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水处理基本常识

(2012-4-24)   Hits:1353

水 处 理 基 本 常 识

、水处理目的

1 保护冷却水系统不发生、延缓发生腐蚀、结垢和粘泥附着,从而保护设备,确保系统稳定、高效、正常运行。

2 节省水、电费用

通过提高浓缩倍数而减少排污量从而达到节水的目的;

通过阻止换热器结垢和粘泥附着而提高循环水流量和热交换效率,进而降低电能消耗。

二、 冷却水系发生的障碍及节水

1 障碍的种类

冷却水系发生的障碍一般有以下 3

腐蚀障碍 结垢障碍 粘泥障碍

上述这些障碍有时会单独发生 , 但在很多情况下会几种障碍同时发生 , 导致设备的热交换能力降低等多种故障。 具体如表 -1 所示。

—1 各种障碍的实例

由腐蚀及水垢产生的障碍

障碍的种类 障碍的实例

热交换率的降低

腐蚀障碍 热交换器的泄漏

材质强度的降低

热交换器的堵塞

水垢障碍 泵压上升 , 流量降低

促进腐蚀

处理药剂吸着浪费

由粘泥产生的障碍

污垢的种类 障碍的实例

热交换率的降低

粘泥附着 热交换器的堵塞

泵压上升 , 流量降低

促进腐蚀

污泥堆积 冷却塔效率降低

填充材的变形脱落

处理药剂吸着浪费

外观脏 ( 视觉公害 )

污泥的堆积

.

三、 障碍防止对策

1 、缓蚀

金属表面在微观上是不均匀的,当它与水介质接触时,会形成许多微小的腐蚀电池(简称微电池),其中活泼部位成为阳极,不活泼部位成为阴极。金属在阳极发生氧化反应,释放出电子,自身被氧化成高价态的金属离子从金属基体上溶解到水中。反应如下:

Fe  ®  Fe 2+ +  2e

溶解氧或氢离子在阴极发生还原反应,得到电子,自身被还原成低价态的离子或分子。在中碱性冷却水中,主要发生溶解氧被还原反应,反应如下:

1/2O 2 +  H 2 O  +  2e  ®  2OH -

当亚铁离子与氢氧根相遇时,生成氢氧化铁沉淀,反应式如下:

Fe 2+ +  2OH - ®  Fe(OH) 2 ¯

氢氧化铁的产生即是腐蚀的开始,金属离子在阳极进入水溶液及其水化的过程,称为阳极过程。而水中的溶解氧和氢离子在阴极不断获得电子被还原的过程,称为阴极过程。如果没有阴极过程,阳极过程就不能进行;反之,没有阳极过程,阴极过程也不能进行。因此,只有当阳极过程和阴极过程同时存在并进行时,腐蚀才能发生。

有机磷 / 锌复合剂是一类阴极型缓蚀剂,在电极阴极形成沉积型保护膜,抑制电极阴极过程,从而使阳极腐蚀溶解得到抑制,起到缓蚀作用。

2 、阻垢

冷却水中溶解有各种盐类,如碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐和氯化物等,它们的一价金属盐的溶解度很大,一般难以从冷却水中结晶析出,但它们的两价金属盐(氯化物除外)的溶解度很小,并且是负的温度系数,随浓度和温度的升高很容易形成难溶性结晶从水中析出,附着在水冷器传热面上成为水垢。如冷却水中的碳酸氢根离子浓度较高,当冷却水经过水冷器的换热面时,受热发生分解,发生如下反应:

Ca(HCO 3 ) 2 ®  CaCO 3 ¯  +  H 2 O  +  CO 2

当冷却水通过冷却塔时,溶解于水中的二氧化碳溢出,水的 pH 值升高,碳酸氢钙在碱性条件下发生如下反应:

Ca(HCO 3 ) 2 +  2OH - ®  CaCO 3 ¯  +  2H 2 O  +  CO 3 2-

难溶性碳酸钙可以是无定型碳酸钙、六水碳酸钙、一水碳酸钙、六方碳酸钙、文石和方解石。方解石属三方晶系,是热力学最稳定的碳酸钙晶型,也是各种碳酸钙晶型在水中转变的终态产物。

当冷却水中有适量磷酸根离子时,发生如下反应:

