一種研究消毒后中水回用設備腐蝕影響因素的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于中水回用中器材腐蝕【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種研究消毒后中水回用設備腐蝕影響因素的方法。本發(fā)明方法首次采用了中心復合設計和響應曲面對中水做循環(huán)冷卻水對系統(tǒng)設備腐蝕的研究，通過本方法能形象的表達出影響腐蝕的因素之間的關(guān)系和實際效果，與正交試驗不同，中心復合設計試驗方法在保證顯著因素的同時，利用響應曲面的方法形象的表達了兩兩因素之間對腐蝕速率的影響效果。
【專利說明】—種研究消毒后中水回用設備腐蝕影響因素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于中水回用中設備腐蝕【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種研究消毒后中水回用設備腐蝕影響因素的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中水是指污水經(jīng)過適當處理后，達到一定的水質(zhì)指標，滿足某種使用要求，可以進行有益使用的水，達到二沉池出水要求的中水根據(jù)用途不同，可直接或者再經(jīng)過進一步處理后應用于工業(yè)過程中，應用最廣泛的用途就是工業(yè)冷卻水，中水回用作為工業(yè)用途，既可以節(jié)約水資源，又可以解決供水緊張的壓力，還能夠降低成本，有效防止環(huán)境污染，北京市中水回用每日處理能力可達37萬立方米，中小型中水設施日處理回用能力達到3萬立方米。
[0003]中水回用在我國尚處于起步階段，一般僅應用于灌溉和景觀用水，工業(yè)利用較少，隨著水價的上漲以及缺水的狀況越來越嚴重，中水回用做工業(yè)用水逐漸進入推廣階段；我國已經(jīng)開展了關(guān)于中水的腐蝕性能方面的研究，污水處理廠二級出水或先進二級處理出水用作工業(yè)冷卻水方面進行了大量試驗研究，并有運行成功的實例。
[0004]但中水做工業(yè)循環(huán)冷卻水回用存在對設備的腐蝕問題，由于中水處理不當導致的微生物增長從而引起的腐蝕、結(jié)垢等嚴重威脅著循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的安全。大量細菌產(chǎn)生黏泥形成污垢，直接附著在設備和管道內(nèi)壁，甚至堵塞管道，嚴重影響冷卻水設備的正常運行；微生物的新陳代謝會造成氧濃差電池的形成，加速對設備的腐蝕。在中水作循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕的研究過程中，影響腐蝕的因子有許多，電化學腐蝕和微生物腐蝕是主要的腐蝕因素，但是對外界因素影響的研究較少，尤其是流速的變化會引起水中溶解氧的變化，溫度的變化會導致細菌的復生，這些變化都會改變循環(huán)冷卻水的腐蝕效果。
[0005]由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的特殊環(huán)境，水中的溶解固體和懸浮物容易積累，容易導致水中的含鹽量增高，提高流速可以降低溶解物在系統(tǒng)中的積累，防止腐蝕的發(fā)生；循環(huán)冷卻水的水溫一般為40°C以上，由于溫度的作用，二氧化碳發(fā)生散失，水中酸性物質(zhì)減少，導致PH上升，此外水溫升高，水中的溶解氧量升高，會進一步加劇系統(tǒng)設備的腐蝕。
[0006]中水由于來源及處理工藝的關(guān)系，成份十分復雜，為保證中水回用于循環(huán)水系統(tǒng)時機組能安全穩(wěn)定運行，需要優(yōu)化循環(huán)水預處理工藝，，使中水回用做循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行，，高效實現(xiàn)水資源循環(huán)利用。，本方法采用新型的優(yōu)化方法準確評估腐蝕的影響因素，對中水做循環(huán)冷卻水運行過程進行優(yōu)化，使腐蝕速率最低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的就是探究中水回用做循環(huán)冷卻水過程中設備腐蝕的影響因素的問題，圍繞如何利用響應曲面法，對回用工藝過程進行優(yōu)化，使腐蝕速率最低。
[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種研究消毒后中水回用設備腐蝕影響因素的方法。[0009]一種研究消毒后影響中水回用腐蝕因素的方法，其具體步驟如下:
[0010]A、采用腐蝕速率作為衡量腐蝕程度的指標；
[0011]B、通過靜態(tài)試驗改變經(jīng)過消毒之后的中水所處的環(huán)境參數(shù)，得出腐蝕速率與影響因素之間的關(guān)系；
[0012]C、通過模擬循環(huán)冷卻水的運行環(huán)境，得出在動態(tài)環(huán)境下316L不銹鋼的腐蝕狀況；
[0013]D、將靜態(tài)模擬和動態(tài)模擬的結(jié)果進行分析，得出中水回用于循環(huán)冷卻水過程中影響腐蝕的因素。
[0014]所述環(huán)境參數(shù)為溫度和流速。
