CN110590029A - 一种节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，该方法包括：循环水回水管道引旁路至电化学电解设备，旁路循环水经电化学设备处理后再回到循环水池中；然后向循环水中投加阻垢缓蚀剂和杀菌灭藻剂。本发明既使用电化学，又要使用化学品，两者的有效配合，将大大提升现阶段循环水处理的水平，可以解决循环冷却水系统的结垢、腐蚀和菌藻问题，达到循环水处理的国标要求。

Description

一种节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法
技术领域
本发明涉及循环冷却水处理领域，尤其是一种节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法。
背景技术
循环冷却水处理主要解决循环水系统的结垢、腐蚀和微生物三大问题。现有的循环冷却水处理技术按其原理可分为化学法和物理法。化学法是指向水中加入阻垢缓蚀剂和杀菌剂，以解决循环冷却水存在的问题。物理法主要是运用声、光、电、磁等技术及其相应设备，有目的地改变水中各种离子和分子的运动和存在形式及微生物的生存环境，从而达到循环冷却水处理的目的。
电化学法是很多层面呼声较高的循环水处理方法，其技术原理如下：
阳极发生的化学反应主要有：
氯气：2Cl-(aq)→Cl2+2e；
氧气：4OH-→O2(g)+2H2O+4e；
臭氧：O2+2OH-–2e-→O3(g)+H2O；
羟基自由基：OH-–e-→OH；
过氧化氢：2H2O–2e-→H2O2+2H+；
氧自由基：H2O–2e-→O+2H+；
阴极附近发生的化学反应主要有：
2H2O(l)+2e-→H2(g)+2OH-(aq)；
碱性溶液中发生的反应(阴极附近)：
CO2(aq)+OH-(aq)→HCO3 -(aq)；
HCO3 -(aq)+OH-(aq)→CO3 2-(aq)+H2O(l)；
Ca2+(aq)+2OH-(aq)→Ca(OH)2↓(垢)；
Mg2+(aq)+2OH-(aq)→Mg(OH)2↓(垢)；
Ca2+(aq)+CO3 2-(aq)→CaCO3↓(垢)；
电解过程中，阳极产生的活性氧化物起到一定的杀菌灭藻作用；阴极通过结垢可以降低循环冷却水中的部分硬度。专利CN102491456A公开了水垢在极板表面结晶析出，极大的降低了循环水的硬度。专利CN102050508A公开了通过电解生成Cl2逸出，可起到杀菌作用，但杀菌效果不明显。
电化学循环水处理法虽有一定作用，但远远不能适应实际生产状况的需要，给现实生产带来了很大的问题。
化学法处理循环冷却水多是采用复合阻垢缓蚀剂，其处理效果较好，但费用较高，水的浪费较大。
专利CN105819594A公开了一种循环冷却水处理方法，表明不使用杀菌剂，利用循环水中的Cl-，通过电解氧化生成活性氯进行杀菌；不使用阻垢剂，利用电解过程阴极结垢并在线去除，降低循环水的硬度和碱度以减少结垢，同时电解导致循环水pH降低也可以减少循环水系统结垢。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，既使用电化学，又要使用化学品，两者的有效配合，将大大提升现阶段循环水处理的水平，解决循环冷却水系统的结垢、腐蚀和菌藻问题，达到循环水处理的国标要求。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，包括：
循环水回水管道内的循环水经电化学设备处理后回到循环水池中；然后向所述循环水池中投加阻垢缓蚀剂和杀菌灭藻剂。
所述阻垢缓蚀剂中包括以下重量百分比的原料：2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％～15％、聚环氧琥珀酸5％～20％、水解聚马来酸酐5％～10％、复合缓蚀剂0.5％～1％，余量为水；
所述杀菌灭藻剂中包括以下重量百分比的原料：戊二醛15％～25％、十二烷基二甲基苄基氯化铵10％～15％，余量为水。
优选地，所述循环水回水管道上设置有旁路，所述旁路内的循环水经所述电化学设备处理后回到所述循环水池中。
优选地，所述旁路内循环水量是所述循环水回水管道内循环水量的5-10％。
