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循环冷却水软化微碱化协同防垢防腐防污研究

曾惠明  
【摘要】:工业上用水量最大的循环冷却水系统,最常见的问题是结垢、腐蚀、微生物污染、浓水排放与环境污染。针对这些问题,本文提出的循环冷却水软化微碱化处理方法,无需外加化学药剂,通过杂质减量和水质调节,协同防垢、防腐蚀、防微生物污染。取得“三防”功效,同时实现节水和污染物减排。 本文通过系列模型计算和试验研究,取得主要成果如下: 1、提出了离子交换软化微碱化方法及工艺 文中计算了铁、铜、锌—碳酸盐溶液三个体系中的热力学平衡,进行了碳钢和黄铜的腐蚀控制试验,结果显示:在全碱度为6-10mmol/L (pH为9.2-9.5)的钠型碳酸盐溶液中,碳钢和黄铜表面都形成稳定氧化膜,腐蚀速率低于循环冷却水系统腐蚀控制国家标准。同时进行了RHCO3型树脂特性试验,研究了RHCO3型树脂中HCO3-/CO32-反应机理和平衡常数,优化了其运行及再生工艺参数。 在此基础上,提出了适用于小型循环冷却水系统(如中央空调循环冷却系统)的离子交换软化微碱化方法,设计了针对两种循环冷却水系统的微碱化工艺:对无铜循环系统,补给水处理采用RNa型树脂和RHCO3型树脂串联工艺;对有铜循环系统,补给水处理采用2个串联流程进行并联的工艺,分配流量调节水质,一个是RNa型树脂和ROH型树脂串联,另一个是弱酸树脂、RH强酸树脂和弱碱树脂串联。同时研究了工艺的经济性,结果表明:与加药法相比,该工艺运行费用节省35%-44%。 2、提出了纳滤—阴离子交换软化微碱化方法及工艺 对于大型循环冷却水系统(如火力发电厂循环冷却系统),文中提出了利用纳滤去除水中全部硬度和部分一价离子,再利用RHCO3型树脂将产水中阴离子交换成碳酸氢根,实现软化微碱化。进行了NF90纳滤膜与RHCO3树脂串联工艺试验,结果表明:该工艺可同时实现部分脱盐(脱盐率约为80%)和软化微碱化,产水达到软化微碱化系统补水要求,预处理可采用超滤。 3、研究了微碱化系统稳定性及“三防”效果 本文进行了微碱化水中CO2传质模型计算和动态模拟试验,模拟计算了循环系统水质水量变化过程,结果表明:运行中的微碱化系统受到弱酸性补水冲击时,系统将在1-2h内与空气中CO2达成平衡而恢复。循环流量上升或系统碱度增大都有助于提高系统抗冲击性能,保持水质和水量稳定。 之后,研究了调质水的“三防”效果,黄铜试片表面成膜动力学研究表明:微碱化调质水中,黄铜表面氧化膜稳定化过程只需24h,膜层致密,对电子传递起阻隔作用,具有良好的防腐效果;微碱化循环系统防微生物污染效果试验表明:微碱化方法控制了循环冷却水中的氮磷元素含量,同比之下,微生物总量减少了68%;去除硬度在防止污垢生成同时,使好氧异养菌总量减少33%。 试验研究结果证实了循环冷却水软化微碱化方法的可行性,基于2个技术创新点,申请了2项发明专利,可望在此基础上开发出循环冷却水处理的实用性新技术。


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