CN112010405A - 一种中央空调冷却循环水水处理综合控制处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中央空调冷却循环水水处理综合控制处理方法，属于工业循环水冷却系统水处理领域。通过对补充水和循环冷却水中的钙离子浓度、氯离子浓度、pH值、碱度、电导率等分析，通过查表法和查图法计算饱和pH值，通过公式pHs=9.7+A+B‑C‑D和pHs=P_Ca+P_MALK+C分别计算饱和pH值，再由S=2pHs‑pH计算稳定指数；根据总碱度（mg/L）测定值等计算出冷却循环水的浓缩倍数、蒸发量、补水量和排污量；制定综合水处理表，根据计算的稳定指数的比较，结合钙离子、硬度等控制指标进行综合数据处理，从而确定合理的投药量、排污时间，减少了以往中央空调水处理加药和排污的盲目性，增加了加药量和排污量的准确性，减少了水处理药剂和水资源的浪费。

Description

一种中央空调冷却循环水水处理综合控制处理方法

技术领域

本发明涉及一种中央空调冷却循环水结垢和腐蚀的综合控制处理方法，属于工业循环水冷却系统水处理技术领域。

背景技术

化学水处理是利用阻垢剂防止结垢、用缓蚀剂抑制腐蚀和用杀菌剂阻止菌藻滋生的技术。随着我国经济的迅速发展，工业化水平的不断提高，大量冷却循环水设备的使用，工业水处理技术的应用越来越广泛。工业循环冷却水系统的冷却水在通过冷却塔循环运行的过程中，由于补充水完全使用软化水远不能满足其补水量的要求，所以，一般使用的都是未经处理的生水，这样随着水分的不断循环蒸发，水温升高，造成循环冷却水水分蒸发量和补水量增大，循环冷却水中的各个成分不断浓缩，在达到一定的浓缩倍数时，冷却系统的主机冷凝器、冷却塔就容易结垢和腐蚀，使制冷主机产生高压保护，影响设备的正常运行，不能正常供冷；另外，冷却塔和冷水池在室外受到阳光照射，风吹雨淋，灰尘杂物和微生物进入系统和水相互作用，会有大量的微生物滋生，并由此产生污垢堵塞管道，引起设备的腐蚀穿孔和泄漏等危害。为了解决这个问题，需要对工业循环冷却水进行水质处理，一般是通过加入阻垢缓蚀剂和杀菌灭藻剂来阻止泥垢、菌藻的产生，从而避免设备及管道结垢、腐蚀和堵塞。所以，对冷却循环水系统水处理运行管理主要有三个方面，一个是阻垢的控制，一个是腐蚀的管理，一个是杀菌的管理，阻垢缓蚀剂由阻垢剂和缓蚀剂复配组成，杀菌剂主要是氧化性和非氧化性杀菌剂。目前对中央空调冷却水系统的水处理主要通过控制循环冷却水的电导率来进行排污和加药量的自动加药系统进行运行管理，即根据浓缩倍数设置一个电导率范围，电导率超过这个值控制系统就自动排污补水，通过补水量自动加药。这种水处理的管理模式的缺点是加药次数和排污次数频繁，药剂利用率低，药剂用量大，其次是对于冷却水的结垢和腐蚀情况没有办法监控；再者补充水的电导率每天都不同，有时相差很大，如此利用电导率进行冷却水的运行管理势必影响其水处理效果。

发明内容

针对目前存在的缺陷，本发明的目的在于，提供一种中央空调冷却循环水水处理结垢和腐蚀综合控制方法，为中央空调冷却循环水水处理提供科学的控制手段和监测方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

1、对补充水水质进行化学分析，在线检测其钙离子浓度、氯离子浓度、pH值、总碱度、电导率、总硬度；

2、对冷却循环水进行化学分析，在线检测其钙离子浓度、氯离子浓度、pH值、总碱度、电导率、总硬度；

3、记录冷却循环水的进出水温度(摄氏温度)、冷凝温度和冷却设备运行时间；

4、根据分析结果计算浓缩倍数、蒸发量、补水量和排污量(T/h)；

5、间隔离线检测冷却循环水的溶解固溶量和总磷酸盐含量，若总磷含量高于1-2mg/L，则加入杀菌剂；

6、查图法Langelier计算饱和pH值：根据测定的钙离子浓度(以碳酸钙计mg/L)、总碱度(mg/L)、pH值、溶解固溶量(mg/L)和冷凝温度(华氏温度计)，通过Langelier饱和指数图查出P_Ca、P_MALK、C的对应值，根据公式PHs＝P_Ca+P_MALK+C计算饱和pH值。P_Ca、P_MALK为钙离子浓度和总碱度测定值的对应值，C为溶解固溶量的测定值和冷却循环水的冷凝温度换算值。

