工業循環水處理的機理與方法的研究

李松文（神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古 包頭 014010）

工業循環水處理的機理與方法的研究

李松文（神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古 包頭 014010）

結合實踐來看，工業循環水實際上便是循環冷卻水，其主要作用在于冷卻產品與設備，從而起到保障工業生產效率的目的。然而根據相關研究表明，工業循環水在長期使用后會造成相關設備出現結垢、被腐蝕等情況，因而采取一些較為有效的方法對其進行處理就顯得十分必要。有鑒于此，本文將基于多年工作實踐，首先對工業循環水特性及其處理所具有作用展開論述，隨后再對其處理機理以及方法予以分析，以供廣大同行參考。

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工業循環水主要用于冷卻水系統中，其作用在于通過對相關設備進行降溫而達到保障其生產效率之目的，但由于工業循環水經過長期循環處理后往往會產生大量的沉淀物、膠體以及懸浮物等，這就導致其極易出現結垢、腐蝕以及滋生細菌等問題，如此一來勢必會嚴重地降低工業循環水效率，進而導致相關生產難以有效開展。為此，下文將結合工作實踐，重點圍繞于工業循環水處理機理與方法談一談自己的看法。

1 工業循環水特性及其處理所具有的作用

1.1 工業循環水特性

根據相關研究表明，工業循環水經過長期循環使用，在工業循環水蒸發與補充的過程中，使其水體中富含沉淀物、懸浮物、膠體以及諸多穩定弱的化學離子。一旦水體中含有大量的這些物質與化學離子，而沒有及時采取一些較為有效的處理措施，那么將會導致工業循環水系統所經設備產生污垢沉積、滋生細菌藻類等，導致所經設備出現結垢及腐蝕。

1.2 工業循環水處理所具有作用

通過對相關文獻研究以及結合工作實踐來看，工業循環水處理主要具有以下兩方面重要作用：第一，節約用水。在我國水資源使用情況中，工業占據了極高的比例，其在城市水資源用量中往往達80%以上，而在工業用水中循環水則約占其總量的90%！這對水資源匱乏問題日益嚴峻的我國來說，工業循環水無疑是一個巨大的挑戰。結合實踐來看，通過采取相應措施對工業循環水進行處理能夠使其絕大部分水資源得以重復使用，如此一來在有效避免工業循環水出現大量浪費現象的情況下實現了節約用水的目標；第二，保障工業生產效率。正如上文所述，工業循環水如果缺乏有效的處理，那么將會導致相關設備產生污垢沉積、腐蝕等問題，其中前者不但會導致循環系統性能因熱交換設備無法正常運行而大大降低，并且更會大幅度地增加系統能源消耗；而后者則致使工業循環水所經設備受到腐蝕，在這二者的共同影響下必然會造成工業生產效率下降。而通過采取相應措施對工業循環水進行處理，能夠較為有效地降低系統中設備污垢沉積與腐蝕產生，如此一來有助于保障工業生產效率，并且提高設備使用壽命。

