循環(huán)水實(shí)施無(wú)磷方案可行性分析

劉 莉

（云南水富云天化有限公司生產(chǎn)部，云南 水富 657800）

循環(huán)水實(shí)施無(wú)磷方案可行性分析

劉 莉

（云南水富云天化有限公司生產(chǎn)部，云南 水富 657800）

根據(jù)國(guó)家新頒布的《合成氨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13458-2013）的要求，對(duì)我公司循環(huán)水實(shí)施無(wú)磷方案的可行性及存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出實(shí)施建議。

循環(huán)水；磷；合成氨

按照國(guó)家2014年3月14日發(fā)布的《合成氨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13458-2013），新增加合成氨工業(yè)水污染物總磷排放標(biāo)準(zhǔn)為ρ（總磷）≤1 mg/L（2014年7月1日～2015年12月31日），ρ（總磷）≤0.5 mg/L （2016年1月1日起）。2014年4～6月，公司對(duì)南排口總磷進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，在循環(huán)水無(wú)主動(dòng)排污的情況下，南排口總磷平均為2.86 mg/L（最高4.91 mg/L，最低1.06 mg/L），已超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)，估計(jì)為地下管網(wǎng)泄漏以及旁濾池反洗導(dǎo)致。因地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，多次尋找漏點(diǎn)未果，同時(shí)，考慮到即使消除地下管網(wǎng)泄漏，旁濾池反洗同樣也會(huì)影響排口總磷指標(biāo)。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保越來(lái)越嚴(yán)格的要求，循環(huán)水實(shí)施低磷或無(wú)磷方案是大勢(shì)所趨，基于此，生產(chǎn)部請(qǐng)GE公司針對(duì)我公司實(shí)際情況制定了循環(huán)水無(wú)磷配方方案，并與我公司進(jìn)行了技術(shù)交流。

根據(jù)GE公司的安排，先在合成循環(huán)水系統(tǒng)實(shí)施無(wú)磷方案，以滿足南排口排放標(biāo)準(zhǔn)，再逐步推廣到其他循環(huán)水系統(tǒng)。但是，無(wú)磷方案與目前公司采用的中性配方方案比較，無(wú)論是藥劑、控制指標(biāo)都有較大改變。本文對(duì)該方案的可行性進(jìn)行分析，針對(duì)方案中出現(xiàn)的問(wèn)題提出建議。

1 無(wú)磷配方方案及建議

按照我公司目前循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際狀況，以及考慮到補(bǔ)水水質(zhì)對(duì)循環(huán)水控制指標(biāo)的影響，GE公司分別提出了以生產(chǎn)水，生活水、V（生活水）∶V（生產(chǎn)水）＝7∶3配比為循環(huán)水補(bǔ)充水的堿性無(wú)磷配方方案。該無(wú)磷方案是采用MS6208+GN8021替代現(xiàn)有中性水處理方案中的DN2240+GN7004，以AEC碳酸鈣阻垢劑、STP分散劑進(jìn)行結(jié)垢、沉積控制，以鋅鹽進(jìn)行腐蝕控制，pH要求控制在8.0～8.5。4大循環(huán)水系統(tǒng)的詳細(xì)成本核算分別見(jiàn)表1、表2、表3、表4。

根據(jù)表1～表4，在相同的濃縮倍數(shù)下，以生產(chǎn)水為補(bǔ)水方案時(shí)，阻垢、緩蝕劑藥劑成本最低，與現(xiàn)有配方基本持平（計(jì)算是以理論計(jì)算為依據(jù)，實(shí)際運(yùn)行可能稍有偏差）。以生活水為補(bǔ)水方案時(shí)，因其堿度、硬度較生產(chǎn)水高，6倍濃縮及以下時(shí)，阻垢、緩蝕劑藥劑成本與生產(chǎn)水方案相同，7倍濃縮后，阻垢劑用量會(huì)提高（由100 mg/L增加到120 mg/L甚至更高），阻垢劑藥劑成本比生產(chǎn)水補(bǔ)水方案高，且隨著濃縮倍數(shù)升高，阻垢劑成本差異更明顯。V（生活水）∶V（生產(chǎn)水）＝7∶3配比方案時(shí)的阻垢、緩蝕劑成本居中，但可以最大程度利用現(xiàn)有二氧化氯發(fā)生器殘液，綜合效益最優(yōu)。

表1 尿素循環(huán)水系統(tǒng)成本核算表（按濃縮10倍計(jì)算）Table.1 Costing table of urea cycle water system （calculated by 10－fold concentration）

表2 合成氨循環(huán)水系統(tǒng)成本核算表Table.2 Costing table of ammonia circulating water system