7、查表法计算Langelier饱和pH值：根据钙离子浓度(以碳酸钙计mg/L)、总碱度(mg/L)、pH值、溶解固溶量(mg/L)、冷凝温度(摄氏温度计)测定值，通过A、B、C、D系数换算表查找对应值，通过公式PHs＝9.7+A+B-C-D计算饱和pH值。A为溶解固溶量测定值换算的对应值；B为冷凝温度换算的对应值；C为钙离子浓度测定值换算的对应值；D由总碱度测定值换算的对应值。

8、根据查图法和查表计算出的Langelier饱和pH值，通过Ryznar稳定指数S＝2PHs-pH计算稳定指数判断水质状况。S﹤6，结垢；S＝6，不结垢也不腐蚀；S﹥6，腐蚀。pH为实际测定的冷却循环水的pH值。

9、制定综合水处理控制表：控制循环冷却水pH≤8.5；Ca²⁺浓度为160-200mg/L；总碱度≤500mg/L；氯离子浓度≤1000mg/L；硬度≤10mmol/L；电导率≤5000μs/cm；在线间隔检测循环冷却水，若氯离子浓度、硬度、pH值和电导率其中之一指标高于上述指标，则需要排污；若钙离子浓度小于160mg/L，则加入阻垢缓蚀剂，反之加入杀菌剂；阻垢缓蚀剂的投药量按如下公式计算：补水量(吨)×每吨补充水投加药剂的量(g)；杀菌剂加入量按冷却循环水系统的容水量加入：每吨水加入50克。根据计算的Ryznar稳定指数S，若S﹤6，加入缓蚀阻垢剂；S＝6，不结垢也不腐蚀，不加缓蚀阻垢剂；S﹥6，加入缓蚀阻垢剂。结合钙离子、硬度、总碱度、pH值、药剂浓度、浓缩倍数的大小进行综合数据处理，从而对于药剂投药量、投药时间、排污量及排污时间进行综合调整，以达到合格的控制指标。

分析方法：

1、工业循环冷却水硬度的测定

取10～50mL冷却水水样，于250mL锥形瓶中，加入5mL氨—氯化铵缓冲溶液(pH＝10)和2滴质量百分含量0.5％铬黑T指示液，在不断摇动下，用0.01M EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色转变为蓝色即为终点，记录EDTA标准溶液所消耗的体积。硬度(YD，mmol/L)计算公式：

式中：M——EDTA标准溶液的浓度,mol/L；

C——滴定水样时所消耗EDTA标准溶液的体积,mL；

V——水样的体积,mL。

2、工业循环冷却水中碱度的测定

(1)酚酞碱度的测定

移取100.00mL水样于250mL锥形瓶中，加4滴酚酞指示液，若水样出现红色，用盐酸标准测定溶液滴定至红色刚好褪去，即为终点。如果加入酚酞指示液后，无红色出现，则表示水样酚酞碱度为零。