2 工業循環水處理的機理分析

通常而言，工業循環水所造成危害通常是由于水垢以及腐蝕所引起，因此在其處理機理上就主要針對這二者：

2.1 工業循環水阻垢處理機理

水垢主要指由于水體中微融性鹽類受到溫度所影響而逐漸沉淀形成結晶，根據相關研究表明，水垢地產生往往需要經過過飽和溶液形成、晶核出現以及晶體出現這三個環節，并且缺一不可。而工業循環阻垢處理機理便是利用水垢產生的這一特性，通過利用阻垢劑其中一個環節進行破壞，如此一來可以在有效地抑制或減緩水垢形成過程的前提下達到阻止其產生的目的。結合實踐來看，阻垢劑是工業循環水處理水垢的重要技術，它主要通過使得循環水至垢離子濃度大大提升而達到阻止水垢產生之目的。阻垢劑具體工作原理如下：第一，當晶核出現并逐漸向晶體結構轉變過程中，水體中水垢碳酸鈣結晶致密度和堅硬度二者通常都很高，而此時阻垢劑地使用能夠對其結晶過程施加干擾，如此一來便會導致晶體因內部應力增強出現畸變與破裂而無法結晶；第二，由上文所述，我們可以得知工業循環水中含有大量穩定性弱的化學離子，這其中就有鈣鎂離子。而一旦使用阻垢劑后，它便會和鈣鎂離子發生化學反應而生產強穩定性螯合物，如此一來不僅大大地提升工業循環水對鈣鎂鹽溶解能力，并且更關鍵的是能夠有效地阻止水垢形成；第三，阻垢劑在化學屬性上表現為陰離子，這就使其可以輕易地和工業循環水中碳酸鈣陽離子相結合，進而在晶核表面形成雙電層，如此一來便有效地破壞了晶核向晶體轉變的過程，從而導致水垢無法產生。

2.2 工業循環水緩蝕處理機理

根據研究可知，工業循環水緩蝕處理機理主要是通過利用具有安全環保性的緩蝕劑將溶解氧從水體中排出，以此避免循環水系統中各設備被腐蝕。目前在工業循環水緩蝕處理中使用最為廣泛的緩蝕劑主要有鑰酸鹽、鋅鹽、聚磷酸鹽以及磷酸鹽等，并且它們優缺點各異。第一，鑰酸鹽。鑰酸鹽在工業循環水緩蝕處理中主要具有優點在于，其對鋼、銅以及鋁等材質設備能夠實現有效地緩蝕，并且當其和別的藥劑混合使用可以獲取對點蝕地良好防腐效果；鑰酸鹽缺點則主要在于成本高，因為進行一次工業循環水緩蝕處理往往需要使用較大量的鑰酸鹽；第二，鋅鹽。鋅鹽優點在于成本低，但其缺點是具有極大毒性，因而使得鋅鹽使用受到嚴格地控制；第三，聚磷酸鹽與磷酸鹽。聚磷酸鹽與磷酸鹽這兩種是當前工業循環水緩蝕處理中使用最為廣泛的緩蝕劑，因為其具有成本低且毒性小的優點。因而在工業循環水緩蝕處理中，應當充分結合設備腐蝕情況、經濟環保性等選擇較為適宜的緩蝕劑進行處理。

3 工業循環水處理的方法研究

目前，工業循環水處理上主要有物理與化學兩類方法，其中前者一般以膜處理法以及陰極保護為主，而后者則主要采取殺生劑、阻垢劑、緩蝕劑以及復合水處理劑等進行處理。對此，我將逐一對它們進行分析。

3.1 工業循環水物理處理方法

工業循環水物理處理方法一般是借助于水體物理特性，并在不改其特性基礎上采取非化學方法對循環水進行凈化，從而達到阻垢與緩蝕目的。如在工業循環水物理處理中主要有膜處理法和陰極保護兩種方法。

（1）膜處理法

膜處理法是當前工業循環水物理處理中較為常用的方法，其主要是借助于一些特殊薄膜而將水體中某些成分過濾出來，以此達到阻垢與緩蝕的目的。目前在膜處理法中主要采用反滲透以及納濾兩種：第一，反滲透處理法。該物理處理方法主要指首先在工業循環水系統中放置所需的反滲透膜，隨后對循環水進行施壓，從而使得循環水在經過膜后分離出相應溶質，如此一來便能夠在深度凈化工業循環水的情況下達到阻垢與緩蝕的目的；第二，納濾處理法。工業循環水物理處理中納濾處理法應用最為廣泛，這主要是因為該方法相比于反滲透，不但在水溶質分離率上更高（例如對工業循環水中Ca2+、Mg2+等化學離子分離率極高），并且其工藝與技術也比反滲透先進。

