水质处理概论.docx

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水质处理概论

水质处理概论

冷却水处理：

冷却水处理可防水垢、防腐蚀、杀藻菌、除污泥等，节约能源、省电、省水、省工。

工厂因制程产生的热量举凡化学反应，热机器运转后之热量，或加热成型物之冷却等，都必须靠冷却水来移除热量，否则对机器本身寿命或产品质量均会有间接影响。

对于冷却水系统一般会产生的问题有：

一、水垢沈积物：

当冷却水中溶解性盐类超过饱和浓度时即会产生无机盐类沈积﹙称之为水垢Scale﹚，通常冷却水系统较常见之水垢有碳酸钙、硫酸钙等：

而水中之泥沙、污泥等悬浮杂质，加热浓缩后，会造成软泥、污垢沉积，两者附着于热交换金属表面时将大幅降低热交换效率、造成主机效率降低、浪费电力甚至跳机造成生产损失。

二、腐蚀：

系统因腐蚀而缩短寿命，设备折旧率提高。

造成冷却水系统管线设备腐蚀之原因，一般有下列几项：

1.水中溶存氧及溶解性盐类浓度增加，所造成之一般性腐蚀（GeneralCorrosion）。

2.系统中两种不同金属互相接触，造成的流电腐蚀﹙GalvanicCorrosion﹚。

当两种不同金属在流电序列的位置差距越远，其电位差越大，当两金属接触时，活性较高者（阳极）的腐蚀率增加，而活性较低者（阴极）的腐蚀率降低。

流电腐蚀问题常用锌块-牺牲阳极（Sacrifiedanodes），藉阴极保护加以控制。

3.冷却水中之杂质或腐蚀所产生沈积物，而造成沈积物腐蚀（UnderDepositCorrosion）。

三、微生物污塞：

由于大自然的阳光与水中之养份使细菌（Bacteria）、藻类（Algae）、真菌（Fungi）等滋长快速，如不加以杀灭，将造成系统管线或热交换器微生物及其黏泥之污塞，而造成热交换不良。

藻菌--使水质急速恶化，影响冷却系统之热交换效率，菌类危害人体健康。

污泥--容易沈积在热交换器管路内造成热交换不良，甚至跳矶。

所以针对以上各不同的情形会使用不同的药剂，当然也有厂商把它做成四合一或三合一的药剂，因通常的污塞情形是会同时发生的。

药剂成份每家使用的都不相同，也属于商业机密，各种药剂约有下列功能：

1.防止水中溶氧量增加。

2.防止水垢形成，水垢形成以碳酸碳及碳酸镁为主。

3.防止藻菌或微生物生成，加氯或调整水的ph值。

4.降低水中溶盐浓度。

锅炉水处理：

锅炉水加药处理的目的，在防止水蒸汽系统腐蚀、结垢及沉积的发生，维护设备使炉管免因腐蚀或过热而损坏，减少炉管沉积物，汽水共沸现象，保持最佳传热效果；防止蒸汽及凝结水系统严重腐蚀，并可保障工厂设备安全，达到节约能源的最佳状况。

『锅炉』是将水加热转变成蒸气的设备，工业上对于蒸气的利用从最简单的加热，带动汽涡轮机、压缩机，到多功能发电用途之汽电共生等，都与水发生密切的关系。

一般而言锅炉水系统最常产生之障碍有水垢、沈积物﹙ScalingorSludge﹚及腐蚀﹙Corrosion﹚与汽水共沸﹙CarryOver﹚等现象。

一、水垢与沈积物﹙ScalingorSludge﹚：

锅炉给水，虽然经过树脂的软化处理，但仍有少量的硬度及杂质，软水中更含有硅酸盐及碳酸盐，加上有时软化异常时，水中所含杂质更多，在锅炉内经浓缩后很容易结合成水垢或沈淀为软泥沈积物，附着在锅炉内层，降低热交换效率，增加燃料费用，严重时将使炉管过热而爆裂，甚至造成锅炉爆炸。

一般水垢结晶图

二、腐蚀﹙Corrosion﹚：

1.锅炉本体腐蚀：

由于水中含溶存氧，当溶存氧随锅炉给水进入炉体内，受到高温催化立刻与锅炉本体或炉管等金属材质，起激烈而严重之腐蚀，尤其氧气所造成之腐蚀为孔蚀（Pitting），将对炉管造成穿孔破管之危害，并使锅炉使用寿命巨幅减少。