[0015]所述水樣為校園內(nèi)中水處理站未經(jīng)消毒的二沉池出水。
[0016]所述方法執(zhí)行完后的目標及具體方案如下:
[0017]通過分析消毒劑不同濃度的消毒效果，得出消毒劑最佳的消毒效果時的濃度范圍；
[0018]通過單因子試驗設計找出消毒劑濃度對中水水質(zhì)的變化影響程度，結(jié)合多因子試驗找出造成腐蝕的水質(zhì)因素；
[0019]采用響應面分析法RSM對影響腐蝕速率的因素進行分析，分析出濃度、溫度和流速三者各自作用于316L不銹鋼和共同作用時對腐蝕速率的影響程度；
[0020]靜態(tài)試驗和動態(tài)模擬試驗相結(jié)合，在動態(tài)模擬過程中利用靜態(tài)試驗結(jié)果，模擬出循環(huán)冷卻水在實際過程中真實的運行環(huán)境；
[0021]根據(jù)上述過程選取消毒劑濃度、溫度和流速范圍，減少對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕，保證設備的持久有序運行。
[0022]所述靜態(tài)試驗為燒杯試驗。
[0023]所述方法在進行實驗時要注意的問題及方案如下:
[0024]在進行水質(zhì)分析時，針對不同濃度的消毒劑，需鑒別其對水質(zhì)變化的影響及對腐蝕的影響程度；
[0025]動態(tài)模擬過程中，需要按時補充循環(huán)冷卻水，補給水的水量需要進行前期的實驗，防止因為蒸發(fā)造成水量缺失，從而影響試驗結(jié)果；
[0026]動態(tài)試驗過程中，隨著消毒效果的降低，細菌會再生，為了防止細菌的再生，需要及時補充消毒劑。
[0027]所述不同種類的細菌主要為鐵細菌、硫細菌和大腸桿菌。
[0028]本發(fā)明方法通過響應面優(yōu)化法選擇合適的實驗設計與非線性或線性模型進行擬合；
[0029]建立響應同各個因素之間的數(shù)學關(guān)系表達式，為了保證關(guān)系式的可靠性，在得出關(guān)系式之后，采用統(tǒng)計學檢驗保證模型的可信度；
[0030]優(yōu)化工藝條件。
[0031]所述通過響應面優(yōu)化法選擇合適的實驗設計與非線性或線性模型進行擬合時選擇中心復合設計和正交設計結(jié)合；
[0032]所述采用統(tǒng)計學檢驗通過方差分析或梯度算法校正；
[0033]所述優(yōu)化工藝條件是在得出最有結(jié)果之后根據(jù)實際工藝進行優(yōu)選。
[0034]在線性擬合之前，首先需要嚴格按試驗設計表進行試驗，以減小誤差，根據(jù)得到數(shù)據(jù)的重復性，判斷試驗結(jié)果是否可靠；其次需保證試驗中所有的變量為連續(xù)變量。響應面的最終目的是用來確定系統(tǒng)的最優(yōu)化運行條件或者確定各種因素空間中滿足運行條件的區(qū)域；主要是運用Design-Expert軟件進行試驗設計和分析，分析影響腐蝕特性的試驗因素與響應之間的關(guān)系，以及試驗因素之間的交互關(guān)系，根據(jù)分析結(jié)果對試驗條件進行優(yōu)化，得出最佳結(jié)果。
[0035]本發(fā)明的有益效果為:
[0036]通過本方法能形象的表達出影響腐蝕的因素之間的關(guān)系和實際效果，與正交試驗不同，中心復合設計試驗方法在保證顯著因素的同時，利用響應曲面的方法形象的表達了兩兩因素之間對腐蝕速率的影響效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是本發(fā)明方法實驗中消毒劑濃度和腐蝕速率之間的關(guān)系圖，為二氧化氯投加量與腐蝕速率的關(guān)系圖；
[0038]圖2是本發(fā)明方法實驗中溫度和腐蝕速率之間的關(guān)系圖，為投加二氧化氯之后溫度與腐蝕速率之間的關(guān)系圖；
[0039]圖3是本發(fā)明方法實驗中轉(zhuǎn)速和腐蝕速率之間的關(guān)系圖，為投加二氧化氯的水樣中轉(zhuǎn)速與腐蝕速率的關(guān)系圖；
[0040]圖4是本發(fā)明方法實驗中的響應曲面圖，其中圖4a是溫度-轉(zhuǎn)速響應曲面圖，圖4b是溫度-濃度響應曲面圖，圖4c是轉(zhuǎn)速-濃度響應曲面圖。
【具體實施方式】
[0041]本發(fā)明提供了一種研究消毒后中水回用設備腐蝕影響因素的方法，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0042]目前，中水回用中常用的消毒劑有二氧化氯、液氯、紫外線、臭氧等，各種消毒技術(shù)都具有各自的優(yōu)點和局限性，其中采用最廣泛的是氯消毒，在氯消毒的過程中，成本低廉、操作簡單，但是投加過多會產(chǎn)生有害物質(zhì)，從而對供水管道產(chǎn)生腐蝕危害，因此，許多專家致力于液氯消毒替代物的研究，其中有機消毒劑已經(jīng)占領(lǐng)了消毒領(lǐng)域的一些市場，但是，有機消毒劑在水處理尤其是中水回用過程中采用的相對較少。因此，如何選出有效的消毒劑，既使用方便又成本低，而且對消毒后的腐蝕影響小成為本次實驗的研究重點。
[0043]在消毒達到要求的情況下，中水作為循環(huán)冷卻水對系統(tǒng)的腐蝕主要來自電化學腐蝕，影響電化學腐蝕的內(nèi)部因素為離子濃度和溶解氧濃度，而影響離子濃度的因素來自消毒劑的投加濃度C，對溶解氧產(chǎn)生影響的主要是溫度T和轉(zhuǎn)速(或流速)R0因此，優(yōu)化因子選取消毒劑的投加濃度C、溫度T和流速R。
