雖然目前化學(xué)處理方式是行之有效的水處理方案，但隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，對(duì)一些毒性較大，或本身雖屬于無(wú)毒或低毒，但會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化而被列為第二類污染物的一些化學(xué)水處理藥劑的使用或排放已有很嚴(yán)格的要求，如鉻酸鹽及其復(fù)合冷卻水緩蝕劑、磷酸鹽類的緩蝕劑和水處理劑等等，這就要求我們需要開(kāi)發(fā)無(wú)毒或低毒、低磷和非磷的水處理劑；而操作簡(jiǎn)便、管理方便及對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染的物理水處理方法及水處理在線檢測(cè)、監(jiān)控技術(shù)也是今后大力發(fā)展的方向。

       一、循環(huán)水的使用及水處理的重要性

       用水來(lái)冷卻工藝介質(zhì)的系統(tǒng)，我們稱作冷卻水系統(tǒng)，通常可分為以下兩種類型：直流冷卻水系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。其中，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)目前已被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)之中，比如，石油化工、電力、冶金、醫(yī)藥、紡織、機(jī)械、電子等等傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)中的工藝用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，及各樓宇的中央空調(diào)用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

       早使用的是直流冷卻水系統(tǒng)，冷卻水僅僅通過(guò)換熱設(shè)備一次，用過(guò)后水就被排放掉。這種系統(tǒng)雖然投資少、操作簡(jiǎn)便，但它的用水量卻很大，冷卻水的操作費(fèi)用也大，不符合節(jié)約使用水資源的要求，目前基本都改成了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)（除了海水中還在使用的直流冷卻水系統(tǒng)），即冷卻水用過(guò)后不立即排放掉，而是收回循環(huán)再用。從直流水系統(tǒng)到循環(huán)水系統(tǒng)，水資源的節(jié)約非常可觀，例如：一個(gè)年產(chǎn)30萬(wàn)噸的合成氨工廠，如采用直流水系統(tǒng)，每小時(shí)用水量約25000T，而改成循環(huán)水系統(tǒng)，并以3倍的濃縮倍數(shù)運(yùn)行，則每小時(shí)耗水量只需約550T。

       二、冷卻水循環(huán)后遇到什么問(wèn)題？

       腐蝕：冷卻水在循環(huán)使用中，水在冷卻塔內(nèi)和空氣充分接觸，使水中的溶解氧得到補(bǔ)充,所以循環(huán)水中溶解氧總是飽和的,水中溶解氧是造成金屬電化學(xué)腐蝕的主要原因,這是冷卻水循環(huán)后易帶來(lái)的問(wèn)題之一。

       結(jié)垢：水在運(yùn)行中蒸發(fā)（尤其是在冷卻塔的環(huán)境中），使循環(huán)水中含鹽量逐漸增加，加上水中二氧化碳在塔中解析逸散，使水中碳酸鈣或其它鹽類在傳熱面上結(jié)垢析出的傾向增加，這是問(wèn)題之二。

        生物污垢：冷卻水和空氣接觸，吸收了空氣中大量的灰塵、泥沙、微生物及其孢子，使系統(tǒng)的污泥增加；冷卻塔內(nèi)的光照、適宜的溫度、充足的氧和養(yǎng)分都有利于細(xì)菌和藻類的生長(zhǎng)，從而使系統(tǒng)粘泥增加，在換熱器內(nèi)沉積下來(lái)，造成了粘泥的危害，這是水循環(huán)使用后易帶來(lái)的問(wèn)題之三。

       冷卻水循環(huán)后，冷卻水補(bǔ)充水量可大幅度降低，節(jié)約了用水，這是我們所希望的。但水循環(huán)后突出的腐蝕、結(jié)垢和生物污垢等問(wèn)題如不解決，生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷、安全穩(wěn)定運(yùn)行是難以保證的，那么采用循環(huán)水后所期望的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)效益不僅不能充分發(fā)揮，而且將給企業(yè)帶來(lái)許多危害——嚴(yán)重的沉積物的附著、設(shè)備腐蝕和微生物的大量滋生，由此形成的黏泥污垢堵塞管道或各種材料及設(shè)備嚴(yán)重受損等問(wèn)題，會(huì)威脅和破壞工廠的安全生產(chǎn)；而由于各種沉積物使換熱設(shè)備的水流阻力加大，水泵及相關(guān)設(shè)備的能耗大幅增加，傳熱效率降低，從而降低產(chǎn)品品質(zhì)或生產(chǎn)效率，這一切都可能造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，例如：電廠出現(xiàn)此類問(wèn)題，必然使凝汽器凝結(jié)水的溫度升高、真空度下降，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)的出力和電廠的發(fā)電量，并且大幅增加能耗（有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值：發(fā)電機(jī)組真空度每下降1%，多耗燃料原油0.8%）。

