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摘要：本文介紹了循環冷卻水目前常用的水質穩定技術及新的發展趨勢，同時簡述目前常用及新興的現場監測技術。
一、前言
以水作為冷卻介質，并循環使用的一種水系統稱為循環冷卻水系統。目前，節約用水是全世界都在關注的話題，工業企業一直是用水領域的大戶，大部分工業企業目前采用敞開式循環冷卻水系統作為節約用水的手段，其特點是冷卻水流過生產設備升溫后，經管路重新流回冷卻設備使水溫回降，可用泵送回生產設備再次使用，大大節約了水資源。但是敞開式冷卻水在循環過程中會接觸空氣并蒸發濃縮，因此結垢、腐蝕及微生物滋生成為敞開式循環水系統的三大問題。為保證生產設備長周期安全穩定運行，必須選擇一種經濟實用的循環水處理方案。這也成為許多水工作者重點研究的課題。
二、循環冷卻水現狀及存在問題
循環冷卻水由泵送往冷卻系統中各用戶，經換熱后溫度升高，被送往冷卻塔進行冷卻。在冷卻塔中熱水從塔頂向下噴淋成水滴或水膜狀，空氣則逆向或水平交流流動，在氣水接觸過程中，進行熱交換。水溫降至符合冷卻水要求時，繼續循環使用。空氣由塔頂溢出時帶走水蒸氣，使循環水中離子含量增加，因此必須補充新鮮水，排出濃縮水，以維持含鹽量在一定濃度，從而保證整個系統正常運行。補充水的量應彌補系統蒸發、風吹（包括飛濺和霧沫夾帶）及排污損失的水量。循環水與補充水中含鹽量之比，即為該循環水系統的濃縮倍數。在一定的循環冷卻水系統中，只要改變補充水的含鹽量，就可以改變循環水系統的濃縮倍數，而提高濃縮倍數是保證整個循環冷卻水系統經濟運行的關鍵。
1、水垢附著
循環冷卻系統中，大量設備是由金屬制造，長期使用循環冷卻水，會發生腐蝕穿孔。這是由多種因素造微生物（厭氧菌、鐵細菌）引起的腐蝕等。設備管壁腐蝕穿孔，會形成滲漏，或工藝介在循環冷卻水系統中，碳酸氫鹽的濃度隨蒸發濃縮而增加。當其濃度達到過飽和狀態，或經過傳熱表面水溫升高時，會分解生成碳酸鹽沉積在傳熱表面，形成致密的微溶性鹽類水垢，其導熱性能很差（≤1.16W/（m·K），鋼材一般為45W/（m·K））。因此，水垢附著，輕則降低換熱器傳熱效率，嚴重時，使換熱器堵塞，系統阻力增大，水泵和冷卻塔效率下降，生產能耗增加，產量下降，加快局部腐蝕，甚至造成非正常停產。
2、設備腐蝕
冷卻水中溶解氧引起的電化學腐蝕；冷卻水滲入工藝介質，影響產品質量，造成經濟損失，影響安全生產。
3、微生物的滋生與粘泥
在循環冷卻水系統中，由于養分的濃縮，水溫升高和日光照射，給細菌和藻類的迅速繁殖創造了條件。細菌分泌的黏液使水中漂浮的灰塵雜質和化學沉淀物等黏附在一起，形成沉積物會堵死管道，迫使停產清洗。
三、循環水處理的新技術
循環水處理的新技術包括兩個方面：一是新的水質穩定技術，二是新的現場監測技術。
水質穩定技術
目前廣泛使用且較成熟的技術為化學藥劑處理，大部分循環水系統均采用“緩蝕阻垢劑+氧化性殺菌劑+非氧化性殺菌劑”的處理方案，由于目前國家對環境要求越來越高，水體富營養化嚴重等原因，藥劑處理也得到發展，由以前的無機磷處理發展到有機磷處理及全有機處理方案。
化學處理方法
開發應用低磷、低鋅、無鉻環保性水處理藥劑，在監測技術允許的情況下甚至盡量使用無磷藥劑。
物理處理方法
物理處理方法不僅具有除垢、防垢、緩蝕和殺菌滅藻等多種功能，更主要的是能有效的降低環境污染。雖然目前實際應用走在了理論研究的前面，技術相對不夠完善，應用上受到了一定的限制，但隨著各項技術的發展必然會作為水處理技術的一個新的發展方向，將會越來越受到人們的重視和運用。
①循環水的磁化處理
利用磁場效應對水進行處理，稱為水的磁化處理。作用原理是磁場對水及其中的離子進行磁化，形成定向移動改變了結垢離子的結合能力，降低結垢幾率，同時鈣鎂碳酸鹽和其它無機鹽的溶解度在磁處理后的活性水中得到提高，同時水中的結垢物晶體在通過磁場時其表面的電荷分布在磁場的影響下發生了變化，形成一種松散的晶體團，不會粘附在管壁或其它物體表面，可通過定期排污來除去；水流經過磁化后，水中的溶解氧被磁化水分子包圍，成為“惰性氧”切斷循環水中金屬腐蝕的主要根源；對微生物而言，水經過磁化后破壞了生物細胞的離子通道，改變了水中微生物的生長環境，使其喪失了生存條件，從而起到殺菌滅藻的作用。
