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低剂量六偏磷酸钠处理超高硬度、超高碱度空调循环水

论文类型 技术与工程 发表日期 2003-02-01
来源 《工业用水与废水》2003年第1期
作者 杨文进,叶舟,赵小林
关键词 空调系统 循环冷却水 水处理 阻垢剂 六偏磷酸钠
摘要 由于使用超高硬度、超高碱度的除铁地下水做冷却水的补充水,空调和冷凝循环冷却水系统结垢严重。通过试验,平均投加1.39mg/L六偏磷酸钠后,系统中不再生成CaCO3垢,并可使循环冷却水中极限碳酸盐硬度稳定在565-570mg/L(以CaCO3计)。 

杨文进1,叶舟2,赵小林3
(1.中国市政工程中南设计研究院,湖北 武汉430010;2.武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北 武汉430070;
3.武汉江南实业集团有限公司,湖北 武汉430073)

  摘要:由于使用超高硬度、超高碱度的除铁地下水做冷却水的补充水,空调和冷凝循环冷却水系统结垢严重。通过试验,平均投加1.39mg/L六偏磷酸钠后,系统中不再生成CaCO3垢,并可使循环冷却水中极限碳酸盐硬度稳定在565-570mg/L(以CaCO3计)。
  关键词:空调系统;循环冷却水;水处理;阻垢剂;六偏磷酸钠
  中图分类号:TU991.4;TU991.27
  文献标识码:B
  文章编号:1009-2455(2003)01-0021-02

  武汉江南实业集团有限公司使用水温19-20℃的除铁地下水作为空调和冷凝系统循环冷却水的补充水,水的平均碳酸盐硬度、重碳酸盐碱度均高达595mg/L(以 CaCO3计),[Ca2+]+[HCO3-]=1020mg/L(以 CaCO3计)。由于补充水的超高硬度、碱度,致使系统内生成大量CaCO3垢。在通过药剂阻垢试验向补充水投加六偏磷酸钠后,系统内即不再出现CaCO3垢。
  六偏磷酸钠阻垢现在虽非新工艺,但对于超高硬度、碱度的补充水,只用单一的低剂量六偏磷酸钠能够阻CaCO3垢,这在水处理文献中难于查得实例。我国目前许多水处理药剂受到[Ca2+]+[HCO3-]<900mg/L(以CaCO3计)的限制,开发适合于处理[Ca2+]+[HCO3-]>1000mg/L(以 CaCO3计)水质的阻垢剂是水处理工作者研究的热点[1]

1 循环冷却水系统概况

  原水为地下水,Fe(HCO32的质量浓度为32-38mg/L,不含溶解氧。经过曝气、锰砂滤池除铁以后,总铁的质量浓度降至0.03mg/L,溶解氧升至3-7mg/L。曝气除铁后的水用作空调和冷凝系统循环冷却水的补充水。
  补充水量为700m3/h,总循环水量为3800-4200m3/h。循环水量与补充水量之比为:空调系统2:1,冷凝器(3.4-4.0):1。循环冷却水系统容积为3220m3,停留时间为5.5h。根据补充水和冷冻站冷凝器出水的Cl-浓度,求得浓缩倍数为1.2。
   补充水的水质见表1。

表1 冷却系统补充水水质 项目 数值 pH值 7.2~7.4 水温/℃ 19~20 浊度/NTU 5~10 ρ(溶解固体)/(mg·L-1) 660 耗氧量ρ(O2)/(mg·L-1) 1.9 氯化物ρ(Cl-)/(mg·L-1) 7.7 硫酸盐ρ(SO42-)/(mg·L-1) 0 总铁ρ(Fe)/(mg·L-1) 0.03 溶解氧ρ(O2)/(mg·L-1) 3~7 总碱度ρ(CaCO3)/(mg·L-1) 552~637 重碳酸盐碱度ρ(CaCO3)/(mg·L-1) 552~637 总硬度ρ(CaCO3)/(mg·L-1) 590~610 碳酸盐硬度ρ(CaCO3)/(mg·L-1) 688~603 钙硬度ρ(CaCO3)/(mg·L-1) 410~445 镁硬度ρ(CaCO3)/(mg·L-1) 165~190

