白银西北铅锌冶炼厂硫酸循环冷却水系统处理方案.doc
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1、白银西北铅锌冶炼厂硫酸循环冷却水水质稳定实验报告及正常运行处理方案湖北中泰环境技术有限公司二O一三年五月 目 录试验报告一、前言2二、现场工况3三、水稳试验51、静态阻垢试验 52、缓蚀性能的测定 73、药剂分散性能和自身水解率与分解率的测定 114、杀菌灭藻剂杀菌率的测定 115、动态模拟试验136、小结16水处理方案一、清洗预膜方案17二、正常运行加药 22三、水质指标管理 23四、处理费用预算 24一、前言为了确保循环冷却水系统水冷器正常运行及节约工业用水,减少排污对环境的污染,在循环冷却水中添加一定比例的水处理药剂,来控制冷却水引起的腐蚀、结垢及粘泥等危害。通过多次实践证明这是一项行之
2、有效的,既经济又安全的处理方法。目前,性能优良的共聚物型阻垢缓蚀剂的开发,促进了磷系配方的发展,各种新型的不含重金属及无机聚磷酸盐的全有机碱性水处理剂相继问世。由于该类水处理剂具有以下优点:不需加酸(或碱)调节PH,故安全性高,又可节约加酸装置投资及维修费用。可在高浓缩倍数下运行,故可节约补充水及减少排污对环境的污染。增强循环水系统抗酸性物质干扰能力。由此目前全有机碱性水处理剂已广泛用于化肥、石化、电力、冶金、制药、纺织等行业敞开式循环冷却水系统。“三分药剂,七分管理”是我国水处理工作者长期实践经验的总结,建立必要的管理方法是确保水处理效果的关键之一。我们根据白银西北铅锌冶炼厂硫酸循环冷却水系
3、统补充水水质,通过室内水稳试验,筛选出经济合理的水稳剂配方,完全可以解决白银西北铅锌冶炼厂硫酸循环冷却水系统循环水结垢、腐蚀、粘泥等现象。二、现场工况针对上述情况,我们对白银西北铅锌冶炼厂硫酸循环冷却水系统补充水水质与循环水水质作了分析,其水质结果如下表一、:项目PHCa2+硬度碱度Cl-电导率单位mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/L补充水7.5813220817035499循环水8.703647804501881860在冷却水系统中,可用饱和指数(SI)和稳定指数IR预测循环冷却水的结垢和腐蚀的倾向。SI是用水的实际PH值与饱和PHs值之差来判断水的性质,SI=PHPHs,稳定指数IR是
4、在修正SI基础上提出的,同样也可用做到判断的依据,IR=2PHsPH。当IR3.7 严重结垢当3.7IR6.0 结垢当IR6.0 不结垢不腐蚀当6.0IR7.5 腐蚀当IR7.5 严重腐蚀PHs = (9.7+A+B)(C+D)式中:A总溶固系数 B温度系数C钙硬系数 D碱度系数根据稳定指数判断,补充水在20时,其稳定指数为6.8,属于稳定水质。现场循环水水质在40时稳定指数为4.1,为结垢性水质。因此,整个试验过程中必须将腐蚀和结垢同时考虑,才能制定出适应现场要求的、可行的、经济合理和操作方便的方案。 针对白银西北铅锌冶炼厂硫酸循环冷却水水质和现场要求,我们运用动、静态模拟试验考察了不同药剂
5、浓度情况下的阻垢和缓蚀性能,以了解各药剂的最佳使用浓度及范围;考虑了浊度不同对阻垢缓蚀剂性能的影响,循环水的浊度是不可避免因素,方法是利用六次甲基四胺与硫酸肼二者之间能定量缔合为不溶于水的二分子盐类混悬液模拟含浊水质进行试验;与浊度相比,铁离子对循环水处理的影响也较大,在试验水中加入一定浓度的铁离子,考察铁离子存在下各药剂的缓蚀性能;杀菌灭藻剂对缓蚀性能的影响,循环水是一个负载体,处理过程不但要投加阻垢缓蚀剂,还要投加杀菌灭藻剂,各药剂之间的相互作用对处理效果也将产生不同的影响。各项试验方法均参考中国石化总公司水质中心和化工行业的试验标准进行,其具体内容如下:三、水稳试验1 静态阻垢试验(鼓泡
