楊文進(jìn)¹，葉舟²，趙小林³
（1.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢430010；2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢430070；
3.武漢江南實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢430073）

　　摘要：由于使用超高硬度、超高堿度的除鐵地下水做冷卻水的補(bǔ)充水，空調(diào)和冷凝循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重。通過試驗(yàn)，平均投加1.39mg／L六偏磷酸鈉后，系統(tǒng)中不再生成CaCO₃垢，并可使循環(huán)冷卻水中極限碳酸鹽硬度穩(wěn)定在565－570mg/L（以CaCO₃計(jì)）。
　　關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng)；循環(huán)冷卻水；水處理；阻垢劑；六偏磷酸鈉
　　中圖分類號(hào)：TU991.4；TU991.27
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1009－2455（2003）01－0021－02

　　武漢江南實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司使用水溫19－20℃的除鐵地下水作為空調(diào)和冷凝系統(tǒng)循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水，水的平均碳酸鹽硬度、重碳酸鹽堿度均高達(dá)595mg/L（以 CaCO₃計(jì)），［Ca²⁺］+[HCO₃^-］＝1020mg／L（以 CaCO₃計(jì)）。由于補(bǔ)充水的超高硬度、堿度，致使系統(tǒng)內(nèi)生成大量CaCO₃垢。在通過藥劑阻垢試驗(yàn)向補(bǔ)充水投加六偏磷酸鈉后，系統(tǒng)內(nèi)即不再出現(xiàn)CaCO₃垢。
　　六偏磷酸鈉阻垢現(xiàn)在雖非新工藝，但對(duì)于超高硬度、堿度的補(bǔ)充水，只用單一的低劑量六偏磷酸鈉能夠阻CaCO₃垢，這在水處理文獻(xiàn)中難于查得實(shí)例。我國(guó)目前許多水處理藥劑受到［Ca²⁺］+[HCO₃^-］＜900mg／L（以CaCO₃計(jì)）的限制，開發(fā)適合于處理［Ca²⁺］+[HCO₃^-］＞1000mg／L（以 CaCO₃計(jì)）水質(zhì)的阻垢劑是水處理工作者研究的熱點(diǎn)^[1]。

1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)概況

　　原水為地下水，F(xiàn)e（HCO₃）₂的質(zhì)量濃度為32－38mg／L，不含溶解氧。經(jīng)過曝氣、錳砂濾池除鐵以后，總鐵的質(zhì)量濃度降至0.03mg／L，溶解氧升至3－7mg／L。曝氣除鐵后的水用作空調(diào)和冷凝系統(tǒng)循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水。
　　補(bǔ)充水量為700m³／h，總循環(huán)水量為3800－4200m³／h。循環(huán)水量與補(bǔ)充水量之比為：空調(diào)系統(tǒng)2：1，冷凝器（3.4－4.0）：1。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)容積為3220m³，停留時(shí)間為5.5h。根據(jù)補(bǔ)充水和冷凍站冷凝器出水的Cl^-濃度，求得濃縮倍數(shù)為1.2。
　　 補(bǔ)充水的水質(zhì)見表1。

表1 冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水水質(zhì) 項(xiàng)目 數(shù)值 pH值 7.2～7.4 水溫/℃ 19～20 濁度/NTU 5～10 ρ（溶解固體）/（mg·L^-1） 660 耗氧量ρ（O₂）/（mg·L^-1） 1.9 氯化物ρ（Cl^-）/（mg·L^-1） 7.7 硫酸鹽ρ（SO₄^2-）/（mg·L^-1） 0 總鐵ρ（Fe）/（mg·L^-1） 0.03 溶解氧ρ（O₂）/（mg·L^-1） 3～7 總堿度ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 552～637 重碳酸鹽堿度ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 552～637 總硬度ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 590～610 碳酸鹽硬度ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 688～603 鈣硬度ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 410～445 鎂硬度ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 165～190

　　由補(bǔ)充水平均鈣硬度和重碳酸鹽堿度可以算出:［Ca²⁺］+[HCO₃^-］之和大于1000mg/L（以CaCO₃計(jì)）。此水屬超高硬度超高堿度的水質(zhì)^[2]。
　　循環(huán)冷卻水的水溫為：補(bǔ)充水平均19.5℃，冷凍站蒸發(fā)器出水14－15℃，織布空調(diào)噴水冷卻系統(tǒng)出水24－25℃，冷凝器出水33－35℃。循環(huán)冷卻水的平均溫差為14.5℃，最大溫差為20℃。

