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循环用水   (recirculating  water)

废水经适当处理后回用于原用水设备作同一用途的水。冶金工业的循环水用于：(1)冷却过程，如冶金炉体的冷却；(2)洗涤过程，如高炉煤气的洗涤；(3)传热介质，如锅炉用水。

分类  有浊环水和净环水。浊环水与工料或产品直接接触(如洗涤用水和直接冷却用水)，废水中溶入和混入了许多污染物，往往水温也升高。通常要进行水质净化和降温冷却后，方可循环使用。净环水多是间接冷却水，因不与物料或产品直接接触，无污染物进入，故水质纯净。通常在降温处理后，即可回用。净环水又分两种系统。第一种为密闭式循环系统(如连铸机结晶器的冷却水系统)，整个系统都密闭，其水质最纯净。第二种为敞开式循环系统，在处理构筑物中与大气接触，因而也混入一些灰尘，并能繁殖菌藻类微生物，但因不是生产过程中带入的污染物，且其量有限，仍属于净环水。不论是浊环水和净环水(主要指敞开式)，在循环使用过程中都会出现结垢和腐蚀现象，因而要经过水质稳定处理。

循环率  循环水量与总用水量的比值。表示水的循环使用的程度。按下式计算：

式中R为循环率，％为总用水量，m3／h；Qm为补充水量，m3／h。

处理方法  循环水的处理方法有水质净化、降温冷却和水质稳定三类。

水质净化  用以去除循环水中的各类污染物。冶金工业循环水中最常见的是悬浮物，如烧结粉料、高炉煤气泥、轧钢铁皮等。其次是油类，如煤焦油、润滑油等。再其次是一些溶入水中的有毒有害物质，如酚、氰、氨等。悬浮物通常采用沉淀、混凝沉淀、气浮及过滤等方法予以去除，其中过滤法用于对悬浮物含量要求高的场合。油类通常采用表面撇油、气浮、混凝气浮等方法。需要对酚、氰、氨等进行处理时，在浓度低时常采用生化法。

降温冷却  降温冷却可采用冷却湖、喷水冷却池、冷却塔。冷却湖是一个天然的或人工的池塘，主要通过表面蒸发降低水温。喷水冷却池是一个贮水池，池上架设喷水管路，将热水喷成细小水滴，在与干冷空气接触中因蒸发与传热而得到冷却。冷却塔有敞开式、抽风筒式和机力式三种。冶金工业中最常使用机力式冷却塔，在需要有一定贮备水量的场合，可选用喷水冷却池。抽风筒式冷却塔只用于附属电厂的循环水冷却。

水质稳定  用以预防循环水产生污垢和腐蚀的水质处理方法。处理前，先要判定水质是否稳定。常用的判定方法有五种。

式中IL为饱和指数；pH为实测值，pHs为已知含钙量和碱度的水处于碳酸盐平衡时的pH值；pK2为碳酸二级电离常数的负对数值；pKs为碳酸钙溶度积的负对数值；P[Ca2+]为钙离子浓度的负对数值；P[碱度]为碱度的负对数值。当IL>0时，有结垢倾向；IL<0时，有腐蚀倾向；IL=0时，水质稳定，既不结垢，也不腐蚀。

第二种是稳定指数法。其值为IR=2pKS一pH20，式中的pH20为水温20℃时的实测pH值。当IR<5时，严重结垢；IR=5.6～6.0时，稍有结垢；IR=6.0～6.5时，基本稳定；IR=6.5～7.5时，稍有腐蚀；IR>7.5时严重腐蚀。

第三种是安定度指数法，其值按下式计算：

式中A为循环水的碱度；B为循环水通过粒径为0.5～1.0mm、厚500mm的碳酸钙滤层后的碱度。若CA>1，有结垢倾向；CA<1，有腐蚀倾向；CA=1±0.05，水质稳定。

第四种为极限碳酸盐硬度法。若以HB表示补充水的碳酸盐硬度，K表示浓缩倍数(即循环水含盐量与补充水含盐量之比，或补充水量与排污水量之比)，KHB即为循环水达到浓缩平衡时的碳酸盐硬度。KHB小于或等于循环水的极限碳酸盐硬度Hjz值时，不会结垢；否则会结垢。Hjz值可通过试验或根据相似条件下的运行数据确定。本法不能判断循环水的腐蚀性。

第五种是临界pH值法。向水中投加氢氧化钠，pH值即升高，至有沉淀析出时的pH值，即为临界pH值，以pHc表之。若循环水的实测pH值大于pHc时，有结垢倾向；若小于pHc。值，有腐蚀倾向。

