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工业水问答题


三、问答 1、简述工业冷却水对水质的要求。 水温要尽可能低一些;水的浑浊度要低一般要求浊度<2mg/L;水质不易结垢;水质对金属 设备不易产生腐蚀;水质不易滋生菌藻微生物 2、叙述混凝的机理。 压缩双电层:加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到 吸附层中,从而使扩散层厚度减小。 吸附电中和:胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等,来降低 z 电位。 吸附架桥:指投加的水溶性链状高分子聚合物絮凝剂,在静电力、范德华力和氢键力等的作 用下,将胶体和悬浮颗粒吸附、架桥形成一串串絮体(矾花)相互融合聚结为大絮体而沉降 的过程。 沉淀物网捕: 某些混凝剂当投加量大得足以迅速沉淀形成金属氢氧化物或金属碳酸盐时, 水 中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕而去除。 3、简述混凝的影响因素。 水温的影响;水的 pH 及碱度的影响;水中杂质浓度;水力条件的影响;药剂投加量的影响 4、简述曝气除铁和锰砂过滤除铁的机理。 地下水中的 Fe2+常以 Fe(HCO3)2 化合物存在,当水提到地面遇到空气中的氧时,即被氧化 位 Fe3+,形成难溶的红棕色 Fe(OH)3 沉淀,该过程称曝气除铁。曝气装置常用的有莲蓬头 曝气装置和跌水曝气装置。 天然锰砂中含有 MnO2,它是 Fe2+氧化成 Fe3+的良好催化剂,其催化反应为:

Fe(OH)3 沉淀物经锰砂层过滤后除去。因此,锰砂既是催化剂又是滤料。 5、画出并会叙述敞开式循环冷却水系统的流程 冷却水在完成换热任务后变成热水, 此循环水量的热水被送往冷却塔顶部, 由布水管道喷淋 到塔内填料上。空气则由塔底百页窗空隙中进入塔内,并被塔顶风扇抽吸上升,与落下的水 滴和填料上的水膜相遇进行热交换, 水滴和水膜则在下降过程中逐渐变冷, 当到达冷却水池 时,水温正好下降到符合冷却水的要求。空气在塔内上升过程中则逐渐变热,最后由塔顶逸 出,同时带走水蒸气。这部分水的损失称蒸发损失 E。热水由塔顶向下喷溅时,由于外界风 吹和风扇抽吸的影响, 循环水会有一定的飞溅损失和随空气带出的雾沫夹带损失。 这些损失 掉的水,统称为风吹损失 D。为了维持循环水中一定的离子浓度,必须不断向系统中加入补 充水量 M 和向系统外面排出一定的污水。这部分水量称为排污损失 B。 6、叙述水垢和污垢的控制方法 水垢:从冷却水中除去成垢的钙离子;加酸或通 CO2 气,降低 pH,稳定重碳酸盐;投加阻 垢剂;非药剂无污染的物理阻垢技术 污垢:降低补充水浊度;做好循环冷却水水质处理;投加分散剂;增加旁滤设备 7、叙述有机磷酸和聚羧酸的阻垢分散机理 有机磷酸的阻垢机理

