工業(yè)循環(huán)水處理的機(jī)理與方法的研究

李松文（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

工業(yè)循環(huán)水處理的機(jī)理與方法的研究

李松文（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

結(jié)合實(shí)踐來看，工業(yè)循環(huán)水實(shí)際上便是循環(huán)冷卻水，其主要作用在于冷卻產(chǎn)品與設(shè)備，從而起到保障工業(yè)生產(chǎn)效率的目的。然而根據(jù)相關(guān)研究表明，工業(yè)循環(huán)水在長期使用后會(huì)造成相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)結(jié)垢、被腐蝕等情況，因而采取一些較為有效的方法對其進(jìn)行處理就顯得十分必要。有鑒于此，本文將基于多年工作實(shí)踐，首先對工業(yè)循環(huán)水特性及其處理所具有作用展開論述，隨后再對其處理機(jī)理以及方法予以分析，以供廣大同行參考。

工業(yè)循環(huán)水；處理；機(jī)理；方法；研究

工業(yè)循環(huán)水主要用于冷卻水系統(tǒng)中，其作用在于通過對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行降溫而達(dá)到保障其生產(chǎn)效率之目的，但由于工業(yè)循環(huán)水經(jīng)過長期循環(huán)處理后往往會(huì)產(chǎn)生大量的沉淀物、膠體以及懸浮物等，這就導(dǎo)致其極易出現(xiàn)結(jié)垢、腐蝕以及滋生細(xì)菌等問題，如此一來勢必會(huì)嚴(yán)重地降低工業(yè)循環(huán)水效率，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)生產(chǎn)難以有效開展。為此，下文將結(jié)合工作實(shí)踐，重點(diǎn)圍繞于工業(yè)循環(huán)水處理機(jī)理與方法談一談自己的看法。

1 工業(yè)循環(huán)水特性及其處理所具有的作用

1.1 工業(yè)循環(huán)水特性

根據(jù)相關(guān)研究表明，工業(yè)循環(huán)水經(jīng)過長期循環(huán)使用，在工業(yè)循環(huán)水蒸發(fā)與補(bǔ)充的過程中，使其水體中富含沉淀物、懸浮物、膠體以及諸多穩(wěn)定弱的化學(xué)離子。一旦水體中含有大量的這些物質(zhì)與化學(xué)離子，而沒有及時(shí)采取一些較為有效的處理措施，那么將會(huì)導(dǎo)致工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)所經(jīng)設(shè)備產(chǎn)生污垢沉積、滋生細(xì)菌藻類等，導(dǎo)致所經(jīng)設(shè)備出現(xiàn)結(jié)垢及腐蝕。

1.2 工業(yè)循環(huán)水處理所具有作用

通過對相關(guān)文獻(xiàn)研究以及結(jié)合工作實(shí)踐來看，工業(yè)循環(huán)水處理主要具有以下兩方面重要作用：第一，節(jié)約用水。在我國水資源使用情況中，工業(yè)占據(jù)了極高的比例，其在城市水資源用量中往往達(dá)80%以上，而在工業(yè)用水中循環(huán)水則約占其總量的90%！這對水資源匱乏問題日益嚴(yán)峻的我國來說，工業(yè)循環(huán)水無疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。結(jié)合實(shí)踐來看，通過采取相應(yīng)措施對工業(yè)循環(huán)水進(jìn)行處理能夠使其絕大部分水資源得以重復(fù)使用，如此一來在有效避免工業(yè)循環(huán)水出現(xiàn)大量浪費(fèi)現(xiàn)象的情況下實(shí)現(xiàn)了節(jié)約用水的目標(biāo)；第二，保障工業(yè)生產(chǎn)效率。正如上文所述，工業(yè)循環(huán)水如果缺乏有效的處理，那么將會(huì)導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生污垢沉積、腐蝕等問題，其中前者不但會(huì)導(dǎo)致循環(huán)系統(tǒng)性能因熱交換設(shè)備無法正常運(yùn)行而大大降低，并且更會(huì)大幅度地增加系統(tǒng)能源消耗；而后者則致使工業(yè)循環(huán)水所經(jīng)設(shè)備受到腐蝕，在這二者的共同影響下必然會(huì)造成工業(yè)生產(chǎn)效率下降。而通過采取相應(yīng)措施對工業(yè)循環(huán)水進(jìn)行處理，能夠較為有效地降低系統(tǒng)中設(shè)備污垢沉積與腐蝕產(chǎn)生，如此一來有助于保障工業(yè)生產(chǎn)效率，并且提高設(shè)備使用壽命。

