冷卻水中金屬腐蝕影響因素

摘要：在冷卻水系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及化學(xué)清洗過程中，金屬常常會(huì)發(fā)生不同形態(tài)的腐蝕，根據(jù)金屬腐蝕的理論知識(shí)，通過觀察試樣或腐蝕設(shè)備的腐蝕形態(tài)，再配合一些其他方法，人們常常找出產(chǎn)生腐蝕的原因和解決腐蝕的措施。

關(guān)鍵詞：冷卻水；金屬腐蝕；硬度；金屬離子；懸浮固體

中圖分類號(hào)： U664.81+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.2 陰離子

1.3 硬度

1.5 溶解氣體

溫度升高，水中溶解氧的擴(kuò)散系數(shù)增大，能使更多的溶氧擴(kuò)散到金屬表面的陰極區(qū)，即腐蝕過程加速，另一方面，溫度升高使水中溶解氧減少，從面又使金屬腐蝕速度降低。

在密閉系統(tǒng)中，金屬的腐蝕隨溫度的升高而加快。敞開系統(tǒng)中，在20-77℃的溫度區(qū)域內(nèi)，以氧的擴(kuò)散速度起主導(dǎo)作用，因此腐蝕速度隨溫度的升高而加速，但到77℃后，腐蝕速度隨溫度升高而下降，因?yàn)榇藭r(shí)水中的氧的減少的影響占主導(dǎo)地位。

2 二級(jí)處理出水回用作循環(huán)冷卻水的可行性：

城市污水經(jīng)常規(guī)的二級(jí)處理后盡管可除去大部分的有機(jī)物，但與天然水相比，出水中的ＣＯＤ、氨氮濃度仍較高（濃度為10-12ｍｇ/Ｌ，大大超過了冷卻水水質(zhì)要求的氨氮<1ｍｇ/Ｌ），若再采用常規(guī)的深度處理（如折點(diǎn)加氯、空氣吹脫、生物法等處理）［1］，不僅提高了回用水的成本，還增加了環(huán)境污染。為此，以城市污水廠的二級(jí)處理出水為原水，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，以研究二級(jí)處理出水直接回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)時(shí)氨氮和ＣＯＤ的變化，探索其直接回用作循環(huán)冷卻水的可行性。

2.1 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)水質(zhì)試驗(yàn)說明

試驗(yàn)開始時(shí)取城市污水廠二級(jí)處理出水置入系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試（控制濃縮倍率在2-3左右），試運(yùn)行30ｄ后開始試驗(yàn)研究。試驗(yàn)時(shí)，首先排盡試運(yùn)行時(shí)的水樣，加入城市污水廠二級(jí)處理出水、調(diào)節(jié)流量和控制冷卻水在進(jìn)、出冷卻塔的溫度，進(jìn)行啟動(dòng)試驗(yàn)和不同濃縮倍率試驗(yàn)，其試驗(yàn)條件：Ｑ=0.06Ｌ/ｓ；水浴鍋溫度為55℃；冷卻水進(jìn)塔溫度為40℃；冷卻水出塔溫度為32℃；旋轉(zhuǎn)器速度為80ｒ/ｍｉｎ；排污時(shí)間為6ｈ。

2.2 氨氮在不同濃縮倍數(shù)下的變化

在不同的濃縮倍率下進(jìn)一步研究氨氮在冷卻水系統(tǒng)的積累。盡管冷卻水的濃縮倍率不斷提高，但氨氮的濃度仍維持在2ｍｇ/Ｌ左右，其不隨濃縮倍率的增加而增加。氨氮濃度降低而亞硝酸鹽氮的濃度在提高。維持濃縮倍率為2.5和2.8、系統(tǒng)運(yùn)行2-3ｄ后分別測(cè)得冷卻水中硝酸鹽氮的濃度為18.55ｍｇ/Ｌ和20.11ｍｇ/Ｌ，此時(shí)的亞硝酸鹽氮的濃度為2.52ｍｇ/Ｌ和2.85ｍｇ/Ｌ。由下式可以計(jì)算出：硝化作用轉(zhuǎn)化率η=（循環(huán)冷卻水中硝酸鹽氮濃度-補(bǔ)充水中硝酸鹽氮濃度）/［補(bǔ)充水中氨氮濃度×濃縮倍率（ｋ）］×100%；

解吸作用轉(zhuǎn)化率η=1-硝化作用轉(zhuǎn)化率η-亞硝酸轉(zhuǎn)化率η。因此當(dāng)ｋ=2.5時(shí)，硝化轉(zhuǎn)化率η=58.6%，亞硝酸轉(zhuǎn)化率η=8.3%，解吸作用轉(zhuǎn)化率η=33.1%（上式中不計(jì)生物轉(zhuǎn)化吸收），此時(shí)可以計(jì)算出循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的硝化作用為60%左右，解吸作用則為30%左右，而生成的亞硝酸為10%左右。