Ca 2+ +  PO 4 3- ®  Ca 3 (PO 4 ) 2 ¯

磷酸钙晶型的种类比碳酸钙复杂的多,钙离子可以和磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根形成不同类型的磷酸盐,构成一个十分复杂的磷酸钙家族,包括无定型磷酸钙、二水合磷酸氢钙、磷酸氢钙、磷酸三钙、磷酸八钙、羟基磷灰石。羟基磷灰石属六方晶系,是热力学最稳定的磷酸钙晶型,也是各种磷酸钙晶型在水中转变的终态产物。

对碳酸钙形成过程的深入研究发现,碳酸钙晶体生长的原动力是溶液的过饱和度。过饱和的溶液处在一种亚稳状态,有形成晶体使自己的总吉布斯自由能降低的趋势。当最初形成的晶核半径超过临界晶核半径时,体系总自由能随晶体半径的增加而降低,晶体自发长大。

磷酸钙垢生长与碳酸钙垢不同,磷酸钙的溶度积较碳酸钙小得 多,磷酸钙晶体很容易形成和析出,析出的小晶体在静电作用下聚集长大。

复合剂中阻垢分散剂具有 :

a. 螯合增溶作用,与水中钙镁等金属离子螯合,形成结构稳定的五元或六元螯合环,使水中自由的钙镁等金属离子浓度降低,形成难溶盐的趋势减小,从而起到防垢作用。

b. 晶格畸变作用,与晶体生长面发生作用,阻止难溶盐微晶在活性生长点上生长,阻垢分散剂或是镶嵌在晶格中,增加晶体的张力,使晶格畸变而处在不稳定状态,从而抑制晶体的继续生长。它是非化学计量进行的,往往很低剂量的阻垢分散剂可以抑制高浓度的难溶盐形成水垢,如多数有机磷酸盐等。

c. 分散作用,带电荷的高分子聚合物容易与悬浮颗粒物发生静电作用而吸附于颗粒表面,形成双电层,增加颗粒之间的静电斥力,避免颗粒之间碰撞聚集形成沉积物,从而起到防垢作用。它也是非化学计量进行的,往往很低剂量的高分子聚合物可以抑制高浓度的难溶盐或悬浮颗粒物形成水垢,如多元羧酸共聚物等。

d. 溶限效应,溶限效应又称低剂量效应或阈值效应,它是指很低浓度的阻垢分散剂可以阻止很高浓度的难溶盐离子形成晶体而析出,当阻垢分散剂增加到一定浓度后,阻垢效果不再随阻垢分散剂浓度增加而增加,大多数阻垢分散剂具有溶限效应。正是上述作用使复合剂具有优良的阻垢分散效果。

3 、杀菌

冷却水中丰富的营养物质,适宜的温度、阳光和 pH 值,充足的溶解氧,或粘泥下面贫氧,给微生物生长和繁殖提供了有利的条件,生长和繁殖迅速,导致大量的生物粘泥滋生,严重影响生产装置的正常运行。因此,必须进行有效控制。

杀菌剂对微生物的杀灭作用非常复杂,一般认为有如下主要作用:

a. 抑制细胞壁的合成:细菌的细胞壁具有抵抗外部机械压力和细胞内外渗透压的作用,杀菌剂抑制细胞壁的合成,从而导致细胞的破裂而死亡。

b. 改变细胞膜的性质:细胞壁有半渗透性,起生活细胞内外物质交换的作用,若改变其性质,使代谢活动受阻。杀菌剂吸附在细胞膜上,引起细胞膜的物理化学性质发生变化,干扰正常代谢,使细菌中毒,导致细胞死亡。

c. 破坏呼吸作用:呼吸作用就是分解代谢,包括一系列的氧化还原反应。这个过程有多种酶参加,如果破坏呼吸链中的任何一环,或和任何一种酶起反应,就可使整个呼吸过程停止。

d. 破坏合成代谢:生命活动需要进行生物合成,如果破坏合成过程中的任何一个环节,都会使蛋白质等物质的合成受到抑制。一些有毒物质的结构与合成过程所需要的物质相似,它被吸收后,合成出来的是无生理功能的有害物质;

e. 有些物质能与合成过程需要的氨基酸起反应,从而使微生物失去营养源。与细胞组成物的作用:微生物细胞主要有蛋白质、脂肪、核酸等组成,这些物质多数含有羟基、巯基、氨基、羧基等活性官能团,杀菌剂常与这些基团反应,破坏细胞组成物。

f. 破坏酶系统:酶是一种具有特殊催化能量的蛋白质,是由活性细胞产生的生物催化剂。杀菌剂一方面与酶起反应,使其变性失活;另一方面刺激某些酶,使其活性提高,使菌体的正常代谢紊乱,从而杀死微生物。

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