【清华大学】水环境处理 讲义 NO 12

第3节 冷却塔的热力计算原理

第4节 循环冷却水水质特点和处理要求

无机盐类沉积――结垢

悬浮物、其它杂质――污垢

微生物繁殖――粘垢



4. 水温变化

水温升高――溶解盐溶解度降低

水温降低―――腐蚀



5.电化学腐蚀

金属腐蚀的一种常见形式。

金属表面的两个部位，由于存在物理或化学差异（不均匀、溶解盐类、杂质等），使得一个易溶于水（阳极），一个难溶于水（阴极）。形成电极电位差别――构成腐蚀原电池（由化学反应产生电能）

高电位：阴极

低电位：阳极

阳极：Fe ® Fe²⁺ + 2e 发生腐蚀

阴极：1/2 O₂ +H₂O +2e ® 2OH^-

在水中，Fe²⁺ + 2OH^- ® Fe(OH)₂

2Fe(OH)₂ + 1/2 O₂ + H₂O ® 2Fe(OH)₃¯



如果水中无氧，阴极反应产物2H⁺+2e®H₂ 会覆盖在金属表面，使水与阴极分开，使阴极反应不能进行。这称做极化作用。

如果水中溶解氧比较充足，上述阴极就会继续进行。O2起到了去极化作用。



6. 微生物腐蚀

铁细菌：把亚铁离子转化为不溶于水的Fe₂O₃水合物，形成铁瘤（锈瘤），过量时会堵塞管道。

铁细菌的锈瘤遮盖了钢铁表面，形成氧浓差腐蚀电池，并使缓蚀剂难于与金属表面作用。

硫酸盐还原菌：8H + SO₄^2- ® H₂S +2H₂O + 2OH^- + 能量

生成的硫化氢对一些金属有腐蚀性。

参与电化学腐蚀中的阴极去极化作用，使电化学腐蚀在缺氧条件下得以继续。

硝化细菌：把氨转变为硝酸。

硫杆菌：把可溶性硫化物转变为硫酸。



因此，循环冷却水处理需要解决；腐蚀性、沉积物、微生物滋生



二、循环冷却水的基本水质要求

由于影响因素复杂，制订通用的循环冷却水质标准十分困难。因此通常将循环冷却水水质按腐蚀和沉积物控制要求作为基本水质指标。实际上是间接指标。



※腐蚀率：金属每年的平均腐蚀深度，mm/a，采用挂片试验，测定试验前、后的试片重量来确定。对于局部腐蚀，可用“点蚀系数”来反映点蚀的危害程度，即最大腐蚀深度与平均腐蚀深度之比。

经水质处理后使腐蚀率降低的效果称为缓蚀率h



※污垢热阻：传热系数的倒数，Rt。

热交换器传热面由于沉积物沉积使传热系数下降，从而使热阻增加的量称为污垢热阻。

污垢热阻与时间有关。应作出污垢热阻对时间的变化曲线，推算出年污垢热阻作为控制指标。

第5节 循环水结垢与腐蚀的判别

第6节 循环水处理

又可分成：阳极缓蚀剂：在阳极形成保护膜

阴极缓蚀剂：在阴极形成保护膜

混合型缓蚀剂：



二、防垢处理

1．用排污法减少浓缩倍数



2．降低补充水中的碳酸盐硬度

采用软化降低水的硬度。

采用酸化法将碳酸盐硬度转化成溶解度较高的非碳酸盐硬度。

Ca(HCO₃)₂ + H₂SO₄ ----- CaSO₄ + 2CO₂ + 2H₂O



3．投加阻垢剂

从水中析出碳酸钙等水垢的过程，就是微溶性盐从溶液中结晶沉淀的一种过程。按结晶的动力学观点，结晶的过程首先是生成晶核，形成少量的微晶粒，再由于不断地相互碰撞，变成大晶体。

---- 投加阻垢剂，破坏结晶增长。

阻垢剂：对钙、镁离子具有吸附、络合、分散作用。

聚磷酸盐法（有：六偏磷酸钠和三聚磷酸钠）：与水中离子起络合反应；分散剂，可吸附在微小晶坯上。

有机磷酸盐（有：膦酸盐和二膦酸盐）：吸附和分散作用

聚羧酸类阻垢剂（聚丙烯酸钠）：是一种比较有效的阴离子型分散剂。





三、防污垢处理及微生物控制

※补充水处理

※冷却水构筑物的保护

※循环水处理：投加化学药剂（杀菌）、设置旁滤池



四、综合处理

复方稳定剂（腐蚀、结垢及污垢）：

锌/聚磷酸盐

聚磷酸盐/有机磷酸盐



化学清洗（表面处理）――冲洗――预膜（缓蚀阻垢）――综合处理（投加稳定剂）



五、存在的问题

生物陶瓷的生成

应助达人

gl19860312版主：
是从那里来的这些啊，谢谢分享。

应助达人

如果更紧凑点，那么就比较爽了哈。

应助达人

氧化膜型：直接或间接产生金属氧化物或氢氧化物，在金属表面形成保护膜。如铬酸盐即属于此类缓蚀剂。使金属表面的电位向高电位区移动，生成的Fe2+迅速氧化，在金属表面形成以不溶性g-Fe2O3为主体的氧化膜。形成的膜薄而致。但多数氧化膜缓蚀剂都是重金属含氧酸盐，污染环境。一般不单独使用，可与其它缓蚀剂联合使用。
就一个循环水系统如此复杂啊。

应助达人

沉淀膜型：水中离子型：缓蚀剂（聚磷酸盐、锌盐等）与溶解在水中的离子（Ca2+, Mg2+）生成难溶盐或络合物，在金属表面析出。形成的膜比较松散。金属离子型：使金属活化溶解，并在金属离子浓度高的部位与缓蚀剂形成沉积。
循环水的第二个模型，不知道目前我国用的那种模型呢？

应助达人

吸附膜型：有机缓蚀剂具有亲水性基和疏水性基。亲水基即极性基能有效地吸附在清洁的金属表面上，而将疏水基团朝向水相，阻碍水和溶解氧向金属扩散，以抑制腐蚀。价格高但有发展前途。

这种模型在三中循环水中具有一定的市场导向啊，这也是个科研的方向，虽然现在价格高，相信随着科研的研究，这个方法是最有利用价值的。

应助达人

现在仪器用的循环水系统要求超纯水，看来是有道理的，从这篇文章能看出的确需要超纯水。