清罐剂将水垢结晶扭曲分图

2.回收水管线腐蚀：

蒸气冷凝水回收使用可提高锅炉给水温度，直接提升锅炉燃烧效率，但如空气中二氧化碳﹙CO2﹚或氧气﹙O2﹚泄入回收管线中，将造成管线酸性腐蚀或孔蚀。

三、汽水共沸﹙CarryOver﹚：

当锅炉蒸气挟带一部分水滴到蒸气系统时，将造成现场却水器﹙Trap﹚不断动作，而浪费能源，且制程加热不易或锅炉液位上下起伏太快，导致锅炉熄火等种种障碍时，称为汽水共沸。

四、锅炉水处理概要：

【处理之目的】：

锅炉是工厂的心脏，良好的水处理，可以防止锅垢沈积、锅炉腐蚀及汽水共沸问题，避免锅炉爆裂管及损坏，延长锅炉寿命，并节约能源，减少维修，避免不必要之停车、停工、生产中断等问题，实为工厂最重要之维护工作之一，应特别重视。

【原水之问题及其处理】：

1. 锅炉会发生锅垢沉积、腐蚀、汽水共沸、爆裂管等问题，原因是原水中含有不当之杂质（Impurity）所造成，因此原水必需经过适当之前处理才能使用。

2.原水中可能危害锅炉之项目（包括悬浮杂质，溶解固体，溶解气体三类）：

悬浮杂质（S.S.）

电导度（Conductivity）

总硬度（T-H）

总碱度（M-Alk）

硫酸盐（SO4）

氯离子（Cl）

硅酸盐（SiO2）

铁份（Fe）

锰（Mn）

有机物

微生物

其它（O2，CO2，H2S，H2SO4，NH3等）

3.  一般前处理方法（与自来水厂处理方法类似）：

前处理各步骤是否均必需要，端赖原水是否良好而定。

4. 选择良好的水源（水井或自来水），往往比使用坏的水源经过处理来的经济。

自来水经过挑选与处理，一般电导度、碱度、硬度、铁、锰、有机物等杂质含量均较地下水低，如地下水水质过差可考虑尽量使用自来水。

5. 一般新装锅炉（特别是高负载）选用软水器时，一定要先试验水质以决定大小，以免使用之后，锅炉使用水量超过软水器采水能量，导至硬度泄漏，造成锅垢沉积及爆裂管。

　【软水问题】：

1.软水之重要性：

水中钙（Ca）、镁（Mg）离子称为硬度（Hardness），加热后即会产生下列锅垢：

Ca+2  + CO3-2 → CaCO3↓

Mg+2 + CO3-2 → MgCO3↓

Mg+2 + 2OH- → Mg（OH）2↓

石灰质水垢

（ Mg+2 + SiO3-2 → MgSiO3↓）硅酸盐硬垢

2.锅垢产生计算：

以给水硬度300ppm，一天用水10ton为例：

300ppm×10ton/Day×1000kg/ton×10-6/ppm

＝3kg/天＝90kg/月＝1080kg/年

以上锅垢虽有一部份会随底部冲放（Blow down）排出炉外，但对锅炉之危害可想而知。

加药虽可解决部份问题，但若硬度过高，加药极不经济（需多好几倍），效果亦大打折扣，因之无论如何要装软水设备，并确实把软水做好。

3. 软水器再生一次之采水量，可以以下列公式估算：

原水硬度（ppm）×采水量（Ton/次）＝交换能力（40g/L）×树脂量（L）

4. 软水机之再生操作：

软水机树脂交换能力使用完后，即需以10%盐水再生，以恢复交换能力。

其再生步骤如下：

（1）逆洗：

水自软水机底部逆流而上，膨胀松动被压缩之树脂床，并将过滤于上层之杂质及树脂碎屑排出塔外，逆洗时间约10~15分。

（2）静止：

逆洗完后之树脂，自然让其沈降，时间约5分。

（3）盐洗：

以适量浓盐水通过树脂塔，盐水一边通入一边排出，时间约20~30分。

以将树脂恢复再生能力。

每一公升树脂约使用0.1kg之盐巴（NaCl），配制成10%盐水，比重约1.07335。

（4）押出：

以盐水等流速之慢速原水通过树脂轴，以将残留浓盐度水排出塔外，时间约15~20分。

（5）清洗：

以采水时之原水流速，通过树脂床，继续将残留盐水全部排出塔外，至无硬度为止，约需15~20分。

唯有些设备把押出和清洗合并为清洗步骤，则时间约30~40分。

