改善工业循环水水质的方法与实践

冯 曼

（天津市新天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

工业循环冷却水系统在工业生产中应用广泛，在运行过程中，特别是敞开式系统，由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩［1］，其中所含的盐类超标，离子浓度提高，浊度增加，水质恶化；造成循环水系统结垢、腐蚀以及夏季微生物滋生［2］，降低换热效率，危害设备运行安全。为了改善水质，需大量排水再补水，浪费水源从而增加了水耗成本。敞开式工业循环水系统存在腐蚀、结垢、微生物滋生等诸多问题［3］，亟须查找原因，科学合理改善循环水水质，保障工业循环水系统安全稳定运行，延长管道使用寿命，降低工业水用量，节省水资源，保护自然环境。

1 工业循环水存在的问题

1.1 管道腐蚀

循环水管道及设备发生腐蚀主要是电化学腐蚀，水中充足的氧气、腐蚀性离子如Cl-、Fe2+、Cu2+等，都会造成管道腐蚀。循环水中的溶解氧是引起金属电化学腐蚀的重要原因，开放式循环水系统喷淋导致较多的氧气进入循环水中，氧气作为去极化剂，使腐蚀电池的阴极去极化，加剧了金属电化学腐蚀作用。

工业循环水水质恶化，导致管道腐蚀，形成锈瘤，锈瘤下形成强酸环境造成垢下腐蚀。碳钢管道中的铁元素会以离子的形式溶于水中，导致水中铁离子超标，进一步加速腐蚀，形成恶性循环。长此以往可能发生腐蚀穿孔，危害设备安全稳定运行。

1.2 管道结垢

工业循环水中含有钙镁等离子，随着循环水蒸发浓缩，离子浓度增加。换热后循环水温度升高，钙镁离子溶解度降低，饱和析出后在管壁、阀门、换热器等处结垢，甚至导致管道堵塞，冷却水量及换热效率大打折扣，严重影响换热效果，危及生产运行。

1.3 浊度及各类离子超标

随着敞开式循环水系统重水分蒸发、风吹损失等，循环水不断浓缩，各类离子经过蒸发浓缩含量成倍增长，最终导致超标。同时腐蚀的碳钢管道析出铁离子，水体发红、浑浊，浊度、铁离子超标。

1.4 细菌藻类滋生

开放式循环水系统的水温及充足的光照非常适宜微生物及菌藻滋生，部分水处理药剂中的盐类给微生物提供生长所需的养料，冷水塔喷淋给好氧微生物提供氧气，设备及管壁上的沉积物为厌氧性微生物提供生存空间，适宜的环境使循环水中的细菌、微生物及藻类得以大规模繁殖。微生物代谢产生的黏泥会在金属表面沉积，引起垢下腐蚀。同时一些微生物的新陈代谢过程也参与了电化学过程，促使腐蚀加速。

1.5 水耗及药剂成本较高

循环水中浊度、各类离子超标后，为保障水质合格，只能频繁排水、补水，造成循环水水耗增加。为解决循环水管道结垢、腐蚀以及微生物滋生等问题，水处理药剂用量大增，造成用水及水处理成本大幅提升。

2 循环水水质恶化原因

2.1 药剂选用不适宜

一般企业为降低循环水处理费用，会采用较为低廉的磷系缓蚀阻垢剂，虽然成本低，但水处理效果较差。而且缓蚀阻垢剂的选用，要根据水质变化进行调整，不同的pH、硬度、碱度下，水处理侧重点不同，因此缓蚀阻垢剂选用不当会造成管道壁腐蚀、结垢，进而影响循环水水质。

循环水中铁细菌和硫酸盐还原菌等微生物滋生及其黏液会引起微生物腐蚀及生物黏泥，如果杀菌剂使用不当，或者投加时机及方式不对，就会造成微生物产生抗药性，造成水体中细菌、藻类滋生，导致循环水管道腐蚀结垢，导致水中铁离子和浊度超标。

2.2 旁滤系统过滤效果差

旁滤系统是循环水系统的重要组成部分，可以去除水中杂质，降低循环水的浊度，防止循环水系统阻塞，一定程度上也可以延缓系统结垢。

旁滤系统投运后，由于反洗不到位、年久失修等原因，出现滤料层损坏、板结、污泥堆积等情况，影响截留过滤效果，无法有效去除循环水中的杂质及泥垢，导致循环水水质不达标。

2.3 原水水质差

由于北方城市水资源紧张，为保护环境及降低用水成本，很多企业采用中水作为循环水补水，实现水资源循环利用。中水为工业废水或生活污水经处理后的再生水，水源不稳定，容易出现氨氮超标、pH超标、氯离子超标等情况，如果处理不当，供水指标不达标，将从源头影响循环水的水质。