針對(duì)以上試驗(yàn)結(jié)果，究其原因主要為：冷卻塔的溫度長(zhǎng)期保持在25-40℃，使得氨氮在冷卻水系統(tǒng)中易于揮發(fā)；而這個(gè)水溫也恰是亞硝酸菌和硝酸菌的最適宜溫度范圍（亞硝酸菌最佳生長(zhǎng)溫度為35℃，硝酸菌最佳生長(zhǎng)溫度為35-42℃），且ｐＨ值為8.0左右時(shí)很適宜硝化菌的活動(dòng)；供氧量充足，據(jù)計(jì)算，在冷卻塔內(nèi)冷卻水與空氣的接觸足可以使冷卻水中的溶解氧達(dá)到飽和狀態(tài)，這些均有利于硝化作用，結(jié)果使得冷卻水中氨氮的濃度迅速降低。結(jié)合生物的生長(zhǎng)曲線還可進(jìn)一步了解到微生物生長(zhǎng)初期為對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期，即硝化菌以幾何級(jí)數(shù)形式增加，其結(jié)果為試驗(yàn)初期冷卻水中的氨氮以指數(shù)形式下降。在冷卻水系統(tǒng)中，由于受各種因素的制約（如系統(tǒng)的殺菌等影響），使得生物量增加到最大值時(shí)，將處于穩(wěn)定狀態(tài)，這也與微生物的生長(zhǎng)曲線相符，其結(jié)果使得冷卻水中的氨氮濃度維持于穩(wěn)定狀態(tài)，表現(xiàn)為冷卻水中的氨氮濃度不隨濃縮倍率的變化而變化。在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中，盡管城市污水廠的二級(jí)出水中氨氮濃度較高（通常ＮＨ 4-Ｎ在10-20ｍｇ/Ｌ），但由于冷卻塔的吹脫作用、硝化作用和微生物轉(zhuǎn)化吸收作用，使得氨氮在冷卻水系統(tǒng)中維持在2ｍｇ/Ｌ左右，且不隨時(shí)間和濃縮倍率的增加而積累。同時(shí)由硝化作用產(chǎn)生的ＮＯ-3也大大降低了氨氮對(duì)銅的腐蝕影響。

2.3 ＣＯＤ變化ＣＯＤ在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的變化。

隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加，冷卻水中ＣＯＤ濃度并沒有提高，而維持在穩(wěn)定狀態(tài)。從濃縮倍率與ＣＯＤ的關(guān)系中（圖5）可進(jìn)一步了解到，盡管濃縮倍率從1.5提高到3左右，但其ＣＯＤ值并沒有明顯增加，而與補(bǔ)充水中的相近。這說明了在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，由于冷卻塔起到了一個(gè)“生物過濾塔”作用，除轉(zhuǎn)變冷卻水中的氨氮外，還可降解補(bǔ)充水中的有機(jī)物，使得冷卻水中的ＣＯＤ值保持不變，這也降低了ＣＯＤ對(duì)系統(tǒng)造成的腐蝕、結(jié)垢等不良影響。

結(jié)語(yǔ)

①由于冷卻塔的作用，使得城市污水廠二級(jí)處理出水中的高氨氮濃度在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)迅速下降，最后穩(wěn)定在2ｍｇ/Ｌ左右，且不隨系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間和濃縮倍率而變化，且其中有約60%的氨氮轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}氮，另有約30%的則通過解吸作用除去。

②冷卻水中的ＣＯＤ濃度基本保持穩(wěn)定，降低了對(duì)冷卻水系統(tǒng)的影響。城市污水廠的二級(jí)處理出水回用作循環(huán)冷卻水，有效地緩解了城市和工業(yè)用水緊張的問題。對(duì)于敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，因其水質(zhì)要求不高及冷卻水系統(tǒng)的非凡性，大大降低了由氨氮和ＣＯＤ帶來的不利影響，故十分有利于城市污水廠二級(jí)處理出水回用作冷卻水。

參考文獻(xiàn)

[1] 王有志.謝煒平.水質(zhì)分析技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2007.

[2]唐受印，戴友芝等.水處理工程師手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2000.

[3] 劉明華.水處理化學(xué)品[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2009.

[4] 李培元.火力發(fā)電廠水處理及水質(zhì)控制（第二版）[M].武漢大學(xué)出版.2008.[6] 潘濤，田剛.廢水處理工程技術(shù)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2010.