工业循环水处理的机理与方法的研究

李松文（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古 包头 014010）

工业循环水处理的机理与方法的研究

李松文（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古 包头 014010）

结合实践来看，工业循环水实际上便是循环冷却水，其主要作用在于冷却产品与设备，从而起到保障工业生产效率的目的。然而根据相关研究表明，工业循环水在长期使用后会造成相关设备出现结垢、被腐蚀等情况，因而采取一些较为有效的方法对其进行处理就显得十分必要。有鉴于此，本文将基于多年工作实践，首先对工业循环水特性及其处理所具有作用展开论述，随后再对其处理机理以及方法予以分析，以供广大同行参考。

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工业循环水主要用于冷却水系统中，其作用在于通过对相关设备进行降温而达到保障其生产效率之目的，但由于工业循环水经过长期循环处理后往往会产生大量的沉淀物、胶体以及悬浮物等，这就导致其极易出现结垢、腐蚀以及滋生细菌等问题，如此一来势必会严重地降低工业循环水效率，进而导致相关生产难以有效开展。为此，下文将结合工作实践，重点围绕于工业循环水处理机理与方法谈一谈自己的看法。

1 工业循环水特性及其处理所具有的作用

1.1 工业循环水特性

根据相关研究表明，工业循环水经过长期循环使用，在工业循环水蒸发与补充的过程中，使其水体中富含沉淀物、悬浮物、胶体以及诸多稳定弱的化学离子。一旦水体中含有大量的这些物质与化学离子，而没有及时采取一些较为有效的处理措施，那么将会导致工业循环水系统所经设备产生污垢沉积、滋生细菌藻类等，导致所经设备出现结垢及腐蚀。

1.2 工业循环水处理所具有作用

通过对相关文献研究以及结合工作实践来看，工业循环水处理主要具有以下两方面重要作用：第一，节约用水。在我国水资源使用情况中，工业占据了极高的比例，其在城市水资源用量中往往达80%以上，而在工业用水中循环水则约占其总量的90%！这对水资源匮乏问题日益严峻的我国来说，工业循环水无疑是一个巨大的挑战。结合实践来看，通过采取相应措施对工业循环水进行处理能够使其绝大部分水资源得以重复使用，如此一来在有效避免工业循环水出现大量浪费现象的情况下实现了节约用水的目标；第二，保障工业生产效率。正如上文所述，工业循环水如果缺乏有效的处理，那么将会导致相关设备产生污垢沉积、腐蚀等问题，其中前者不但会导致循环系统性能因热交换设备无法正常运行而大大降低，并且更会大幅度地增加系统能源消耗；而后者则致使工业循环水所经设备受到腐蚀，在这二者的共同影响下必然会造成工业生产效率下降。而通过采取相应措施对工业循环水进行处理，能够较为有效地降低系统中设备污垢沉积与腐蚀产生，如此一来有助于保障工业生产效率，并且提高设备使用寿命。