6、法)参照中华人民共和国化工行业标准HG/T202491之标准。1.1 方法提要冷却水中的结垢,通常是由于水中的碳酸氢钙在受热和曝气条件下分解,生成难溶解的碳酸钙垢而引起的,其反应式可以表示为:Ca(HCO3)2CaCO3+CO2+H2O本方法以含有Ca(HCO3)2的配制水和水处理药剂制备成试液(模拟冷却水)。为了模拟冷却水在换热器中受热和在冷却塔中曝气两个过程,本方法在升高了的温度下,向试液中鼓入一定流量的空气,以带走其中的二氧化碳,使上述反应式的平衡向右侧移动,促使碳酸氢钙加速分解为碳酸钙,试液迅速达到其自然平衡PH,然后测定试液中钙离子的稳定浓度,钙离子的稳定浓度愈大,则该药剂的阻垢性能
7、愈好。1.2 试验条件1.2.1 试验水质:按循环水质配制,将Ca2+提高到400mg/L、碱度500mg/L做强化实验,PH值不调,另配PO435mg/l测定阻磷酸钙垢的能力。1.2.2 试验药剂:ZT-305阻垢缓蚀剂和ZT-301阻垢缓蚀剂20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L。按商品浓度(100%)计,称取试样2g,分别移入1000ml容量瓶中,用水稀释至刻度,即该溶液为2mg/mL的试液。1.2.3 试验温度: 501.2.4 试验时间: 持续10小时1.3 阻垢试验测定:取11只500ml三颈烧瓶,另取水样(1.2.1)450ml 7份,分别移入7只
8、烧瓶中,其中一只空白,另十只分别加入ZT-305、ZT-301阻垢缓蚀剂20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L将烧瓶浸入501的恒温水浴中,同时鼓入空气,经10小时后,停止鼓入空气取出烧瓶,放至室温,用蒸馏水补至原始水位刻度,测水中稳定钙离子含量。1.4 阻垢率试验结果1.4.1 浓缩倍数大于3倍时的阻垢率见表三表三:阻CaCO3和Ca3(PO4)2垢率试验结果药剂型号20mg/l40mg/l60mg/l80mg/l100mg/l阻CaCO3垢率 (%)ZT-305阻垢缓蚀剂83.687.588.892.595.3Ca3(PO4)2 垢率 (%)81.986.6
9、88.991.493.2ZT-301阻垢缓蚀剂阻CaCO3垢率 (%)84.588.188.990.793.2Ca3(PO4)2 垢率 (%)82.186.588.389.591.31.4.2 杀菌灭藻剂对阻垢率的影响表四:杀菌剂对阻垢缓蚀剂阻CaCO3的影响杀菌剂型号ZT-101ZT-102ZT-103ZT-104ZT-105ZT-106浓度mg/L10010010010050100阻垢率%阻垢剂89.892.089.189.680.289.1表五:杀菌剂对阻垢缓蚀剂阻Ca3(PO4)2的影响杀菌剂型号ZT-101ZT-102ZT-103ZT-104ZT-105ZT-106浓度mg/L100
10、10010010050100阻垢率%阻垢剂89.394.693.995.695.194.1注:ZT101、ZT102、ZT103、ZT104、ZT106均为非氧化性杀菌剂;ZT105为氧化性杀菌剂。1.5 结论讨论从表三结果可知:ZT305阻垢缓蚀剂和ZT-301阻垢缓蚀剂在强化循环水质的情况下,投加浓度为80mg/L以上时,阻垢率均大于90%。从表四、表五结果可知:氧化性和非氧化性杀菌剂对阻垢缓蚀剂影响不大,其配伍性能较好,均可运用于该循环冷却水系统中作杀菌灭藻处理。由此,ZT305、ZT-301阻垢缓蚀剂在白银西北铅锌冶炼厂硫酸循环冷却水系统中均有良好的阻垢效果,完全可以满足该系统的要求。
