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次氯酸钠最佳投放量的探讨

发布时间:2015-03-02 点击:1147

1循环冷却水水质变化及对水冷设备的影响

1.1工业循环冷却水的水质要求

循环水系统是以水作为冷却介质,由换热设备、冷却设备、水泵、管道、过滤器等组成,并循环使用的一种给水系统。循环水的冷却是通过水与空气接触,由蒸发、接触和辐射散热三个过程共同作用。由于敞开式循环冷却水系统水的再冷却是通过冷却塔与空气接触进行的,因此随着水的蒸发水中的含盐量和杂质增加,给异样菌提供了生长环境,加之用水装置在冷换过程中由于泄漏产生的泄漏物,给异样菌生长繁殖也提供了环境,这些细菌、真菌和藻类的繁殖给循环冷却水系统带来了危害,诱发金属腐蚀、结垢,使得系统传热效率降低,对冷换设备及供水管网的安全运行构成了威胁,使循环水浓缩倍数进一步升高,循环水系统因菌藻类问题导致的腐蚀结垢加剧,所以控制异样菌个数在指标范围内是循环水装置的主要任务。循环水六项控制指标如下:pH8.0~8.5;浊度(mg/L)≤35;总铁(mg/L)≤1.5;药剂浓度(mg/L)(总磷和正磷)4.0~8.0,3.0~7.0;碱度(mg/L)80~500;异养菌总数(个/mL)≤100000。

1.2循环冷却水水质恶化产生的问题和原因

兰州石化公司动力厂第三循环水装置主要为炼油区供应循环水,系统运行过程中由于水在冷却塔中反复与空气接触,将空气中的浮尘等“洗”入水中,加上生产过程中的工艺物料泄漏,导致其异样菌个数、浊度、悬浮物严重超标。表1是2013年第三循环水装置水质的分析结果统计。
表1

从数据可以看出,除pH值在质量指标范围以内,其它指标都有超标现象,尤其是个别情况下异样菌个数较多。(1)异样菌个数循环水对生产造成的影响:菌类滋生导致换热器结垢使换热设备的水流阻力加大;腐蚀速率增加;换热器结垢导致传热效率降低,换热器结垢和产生的垢下局部腐蚀会加快换热器泄漏甚至报废,增加检维修费用。(2)造成异样菌严重超标的主要原因:循环冷却水在冷却塔中反复与工业大气相接触,把工业大气中的尘埃带入循环水中,给异样菌提供了养分;含盐量的升高:循环水在循环过程中被蒸发时,水中的无机盐等非挥发性物质仍留在循环水中,故循环水由于蒸发而被浓缩,给异样菌提供了养分;工艺泄漏物的进入:循环冷却水在运行过程中,冷却水系统的换热器可能发生泄露,从而使工艺物质(油类等)进入循环水;微生物的滋长:由于循环水含有大量的溶解氧、氮、磷等营养成分,有利于微生物的快速繁殖,循环冷却水中的微生物又会产主大量的粘泥,给异样菌提供了有利的生长环境,以上原因均可以导致异样菌个数增加。

2采用次氯酸钠杀菌剂处理循环水的必要性及工艺条件的选择

由于异样菌超标对生产有着严重危害,目前循环水装置异样菌控制的主要方式有:(1)通过投加氧化性杀菌剂次氯酸钠进行微生物控制,控制微生物繁衍,防止污泥大量产生。(2)通过投加非氧化性杀菌剂配合次氯酸钠投加来控制微生物的繁殖。(3)定期清除塔池积泥。所以采用杀菌剂来降低循环水系统中异样菌个数,将其控制在水质指标要求的范围内就显得非常必要。次氯酸钠可以杀灭一切微生物,在水处理行业是一种高效无毒的杀菌灭藻剂,具有消毒、除异味、除生物粘泥等作用。

本文通过系统累计数据对采用次氯酸钠这种杀菌剂降低异样菌个数的工艺条件进行探索。

2.1次氯酸钠简单介绍

次氯酸钠分子式是NaCl0,属于强碱弱酸盐,是一种能完全溶解于水的液体,是一种非天然存在的强氧化剂,属于高效、广谱、安全的强力杀菌剂,在杀菌效果方面与氯气相当,但它不像氯气会发生卤代反应而被某些有机物所消耗,也不像氯气等杀菌剂有剧毒,不会对操作人员造成直接伤害,故从安全角度考虑,在杀菌剂的选用上应优先选用次氯酸钠。

2.2杀菌原理

次氯酸钠液体通过电解食盐水制备,这种设备称为次氯酸钠发生器。其次氯酸钠的生成过程可以通过化学方程式表达如下:

其总反应表达如下:

NaCl+H20—}NaCl0+H2

电极反应:

阳极:2C1--2e----Cl2

阴极:2H++2e-----H2

溶液反应:2NaOH+Cl2---NaCl+NaCl0+H20

作为一种杀病毒药剂,它同水的亲和性很好,能与水任意比互溶,不存在液氯等药剂的安全隐患,且消毒效果被公认为和氯气相当。由于其消毒效果好,投加准确,操作安全,使用方便,易于储存,对环境无毒害,不存在跑气泄漏,因此可以在任意工作状况下投加。同时,高浓度的次氯酸钠液体还可以用于剥离设备及管道上附着的沾泥。

次氯酸钠的灭菌原理主要是通过它的水解形成次氯酸,次氯酸再进一步分解形成新生态氧,新生态氧的极强氧化性使菌体和病毒的蛋白质变性,从而使病源微生物致死。根据化学测定,次氯酸钠的水解受PH值的影响,当pH超过9.5就会不利于次氯酸的生成。而绝大多数水质的pH值都在6~8.5,对于PPM级浓度的次氯酸钠在水里几乎是完全水解成次氯酸,其效率高于99.99%。其过程可用化学方程式简单表示如下:

NaCl0+H20—HC10+NaOH

2HC10-—2HCl+02

次氯酸在杀菌、杀病毒过程中,不仅可作用于细胞壁、病毒外壳,而且因分子小,不带电荷,可渗透入菌(病毒)体内与菌(病毒)体蛋白、核酸、和酶等发生氧化反应,从而杀死病原微生物。

R-NH-R+HC10—R2NCl+H20

同时,氯离子还能显著改变细菌和病毒体的渗透压使其丧失活性而死亡。

就运行成本而言,采用次氯酸钠消毒的运行成本费用是很低的。根据英国微生物所统计的一组数据表明,次氯酸钠同氯气成本相比大约为1.05:1,基本持平。

根据表2数据统计可以看出,在水质正常区段内,三循投加次氯酸钠也可使pH值控制在指标范围内,而在再次污染区段内(1月15日~1月29日),为了控制异养菌的增加,加大次氯酸钠的投加量,次氯酸钠水解呈碱性,加大投加量势必会增加循环水的pH值。要使pH重新恢复到指标范围内,三循采取了投加硫酸作为控制pH值的手段之一。从表2中我们看到,在1月29日之后,pH值已经从8.7下降到8.2,说明调节次氯酸钠和硫酸的投加量在控制异养菌和pH值上都有较佳的成效。
表2

2.3余氯变化情况

余氯变化情况见表3中统计数据。
表3

余氯是指水经过加氯消毒,接触一定时间后水中所余留的有效氯。换句话说,余氯的量一定程度地反映循环水中杀菌剂的杀菌效果。通过数据统计可以看到,在水质正常的情况下,三循余氯值控制在一个较稳定的区段:0.25~0.7mg/L,此时有效氯和异养菌总数保持在动态平衡状态下;当水质受到污染后,水中的有效氯因杀菌而大量消耗,余氯急剧下降甚至为0。此时,循环水中的杀菌剂基本消耗殆尽。为了稳住异养菌的繁殖速率,三循加大了液氯的投加量,水中的余氯因此上升,同时比对异养菌总数统计表可以看出,杀菌效果很明显,异养菌总数上升趋势减缓,并逐渐下降。

通过数据统计可以看出,三循改用次氯酸钠作为杀菌剂后,水质正常同时保证异养菌总数达标的情况下余氯值稳定在0.2~0.7mg/L的范围内;水质污染之后加大投加量,异养菌总数下降,余氯值上升,直至水质恢复正常,余氯值回到达标范围。可见,三循投加次氯酸钠仍然可以达到投加液氯时的杀菌效果。

2.4碱度变化情况

碱度是指水中能与强酸发生中和作用的物质总量。这类物质包括强碱、弱碱、强碱弱酸盐等。碱度也是判断循环水水质的一项重要指标,指标范围为80~500mg/L,碱度过低易引发腐蚀,碱度过高易引发结垢。

通过表4统计的数据可以看出,水质正常时期,投加次氯酸钠可使碱度控制在150~210mg/L;水质污染时期,碱度则在140~160mg/L。
表4

总的来说,碱度的变化趋势同pH变化趋势基本上相同。当三循改用次氯酸钠作为杀菌剂后,碱度相对投加液氯时略高一些,不过仍处于合格指标范围内,说明改用次氯酸钠后可以在保证良好的杀菌效果情况下同样保证碱度数值不会发生太大的偏离。

3结束语

杀菌剂针对异养菌,投加后因药剂本身原因主要会影响到循环水中pH值、余氯、碱度的变化,循环水中其它指标也会间接影响到一些,在此不作讨论。各主要时期的比对结果说明了杀菌剂改投加次氯酸钠后只要重新计算好投加剂量,仍然可以达到传统杀生剂液氯能达到的效果,这样可以在保证安全的前提下安全平稳生产。

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