2 工业循环水处理的机理分析

通常而言，工业循环水所造成危害通常是由于水垢以及腐蚀所引起，因此在其处理机理上就主要针对这二者：

2.1 工业循环水阻垢处理机理

水垢主要指由于水体中微融性盐类受到温度所影响而逐渐沉淀形成结晶，根据相关研究表明，水垢地产生往往需要经过过饱和溶液形成、晶核出现以及晶体出现这三个环节，并且缺一不可。而工业循环阻垢处理机理便是利用水垢产生的这一特性，通过利用阻垢剂其中一个环节进行破坏，如此一来可以在有效地抑制或减缓水垢形成过程的前提下达到阻止其产生的目的。结合实践来看，阻垢剂是工业循环水处理水垢的重要技术，它主要通过使得循环水至垢离子浓度大大提升而达到阻止水垢产生之目的。阻垢剂具体工作原理如下：第一，当晶核出现并逐渐向晶体结构转变过程中，水体中水垢碳酸钙结晶致密度和坚硬度二者通常都很高，而此时阻垢剂地使用能够对其结晶过程施加干扰，如此一来便会导致晶体因内部应力增强出现畸变与破裂而无法结晶；第二，由上文所述，我们可以得知工业循环水中含有大量稳定性弱的化学离子，这其中就有钙镁离子。而一旦使用阻垢剂后，它便会和钙镁离子发生化学反应而生产强稳定性螯合物，如此一来不仅大大地提升工业循环水对钙镁盐溶解能力，并且更关键的是能够有效地阻止水垢形成；第三，阻垢剂在化学属性上表现为阴离子，这就使其可以轻易地和工业循环水中碳酸钙阳离子相结合，进而在晶核表面形成双电层，如此一来便有效地破坏了晶核向晶体转变的过程，从而导致水垢无法产生。

2.2 工业循环水缓蚀处理机理

根据研究可知，工业循环水缓蚀处理机理主要是通过利用具有安全环保性的缓蚀剂将溶解氧从水体中排出，以此避免循环水系统中各设备被腐蚀。目前在工业循环水缓蚀处理中使用最为广泛的缓蚀剂主要有钥酸盐、锌盐、聚磷酸盐以及磷酸盐等，并且它们优缺点各异。第一，钥酸盐。钥酸盐在工业循环水缓蚀处理中主要具有优点在于，其对钢、铜以及铝等材质设备能够实现有效地缓蚀，并且当其和别的药剂混合使用可以获取对点蚀地良好防腐效果；钥酸盐缺点则主要在于成本高，因为进行一次工业循环水缓蚀处理往往需要使用较大量的钥酸盐；第二，锌盐。锌盐优点在于成本低，但其缺点是具有极大毒性，因而使得锌盐使用受到严格地控制；第三，聚磷酸盐与磷酸盐。聚磷酸盐与磷酸盐这两种是当前工业循环水缓蚀处理中使用最为广泛的缓蚀剂，因为其具有成本低且毒性小的优点。因而在工业循环水缓蚀处理中，应当充分结合设备腐蚀情况、经济环保性等选择较为适宜的缓蚀剂进行处理。

3 工业循环水处理的方法研究

目前，工业循环水处理上主要有物理与化学两类方法，其中前者一般以膜处理法以及阴极保护为主，而后者则主要采取杀生剂、阻垢剂、缓蚀剂以及复合水处理剂等进行处理。对此，我将逐一对它们进行分析。

3.1 工业循环水物理处理方法

工业循环水物理处理方法一般是借助于水体物理特性，并在不改其特性基础上采取非化学方法对循环水进行净化，从而达到阻垢与缓蚀目的。如在工业循环水物理处理中主要有膜处理法和阴极保护两种方法。

（1）膜处理法

膜处理法是当前工业循环水物理处理中较为常用的方法，其主要是借助于一些特殊薄膜而将水体中某些成分过滤出来，以此达到阻垢与缓蚀的目的。目前在膜处理法中主要采用反渗透以及纳滤两种：第一，反渗透处理法。该物理处理方法主要指首先在工业循环水系统中放置所需的反渗透膜，随后对循环水进行施压，从而使得循环水在经过膜后分离出相应溶质，如此一来便能够在深度净化工业循环水的情况下达到阻垢与缓蚀的目的；第二，纳滤处理法。工业循环水物理处理中纳滤处理法应用最为广泛，这主要是因为该方法相比于反渗透，不但在水溶质分离率上更高（例如对工业循环水中Ca2+、Mg2+等化学离子分离率极高），并且其工艺与技术也比反渗透先进。