2 工業(yè)循環(huán)水處理的機(jī)理分析

通常而言，工業(yè)循環(huán)水所造成危害通常是由于水垢以及腐蝕所引起，因此在其處理機(jī)理上就主要針對這二者：

2.1 工業(yè)循環(huán)水阻垢處理機(jī)理

水垢主要指由于水體中微融性鹽類受到溫度所影響而逐漸沉淀形成結(jié)晶，根據(jù)相關(guān)研究表明，水垢地產(chǎn)生往往需要經(jīng)過過飽和溶液形成、晶核出現(xiàn)以及晶體出現(xiàn)這三個(gè)環(huán)節(jié)，并且缺一不可。而工業(yè)循環(huán)阻垢處理機(jī)理便是利用水垢產(chǎn)生的這一特性，通過利用阻垢劑其中一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行破壞，如此一來可以在有效地抑制或減緩水垢形成過程的前提下達(dá)到阻止其產(chǎn)生的目的。結(jié)合實(shí)踐來看，阻垢劑是工業(yè)循環(huán)水處理水垢的重要技術(shù)，它主要通過使得循環(huán)水至垢離子濃度大大提升而達(dá)到阻止水垢產(chǎn)生之目的。阻垢劑具體工作原理如下：第一，當(dāng)晶核出現(xiàn)并逐漸向晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程中，水體中水垢碳酸鈣結(jié)晶致密度和堅(jiān)硬度二者通常都很高，而此時(shí)阻垢劑地使用能夠?qū)ζ浣Y(jié)晶過程施加干擾，如此一來便會(huì)導(dǎo)致晶體因內(nèi)部應(yīng)力增強(qiáng)出現(xiàn)畸變與破裂而無法結(jié)晶；第二，由上文所述，我們可以得知工業(yè)循環(huán)水中含有大量穩(wěn)定性弱的化學(xué)離子，這其中就有鈣鎂離子。而一旦使用阻垢劑后，它便會(huì)和鈣鎂離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生產(chǎn)強(qiáng)穩(wěn)定性螯合物，如此一來不僅大大地提升工業(yè)循環(huán)水對鈣鎂鹽溶解能力，并且更關(guān)鍵的是能夠有效地阻止水垢形成；第三，阻垢劑在化學(xué)屬性上表現(xiàn)為陰離子，這就使其可以輕易地和工業(yè)循環(huán)水中碳酸鈣陽離子相結(jié)合，進(jìn)而在晶核表面形成雙電層，如此一來便有效地破壞了晶核向晶體轉(zhuǎn)變的過程，從而導(dǎo)致水垢無法產(chǎn)生。

2.2 工業(yè)循環(huán)水緩蝕處理機(jī)理

根據(jù)研究可知，工業(yè)循環(huán)水緩蝕處理機(jī)理主要是通過利用具有安全環(huán)保性的緩蝕劑將溶解氧從水體中排出，以此避免循環(huán)水系統(tǒng)中各設(shè)備被腐蝕。目前在工業(yè)循環(huán)水緩蝕處理中使用最為廣泛的緩蝕劑主要有鑰酸鹽、鋅鹽、聚磷酸鹽以及磷酸鹽等，并且它們優(yōu)缺點(diǎn)各異。第一，鑰酸鹽。鑰酸鹽在工業(yè)循環(huán)水緩蝕處理中主要具有優(yōu)點(diǎn)在于，其對鋼、銅以及鋁等材質(zhì)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)有效地緩蝕，并且當(dāng)其和別的藥劑混合使用可以獲取對點(diǎn)蝕地良好防腐效果；鑰酸鹽缺點(diǎn)則主要在于成本高，因?yàn)檫M(jìn)行一次工業(yè)循環(huán)水緩蝕處理往往需要使用較大量的鑰酸鹽；第二，鋅鹽。鋅鹽優(yōu)點(diǎn)在于成本低，但其缺點(diǎn)是具有極大毒性，因而使得鋅鹽使用受到嚴(yán)格地控制；第三，聚磷酸鹽與磷酸鹽。聚磷酸鹽與磷酸鹽這兩種是當(dāng)前工業(yè)循環(huán)水緩蝕處理中使用最為廣泛的緩蝕劑，因?yàn)槠渚哂谐杀镜颓叶拘孕〉膬?yōu)點(diǎn)。因而在工業(yè)循環(huán)水緩蝕處理中，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合設(shè)備腐蝕情況、經(jīng)濟(jì)環(huán)保性等選擇較為適宜的緩蝕劑進(jìn)行處理。

