楊文進¹，葉舟²，趙小林³
（1.中國市政工程中南設計研究院，湖北 武漢430010；2.武漢理工大學土木工程與建筑學院，湖北 武漢430070；
3.武漢江南實業集團有限公司，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充水，空調和冷凝循環冷卻水系統結垢嚴重。通過試驗，平均投加1.39mg／L六偏磷酸鈉后，系統中不再生成CaCO₃垢，并可使循環冷卻水中極限碳酸鹽硬度穩定在565－570mg/L（以CaCO₃計）。
　　關鍵詞：空調系統；循環冷卻水；水處理；阻垢劑；六偏磷酸鈉
　　中圖分類號：TU991.4；TU991.27
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1009－2455（2003）01－0021－02

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

1 循環冷卻水系統概況

　　原水為地下水，Fe（HCO₃）₂的質量濃度為32－38mg／L，不含溶解氧。經過曝氣、錳砂濾池除鐵以后，總鐵的質量濃度降至0.03mg／L，溶解氧升至3－7mg／L。曝氣除鐵后的水用作空調和冷凝系統循環冷卻水的補充水。
　　補充水量為700m³／h，總循環水量為3800－4200m³／h。循環水量與補充水量之比為：空調系統2：1，冷凝器（3.4－4.0）：1。循環冷卻水系統容積為3220m³，停留時間為5.5h。根據補充水和冷凍站冷凝器出水的Cl^-濃度，求得濃縮倍數為1.2。
　　 補充水的水質見表1。

表1 冷卻系統補充水水質 項目 數值 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）。此水屬超高硬度超高堿度的水質^[2]。
　　循環冷卻水的水溫為：補充水平均19.5℃，冷凍站蒸發器出水14－15℃，織布空調噴水冷卻系統出水24－25℃，冷凝器出水33－35℃。循環冷卻水的平均溫差為14.5℃，最大溫差為20℃。

2 結果和討論

2.1 六偏磷酸鈉防止碳酸鈣析出的效果
　　工業品六偏磷酸鈉的P₂O₅的質量分數為1％。以150r／min轉速攪拌，配成3％的溶液，用浮筒控制藥劑量。
　　不投加六偏磷酸鈉時，循環冷卻水的CaCO₃析出量為150－303mg／L。（以CaCO₃計）。向補充水中平均投加六偏磷酸鈉1.39 mg／L時，平均CaCO₃析出量則降至30mg／L以 CaCO₃計）；生產運行效果見表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/ ℃ 空調室 冷凝器及回水池 合計 空調室 冷凝器及回水池 合計 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運行的階段統計數據。補充水的平均非碳酸鹽硬度為5mg／L（以CaCO₃計），如按六偏磷酸鈉作為阻垢劑的循環冷卻水極限碳酸鹽硬度的公式”等計算，則該循環水所能允許的極限碳酸鹽硬度僅為300－320mg／L（以CaCO₃計）。表2中實際運行的穩定極限碳酸鹽硬度是上述計算允許值的1.82倍。
2.2 六偏磷酸鈉的阻垢效果
　　在補充水六偏磷酸鈉平均投量為1.39mg／L、循環冷卻水穩定極限碳酸鹽硬度565mg／L（以CaCO₃計）以及CaCO₃析出量30 mg／L的條件下，冷卻系統所有與水接觸的表面都無鹽垢出現。
　　不加六偏磷酸鈉時，循環冷卻水系統中的噴水噴頭、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垢，需用鹽酸浸洗，或用刮管機刮垢.向補充水投加六偏磷酸鈉時，上述設備和部件均能正常運行。投加 1.39mg/L六偏磷酸鈉與未加六偏時設備的結構情況見表3。

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

3 結語
　　循環冷卻水系統的總循環水量與補充水量之比為（5.4－6.0）：1，循環冷卻水最大水溫差為20℃時，向補充水中投加1.39 mg／L的六偏磷酸鈉后，循環水中穩定極限碳酸鹽硬度為565mg/L（以CaCO₃計），是理論允許值的1.82倍。該補充水的曝氣除鐵前處理步驟不可少。對于含有高濃度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：

　　 [1]李本高，祁魯梁，李永存.石化工業水處理技術進展[M]. 北京：中國石化出版社，1999
　　 [2]華東建筑設計院.給水排水設計手冊（第4冊）[M].北京：中國建筑工業出版社，1985

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