循環水冷卻水系統的水質處理是一項非常復雜的過程，需要解決水在循環使用后所產生的腐蝕、結垢和粘泥（微生物）滋長三個問題，絕大多數的循環冷卻水系統采用了化學處理方法來解決這三個問題。化學處理的方法是指通過向循環冷卻水系統加入水處理藥劑的方法來防止腐蝕、結垢、粘泥（微生物）滋長。常用的化學藥劑包括緩蝕劑、阻垢劑和殺菌劑。
　　焦化公司的各循環冷卻水裝置主要采用的水處理藥劑配方為有機膦+聚合物+鋅鹽的復合藥劑配方,輔以有機氯為主的殺菌劑。在正常的運行狀態下，可以滿足控制腐蝕、結垢和粘泥（微生物）滋長的需求。但是，在循環冷卻水系統含有氨的異常情況下，僅僅依靠原有的藥劑配方不能有效的控制腐蝕、結垢和粘泥（微生物）滋長這三個問題，這種情況在我公司各循環冷卻水系統都出現過，在一時不能查找系統含氨的原因并有效消除的條件下，通過水處理藥劑配方的調整來緩解系統含氨所帶來的影響，保證系統水質的相對穩定就顯得十分重要。

一、氨進入循環冷卻水系統的途徑

　　循環冷卻水系統本身不會產生氨，氨主要由外界通過某種途徑進入循環冷卻水系統之中并對系統產生影響，從焦化公司以往的經驗來看，氨進入循環冷卻水系統的途徑主要有兩種：
1．大氣環境中含有的氨通過空氣與水的直接接觸進入系統。
　　焦化公司的循環冷卻水系統屬于敞開式冷卻系統，水通過熱交換器后水溫提高成為較熱的水，在經過冷卻塔曝氣時與空氣直接接觸，通過水的蒸發散熱和接觸散熱使水溫降低，冷卻后的水再循環利用。
　　系統所處的大氣環境如果含有氨，那么在水與空氣直接接觸的過程中，根據氣液兩相中同一組分的有關定律，空氣中的氨進入水中而帶入到整個系統之中。
2. 工藝介質含有的氨通過換熱設備的泄漏而與水的直接接觸進入系統。
　　焦化公司各循環冷卻水系統中，超過60%的換熱設備屬于間接換熱，水與受冷卻的工藝介質不發生直接接觸，但換熱設備發生泄漏以后，含氨的工藝介質便與水產生了直接接觸，氨從而進入系統之中。

二、循環冷卻水系統含氨產生的危害

　　在循環水環境中，存在著硝化菌群，它是一種化能自養菌，能夠氧化一定的無機化合物，
　　利用產生的化學能還原二氧化碳合成有機碳化物，這種菌群包括了亞硝化菌、硝化菌和反硝化菌三種菌群。亞硝化菌和硝化菌有強烈的好氧性，適宜于中性和堿性環境之中，不能在強酸性條件下生長，生活時不需要有機養料。反硝化菌是一種兼性厭氧菌，在有氧和無氧條件下都能生存。
　　當循環冷卻水系統中含氨時，硝化菌群會對其發生作用，其過程分別為氨的亞硝化、硝化以及硝酸的反硝化過程，它們可以通過下列反應式表示：

　　在循環冷卻水系統中，由于存在水與空氣的充分接觸，因此含有較豐富的溶解氧，通常情況下，水中含有6~10mL/L的氧。在這種條件下，反應式⑴、⑵為主要反應過程，氨與氧反應產生了亞硝酸和硝酸，硝酸是一種強酸，在水中很容易完全電離，其電離反應式為：

　　HNO₃　→ H⁺ +　NO₃^-

　　H⁺的產生使循環冷卻水系統的pH值降低，當系統中氨含量為一個相對穩定的數值時，反應式⑴、⑵不斷進行，產生的亞硝酸根、硝酸根、氫離子越來越多時，反應式⑶、⑷、⑸同步進行，從而使系統中亞硝酸根、硝酸根、氫離子含量分別達到各自的相對平衡的數值，這些數值隨著進入系統的氨含量的增減而增減。
　　系統含氨所帶來的危害可以分為以下兩種：
1．pH值降低，使系統進入易腐蝕的狀態下。
　　金屬的腐蝕過程是電化學腐蝕過程。碳鋼在冷卻水中的腐蝕就是一個典型的電化學腐蝕過程。由于碳鋼組織表面的不均一性，當它浸入水中時，其表面形成許多微小的腐蝕電池：
　　在陽極：Fe→ Fe²⁺ +2e （氧化反應）
　　在陰極：O₂ + 2H₂O + 4e　→ 4OH^- （還原反應）
　　在水中：Fe²⁺ + 2 OH^-　→ Fe（OH）₂ 陽極區域中Fe不斷失去電子，變成Fe²⁺進入溶液，鐵不斷被溶解腐蝕，留下的電子通過金屬本體移動到陰極滲碳體的表面，與水和溶解在水中的O₂起反應生成OH^-離子。
　　在含氨的系統中，H⁺的產生促進了陰極還原反應向右進行，也使陽極氧化反應同步向右進行，從而加速了腐蝕電池的工作，使金屬的腐蝕加劇。直接表現為總鐵含量的升高。
2．生成亞硝酸根，消耗氧化性殺菌劑，削弱殺菌效果。
　　系統中硝化菌將氨氧化成為還原性物質：亞硝酸根，它能與氧化性物質氯起反應，當循環冷卻水系統加入含氯的殺菌劑時，只有通過氧化性的氯將亞硝酸根全部轉化為硝酸根以后，余氯才會出現，從而大大降低氯的殺菌效果，直接表現為含氯的殺菌劑消耗量大，濁度上升、水變黑、系統粘泥量增加。
　　受到各種條件的限制，氨進入循環冷卻水系統的途徑往往不易察覺，即使發現也受大型化工裝置連續化運行模式的影響而不易處理，在這種條件下，調整水質處理的配方，緩解系統含氨所帶來的影響，避免水質的迅速惡化，為從源頭解決含氨問題提供時間， 是一種可以運用的手段。

