知识储备：工业循环水知识解析

     什么是水处理

    这里所说的水处理并不是普遍意义上的污水处理，而是工业水处理，相反，我们处理的往往不是污水，而是可以被利用的正常态的水，这些水的来源有很多，例如地表水、河水、经过处理后的生活污水（我们多叫中水），这些水我们同称作补水。当补水进入了工厂冷却系统之后，就成为了我们常说的循环水，这些循环水的作用往往是冷却作用。大部分工厂的循环水冷却系统是敞开式的，也就是有一部分是暴露在空气里面的，而暴露在空气中的这部分（一般是一个冷却塔，将被升温的循环水冷却），随着时间的推移，往往会蒸发，受到粉尘污染，产生菌藻等不良影响，水处理，就是将这部分影响降到最低。

    我们为什么需要水处理

    在我们所用到的补水中，不论哪一种补水，阳离子含量最多的往往是Ca+，阴历含量最多的往往是HCO3-或者是硫酸根例子，这几种离子在离子浓度较高时，会形成碳酸钙或者硫酸钙垢，且以碳酸钙垢居多（没错，就是你家水壶里面的那种），这些的沉积会造成换热器的换热效率降低，更严重的是将助长某些细菌如铁细菌的繁殖，导致管壁腐蚀穿孔而泄露。同时随着水的蒸发水中各种离子含量也在逐渐增加，这些离子的增加也会导致结构或者产生腐蚀。而经过处理之后的循环水可以保证在离子浓度增加后而减少结垢，降低腐蚀，减少菌藻生长的效果。

    影响垢的因素

    循环水的垢除了有无机垢之外，还有污垢，这些污垢往往是由于地表水中总夹杂有许多泥沙，腐殖质以及各种悬浮物和胶体物，同时也可能是由于水中进入了较多的粉尘，导致水的浊度升高。而结无机垢的主要原因还是由于水的蒸发，导致水中成垢离子浓度增加。

    影响腐蚀的因素

    ①pH值，主要取决于该金属氧化物在水中的溶解度对pH值得依赖关系。一般来说，对于镍、铁、镁材质，pH越低，腐蚀的越快（对于铁，pH很高时，铁也要溶解生成铁酸盐）。

    ②阴离子，水中不同离子在增加金属腐蚀速度方面有以下顺序：NO3-＜CH3COO-＜Cl-＜ClO4-，其中我们主要检测的是氯离子浓度。

    ③络合剂，我们主要考虑的是NH3，当化工厂某些管道发生泄漏时，有时会导致铵根离子升高，加快了腐蚀。

    ④硬度，钙、美离子浓度过高时，会与水中碳酸根、磷酸根或硅酸根作用形成碳酸钙、磷酸钙和硅酸钙垢，引起垢下腐蚀。

    ⑤金属离子，铜、银等重金属离子在冷却水忠对钢、铝、镁这几种常见金属起有害作用，这些离子往往会形成一个个的微电池而引起基体金属的腐蚀。

    ⑥溶解的气体，低碳钢，铜和铜合金腐蚀率会随着氧含量的增高而增加。当水的pH偏低时，二氧化碳会导致金属表面膜的溶解破坏。当冷却水忠存在氧化剂时，氨会选择性的腐蚀铜。硫化氢会加速铜、钢和合金钢的腐蚀，但对铝没有腐蚀性。二氧化硫会降低pH增加腐蚀。

    ⑦浓度，多数金属在非氧化性算中随着浓度的增加，腐蚀家具，而在氧化性算中，随着浓度的增加，腐蚀速度有一个最高值，超过最高值后会形成保护膜，腐蚀率下降。

    ⑧悬浮固体，当冷却水流速降低时，悬浮物容易在换热器表面生成疏松的沉积物，引起垢下腐蚀。

    ⑨流速，流速低时，水中溶解氧的流量随之增加，金属腐蚀速率加快。

    ⑩温度，一般的将，金属的腐蚀速度随着温度的增加而增加。

    氯对腐蚀的影响

    ①对碳钢：当水中余氯浓度达到0.5mg/L时，碳钢的腐蚀率迅速上升，达到0.7mg/L时，开始超出设计规范的容许的上限值。

    ②含镍铸铁，＜2mg/L时，影响不大

    ③铜基合金，＜2mg/L时，影响不大

    ④铝，均有腐蚀，但不严重

    ⑥不锈钢，跟材质有关

    影响菌藻生长的因素

    一般来说促进菌藻生长的离子主要是无机磷，无机磷是菌藻的主要生长源，除无机磷之外，循环水补水水质不好，也会带入较多菌藻。另外还有在化工厂中水中氨氮含量偏高时也会促进菌藻生长。