1.晶格畸变论 在水中加入有机膦酸时,它们会吸附到碳酸钙晶体的活性增长点上与 Ca2+ 鳌合,抑制了晶格向一定的方向成长,因此使晶格歪曲,长不大,也就是说晶体被有机膦酸 表面去活剂的分子所包围面失去活性。另外,部分吸附在晶体上的化合物,随着晶体增长被 卷入晶格中,使 CaCO3 晶格发生位错,在垢层中形成一些空洞,分子与分子之间的相互作用 减小,使硬垢变软。 2.增加成垢化合物的溶解度 有机膦酸在水中能离解出 H+,本身成带负电荷的阴离子,这 些负离子能与 Ca2+、Mg2+等离子形成稳定络合物,从而提高了 CaCO3 晶粒析出时的过饱和 度。另外,由于有机膦酸能吸附在 CaCO3 晶粒活性增长点上,使其畸变,形成的晶粒要细小 得多,意味着 CaCO3 溶解度变大, (二)聚羧酸的阻垢和分散机理 1.增溶作用:即聚羧酸溶于水后发生电离生成带负电荷的分子链, 2.晶格畸变作用:聚羧酸是线性高分子化合物,它一端吸附在 CaCO3 晶粒上,其余部分则 围绕到晶粒周围, 使其无法增长而变得圆滑。 因此晶粒增长受到干扰而歪曲, 晶粒变得细小, 形成的垢层松软,极易被水流冲洗掉。 3.静电斥力作用:因为聚羧酸在水中电离成阴离子后有强烈的吸附性,它会吸附在泥砂、 粉尘等杂质的粒子上,使粒子带有负电荷相互排斥,呈分散状态 8、叙述冷却水中金属腐蚀的机理 金属的腐蚀是一个电化学过程,阳极区、阴极区、水溶液三者构成了一个腐蚀电池。 1、金属表面不均匀性 碳钢表面由于不均匀性,存在许多微小的电极形成微电池。当与水接 触时,由于水的导电性和水中的溶解氧,从而产生氧化还原的电化学腐蚀(条件:导电介质、 阴阳极存在、传递电子的载体)。 2、氧化还原反应:造成金属腐蚀的是金属的阳极溶解反应,阴极区是不腐蚀的 9、简述孔蚀和缝隙腐蚀的机理 孔蚀又称为点蚀或坑蚀, 是在金属表面上产生小孔的一种极为局部的腐蚀形态, 是破坏性和 隐患性最大的腐蚀形态之一。 孔蚀是金属溶解的一种独特形式。 蚀孔中金属的阳极溶解是一 种自催化过程,大多数孔蚀和卤素离子有关 缝隙腐蚀常发生在≤0.1~0.2mm 的窄缝处。缝隙腐蚀的机理是:氧的还原反应主要是在缝隙 之外氧容易到达的阴极区进行。 在缝隙溶液中就有了过剩的正电荷。 这些正电荷需要带负电 的 Cl-迁移到缝隙中去,结果缝隙内金属氯化物的浓度增加,金属氯化物水解。H+和 Cl—会 加速多数金属和合金的溶解(腐蚀)。 10、叙述冷却水中金属腐蚀的影响因素及其影响。 分为化学因素、物理因素和微生物因素 一、pH 值 取决于该金属的氧化物在水中的溶解度对 pH 值的依赖关系。若氧化物溶于酸而 不溶于碱液,则该低 pH 值(<4.3)时就腐蚀得快;高 pH 值时就腐蚀得慢一些。氧化物既溶于 酸碱的两性金属,中间的 pH 值范围内有最高的腐蚀 二、阴离子:Cl-、Br-、I-增加腐蚀;铬酸根、亚硝酸根、硅酸根和磷酸根有缓蚀作用, 三、络合剂 能与水中的金属离子生成可溶性的络离子,使水中金属离子浓度降低,从而使 金属的腐蚀速度增加。 四、硬度 一定浓度的钙、镁离子减缓碳钢腐蚀,故软水比硬水腐蚀性强。但浓度过高时, 引起垢下腐蚀。 五、金属离子 碱金属离子,对腐蚀速度没有明显影响。 铜、银、铅等离子对钢、铝、镁、锌有害。在酸性溶液中,Fe3+是一种阴极反应加速剂。在 中性溶液中,Fe2+可抑制铜和铜合金的腐蚀。Zn2+对钢有缓蚀作用 六、溶解性气体

