摘要: 提出了一种新工艺--前期预膜加臭氧、磁化联合处理。动态模拟试验结果表明,该工艺可同时阻垢、缓蚀、杀菌,又不造成再污染,具有一定的推广价值。
关键词: 冷却水 水处理 预膜 臭氧氧化 磁化
1 试验设备和材料
1.1 主要装置 蒸气发生炉(换热器);聚氯乙烯 材料的冷却塔和贮水池;FZM型不锈钢水泵;LIB型转子流量计 ;C6-46-3C型排尘风机;0.4 T的磁力阻垢器;臭氧发生器。 1.2 试验仪器 723分光光度计;DDS型电导率测定仪;pH3-3C型酸度计;HG-3型火焰分光光度计。 1.3 试验材料 试验管:Ø 10mm×1mm碳钢管,外壁镀铬; 试片:50mm×25mm×2mm,A3钢。
2 试验方案及结果
工艺流程简图见图1。
2.1 试验方案 试验分A、B两个系统。 A系统:用200mg/L的Na2MoO4进行预膜,同时在贮水池中投加臭氧,保持剩余臭氧浓度为0.03~0.10mg/L,5d后将预膜剂换作冷却水。磁力阻垢器安装在换热器前的管路上。 B系统:用20mg/L的Na2 MoO4 进行预膜,臭氧投加方式为间歇式,每2d投加一次,每次60min,其它同系统A。 2.2 试验结果 2.2.1 水质分析 试验过程中每天定时取水样进行常规分析,其中SO4 2- 、Cl- 每周做两次分析,结果见表1。试验用水为北京某石化公司生产用水。
表1 运行过程水质分析 系统 总硬度*(mg/L) 总碱度*(mg/L) Ca2 硬度*(mg/L) pH 电导率(μs/m) SO4 2- (mg/L) Cl- (mg/L) K (mg/L) 浓缩倍数** 系统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 系统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 补充水 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 浓度计
2.2.2 污垢热阻测定 本试验的试前准备、开车、正常运转、停车及试后处理均按中石化总公司生产部执行的方法 进行,试验过程中及时记录有关数据。污垢热阻测定按文献 [3] 进行,结果见表2。
表2 试验管污垢热阻 系统 试件 清洁管热阻R1 (m2 .K/W) 极限污垢热阻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 试验管结垢情况 系统 试件 管长(cm) G2(g) G3(g) 污垢沉积率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 试验管腐蚀情况 系统 试件 G2(g) G3(g) 腐蚀速率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 结垢和腐蚀情况 系统运行21d后停车,试验管按GB5776方法进行处理,并按下式计算 污垢沉积率和腐蚀速率,结果见表3、表4。
mcm=(G2 -G3 /AT)×30
F=[(G1-G3)/AT]×2.4×106
式中 mcm--污垢月沉积率,mg/(cm2 ·月) A--粘附面积,cm2 T--试验时间,d F--腐蚀速率,mg/(dm2 ·d) G1 --试验管试前质量,g G2 --试验管除垢前质量,g G3 --试验管除垢后质量,g
2.2.4 挂片的腐蚀情况 系统开始运行后在两个系统的贮水池中各挂一组试片,此时试片可看作预膜片。在停止加药后再挂一组试片。试验结束后取出处理,计算腐蚀速率,结果见表5。
表5 挂片的腐蚀情况 系统 试片 预膜情况 试验周期(h) 初重(g) 试后重(g) 腐蚀速率F[mg/(dm2.d)] A 1 预膜 495 23.3127 21.2782 4.14 A 2 预膜 495 21.1556 21.1320 4.18 A 3 不预膜 310 20.9813 20.9593 6.04 A 4 不预膜 310 20.7913 20.7716 5.41 B 5 预膜 495 20.5827 20.5003 13.37 B 6 预膜 495 19.9484 19.8634 14.45
3 讨论
① 按照中国 石化总公司执行的标准[3] 对试验结果进行评价,A系统试验管和预膜试片的腐蚀速率均达到“好”等级,未预膜试片处于“好”的等级。B系统试验管腐蚀速率达到“好”的等级,预膜试片在“可以允许”范围,所以本试验方案对腐蚀的控制是成功的。A系统比B系统缓蚀率更高,原因在于A系统预膜剂浓度更高,且连续投加臭氧,A系统未预膜片腐蚀速率比B系统更低也证实了这一点。 ② 两个系统由于采用臭氧杀菌,所以管路比较清洁,生物污垢减少(可从流量计 观察),而A系统由于连续投加臭氧,几乎不产生生物粘泥。这说明臭氧有效地控制了微生物繁殖,大幅度减少了粘附和垢下腐蚀作用。 ③ 两个系统极限污垢热阻均达到"好"的等级,说明磁化作用使得垢层疏松,传热效率降低幅度较小。与以前所做空白试验[4] 相比,阻垢率为70%~80%。粘附速率接近允许值,偏高的原因之一是计算 时未扣除膜层的质量,另外水的硬度、离子强度、磁场强度等会影响 磁化效果。据称水的硬度大于350 mg/L时处理效果稍差[5] 。
4 推荐工艺
预膜是为了防腐,磁化的主要作用是防垢,而臭氧的杀菌作用最出色,三者可以发挥协同作用。本工艺将三者结合起来,为循环冷却水 处理探索了一条新的途径,而且基本上是一种“绿色”工艺。其特点是:①同时杀菌、缓蚀、阻垢,处理效果好;②排污无污染,符合环保要求,社会 效益好;③一次投资,长期受益,经济 效益好。 根据A、B两个系统的试验结果,建议在试验水质条件下,预膜剂浓度20mg/L,磁感应强度不小于0.4T,臭氧采用连续投加为好,为节能也可间歇投加,使其主要发挥杀菌作用。剩余臭氧浓度约0.05mg/L,其它参数:浓缩倍数3.0左右,流量Q=180L/h,Re>4000,换热器热负荷q≤17.5W/m2 ,循环比1/4~1/5。实际应用 时,尚需根据具体情况确定运行参数。
参考 文献
1 陈昭威磁场处理水的机理探讨物理,1992;21(2):109 2 Odgen M.Industrial Water Engineering,1970;7(6):36 3 中国石化总公司生产部、发展 部冷却水分析 和实验方法 安庆:安庆石化信息中心,1993.402 4 李松田,李汉斌,王占生 臭氧处理循环冷却水 的动态模拟实验工业 水处理,1997;17(4):19 谢绮芬 磁化水及其应用 北京:北京科技 出版社,1982.55