循環水濃縮倍數的檢測方法及控制指標

循環水濃縮倍數是指循環冷卻水系統在運行過程中，由于水分蒸發、風吹損失等情況使循環水不斷濃縮的倍率(以補充水作基準進行比較)，它是衡量水質控制好壞的一個重要綜合指標。濃縮倍數低，耗水量、排污量均大且水處理藥劑的效能得不到充分發揮；濃縮倍數高可以減少水量，節約水處理費用；可是濃縮倍數過高，水的結垢傾向會增大，結垢控制及腐蝕控制的難度會增加，水處理藥劑會失效，不利于微生物的控制，故循環水的濃縮倍數要有一個合理的控制指標。
　　濃縮倍數的檢測方法有很多，由于各廠補充水水質及循環水運行情況的差異，不同方法測出的結果都不同，所以對不同循環水濃縮倍數的檢測方法進行比較是很有必要的。
　　1 循環水濃縮倍數的檢測方法
　　循環水系統日常運行時，濃縮倍數的檢測一般是根據循環水中某一種組分的濃度或某一性質與補充水中某一組分的濃度或某一性質之比來計算的。即：
　　K＝C_循/C_補(1)
　　式中　C_循--循環水中某一組分的濃度
　　　　　C_補--補充水中某一組分的濃度
　　但對于用來檢測濃縮倍數的某一組分，要求不受運行中其他條件如加熱、投加水處理劑、沉積、結垢等情況的干擾。因此，一般選用的組分有Cl^-、Ca²⁺、SiO₂、K⁺和電導率等。
　　1.1 Cl^-、Ca²⁺法
　　雖然Cl^-的測定比較簡單，在循環水運行過程中既不揮發也不沉淀，但我廠因常用Cl₂或NaClO、潔爾滅等藥劑來控制水中的微生物及粘泥，這樣會引入額外的Cl^-，用該法測得的濃縮倍數會偏高；同時循環水系統在運行過程中或多或少地會結垢，尤其在高濃縮倍數時更為明顯，故用Ca²⁺法測得的濃縮倍數會偏低。
　　1.2 電導率法
　　電導率的測定比較簡單、快速、準確。從理論上來說，在循環水系統中常需要加入水處理劑和通入Cl₂，這會使水的電導率增加，另外當系統設備有泄漏時也會使電導率明顯增高，故用該法測出的電導率也會產生很大的誤差。事實上，我廠于1996年3-7月用電導率法進行了測試，結果表明：用作基準的補充水--長江水的電導率是波動不穩的，其波動范圍為154～291 μS/cm；循環水的電導率也是波動不穩的，一循、三循波動范圍分別為330～613 μS/cm、308～618 μS/cm。因此，當循環水的電導率較高、補充水的電導率也較高時，得出的K值還是不高；當循環水電導率不高而補充水電導率較低時，K值也會高。
　　1.3 SiO₂法
　　由于我廠循環水系統未投用硅酸鹽系列水處理劑，因此原來一直沿用該法。用該法檢測時，循環水濃縮倍數數據出現了異常波動且嚴重失真的現象：用以前沿用的室內新鮮水作基準進行比較時，濃縮倍數普遍偏高，一循曾高達8.5；后改用裝置補充水作基準進行比較時，濃縮倍數又普遍偏低，有時甚**出現＜1的情況。
　　1.4 K⁺法
　　從理論上來說，循環水系統中K⁺來源較少，一般在某個階段內K⁺是相對穩定的，但在不同時期，也會受土壤、地面水等外界環境的影響而有一定的變化。K⁺的溶解度較大，在運行過程中也不會從水中析出，故用K⁺法檢測循環水濃縮倍數K時，受到的干擾相對較少。
　　為此，進行了如下考察。
　　① 現場檢測結果的考察，見表1。

表1  1995年4——7月K+法規場數據
采樣日期	補充水K+含量（mg/L）	一循K+含量（mg/L）	濃縮倍數
4月1日	1.25	3.40	2.72
4月5日	1.25	3.65	0.92
4月10日	1.40	4.40	3.14
4月15日	1.60	4.70	2.94
4月20日	1.50	4.80	3.20
4月27日	1.45	3.30	2.23
5月15日	1.38	3.10	2.25
5月19日	1.45	3.40	2.34
5月23日	1.40	3.70	2.64
5月27日	1.45	3.00	2.07
5月31日	1.50	2.60	1.73
6月4日	1.39	3.39	2.44
6月12日	1.30	3.70	2.31
6月18日	1.52	3.65	2.40
7月3日	1.12	3.10	2.77
7月9日	1.58	3.22	2.04
7月15日	1.10	2.35	2.14
7月18日	1.35	3.50	2.59

　　從表1可以看出，補充水K#p#分頁標題#e#⁺的變化不大，其變化范圍為1.10～1.60 mg/L；一循水K⁺的變化范圍為2.35～4.80 mg/L。
　　同樣以一循為例，將一循數據分成兩段(4—5月/6—7月)進行數理統計結果表明：兩段檢測結果之間不存在系統誤差，因此用K+法測出的結果是可靠的。
　　② 方法精密度的考察，其結果見表2。

