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循环水冷却水处理方案
循环冷却水系统水处理方案
2018年4月
一、前言
随着我国工业的发展，淡水耗量急速增加，我国北方地区更是面临严重的水源紧缺状况。
据报道我国人均拥有水量为2400吨，而北方地区的人均拥有水量为240吨。
在城市用水中，工业用水约占总用水量的60～80％，而工业冷却水用量占整个工业用水量的70～80％。
然而，有关资料显示我国的工业用水重复利用率平均为40～50％。
我国城市工业万元产值耗水量达340立方米，是发达国家的10～20倍，耗水量高，重复利用率低，是我国工业系统水资源利用的突出问题。
因此，节约工业冷却水，使有限的水源得到最大限度的利用，是工业领域节水工作的重中之重。
采用循环冷却水技术是工业领域节水的主要方法。
在工业循环冷却水系统的运营管理中，浓缩倍数是判定系统状态的一个重要技术指标。
采用循环冷却水处理技术后，当浓缩倍数达到2.0倍时与直流水相比，可节约淡水95％以上。
本技术方案在现场实施后，可达到下列水处理技术指标：
（1）腐蚀率：
不锈钢≤0.005mm/y
（2）污垢热阻：
≤3.44×10－4m2·℃/w
（3）异养菌总数：
＜5×105个/ml（夏天）
＜1×105个/ml（冬天）
二、循环水系统工况条件及水质条件
2.1工况条件：
系统保有水量：
300m3
循环水量：
600m3/h
补充水量：
12m3/h
蒸发水量：
9m3/h
排污水量：
3m3/h
循环水温差：
10℃
换热设备材质：
不锈钢
浓缩倍数：
4.0（目前运行值）
2.2水质条件：
系统循环水及补充水的分析数据如下：
分析项目
单位
补充水
循环水
Ca2+
mg/l
7.35
8.17
Mg2+
mg/l
3.47
4.46
总硬度
mmol/l
0.33
0.39
总碱度
mmol/l
6.4
9.6
Cl-
mg/l
36.83
111.46
SiO2
mg/l
18
40
总铁
mg/l
0.23
1.2
正磷（以PO43-计）
mg/l
1.11
66.12
总无机磷（以PO43-计）
mg/l
1.8
69.31
总磷（以PO43-计）
mg/l
1.752
71.91
从分析结果看出，系统补充水属于高碱度水质，浓缩运行后，极易发生结垢现象。
从循环水水质分析结果可以看出系统目前已经发生了结垢问题，需要我们及时采取有效处理措施，一方面将系统运行浓缩倍数控制在适度的范围内；另一方面尽快实施投加水处理药剂的保护措施，使系统的运行恢复正常状况。
根据我们多年处理循环水的经验，并参考循环水系统最佳运行浓缩倍数测试软件的测试结果，我们建议厂方最好将循环水系统运行浓缩倍数控制在3.0左右。
这样的话，可以确保加药处理的最佳缓蚀阻垢效果。
系统目前的运行浓缩倍数（4.0），已经远远超出了水处理药剂的处理极限，运行时间不长就会产生严重的结垢和垢下腐蚀，提请厂方重视这一问题。
三、冷却水处理方案的确定思路
系统补充水为高碱度结垢型水质且水中存在一定的腐蚀性离子，随着水温、pH值的上升以及浓缩倍数的提高，结垢趋势将更加严重，腐蚀在一定程度上将受到阻垢效果的影响，因此在确定水处理药剂及配套控制条件上一定要严格控制结垢，同时兼顾缓蚀，另外也要控制菌藻的滋生。
缓蚀阻垢剂产品要求：
第一、产品具有优良的阻垢性能和缓蚀性能，选定的阻垢分散剂不仅对碳酸钙垢、磷酸钙垢具有优异的阻垢性能，而且对氧化铁、粘泥及水中浊度物质也有良好的分散作用；选定的缓蚀阻垢剂容易在金属表面形成一层薄而致密的防腐膜；第二、产品在循环水中的稳定性，耐氯分解能力强，适应高浓缩倍数要求产品在水中停留时间长的特点；第三，尽量选用低磷环保型产品，随着工业的发展环境问题日益引起人们的重视。
近年来由于江河污染，海水富营养化，赤潮现象屡见不鲜，世界各地禁磷呼声越来越高，因此选择低磷、无磷等环保型水处理药剂是今后冷却水处理技术的发展方向。
一般而言水中钙硬度（以CaCO3计）与总碱度（以CaCO3计）之和大于1000mg/l时，药剂的阻垢性能会急剧下降，在此条件下，生产装置中个别高温、低流速换热器就会出现严重的结垢现象。
目前，国际上在对待结垢型水质提高浓缩倍数的问题上，也是普遍采用优异缓蚀阻垢剂，可达到可观的节水、节药、增加经济效益的目的。
四、试验情况
4.1试验用水水质：
根据水质分析结果，配水模拟现场浓缩倍数为3.0的循环水。
4.2阻垢试验：
4.2.1试验条件：
温度60℃，24hr
4.2.2试验结果：
产品编号
不同使用浓度下的阻垢率（％）
50ppm
60ppm
70ppm
80ppm
HZ-1
85.24
91.17
95.22
95.46
HZ-2
84.56
90.30
93.82
94.28
HZ-3
87.50
92.70
95.98
96.86
HZ-4
83.82
84.78
88.26
90.35
HZ-5
84.27
91.02
94.16
95.07
HZ-6
89.45
93.93
97.92
