低剂量六偏磷酸钠处理超高硬度、超高碱度空调循环水

杨文进¹，叶舟²，赵小林³
（1.中国市政工程中南设计研究院，湖北 武汉430010；2.武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉430070；
3.武汉江南实业集团有限公司，湖北 武汉430073）

　　摘要：由于使用超高硬度、超高碱度的除铁地下水做冷却水的补充水，空调和冷凝循环冷却水系统结垢严重。通过试验，平均投加1.39mg／L六偏磷酸钠后，系统中不再生成CaCO₃垢，并可使循环冷却水中极限碳酸盐硬度稳定在565－570mg/L（以CaCO₃计）。
　　关键词：空调系统；循环冷却水；水处理；阻垢剂；六偏磷酸钠
　　中图分类号：TU991.4；TU991.27
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009－2455（2003）01－0021－02

　　武汉江南实业集团有限公司使用水温19－20℃的除铁地下水作为空调和冷凝系统循环冷却水的补充水，水的平均碳酸盐硬度、重碳酸盐碱度均高达595mg/L（以 CaCO₃计），［Ca²⁺］+[HCO₃^-］＝1020mg／L（以 CaCO₃计）。由于补充水的超高硬度、碱度，致使系统内生成大量CaCO₃垢。在通过药剂阻垢试验向补充水投加六偏磷酸钠后，系统内即不再出现CaCO₃垢。
　　六偏磷酸钠阻垢现在虽非新工艺，但对于超高硬度、碱度的补充水，只用单一的低剂量六偏磷酸钠能够阻CaCO₃垢，这在水处理文献中难于查得实例。我国目前许多水处理药剂受到［Ca²⁺］+[HCO₃^-］＜900mg／L（以CaCO₃计）的限制，开发适合于处理［Ca²⁺］+[HCO₃^-］＞1000mg／L（以 CaCO₃计）水质的阻垢剂是水处理工作者研究的热点^[1]。

1 循环冷却水系统概况

　　原水为地下水，Fe（HCO₃）₂的质量浓度为32－38mg／L，不含溶解氧。经过曝气、锰砂滤池除铁以后，总铁的质量浓度降至0.03mg／L，溶解氧升至3－7mg／L。曝气除铁后的水用作空调和冷凝系统循环冷却水的补充水。
　　补充水量为700m³／h，总循环水量为3800－4200m³／h。循环水量与补充水量之比为：空调系统2：1，冷凝器（3.4－4.0）：1。循环冷却水系统容积为3220m³，停留时间为5.5h。根据补充水和冷冻站冷凝器出水的Cl^-浓度，求得浓缩倍数为1.2。
　　 补充水的水质见表1。

表1 冷却系统补充水水质 项目 数值 pH值 7.2～7.4 水温/℃ 19～20 浊度/NTU 5～10 ρ（溶解固体）/（mg·L^-1） 660 耗氧量ρ（O₂）/（mg·L^-1） 1.9 氯化物ρ（Cl^-）/（mg·L^-1） 7.7 硫酸盐ρ（SO₄^2-）/（mg·L^-1） 0 总铁ρ（Fe）/（mg·L^-1） 0.03 溶解氧ρ（O₂）/（mg·L^-1） 3～7 总碱度ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 552～637 重碳酸盐碱度ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 552～637 总硬度ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 590～610 碳酸盐硬度ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 688～603 钙硬度ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 410～445 镁硬度ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 165～190

　　由补充水平均钙硬度和重碳酸盐碱度可以算出:［Ca²⁺］+[HCO₃^-］之和大于1000mg/L（以CaCO₃计）。此水属超高硬度超高碱度的水质^[2]。
　　循环冷却水的水温为：补充水平均19.5℃，冷冻站蒸发器出水14－15℃，织布空调喷水冷却系统出水24－25℃，冷凝器出水33－35℃。循环冷却水的平均温差为14.5℃，最大温差为20℃。

2 结果和讨论

2.1 六偏磷酸钠防止碳酸钙析出的效果
　　工业品六偏磷酸钠的P₂O₅的质量分数为1％。以150r／min转速搅拌，配成3％的溶液，用浮筒控制药剂量。
　　不投加六偏磷酸钠时，循环冷却水的CaCO₃析出量为150－303mg／L。（以CaCO₃计）。向补充水中平均投加六偏磷酸钠1.39 mg／L时，平均CaCO₃析出量则降至30mg／L以 CaCO₃计）；生产运行效果见表2。

表2 六偏磷酸钠防止碳酸钙析出的效果 六偏磷酸钠投加量（mg·L^-1） 极限碳酸盐硬度ρ（CaCO₃） 析出量ρ（CaCO₃）/（mg·L^-1） 平均水温升高/ ℃ 空调室 冷凝器及回水池 合计 空调室 冷凝器及回水池 合计 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中六偏磷酸钠投加量是全系统运行的阶段统计数据。补充水的平均非碳酸盐硬度为5mg／L（以CaCO₃计），如按六偏磷酸钠作为阻垢剂的循环冷却水极限碳酸盐硬度的公式”等计算，则该循环水所能允许的极限碳酸盐硬度仅为300－320mg／L（以CaCO₃计）。表2中实际运行的稳定极限碳酸盐硬度是上述计算允许值的1.82倍。
2.2 六偏磷酸钠的阻垢效果
　　在补充水六偏磷酸钠平均投量为1.39mg／L、循环冷却水稳定极限碳酸盐硬度565mg／L（以CaCO₃计）以及CaCO₃析出量30 mg／L的条件下，冷却系统所有与水接触的表面都无盐垢出现。
　　不加六偏磷酸钠时，循环冷却水系统中的喷水喷头、档水板、冷凝器的布水器、冷凝管以及水泵等，都在水温升高过程中迅速结垢，需用盐酸浸洗，或用刮管机刮垢.向补充水投加六偏磷酸钠时，上述设备和部件均能正常运行。投加 1.39mg/L六偏磷酸钠与未加六偏时设备的结构情况见表3。

表3 六偏磷酸钠的阻垢效果 六偏磷酸钠投加量（mg·L^-1） 设备酸洗垢频率（次·月^-1） 设备结垢速度/（mm·月^-1） 水泵 喷头 冷凝器布水器 挡水板垢增长 冷凝管垢增长 0 6 4.4 1 1.8 1.82 1.39 0 0 0 0.05 0.05

3 结语
　　循环冷却水系统的总循环水量与补充水量之比为（5.4－6.0）：1，循环冷却水最大水温差为20℃时，向补充水中投加1.39 mg／L的六偏磷酸钠后，循环水中稳定极限碳酸盐硬度为565mg/L（以CaCO₃计），是理论允许值的1.82倍。该补充水的曝气除铁前处理步骤不可少。对于含有高浓度Fe（HCO₃）₂和无氧的地下水原水，六偏磷酸钠不能阻CaCO₃垢。

参考文献：

　　 [1]李本高，祁鲁梁，李永存.石化工业水处理技术进展[M]. 北京：中国石化出版社，1999
　　 [2]华东建筑设计院.给水排水设计手册（第4册）[M].北京：中国建筑工业出版社，1985

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　　作者简介：杨文进（1925－），男，安徽安庆人，教授级高工，顾问总工，电话（027）82426036