1、氧 氧对钢铁的腐蚀有两个作用:浓度低时,参加阴极反应,加速腐蚀;浓度高时,在金 属表面形成氧化膜, 抑制腐蚀。 二氧化碳 溶解状态二氧化碳的存在会引起钢和铜的腐蚀, 2、 但不会引起铝的腐蚀 3、氨存在氧化剂时腐蚀铜,氨对铝和碳钢都没有腐蚀性 4、硫化氢 硫 化氢会加速铜、钢和合金钢的腐蚀,对铝没有腐蚀性。5、二氧化硫 溶解的 SO2 会降低水的 PH 值,增加它对金属的腐蚀性。6、氯 降低冷却水的 pH 值,增加水的腐蚀性。同时,生成 的氯离子促进碳钢、不锈钢、铝等金属或合金的局部腐蚀,还会对某些氧化性保护膜的形成 起阻滞、破坏作用。 七、酸、碱、盐的浓度 非氧化性酸中,酸浓度的增加,腐蚀加剧;在氧化性酸中,腐蚀速度有一个最高值。稀碱溶 液中金属的腐蚀产物是氢氧化物,对金属有保护作用。但碱的浓度增加或温度升高,则某些 金属的氢氧化物将会溶解,腐蚀速度又增大。含盐量多,腐蚀加剧。中性盐水溶液中,腐蚀 速度-浓度曲线上有一最高点。 八、悬浮固体 在低流速部位,引起垢下腐蚀。流速过高时,对硬度较低的金属或合金产生 磨损腐蚀。 九、流速 在流速较低时,腐蚀速度随水流速的增加而增加。当流速足够高时,足量的氧, 使金属钝化。腐蚀速度下降。流速继续增加,水对钝化膜的冲击腐蚀将使金属的腐蚀速度重 新增大。对氯离子浓度高的海水,流速增加,腐蚀速度总是加快的。 十、电偶 发生连接的两种的金属,如腐蚀电位相差较大,发生电偶腐蚀。 十一、温度 金属的腐蚀速度随温度的增加而增加。温度升高,扩散系数增大,过电位和溶 液的粘度减小,氧在水中的溶解度降低,腐蚀速度降低。敞开式循环冷却水中,在温度较低 时, 腐蚀速度随温度升高而加快。 当温度升高到 77~80℃后, 腐蚀速度随温度的升高而下降。 在密闭式循环冷却水中, 金属的腐蚀速度总是随温度升高而加快。 氧在有压力的状态下溶在 水中而不能逸出。 11、叙述冷却水中金属腐蚀的控制方法及原理 (1) 添加缓蚀剂;缓蚀剂是一种用于腐蚀介质中抑制金属腐蚀的添加剂,又称腐蚀抑制剂。 使用浓度很低,腐蚀介质的基本性质不发生变化 (2)电化学保护;即在碳钢换热设备上用外加护屏或外加电流的方法,使整个换热设备变成 腐蚀电池中的一个大阴极,从而使换热设备得到保护。 (3)提高冷却水的 pH 值;pH 值↑,水中 H+浓度↓,碱度↑,阴极反应受到抑制,故冷却水 对碳钢的腐蚀性随其 pH 值的增加而降低。 (4)选用耐蚀材料的换热器; 有良好的耐蚀性能, 聚丙烯换热器、 钛和钛钯合金换热器、 254SMO 全奥氏体不锈钢换热器 (5)用防腐涂料涂覆;是在碳钢换热器的传热表面上涂上防腐涂料,形成一层连续的牢固附 着的薄膜,使金属与冷却水隔绝,避免受到腐蚀。 12、什么是狭义碱性冷却水处理及遇到的问题和解决办法。 狭义的碱性冷却水处理仅指不加酸调节 pH 值的处理 ①饱和指数增大,稳定指数(减小,碳酸钙的沉积倾向增加,易引起结垢和垢下腐蚀。 ②腐蚀速度下降,但不一定能达到设计规范要求,除进行结垢控制和微生物生长控制外,还 要进行腐蚀控制。 ③给聚磷酸盐和锌盐的使用带来了困难。 生成磷酸钙垢的倾向增大; Zn2+易于生成 Zn(OH)2 析出, 解决方法:添加专门为碱性冷却水处理开发的复合缓蚀剂。 13、简述缓蚀剂的分类及其作用机理 1、根据所抑制的电极过程:阳极型缓蚀剂、危险型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂、混合型缓蚀剂。