11、2 缓蚀性能的测定(旋转挂片法)参照中华人民共和国化工行业标准HG/T215991之标准执行。2.1 方法提要旋转挂片腐蚀试验方法是在实验室给定条件下,用试片质量损失计算出腐蚀率和缓蚀率来评定药剂的缓蚀性能。2.2 试片(HG51526):A3,不锈钢。2.3 试验条件2.3.1 水质:根据表二水质配制2.3.2 温度:5012.3.3 试片线速度:0.400.02mm/s2.3.4 试液体积与试片面积比:30mL/cm22.3.5 试片上端与试液面的距离:应大于2cm2.3.6 试验周期:12 h2.3.7 试验药剂: ZT-305阻垢缓蚀剂20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg
12、/L、100mg/L。 ZT-301阻垢缓蚀剂20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L。2.4 试验方法根据以上条件,调试好旋转挂片仪,依据开机步骤进行运行旋转挂片腐蚀试验法。2.5 腐蚀率试验结果的表示和计算:87.6WADT腐蚀率(mm/a)=式中:W试片腐蚀前后减少质量mg;T试验时间,d;A试片面积cm2;D金属密度,g/cm3(碳钢7.85,不锈钢7.92)2.6 试验结果2.6.1旋转挂片腐蚀试验结果见表六:药剂名称投加浓度(mg/l)挂片号材 质腐蚀率mm/a缓蚀率%ZT305阻垢缓蚀剂20315#A30.01276.1642#不锈钢0.000327
13、5.6765#黄铜0.0003176.7740316#A30.008180.4143#不锈钢0.0002587.4266#黄铜0.0002385.6060317#A30.007691.8544#不锈钢0.000291.9467#黄铜0.0001991.04 80318#A30.006596.5845#不锈钢0.0001898.1468#黄铜0.0001798.12 100319#A30.005898.3646#不锈钢0.0001598.4569#黄铜0.0001598.88ZT301阻垢缓蚀剂20320#A30.011971.1747#不锈钢0.0003172.6670#黄铜0.0003071
14、.7640321#A30.007982.4047#不锈钢0.0002481.4171#黄铜0.0002481.6260322#A30.007594.8549#不锈钢0.000293.9572#黄铜0.0001890.0680323#A30.006496.5950#不锈钢0.0001698.1673#黄铜0.0001798.12100324#A30.005798.3751#不锈钢0.0001498.4674#黄铜0.0001498.89不加药时,A3钢腐蚀率为0.3133mm/a,黄铜腐蚀率0.0096mm/a,不锈钢腐蚀率0.0097 mm/a。0090.096mm/a,2.6.2浊度、铁离子
15、对缓蚀率的影响表七:药剂型号浊度20mg/L浊度50mg/L铁离子2.0mg/L铁离子5.0mg/L腐蚀率mm/a缓蚀率%腐蚀率mm/a缓蚀率%腐蚀率mm/a缓蚀率%腐蚀率mm/a缓蚀率%阻垢缓蚀剂(50mg/L)0.009696.940.013595.690.010596.650.017694.38平均缓蚀率84.16%82.84%81.78%80.65%2.6.3杀菌灭藻对缓蚀率的影响表八:杀菌剂型号ZT-101ZT-102ZT-103ZT-104ZT-105ZT-106投加浓度mg/L10010010010050100阻垢缓蚀剂(80mg/L)腐蚀率0.00900.00960.00950