②高壓靜電水處理
阻垢機理：強制水中離子在靜電場的影響下形成定向移動，無法結合且不可能靠近器壁，阻止了鈣鎂等陽離子不致趨向器壁，從而達到防垢、除垢的目的；而且能起到剝落水垢的作用，在結垢系統中能破壞垢分子之間的電子結合力，改變晶體結構，促使硬垢疏松，使已經產生的水垢逐漸剝蝕、脫落；控制腐蝕原理：經靜電處理后，水中將產生活性氧，跟電解類似，這種活性氧氧化性較強，故它能在清潔的金屬表面產生一層微薄氧化薄膜防止腐蝕；殺菌滅藻機理：干擾微生物的生物電流，破壞其生存環境達到殺滅作用。缺點仍是處理效果不夠穩定，理論基礎薄弱。
③低壓電子水處理
作用原理：電子發生器產生電子場，流經電子水處理器的冷卻水在微弱電流的作用下，水分子受到激發而處于高能狀態，水分子電位下降，使水中溶解鹽類的離子或帶電粒子因靜電引力減弱，使之不能相互集聚并失去化合力，從而抑制了水垢的形成。受到激發的水分子還可吸收水中現有的沉積物和積垢的帶負電荷的粒子，使積垢疏松，逐漸溶解并最終脫落。水分子的電位下降使水分子與器壁間電位差減小，抑制了金屬器壁的離解，起到緩蝕作用。微電流及電子易被水中的溶解氧O2吸收生成O2-和H2O2等物質，這些物質都是氧化性殺菌劑，殺生能力比氯氣還強，使微生物細胞破裂原生質流出，影響細菌的新陳代謝，從而起到殺菌、滅藻的作用。
④超聲波處理
作用原理：延長晶體形成的誘導期，從而阻止水垢形成；超聲波在水體中形成大量的微小氣泡，這些氣泡有很高的爆發力、沖擊力，不斷沖擊還未穩定的晶核，阻礙晶核達到穩定態從而得到生長點，或者使穩定生長源的數量大大減少，導致誘導期的延長，無法形成大量致密的垢。
循環水現場監測技術的新發展
循環水水質監測可以及時反映系統內部的運行情況，方便有效的監測技術可以快速準確的體現出換熱器內部的真實情況，因此，冷卻水系統日常的腐蝕、沉積物和微生物的現場監測對于保證冷卻水系統的優質運行，對于了解冷卻水處理方案的效果及指導冷卻水系統的日常運行是必不可少的。
腐蝕的現場監測技術
①試片法
目前最簡便、最經濟、使用最廣泛的腐蝕監測方法，可以同事監測腐蝕速度、蝕孔深度及觀察腐蝕形態，有助于現場方便的找出產生腐蝕的原因；缺點是所測出的腐蝕速率為一段時間的均勻腐蝕、監測周期長，不易發現冷卻水系統中瞬時出現的急劇變化。
②試驗管法
以金屬試驗管替代腐蝕試片的方法。更接近于換熱器管子的真實情況，比試片法準確度稍高一些，缺點仍是監測周期長。
③極化電阻法
通過金屬電極直接測定換熱器管子的極化電阻。該方法的優點是安裝簡單、能測量出金屬的瞬間腐蝕速度、可輸出數據實現在線監測；缺點是其所提供的腐蝕信息也是金屬均勻腐蝕的信息，因此最好與試片法或試管法結合使用。
④監測換熱器法
模擬換熱器真實運行情況的小型換熱設備。優點是有一個換熱面，可以真實模擬系統換熱器情況，能監測傳熱面上腐蝕和沉積的情況。這種監測方法為目前新建廠礦普遍采用的方法。其最大的特點是能同時完成腐蝕及沉積的監測。
（2）沉積物的現場監測技術
①監測換熱器法
與腐蝕的現場監測為同一設備，通過剖管觀察其中沉積物的沉積情況，在線監測冷卻水系統中運行時的污垢熱阻值。
②電熱式污垢監測儀法
換熱器在線監測儀的升級產品，它既保持了原產品測試準確、性能可靠等優點，又增加了許多新的功能。是實現工業循環水現場監測現代科學管理的有效手段。這類污垢監測儀具有小巧、簡便、直讀的優點。
③微生物的現場監測技術
包括微生物測定及粘泥量的測定，其中微生物測定仍是以實驗室測定為主，而粘泥量測定主要是依靠生物過濾網現場采集，均為目前的常用方法，在此不再贅述。
綜上所述，循環冷卻水水質處理技術的整體發展方向是明確的，即高效、易于管理、經濟及環保。但是工廠設計應按照工廠本身的具體情況而綜合考慮。任何水質穩定技術，只要被合理的采用，都可以達到較為理想的效果。
本文摘自《給排水處理技術及應用》。
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