循环水中的特定成分进行选择性透过的方法的总称。主要有以下两种分析方法[3]。 
　　2.1.1反渗透处理法：反渗透是通过给工业循环水一定的压力，以该压力为动力，并利用反渗透膜的选择透过性的原理—只能通过过水而不能通过溶质，进而从工业循环水中提取达到标准要求的水分离过程。反渗透膜是一种将工业循环谁深度净化处理中的有效分离技术[3]。 
　　2.1.2纳滤处理法：是近些年来发展较快的一种膜处理工业循环水技术，且操作水压力仅为0.5MPa左右即可达到要求标准，同时对Ca2+、Mg2+等二价正离子具有较高的剔除率。与反渗透膜进行对比，工业循环水在纳滤膜中的渗透率得到大大的提高，当水中含有二价离子以及分子量在500~1000的物质时，选择纳滤工艺更为先进[3]。 
　　2.2阴极保护 
　　阴极保护是加入含有某种离子的保护介质，借助于直流电流，该介质流入到被保护金属周围，使被保护的金属负电位移到指定的保护电位范围内，从而使该电极免于腐蚀的一种金属保护方法。在工业循环水中，阴极保护方法可以分为二大类：第一类是外加电流阴极保护，该保护方法是通过外加电流来实现；第二类是牺牲阳极阴极保护，该方法师通过与牺牲阴极偶联来实现。 
　　四、结束语 
　　随着人们对工业循环冷却水系统中问题的日益重视，开发新型的阻垢剂、缓蚀剂、杀生剂及其复合配方、研究各种水处理的应用技术已成为十分重要的任务。近年来，我国这个领域的研究已有了长足的进步，随着“可持续发展战略”的实行以及国家《工业节水十五规划》的推进，相信我们会在水处理方面的研究和应用有很大的推动作用[5]。 
　　参考文献： 
　　[1]闫中灿,陈绍建,张广文.工业循环冷却水处理机理及方法分析[J].东北电力技术, 2003,24(6). 
　　[2]王蓉. 工业循环水的化学处理[J].贵州化工, 2011,36(5). 
　　[3]杨思军.工业循环冷却水处理物理方法[J]. 中国科技博览, 2010(14). 
　　[4]申启金. 阻垢剂在工业循环水处理工艺中的应用[J]. 黑龙江科技信息, 2011(3). 
　　[5]岳宏,高建村.工业循环冷却水处理缓蚀阻垢剂的应用与发展[J].新疆石油天然气, 2009,5(4). 

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2019-04-17