某公司循环水质现状分析及改善方法

李艳艳 张红惠

上海立得催化剂有限公司 （上海 201515）

工业生产中常采用水作为冷却介质。但生产过程中往往会产生大量的热，使设备或产品的温度升高，因此必须及时进行冷却，否则将影响生产的正常运行及产品的质量、产量。循环冷却水的浓缩倍率绝大多数在2～3倍，从节能减排的角度来说，这无疑是巨大的资源浪费，并且加重了对环境水源的污染。因此，提高水的利用率，减小环境污染已成为当今工业水处理的一大难题。与直流水相比，循环水除节约新鲜水量、减少排污水量之外，还能防止热污染。保证循环水的质量能控制换热器的污垢热阻，从而保证传热效果和生产效率，有效控制系统中设备的腐蚀，提高设备的使用寿命。

1 循环水系统简介

冷却循环水系统分为直排式和循环式两种。直排式系统消耗水量大，适用于水资源丰富的地区，但其经济性差，已基本被淘汰。

循环式冷却水可大量节约水资源和药剂处理成本，因此被广泛采用[1]。目前应用最广泛的是敞开式循环水系统，水通常由冷却塔冷却。由于与空气接触，水量蒸发浓缩，空气中尘埃落入水中，会促使水中各离子指标升高和细菌滋生[2]。为了维持水质，必须要补充一定的新鲜水 （通常称为补充水），并排出一定的浓缩水 （称为排污水）。

上海立得催化剂有限公司冷却循环水系统属于敞开式循环水系统，循环水池尺寸为80 m×10 m×3 m，水位基本维持在1.5～1.8 m，储水量在1 000 m3以上，正常使用流量为300 m3/h。循环水主要供生产换热设备，少量供现场部分设备的机封或油路冷却水等。该循环水系统目前存在以下问题。

1.1 设备结垢，阻碍传热，增加能耗，降低生产负荷

设备结垢主要是水中溶解或悬浮的无机物由于种种原因沉积在金属表面。另外，冷却水中富含碳酸氢钙等不稳定盐类，其在换热管壁受热即转变为碳酸钙等致密硬垢，沉积在管壁。

据生产统计，2019年相同反应釜同一生产过程比2018年升温及冷却的时间延长了20～30 min，浪费了大量能源，降低了生产负荷。检查后发现，换热设备表面结垢严重。有研究表明硬垢传热效率仅为碳钢的1%左右，即换热管壁如果沉积0.5 mm厚的硬垢，就相当于其壁厚增加了50 mm，严重阻碍传热的正常进行，不仅增加能耗，也对生产负荷产生影响。

1.2 微生物滋生黏泥软垢，阻碍传热，引起微生物腐蚀

微生物繁殖、代谢产生的黏液，具有很强的黏性，与循环水中的悬浮物和微生物尸体等交织黏附在一起，随水流黏附在设备壁面，可在短时间内形成一层滑腻的垢层，即表面疏松多孔的软垢。此外，微生物滋生也会带来设备的腐蚀问题——主要通过电极电位和浓差电池发生变化而直接或间接地参与腐蚀作用。造成腐蚀的主要方式有：

（1） 细菌繁殖、分泌、代谢等形成的黏泥沉积在金属表面，破坏金属保护膜，构成局部电池导致垢下腐蚀。

（2） 微生物的代谢使金属所处的化学环境发生变化，引起氧和其他化合物的消耗，形成浓差电池[3]。软垢层疏松多孔，为氧气的渗入形成良好通道，形成无数个小浓差电池，发生电化学反应，从而加速设备点蚀现象的发生，久之即发生纵深腐蚀穿孔事故。

由于上述原因，该循环水系统水质较差，已经给正常生产造成严重后果，下面结合循环水水质检测结果作一些分析。

2 水质检测及各指标分析

2.1 水质分析结果

表1是2019年4月水样分析检测结果，其中河水和深井水均作为循环水系统的补水。

表1 分析项目与分析结果

从表1数据可以看出，循环水有3个指标超出标准，而作为补水的深井水至少有5个指标超标，因此不适合作为循环水系统的补水。

2.2 各指标分析

2.2.1 悬浮物

循环水中悬浮物质量浓度为36 mg/L，超出标准要求。经分析，原因是原水中本身杂质含量较多，没有进行有效过滤，另外水池水面较宽，水池四周没有围堰，地面的灰尘等杂质被风吹入水中的可能性增大，导致该指标偏高。而公司另一密闭式的循环水系统，水质就相对好很多。控制悬浮物含量可以采取增强过滤和排污等办法。

2.2.2 浊度

浊度是间接表示水中悬浮物及胶体含量的指标。水中的悬浮物一般有泥土、砂粒、微细的有机物和无机物、浮游生物、微生物等。水中各类悬浮物颗粒、有机物胶体及生物黏泥等容易在系统水缓处 （尤其设备换热面）形成沉淀，造成设备的结垢及腐蚀加剧，因此需要适当控制循环水的浊度。控制浊度的方式主要有： （1） 换水或过滤，即需要大量排水，增加过滤设备则加大水阻，导致能耗上升。因此需权衡利弊给予适当的浊度指标。 （2）对水池做一定高度的围堰，避免刮风时地面的尘沙被带入水池。在密闭系统中，则需要在停机时对管网整体进行水冲洗。

循环水系统浊度偏高的原因主要是：水中悬浮物含量过高，没有进行有效过滤；系统排污量少，水体浑浊，容易在流速低的设备或管道内壁淤积结垢，表现为循环水泵的盘根处漏出的水短时间内就淤积出厚厚的黏泥。