优选地，所述阻垢缓蚀剂的投加量为10-120mg/L。
优选地，所述阻垢缓蚀剂的投加量为15-50mg/L。
优选地，所述杀菌灭藻剂的投加量为100mg/L。
优选地，所述复合缓蚀剂中包括钼酸盐和BTA，所述钼酸盐和所述BTA的质量比为1：1。
优选地，所述电化学设备采用的电流密度为10-50mA/cm2，阳极板使用钛基金属涂布贵金属或贵金属氧化物，阴极板使用碳钢或不锈钢。
优选地，所述贵金属为铱或铂，所述金属氧化物为氧化铱或氧化铂。
优选地，以加药泵连续投加的方式，向所述循环水池中投加所述阻垢缓蚀剂；以冲击式投加的方式，向所述循环水池中投加所述杀菌灭藻剂。
本发明提供了一种节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，与传统循环冷却水处理方法相比，具有以下优点：1)使用电化学处理，降低循环水中部分硬度，同时降低循环水化学处理的难度；2)使用阻垢缓蚀剂控制循环水中剩余的成垢离子，同时起到良好的缓蚀效果。3)投加杀菌灭藻剂控制循环水中微生物的滋生。4)采用本发明的方法可同时解决循环冷却的腐蚀、结垢和微生物危害三大问题，并且减少了化学药剂的使用量，具有高效、经济、环保、操作简便的优点，是一种绿色的节水减排技术。
具体实施方式
本发明提供的一种节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，包括：
循环水回水管道内的循环水经电化学设备处理后回到循环水池中；然后向循环水池中投加阻垢缓蚀剂和杀菌灭藻剂。
阻垢缓蚀剂中包括以下重量百分比的原料：2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％～15％、聚环氧琥珀酸5％～20％、水解聚马来酸酐5％～10％、复合缓蚀剂0.5％～1％，余量为水；
杀菌灭藻剂中包括戊二醛15％～25％、十二烷基二甲基苄基氯化铵10％～15％，余量为水。
本发明循环水回水管道内的循环水经电化学设备处理后回到循环水池中；在本发明的实施例中，循环水回水管道上设置有旁路，旁路内的循环水经电化学设备处理后回到循环水池中。上述，电化学设备处理的循环水由于直接由循环水回水管道或循环水回水管道上设置的旁路引入，因此循环水带有一定温度，能够提高电化学设备的电化学效果；其中旁路内循环水量是循环水回水管道内循环水量的5-10％。
循环水在流经电化学设备时，电化学设备采用的电流密度为10-50mA/cm2，阳极板要求使用钛基金属涂布贵金属或贵金属氧化物，阴极板使用碳钢或不锈钢。其中，贵金属为铱或铂，金属氧化物为氧化铱或氧化铂。
循环水在经过电化学处理后，水中会有20％-50％的硬度以固体方式析出留存在设备中，留存在设备中的CaCO3、Mg(OH)2等成垢物质需要定期进行清理；因此需要向循环水池中投加阻垢缓蚀剂；在本发明的实施例中，阻垢缓蚀剂中包括以下重量百分比的原料：2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％～15％、聚环氧琥珀酸5％～20％、水解聚马来酸酐5％～10％、复合缓蚀剂0.5％～1％，余量为水。
其中，复合缓蚀剂中包括钼酸盐和BTA，钼酸盐和BTA的质量比为1：1。
需要说明的是，阻垢缓蚀剂的投加量为10-120mg/L，优选为15-50mg/L。
向循环水池中投加杀菌灭藻剂来控制循环水的菌藻滋生问题；在本发明的实施例中，杀菌灭藻剂中包括戊二醛15％～25％、十二烷基二甲基苄基氯化铵10％～15％，余量为水。
需要说明的是，杀菌灭藻剂的投加量为100mg/L。
以加药泵连续投加的方式，向循环水池中投加阻垢缓蚀剂；以冲击式投加的方式，向循环水池中投加杀菌灭藻剂。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～5和对比例2～3节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法为，结合图1所示，循环水回水管道上设置有旁路，旁路内的循环水经电化学设备处理后回到循环水池中；然后向循环水池中投加阻垢缓蚀剂和杀菌灭藻剂。
实施例1～5和对比例1～3中循环冷却水的水质见表1。
表1循环冷却水的水质
注：钙离子、总硬度均以碳酸钙计，下同。
实施例1
