淺談水處理技術(shù)在大科學(xué)裝置運(yùn)行中的應(yīng)用

張琳琳 文宇 栗青

(1.中國科學(xué)院高能物理研究所通用運(yùn)行部,北京 100049;2.天津外國語大學(xué)后勤管理處,天津 300204)

淺談水處理技術(shù)在大科學(xué)裝置運(yùn)行中的應(yīng)用

張琳琳1文宇2栗青1

(1.中國科學(xué)院高能物理研究所通用運(yùn)行部,北京 100049;2.天津外國語大學(xué)后勤管理處,天津 300204)

簡述了水處理技術(shù)在大科學(xué)裝置中的應(yīng)用,主要使用的水的類型。詳細(xì)介紹了(1)超純水的處理流程和使用高硬度原水時(shí)運(yùn)行維護(hù)的注意事項(xiàng);(2)冷卻循環(huán)水的處理方法和運(yùn)行時(shí)需要注意的事項(xiàng)。為高硬度原水超純水及冷卻水、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)提供了方案設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理經(jīng)驗(yàn)。

水處理 超純水流程 冷卻循環(huán)水處理

水是大科學(xué)裝置運(yùn)行過程中必不可少的物質(zhì),由于大科學(xué)裝置性質(zhì)的不同,對(duì)水質(zhì)的要求也不同。在正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)大科學(xué)裝置運(yùn)行的過程中,無論是直線加速器中的正電子源、加速管、速調(diào)管還是儲(chǔ)存環(huán)中的磁鐵、真空盒、高頻腔,以及譜儀,都會(huì)在運(yùn)行過程中散發(fā)大量的熱量,而設(shè)備本身及運(yùn)行環(huán)境的溫度都要求穩(wěn)定,因此需要大量循環(huán)水進(jìn)行冷卻,水循環(huán)時(shí)所經(jīng)過的設(shè)備不同,對(duì)水質(zhì)的要求也有較大差別。根據(jù)需要,給予這些循環(huán)水不同的名稱:一次循環(huán)水(超純水)、二次循環(huán)水(冷卻塔或冷凍水循環(huán)水)、原水。

1 超純水處理系統(tǒng)

由于正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)輸送的是高能量正負(fù)電子束,且很多需要水冷的設(shè)備都通有較高電壓或者電流,因此對(duì)一次循環(huán)水的電導(dǎo)率要求很高,要求經(jīng)過管道及泵站循環(huán)后的一次水電導(dǎo)率小于2μs/cm。這就需要有一套滿足電子EWⅠ級(jí)出水標(biāo)準(zhǔn)的超純水系統(tǒng)進(jìn)行水處理。

1.1 超純水系統(tǒng)運(yùn)行流程

原水依次經(jīng)過前級(jí)處理、微濾、一級(jí)反滲透、 二級(jí)反滲透、電滲析、UV254 、UV185、膜脫氣、拋光樹脂等處理流程,使出水達(dá)到17．8MΩ。

前級(jí)處理包括多介質(zhì)過濾器、活性炭吸附柱、軟化器,通過多介質(zhì)過濾原水中的粗顆粒物,活性炭吸附水中的有機(jī)物,軟化器將水中的Ca2+,Mg2+置換為Na+,降低水的有效硬度,微濾攔截水中可能出現(xiàn)的細(xì)小顆粒,一、二級(jí)反滲透膜進(jìn)一步去處水中的離子,降低出水的電導(dǎo)率。之后經(jīng)過電滲析、UV254 、UV185、拋光樹脂進(jìn)一步去除水中的離子,殺菌,降低TOC,提高出水電阻。為有效降低一次循環(huán)水對(duì)設(shè)備可能的腐蝕,需要降低超純水中含氧量,使一次循環(huán)水的供水和補(bǔ)水中的含氧量保持在30ppb以下,因此終端出水需要經(jīng)過膜脫氣系統(tǒng),且使用氮封水箱作為終端水箱。

該系統(tǒng)使用的原水電導(dǎo)率高達(dá)1100μs/cm,為延緩反滲透膜結(jié)垢、運(yùn)行壓力增大的趨勢(shì),必須保證軟化器工作的有效性。因此每日需定時(shí)對(duì)軟化器出水進(jìn)行硬度檢測(cè),以確定軟化器是否失效,該步驟非常關(guān)鍵,通過該檢測(cè)可有效減少軟化器失效時(shí)間,根據(jù)運(yùn)行安排靈活掌握軟化器再生開啟時(shí)間,降低前級(jí)出水有效硬度高對(duì)反滲透膜的不利影響(包括結(jié)垢,運(yùn)行壓力增大),有效延長膜的使用壽命,減少更換膜的次數(shù)和反滲透水泵壓力升高引起的電耗增加,節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)費(fèi)。