    铬酸盐：铬酸钠，氧化性缓蚀剂，有临界浓度，需要高于临界浓度，使用时通常以较低的剂量与其他缓蚀剂（锌盐、聚磷酸盐、有机磷酸盐）复配。优点，不仅对钢铁，而且对铜、锌、铝、及其合金都能给于良好的保护；使用pH范围很宽（6~11）；效果好。

    亚硝酸盐：亚硝酸钠，氧化性缓蚀剂，有临界浓度，取决于侵蚀性离子。被广泛用作冷却设备酸洗后的钝化剂和密闭式循环冷却水系统中的非铬酸盐系缓蚀剂。但需要浓度高；易促进微生物生长；可能被还原为氨，产生腐蚀；有毒。

    硅酸盐：SiO2与Na2O之比为2.5~3.0的水玻璃。最佳pH为8.0~9.5，在pH过高的或者Mg硬度高的水中，不宜使用硅酸盐。使用硅酸盐作缓蚀剂时，冷却水忠必须有有氧金属才能得到有效的保护。被用作直流水的缓蚀剂时浓度为8~20mg/L。在循环冷却水中，使用浓度为40~60mg/L，最低位25mg/L。特别适用于黄铜脱锌。

    钼酸盐：非氧化性缓蚀剂，效果差，成本高。

    锌盐：硫酸锌，阴极性缓蚀剂，于其他缓蚀剂联合使用往往相当有效。成本低，成膜快，但使用时需要pH＜8。

    磷酸盐：阳极性缓蚀剂，无毒性，价格低，但需要与专用的共聚物联合使用，缓蚀作用一般，容易促进藻类生长。

    聚磷酸盐：六偏磷酸钠和三聚磷酸钠，属于线型无机聚合物，不仅有缓蚀作用，还可阻止冷却水中碳酸钙和硫酸钙垢的低浓度阻垢作用。使用时尽可能避免水解成正磷酸盐，常与铬酸盐、锌盐、钼酸盐、有机磷酸盐等缓蚀剂联合使用。有很多优点，但易水解，水解成与钙离子成垢，且易促进藻类生长，并对铜以及铜合金有侵蚀性。

    有机膦酸：常用ATMP（氨基三亚甲基膦酸）、HEDP（羟基亚乙基膦酸）、DETMP（乙二胺四亚甲基膦酸）、PBTCA（2-膦酸丁烷-1、2、4三羧酸）、HPA（羟基膦酰基乙酸）等。与聚磷酸盐相比，并不会那么容易水解成正磷酸盐。

根据Starostina的研究，含磷阻垢缓蚀剂稳定性好坏顺序：PBTCA>HEDP>ATMP>六偏磷酸钠。有机膦酸盐缺点，对铜及其合金有强腐蚀性，价格较贵。

    巯基苯并噻唑（MBT），阳极型缓蚀剂，对于铜和铜合金的缓蚀作用很有效，低浓度就可以起到良好的效果，但是易被氯或氯胺氧化。

    苯并三唑（BTA）和甲基苯并三唑（TTA）：BTA是一种很有效的钢和铜合金缓蚀剂。BTA与TTA在pH=6~10之间的缓蚀率最高。当冷却水忠有游离氯爱是，BTA的患失性能被破坏，但当游离氯消耗完后，缓蚀作用又会恢复。两者更能耐受氯的氧化作用，但价格较高。

    硫酸亚铁：发电厂通关凝汽器中广泛采用，目前，国内外发电厂采用胶球清洗与硫酸亚铁造膜处理相结合的方式来防止冷却水对凝汽器铜管的腐蚀。