2 結(jié)果和討論

2.1 六偏磷酸鈉防止碳酸鈣析出的效果
　　工業(yè)品六偏磷酸鈉的P₂O₅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％。以150r／min轉(zhuǎn)速攪拌，配成3％的溶液，用浮筒控制藥劑量。
　　不投加六偏磷酸鈉時(shí)，循環(huán)冷卻水的CaCO₃析出量為150－303mg／L。（以CaCO₃計(jì)）。向補(bǔ)充水中平均投加六偏磷酸鈉1.39 mg／L時(shí)，平均CaCO₃析出量則降至30mg／L以 CaCO₃計(jì)）；生產(chǎn)運(yùn)行效果見表2。

表2 六偏磷酸鈉防止碳酸鈣析出的效果 六偏磷酸鈉投加量（mg·L^-1） 極限碳酸鹽硬度ρ（CaCO₃） 析出量ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 平均水溫升高/ ℃ 空調(diào)室 冷凝器及回水池 合計(jì) 空調(diào)室 冷凝器及回水池 合計(jì) 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中六偏磷酸鈉投加量是全系統(tǒng)運(yùn)行的階段統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。補(bǔ)充水的平均非碳酸鹽硬度為5mg／L（以CaCO₃計(jì)），如按六偏磷酸鈉作為阻垢劑的循環(huán)冷卻水極限碳酸鹽硬度的公式”等計(jì)算，則該循環(huán)水所能允許的極限碳酸鹽硬度僅為300－320mg／L（以CaCO₃計(jì)）。表2中實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定極限碳酸鹽硬度是上述計(jì)算允許值的1.82倍。
2.2 六偏磷酸鈉的阻垢效果
　　在補(bǔ)充水六偏磷酸鈉平均投量為1.39mg／L、循環(huán)冷卻水穩(wěn)定極限碳酸鹽硬度565mg／L（以CaCO₃計(jì)）以及CaCO₃析出量30 mg／L的條件下，冷卻系統(tǒng)所有與水接觸的表面都無鹽垢出現(xiàn)。
　　不加六偏磷酸鈉時(shí)，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的噴水噴頭、檔水板、冷凝器的布水器、冷凝管以及水泵等，都在水溫升高過程中迅速結(jié)垢，需用鹽酸浸洗，或用刮管機(jī)刮垢.向補(bǔ)充水投加六偏磷酸鈉時(shí)，上述設(shè)備和部件均能正常運(yùn)行。投加 1.39mg/L六偏磷酸鈉與未加六偏時(shí)設(shè)備的結(jié)構(gòu)情況見表3。

表3 六偏磷酸鈉的阻垢效果 六偏磷酸鈉投加量（mg·L^-1） 設(shè)備酸洗垢頻率（次·月^-1） 設(shè)備結(jié)垢速度/（mm·月^-1） 水泵 噴頭 冷凝器布水器 擋水板垢增長(zhǎng) 冷凝管垢增長(zhǎng) 0 6 4.4 1 1.8 1.82 1.39 0 0 0 0.05 0.05

3 結(jié)語
　　循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的總循環(huán)水量與補(bǔ)充水量之比為（5.4－6.0）：1，循環(huán)冷卻水最大水溫差為20℃時(shí)，向補(bǔ)充水中投加1.39 mg／L的六偏磷酸鈉后，循環(huán)水中穩(wěn)定極限碳酸鹽硬度為565mg/L（以CaCO₃計(jì)），是理論允許值的1.82倍。該補(bǔ)充水的曝氣除鐵前處理步驟不可少。對(duì)于含有高濃度Fe（HCO₃）₂和無氧的地下水原水，六偏磷酸鈉不能阻CaCO₃垢。

參考文獻(xiàn)：

　　 [1]李本高，祁魯梁，李永存.石化工業(yè)水處理技術(shù)進(jìn)展[M]. 北京：中國(guó)石化出版社，1999
　　 [2]華東建筑設(shè)計(jì)院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)（第4冊(cè)）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1985

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　　作者簡(jiǎn)介：楊文進(jìn)（1925－），男，安徽安慶人，教授級(jí)高工，顧問總工，電話（027）82426036