表2   K+標液及樣品的重復檢測結果
樣品名稱	八次重復檢測結果K+（mg/L）				平均結果x（mg/L)	標準偏差s	變異系數s/x(%)
標液6mg/L	5.88 5.82	5.94 6.12	5.94 5.88	5.82 6.12	5.94	0.12	2.02
裝置補充水*	1.98 1.98	1.92 2.04	1.92 1.98	1.92 1.92	1.96	0.045	2.30
一循水樣	3.66 3.60	3.72 3.84	3.66 3.72	3.90 3.60	3.71	0.11	2.96
三循水樣	5.64 5.70	5.58 5.46	5.58 5.40	5.34 5.70	5.55	0.14	2.52
注  *該裝置補充水中K+濃度數據為1999年11月8日所測。

從表2可見：該方法精密度高，其變異系數＜3%。
　　③ 不同實驗室間的結果對照見表3。

表3  1996年3-5 月濃縮倍數的對照分析結果（K+法）
采樣日期	研究室測得K值		供水室測得K值		兩室K值之差的**值		兩室K值之差的**值/平均值×100%
	一循	三循	一循	三循	一循	三循	一循	三循
3月18日	2.25	2.33	2.21	2.26	0.04	0.07	1.8	3.0
3月12日	2.16	2.20	2.16	2.10	0.0	0.10	0.0	4.5
3月25日	1.97	2.57	1.92	2.55	0.05	0.02	2.6	0.8
4月1日	1.85	2.85	1.85	2.65	0.0	0.20	0.0	7.3
4月8日	2.26	3.26	2.19	3.17	0.07	0.09	3.2	2.8
4月16日	2.12	3.04	1.93	2.79	0.19	0.25	9.4	8.6
4月22日	2.04	3.14	2.06	3.16	0.02	0.02	1.0	0.6
4月29日	2.62	2.21	2.75	2.23	0.13	0.02	4.8	0.9
5月6日	2.42	2.12	2.40	2.08	0.02	0.04	0.8	1.9
5月13日	2.31	停工	2.19	停工	0.12	停工	5.3	停工
5月27日	2.48	停工	2.36	停工	0.12	停工	5.0	停工
注  該對照結果為不同實驗室的不同人員對同**的不同樣品用不同儀器進行分析的結果。

　　從表3可以看出，現場應用情況也較好，兩室K值之差的**值與平均值之比值≤9.4%。#p#分頁標題#e#
　　由此可見，用K+法測出的K值誤差較小，可作為循環水系統的實際K值。
　　2 循環水濃縮倍數的控制指標
　　一般濃縮倍數低，耗水量就大，排污量也大；濃縮倍數高可以減少水量，節約水處理費用。但濃縮倍數過高會使循環冷卻水中的硬度、堿度和濁度升得太高，水的結垢傾向增大很多，從而使結垢、腐蝕控制的難度變大，使水處理藥劑(如聚磷酸鹽)在冷卻水系統內的停留時間增長而水解。因此，循環冷卻水的K值并不是愈高愈好。
　　我廠現有四套循環水系統，其中一循**大，故以一循為例加以說明。一循系統容量為1.2×10⁴m³/h，循環水量R為1.1×10⁴m³/h，根據：
　　M_補水量＝〔K·α/(K-1+α)〕×R
　　D_排水量＝〔α/(K-1+α)〕×R
　　α=△T/600
　　式中 ΔT--我廠循環水進出口水溫之差(≈8 ℃)
　　　　　K--循環水系統的K
　　　　　α--蒸發因子
　　據此可計算出α＝0.013和K＝1～10時系統所需補水量M、排污量D、(M/R)%、(D/R)%及節水率(ΔM/R)/ΔK，計算結果見表4。

表4  一循在不同K下冷卻水系統的參數計算值
項目	濃縮倍數K
	1.0	2.0		3.0		4.0		5.0		6.0		7.0		8.0		9.0		10.0
D（m3)	11000	141.2		71.0		47.5		35.6		28.5		23.8		20.4		17.8		15.9
M(m3)	11000	282.3		213.1		189.8		178.2		171.2		166.5		163.1		160.6		158.7
D/R(%)	100	1.28		0.65		0.43		0.32		0.26		0.22		0.19		0.16		0.14
M/R(%)	100	2.57		1.94		1.73		1.62		1.56		1.51		1.48		1.46		1.44
（△M/R）/△K（%）	97.4		0.63		0.21		0.11		0.06		0.04		0.03		0.02		0.02

　　從表4可以看出：
　　① 隨著濃縮倍數的增加，冷卻水系統的補充水量M和排污水量D都不斷減少。因此，提高循環水的濃縮倍數，可以節約水資源。
　　② 每提高一個濃縮倍數單位所降低的補充水量的百分比〔(ΔM/R)/ΔK〕隨濃縮倍數的增加而降低，且在低濃縮倍數時，提高K值的節水效果比較明顯；但當K提高到4.0以上時再進一步提高濃縮倍數的節水效果就不太明顯了，如一循由4.0提高到5.0時，節水量僅占循環水量的0.11%，因此我廠循環冷卻水系統的濃縮倍數控制在2.0～4.0為好。#p#分頁標題#e#
　　3 結論
　　① 我廠循環水濃縮倍數的檢測采用Cl^-、Ca²⁺、SiO₂和電導率等法誤差較大。
　　② 數理統計結果及現場應用情況表明用K⁺法具有準確度高、精密度好等特點。
　　③ 我廠循環冷卻水系統的濃縮倍數控制在2.0～4.0為好。