表3 有機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)成本核算表（按濃縮8倍計(jì)算）Table.3 Costing table of organic circulating water system （calculated according concentrated 8 times）

表4 煤制氣循環(huán)水系統(tǒng)成本核算表（按濃縮8倍計(jì)算）Table.4 Costing table of coal gas circulating water system （calculated according concentrated 8 times）

制氣循環(huán)水系統(tǒng)而言，因目前循環(huán)水酸、堿耗量都不高，故成本核算時(shí)未單獨(dú)列出酸、堿耗量。由此也可見(jiàn)，在不考慮系統(tǒng)額外酸、堿消耗的情況下，采用生產(chǎn)水為補(bǔ)水方案阻垢緩蝕藥劑成本較生活水更低。

運(yùn)行中有許多不可控因素，GE公司計(jì)算的酸堿加入量為理想狀態(tài)時(shí)的消耗量，且堿性配方運(yùn)行時(shí)pH穩(wěn)定在8.3，實(shí)際運(yùn)行中可能有一定偏差。

GE公司確認(rèn)：采用以上3種補(bǔ)水方式，使用無(wú)磷方案都是可行的?；跓o(wú)磷方案要求循環(huán)水pH控制在8.0～8.5，而目前合成、尿素循環(huán)水控制pH在7.2～7.6，都需要投加大量液堿的現(xiàn)狀，GE公司首先推薦采用V（生活水）：V（生產(chǎn)水）＝7：3比例配比方案，其次采用生活水為循環(huán)水補(bǔ)充水的無(wú)磷方案，可以較好利用二氧化氯發(fā)生器殘液，降低液堿消耗，從而降低循環(huán)水運(yùn)行成本及控制難度。采用生產(chǎn)水為補(bǔ)水配方方案雖然可行，但pH控制會(huì)較困難，另外緩蝕劑主要成分為鋅鹽，易與氫氧化鈉形成氫氧化鋅沉淀，在投加液堿和緩蝕藥劑時(shí)要特別注意。

2 制水車間生產(chǎn)能力及現(xiàn)狀

制水車間設(shè)生產(chǎn)水和生活水兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。其中，生產(chǎn)水系統(tǒng)為石灰軟化系統(tǒng)，主要供合成脫鹽及五大循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水。生活水系統(tǒng)經(jīng)混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒處理后，滿足生活水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，供廠區(qū)輔助生產(chǎn)用水以及生活區(qū)、水富縣居民生活用水。實(shí)際用水量見(jiàn)表5。

由表5可知，目前制水車間生活水系統(tǒng)尚有余量250 m3/h左右，勉強(qiáng)可以滿足合成循環(huán)水所需補(bǔ)充水量要求，但需要增開(kāi)一臺(tái)生活水送水泵（制水車間生活水泵剛好滿足目前送水要求），導(dǎo)致制水車間電耗增加。但若將所有循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水更改為生活水，則現(xiàn)有制水車間生活水系統(tǒng)制水能力不能滿足要求。

表5 實(shí)際生產(chǎn)、生活用水分布表Table.5 Actual production，domestic water distribution table

3 建議

建議暫時(shí)僅合成循環(huán)水系統(tǒng)更改為無(wú)磷配方：合成循環(huán)水補(bǔ)水為生活水，其余循環(huán)水系統(tǒng)保持現(xiàn)狀。

具體方案：因GE公司無(wú)磷方案要求在堿性環(huán)境下運(yùn)行，采用生活水作為循環(huán)水補(bǔ)水可有效利用二氧化氯發(fā)生器反應(yīng)殘液，降低液堿消耗，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。需在制水車間送廠區(qū)DN400生活水總管新增1根DN250生活水管（約100 m，若干彎頭）至現(xiàn)有合成循環(huán)水水池作為補(bǔ)水，并安裝調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，以便根據(jù)水池液位進(jìn)行調(diào)節(jié)和計(jì)量補(bǔ)水量（調(diào)節(jié)閥位號(hào)LIC102-1、流量計(jì)位號(hào)FI2009-1，引入脫鹽DCS控制和顯示），見(jiàn)圖1。原生產(chǎn)水補(bǔ)水管線保留以作備用。由于脫鹽清水泵送了約60 m3/ h水作為二氧化氯發(fā)生器動(dòng)力水，實(shí)際合成循環(huán)水補(bǔ)水采用的是V（生活水）：V（生產(chǎn)水）＝7∶3方案，也就是綜合效益最優(yōu)方案。

制水運(yùn)行費(fèi)用增加估算：按照運(yùn)行2臺(tái)送水小泵，估計(jì)比運(yùn)行一臺(tái)大泵增加電耗約100 kW/h。

風(fēng)險(xiǎn)：制水電耗、成本增加，地下管網(wǎng)、送水泵增加了損壞風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 合成氨循環(huán)水補(bǔ)水及加藥管線改造圖Fig.1 Diagram of ammonia circulating water and dosing pipeline reconstruction