       所以，必須要選擇一種科學(xué)合理、全面有效且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的循環(huán)冷卻水處理方案，使上述問(wèn)題得到妥善解決或改善，水處理就是通過(guò)水質(zhì)處理的辦法來(lái)解決以上問(wèn)題。如能真正做好水處理，不但能保證保質(zhì)保量、安全生產(chǎn)，而且還能通過(guò)大幅降低能耗、節(jié)約材料、節(jié)約用水來(lái)降低生產(chǎn)成本，直接創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，例如在電廠，就可以提高汽輪機(jī)凝汽器的真空度，一般可提高7～8％，提高汽輪機(jī)的功率，提高電負(fù)荷5～6％，增加發(fā)電能力；如應(yīng)用在低壓鍋爐爐內(nèi)處理，不但可將水處理運(yùn)行費(fèi)用從僅使用爐外處理方式時(shí)的0.5元/噸降到0.3元/噸左右，而且據(jù)統(tǒng)計(jì)，可使每臺(tái)2t•h-1的鍋爐節(jié)煤約5%；現(xiàn)代工業(yè)一般水冷換熱器在未進(jìn)行水處理時(shí)的壽命為2年左右，經(jīng)水處理后的壽命可達(dá)7~8年，檢修費(fèi)和檢修工作量可降低90%，一個(gè)小型化工廠由此節(jié)約的檢修費(fèi)即可達(dá)50萬(wàn)元。

       三、循環(huán)冷卻水的化學(xué)水處理方案

       循環(huán)冷卻水的化學(xué)水處理就是通過(guò)在水中投加各種化學(xué)水處理藥劑而達(dá)到解決或緩解沉積物附著、金屬設(shè)備腐蝕和微生物滋生這三個(gè)問(wèn)題，完整的技術(shù)過(guò)程應(yīng)是針對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)、設(shè)備材質(zhì)、工況條件選擇緩蝕劑、阻垢劑、分散劑、殺生劑正確匹配組成水處理配方，并提出工藝控制條件、提供相應(yīng)的清洗、預(yù)膜方案等，其中將緩蝕劑、阻垢劑、分散劑等組成配方、確定適宜的工藝控制條件，指導(dǎo)開(kāi)車，提供技術(shù)服務(wù)，這是冷卻水處理技術(shù)的主要內(nèi)容。

       循環(huán)水系統(tǒng)中的沉積物主要是水垢和污垢（淤泥、腐蝕產(chǎn)物及生物沉積物），天然水中溶解的各種鹽類因受熱等各種原因從水中析出，我們稱之為水垢，有如：碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物、硅酸鹽等等，以鈣鹽為多。在化學(xué)水處理中使用阻垢劑時(shí)，不同的藥劑對(duì)不同的垢起的作用差異很大；而水源不同（江河湖水、地下水、市政供水等等），水質(zhì)差別也會(huì)很大（同一水源，不同季節(jié)，水質(zhì)也會(huì)有差異），所以，必須先通過(guò)全面的分析，確定水中鹽類的主要成分，即主要成垢物質(zhì)，再選用合適的阻垢劑。

       水中金屬的腐蝕主要是有氧的電化學(xué)腐蝕，而化學(xué)水處理方法就是通過(guò)在水中投加緩蝕劑（以鈍化膜、沉淀膜及吸附膜等等形式）覆蓋于金屬表面，起到減緩腐蝕的作用。所以，我們就得先了解系統(tǒng)中金屬的種類，結(jié)合水質(zhì)條件及運(yùn)行參數(shù)，選擇緩蝕劑，并確定處理方案。