（2）阴极保护

阴极保护主要指首先通过在工业循环水中注入含相应离子的保护介质，随后通入直流电将该介质引至所需保护金属周边，而被保护金属负电位在介质吸引作用下移到保护电位圈里面，从而起到金属缓蚀作用。目前阴极保护中主要采用牺牲阳极以及外加电流两种：第一，牺牲阳极阴极保护。该方法主要是借助于将阴、阳两级进行偶联处理，以此达到金属缓蚀作用；第二，外加电流阴极保护。该方法较为简单，主要是在工业循环水处理中通入一定安数的直流电流便可实现。两种阴极保护方法优缺点各异，为此应当结合企业实际情况进行选择。

3.2 工业循环水化学处理方法

工业循环水化学处理方法主要指使用化学药剂对其进行净化、冷却，以此达到阻垢与缓蚀目的。根据相关研究发现，与物理处理方法相比，工业循环水中采取化学处理不但阻垢缓蚀效果更优，同时其还具有能耗低、提高设备寿命等优点，因而使其成为了工业循环水处理主要方法。目前在工业循环水化学处理中主要采取采取阻垢剂、缓蚀剂、杀生剂以及复合水处理剂这四种药剂开展，其中前两者作用与用法已经在前文进行了论述，为此将重点对后两者进行分析。

（1）杀生剂

工业循环水化学处理方法中杀生剂主要是通过将水体中微生物进行消灭而得到净化的目的，其根据是否具有氧化性而分为两类。第一，氧化性杀生剂。此类杀生剂中主要是通过释放强氧化性来消灭工业循环水微生物，其一般有O3、Cl、ClO2以及Br2等，这几中氧化性杀生剂优缺点各异。O3优点在于工业循环水净化效果极佳（主要得益于其氧化性极强），但缺点在于稳定性较低；Cl优点主要有成本低、操作简便以及净化能力较强等，缺点在于具有一定危险性；ClO2优点在于净化能力强以及无毒副作用；Br2作优点主要杀菌速度与效率高。第二，非氧化性杀生剂。非氧化性杀生剂主要是通过在工业循环水中释放出阳离子活性基因而起到杀菌作用，目前应用最多的是有洁而灭和新洁而灭两种。根据相关研究表明，非氧化性杀生剂生物降解率高、效率快、浓度低以及适用PH范围大等众多优点。

（2）复合水处理剂

复合水处理剂主要指将多种化学药剂一同使用，如此一来不但使其能够同时处理多种金属水垢与腐蚀，并且更重要的是可以有效地增强效果。目前复合水处理剂采用最多的配方通常有：钥系水、有机磷系水以及铬系水三种处理药剂。第一，钥系水处理药剂配方。根据相关研究表明，钥系水配方具有无污染与低毒性等优点，其配方主要为钼酸钠+PAA+Zn2++木质素磺酸盐+葡萄糖酸钠；第二，有机磷系水处理药剂配方。该配方优点在于阻垢与缓蚀效果显著、性质稳定以及抗氧化强等，其配方主要是HEMA+HEDP+Zn2+；第三，铬系水处理药剂配方。该配方在工业循环水复合水处理剂使用最为广泛，其优点在于配方成熟、性能稳定、阻垢与缓蚀效果显著以及药源众多等，配方则为六偏磷酸钠+HEDP+PAA+Zn2+。上述三种复合水处理剂配方优缺点各异，企业应当在充分结合自身实际情况下基础上选择适宜的配方对其工业循环水进行处理，以此获取最优效果。

［1］李建平.浅谈工业循环水处理的机理与方法的研究［J］.中国石油和化工标准与质量，2012，33（10）：94-94.

［2］李军魁，李丽英.浅谈工业循环水处理的机理与方法的研究［J］.中国化工贸易，2012，04（1）：15-16.

［3］白杨.试论工业循环水处理的机理与方法［J］.商品与质量·学术观察，2013（3）：134-134.

李松文（1986-），男，籍贯：黑龙江省鸡西市，学历：本科，职称：助理工程师，研究方向：循环水水质控制及处理，从事的工作：煤化工循环水水质处理。