2、根据生成保护膜的类型:氧化膜型、沉淀膜型和吸附膜型缓蚀剂。氧化膜型典型例子是 铬酸盐和亚硝酸盐。沉淀膜型聚磷酸盐、硅酸盐、锌盐和苯甲酸盐等。吸附膜型缓蚀剂硫醇 类、有机胺, 3、根据其他用途、化学组成、相态、被保护金属的种类、使用的腐蚀介质的 pH 值分类 14、简述敞开式循环冷却水系统中存在大量微生物的原因。 ①冷却水系统中水的温度和 pH(6.5~9.0)的范围恰好适宜多种微生物的生长;②冷却水系统 中工艺物质泄漏入冷却水系统, 为其中的微生物提供了营养源(养料); ③冷却水在冷却塔内 的喷淋曝气过程中溶入了大量的氧气, 为好氧性微生物提供了必要条件; ④而冷却水中悬浮 物形成的淤泥又为厌氧性微生物提供了庇护所; ⑤冷却水中的硫酸盐则成为厌氧性微生物— —硫酸盐还原菌所需能量的来源。 15、简述冷却水系统中引起故障的微生物及其危害。 常见的会引起故障的微生物主要是细菌、真菌和藻类。 一、细菌:1、产黏泥细菌产生一种胶状的、黏性的或黏泥状的、附着力很强的沉积物,降 低冷却效果,阻止发生缓蚀、阻垢和杀生作用,形成差异腐蚀电池而发生沉积物下腐蚀。本 身并不直接引起腐蚀。2、铁细菌能使水中的亚铁化合物转变为不溶于水的三氧化二铁的水 合物沉积下来,通过反应获得生长所需的能量。沉积物在细菌周围形成大量的棕色黏泥,从 而引起管道堵塞,同时在铁管壁上形成锈瘤结节,产生点蚀。形成氧浓差腐蚀电池,加氯或 非氧化性杀生剂的方法来控制。3、硫酸盐还原菌是厌氧微生物,黏泥下面产生的硫化氢主 要腐蚀碳钢 4、产酸细菌 ①硝化细菌 能将氨氧化为硝酸冷却水的 pH 值下降,控制硝化细 菌生长上,氯以及某些非氧化性杀生剂非常有效②硫杆菌 能把硫、硫化物或硫代硫酸盐氧 化成硫酸,产生黏质膜 二、真菌:包括霉菌和酵母菌,使冷却塔的本质构件朽蚀。用有毒盐类溶液浸渍木材的方法 来防护;产生黏泥并没有直接的腐蚀性,氧浓差腐蚀电池使缓蚀剂不能发挥作用。 三、藻类:有蓝藻、绿藻和硅藻。藻类进入冷却水中引起沉积,常停留在阳光和水分充足的 地方.死亡的藻类为细菌和霉菌提供食物。藻类形成的团块堵塞换热器中的管路,藻类不直 接腐蚀,而发生沉积物下腐蚀。 16、简述好氧腐蚀和厌氧腐蚀的机理。 好氧腐蚀 锈瘤遮盖了钢铁的表面,由于微生物耗氧,锈瘤又阻碍氧的扩散,结果使锈瘤下 部常常处于缺氧状态,形成氧浓差腐蚀电池,缺氧区形成阳极使金属溶解,有氧区的金属表 面成为阴极; 并使冷却水中的缓蚀剂难于与金属表面作用生成保持膜。 从而使钢的腐蚀速度 增加。 厌氧腐蚀 在阴极,SRB 利用体内的氢化酶消耗电子将硫酸盐还原为硫化氢,在水中生成 FeS 、Fe(OH)2 促进阳极腐蚀。 17、简述冷却水中微生物黏泥引起的故障(不重要) ①黏泥附着在换热(冷却)部位的金属表面上,降低冷却水的冷却效果; ②大量的黏泥将堵塞换热器中冷却水的通道, 使冷却水无法工作; 少量的黏泥则减少冷却水 通道的截面积,降低冷却水的流量和冷却效果,增加泵压; ③黏泥聚集在冷却塔填料的表面或填料间,堵塞冷却水的通过,降低冷却塔的冷却效果; ④粘泥覆盖在换热器内的金属表面, 阻止缓蚀剂与阻垢剂到达金属表面发挥其缓蚀与阻垢作 用,阻止杀生剂杀灭黏泥中和黏泥下的微生物,降低这些药剂的功效; ⑤黏泥覆盖在金属表面,形成差异腐蚀电池。引起这些金属设备的腐蚀; ⑥大量的黏泥,尤其是藻类,存在于冷却水系统中的设备上,影响了冷却水系统的外观。 18、简述冷却水系统中微生物的控制方法。 一、选用耐蚀材料 二、控制水质 三、采用杀生涂料 四、阴极保护 五、防止阳光照射 六、

