循环冷却水处理新工艺研究

李松田 (平顶山师范高等专科学校)
李长浩 (平顶山市城市规划设计研究院)?
王占生 (清华大学环境科学与工程系)

　　摘　要 提出了一种新工艺--前期预膜加臭氧、磁化联合处理。动态模拟试验结果表明，该工艺可同时阻垢、缓蚀、杀菌，又不造成再污染，具有一定的推广价值。
　　关键词 冷却水 水处理 预膜 臭氧氧化 磁化

1 试验设备和材料

1.1 主要装置
　　蒸气发生炉(换热器)；聚氯乙烯材料的冷却塔和贮水池；FZM型不锈钢水泵；LIB型转子流量计；C6-46-3C型排尘风机；0.4 T的磁力阻垢器；臭氧发生器。
1.2 试验仪器
　　723分光光度计；DDS型电导率测定仪；pH3-3C型酸度计；HG-3型火焰分光光度计。
1.3 试验材料
　　试验管：Ø 10mm×1mm碳钢管，外壁镀铬；
　　试片：50mm×25mm×2mm，A3钢。

2 试验方案及结果

　　工艺流程简图见图1。

2.1 试验方案
　　试验分A、B两个系统。
　　A系统：用200mg/L的Na2MoO4进行预膜，同时在贮水池中投加臭氧，保持剩余臭氧浓度为0.03～0.10mg/L，5d后将预膜剂换作冷却水。磁力阻垢器安装在换热器前的管路上。
　　B系统：用20mg/L的Na₂MoO₄进行预膜，臭氧投加方式为间歇式，每2d投加一次，每次60min，其它同系统A。
2.2 试验结果
2.2.1 水质分析
　　试验过程中每天定时取水样进行常规分析，其中SO₄^2-、Cl^-每周做两次分析，结果见表1。试验用水为北京某石化公司生产用水。

表1 运行过程水质分析 系统 总硬度*（mg/L） 总碱度*（mg/L） Ca²⁺硬度*（mg/L） pH 电导率（μs/m） SO₄2^-（mg/L） Cl^-（mg/L） K⁺（mg/L） 浓缩倍数** 系统A 209.24～428.36 126.89～336.24 107.67～212.97 8.44～8.78 330～1450 60.20～155.23 15.03～110.18 3.6～7.2 1.7～3.4 系统B 170.69～429.15 106.17～152.78 96.01～178.79 8.35～8.70 245～1100 40.75～150.73 16.50～105.63 3.4～7.2 1.6～3.4 补充水 159.89～309.92 182.86～295.21 138.68～231.54 7.66～7.80 415～800 34.07～68.15 15.70～59.31 2.1～2.2 　 注 *以CaCO3 **以K⁺浓度计

2.2.2 污垢热阻测定
　　本试验的试前准备、开车、正常运转、停车及试后处理均按中石化总公司生产部执行的方法进行，试验过程中及时记录有关数据。污垢热阻测定按文献^［3］进行，结果见表2。

表2 试验管污垢热阻 系统 试件 清洁管热阻R₁（m².K/W） 极限污垢热阻R₂ A 1 2.63×10^-4 1.11×10^-4 A 2 2.86×10^-4 1.12×10^-4 B 3 2.74×10^-4 1.12×10^-4 B 4 2.76×10^-4 1.12×10^-4

表3 试验管结垢情况 系统 试件 管长（cm） G2（g) G3(g) 污垢沉积率mcm[mg/(cm.月）] A 1 44.95 101.2722 99.1348 27.01 A 2 45.08 1102.2113 100.0110 27.76 B 3 45.15 97.6626 95.2620 30.32 B 4 45.00 103.4115 100.8001 32.82

表4 试验管腐蚀情况 系统 试件 G2（g) G3(g) 腐蚀速率F[mg/(dm².d)] A 1 99.2356 99.1348 3.73 A 2 100.1418 100.0110 4.84 B 3 95.4716 95.2620 7.74 B 4 101.2700 100.8001 10.80