[0044]優(yōu)化的主要目的是考察中水經(jīng)過消毒后對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕情況，因此選取腐蝕速率CR (C，T，R)作為優(yōu)化的目標函數(shù)。
[0045]約束函數(shù)依據(jù)實驗選用如下:75r/min ^ R ^ 150r/min相當于線速度0.67m/s-1.34m/s ;溫度保持在25°C≤T ( 40°C;二氧化氯消毒劑投加濃度6mg/L≤C≤20mg/L ；
[0046]對于二氧化氯消毒劑優(yōu)化模型:
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種研究消毒后中水回用設備腐蝕影響因素的方法，其特征在于，具體步驟如下: A、米用腐蝕速率作為衡量腐蝕程度的指標； B、通過靜態(tài)試驗改變經(jīng)過消毒之后的中水所處的環(huán)境參數(shù)，得出腐蝕速率與影響因素之間的關(guān)系； C、通過模擬中水回用做循環(huán)冷卻水的運行環(huán)境，得出在動態(tài)環(huán)境下316L不銹鋼的腐蝕狀況； D、將靜態(tài)模擬和動態(tài)模擬的結(jié)果進行分析，得出中水回用于循環(huán)冷卻水過程中影響腐蝕的因素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述環(huán)境參數(shù)為溫度和流速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，具體方案如下: 通過分析消毒劑不同濃度的消毒效果，得出消毒劑最佳的消毒效果時的濃度范圍；通過單因子試驗設計找出消毒劑對中水水質(zhì)的變化影響程度，結(jié)合多因子試驗找出造成腐蝕的水質(zhì)因素； 采用響應面分析法RSM對影響腐蝕速率的因素進行分析，分析出濃度、溫度和流速三者各自作用于316L不銹鋼和共同作用時對腐蝕速率的影響程度； 靜態(tài)試驗和動態(tài)模擬試驗相結(jié)合，在動態(tài)模擬過程中利用靜態(tài)試驗結(jié)果，模擬出循環(huán)冷卻水在實際過程中真實的運行環(huán)境； 根據(jù)上述過程選取消毒劑濃度、溫度和流速范圍，減少對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的腐蝕，保證設備的持久有序運行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述靜態(tài)試驗為燒杯試驗。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于: 在進行水質(zhì)分析時，針對不同濃度的消毒劑，需鑒別其對水質(zhì)變化的影響及對腐蝕的影響程度； 動態(tài)模擬過程中，需要按時補充循環(huán)冷卻水，補給水的水量需要進行前期的實驗，防止因為蒸發(fā)造成水量缺失，從而影響試驗結(jié)果； 需分析不同種類的細菌對腐蝕的影響，得出不同種類的細菌的影響效果； 動態(tài)試驗過程中，隨著消毒效果的降低，細菌會再生，為了防止細菌的再生，需要及時補充消毒劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述不同種類的細菌為鐵細菌、硫細菌和大腸桿菌。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，具體方案如下: 通過響應面優(yōu)化法選擇合適的實驗設計與非線性或線性模型進行擬合； 建立響應同各個因素之間的數(shù)學關(guān)系表達式，為了保證關(guān)系式的可靠性，在得出關(guān)系式之后，采用統(tǒng)計學檢驗保證模型的可信度； 優(yōu)化工藝條件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于: 所述通過響應面優(yōu)化法選擇合適的實驗設計與非線性或線性模型進行擬合時選擇中心復合設計和正交設計結(jié)合； 所述采用統(tǒng)計學檢驗通過方差分析或梯度算法校正；所述優(yōu)化工藝條件是在得出最優(yōu)結(jié)果之后根據(jù)實際工藝進行優(yōu)選。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于: 在線性擬合之前，首先需要嚴格按試驗設計表進行試驗，控制誤差在最小范圍內(nèi)，根據(jù)得到數(shù)據(jù)的重復性，判斷試驗結(jié)果是否可靠；其次需保證試驗中所有的變量為連續(xù)變量；響應面的最終目的是用來確定系統(tǒng)的最優(yōu)化運行條件或者確定各種因素空間中滿足運行條件的區(qū)域；運用Design-Expert軟件進行試驗設計和分析,分析影響腐蝕特性的因素與響應之間的關(guān)系，以及試驗因素之間的交互關(guān)系，根據(jù)分析結(jié)果對試驗條件進行優(yōu)化，得出最佳結(jié)果。`
【文檔編號】G06F17/50GK103592419SQ201310559958
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】李薇, 劉磊, 翟愛豐, 付正輝, 黃國和 申請人:華北電力大學