李松田 (平頂山師范高等專科學校)
李長浩 (平頂山市城市規劃設計研究院)?
王占生 (清華大學環境科學與工程系)

　　摘　要 提出了一種新工藝--前期預膜加臭氧、磁化聯合處理。動態模擬試驗結果表明，該工藝可同時阻垢、緩蝕、殺菌，又不造成再污染，具有一定的推廣價值。
　　關鍵詞 冷卻水 水處理 預膜 臭氧氧化 磁化

1 試驗設備和材料

1.1 主要裝置
　　蒸氣發生爐(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型轉子流量計；C6-46-3C型排塵風機；0.4 T的磁力阻垢器；臭氧發生器。
1.2 試驗儀器
　　723分光光度計；DDS型電導率測定儀；pH3-3C型酸度計；HG-3型火焰分光光度計。
1.3 試驗材料
　　試驗管：Ø 10mm×1mm碳鋼管，外壁鍍鉻；
　　試片：50mm×25mm×2mm，A3鋼。

2 試驗方案及結果

　　工藝流程簡圖見圖1。

2.1 試驗方案
　　試驗分A、B兩個系統。
　　A系統：用200mg/L的Na2MoO4進行預膜，同時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：用20mg/L的Na₂MoO₄進行預膜，臭氧投加方式為間歇式，每2d投加一次，每次60min，其它同系統A。
2.2 試驗結果
2.2.1 水質分析
　　試驗過程中每天定時取水樣進行常規分析，其中SO₄^2-、Cl^-每周做兩次分析，結果見表1。試驗用水為北京某石化公司生產用水。

表1 運行過程水質分析 系統 總硬度*（mg/L） 總堿度*（mg/L） Ca²⁺硬度*（mg/L） pH 電導率（μs/m） SO₄2^-（mg/L） Cl^-（mg/L） K⁺（mg/L） 濃縮倍數** 系統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

2.2.2 污垢熱阻測定
　　本試驗的試前準備、開車、正常運轉、停車及試后處理均按中石化總公司生產部執行的方法進行，試驗過程中及時記錄有關數據。污垢熱阻測定按文獻^［3］進行，結果見表2。

表2 試驗管污垢熱阻 系統 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 試驗管結垢情況 系統 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 試驗管腐蝕情況 系統 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 結垢和腐蝕情況
　　系統運行21d后停車，試驗管按GB5776方法進行處理，并按下式計算污垢沉積率和腐蝕速率，結果見表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--試驗時間,d
　　　　　?F--腐蝕速率，mg/(dm²·d)
　　　　　?G₁--試驗管試前質量，g
　　　　　?G₂--試驗管除垢前質量，g
　　　　　?G₃--試驗管除垢后質量，g

2.2.4 掛片的腐蝕情況
　　系統開始運行后在兩個系統的貯水池中各掛一組試片，此時試片可看作預膜片。在停止加藥后再掛一組試片。試驗結束后取出處理，計算腐蝕速率，結果見表5。

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

3 討論

　?、? 按照中國石化總公司執行的標準^［3］對試驗結果進行評價，A系統試驗管和預膜試片的腐蝕速率均達到“好”等級，未預膜試片處于“好”的等級。B系統試驗管腐蝕速率達到“好”的等級，預膜試片在“可以允許”范圍，所以本試驗方案對腐蝕的控制是成功的。A系統比B系統緩蝕率更高，原因在于A系統預膜劑濃度更高，且連續投加臭氧，A系統未預膜片腐蝕速率比B系統更低也證實了這一點。
　　② 兩個系統由于采用臭氧殺菌，所以管路比較清潔，生物污垢減少(可從流量計觀察)，而A系統由于連續投加臭氧，幾乎不產生生物粘泥。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。
　　③ 兩個系統極限污垢熱阻均達到"好"的等級，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^[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算時未扣除膜層的質量，另外水的硬度、離子強度、磁場強度等會影響磁化效果。據稱水的硬度大于350 mg/L時處理效果稍差^[5]。

4 推薦工藝

　　預膜是為了防腐，磁化的主要作用是防垢，而臭氧的殺菌作用最出色，三者可以發揮協同作用。本工藝將三者結合起來，為循環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。其特點是：①同時殺菌、緩蝕、阻垢，處理效果好；②排污無污染，符合環保要求，社會效益好；③一次投資，長期受益，經濟效益好。
　　根據A、B兩個系統的試驗結果，建議在試驗水質條件下，預膜劑濃度20mg/L，磁感應強度不小于0.4T，臭氧采用連續投加為好，為節能也可間歇投加，使其主要發揮殺菌作用。剩余臭氧濃度約0.05mg/L，其它參數：濃縮倍數3.0左右，流量Q=180L/h,?Re>4000，換熱器熱負荷q≤17.5W/m²，循環比1/4～1/5。實際應用時，尚需根據具體情況確定運行參數。

參考文獻

　　1 陳昭威?磁場處理水的機理探討?物理，1992；21(2)：109
　　2 Odgen M.Industrial Water Engineering,1970;7(6):36
　　3 中國石化總公司生產部、發展部?冷卻水分析和實驗方法?安慶：安慶石化信息中心，1993.402
　　4 李松田，李漢斌，王占生 臭氧處理循環冷卻水的動態模擬實驗?工業水處理，1997；17(4)：19
　　 謝綺芬 磁化水及其應用 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路西段240號 平頂山師范高等?？茖W校
　　(收稿日期 1998-08-23)