循环水量为1200t/h，旁路处理水量是循环水量的5％。
阻垢缓蚀剂的投加量为10mg/L，杀菌灭藻剂的投加量为100mg/L；
阻垢缓蚀剂中包括以下重量百分比的原料：2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％、聚环氧琥珀酸5％、水解聚马来酸酐5％、复合缓蚀剂0.5％，余量为水；复合缓蚀剂中包括质量比为1：1的钼酸盐和BTA；
杀菌灭藻剂中包括戊二醛15％、十二烷基二甲基苄基氯化铵10％，余量为水。
电化学设备采用的电流密度为10mA/cm2，阳极板使用钛基金属涂布铱，阴极板使用碳钢。
实施例2
循环水量为1200t/h，旁路处理水量是循环水量的10％。
阻垢缓蚀剂的投加量为120mg/L，杀菌灭藻剂的投加量为100mg/L；
阻垢缓蚀剂中包括以下重量百分比的原料：2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸15％、聚环氧琥珀酸20％、水解聚马来酸酐10％、复合缓蚀剂1％，余量为水；复合缓蚀剂中包括质量比为1：1的钼酸盐和BTA；
杀菌灭藻剂中包括戊二醛25％、十二烷基二甲基苄基氯化铵15％，余量为水。
电化学设备采用的电流密度为50mA/cm2，阳极板使用钛基金属涂布氧化铱，阴极板使用不锈钢。
实施例3
循环水量为1200t/h，旁路处理水量是循环水量的8％。
阻垢缓蚀剂的投加量为30mg/L，杀菌灭藻剂的投加量为100mg/L；
阻垢缓蚀剂中包括以下重量百分比的原料：2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸12％、聚环氧琥珀酸10％、水解聚马来酸酐8％、复合缓蚀剂1％，余量为水；复合缓蚀剂中包括质量比为1：1的钼酸盐和BTA；
杀菌灭藻剂中包括戊二醛20％、十二烷基二甲基苄基氯化铵12％，余量为水。
电化学设备采用的电流密度为30mA/cm2，阳极板使用钛基金属涂布氧化铂，阴极板使用不锈钢。
实施例4～5中除了阻垢缓蚀剂、杀菌灭藻剂的投加量与实施例3不同，其余与实施例3均相同；实施例4中阻垢缓蚀剂的投加量为15mg/L；实施例5中阻垢缓蚀剂的投加量为50mg/L。
对比例1
循环水量为1200t/h，旁路处理水量是循环水量的8％。
循环冷却水仅采用化学处理法处理：
阻垢缓蚀剂的投加量为50mg/L，杀菌灭藻剂的投加量为100mg/L；
阻垢缓蚀剂中包括以下重量百分比的原料：2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸12％、聚环氧琥珀酸10％、水解聚马来酸酐8％、复合缓蚀剂1％，余量为水；复合缓蚀剂中包括质量比为1：1的钼酸盐和BTA；
杀菌灭藻剂中包括戊二醛20％、十二烷基二甲基苄基氯化铵12％，余量为水。
阻垢缓蚀剂、杀菌灭藻剂均每7天投加一次。
对比例2
循环水量为1200t/h，旁路处理水量是循环水量的8％。
阻垢缓蚀剂的投加量为30mg/L，杀菌灭藻剂的投加量为100mg/L；
阻垢缓蚀剂中包括以下重量百分比的原料：2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸12％、聚环氧琥珀酸10％、水解聚马来酸酐8％、复合缓蚀剂1％，余量为水；复合缓蚀剂中包括质量比为1：1的钼酸盐和BTA；
杀菌灭藻剂中包括戊二醛20％、十二烷基二甲基苄基氯化铵12％，余量为水。
电化学设备采用的电流密度为30mA/cm2，阳极板使用钛基金属涂布氧化铂，阴极板使用碳钢。
对比例2中阻垢缓蚀剂、杀菌灭藻剂仅投加一次。
对比例3
循环水量为1200t/h，旁路处理水量是循环水量的8％。
阻垢缓蚀剂的投加量为30mg/L，杀菌灭藻剂的投加量为100mg/L；
阻垢缓蚀剂为济南卡松化工有限公司生产的阻垢缓蚀剂M401；
杀菌灭藻剂为济南卡松化工有限公司生产的杀菌灭藻剂MDT301。
电化学设备采用的电流密度为30mA/cm2，阳极板使用钛基金属涂布氧化铂，阴极板使用不锈钢。
实施例1～5中阻垢缓蚀剂、杀菌灭藻剂均每7天投加一次，实施例1～5和对比例2～3中均每10天停电化学设备清理一次垢，运行30d。
