许多工业生产中都直接或间接使用水作为冷却介质，因为水不但使用方便，价格低，而且热容量大，沸点高，化学稳定性好。在工业总用水量中冷却水占一半以上。如一个年产30万吨的合成氨厂，每小时冷却水量达23500吨，每天耗水56400吨，如以每人每年用水30吨汁，则可供18800人用一年。为了节约水资源，国内外普遍实行冷却水循环使用。图11-1是应用十分广泛的敞开式循环冷却水系统。冷水池2中冷却水由循环泵3送往系统中各换热器4，冷却工艺热介质，冷却水本身温度升高后，再流往冷却塔5，由布水管道喷淋到塔内填料上，空气则由塔底百页窗空隙进入塔内，并被塔顶风扇抽吸上升，与落下的水滴接触换热，将热水冷却。在循环冷却过程中，有部分水因蒸发、风吹和渗漏而损失，同时有部分杂质和气体进入系统，使循环水量减少、水质发生变化。为了维持系统水量平衡和本质稳定，必须补充一定量的冷却水，并排出一定量的浓缩水(排污)，为保证补充水的质量，通常须将抽取的原水经过混凝、澄清、过滤、软化等预处理。有的循环冷却水系统还采用旁滤池6过滤部分冷却水(通常1％～5％)。

由于冷却水在敞开式循环系统中长时间反复使用，使水质变化具有以下特点。

1．溶解固体浓缩

在补充水中，含有多种无机盐，主要是钙、镁、钠、钾、铁和锰的碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化物等。在开始运行时，循环水质和补充水相同。在运行过程中，因纯水不断蒸发，水中的溶解固体和悬浮物逐渐积累，其程度常用浓缩倍数K来表示。

(11-1)

式中c循、c补分别为循环水和补充水中溶解离子浓度，mg/L。计算浓缩倍数时，要求选择的离子的浓度只随浓缩过程而增加，不受其他外界条件，如加热、沉淀、投加药剂等的干扰，通常选择Cl-、SiO2、K+等离子或总溶解固体。

设补充水中某离子的浓度为cb，而循环水中该离子浓度c随补充水量B和排污量W而变化，则根据物料衡算原理，系统中该离子瞬时变化量应等于进入系统的瞬时虽和排出系统的瞬时量之差，即

(11—2)

式中V为系统中水的总容量。

对上式积分，有

(11—3)

此关系式描述了循环系统中该离子浓度变化的规律。当系统排污量W很大，也即系统在低浓缩倍数下运转时，随着运转时间的延长，指数项的值趋于减小，c由c0逐渐下降，并趋于定值 (即Kcb)。当系统排污量很小，也即系统在高浓缩倍数下运转时，系统中的c由c0逐渐升高，并趋于另一个定值 。由此可见，控制好补充水量和排污水量，理论上能使系统中溶解固体量稳定在某个定值。实际上，循环冷却水系统多在浓缩倍数K为2—5其至更高的状态下运转，故系统中溶解固体的含量、水的pH值、硬度和碱度等都比补充水的高得多，使水的结垢和腐蚀性增强。

2．二氧化碳散失

天然水中含有钙镁的碳酸盐和重碳酸盐，两类盐与二氧化碳存在下述平衡关系：

(11-4)

空气中CO2含量很低，只占0.03％～0.1％左右。冷却水在冷却塔中与空气充分接触时，水中的CO2被空气吹脱而送入空气中。试验表明，无论水中原来所含的CO32-及HCO3-量是多少，水滴在空气中降落1.5～2s后，水中CO2几乎全部散失，剩余含量只与温度有关。如循环水温达50℃，则无CO2存在。因此，水中钙镁的重碳酸盐全部转化为碳酸盐。因碳酸盐的溶解度远小于重碳酸盐，使循环水比补充水更易结垢。

3.溶解氧量升高

循环水与空气充分接触，水中溶解氧接近平衡浓度。当含氧量接近饱和的水流过换热设备后，由于水温升高，氧的溶解度下降，因此在局部溶解氧达到过饱和。冷却水系统金属的腐蚀与溶解氧的含量有密切关系，如图11-2所示，图中将20℃含氧饱和的水的腐蚀率定为1。由图可见，冷却水的相对腐蚀率随溶解氧含量和温度升高而增大，至70℃后，因含氧量已相当低，才逐渐减小。

4．杂质增多

循环水在冷却塔中吸收和洗涤了空气中的污染物(如SO2、NO2、NH3等)以及空气携带的泥灰、尘土、植物的绒毛、甚至昆虫等，结果使水中杂质增多。在不同地区、季节和时间的空气中，杂质的含量不同，进入循环水的污染物量也不同。另外，当工艺热介质发生泄漏时，泄漏的工艺流体也会污染循环水。

5．微生物滋生

循环水中含有的盐类和其他杂质较高，溶解氧充足，温度适宜(一般25～45℃)，许多微生物(包括细菌、真菌和藻类)能够在此条件下生长繁殖，结果在冷却水系统中形成大量粘泥沉淀物，附着在管壁、器壁或填料上，影响水气分布，降低传热效率，加速金属设备的腐蚀。微生物也会使冷却塔中的木材腐朽。

冷却水质变化的结果，常使系统发生腐蚀和结垢故障。腐蚀故障不仅缩短设备寿命，而且引起工艺过程效率的降低、产品泄漏和污染等问题，在高温高压过程的冷却水系统，还可能发生安全事故。结垢故障由水垢或粘泥引起，不仅使传热效率降低，影响冷却效果，严重时使设备堵塞而不得不停工检修。污垢还降低输水能力，增加泵的动力消耗，并促使微生物滋生，间接引起腐蚀。

循环冷却水处理的基本任务就是防止或缓减系统的腐蚀和结垢以及微生物的危害，确保冷却水系统高效安全地运行。