  由补充水平均钙硬度和重碳酸盐碱度可以算出:[Ca2+]+[HCO3-]之和大于1000mg/L(以CaCO3计)。此水属超高硬度超高碱度的水质[2]
  循环冷却水的水温为:补充水平均19.5℃,冷冻站蒸发器出水14-15℃,织布空调喷水冷却系统出水24-25℃,冷凝器出水33-35℃。循环冷却水的平均温差为14.5℃,最大温差为20℃。

2 结果和讨论

2.1 六偏磷酸钠防止碳酸钙析出的效果
  工业品六偏磷酸钠的P2O5的质量分数为1%。以150r/min转速搅拌,配成3%的溶液,用浮筒控制药剂量。
  不投加六偏磷酸钠时,循环冷却水的CaCO3析出量为150-303mg/L。(以CaCO3计)。向补充水中平均投加六偏磷酸钠1.39 mg/L时,平均CaCO3析出量则降至30mg/L以 CaCO3计);生产运行效果见表2。

表2 六偏磷酸钠防止碳酸钙析出的效果 六偏磷酸钠投加量(mg·L-1) 极限碳酸盐硬度ρ(CaCO3) 析出量ρ(CaCO3)/(mg·L-1) 平均水温升高/ ℃ 空调室 冷凝器及回水池 合计 空调室 冷凝器及回水池 合计 2.89 565 5 25 30 2.7 7.9 10.6 2.07 570 5 20 25 3.7 9.0 12.7 1.39 565 10 20 30 5.2 6.7 11.9

  表2中六偏磷酸钠投加量是全系统运行的阶段统计数据。补充水的平均非碳酸盐硬度为5mg/L(以CaCO3计),如按六偏磷酸钠作为阻垢剂的循环冷却水极限碳酸盐硬度的公式”等计算,则该循环水所能允许的极限碳酸盐硬度仅为300-320mg/L(以CaCO3计)。表2中实际运行的稳定极限碳酸盐硬度是上述计算允许值的1.82倍。
2.2 六偏磷酸钠的阻垢效果
  在补充水六偏磷酸钠平均投量为1.39mg/L、循环冷却水稳定极限碳酸盐硬度565mg/L(以CaCO3计)以及CaCO3析出量30 mg/L的条件下,冷却系统所有与水接触的表面都无盐垢出现。
  不加六偏磷酸钠时,循环冷却水系统中的喷水喷头、档水板、冷凝器的布水器、冷凝管以及水泵等,都在水温升高过程中迅速结垢,需用盐酸浸洗,或用刮管机刮垢.向补充水投加六偏磷酸钠时,上述设备和部件均能正常运行。投加 1.39mg/L六偏磷酸钠与未加六偏时设备的结构情况见表3。

表3 六偏磷酸钠的阻垢效果 六偏磷酸钠投加量(mg·L-1) 设备酸洗垢频率(次·月-1) 设备结垢速度/(mm·月-1) 水泵 喷头 冷凝器布水器 挡水板垢增长 冷凝管垢增长 0 6 4.4 1 1.8 1.82 1.39 0 0 0 0.05 0.05

3 结语
  循环冷却水系统的总循环水量与补充水量之比为(5.4-6.0):1,循环冷却水最大水温差为20℃时,向补充水中投加1.39 mg/L的六偏磷酸钠后,循环水中稳定极限碳酸盐硬度为565mg/L(以CaCO3计),是理论允许值的1.82倍。该补充水的曝气除铁前处理步骤不可少。对于含有高浓度Fe(HCO32和无氧的地下水原水,六偏磷酸钠不能阻CaCO3垢。

参考文献:

   [1]李本高,祁鲁梁,李永存.石化工业水处理技术进展[M]. 北京:中国石化出版社,1999
   [2]华东建筑设计院.给水排水设计手册(第4册)[M].北京:中国建筑工业出版社,1985


  作者简介:杨文进(1925-),男,安徽安庆人,教授级高工,顾问总工,电话(027)82426036

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