(2)甲基橙碱度的测定

在测定过的酚酞碱度的水样中，加10滴溴甲酚绿——甲基红指示液，用盐酸标准滴定溶液滴定至溶液由绿色变为暗红色。煮沸2min，冷却后继续滴定至暗红色，即为终点。

(3)分析结果的表述

A、以mg/L(以C_aCO₃计)表示的水样中酚酞碱度x₁，按式(1)计算：

B、以mg/L(C_aCO₃计)表示的水样中甲基橙碱度x₂按式(2)计算：

式中：V₁——滴定酚酞碱度时，消耗盐酸标准滴定溶液的体积，mL；

V₂—滴定甲基橙碱度时，消耗盐酸标准滴定溶液的体积，mL；

C——盐酸标准滴定溶液的浓度，mol/L；

V——水样的体积，mL；

C、总碱度：x＝x₁₊x₂即

3、工业循环冷却水中钙离子测定方法

用移液管吸取经中速定性滤纸过滤后的水样50mL于250mL锥形瓶中，加盐酸3滴(盐酸与水体积比为1：1)，再加质量百分含量20％氢氧化钾5mL，加30mg钙黄绿素——酚酞混合指示剂，在黑色背景下用EDTA标准溶液滴定至溶液的黄绿色萤光突然消失，并出现红色时即为终点，记下所消耗的EDTA标准溶液的毫升数。

水中样钙离子含量X(mg/L)，按下式计算：

式中：M——EDTA标准溶液摩尔浓度mol/L；

V₁——消耗的EDTA标准溶液的体积，mL；

V₀——滴定空白溶液时，所消耗EDTA标准溶液的体积，mL；

V——水样的体积，mL；

40.08——钙的原子量。

4、工业循环冷却水中氯离子的测定

用移液管移取100mL水样于250mL锥形瓶中，加入2滴酚酞指示剂溶液，用氢氧化钠溶液和硝酸溶液调节水样的pH值，使红色刚好变为无色。

加入1.0mL铬酸钾指示剂溶液，在不断摇动情况下，用硝酸银标准滴定溶液滴定，直至出现砖红色为止。记下消耗的硝酸银标准滴定溶液的体积(V₁)。同时做空白试验，记下消耗的硝酸银标准滴定溶液的体积(V₀)。以mg/L表示的氯离子含量X，按下式计算：

式中：c——硝酸银标准滴定溶液的浓度，mol/L；

V₁——滴定水样试验消耗的硝酸银标准滴定溶液的体积，mL；

V₀——空白试验时消耗的硝酸银标准滴定溶液的体积，mL；

V——水样的体积，mL；

5、电导率测定

量取50～100ml水样于预先用该水样洗过2～3次的塑料烧杯或硬质玻璃杯中，将电极用被测水样冲洗2～3次后，浸入水样中用电导率仪进行测定使所显示的读数为最精确读数。

6、pH值测定

量取50～100ml水样于预先用该水样洗过2～3次的塑料烧杯或硬质玻璃杯中，将电极用被测水样冲洗2～3次后，浸入水样中用pH计进行测定。

7、总磷酸盐含量的测定

吸取5～25mL经滤纸过滤后的水样于100mL锥形瓶中，加入1mL硫酸溶液和5mL过硫酸钾溶液，稀释至约25mL，在可调电炉(3.2)上缓缓煮沸15min以上至溶液快蒸干为止。取下，冷却至室温，移入50mL容量瓶内。加入5mL钼酸铵溶液、3mL抗坏血酸溶液，用水稀释至刻度，摇匀。于25～30℃下放置10min，在710nm处，用1cm的比色皿，以试剂空白为参比，用分光光度计测量其吸光度。用X＝M/V×1000毫克/升计算，式中：M—标准曲线上查得的正磷酸(以PO₄ ³⁺计)的毫克数；V—水样的体积，mL。

8、溶解固溶量测定方法

将待测样用慢速定量滤纸或滤板孔径为2-5μm的玻璃砂芯漏斗过滤。用移液管移取100mL过滤后的水样，置于已于103士2℃干燥至恒重的蒸发皿中。将蒸发皿置于沸水浴上蒸发至干，再将蒸发皿于103士2℃下干燥至恒重。以mg/L表示的水样中溶解性固体(X)按下式计算:X＝(m₂-m₁)×10⁶/100

式中:m_1——蒸发皿质量，g；

m₂一蒸发皿与残留物的质量，g。

阻垢缓蚀剂补药量的理论计算：

1、浓缩倍数N的计算：

N-------循环水的浓缩倍数

C_R--------循环水的盐浓度mg/L(以钙离子浓度或碱度计算)

C_M-------补充水的盐浓度mg/L(以钙离子浓度或碱度计算)

2、蒸发损失的计算：

E-------------循环水的蒸发损失量(m³/h)

R-------------循环水的循环水量(m³/h)