       在冷卻水中會(huì)引起故障的微生物主要是細(xì)菌、真菌及藻類，如鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌、硝化細(xì)菌及硫桿菌等等，它們有的會(huì)直接腐蝕各種金屬或非金屬，有的則會(huì)粘附其它雜質(zhì)沉積附著，危害極大。得先確定系統(tǒng)中主要存在的微生物的種類及數(shù)量，結(jié)合水質(zhì)的情況和運(yùn)行的狀況，選擇針對(duì)性的殺菌滅藻劑，制定有效的殺菌滅藻實(shí)施方案。

       總而言之，水處理在進(jìn)入具體實(shí)施之前，先得通過(guò)各項(xiàng)分析，全面了解系統(tǒng)及水質(zhì)的情況，有時(shí)對(duì)補(bǔ)充水可以用穩(wěn)定指數(shù)、飽和指數(shù)等作腐蝕型或結(jié)垢型水質(zhì)的預(yù)判，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)性地選擇合適的緩蝕劑、阻垢劑及殺菌滅藻劑，并正確匹配組成的水處理配方。

       在具體的水處理應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于緩蝕、阻垢及殺菌需要作整體考慮，而往往緩蝕及阻垢劑也是復(fù)配使用的，有時(shí)，是一種水處理藥劑兼具緩蝕及阻垢的功能，選擇復(fù)合緩蝕、阻垢劑及殺菌劑組成配方并制定處理方案時(shí)，要全面考慮兼容性，突出“協(xié)同效應(yīng)”，需要考慮以下的一些因素：

      （1）是否適用于該冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行的pH值范圍；

      （2）能否使冷卻水的濃縮倍數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

      （3）運(yùn)行的費(fèi)用和用戶的經(jīng)濟(jì)條件，這里不僅要考慮水處理劑的費(fèi)用，而且還要考慮原水預(yù)處理和排污處理的費(fèi)用以及對(duì)工藝生產(chǎn)帶來(lái)的影響；

      （4）復(fù)合水處理劑或其中各組成藥劑的供應(yīng)來(lái)源；

      （5）操作管理是否方便；

      （6）當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的規(guī)定和對(duì)周圍環(huán)境的污染；

      （7）工藝生產(chǎn)發(fā)生事故時(shí)，泄漏的物料對(duì)水處理劑作用的干擾；

      （8）水處理劑中的緩蝕劑、阻垢劑和配用的殺生劑的相容性；

      （9）使用的換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)以及預(yù)膜、涂料的處理情況。

       日常運(yùn)行中，還得考慮根據(jù)各種變化作相應(yīng)的調(diào)整。

       水處理的具體實(shí)施應(yīng)按如下步驟進(jìn)行：

       如果需要，應(yīng)該首先進(jìn)行冷卻用水的預(yù)處理；其次，是對(duì)系統(tǒng)的表面處理（清洗、預(yù)膜）；后，再進(jìn)行日常的緩蝕、阻垢及殺菌處理。

       01補(bǔ)充水的預(yù)處理

       由于地表天然水中混入的懸浮物、膠體物構(gòu)成水的濁度，濁度太高則不能直接供冷卻水使用。通常用混凝沉降、過(guò)濾等方法去除（離子交換也是預(yù)處理的一類）；有些地區(qū)的地下水含鐵量或水中的硬、堿度過(guò)高，也需要通過(guò)預(yù)處理手段先降下來(lái)一部分，否則，冷卻水使用過(guò)程中正常的水處理藥劑將達(dá)不到理想的效果。

      02系統(tǒng)的表面處理

       在進(jìn)行日常緩蝕、阻垢及殺菌處理之前，先得對(duì)系統(tǒng)作表面處理，目的是清除金屬表面的沉積物，預(yù)膜保護(hù)后，再投加日常水處理藥劑。表面處理過(guò)程需注意幾點(diǎn)：

      （1）根據(jù)沉積物質(zhì)的成份選擇合適的清洗藥劑，保證安全、；

      （2）嚴(yán)格按技術(shù)要求完成整個(gè)操作流程，根據(jù)技術(shù)參數(shù)確定清洗終點(diǎn)（如：鐵離子含量曲線、濁度曲線、電導(dǎo)率曲線等等），保證有效、經(jīng)濟(jì)；