清洗 七、旁流过滤 八、混凝沉淀 九、噬菌体法 十、添加杀生剂 19、简述极限碳酸盐法筛选阻垢剂的机理。 原理:设原水总碱度为 M 原,循环水的总碱度为 M 循, 产生沉淀,M 循就不再呈直线关系 增长。刚出现沉淀时所对应的 M 循称极限碳酸盐碱度。若在水中加入阻垢剂,则碳酸钙不易 析出,但当 K 增大到某一值时,还是会析出碳酸钙。与此相对应的 M 循称为加入阻垢剂后的 极限碳酸盐碱度。因此,加入阻垢剂后,极限碳酸盐碱度愈高,阻垢剂效果越好。实验方法 采用动态模拟浓缩装置。 20、物理清洗法和化学清洗法的特点。 物理清洗的优点有: ①省去药剂费用; ②避免了废液排放或处理问题; ③不易引起设备腐蚀。 缺点有:①中断运行后才能进行;②对硬垢和腐蚀产物,效果不佳;③清洗操作比较费工。 化学清洗的优点是: ①可以除去多数物理清洗不易除去的硬垢和腐蚀产物; ②清洗时可以不 打开冷却设备,对设备内间隙小的部位也能进行清洗,③清洗的时间较短,费工较少;④有 些化学清洗可以在不停车状态下进行。缺点是:①化学清洗时处理不当或缓蚀剂使用不当, 会引起设备严重腐蚀;②清洗后的废液需要进行处理,否则会引起环境污染;③有些化学清 洗药剂的费用较高,有些药剂对操作人员的健康有影响。 四、计算题 碳酸钙析出的判断方法 (1)饱和指数(L.S.I.) :重碳酸钙既不分解成碳酸钙,碳酸钙也不会继续溶解。此时水 的 pH 值称为该水的饱和 pH 值,以 pHs 表示之。以水的实际 pH 与其 pHs 的差值来判断水垢 的析出。此差值称为饱和指数,以 L.S.I.表示。 计算饱和 pH(pHs)的公式 式中 K2、Ks——以活度表示的碳酸的二级电离常数和碳酸钙的溶度积;μ ——离子强度。 计算饱和 pH 的简化方法 式中:A——总溶解固体系数; B——温度系数;C——钙硬度系数;D——M 碱度系数。 L.S.I. >0 时,碳酸钙垢会析出,这种水属结垢型水;当 L.S.I. <0 时,则原来附在 传热面上的碳酸钙垢层会被溶解掉, 使碳钢表面裸露在水中而受到腐蚀, 这种水称作腐蚀型 水;当 L.S.I. =0 时,碳酸钙垢不析出,原有碳酸钙垢层也不会被溶解掉,这种水属于稳 定型水。 (2)稳定指数(R.S.I.) 对某些水,其饱和指数虽然是正值,但是水的腐蚀性却很强。用 经验式 2pHs-pH 来代替饱和指数预测水质性能,并把 2pHs-pH 的差值称做稳定指数。 (3)结垢指数(P.S.I) pHeq=1.465lg[M-碱度]+4.54 式中 M-碱度——系统中水的总碱度(以 CaCO3 计)mg/L 并指出结垢指数为:P.S.I.=2pHs-pHeq>6 腐蚀 P.S.I.=2pHs-pHeq=6 稳定 P.S.I.=2pHs-pHeq<6 结垢 (4)临界 pH 结垢指数沉淀析出时,与过饱和度相应的 pH 值称临界 pH 值,以 pHc 表示。 当水的实际 pH 值大于 pHc 就会结垢,小于 pHc 则不结垢。pHc 是实验测定值,各种影响因 素都包括进去了,比 pHs 值高。一般 pHc=pHs+(1.7~2.0)


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