ΔT-----------循环水进出水的温度差(℃)

3、飞散损失量W(m³/h)的计算：

约占循环水量的0.05—0.2％。

4、强制污量B的计算：

5、补充水量M的计算：

M＝E+B+W

M----------补充水量(m³/h)

E-------------冷却循环水的蒸发损失量(m³/h)

B-----------强制排污量(m³/h)

W-----------飞散损失量(m³/h)

6、投药量：

补水量(吨)×每吨补充水投加药剂的量(g)。

饱和pH值计算方法：

1、查图法

根据现场测定的工业冷却循环水的钙离子浓度在图中钙离子直线上点的对应的纵坐标查到横坐标对应的P_Ca；通过总碱度测量值在图中碱度离子直线上点对应的纵坐标查到横坐标对应的P_MALK；通过溶解固溶量和温度曲线交叉点对应的值查到对应的C值代入Langelier饱和指数公式pHs＝P_Ca+P_MALK+C,计算出饱和pHs。

2、查表法

根据现场测定的冷却循环水的钙离子浓度，在表中查到对应的钙硬度系数C；通过总碱度查到对应的碱度系数D；通过溶解固溶量的值查到对应的溶解固溶量系数A值；通过温度的值查到对应的温度系数B值代入；pHs＝9.7+A+B-C-D,计算出饱和pHs。

Ryznar稳定指数计算方法

根据Ryznar稳定指数公式S＝2pHs-pH计算，式中pHs为根据现场测定数据计算出的中央空调冷却循环水的饱和pH值，pH为实际测定的pH值。

本发明的优点：1、根据pH值、Ca²⁺浓度、碱度、电导率、总磷分析数据，结合计算的Ryznar稳定指数形成的综合控制处理方法可以综合判断中央空调循环冷却水结垢和腐蚀性，并据此调整水处理措施，使水处理工艺更科学合理。2、根据化学分析结果，理论计算冷却系统补水量和排污量，可以定量的计算出加药量、排污量，减少了以往中央空调水处理加药和排污的盲目性，增加了加药量和排污量的准确性，减少了水处理药剂和水资源的浪费，达到了好的水处理效果；3、采用了间隔式加药方式，综合控制确定加药量、排污时间，减少了药剂投放次数，提高药剂的使用效率；4、降低结垢速度，降低腐蚀，减少化学除垢次数，同时减少了清洗药剂量，非常科学合理，节约能源。

附图说明

图1为冷却循环水处理Langelier饱和指数查图法图表，图中温度为华氏温度℉，℉＝摄氏温度℃×9÷5+32；纵坐标为碱度、钙离子浓度(CaCO₃计)、溶解固溶量测定值；横坐标下为P_Ca、P_MALK值；横坐标上为C值、温度。

图2为冷却循环水处理Langelier饱和指数查表法图表。

具体实施方式

为对本发明进行更好的说明，举实施例如下：

实施案例1某商场中央空调冷却循环水水处理综合控制处理记录

以某商场中央空调冷却循环水设备一周水处理为例，采用本发明所述方法进行水处理综合控制处理，一般一个星期加两次阻垢缓蚀剂，一次杀菌剂。所用阻垢缓蚀剂主要成份是有机磷酸、聚羧酸、BTA及辅料，药剂加入量，首次按40ppm即1吨水加入40克，补加按补水量以20ppm加入；杀菌剂主要成分为异噻唑啉酮、次氯酸钠杀菌剂，加入量50ppm即1吨水加入50克。该冷却系统容水量为200吨，冷却循环水量612吨/h。

步骤一、首先对该中央空调冷却水的补充水进行化学分析，按系统容水量加入阻垢缓蚀剂，即8kg。

步骤二、中央空调运行一天后，对其冷却循环水水质进行化学分析，通过化学分析数据进行补水量、排污量计算和饱和pH值和稳定指数计算，结合各个分析数据，对水处理效果进行综合控制。