      （3）新系統(tǒng)投用之前，也需進(jìn)行表面處理。對(duì)于新系統(tǒng)而言，正常投用前的沖洗只能清除安裝過(guò)程中在系統(tǒng)內(nèi)的碎屑、雜物和塵土，但清除不了設(shè)備和管道在生產(chǎn)及安裝中生成的表面氧化皮和油污，而這些會(huì)影響預(yù)膜處理的效果，所以，要采取更為*的表面處理。

      （4）循環(huán)水系統(tǒng)的預(yù)膜是為了提高緩蝕劑的成膜效果，常在循環(huán)水開(kāi)車初期投加較高的緩蝕劑量，待成膜后，再降低藥劑濃度維持補(bǔ)膜，即所謂的正常處理。這種預(yù)膜處理，其目的是希望在金屬表面上能很快地形成一層保護(hù)膜，提高緩蝕劑抑制腐蝕的效果。實(shí)踐也證明在同一個(gè)系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)預(yù)膜和未經(jīng)預(yù)膜的設(shè)備，在用同樣的緩蝕劑情況下，其緩蝕效果卻相差很大。循環(huán)水系統(tǒng)除了在開(kāi)車時(shí)必須要進(jìn)行預(yù)膜外，在發(fā)生以下情況時(shí)也需進(jìn)行重新預(yù)膜：

      年度大檢修，系統(tǒng)停水后

      系統(tǒng)進(jìn)行酸洗之后

      停水40h或換熱設(shè)備暴露在空氣中12h

      循環(huán)水系統(tǒng)pH＜4達(dá)2h。

      03日常水質(zhì)處理

       經(jīng)過(guò)預(yù)處理的水將直接作為冷卻水的補(bǔ)充用水，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了表面處理后，則依據(jù)通過(guò)全面分析及實(shí)驗(yàn)篩選出的緩蝕、阻垢及殺菌處理的方案投加藥劑，進(jìn)入了對(duì)水質(zhì)的日常控制處理階段。

       系統(tǒng)在日常的運(yùn)行中，補(bǔ)充水的水質(zhì)可能會(huì)隨季節(jié)有所變化，系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)也有可能會(huì)有調(diào)整，則需要隨時(shí)監(jiān)控水質(zhì)和處理效果，并根據(jù)運(yùn)行參數(shù)、補(bǔ)充水質(zhì)的變化作水處理方案的相應(yīng)調(diào)整，以確保穩(wěn)定的優(yōu)化效果，調(diào)整方向包括，藥劑種類、投加濃度、組成配方的比例及投加方式等等。

       而在監(jiān)控水處理效果的方法中，水質(zhì)分析一般只作為調(diào)整處理方案的依據(jù)，水處理的績(jī)效的檢測(cè)應(yīng)采用更直觀、更準(zhǔn)確的方法——腐蝕及熱交換效率的測(cè)試，即以掛片法或用在線腐蝕測(cè)試儀測(cè)定循環(huán)水系統(tǒng)中各金屬的腐蝕速率或瞬間腐蝕速度；用污垢熱阻在線測(cè)試儀測(cè)定熱交換效率和監(jiān)測(cè)換熱器等等。

       國(guó)標(biāo)或部標(biāo)都相應(yīng)對(duì)冷卻水系統(tǒng)中抑制材料腐蝕及沉積物附著有明確的規(guī)定，對(duì)作為間接反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的水質(zhì)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)也有明確的標(biāo)準(zhǔn)。

       綜上所述，科學(xué)、合理和優(yōu)性價(jià)比的水處理工藝程序是根據(jù)您目標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備材質(zhì)、工況條件、水質(zhì)條件，通過(guò)分析及實(shí)驗(yàn)來(lái)選擇合適的水處理單體及確定單體間的配比組成配方，并采取正確的操作流程和確定適宜的工藝控制條件。運(yùn)行過(guò)程中還須隨時(shí)通過(guò)分析及實(shí)驗(yàn)，調(diào)整藥劑單體、配方比例及投加劑量，以適應(yīng)由于氣候、環(huán)境介質(zhì)、補(bǔ)充水水質(zhì)及運(yùn)行參數(shù)等各方面因素的變化引起的循環(huán)水質(zhì)的變化，達(dá)到處理效果優(yōu)化。

