摘要：針對(duì)穩(wěn)定劑三聚磷酸鈉處理武鋼循環(huán)冷卻水對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的問題，比較了離子交換法、化學(xué)投藥法、化學(xué)清洗法及磁化法的特性、投資及其運(yùn)行費(fèi)用，選用磁化水處理器處理武鋼循環(huán)冷卻水，以降低水環(huán)境污染、節(jié)約用水。

關(guān)鍵詞：磁化水處理器；循環(huán)冷卻水；磁化處理

為了防止循環(huán)冷卻水換熱設(shè)備及管網(wǎng)的結(jié)垢和腐蝕，一般采取離子交換法、化學(xué)投藥法、化學(xué)清洗法進(jìn)行處理，但是這些方法不僅造成水環(huán)境污染，而且也不利于節(jié)水。磁化水處理器通過選用不同的磁性材料及水流的通路形式來使水磁化，用于循環(huán)冷卻水處理，具有降低水環(huán)境污染、節(jié)水、節(jié)能以及安裝方便、管理簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

1磁化水處理器

1．1磁化水處理器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

能制備磁化水的裝置稱為磁化水處理器。磁化水處理器按磁場(chǎng)形式可分為永磁式和電磁式兩種；按磁場(chǎng)位置又可分為內(nèi)磁式和外磁式兩種。永磁式和電磁式磁化水處理器在間隙磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的情況下效果相同，但各有特點(diǎn)。永磁式磁化水處理器的最大優(yōu)點(diǎn)是不需能源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和操作維護(hù)方便，但磁場(chǎng)強(qiáng)度受到磁性材料和充磁技術(shù)的限制，且存在隨時(shí)間的延長(zhǎng)或水溫的提高而退磁的現(xiàn)象。電磁式磁化水處理器的優(yōu)點(diǎn)是磁場(chǎng)強(qiáng)度容易調(diào)節(jié)，不僅可以達(dá)到很高的磁場(chǎng)強(qiáng)度，而且磁場(chǎng)強(qiáng)度不受時(shí)間和溫度影響，穩(wěn)定性好，但需要外界提供激磁電源。與內(nèi)磁式磁化水處理器相比，外磁式磁化水處理器具有更好的優(yōu)越性，其主要優(yōu)點(diǎn)是檢修時(shí)不必停水及拆卸管道，也不易引起磁短路現(xiàn)象。

目前國(guó)內(nèi)已有4項(xiàng)關(guān)于磁化水處理器的專利。這些專利通過選用不同的磁性材料和水流的通路形式來達(dá)到使水磁化的目的[1]。如圖1所示的磁化水處理器外型為柱狀，采用鑄鋼制作，兩端帶法蘭盤，可與管道直接相連，其內(nèi)部采用兩組N，S極相對(duì)的特殊合金永磁材料制成的磁棒，按照N—S，N排列，磁場(chǎng)能量可高達(dá)6000Gs，使用期限為15a，磁場(chǎng)強(qiáng)度衰減率為3。由于磁化處理器使用的是永久磁性材料，故無須外加電源，不耗電能。該磁化水處理器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，設(shè)備安裝十分方便，且不需要特殊的保養(yǎng)與維護(hù)。

1．2磁化處理循環(huán)冷卻水機(jī)理

1．2．1磁化緩蝕機(jī)理

水流經(jīng)磁化水處理器時(shí)，受到洛侖茲力的作用，水中的正負(fù)離子向相反的方向移動(dòng)，磁場(chǎng)中陰陽(yáng)兩極間產(chǎn)生電位差，形成微小的電子流，可將管壁上原有的鐵銹(Fe2O3)氧化，生成磁性氧化鐵Fe3O4，磁性氧化鐵可處于穩(wěn)定狀態(tài)，形成一層保護(hù)膜將鐵管壁與水完全隔開，從而起到緩蝕的作用。

1．2．2磁化防垢機(jī)理

運(yùn)用磁化處理技術(shù)對(duì)工業(yè)循環(huán)冷卻水進(jìn)行防垢處理，其作用機(jī)理在于磁場(chǎng)對(duì)水及水中的離子發(fā)生作用，改變成垢晶體的結(jié)晶速度、晶粒大小、晶體結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)對(duì)水系的作用是非常復(fù)雜的，有時(shí)各種作用相互加強(qiáng)，有時(shí)又相互抵消，其最終狀態(tài)是各種機(jī)理綜合作用的結(jié)果。

由于Ca2+的外層電子分布的特殊性，使得它易于發(fā)生離子極化，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的改變，生成的文石結(jié)晶結(jié)構(gòu)松散，附壁能力差，易于隨水一起沖走；另外，在一般情況下，水中的Ca2+以[Ca(H2O6)]2+形式存在，磁場(chǎng)作用可以減少Ca2+的水合程度，使得Ca2+的化學(xué)活性和遷移率得到提高，因此，磁化作用可以使得晶體晶粒細(xì)小并提高了結(jié)晶速度，同時(shí)使結(jié)垢物松散并易于沖走。

