焦化廢水回用于循環(huán)冷卻水的研究

費(fèi)卓越，單明軍，寇麗紅，趙先奕

（1.遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山 114044；2.遼寧清澄環(huán)境工程有限公司，遼寧 鞍山 114051）

1 引言

焦化廢水主要來自煉焦、煤氣凈化及化工產(chǎn)品的精制等過程，其排放量大，水質(zhì)成分復(fù)雜。將深度處理后的焦化廢水出水進(jìn)行緩蝕阻垢水質(zhì)穩(wěn)定處理，使其可回用于冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中，節(jié)約水資源，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的廢水零排放，保護(hù)環(huán)境。

2 實(shí)驗研究

2.1 廢水來源及水質(zhì)

實(shí)驗用水為經(jīng)MBR膜生物深度處理后的鞍鋼化工總廠污水處理站生化出水，水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 試驗用水水質(zhì)指標(biāo)

本實(shí)驗分析方法均采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）中的國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定。實(shí)驗所用緩蝕阻垢藥劑有 HEDP、ATMP、PASP、PBTCA、EDTMPPS、聚丙烯酸酯類 HB－901、HB－903、PMA、有機(jī)磷酸酯鹽類ATMP、PBTCA，均為市售。

2.2 試驗流程

試驗流程見圖1。

圖1 試驗流程

3 結(jié)果與討論

3.1 緩蝕藥劑濃度與腐蝕、緩蝕率的研究

采用旋轉(zhuǎn)掛片法，將特定的金屬試片稱重后放入經(jīng)MBR膜生物深度處理后的焦化廢水中，在溫度為50±1℃，控制旋轉(zhuǎn)試片的線速度為0.9m／s條件下，檢測72h后試片前后的重量變化來計算腐蝕、緩蝕速率。（腐蝕、緩蝕率的計算方法均參照（GB／T 18175－2000），實(shí)驗結(jié)果見表2。

根據(jù)緩蝕劑濃度與腐蝕速率、緩蝕率之間的關(guān)系作曲線（圖2）。

表2 藥劑濃度與腐蝕速率、緩蝕率之間的關(guān)系

圖2 不同種類藥劑濃度與腐蝕速率之間的關(guān)系

根據(jù)不同種類藥劑濃度和緩蝕率之間關(guān)系作曲線（圖3）。

由表中數(shù)據(jù)及曲線看出，HEDP的緩蝕效果最為突出，當(dāng)加入濃度為20mg／L時，腐蝕率僅為0.029 1mm／年，低于標(biāo)準(zhǔn)要求（0.125mm／年），緩蝕率可以達(dá)到86.1%。再加大藥劑用量時，緩蝕效果提高不明顯。原因是有機(jī)磷酸鹽在焦化廢水中的緩蝕主要是吸附成膜作用，HEDP是同碳二磷酸，分子中一個碳原子連有兩個磷酸官能團(tuán)，有很強(qiáng)的吸附作用，成膜比其他磷酸鹽牢固。

圖3 不同種類藥劑濃度與緩蝕速率的關(guān)系

3.2 藥劑濃度與Ca2＋（mg／L）的關(guān)系

選用聚丙烯酸酯類HB－901、HB－903、PMA，有機(jī)磷酸酯鹽類ATMP和PBTCA配制復(fù)合阻垢劑，量取1 000mL裝入敞口燒杯中，在1 000mL刻度處做好記號，放入80±1℃的恒溫水浴中，令其蒸發(fā)濃縮，不斷向燒杯中補(bǔ)加該試驗配水，維持1 000mL的刻度，當(dāng)濃縮至預(yù)定倍數(shù)時冷卻，取樣分析試驗水上層清液的Ca2＋濃度，同時向燒杯中補(bǔ)加與取樣量等體積的試驗配水繼續(xù)濃縮，直到達(dá)到希望的濃縮倍數(shù)，冷卻后取樣分析上層清液的Ca2＋濃度，數(shù)據(jù)見表3。

表3 藥劑濃度下的濃縮倍數(shù)及與Ca2＋（mg／L）的關(guān)系

圖4 藥劑濃度與Ca2＋（mg／L）的關(guān)系

根據(jù)不同種類藥劑濃度和Ca2＋之間關(guān)系作曲線（圖4、圖5）。

圖5 不同藥劑濃度下的濃縮倍數(shù)

由表中數(shù)據(jù)可見，阻垢劑的阻垢性能隨著藥劑濃度的增加而提高。當(dāng)阻垢劑濃度大于4mg／L后，即使阻垢劑的濃度再增加其阻垢性能也不會有顯著變化。相同藥劑濃度下，ATMP和PBTCA的阻垢性能最好。當(dāng)ATMP和PBTCA的濃度達(dá)到4mg／L或者HB－901濃度達(dá)到5mg／L時，其阻垢性能均能滿足循環(huán)水系統(tǒng)在濃縮倍數(shù)2.0以上運(yùn)行時的要求。為盡量減少溶液中的正磷酸鹽濃度，兼顧阻垢劑與緩蝕劑的協(xié)同效應(yīng)及投入成本等因素，決定選用聚丙烯酸酯類HB－901作為水質(zhì)穩(wěn)定劑配方中的阻垢劑。

3.3 緩蝕阻垢劑的最佳復(fù)合配方的研究

在實(shí)驗用水中預(yù)先投加了有效濃度為5mg／L的HB－901。對HEDP、ATMP和PBTCA的緩蝕性能比較見表4和圖6。

表4 不同緩蝕劑的緩蝕率

圖6 不同緩蝕劑的緩蝕率

由表4可知，相同藥劑濃度下，HEDP的緩蝕性能最好，故選用HEDP作緩蝕劑，投加濃度為4mg／L，具體見表5。

表5 不同阻垢劑對緩蝕性能的影響

根據(jù)不同阻垢劑與緩蝕性能之間關(guān)系作圖，如圖7。

圖7 不同阻垢劑對緩蝕性能的影響

表5比較了分別使用5mg／L的HB－901和4mg／L的PBTCA作阻垢劑時對HEDP緩蝕性能的影響。由表5可知，兩種阻垢劑對HEDP緩蝕性能無明顯影響，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，PBTCA價格較HB－901高，故選用HB－901作阻垢劑，投加濃度為5mg／L。

4 結(jié)語

選用投加濃度為4mg／L的HEDP作為緩蝕劑，投加濃度為5mg／L的HB－901為阻垢劑，作為深度處理后的焦化廢水回用于循環(huán)冷卻水補(bǔ)水系統(tǒng)中的水質(zhì)復(fù)合藥劑，腐蝕率為0.029 1mm／年，低于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB50050－95）中的要求0.125mm／年。通過試驗驗證了焦化廢水回用時，噸水處理成本為0.06元。

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