       四、緩解腐蝕的方法

       前面討論了用化學(xué)水處理方式綜合解決循環(huán)水系統(tǒng)中沉積物附著、設(shè)備腐蝕及微生物滋長(zhǎng)等運(yùn)行障礙的方案。在理論上和實(shí)踐過(guò)程中，除了化學(xué)水處理方式外，還可以運(yùn)用其它的一些方法去抑制沉積物的析出、緩解金屬的腐蝕及控制微生物引起的腐蝕、黏泥及其生長(zhǎng)，例舉如下：

       1.控制水垢析出的方法，除了投加阻垢劑外，大致還有以下幾類：

      （1）使用離子交換樹(shù)脂法或石灰軟化法等從冷卻水中除去成垢的鈣離子的方法；

      （2）加酸或通CO2氣，降低pH值，穩(wěn)定重碳酸鹽的方法；

      （3）使用靜電阻垢儀器或電子阻垢儀器。

       2．污垢的控制，除了投加分散劑外，還有以下幾種方法：

      （1）通過(guò)預(yù)處理，降低補(bǔ)充水的濁度；

      （2）增加旁濾設(shè)備。

       3．金屬腐蝕的控制方法，除了添加緩蝕劑外，還有以下三種：

      （1）提高冷卻水的pH值；

      （2）選用耐蝕材料；

      （3）用防腐阻垢涂料涂覆。

       4．微生物引起的腐蝕、黏泥及其生長(zhǎng)的控制方法，除了投加殺生劑外，主要還有以下一些方法：

      （1）選用耐細(xì)菌腐蝕的材料；

      （2）控制冷卻水中的氧含量、pH值、懸浮物和微生物的養(yǎng)料；

      （3）采用殺生涂料；

      （4）采用犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)；

      （5）清洗；

      （6）防止陽(yáng)光照射；

      （7）旁流過(guò)濾；

      （8）混凝沉淀；

      （9）噬菌體法。

       實(shí)踐證明，以上的各種方法作為輔助手段，都能在防腐、阻垢或殺菌的某一方面起一定程度的作用，但比較化學(xué)水處理方式，它們或者還不全面，或者單一方式的處理效率還達(dá)不到要求，或者是不夠經(jīng)濟(jì)。一個(gè)良好的水處理控制方案往往是以化學(xué)水處理方法為主，根據(jù)系統(tǒng)的特定情況，結(jié)合以上的一些輔助手段聯(lián)合使用。

       雖然目前化學(xué)處理方式是行之有效的水處理方案，但隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，對(duì)一些毒性較大，或本身雖屬于無(wú)毒或低毒，但會(huì)造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化而被列為第二類污染物的一些化學(xué)水處理藥劑的使用或排放已有很嚴(yán)格的要求，如鉻酸鹽及其復(fù)合冷卻水緩蝕劑、磷酸鹽類的緩蝕劑和水處理劑等等，這就要求我們需要開(kāi)發(fā)無(wú)毒或低毒、低磷和非磷的水處理劑；而操作簡(jiǎn)便、管理方便及對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染的物理水處理方法及水處理在線檢測(cè)、監(jiān)控技術(shù)也是今后大力發(fā)展的方向。

       冷卻水處理是一門涉及許多學(xué)科的‘邊緣’科學(xué)，它需要專門的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。冷卻水處理方面的專家不多，而且作為新興行業(yè)，很多單位的技術(shù)人員在冷卻水處理發(fā)生問(wèn)題時(shí)由于自身缺乏經(jīng)驗(yàn)，希望能及時(shí)得到全面的專家意見(jiàn)，所以，一種基于知識(shí)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，能模擬專家領(lǐng)域的專家求解問(wèn)題的能力，對(duì)面臨的復(fù)雜問(wèn)題，能做出專家水平的結(jié)論的冷卻水處理咨詢用的計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)也將是今后大力發(fā)展的方向。