16、.00970.01150.0099缓蚀率%86.1391.9489.9787.9092.3388.842.7 结果讨论从表六试验结果可知:阻垢缓蚀剂在6080 mg/L投加量时,其腐蚀率在国标GB500502007工业循环冷却水处理设计规范中所规定的指标之内:A3碳钢腐蚀率0.075mm/a不锈钢腐蚀率0.005mm/a其缓蚀率均在90%以上,因此,我们在后步动态试验和其它试验中,对阻垢缓蚀剂均选用60-80mg/L投加量进入试验。从表七试验结果可知:高浊度和高铁离子对ZT阻垢缓蚀剂有一定的影响,在现场控制时要十分重视。从表八试验结果可知:季胺盐和双季铵盐的杀菌剂对缓蚀率均无影响,因为此类杀菌
17、剂均具有缓蚀性能,其平均缓蚀率下降0.137%,由此看来,ZT系列阻垢缓蚀剂与几种杀菌剂的配伍性是相当好的。根据白银西北铅锌冶炼厂硫酸循环冷却水系统水质,ZT系列阻垢缓蚀剂具有较强的缓蚀性能,其腐蚀率均控制在国标之内,完全可以适应白银西北铅锌冶炼厂硫酸循环冷却水系统冷却水系统。3 药剂分散性能和自身水解率与分解率的测定3.1 分散性能的测定通过透光率值从另一侧面反映了药剂的分散性能,也就是说透光率越好,药剂的分散性能越差,其分散性能见表九:表九:分散性能的测定药剂名称ZT-305阻垢缓蚀剂mg/L50透光率%7.5分散率%92.5PH值平均9.233.2 药剂分解率药剂分解率即药剂的稳定性、药
18、剂的自行分解率越大说明药剂稳定性能越差,其试验结果见表十。表十:药剂自身水解率与分解率药剂型号ZT-305阻垢缓蚀剂水解率%2.07*分解率%3.14*注:指投加杀菌剂后的分解率3.3 结果评论从表九、表十可知,ZT-305阻垢缓蚀剂其分散性能较强,自身水解率低,分解率也较低,是一种比较稳定的产品。4 杀菌灭藻剂杀菌率的测定杀菌率试验方法参照中国石化总公司冷却水分析和试验方法中微生物试验方法之规定执行。室内采用静态杀菌试验,采用菌种异养菌,硫酸盐还原菌和铁细菌,细菌培养和杀菌试验均按“方法”执行,杀菌率按下式计算:原始菌数存活菌数 原始菌数杀菌率 = 100%4.1 杀菌剂的试验结果表十一:非
19、氧化性杀菌剂杀菌率的测定杀 菌 率 %杀异养菌杀硫酸盐还原菌杀铁细菌浓度508010050801005080100ZT10196.4899.5310099.8699.9410099.099.2199.98ZT10297.2699.5510095.3698.4299.91100100100ZT10397.4899.7710096.1399.9310099.099.96100ZT10494.7699.0099.9092.1599.26100100100100表十二:氧化性杀菌剂杀菌率的测定对异养菌的杀灭率浓度mg/L5050505050平均配制时间h00244872杀菌率%ZT-10594.981
20、00.0100.099.9999.9698.99对硫酸盐还原菌的杀灭率浓度mg/L5050505050平均配制时间h00244872杀菌率%ZT-10596.999.9799.9799.6899.6699.84对铁细菌杀灭率浓度mg/L5050505050平均配制时间h00244872杀菌率%ZT-105100.00100.00100.00100.00100.00100.004.2 ZT305阻垢缓蚀剂对杀菌效果的影响我们根据白银西北铅锌冶炼厂硫酸循环冷却水系统水质,在杀菌试验中投加阻垢缓蚀剂各80mg/L做杀菌试验(异养菌),看是否有影响,结果见表十三:药剂型号浓 度mg/L初始细菌数(个/
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