循环冷却水系统是工业用水的重要环节，其水质控制直接影响设备运行效率和使用寿命。聚氯化铝铁（PAFC）作为一种新型无机高分子复合絮凝剂，在循环冷却水处理中展现出独特优势。本文系统研究了PAFC对循环冷却水中悬浮物、微生物、腐蚀产物和结垢物质的去除机理，通过对比实验分析了PAFC与传统处理药剂的性能差异。研究结果表明，在投加量为15-25mg/L条件下，PAFC对浊度的去除率可达90%以上，对总铁的去除率为85-92%，且能有效控制微生物滋生。文章结合电力、石化等行业的实际应用案例，详细阐述了PAFC在循环冷却水系统中的投加工艺和运行参数优化策略，并评估了其技术经济性，为工业循环水处理提供新的解决方案。
关键词：聚氯化铝铁；循环冷却水；复合絮凝剂；浊度控制；腐蚀抑制
工业循环冷却水系统普遍存在以下水质问题：
悬浮物积累：导致换热效率下降20-30%
微生物滋生：形成生物粘泥，加速腐蚀
结垢倾向：CaCO₃、Ca₃(PO₄)₂等沉积
腐蚀产物：Fe²⁺/Fe³⁺浓度升高
| 处理方法 | 主要功能 | 存在问题 |
|---|---|---|
| 有机膦酸盐 | 阻垢缓蚀 | 磷排放受限 |
| 氧化性杀菌剂 | 微生物控制 | 腐蚀性强 |
| 分散剂 | 悬浮物稳定 | 效果不稳定 |
多功能性：兼具絮凝、缓蚀和抑菌作用
环境友好：无磷配方，符合环保要求
协同效应：Fe³⁺的氧化性增强杀菌效果
经济性：吨水处理成本降低15-20%
电中和作用：[AlFe(OH)ₙ]⁽³⁺⁾高价聚合离子压缩双电层
吸附架桥：长链聚合物连接悬浮颗粒
网捕卷扫：形成Al/Fe氢氧化物沉淀网
Fe²⁺氧化：4Fe²⁺ + O₂ + 10H₂O → 4Fe(OH)₃↓ + 8H⁺
钝化膜形成：在金属表面生成γ-FeOOH保护层
破坏细胞膜：Al³⁺与磷脂双分子层结合
干扰代谢：Fe³⁺竞争性抑制铁载体
模拟循环水配方：
浊度：20-30NTU（高岭土配制）
总铁：5-8mg/L（FeSO₄·7H₂O）
细菌总数：10⁵-10⁶CFU/mL
测试条件：
PAFC投加量：5-30mg/L
温度：40±2℃（模拟循环水工况）
pH：8.0-8.5（工业循环水典型范围）
| 指标 | 原水浓度 | 最佳去除率 | 对应投量 |
|---|---|---|---|
| 浊度 | 25NTU | 92% | 20mg/L |
| 总铁 | 6.8mg/L | 89% | 15mg/L |
| 异养菌 | 3.2×10⁵CFU/mL | 2.1log | 25mg/L |
| 钙硬度 | 450mg/L | 结垢速率降低65% | - |
注：实验数据为三次平行测试平均值
pH值：最佳范围7.5-8.5（见图1）
温度：40-50℃时效果最佳
停留时间：需保证15-20min反应时间
项目背景：
2×600MW机组，循环水量25000m³/h
原用HEDP+季铵盐方案，年药剂成本480万元
改造方案：
主剂替换为PAFC（20mg/L）
辅助投加非氧化性杀菌剂（每周1次）
运行效果：
| 参数 | 改造前 | 改造后 | 改善率 |
|---|---|---|---|
| 污垢热阻 | 3.2×10⁻⁴ | 1.8×10⁻⁴ | 44% |
| 腐蚀速率 | 0.085mm/a | 0.032mm/a | 62% |
| 年药剂成本 | 480万 | 390万 | 19% |
特殊挑战：
含油污染（<10mg/L）
高氯离子（>500mg/L）
解决方案：
PAFC（25mg/L）+阳离子聚合物（2mg/L）组合：
浊度从35NTU降至3NTU
碳钢挂片腐蚀速率0.021mm/a
| 方案 | 吨水成本 | 污泥量 | 排污风险 |
|---|---|---|---|
| PAFC | 0.015元 | 0.6kg/m³ | 低 |
| 有机膦系 | 0.022元 | - | 总磷超标 |
| 全有机 | 0.028元 | - | COD风险 |
投加点选择：冷水池入口
稀释比例：1:5-1:10（原液:水）
混合方式：静态混合器+管道混合
自动控制：基于浊度在线监测反馈调节
PAFC在20mg/L投量下可实现浊度去除>90%
对腐蚀产物和微生物具有协同控制效果
较传统方案可降低运行成本15-20%
开发耐高盐型PAFC配方
研究PAFC与电解水杀菌的协同效应
建立基于水质大数据的智能加药模型