李松田 (平頂山師范高等?？茖W(xué)校)
李長浩 (平頂山市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院)?
王占生 (清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系)

　　摘　要 提出了一種新工藝--前期預(yù)膜加臭氧、磁化聯(lián)合處理。動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，該工藝可同時(shí)阻垢、緩蝕、殺菌，又不造成再污染，具有一定的推廣價(jià)值。
　　關(guān)鍵詞 冷卻水 水處理 預(yù)膜 臭氧氧化 磁化

1 試驗(yàn)設(shè)備和材料

1.1 主要裝置
　　蒸氣發(fā)生爐(換熱器)；聚氯乙烯材料的冷卻塔和貯水池；FZM型不銹鋼水泵；LIB型轉(zhuǎn)子流量計(jì)；C6-46-3C型排塵風(fēng)機(jī)；0.4 T的磁力阻垢器；臭氧發(fā)生器。
1.2 試驗(yàn)儀器
　　723分光光度計(jì)；DDS型電導(dǎo)率測定儀；pH3-3C型酸度計(jì)；HG-3型火焰分光光度計(jì)。
1.3 試驗(yàn)材料
　　試驗(yàn)管：Ø 10mm×1mm碳鋼管，外壁鍍鉻；
　　試片：50mm×25mm×2mm，A3鋼。

2 試驗(yàn)方案及結(jié)果

　　工藝流程簡圖見圖1。

2.1 試驗(yàn)方案
　　試驗(yàn)分A、B兩個(gè)系統(tǒng)。
　　A系統(tǒng)：用200mg/L的Na2MoO4進(jìn)行預(yù)膜，同時(shí)在貯水池中投加臭氧，保持剩余臭氧濃度為0.03～0.10mg/L，5d后將預(yù)膜劑換作冷卻水。磁力阻垢器安裝在換熱器前的管路上。
　　B系統(tǒng)：用20mg/L的Na₂MoO₄進(jìn)行預(yù)膜，臭氧投加方式為間歇式，每2d投加一次，每次60min，其它同系統(tǒng)A。
2.2 試驗(yàn)結(jié)果
2.2.1 水質(zhì)分析
　　試驗(yàn)過程中每天定時(shí)取水樣進(jìn)行常規(guī)分析，其中SO₄^2-、Cl^-每周做兩次分析，結(jié)果見表1。試驗(yàn)用水為北京某石化公司生產(chǎn)用水。

表1 運(yùn)行過程水質(zhì)分析 系統(tǒng) 總硬度*（mg/L） 總堿度*（mg/L） Ca²⁺硬度*（mg/L） pH 電導(dǎo)率（μs/m） SO₄2^-（mg/L） Cl^-（mg/L） K⁺（mg/L） 濃縮倍數(shù)** 系統(tǒng)A 209.24～428.36 126.89～336.24 107.67～212.97 8.44～8.78 330～1450 60.20～155.23 15.03～110.18 3.6～7.2 1.7～3.4 系統(tǒng)B 170.69～429.15 106.17～152.78 96.01～178.79 8.35～8.70 245～1100 40.75～150.73 16.50～105.63 3.4～7.2 1.6～3.4 補(bǔ)充水 159.89～309.92 182.86～295.21 138.68～231.54 7.66～7.80 415～800 34.07～68.15 15.70～59.31 2.1～2.2 　 注 *以CaCO3 **以K⁺濃度計(jì)

2.2.2 污垢熱阻測定
　　本試驗(yàn)的試前準(zhǔn)備、開車、正常運(yùn)轉(zhuǎn)、停車及試后處理均按中石化總公司生產(chǎn)部執(zhí)行的方法進(jìn)行，試驗(yàn)過程中及時(shí)記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。污垢熱阻測定按文獻(xiàn)^［3］進(jìn)行，結(jié)果見表2。

表2 試驗(yàn)管污垢熱阻 系統(tǒng) 試件 清潔管熱阻R₁（m².K/W） 極限污垢熱阻R₂ A 1 2.63×10^-4 1.11×10^-4 A 2 2.86×10^-4 1.12×10^-4 B 3 2.74×10^-4 1.12×10^-4 B 4 2.76×10^-4 1.12×10^-4

表3 試驗(yàn)管結(jié)垢情況 系統(tǒng) 試件 管長（cm） G2（g) G3(g) 污垢沉積率mcm[mg/(cm.月）] A 1 44.95 101.2722 99.1348 27.01 A 2 45.08 1102.2113 100.0110 27.76 B 3 45.15 97.6626 95.2620 30.32 B 4 45.00 103.4115 100.8001 32.82

表4 試驗(yàn)管腐蝕情況 系統(tǒng) 試件 G2（g) G3(g) 腐蝕速率F[mg/(dm².d)] A 1 99.2356 99.1348 3.73 A 2 100.1418 100.0110 4.84 B 3 95.4716 95.2620 7.74 B 4 101.2700 100.8001 10.80

