循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)處理是一項(xiàng)非常復(fù)雜的過程，需要解決水在循環(huán)使用后所產(chǎn)生的腐蝕、結(jié)垢和粘泥（微生物）滋長三個(gè)問題，絕大多數(shù)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用了化學(xué)處理方法來解決這三個(gè)問題?；瘜W(xué)處理的方法是指通過向循環(huán)冷卻水系統(tǒng)加入水處理藥劑的方法來防止腐蝕、結(jié)垢、粘泥（微生物）滋長。常用的化學(xué)藥劑包括緩蝕劑、阻垢劑和殺菌劑。
　　焦化公司的各循環(huán)冷卻水裝置主要采用的水處理藥劑配方為有機(jī)膦+聚合物+鋅鹽的復(fù)合藥劑配方,輔以有機(jī)氯為主的殺菌劑。在正常的運(yùn)行狀態(tài)下，可以滿足控制腐蝕、結(jié)垢和粘泥（微生物）滋長的需求。但是，在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)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(jié)垢和粘泥（微生物）滋長這三個(gè)問題，這種情況在我公司各循環(huán)冷卻水系統(tǒng)都出現(xiàn)過，在一時(shí)不能查找系統(tǒng)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(diào)整來緩解系統(tǒng)含氨所帶來的影響，保證系統(tǒng)水質(zhì)的相對(duì)穩(wěn)定就顯得十分重要。

一、氨進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的途徑

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

二、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)含氨產(chǎn)生的危害

　　在循環(huán)水環(huán)境中，存在著硝化菌群，它是一種化能自養(yǎng)菌，能夠氧化一定的無機(jī)化合物，
　　利用產(chǎn)生的化學(xué)能還原二氧化碳合成有機(jī)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(qiáng)烈的好氧性，適宜于中性和堿性環(huán)境之中，不能在強(qiáng)酸性條件下生長，生活時(shí)不需要有機(jī)養(yǎng)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(dāng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中含氨時(shí)，硝化菌群會(huì)對(duì)其發(fā)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(yīng)式表示：

　　在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)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(yīng)式⑴、⑵為主要反應(yīng)過程，氨與氧反應(yīng)產(chǎn)生了亞硝酸和硝酸，硝酸是一種強(qiáng)酸，在水中很容易完全電離，其電離反應(yīng)式為：

　　HNO₃　→ H⁺ +　NO₃^-

　　H⁺的產(chǎn)生使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的pH值降低，當(dāng)系統(tǒng)中氨含量為一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值時(shí)，反應(yīng)式⑴、⑵不斷進(jìn)行，產(chǎn)生的亞硝酸根、硝酸根、氫離子越來越多時(shí)，反應(yīng)式⑶、⑷、⑸同步進(jìn)行，從而使系統(tǒng)中亞硝酸根、硝酸根、氫離子含量分別達(dá)到各自的相對(duì)平衡的數(shù)值，這些數(shù)值隨著進(jìn)入系統(tǒng)的氨含量的增減而增減。
　　系統(tǒng)含氨所帶來的危害可以分為以下兩種：
1．pH值降低，使系統(tǒng)進(jìn)入易腐蝕的狀態(tài)下。
　　金屬的腐蝕過程是電化學(xué)腐蝕過程。碳鋼在冷卻水中的腐蝕就是一個(gè)典型的電化學(xué)腐蝕過程。由于碳鋼組織表面的不均一性，當(dāng)它浸入水中時(shí)，其表面形成許多微小的腐蝕電池：
　　在陽極：Fe→ Fe²⁺ +2e （氧化反應(yīng)）
　　在陰極：O₂ + 2H₂O + 4e　→ 4OH^- （還原反應(yīng)）
　　在水中：Fe²⁺ + 2 OH^-　→ Fe（OH）₂ 陽極區(qū)域中Fe不斷失去電子，變成Fe²⁺進(jìn)入溶液，鐵不斷被溶解腐蝕，留下的電子通過金屬本體移動(dòng)到陰極滲碳體的表面，與水和溶解在水中的O₂起反應(yīng)生成OH^-離子。
　　在含氨的系統(tǒng)中，H⁺的產(chǎn)生促進(jìn)了陰極還原反應(yīng)向右進(jìn)行，也使陽極氧化反應(yīng)同步向右進(jìn)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(xiàn)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(tǒng)中硝化菌將氨氧化成為還原性物質(zhì)：亞硝酸根，它能與氧化性物質(zhì)氯起反應(yīng)，當(dāng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)加入含氯的殺菌劑時(shí)，只有通過氧化性的氯將亞硝酸根全部轉(zhuǎn)化為硝酸根以后，余氯才會(huì)出現(xiàn)，從而大大降低氯的殺菌效果，直接表現(xiàn)為含氯的殺菌劑消耗量大，濁度上升、水變黑、系統(tǒng)粘泥量增加。
　　受到各種條件的限制，氨進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的途徑往往不易察覺，即使發(fā)現(xiàn)也受大型化工裝置連續(xù)化運(yùn)行模式的影響而不易處理，在這種條件下，調(diào)整水質(zhì)處理的配方，緩解系統(tǒng)含氨所帶來的影響，避免水質(zhì)的迅速惡化，為從源頭解決含氨問題提供時(shí)間， 是一種可以運(yùn)用的手段。