1.2 一次循環(huán)水旁流處理系統(tǒng)

一次循環(huán)水是與設(shè)備直接接觸進(jìn)行冷卻的水,為保證在大約320日連續(xù)循環(huán)運(yùn)行的情況下電導(dǎo)率仍然滿足要求,需要對(duì)該循環(huán)水進(jìn)行旁流處理。使系統(tǒng)中的部分水流經(jīng)5u過濾器,離子交換樹脂,1u過濾器,通過這套裝置不斷的循環(huán)來控制系統(tǒng)水中的電導(dǎo)率,每一套系統(tǒng)都安裝電導(dǎo)率現(xiàn)場(chǎng)顯示和遠(yuǎn)傳裝置,以便更好的觀察電導(dǎo)率的變化。

2 二次循環(huán)水處理系統(tǒng)

二次循環(huán)水就是對(duì)一次循環(huán)水進(jìn)行冷卻的水源,二次循環(huán)水分冷卻塔循環(huán)水和冷凍循環(huán)水。

冷卻塔循環(huán)水經(jīng)重復(fù)使用后會(huì)發(fā)生濃縮, 導(dǎo)致水質(zhì)惡化, 使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢及粘泥［1］。

水在開放式循環(huán)過程中不斷的蒸發(fā),導(dǎo)致水中的鹽分不斷被濃縮,容易形成主要成分為碳酸鈣、硅酸鈣、硫酸鈣的鹽垢［2］,為降低鹽垢的形成速度,目前常用的主要有軟化法、中和法、排污法、加入阻垢劑法。前三種方法運(yùn)行過程中或運(yùn)行費(fèi)用高,或不利于水資源的循環(huán)使用,因此使用了加入阻垢劑法,該方法使用簡便,設(shè)置一套自動(dòng)定時(shí)加藥裝置,控制系統(tǒng)水PH值在要求范圍內(nèi)即可。為監(jiān)測(cè)阻垢劑對(duì)金屬的腐蝕情況,每次開機(jī)前均放置腐蝕試片,停機(jī)后對(duì)試片進(jìn)行稱重測(cè)量,根據(jù)多年運(yùn)行數(shù)據(jù)觀測(cè),試片腐蝕率較低,在允許范圍內(nèi)。

開放式循環(huán)系統(tǒng)由于溫度、溶解氧和營養(yǎng)物質(zhì)特別豐富,會(huì)促進(jìn)微生物的不斷的滋生繁殖,進(jìn)而生成大量的微生物粘泥。粘泥也是污垢的主要成分之一,且一旦生成很難進(jìn)行處理。因此運(yùn)行過程中必須定時(shí)添加殺菌劑阻止微生物的產(chǎn)生。

同時(shí)根據(jù)溫度、循環(huán)水量、空氣質(zhì)量的變化調(diào)整殺菌劑添加的劑量和頻率。

冷凍循環(huán)水為閉式循環(huán),為降低在循環(huán)中結(jié)垢現(xiàn)象使用軟化水作為原水。在循環(huán)過程中沒有水分蒸發(fā)、曝氣過程,水質(zhì)較好,只需定期使用軟化水補(bǔ)充滲漏量即可。

二次循環(huán)水通過熱交換器對(duì)一次循環(huán)水進(jìn)行冷卻,因此二次循環(huán)水的水質(zhì)不能有太多大顆粒物,以防在熱交換器內(nèi)造成流通不暢,且會(huì)因結(jié)垢加速對(duì)熱交換器的腐蝕,引起內(nèi)漏。因此需要對(duì)經(jīng)過冷卻塔冷卻的二次循環(huán)水使用壓差過濾器進(jìn)行過濾處理,保證二次循環(huán)水水質(zhì)。當(dāng)過濾器壓差達(dá)到預(yù)先設(shè)定數(shù)值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)反沖洗裝置,保證濾網(wǎng)的清潔度和過濾器的壓降滿足要求。

3 結(jié)語

水處理技術(shù)在大科學(xué)裝置的運(yùn)行中發(fā)揮了重要作用,科學(xué)合理的使用水處理技術(shù)有助于大科學(xué)裝置的穩(wěn)定可靠運(yùn)行和節(jié)約運(yùn)行經(jīng)費(fèi)。以上介紹的方法在實(shí)際運(yùn)行過程中取得了良好的效果,值得借鑒。

[1]楊鳳民,邢奕,安永輝,等.熱電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水處理技術(shù)討論.給水排水,2007(11)184-187.

[2]王振忠.化工企業(yè)循環(huán)冷卻水的水質(zhì)處理.華東科技:學(xué)術(shù)版,2014(5)490.

張琳琳(1979—),碩士,中國科學(xué)院高能物理研究所通用運(yùn)行部工程師。