2.2.3 結(jié)垢和腐蝕情況
　　系統(tǒng)運(yùn)行21d后停車，試驗(yàn)管按GB5776方法進(jìn)行處理，并按下式計(jì)算污垢沉積率和腐蝕速率，結(jié)果見表3、表4。

　　　mcm=(G₂-G₃/AT)×30

　　　F=[(G1-G3)/AT]×2.4×10⁶

　　式中　　mcm--污垢月沉積率，mg/(cm²·月)
?　　　　　A--粘附面積，cm²
?　　　　　T--試驗(yàn)時(shí)間,d
　　　　　?F--腐蝕速率，mg/(dm²·d)
　　　　　?G₁--試驗(yàn)管試前質(zhì)量，g
　　　　　?G₂--試驗(yàn)管除垢前質(zhì)量，g
　　　　　?G₃--試驗(yàn)管除垢后質(zhì)量，g

2.2.4 掛片的腐蝕情況
　　系統(tǒng)開始運(yùn)行后在兩個(gè)系統(tǒng)的貯水池中各掛一組試片，此時(shí)試片可看作預(yù)膜片。在停止加藥后再掛一組試片。試驗(yàn)結(jié)束后取出處理，計(jì)算腐蝕速率，結(jié)果見表5。

表5 掛片的腐蝕情況 系統(tǒng) 試片 預(yù)膜情況 試驗(yàn)周期（h） 初重(g) 試后重（g） 腐蝕速率F[mg/(dm2.d）] A 1 預(yù)膜 495 23.3127 21.2782 4.14 A 2 預(yù)膜 495 21.1556 21.1320 4.18 A 3 不預(yù)膜 310 20.9813 20.9593 6.04 A 4 不預(yù)膜 310 20.7913 20.7716 5.41 B 5 預(yù)膜 495 20.5827 20.5003 13.37 B 6 預(yù)膜 495 19.9484 19.8634 14.45

3 討論

　?、? 按照中國石化總公司執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)^［3］對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，A系統(tǒng)試驗(yàn)管和預(yù)膜試片的腐蝕速率均達(dá)到“好”等級(jí)，未預(yù)膜試片處于“好”的等級(jí)。B系統(tǒng)試驗(yàn)管腐蝕速率達(dá)到“好”的等級(jí)，預(yù)膜試片在“可以允許”范圍，所以本試驗(yàn)方案對腐蝕的控制是成功的。A系統(tǒng)比B系統(tǒng)緩蝕率更高，原因在于A系統(tǒng)預(yù)膜劑濃度更高，且連續(xù)投加臭氧，A系統(tǒng)未預(yù)膜片腐蝕速率比B系統(tǒng)更低也證實(shí)了這一點(diǎn)。
　　② 兩個(gè)系統(tǒng)由于采用臭氧殺菌，所以管路比較清潔，生物污垢減少(可從流量計(jì)觀察)，而A系統(tǒng)由于連續(xù)投加臭氧，幾乎不產(chǎn)生生物粘泥。這說明臭氧有效地控制了微生物繁殖，大幅度減少了粘附和垢下腐蝕作用。
　?、?兩個(gè)系統(tǒng)極限污垢熱阻均達(dá)到"好"的等級(jí)，說明磁化作用使得垢層疏松，傳熱效率降低幅度較小。與以前所做空白試驗(yàn)^[4]相比，阻垢率為70%～80%。粘附速率接近允許值，偏高的原因之一是計(jì)算時(shí)未扣除膜層的質(zhì)量，另外水的硬度、離子強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度等會(huì)影響磁化效果。據(jù)稱水的硬度大于350 mg/L時(shí)處理效果稍差^[5]。

4 推薦工藝

　　預(yù)膜是為了防腐，磁化的主要作用是防垢，而臭氧的殺菌作用最出色，三者可以發(fā)揮協(xié)同作用。本工藝將三者結(jié)合起來，為循環(huán)冷卻水處理探索了一條新的途徑，而且基本上是一種“綠色”工藝。其特點(diǎn)是：①同時(shí)殺菌、緩蝕、阻垢，處理效果好；②排污無污染，符合環(huán)保要求，社會(huì)效益好；③一次投資，長期受益，經(jīng)濟(jì)效益好。
　　根據(jù)A、B兩個(gè)系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果，建議在試驗(yàn)水質(zhì)條件下，預(yù)膜劑濃度20mg/L，磁感應(yīng)強(qiáng)度不小于0.4T，臭氧采用連續(xù)投加為好，為節(jié)能也可間歇投加，使其主要發(fā)揮殺菌作用。剩余臭氧濃度約0.05mg/L，其它參數(shù)：濃縮倍數(shù)3.0左右，流量Q=180L/h,?Re>4000，換熱器熱負(fù)荷q≤17.5W/m²，循環(huán)比1/4～1/5。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，尚需根據(jù)具體情況確定運(yùn)行參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

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　　2 Odgen M.Industrial Water Engineering,1970;7(6):36
　　3 中國石化總公司生產(chǎn)部、發(fā)展部?冷卻水分析和實(shí)驗(yàn)方法?安慶：安慶石化信息中心，1993.402
　　4 李松田，李漢斌，王占生 臭氧處理循環(huán)冷卻水的動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)?工業(yè)水處理，1997；17(4)：19
　　 謝綺芬 磁化水及其應(yīng)用 北京：北京科技出版社，1982.55

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　　作者簡介：李松田 男 36歲 副教授?
　　通訊處：467000 河南省平頂山市建設(shè)路西段240號(hào) 平頂山師范高等?？茖W(xué)校
　　(收稿日期 1998-08-23)