3 工業(yè)循環(huán)水處理的方法研究

目前，工業(yè)循環(huán)水處理上主要有物理與化學(xué)兩類方法，其中前者一般以膜處理法以及陰極保護(hù)為主，而后者則主要采取殺生劑、阻垢劑、緩蝕劑以及復(fù)合水處理劑等進(jìn)行處理。對此，我將逐一對它們進(jìn)行分析。

3.1 工業(yè)循環(huán)水物理處理方法

工業(yè)循環(huán)水物理處理方法一般是借助于水體物理特性，并在不改其特性基礎(chǔ)上采取非化學(xué)方法對循環(huán)水進(jìn)行凈化，從而達(dá)到阻垢與緩蝕目的。如在工業(yè)循環(huán)水物理處理中主要有膜處理法和陰極保護(hù)兩種方法。

（1）膜處理法

膜處理法是當(dāng)前工業(yè)循環(huán)水物理處理中較為常用的方法，其主要是借助于一些特殊薄膜而將水體中某些成分過濾出來，以此達(dá)到阻垢與緩蝕的目的。目前在膜處理法中主要采用反滲透以及納濾兩種：第一，反滲透處理法。該物理處理方法主要指首先在工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中放置所需的反滲透膜，隨后對循環(huán)水進(jìn)行施壓，從而使得循環(huán)水在經(jīng)過膜后分離出相應(yīng)溶質(zhì)，如此一來便能夠在深度凈化工業(yè)循環(huán)水的情況下達(dá)到阻垢與緩蝕的目的；第二，納濾處理法。工業(yè)循環(huán)水物理處理中納濾處理法應(yīng)用最為廣泛，這主要是因?yàn)樵摲椒ㄏ啾扔诜礉B透，不但在水溶質(zhì)分離率上更高（例如對工業(yè)循環(huán)水中Ca2+、Mg2+等化學(xué)離子分離率極高），并且其工藝與技術(shù)也比反滲透先進(jìn)。

（2）陰極保護(hù)

陰極保護(hù)主要指首先通過在工業(yè)循環(huán)水中注入含相應(yīng)離子的保護(hù)介質(zhì)，隨后通入直流電將該介質(zhì)引至所需保護(hù)金屬周邊，而被保護(hù)金屬負(fù)電位在介質(zhì)吸引作用下移到保護(hù)電位圈里面，從而起到金屬緩蝕作用。目前陰極保護(hù)中主要采用犧牲陽極以及外加電流兩種：第一，犧牲陽極陰極保護(hù)。該方法主要是借助于將陰、陽兩級進(jìn)行偶聯(lián)處理，以此達(dá)到金屬緩蝕作用；第二，外加電流陰極保護(hù)。該方法較為簡單，主要是在工業(yè)循環(huán)水處理中通入一定安數(shù)的直流電流便可實(shí)現(xiàn)。兩種陰極保護(hù)方法優(yōu)缺點(diǎn)各異，為此應(yīng)當(dāng)結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