5. 软水之检验：

（1）方法：

取水20～30c.c.，滴入EBT硬度指示剂1-2滴，水样呈蓝色为正常无硬度，呈红色即表示有硬度应立刻再生，呈紫色则表示接近采水终点或软水机、树脂可能有问题。

（2）要点：

A、软水器出口，给水槽都要测试，特别是后者。

B、于采水终点前取样，测试最准。

C、锅炉操作人员软水一定要做好，每班或每日应以EBT硬度指示剂检测，填写记录，以免锅炉爆裂管。

D、有锅垢沉积导致破管记录之锅炉，每班或每日一定要检测软水是否正常，并应检讨软水机再生频率及设备大小是否足够。

6. 软水制作不良可能原因：

（1）软水机采水量太小，或水源变差。

（2）超过采水终点未再生，再生期间过长。

（3）未按时加盐，盐槽造成盐桥，滤孔堵塞。

（4）树脂表面被包覆（Coating）或中毒、碎裂，效率降低或失效：

判断：

树脂由金黄色变成红褐色且色泽不均匀，树脂碎裂。

树脂包覆（Coating）轻微时可以以清洗剂清洗，严重时则需更换。

树脂使用一年以上至少需检验一次，特别是地下水，每年并应补充5~10%。

（5）机件故障，停电等。

【锅炉水处理】：

1.   中低压锅炉水质控制标准（请参考CNS、JIS、ASTM标准）：

A、软水 SW（Soft water）：

总硬度

TotalHardness

T-H

＜2ppm

B、炉水 BW（Boiler water）：

酸碱度

PH

PH

10.5～11.8

电导度

SpecificConductance

Cond

＜3500～5000μs/cm

总碱度

M-Alkalinity

M-A

100～800ppm

硅酸盐

Silica

SiO2

＜150～300ppm

全铁

TotalIron

Fe

＜2～4ppm

磷酸盐

OrthoPhosphate

PO4

20～40ppm

亚硫酸盐

Sulfite

SO3

20～40ppm

联胺

Hydrazine

N2H4

0.1～1.0ppm

C、回收水 CD（Condensate）：

酸碱度

PH

PH

≧8.0

电导度

SpecificConductance

Cond

＜10μs/cm

2.  锅垢沉积造成之障碍及其处理方法：

（1）锅垢形成原因：

如前述。

（2）锅垢造成之锅炉障碍：

 → 阻碍热传。

→ 降低效率，增加成本。

→ 造成酸洗之需要，危险，危害。

→ 造成爆裂管，停工，维修。

（3）分析：

A、软水器出水口取样以EBT硬度指示剂测试呈红色。

B、排放炉水白浊，锅泥（Sludge）多即表示软水制作不佳，有锅垢沉积，亦即显示锅炉有爆裂管之危险，应速改善软水制作并提高加药量。

（4）清罐剂处理：

磷酸盐之作用为将硬度结合成不溶性软泥（Sludge）：

3Ca+2   +  2PO4-3  →  Ca3（PO4）2

3Mg+2  +  2PO4-3  →  Mg3（PO4）2

再借CMC，SSP，PMA，Lignin等强力分散剂（Dispersant），分散悬浮锅泥（Sludge）于炉水中，再藉底部排放排除于炉外，如图1。

（5）添加量：

约20～50ppm，视原水水质及锅炉大小而定，如给水硬度增加为5ppm，清罐剂用量即需加倍，因之无论如何必需把软水做好。

（6）控制：

PO4 20～40ppm。

图1：

碳酸钙（CaCO3）水垢结晶与经高分子分散剂（Dispersant），分散后结晶受扭曲，被抑制生长之比较图。

3. 腐蚀问题及其处理：

（1）腐蚀成因：

水中溶存氧在高温情况下迅速与金属产生氧化反应，其化学反应式为：

4Fe ＋ 3O

   2FeO↓

（2）危害：

A、损坏锅炉：

腐蚀之主要形式为孔蚀（Pitting）或沟蚀（Grooving），对锅炉危害极大。

