濃縮倍數是循環水水質管理的一個重要經濟技術指標。隨著循環水水處理藥劑的發展，循環水處理都向高濃縮倍數(≥3.5)方向發展。濃縮倍數高，既降低了新鮮補水量，又可節約藥劑，降低運行成本，同時減少排污水量，減輕對環境的污染。反之，濃縮倍數偏低，運行成本上升。但在高濃縮倍數的運行情況下，水中的結垢性和腐蝕性離子成倍增加，并且藥劑在系統中的停留時間延長。因此，在高濃縮倍數運行情況下如何判斷系統水質是否具有惡化趨勢，及時調整運行指標和水穩劑配方，顯得尤為重要。筆者在運行實踐中發現，可利用濃縮倍數不同測定方法的差值來判斷系統出現的運行故障。
表1 濃縮倍數不同測定方法的數據統計
月份
200302
|
200303
|
200304
|
200305
|
200306
|
200307 |
電導率
(μS/cm2)
|
循環水
|
660
|
860
|
700
|
820
|
700
|
680 |
補充水
|
290
|
250
|
220
|
220
|
208
|
200 |
K1
|
2.3
|
3.4
|
3.2
|
3.7
|
3.4
|
3.4 |
Ca2+
(mg/l)
|
循環水
|
203.4
|
282.6
|
286.2
|
323.9
|
266.3
|
297.3 |
補充水
|
102
|
95
|
86.9
|
78
|
78.1
|
90.1 |
K2
|
2.0
|
3.0
|
3.3
|
4.2
|
3.4
|
3.3 |
K+
(mg/l)
|
循環水
|
4.6
|
6.3
|
6.1
|
6.0
|
5.9
|
5.8 |
補充水
|
2.1
|
1.9
|
1.9
|
1.4
|
1.6
|
1.6 |
K3
|
2.2
|
3.3
|
3.2
|
4.3
|
3.7
|
3.6 |
(K1-K3)/k3 (%)
|
4
|
3
|
0
|
14
|
8
|
5 |
(K2-K3)/k3 (%)
|
9
|
9
|
3
|
2
|
8
|
8 |
| |
1 濃縮倍數的測定方法
濃縮倍數是用循環冷卻水中某組分的含鹽濃度和補充水中某組分的含鹽濃度的比值來表示，但一般被檢測的某組分含鹽濃度應不受外界條件(加熱、沉積、投加藥劑等)影響而變化，故可采用電導率，Ca2+，K+方法來測定循環水中的濃縮倍數。
循環冷卻水中的溶解鹽類呈離子狀態，具有一定的導電能力，因此可用溶液中的電導率間接地表示溶解鹽類的含量。電導率測定方法較簡單，但由于系統中投入氧化性殺菌劑后會增加一些溶解性的Cl-，Br-等離子，同時系統的物料泄漏等原因會引起電導率的波動。所以，對于循環冷卻水系統而言，投入氧化性殺菌劑一般都是定期的，物料泄漏也不是經常性的。因此用電導率測定循環水濃縮倍數具有一定的參考意義。
一般來說，Ca2+是結垢因素，循環水在運行過程中或多或少會出現結垢現象，尤其在高濃縮倍數的情況下，因此用Ca2+測定出來的濃縮倍數會偏低�！�
K+離子在水中的溶解度相當大，在運行過程中不會析出，同時補充水的K+也基本穩定，因此用K+測定出來的濃縮倍數較準確。
2 不同測定方法的差值分析
本文探討的濃縮倍數之間的差值以K+為基準，結合垢樣分析結果，找出它們之間存在的關系。某煉油廠循環冷卻水濃縮倍數用不同測定方法實測統計數據見表1。
由表1可知：循環水系統在2，3，4月份運行階段，濃縮倍數較低。用三種測定方法測得的結果相差不大，表明系統基本沒有結垢趨勢。但濃縮倍數在3.0左右不排除系統有腐蝕趨勢，為了分析腐蝕情況，結合垢樣分析結果具體分析，監測換熱器垢樣分析結果見表2。
表2 監測換熱器垢樣分析結果
項目
CaO(%)
|
MgO(%)
|
Fe2O3(%)
|
Al2O3(%)
|
P2O5(%)
|
ZnO(%) |
200304