三、調整的水處理配方

　　根據焦化公司循環水系統原有的水處理配方，結合系統漏氨的實際情況，在緩蝕和殺菌處理上進行了調整，調整分為緩蝕和殺菌兩個部分。
　　緩蝕處理：在原有有機膦+聚合物+鋅鹽的復合藥劑配方的基礎上，加入緩蝕增效劑，這種緩蝕增效劑由高效緩蝕劑六偏磷酸鈉和高效分散劑等組合而成。系統控制有機磷在7～10mg/L；總無機磷在4～6mg/L。
　　殺菌處理：停止使用含氯的氧化性殺菌劑，改用非氧化性的異噻唑淋酮和有機胺殺菌劑，每隔3天按照各自的劑量沖擊式投加。未避免系統因含氨較多而造成pH值降低過多，適當投加純堿時pH值不至下降過多，能夠盡可能保持不低于6。

四、緩蝕增效劑的作用機理
　 　緩蝕增效劑由高效緩蝕劑六偏磷酸鈉和高效分散劑等組合而成。六偏磷酸鈉能螯合水中的兩價金屬離子如Ca²⁺、Zn²⁺等成為帶正電荷的基團，在腐蝕電流的推動下，會沉淀到腐蝕電池的陰極表面，形成完整、致密的沉積型防腐膜，阻斷腐蝕電池的陽極因腐蝕產生的電子轉移到陰極而實現緩蝕的目的。由于六偏磷酸鈉易水解成正磷，在pH值較高時易產生磷酸鈣的沉積物而被慎用。但一旦循環水受氨、氮的污染，pH值就會呈微酸性，為六偏磷酸鈉的使用創造了條件。
　　 高效分散劑是為了防止微生物粘泥沉積到金屬表面上造成垢下腐蝕。它的作用機理是：藥劑水解后形成帶同一電性的基團，它包裹在粘泥上形成帶同一電性的顆粒而互相排斥，達到把污泥分散在水中（不讓其沉積）的目的。

五、調整配方后所取得的效果
　　 2005年1月至2005年2月期間，15萬甲醇循環水裝置因為換熱器泄漏，造成含氨的工藝介質進入循環水系統，在采用了上述改進水處理配方以后系統狀況得到了改善。

圖一

　　圖一為1月1日至1月24日期間，15萬甲醇循環水因受氨氮影響其pH值和總鐵分別下降和上升的趨勢圖，其中最后兩天1月23日和24日采取了排污換水的方法，使系統暫時恢復了正常的狀態。

圖二

　　圖二為1月25日至2月19日期間，采用調整的水處理配方以后，循環水系統pH值和總鐵變化情況，在pH值始終處于6~7之間的情況下，總鐵呈逐步下降的趨勢，至2月18日總鐵降至1個多月以來的最低點，達到了控制指標。
　　從前后的變化情況來看，調整以后的水處理配方在緩蝕方面取得了一定的效果。

六、經驗的總結

　　通過對新組合的水處理配方的使用，在一定程度上緩解了水質惡化的狀況，在使用新的水處理配方的18天以后，總鐵下降至控制指標以內，表明在系統含氨的情況下，調整的配方發揮了作用，在今后類似的系統含氨的非正常情況下，用以六偏磷酸鈉為主的緩蝕增效劑配合原有的水處理藥劑、用非氧化性殺菌劑代替氧化性殺菌劑來抑制微生物滋長的方法將有效的控制系統的腐蝕傾向，從而為查找泄漏源，最終解決泄漏問題贏得充分的時間。
　　由于使用調整配方的時間不長，雖然從數據上反映出初步控制總鐵，使其達到指標范圍的情況，但隨后的發展趨勢如何還不得而知。另外，在此過程中由于檢驗樣本數量較少，缺乏足夠的氨氮、硝酸根、亞硝酸根的有關數據，還不能進一步掌握氨的硝化和亞硝化過程是否得到控制，今后還需要加強數據采集工作。
　　通過增加緩蝕藥劑的投入以提高緩蝕效果，應對系統含氨狀態下的水質穩定問題，還不能從根本上解決系統帶氨的問題，應該尋找監測系統泄漏的有效手段，能夠及早發現泄漏，及時采取消除漏點的措施。