2.2.3 结垢和腐蚀情况
　　系统运行21d后停车，试验管按GB5776方法进行处理，并按下式计算污垢沉积率和腐蚀速率，结果见表3、表4。

　　　mcm=(G₂-G₃/AT)×30

　　　F=[(G1-G3)/AT]×2.4×10⁶

　　式中　　mcm--污垢月沉积率，mg/(cm²·月)
?　　　　　A--粘附面积，cm²
?　　　　　T--试验时间,d
　　　　　?F--腐蚀速率，mg/(dm²·d)
　　　　　?G₁--试验管试前质量，g
　　　　　?G₂--试验管除垢前质量，g
　　　　　?G₃--试验管除垢后质量，g

2.2.4 挂片的腐蚀情况
　　系统开始运行后在两个系统的贮水池中各挂一组试片，此时试片可看作预膜片。在停止加药后再挂一组试片。试验结束后取出处理，计算腐蚀速率，结果见表5。

表5 挂片的腐蚀情况 系统 试片 预膜情况 试验周期（h） 初重(g) 试后重（g） 腐蚀速率F[mg/(dm2.d）] A 1 预膜 495 23.3127 21.2782 4.14 A 2 预膜 495 21.1556 21.1320 4.18 A 3 不预膜 310 20.9813 20.9593 6.04 A 4 不预膜 310 20.7913 20.7716 5.41 B 5 预膜 495 20.5827 20.5003 13.37 B 6 预膜 495 19.9484 19.8634 14.45

3 讨论

　　① 按照中国石化总公司执行的标准^［3］对试验结果进行评价，A系统试验管和预膜试片的腐蚀速率均达到“好”等级，未预膜试片处于“好”的等级。B系统试验管腐蚀速率达到“好”的等级，预膜试片在“可以允许”范围，所以本试验方案对腐蚀的控制是成功的。A系统比B系统缓蚀率更高，原因在于A系统预膜剂浓度更高，且连续投加臭氧，A系统未预膜片腐蚀速率比B系统更低也证实了这一点。
　　② 两个系统由于采用臭氧杀菌，所以管路比较清洁，生物污垢减少(可从流量计观察)，而A系统由于连续投加臭氧，几乎不产生生物粘泥。这说明臭氧有效地控制了微生物繁殖，大幅度减少了粘附和垢下腐蚀作用。
　　③ 两个系统极限污垢热阻均达到"好"的等级，说明磁化作用使得垢层疏松，传热效率降低幅度较小。与以前所做空白试验^[4]相比，阻垢率为70%～80%。粘附速率接近允许值，偏高的原因之一是计算时未扣除膜层的质量，另外水的硬度、离子强度、磁场强度等会影响磁化效果。据称水的硬度大于350 mg/L时处理效果稍差^[5]。

4 推荐工艺

　　预膜是为了防腐，磁化的主要作用是防垢，而臭氧的杀菌作用最出色，三者可以发挥协同作用。本工艺将三者结合起来，为循环冷却水处理探索了一条新的途径，而且基本上是一种“绿色”工艺。其特点是：①同时杀菌、缓蚀、阻垢，处理效果好；②排污无污染，符合环保要求，社会效益好；③一次投资，长期受益，经济效益好。
　　根据A、B两个系统的试验结果，建议在试验水质条件下，预膜剂浓度20mg/L，磁感应强度不小于0.4T，臭氧采用连续投加为好，为节能也可间歇投加，使其主要发挥杀菌作用。剩余臭氧浓度约0.05mg/L，其它参数：浓缩倍数3.0左右，流量Q=180L/h,?Re>4000，换热器热负荷q≤17.5W/m²，循环比1/4～1/5。实际应用时，尚需根据具体情况确定运行参数。

参考文献

　　1 陈昭威?磁场处理水的机理探讨?物理，1992；21(2)：109
　　2 Odgen M.Industrial Water Engineering,1970;7(6):36
　　3 中国石化总公司生产部、发展部?冷却水分析和实验方法?安庆：安庆石化信息中心，1993.402
　　4 李松田，李汉斌，王占生 臭氧处理循环冷却水的动态模拟实验?工业水处理，1997；17(4)：19
　　 谢绮芬 磁化水及其应用 北京：北京科技出版社，1982.55

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　　作者简介：李松田 男 36岁 副教授?
　　通讯处：467000 河南省平顶山市建设路西段240号 平顶山师范高等专科学校
　　(收稿日期 1998-08-23)