3.2 工業(yè)循環(huán)水化學(xué)處理方法

工業(yè)循環(huán)水化學(xué)處理方法主要指使用化學(xué)藥劑對其進(jìn)行凈化、冷卻，以此達(dá)到阻垢與緩蝕目的。根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，與物理處理方法相比，工業(yè)循環(huán)水中采取化學(xué)處理不但阻垢緩蝕效果更優(yōu)，同時(shí)其還具有能耗低、提高設(shè)備壽命等優(yōu)點(diǎn)，因而使其成為了工業(yè)循環(huán)水處理主要方法。目前在工業(yè)循環(huán)水化學(xué)處理中主要采取采取阻垢劑、緩蝕劑、殺生劑以及復(fù)合水處理劑這四種藥劑開展，其中前兩者作用與用法已經(jīng)在前文進(jìn)行了論述，為此將重點(diǎn)對后兩者進(jìn)行分析。

（1）殺生劑

工業(yè)循環(huán)水化學(xué)處理方法中殺生劑主要是通過將水體中微生物進(jìn)行消滅而得到凈化的目的，其根據(jù)是否具有氧化性而分為兩類。第一，氧化性殺生劑。此類殺生劑中主要是通過釋放強(qiáng)氧化性來消滅工業(yè)循環(huán)水微生物，其一般有O3、Cl、ClO2以及Br2等，這幾中氧化性殺生劑優(yōu)缺點(diǎn)各異。O3優(yōu)點(diǎn)在于工業(yè)循環(huán)水凈化效果極佳（主要得益于其氧化性極強(qiáng)），但缺點(diǎn)在于穩(wěn)定性較低；Cl優(yōu)點(diǎn)主要有成本低、操作簡便以及凈化能力較強(qiáng)等，缺點(diǎn)在于具有一定危險(xiǎn)性；ClO2優(yōu)點(diǎn)在于凈化能力強(qiáng)以及無毒副作用；Br2作優(yōu)點(diǎn)主要?dú)⒕俣扰c效率高。第二，非氧化性殺生劑。非氧化性殺生劑主要是通過在工業(yè)循環(huán)水中釋放出陽離子活性基因而起到殺菌作用，目前應(yīng)用最多的是有潔而滅和新潔而滅兩種。根據(jù)相關(guān)研究表明，非氧化性殺生劑生物降解率高、效率快、濃度低以及適用PH范圍大等眾多優(yōu)點(diǎn)。

（2）復(fù)合水處理劑

復(fù)合水處理劑主要指將多種化學(xué)藥劑一同使用，如此一來不但使其能夠同時(shí)處理多種金屬水垢與腐蝕，并且更重要的是可以有效地增強(qiáng)效果。目前復(fù)合水處理劑采用最多的配方通常有：鑰系水、有機(jī)磷系水以及鉻系水三種處理藥劑。第一，鑰系水處理藥劑配方。根據(jù)相關(guān)研究表明，鑰系水配方具有無污染與低毒性等優(yōu)點(diǎn)，其配方主要為鉬酸鈉+PAA+Zn2++木質(zhì)素磺酸鹽+葡萄糖酸鈉；第二，有機(jī)磷系水處理藥劑配方。該配方優(yōu)點(diǎn)在于阻垢與緩蝕效果顯著、性質(zhì)穩(wěn)定以及抗氧化強(qiáng)等，其配方主要是HEMA+HEDP+Zn2+；第三，鉻系水處理藥劑配方。該配方在工業(yè)循環(huán)水復(fù)合水處理劑使用最為廣泛，其優(yōu)點(diǎn)在于配方成熟、性能穩(wěn)定、阻垢與緩蝕效果顯著以及藥源眾多等，配方則為六偏磷酸鈉+HEDP+PAA+Zn2+。上述三種復(fù)合水處理劑配方優(yōu)缺點(diǎn)各異，企業(yè)應(yīng)當(dāng)在充分結(jié)合自身實(shí)際情況下基礎(chǔ)上選擇適宜的配方對其工業(yè)循環(huán)水進(jìn)行處理，以此獲取最優(yōu)效果。

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李松文（1986-），男，籍貫：黑龍江省雞西市，學(xué)歷：本科，職稱：助理工程師，研究方向：循環(huán)水水質(zhì)控制及處理，從事的工作：煤化工循環(huán)水水質(zhì)處理。