国家标准GB50050－2017《工业循环冷却水处理设计规范》中规定，间冷开式循环冷却水系统黏附速率不应大于15mg/(cm2·月)，碳钢设备腐蚀速率应小于0.075mm/a，异养菌总数宜小于1×105CFU/mL。
由上述实施例的数据可以看出：实施例1～5中，阻垢缓蚀剂的投加浓度在10～120mg/L之间，电化学设备的电流密度在10～50mA/cm2之间，循环水系统的碳钢腐蚀速率在0.026～0.051mma之间，均小于0.075mm/a；黏附速率在2.8～8.6mg/(cm2·月)之间，远小于15mg/(cm2·月)；异养菌数在1.0×103～1.5×104CFU/mL之间，均小于1×105CFU/mL，碳钢腐蚀速率、黏附速率、异养菌数各项数据都符合国标要求。
由实施例和对比例的数据可以看出，对比例1单独使用专利所述阻垢缓蚀剂，碳钢腐蚀速率、黏附速率、异养菌数三项指标接近于国标，各项数据远高于专利所述阻垢缓蚀剂+电化学设备的处理方法；对比例3使用其他公司生产的阻垢缓蚀剂和杀菌剂，碳钢腐蚀速率、黏附速率、异养菌数均已超出国标控制要求。
由实施例和对比例的数据可以看出，对比例1循环水的浓缩倍数为2.58，实施例1～5中，循环水的浓缩倍数都在3.5以上，节水效果比较明显。
上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，其特征在于，包括：
循环水回水管道内的循环水经电化学设备处理后回到循环水池中；然后向所述循环水池中投加阻垢缓蚀剂和杀菌灭藻剂；
所述阻垢缓蚀剂中包括以下重量百分比的原料：2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸10％～15％、聚环氧琥珀酸5％～20％、水解聚马来酸酐5％～10％、复合缓蚀剂0.5％～1％，余量为水；
所述杀菌灭藻剂中包括以下重量百分比的原料：戊二醛15％～25％、十二烷基二甲基苄基氯化铵10％～15％，余量为水。
2.根据权利要求1所述的节水式节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，其特征在于，所述循环水回水管道上设置有旁路，所述旁路内的循环水经所述电化学设备处理后回到所述循环水池中。
3.根据权利要求2所述的节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，其特征在于，所述旁路内循环水量是所述循环水回水管道内循环水量的5-10％。
4.根据权利要求1所述的节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，其特征在于，所述阻垢缓蚀剂的投加量为10-120mg/L。
5.根据权利要求4所述的节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，其特征在于，所述阻垢缓蚀剂的投加量为15-50mg/L。
6.根据权利要求1所述的节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，其特征在于，所述杀菌灭藻剂的投加量为100mg/L。
7.根据权利要求1所述的节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，其特征在于，所述复合缓蚀剂中包括钼酸盐和BTA，所述钼酸盐和所述BTA的质量比为1：1。
8.根据权利要求1所述的节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，其特征在于，所述电化学设备采用的电流密度为10-50mA/cm2，阳极板使用钛基金属涂布贵金属或贵金属氧化物，阴极板使用碳钢或不锈钢。
9.根据权利要求8所述的节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，其特征在于，所述贵金属为铱或铂，所述金属氧化物为氧化铱或氧化铂。
10.根据权利要求1所述的节水式循环冷却水电化学和化学协同处理的方法，其特征在于，以加药泵连续投加的方式，向所述循环水池中投加所述阻垢缓蚀剂；以冲击式投加的方式，向所述循环水池中投加所述杀菌灭藻剂。
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