98.17
4.2.3试验结论：
从上述试验结果可以看出，综合考虑产品的技术经济性，HZ-6缓蚀阻垢剂配方产品的阻垢效果最佳，使用浓度为70ppm时，完全可以满足现场的阻垢要求。
4.3腐蚀试验：
4.3.1试验条件：
采用旋转挂片腐蚀仪
水浴温度：
50℃，精度±1.0℃，
时间：
72hr
转速：
75r/min，精度±3%
4.3.2试验结果：
产品编号
不同使用浓度下材质的腐蚀率（mm/y）
50ppm
60ppm
70ppm
80ppm
HZ-1
0.010
0.007
0.006
0.003
HZ-2
0.009
0.007
0.005
0.002
HZ-3
0.006
0.005
0.003
0.002
HZ-4
0.009
0.009
0.008
0.006
HZ-5
0.005
0.003
0.002
未检出
HZ-6
0.002
0.001
未检出
未检出
4.3.3试验结论：
从上述试验结果可以看出，综合考虑产品的技术经济性，HZ-6缓蚀阻垢剂配方产品的缓蚀效果最佳，使用浓度为70ppm时，完全可以满足现场的缓蚀要求。
4.4缓蚀阻垢剂的耐氯氧化能力
选定的HZ-6缓蚀阻垢剂在无活性氯的情况下是相当稳定的,在用氧化性杀菌剂控制循环冷却水中微生物滋生时，正常剂量的活性氯，对HZ-6的氧化分解能力很轻微，不会对缓蚀阻垢剂性能产生明显影响，但是当活性氯严重偏高（例如余氯＞2ppm）持续时间太长，将影响缓蚀阻垢剂的缓蚀阻垢性能。
4.5缓蚀阻垢剂与杀菌灭藻剂配伍性
选定的HZ-6缓蚀阻垢剂与目前国内通用的非氧化性杀菌灭藻剂具有良好的共存性。
4.6缓蚀阻垢剂的复配性能试验
选定的HZ-6缓蚀阻垢剂按照大生产程序复配后，放置于冰箱内冷藏数天，产品依然稳定。
五、循环冷却水系统的日常运行方案
鉴于目前循环水水质日趋恶化，在实施水处理方案之前，应先对系统水质进行置换排放，恢复正常水质状况后，开始药剂的基础投加。
5.1基础投加
一次性向水池中投加HZ-6缓蚀阻垢剂120ppm，即37.5公斤，控制循环水中总磷>7.0ppm。
进入浓缩运行后，控制排污量1m3/hr，并按HZ-6缓蚀阻垢剂70ppm进行补药，即每天补药2.0公斤（具体补药量依分析结果调整，控制循环水中总磷5.0～6.0ppm。
当循环水浓缩至3.0倍后，控制循环水中总磷4.0～6.0ppm。
5.2日常运行
当循环水浓缩至4.0倍时，转入日常运行操作：
1、每天投药量，计算公式如下：
70g/m3×排污量m3/h×24h
HZ-6
缓蚀阻垢剂（公斤）=×K
1000
当排污量B=4.5m3/hr，药剂损失量系数K=1.2时，每天补药量为9公斤。
2、控制指标：
pH:
维持自然平衡
总磷:
4.0～6.0ppm
浊度:
＜20mg/l
Ca2+:
＜50mg/l
Cl¯:
＜150mg/l
浓缩倍数:
3.0
3、补药方式
应通过分析监测，调整每天配药量，使之在控制指标内，若水中药量缺的太多时，应按下式计算补药量，一次性投入水池中。
5.3杀菌灭藻剂的投加
1、氧化性杀菌灭藻剂，每周投加一次，投加浓度20～30ppm；
2、非氧化性杀菌剂考虑两种交替投加，每次投加100ppm，即30公斤，夏季每15天投加一次，冬季每月投加一次。
投加杀菌灭藻剂时应减少排水和补水，保持药剂运行24小时后，恢复正常补排水控制。
六、分析监测项目及频率
序号
分析项目
补充水
循环水
1
pH
一次/周
一次/天
2
电导率
一次/周
一次/天
3
Cl¯
一次/周
一次/4小时
4
总磷
---
一次/4小时
5
Ca2+
一次/周
一次/天
6
总碱度
一次/周
一次/天
7
浊度
一次/周
一次/天
七、循环水岗位加药操作
浓缩倍数
HZ-6缓蚀阻垢剂加药量（公斤/天）
3.0~3.2
7.2
3.2~3.4
6.5
3.4~3.6
6
八、循环水岗位补药操作
按每天正常加药量操作后，测定循环水中总磷值，假如低于4.0mg/l，可按下表追加药量。
总磷分析值与4.0mg/l的差值（mg/l）
对应缓蚀阻垢剂补药量（公斤）
0.1
0.5
0.2
1.0
0.3
1.5
0.4
2.0
0.5
2.5
0.6
3.0
0.7
3.5
0.8
4.0
0.9
4.5
1.0
5.0
九、水处理药剂年用量及费用计算：
9.1计算依据：
系统保有水量：
300m3
循环水量：
600m3/h
补充水量：
12m3/h
蒸发水量：
9m3/h
排污水量：
4.5m3/h
循环水温差：
10℃
换热设备材质：
不锈钢
浓缩倍数：
3.0
9.2费用估算
药剂名称
年用量（吨）
单价（元/吨）
费用（万元）
HZ-6缓蚀阻垢剂
3.0
12000.0
3.6
氧化型杀菌灭藻剂
0.36
18000.00
0.648
非氧化型杀菌灭藻剂A
0.27
14000.00
0.378
非氧化型杀菌灭藻剂B
0.27
15000.00
0.405
合计
3.90
―――
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