2.2.3 化学需氧量 （COD）

水中COD含量过高会加快微生物和藻类繁殖，主要原因是补水的COD含量过高。

2.2.4 pH

循环水pH对系统的影响如表2所示。

表2 pH对系统运行的影响及选择

pH的变化会引起水中各类碳酸盐比例的变化，因给水水质、各类设备系统状况及各水处理公司技术存在较大差异，采用任一pH范围内的循环水客观上各有利弊。

对于该循环水系统来说，由于水质较差，系统结垢和细菌、藻类滋生严重，且补水中微生物较多。因此宜保持中性或碱性的水体环境。

2.2.5 甲基橙碱度

甲基橙碱度又称总碱度，是表征循环水中碳酸盐成垢阴离子数量和结垢倾向的一个重要参数。深井水该项指标虽未超过标准，但也远远大于循环水系统。可以通过加酸或通入二氧化碳气体控制碱度，降低循环水的pH，或在循环水中加入少量阻垢剂，破坏碳酸钙等成盐类物质的结晶生长，防止水垢沉积。

2.2.6 硬度

硬度主要指水中钙镁离子 （冷却水中的主要成垢离子）的总量。防止结垢的方法主要是除去部分成垢离子。在补充水中钙离子及碱度较高时，可在预处理工序中除掉部分硬度和碱度，即采用软化补充水。软化水的成垢离子含量较低，有利于提高循环水的浓缩倍数。

2.2.7 氯离子

氯离子是一种腐蚀性强的阴离子，它可起到水温、水流等腐蚀的催化作用。它能破坏碳钢、不锈钢和铝等金属或合金表面的钝化膜，引起金属的点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂。此外，大多杀菌剂（尤其强氧化性杀菌剂）均为含氯化合物，大量投加会加剧对系统金属的腐蚀。目前绝大多数公司使用含氯杀生剂，一般通过投加阻垢缓蚀剂来抑制氯离子的腐蚀作用。

2.2.8 总铁

根据经验，循环水中总铁含量可间接反映系统内的铁腐蚀状况。循环水中铁的含量一方面由补充水带入，一方面由系统腐蚀产生。金属腐蚀具有不可逆性。化学水处理防腐功能为最大限度延缓水对金属的腐蚀，既不能改善原先已经腐蚀的状况，也不能终止其后继续腐蚀。一旦系统管网存在严重腐蚀，总铁指标原则上是难以恢复的，尤其是运行中的密闭系统，因为无法排换水更加无法解决该问题。因此，对已经存在严重腐蚀的系统 （总铁较高），悬挂腐蚀挂片监测循环水对金属的腐蚀速率比要求总铁指标更有意义。水质监测结果显示总铁没有超标，但系统内的腐蚀却较为严重，这与排换水对检测结果的影响有关。

3 循环水系统的主要问题及处理结果

3.1 存在的问题

通过对以上各项指标的分析发现，该循环水系统存在的问题主要有：初期不够重视循环水的处理，缺少相关的处理设施和水质检测分析方法；补水水质较差，处理程度和效果有限；循环水系统长年没有排污和清洗，水质恶化；水池设计不合理，总体储水量较大，处理成本高，处理困难；缺少物理处理措施，以加药处理为主，而该方法容易导致水质恶化，造成恶性循环。

3.2 处理办法

针对以上问题，采取了以下措施：停用部分指标超标的深井水作为补水；对河道取水口进行清理，增加补水处理的沉淀时间；增强系统排污，加大补水量。

采取上述措施后，水质有所改善，具体如表3所示。

由于目前设施和处理方法的限制，循环水水质仍不太理想，且不易维持。要达到和保持较好的水质标准还存在一定的困难。接下来要进行的工作主要包括：

（1） 系统清洗

从部分拆开设备的腐蚀情况看，循环水系统设备内部结垢腐蚀已经较严重。需要对系统进行酸洗除垢预膜，提高其换热效率，抑制系统继续腐蚀，并在以后根据系统情况保持一定的清洗频率。

（2） 水池底部积泥清理

及时除去池底的污泥，避免微生物滋生及藻类繁殖，目前净化水池及循环水池的清理频率过低，尤其是循环水池积泥清理存在困难。今后的设计要考虑其清理办法。

表3 水质分析结果

（3） 加强补水处理，保持一定量的排污和补充水的注入。补水需进一步加强处理，以减少悬浮物和微生物含量。此外，循环水池需保持一定量的排污，摸索出适合目前工况的浓缩倍数。

（4） 投加杀生剂，保持一定的杀生剂浓度，抑制细菌、藻类的繁殖。另外，需采取增加物理处理、增强混凝沉淀过滤等措施。

（5） 挂片监测

为防止其他原因引起的误判，不能单纯依靠化验监测系统的水质，需对循环水系统进行挂片监测，及时掌握内部的腐蚀情况。

（6） 对水池采取部分遮蔽，避免阳光直射，减少藻类繁殖。

另外，在新的循环水系统的设计中也需综合考虑以上因素。

4 结语

工业水循环处理对水资源的重复利用具有深远意义，它的普及将缓解我国水资源短缺的现状。循环冷却水的各项指标与系统的运行情况有密切联系，保证良好的水质指标能延长设备的使用寿命，提高设备的使用效率，为生产提供有利的条件。水质控制不当，会加剧系统腐蚀，增加能耗，对生产造成不良影响，甚至造成安全事故。

循环水处理过程中出现的问题很多，循环冷却水必须综合解决腐蚀、结垢、黏泥等问题。上海立得催化剂有限公司的水处理系统存在非常多的问题，有些在目前的条件下可以得到改善和解决，有些则因设计及场地设施的限制在短期内无法改变。正视当前存在的问题，对今后循环水系统的设计管理有积极的参考指导作用。