B、氧化物沉积：

造成热传障碍，效率降低等。

（3）脱氧剂之作用：

2Na2SO3 ＋ O2  

   2Na2SO4

N2H4       ＋ O2  

   N2↑  ＋  2H2O

说明：

a.   亚硫酸钠一般为粉状，使用需先溶解较不方便，且用量一般比较大；联胺为液体，用量较低但价格较高。

b.  亚硫酸钠反应速度较高，脱氧较快，特别在低温下。

c.   联胺具毒性，应小心处理，不可使用于食品厂，亚硫酸钠无毒性，可用于食品厂。

d.  脱氧剂最好加于给水槽，以便有足够时间作用除去氧气。

（4）控制：

SO3      20～40ppm

N2H4   0.1～1.0ppm

Fe        ＜2～4ppm

（5）如排放之炉水红浊，即表示锅炉腐蚀或回收水管线腐蚀十分严重，此时可添加针对锅炉特殊设计之脱氧剂、复水处理剂（中和性胺等）或防锈皮膜剂处理，即可迅速、有效解决腐蚀生锈问题。

（6）回收水管路腐蚀主因是炉水中之碱度，分解成CO2，随蒸气（steam）蒸发后冷凝于回收水中，造成酸性腐蚀的结果，其化学反应式为：

CO3-2 + H2O   

   CO2↑ ＋ 2OH-

CO2 + H2O  

   H2CO3    

   H+ ＋ HCO3-

可添加复水处理剂解决之。

4. 汽水共出问题：

（1）现象：

却水器（Steam Trap）作动频繁，制程加热效率大幅降低，回收水电导度>>10μs/cm。

锅炉液位时高时低不稳定，甚至导致锅炉熄火，操作极度困难。

（2）危害：

浪费能源，造成制程加热效率降低及生产瓶颈，造成水槌（Steam bumping）及管路却水器（Trap）堵塞。

（3）成因：

A、机械问题：

蒸汽分离器（Steam separator）损坏、堵塞或未装。

B、制程问题：

制程蒸汽用量起伏过大。

C、水质问题：

a、炉水浓缩过高，电导度>>10000μs/cm，总固体量太多。

b、炉水碱度过高，引起皂化作用。

c、给水含有油脂。

d、给水有机物含量过多。

（4）解决：

注意炉水冲放（Blow down），清罐剂内添加适当消泡剂，必要时锅炉应改为连续排放，或做简易连续排放装置。

【酸洗及相关问题】：

1.   酸洗：

（1）特点：

清除锅垢迅速，较其它方法经济有效。

但需停工，工作较危险，酸洗不当时，亦会造成设备腐蚀损坏。

（2）酸洗难易判断：

将小量锅垢投入酸液中，如起泡迅速且多，则易酸洗，否则则否。

（3）酸洗步骤及注意事项：

应依正常酸洗步骤，或委托有经验之锅炉公司酸洗。

（4）酸洗时一定要添加腐蚀抑制剂并需做好中和、钝化处理，以免造成锅炉腐蚀损坏。

2.   开车中清除锅垢之方法，清罐除垢剂：

（1）特点：

含特殊之Polymer分散剂、锅垢剥离剂，可在开车中清除水垢。

（2）用法：

炉水中维持清罐除垢剂（100~150ppm）数星期，即可将锅垢清除。

加入后排放之炉水呈乳白色，甚至有小片状之锅垢脱落，即为清垢之明证。

（3）用量：

十分经济，小锅炉每天约加入0.5～2㎏即可，约为清罐剂用量之1/4~1倍。

【纯水】：

1.水经分床之阳塔，将Ca＋2、Mg＋2、Na＋…之正离子消除，成为Ca、Mg、Na…，阳塔用盐酸HCl清洗，取出H+。

2.水经分床之阳塔再经阴塔，将Cl-、SO4-、NO3-、SiO2-…之负离子消除，成为Cl、SO4、NO3、SiO2…，阴塔用碱NaOH-清洗，取出OH-。

3.H+＋OH-→H2O。

【结论】：

1.   锅炉水处理极为重要，应特别重视，并指派专人负责。

2.   软水必需早晚检验，以防硬度泄漏造成锅垢沉积。

3.   炉水应每日足量排放，检查排放水颜色，并正常加药处理。

4.   应建立〝锅炉水系统管理记录表〞，随时记录以利管理。

5.   水系统有问题，应立即解决，以免问题扩大。