1．2．3磁化殺菌機(jī)理

磁場(chǎng)對(duì)生物的影響是非常復(fù)雜的問題，目前的研究工作主要集中在磁場(chǎng)的生物效應(yīng)、磁場(chǎng)的化學(xué)反應(yīng)及交變磁場(chǎng)對(duì)人體的影響方面。細(xì)菌在磁場(chǎng)中可看成是磁偶極子，當(dāng)其隨水流動(dòng)通過梯度磁場(chǎng)時(shí)，受到磁力的作用以及感應(yīng)電流的作用。當(dāng)感應(yīng)電流達(dá)到一定的閾值(3～10A／m)時(shí)，會(huì)使細(xì)胞破壞，或改變離子通過細(xì)胞膜的途徑，使蛋白質(zhì)變性或破壞酶的活性。但磁場(chǎng)滅菌機(jī)理、細(xì)菌的生物效應(yīng)和磁場(chǎng)的關(guān)系及各種細(xì)菌對(duì)磁場(chǎng)的反應(yīng)等尚需做大量的工作。

2磁化處理武鋼循環(huán)冷卻水的效果

2．1循環(huán)冷卻水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

武鋼冷軋廠老循環(huán)冷卻水系統(tǒng)(見圖2)自1978年投產(chǎn)以來，一直由硅鋼廠3水站供給，整個(gè)系統(tǒng)為開路循環(huán)系統(tǒng)，全系統(tǒng)儲(chǔ)水量為3564m3，循環(huán)水量為7600m3／h。該系統(tǒng)經(jīng)過凈化水加穩(wěn)定劑三聚磷酸鈉、阻垢劑聚丙烯酸以及殺菌劑[2]處理后供冷軋廠使用，在廠內(nèi)通過換熱設(shè)備將需要冷卻的設(shè)備所產(chǎn)生的熱量帶走，以保證被冷卻設(shè)備的正常使用。使用后的高溫冷卻水再回流到3水站水處理循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)冷卻塔降溫；部分循環(huán)水旁濾后，再供給冷軋廠作冷卻水循環(huán)使用。

2．2存在的問題

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，循環(huán)冷卻水處理最重要的是解決換熱設(shè)備的結(jié)垢和腐蝕問題。結(jié)垢不僅影響換熱設(shè)備的換熱效率，多耗能源，而且影響工藝操作。腐蝕會(huì)減少設(shè)備使用壽命，并存在安全隱患。為了防止換熱設(shè)備及管網(wǎng)的結(jié)垢和腐蝕，武鋼冷軋廠老循環(huán)冷卻水系統(tǒng)使用磷系配方水處理技術(shù)，即在凈化水中加穩(wěn)定劑(三聚磷酸鈉)、阻垢劑(聚丙烯酸)以及殺菌劑處理循環(huán)冷卻水，這樣雖然有效地控制了水垢和腐蝕，但是磷是水體營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵物質(zhì)，大量含磷廢水的排放，意味著水環(huán)境的富營(yíng)養(yǎng)化[3-4]。

2．3方案的選擇

控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢和腐蝕一般有離子交換法、化學(xué)投藥法、化學(xué)清洗法及磁化法。4種方法的特性如表1所示。表2為不同循環(huán)冷卻水處理方法的費(fèi)用比較。

通過表1和表2的比較，得出磁化法既有對(duì)環(huán)境無污染、免人員操作、對(duì)設(shè)備無腐蝕的特點(diǎn)，又有比離子交換法、化學(xué)投藥法及化學(xué)清洗法處理效果好、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。

2．3磁化處理的應(yīng)用效果

硅鋼廠3#水站供給冷軋廠的循環(huán)冷卻水在廠內(nèi)分成兩路供各個(gè)機(jī)組的換熱設(shè)備使用，其中一路是供給酸洗、五機(jī)架及HC軋機(jī)機(jī)組，另一路是供給脫脂和鍍鋅機(jī)組。根據(jù)冷軋廠循環(huán)水管網(wǎng)的流程以及投資的經(jīng)濟(jì)性，為了有效控制廠內(nèi)換熱設(shè)備、管網(wǎng)的結(jié)垢和腐蝕，采用在系統(tǒng)的兩支路上各增加一臺(tái)磁化水處理器的方案，如圖3所示。

武鋼冷軋廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)自從增加兩臺(tái)磁化水處理器后，經(jīng)過兩年多的連續(xù)運(yùn)行，不僅解決了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中換熱設(shè)備及管網(wǎng)產(chǎn)生結(jié)垢和腐蝕的現(xiàn)象，而且降低了硅鋼廠3#水站穩(wěn)定劑三聚磷酸鈉、阻垢劑聚丙烯酸以及殺菌劑等藥劑的投加量。根據(jù)水站的運(yùn)行記錄，比較改造前、后，藥劑的投加量分別減少了：穩(wěn)定劑三聚磷酸鈉0．2t／月、阻垢劑聚丙烯酸0．2t／月，殺菌劑0．3t／月。3種藥劑的購(gòu)買價(jià)格依次為：7900，38000，20500元／t，經(jīng)過計(jì)算，得出節(jié)約的藥劑總成本費(fèi)用為18．396萬元／a。藥劑總成本降低，供水水質(zhì)滿足循環(huán)冷卻水水質(zhì)要求。水質(zhì)化驗(yàn)的數(shù)據(jù)如表3所示。

在保證換熱設(shè)備的換熱效率和使用年限的前提下，既降低了運(yùn)行成本費(fèi)用，又節(jié)約了用水，有效地減少了磷系藥劑對(duì)水環(huán)境的污染，達(dá)到了磁化水處理器預(yù)期的應(yīng)用效果。

3結(jié)語(yǔ)

磁化水處理器應(yīng)用于武鋼循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，水質(zhì)滿足循環(huán)冷卻水水質(zhì)要求，不僅降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本費(fèi)用，而且有效地減少了磷系藥劑對(duì)水環(huán)境的污染，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn)
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