（2）陰極保護

陰極保護主要指首先通過在工業循環水中注入含相應離子的保護介質，隨后通入直流電將該介質引至所需保護金屬周邊，而被保護金屬負電位在介質吸引作用下移到保護電位圈里面，從而起到金屬緩蝕作用。目前陰極保護中主要采用犧牲陽極以及外加電流兩種：第一，犧牲陽極陰極保護。該方法主要是借助于將陰、陽兩級進行偶聯處理，以此達到金屬緩蝕作用；第二，外加電流陰極保護。該方法較為簡單，主要是在工業循環水處理中通入一定安數的直流電流便可實現。兩種陰極保護方法優缺點各異，為此應當結合企業實際情況進行選擇。

3.2 工業循環水化學處理方法

工業循環水化學處理方法主要指使用化學藥劑對其進行凈化、冷卻，以此達到阻垢與緩蝕目的。根據相關研究發現，與物理處理方法相比，工業循環水中采取化學處理不但阻垢緩蝕效果更優，同時其還具有能耗低、提高設備壽命等優點，因而使其成為了工業循環水處理主要方法。目前在工業循環水化學處理中主要采取采取阻垢劑、緩蝕劑、殺生劑以及復合水處理劑這四種藥劑開展，其中前兩者作用與用法已經在前文進行了論述，為此將重點對后兩者進行分析。

（1）殺生劑

工業循環水化學處理方法中殺生劑主要是通過將水體中微生物進行消滅而得到凈化的目的，其根據是否具有氧化性而分為兩類。第一，氧化性殺生劑。此類殺生劑中主要是通過釋放強氧化性來消滅工業循環水微生物，其一般有O3、Cl、ClO2以及Br2等，這幾中氧化性殺生劑優缺點各異。O3優點在于工業循環水凈化效果極佳（主要得益于其氧化性極強），但缺點在于穩定性較低；Cl優點主要有成本低、操作簡便以及凈化能力較強等，缺點在于具有一定危險性；ClO2優點在于凈化能力強以及無毒副作用；Br2作優點主要殺菌速度與效率高。第二，非氧化性殺生劑。非氧化性殺生劑主要是通過在工業循環水中釋放出陽離子活性基因而起到殺菌作用，目前應用最多的是有潔而滅和新潔而滅兩種。根據相關研究表明，非氧化性殺生劑生物降解率高、效率快、濃度低以及適用PH范圍大等眾多優點。

（2）復合水處理劑

復合水處理劑主要指將多種化學藥劑一同使用，如此一來不但使其能夠同時處理多種金屬水垢與腐蝕，并且更重要的是可以有效地增強效果。目前復合水處理劑采用最多的配方通常有：鑰系水、有機磷系水以及鉻系水三種處理藥劑。第一，鑰系水處理藥劑配方。根據相關研究表明，鑰系水配方具有無污染與低毒性等優點，其配方主要為鉬酸鈉+PAA+Zn2++木質素磺酸鹽+葡萄糖酸鈉；第二，有機磷系水處理藥劑配方。該配方優點在于阻垢與緩蝕效果顯著、性質穩定以及抗氧化強等，其配方主要是HEMA+HEDP+Zn2+；第三，鉻系水處理藥劑配方。該配方在工業循環水復合水處理劑使用最為廣泛，其優點在于配方成熟、性能穩定、阻垢與緩蝕效果顯著以及藥源眾多等，配方則為六偏磷酸鈉+HEDP+PAA+Zn2+。上述三種復合水處理劑配方優缺點各異，企業應當在充分結合自身實際情況下基礎上選擇適宜的配方對其工業循環水進行處理，以此獲取最優效果。

［1］李建平.淺談工業循環水處理的機理與方法的研究［J］.中國石油和化工標準與質量，2012，33（10）：94-94.

［2］李軍魁，李麗英.淺談工業循環水處理的機理與方法的研究［J］.中國化工貿易，2012，04（1）：15-16.

［3］白楊.試論工業循環水處理的機理與方法［J］.商品與質量·學術觀察，2013（3）：134-134.

李松文（1986-），男，籍貫：黑龍江省雞西市，學歷：本科，職稱：助理工程師，研究方向：循環水水質控制及處理，從事的工作：煤化工循環水水質處理。