三、調(diào)整的水處理配方

　　根據(jù)焦化公司循環(huán)水系統(tǒng)原有的水處理配方，結(jié)合系統(tǒng)漏氨的實(shí)際情況，在緩蝕和殺菌處理上進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整分為緩蝕和殺菌兩個(gè)部分。
　　緩蝕處理：在原有有機(jī)膦+聚合物+鋅鹽的復(fù)合藥劑配方的基礎(chǔ)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(tǒng)控制有機(jī)磷在7～10mg/L；總無機(jī)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(jī)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(tǒng)因含氨較多而造成pH值降低過多，適當(dāng)投加純堿時(shí)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(jī)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(jià)金屬離子如Ca²⁺、Zn²⁺等成為帶正電荷的基團(tuán)，在腐蝕電流的推動(dòng)下，會(huì)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(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到陰極而實(shí)現(xiàn)緩蝕的目的。由于六偏磷酸鈉易水解成正磷，在pH值較高時(shí)易產(chǎn)生磷酸鈣的沉積物而被慎用。但一旦循環(huán)水受氨、氮的污染，pH值就會(huì)呈微酸性，為六偏磷酸鈉的使用創(chuàng)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(jī)理是：藥劑水解后形成帶同一電性的基團(tuán)，它包裹在粘泥上形成帶同一電性的顆粒而互相排斥，達(dá)到把污泥分散在水中（不讓其沉積）的目的。

五、調(diào)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(huán)水裝置因?yàn)閾Q熱器泄漏，造成含氨的工藝介質(zhì)進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，在采用了上述改進(jìn)水處理配方以后系統(tǒng)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(huán)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(tǒng)暫時(shí)恢復(fù)了正常的狀態(tài)。

圖二

　　圖二為1月25日至2月19日期間，采用調(diào)整的水處理配方以后，循環(huán)水系統(tǒng)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(gè)多月以來的最低點(diǎn)，達(dá)到了控制指標(biāo)。
　　從前后的變化情況來看，調(diào)整以后的水處理配方在緩蝕方面取得了一定的效果。

六、經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)

　　通過對(duì)新組合的水處理配方的使用，在一定程度上緩解了水質(zhì)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(biāo)以內(nèi)，表明在系統(tǒng)含氨的情況下，調(diào)整的配方發(fā)揮了作用，在今后類似的系統(tǒng)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(tǒng)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(shí)間。
　　由于使用調(diào)整配方的時(shí)間不長，雖然從數(shù)據(jù)上反映出初步控制總鐵，使其達(dá)到指標(biāo)范圍的情況，但隨后的發(fā)展趨勢如何還不得而知。另外，在此過程中由于檢驗(yàn)樣本數(shù)量較少，缺乏足夠的氨氮、硝酸根、亞硝酸根的有關(guān)數(shù)據(jù)，還不能進(jìn)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(qiáng)數(shù)據(jù)采集工作。
　　通過增加緩蝕藥劑的投入以提高緩蝕效果，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)含氨狀態(tài)下的水質(zhì)穩(wěn)定問題，還不能從根本上解決系統(tǒng)帶氨的問題，應(yīng)該尋找監(jiān)測系統(tǒng)泄漏的有效手段，能夠及早發(fā)現(xiàn)泄漏，及時(shí)采取消除漏點(diǎn)的措施。