步骤三、根据综合控制确定加药量、排污时间，调整药剂投入量，以达到好的水处理效果。

表1水处理综合控制表

根据中央空调冷却循环水的补充水情况，加入水处理剂后的循环冷却水控制范围一般pH≤8.5；Ca²⁺浓度为160-200mg/L；总碱度≤500mg/L；氯离子浓度≤1000mg/L；硬度≤10mmol/L；总磷1-2mg/L；电导率≤5000μs/cm。从表1，7.15日分析数据的pH值、Ca²⁺浓度、总碱度、氯离子含量、硬度、电导率看都在控制范围内，除总磷含量外，与补充水比较都没有超过3倍，说明药剂加入量正常，不用调整，但溶解固溶量高，所以需要排污，并根据补水量和药剂投加浓度投加阻垢缓蚀剂13kg，排污时间根据排污量和排污速度决定，然后再根据溶解固溶量和设备的冷凝温度(从设备上查)和由附图2溶解固溶量＝10122mg/查出A＝0.25；冷凝温度℃＝32.8查出B＝1.83；由Ca²⁺＝441.5mg/L查出C＝2.64；由总碱度＝251.1mg/L查出D＝2.40，将A、B、C、D代入饱和指数公式pHs＝9.7+A+B-C-D＝6.74，代入Ryznar稳定指数S＝2pHs-pH＝6.78＞6，是无结垢趋势的弱腐蚀性水。根据附图1由Ca²⁺＝441.5mg/L查出P_Ca2＝2.3；由总碱度＝251.1mg/L查出P_ALX＝2.3；由溶解固溶量＝10122mg/查出冷凝温度℉＝91.04查出C＝2.11,代入饱和指数公式pHs＝P_Ca+P_MALK+C＝6.71，代入Ryznar稳定指数S＝2pHs-pH＝6.72＞6，是无结垢趋势的弱腐蚀性水，同查表结果基本一致，由此我们得出此时的冷却循环水水质基本符合水处理要求，加药量合理，不需排污，并根据计算的总补水量，按原加药量20ppm加入计算，阻垢缓蚀剂加入量为：32.21T/h×20克/吨×20h≈13kg。从7.17分析结果看pH值、Ca²⁺浓度、总碱度、氯离子浓度、硬度、电导率、都在控制范围内，总磷含量高，说明阻垢缓蚀剂药剂浓度高，按容水量加入杀菌剂200吨×50克/吨＝10000g＝10kg。从7.19日分析结果看pH值、Ca²⁺浓度、总碱度、电导率、总磷、溶解固溶量都在控制范围内，氯离子浓度745.50mg/L、硬度12.80mg/L偏高，需要排污；从查表和查图法Ryznar稳定指数计算结果分别是5.26和5.16，都小于6，属于结垢性水质，需要加入阻垢缓蚀剂，根据计算补水量22.31T/h×20克/吨×20h＝8924g≈9kg。从以上综合控制表可以看出，通过用这种综合控制法，可以定量的计算出加药量、排污量，减少了以往中央空调水处理加药的盲目性，同时根据pH值、Ca²⁺浓度、碱度、电导率、总磷分析、溶解固溶量数据，结合计算的Ryznar稳定指数可以综合判断该冷却循环水的水质情况，并据此调整水处理措施，使水处理工艺更科学合理。该单位的中央空调冷却水处理良好，在运行过程中无因设备结垢腐蚀而影响使用。

实施案例2中央空调冷却循环水实施综合控制水处理与未处理前比较

表2中央空调冷却循环水实施综合控制水处理与未处理前

	清洗时间间隔	清洗药剂量(kg)	结垢情况	腐蚀情况
					处理前	1年	100	严重	大
处理后	2年	40	很少	小

通过表2可以看出，用这种综合控制控制法可以降低结垢速度，降低腐蚀，减少化学除垢次数，同时减少了清洗药剂量。

实施案例3电导率控制法和本发明综合控制法比较

表3电导率控制法和本发明综合控制法比较

	加药次数	药剂量	排污次数	结垢情况	腐蚀情况
						电导率法	1天数次	大	多	无法控制	不可监测
综合控制法	间隔1-2天	小	少	能控制	可以监测

由表3可以看出，中央空调冷却循环水的水处理的电导率控制法，水处理药剂用量大，排污次数多，只解决了阻垢缓蚀剂的投加问题，对于水处理的效果不能做出判定，而本发明采用的综合控制法，通过实际测定和理论计算来对其水处理进行控制，减少了水处理药剂用量和排污次数，使水处理的效果能够通过数据进行控制。