|
15.56
|
6.98
|
13.42
|
8.04
|
13.2
|
12.53 |
200305
|
19.74
|
7.41
|
3.40
|
8.09
|
14.19
|
12.56 |
200306
|
20.64
|
6.86
|
7.8
|
7.76
|
12.72
|
11.03 |
| |
由表2可知：4月份垢樣分析中Fe2O3腐蝕因子含量比5，6月份偏高，表明系統具有腐蝕傾向。某煉油廠循環水的水穩劑配方采用丙烯酸二元共聚物、有機膦酸鹽(HEDP)和鋅鹽復合藥劑，丙烯酸二元共聚物起阻垢作用，有機膦酸鹽和鋅鹽復合作緩蝕劑，可以提高膦酸鹽的緩蝕效果。根據藥劑在金屬表面形成各種不同的膜來劃分，可將此類復合藥劑劃分為沉積膜型緩蝕阻垢劑。對于此類沉積膜型緩蝕阻垢劑，只有當藥劑的沉積性能和阻垢分散性能達到平衡時，藥劑才發揮良好的緩蝕和阻垢效果［１］。
從表1看出：循環水系統在5， 6月份運行階段，濃縮倍數較高，三種測定方法測得的結果值相差較大，可能原因是水穩劑在高濃縮倍數的條件下，水穩劑的沉積能力大于阻垢分散能力，Ca2+析出沉積在水冷器的表面上，在金屬表面上形成一層保護膜，防止金屬被腐蝕(由表2可知：5月份Fe2O3腐蝕因子比4月份下降了75%)。結合垢樣的CaO，MgO，P2O5三項結垢因素來看，5月份三項結垢指標和為41.34%，4月份為35.74%。表明系統腐蝕情況雖得到了遏制，但結垢趨勢更加明顯。鑒于濃縮倍數在4.3左右，藥劑阻垢分散性能較差，一般有兩種方法可提高阻垢性能：
(1)調整原配方，增加阻垢性能；
(2)降低濃縮倍數。
考慮到短時間調整配方比較困難，6，7月份將濃縮倍數降低在3.5～4.0左右運行，6月份的三項結垢指標和也有所下降，表明系統結垢傾向得到了抑制。從表1還可以看出：循環水濃縮倍數在3.6左右運行時，用三種測定方法測得的結果相差不大，表明水穩劑的阻垢性能與沉積性能趨于平衡；濃縮倍數<3.5時，系統有腐蝕趨勢；濃縮倍數>4.0時，系統有結垢趨勢。從表2還可以看出，垢樣分析結果中，ZnO含量比較高，在高濃縮倍數的情況下，循環水中的碳酸鹽含量不斷濃縮，pH值上升。根據運行實踐來看，濃縮倍數在3.0以上運行，pH值一般在8.2～ 9.0。而pH值在6.5～7.0，有機膦酸鹽對Zn2+的穩定能力>90%；pH值=7.5，Zn2+的穩定能力下降至75.2%；pH>7.5，pH值愈高，Zn2+的穩定能力愈低［2］。
因此，在高濃縮倍數的情況下，應考慮水穩劑配方中穩Zn2+功能，進一步降低結垢傾向。
3 討論
(1)在高濃縮倍數情況下，利用三種測定方法測得的結果的差值能較準確地判斷循環水系統結垢和腐蝕傾向。通過比較，及時調整循環水系統運行指標和濃縮倍數，對穩定系統運行，保證現場水冷器安全、穩定運行有著積極意義。
(2)對于一個較穩定的循環水系統而言，用K+，Ca2+之間的差值來判斷應更準確些，因為補充水的電導率是有波動的，同時循環水系統投加氧化性殺菌劑、系統物料泄漏等也會引起循環水電導率波動。
(3)三種測定方法之間的差值在一個什么范圍內能判斷系統結垢、腐蝕傾向，筆者認為對于不同的循環水系統可以通過平時的統計結果，找出三種測定方法對應的關系，以利于指導循環水的水質管理工作。循環水的濃縮倍數的測定方法還有Cl-，SiO2法。對于不同系統，應選取幾個干擾不大的主要指標作為參考依據。
(4)循環水在高濃縮倍數的情況下運行，水中的結垢性和腐蝕性離子成倍地增加，并且藥劑在系統中的停留時間延長。欲準確判斷系統結垢和腐蝕情況，還可以結合現場監測換熱器、掛片的結果，冷卻塔填料、百葉窗上的附著物等情況來進行輔助判斷。
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