從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，循環(huán)水采用無(wú)磷配方是大勢(shì)所趨，但若要將循環(huán)水補(bǔ)水更改為生活水，涉及的關(guān)聯(lián)面較多，需詳細(xì)進(jìn)行核算。初步可考慮采用以下兩種方式：

1）5大循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水均更改為生活水，僅脫鹽補(bǔ)水仍保留生產(chǎn)水。

此方案制水車間改造較大，需新增一座800 m3/h虹吸濾池（或考慮通過(guò)重新配管，將5個(gè)重力濾池分設(shè)為3個(gè)生活水用、2個(gè)生產(chǎn)水用），生產(chǎn)水泵、生活水泵均需考慮重新設(shè)置，原生產(chǎn)水管線需進(jìn)行改造或單獨(dú)新增一根DN300管線至脫鹽補(bǔ)水箱。

優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)合理改造和匹配，制水運(yùn)行成本以及脫鹽運(yùn)行成本都不會(huì)增加，而循環(huán)水采用無(wú)磷配方后運(yùn)行成本將下降，且控制難度降低。

缺點(diǎn)：制水改造項(xiàng)目較多，整個(gè)投資費(fèi)用較高，預(yù)計(jì)投資350萬(wàn)左右。

2）制水取消生產(chǎn)水系統(tǒng)。

在不對(duì)制水車間工藝進(jìn)行改動(dòng)的情況下，直接將現(xiàn)有生產(chǎn)水系統(tǒng)由石灰軟化工藝更改為混凝沉淀工藝，對(duì)現(xiàn)有管線、送水泵等都不進(jìn)行改動(dòng)，僅對(duì)加藥系統(tǒng)進(jìn)行改造。

優(yōu)點(diǎn)：僅改變制水工藝，沒(méi)有較大改造項(xiàng)目。取消了石灰軟化系統(tǒng)，制水車間藥劑成本將有所降低。

缺點(diǎn)：生產(chǎn)水石灰軟化工藝能否順利更改為混凝沉淀工藝還是問(wèn)題，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。更改為生活水作補(bǔ)水后，脫鹽成本將大幅度增加，預(yù)計(jì)酸消耗將由230 kg/kt上升到450 kg/kt，堿消耗由120 kg/kt上升到240 kg/kt，脫鹽水成本將增加0.47元/t（硫酸按500元/t，氫氧化鈉按3000元/ t計(jì)）。此外，脫鹽將出現(xiàn)批量低、再生頻繁、廢液排放多、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致供水緊張。

為降低脫鹽成本，可考慮在脫鹽增加一套200～500 m3/h石灰軟化系統(tǒng)，或納濾系統(tǒng)，或反滲透系統(tǒng)。預(yù)計(jì)投資300萬(wàn)左右。

4 結(jié)語(yǔ)

盡管循環(huán)水實(shí)施無(wú)磷方案是大勢(shì)所趨，但基于我公司目前采用二氧化氯作為殺菌劑和補(bǔ)水為石灰軟化水的現(xiàn)狀，循環(huán)水在現(xiàn)有狀況下實(shí)施無(wú)磷方案對(duì)pH的控制存在較大風(fēng)險(xiǎn)。而將循環(huán)水補(bǔ)水全部更改為生活水，制水車間的現(xiàn)有實(shí)際生產(chǎn)能力又不能滿足要求，需進(jìn)行較大改造。因此建議待合成循環(huán)水采用無(wú)磷方案并取得經(jīng)驗(yàn)后，仔細(xì)核算其藥劑消耗、酸堿消耗、運(yùn)行成本、控制和處理效果，以及與現(xiàn)有殺菌劑二氧化氯的協(xié)同處理性，確認(rèn)取得成功之后，再進(jìn)行詳細(xì)策劃。

Feasibility Analysis of Circulating Water with Phosphorus Free Program

LIU Li
（Yunnan ShuiFu Yuntianhua Production Co.，Ltd.，Yunnan Shuifu 657800，China）

According to the request of the new issued“Ammonia industrial water pollutant discharge standards”（GB 13458-2013），the feasibility and exisited problem of Circulating Water with Phosphorus Free Program in our company were analyzed，and the implementation of recommendation was proposed.

circulating water；phosphorus；ammonia

X505

A

1004-275X（2015）04-0048-04

12.3969/j.issn.1004-275X.2015.04.014

收稿：2015-06-04

劉莉（1974-），女，碩士，高級(jí)工程師，主要從事水處理技術(shù)工作。