2.4 浓缩倍率控制不当

在循环冷却水中，浓缩倍率是判断水质控制好坏的重要参考指标。很多企业为降低补充水用量、排污水量以及药剂消耗量，减少用水成本及水处理成本，不断提高循环水浓缩倍率。浓缩倍数高可以减少水量，节约水处理费用，但是水的结垢倾向会增大，结垢控制及腐蚀控制的难度会增加，水处理药剂会失效，不利于微生物的控制。浓缩倍数低，可以控制浊度、硬度以及水中各类盐等指标，但是耗水量、排污量均大且水处理药剂投加后被置换，效能得不到充分发挥；因此循环水的浓缩倍率要有一个合理的控制范围。

3 循环水水质改善方法

3.1 酸洗管道

对于系统内沉积的污垢可进行离线清洗，减少垢下腐蚀，改善换热效果。将循环水系统设备停机，关闭进出口阀门，把清洗水箱、水泵与换热器进、出水口连接起来。加入酸、缓蚀剂以及黏泥剥离剂，挂入监测试片，缓慢投加清洗剂，逐渐调节维持pH值为4.3～4.7。清洗剂浓度下降时需补加，直至清洗剂浓度、浊度、硬度基本不变时结束清洗，将清洗液排出，并用清水冲洗置换，直至循环水水质合格。酸洗过程中要及时监测pH变化以及监测挂片的腐蚀速度，防止酸洗过度。如果酸洗液酸性超标或腐蚀速率过快应及时补水调整，保护管道设备被酸洗腐蚀。如有必要，还可以在酸洗后利用高浓度的缓蚀阻垢剂对管道进行预膜处理，在管道表面形成长效稳定的保护层，进一步提升管道防腐性能。

3.2 选择合适的水处理药剂

3.2.1 缓蚀阻垢剂的选择

循环水水质不同投加的缓蚀阻垢剂种类及剂量也有所区别，可以将两种及以上缓蚀阻垢剂复配使用，协同作用提升缓蚀阻垢效果，同时降低用药成本。通过监测水质中pH、硬度、碱度、铁离子、氯离子等主要指标，有针对性地选择偏向缓蚀或阻垢型的药剂。

利用旋转挂片仪模拟循环水运行过程，在循环水中悬挂碳钢、黄铜、不锈钢等材质的挂片模拟循环水系统管道及设备，根据循环水运行环境设定温度、旋转速度以及是否曝气。通过投加不同配方剂量的缓蚀阻垢剂进行平行试验，观察不同加药条件下的挂片腐蚀情况，计算腐蚀速率，监测模拟水样指标，观察水质颜色、浊度变化，结合试剂投加成本，选出最适宜的缓蚀阻垢剂。

3.2.2 杀菌剂的选择

为防止微生物、藻类产生抗药性，每月交替使用足量的氧化性杀菌剂与非氧化性杀菌剂。选择冲击式加药方式投加杀菌剂，投加量根据季节温度变化酌情调整，投加完1d内禁止排水，防止微生物含量高于一定浓度后呈指数生长模式。日常14 d投加1 次杀菌剂，夏季每7 d 投加1 次，保证高温环境下的除菌效果。除菌效果显著降低时应立即增加药量或更换杀菌剂，防止微生物对单一药剂产生抗药性，或适应低浓度杀菌剂产生耐药性。

3.3 完善旁滤装置

3.3.1 旁滤装置选型

不同的旁滤装置性能特点不同，选型时可以依据要过滤的循环水中的颗粒物尺寸范围选择匹配的旁滤装置。目前以砂滤器及多介质过滤器应用最为广泛。旁滤装置的处理能力要与循环水量相匹配，根据循环水量选择合适尺寸的旁滤装置，一般旁滤流量为循环水量的3%～5%。

3.3.2 定期反洗及维护

定期对循环水系统过滤器进行反洗，可以用新鲜工业水，也可以用处理合格的循环水，避免截留污垢堆积影响截留效果。禁止用浊度等指标不合格的循环水进行反洗，以免出现水质越洗越差的情况。定期对旁滤装置进行检维修，维持滤料及各零件的运行良好，保障截留过滤效果。对使用时间久远，滤料层毁损板结，表层淤泥堆积的滤料层进行更换，保障过滤器截留过滤效果。

3.4 严控补水水质

优质的循环水补水是保障循环水系统水质的基础，补水进入循环水系统后，经过蒸发浓缩各种离子含量成倍增加，因此必须严格控制补水各项指标合格，防止从源头造成水质超标。应用地表水补水时北方需重点关注水中硬度、浊度等指标，南方应关注细菌总数、浊度等指标，应用中水补水时应重点关注氨氮、COD、细菌总数等指标。

4 结语

敞开式工业循环水系统中腐蚀、结垢、微生物滋生等诸多问题十分常见，通过酸洗管道、投加缓蚀阻垢剂、杀菌剂、增加旁滤装置以及严控原水水质等手段，不仅可以改善循环水水质，保障换热设备高效稳定运行，还能够有效节省水资源，保护自然环境，延长设备使用寿命，进一步降低废水处理成本，助力企业实现节能降耗、降本增效。