水质稳定处理包括三种类型的防治方法。

第一类为预防化学结垢。在敞开式冷却水循环系统中常采用的方法有六种：(1)排污法，即为了不使循环水的碳酸盐硬度导致因水的蒸发而升高到大于极限碳酸盐硬度值。可将一部分硬度较大的循环水从系统中排出，补充一部分硬度较小的新水进入系统；(2)酸化法，即向循环水中投加硫酸，将碳酸盐硬度转化为非碳酸盐硬度(使CaCO3。转化为CaSO4)，因后者的溶度积较大，可防止前者的结垢；(3)软化法，即采用石灰法、石灰苏打法、离子交换法、膜分离法等除去水中的钙镁离子；(4)碳化法，即将CO2溶入水中，使CaCO3转化为Ca(HCO3)：而溶入水中；CO2的来源多为经过洗涤后的烟道气；(5)磁化法，即利用磁场效应使循环水中的结晶过程发生畸变，形成松散的细粒泥渣而悬浮于水中，最终通过排污而除去；(6)药剂法，即投加化学药剂而防垢(见水质稳定剂)。

第二类为预防化学和电化学腐蚀。敞开式冷却水循环系统主要依靠投加缓蚀剂(见水质稳定剂)控制腐蚀。在化学方面，缓蚀剂能在金属表面形成难溶的保护膜，阻止溶解氧向金属表面的扩散和铁的溶解。在电化学方面，缓蚀剂能抑制阳极过程和阴极过程，减小直至截断腐蚀电流。

第三类为预防污垢。污垢主要由悬浮物的沉积和菌藻繁殖而形成。利用循环水系统的旁流过滤，可去除水中的悬浮物。向水中投加杀生剂，可控制菌藻繁殖。

为了了解水质稳定处理的效果，可通过旁路挂片法进行测定。即在被监测的换热设备的回水管上另接一旁路，将与换热设备材料相同的金属试片挂于其中，并保持旁路的工况与回水管相同。运行一定时间后，取下挂片称重，根据增重或失重的程度，推算结垢速度和腐蚀速度。

冶金工厂的水质稳定处理有以下几种类型。第一类为密闭式净循环水的水质稳定处理。这类水因无蒸发现象，溶质不会浓缩，因而不易产生结垢。但如采用软化水或除盐水，虽能从根本上防止结垢，但腐蚀性增强。解决办法是投加缓蚀剂，如铬酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐、苯甲酸盐、硅酸盐、磷酸盐、苯并噻唑、单宁、胺类等。第二类是敞开式净循环水的水质稳定处理，这类水因有蒸发等水量损失而出现溶质浓缩。中国《工业循环冷却水处理设计规范》规定浓缩倍数不应小于2。为了保证水质不致出现不稳定，通常采用复合配方的药剂控制措施。复合配方中既有阻垢剂，又有缓蚀剂，以达综合防治和增效的作用。常用的复合配方有：聚磷酸盐与锌盐；聚磷酸盐、锌盐与巯基苯并噻唑(或苯并三氮唑)；聚磷酸盐、膦酸盐与聚丙烯酸；聚磷酸盐、铬酸盐与锌盐；铬酸盐、锌盐与氨基甲叉膦酸盐；膦酸盐与锌盐；膦酸盐与硅酸盐；锌盐与聚马来酸酐等。一般在投药防治之前，对系统要进行清洗和预膜处理。第三类为浊循环水的水质稳定处理。这类水因污染物种类多、结垢或腐蚀的原因不尽相同，处理起来更加困难。对于高炉煤气洗涤水循环系统，可采用石灰软化一碳化法、石灰软化药剂法、酸化法、排污药剂法、CO2吹脱法等进行水质稳定处理。前两法将等于一次循环所增硬度总量的部分循环水进行旁路石灰软化，再将沉淀、冷却后的水进行碳化或投入药剂。酸化法投加的药剂有硫酸和盐酸。排污法排出的水量根据物料衡算原理推算。CO2吹脱法是采用曝气法吹脱循环水中的CO2，使碳酸钙沉积于沉淀池中。对于转炉烟气除尘循环水系统，视水质不稳定的类型不同而采取不同的处理措施。若因炼钢过程中投加石灰导致循环水的碱度、硬度和pH值均升高，应采取防垢处理，如对循环水施以碳酸钠软化，使形成CaCO3沉淀而析出。若因烟气中CO2的大量溶人而使pH值降低(有时可低达3)，应采取缓蚀处理，如投加缓蚀剂等。有时循环水交替出现结垢和腐蚀倾向，可采取综合治理措施。利用转炉烟气除尘水中的氢氧化钙与高炉煤气洗涤水中的重碳酸盐反应而析出CaCO3沉淀，可达到互相处理的目的。