表4补充水电导率监控记录

从表4可以看出，每天的补充水电导率是不一样的，如果用电导率来控制排水，并根据排水量来控制加药量是不准确的。

Claims (2)

1.一种中央空调冷却循环水结垢和腐蚀的综合控制处理方法，其特征在于，通过如下步骤实现：

(1)、分别对冷却循环水和补充水水质进行化学分析，分析项目为钙离子浓度、氯离子浓度、pH值、总碱度、电导率和总硬度；

(2)、记录冷却循环水的进出水温度，冷凝温度和冷却设备运行时间；

(3)、根据如下公式计算冷却循环水的浓缩倍数、蒸发量、补水量和强制排污量(T/h)：

冷却循环水的浓缩倍数N的计算：

C_R--------冷却循环水的盐浓度mg/L，以钙离子浓度或碱度计算，

C_M-------补充水的盐浓度mg/L，以钙离子浓度或碱度计算，

蒸发量E的计算：

R-------------冷却循环水的循环水量(m³/h)

ΔT-----------冷却循环水进出水的温度差(℃)

强制排污量B的计算：

W------------飞散损失量(m³/h)：其占冷却循环水量的0.05—0.2％；补充水量M的计算：

M＝E+B+W

E-------------冷却循环水的蒸发损失量(m³/h)

B-----------强制排污量(m³/h)

W-----------飞散损失量(m³/h)；

(4)、控制循环冷却水pH≤8.5；Ca²⁺浓度为160-200mg/L；总碱度≤500mg/L；氯离子浓度≤1000mg/L；硬度≤10mmol/L；电导率≤5000μs/cm；在线间隔检测循环冷却水，若氯离子浓度、硬度、pH值和电导率其中之一指标高于上述指标，则需要排污；若钙离子浓度小于160mg/L，则加入阻垢缓蚀剂，反之加入杀菌剂；阻垢缓蚀剂的投药量按如下公式计算：以吨计补水量×每吨补充水投加药剂的量，药剂量以克计；杀菌剂加入量按冷却循环水系统的容水量加入；

(5)、间隔离线检测冷却循环水的溶解固溶量和总磷酸盐含量，若总磷含量高于1-2mg/L，则加入杀菌剂；

(6)、查图法Langelier计算饱和pH值：根据在线检测冷却循环水的钙离子浓度、总碱度、pH值、冷凝温度和离线测定的溶解固溶量，通过Langelier饱和指数图查出P_Ca、P_MALK、C的对应值，根据公式pHs＝P_Ca+P_MALK+C计算饱和pH值；P_Ca、P_MALK为钙离子浓度和总碱度测定值的对应值，C为溶解固溶量的测定值和冷却循环水的冷凝温度换算值；所述冷凝温度以华氏温度计；

(7)、查表法计算Langelier饱和pH值：根据在线检测冷却循环水的钙离子浓度、总碱度、pH值、冷凝温度(℃，摄氏温度计)和离线测定的溶解固溶量，通过A、B、C、D系数换算表查找对应值，通过公式pHs＝9.7+A+B-C-D计算饱和pH值；A为溶解固溶量测定值换算的对应值；B为冷凝温度换算的对应值；C为钙离子浓度测定值换算的对应值；D由总碱度测定值换算的对应值；所述冷凝温度以摄氏温度计；

(8)、根据查图法和查表计算出的Langelier饱和pH值，通过Ryznar稳定指数S＝2pHs-pH计算稳定指数，pH为实际测定的冷却循环水的pH值；根据S值判断水质状况：S﹤6，结垢，则加入阻垢缓蚀剂；S＝6，不结垢也不腐蚀，不加阻垢缓蚀剂；S﹥6，腐蚀，则加入阻垢缓蚀剂。

2.如权利要求1所述的中央空调冷却循环水结垢和腐蚀的综合控制处理方法，其特征是在于，所用阻垢缓蚀剂为含有有机磷、聚羧酸、BTA及辅料的药剂，药剂加入量，首次按其在冷却循环水中40ppm加入，补加按其在补水量中20ppm加入；所用杀菌剂按1吨水加入50克。

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