中水在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的回用研究

安戰(zhàn)強(qiáng) , 劉 毅 ， 孫浩杰 , 李迎春

(1.河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司 , 河南 平頂山 467013 ; 2.河南省化工研究所有限責(zé)任公司 ， 河南 鄭州 450052 ； 3.平頂山市神馬萬里化工股份有限公司 , 河南 平頂山 467013)

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中水在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的回用研究

安戰(zhàn)強(qiáng)1, 劉 毅2， 孫浩杰1, 李迎春3

(1.河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司 , 河南 平頂山 467013 ; 2.河南省化工研究所有限責(zé)任公司 ， 河南 鄭州 450052 ； 3.平頂山市神馬萬里化工股份有限公司 , 河南 平頂山 467013)

對工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中所使用的自來水和回用中水進(jìn)行了水質(zhì)分析檢測，根據(jù)回用中水的物理、化學(xué)特性，篩選出了合適的阻垢劑、緩蝕劑和抑菌劑，并通過實(shí)驗(yàn)配伍得到了中水回用的最佳水質(zhì)處理工藝配比，緩蝕劑+阻垢劑為60 mg/L+30 mg/L時(shí)能滿足循環(huán)冷卻水要求，經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用取得了較好的節(jié)水經(jīng)濟(jì)效益。

循環(huán)水中水阻垢劑 ; 緩蝕劑 ; 抑菌劑

隨著人口不斷增長，世界性的水荒在不斷蔓延，在這種形勢下必須開發(fā)新的水源。污水再生利用因?yàn)槠渲T多優(yōu)點(diǎn)，越來越被認(rèn)作是一種重要的水資源。對于工業(yè)用戶來說，生產(chǎn)用水消耗成本已經(jīng)很高，使用再生水進(jìn)行生產(chǎn)會(huì)獲得更大的收益。中水，也稱再生水，它的水質(zhì)介于污水和自來水之間，是城市污水、廢水經(jīng)凈化處理后達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，能在一定范圍內(nèi)使用的非飲用水，這對我國的環(huán)境保護(hù)、水資源保護(hù)、水污染防治、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展能起到重要作用。用水量較大的工業(yè)，更應(yīng)該使用中水，達(dá)到污水零排放，既節(jié)能又減排，更重要的是把環(huán)境污染降到了最小。工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用中水回用新技術(shù)，目前屬于試用階段，循環(huán)水使用中水必須嚴(yán)格控制水質(zhì)，以滿足水量需求不斷增加。

河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司是用水大戶，現(xiàn)有3套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行，每小時(shí)需補(bǔ)充自來水量約550 t，全年滿負(fù)荷運(yùn)行按8 760 h計(jì)，共需約480萬t，由于中水的氨氮、COD、有機(jī)物含量較高，易于菌藻滋生；且電導(dǎo)率、無機(jī)鹽、離子含量高，存在嚴(yán)重的腐蝕和結(jié)垢問題，如何以合理、經(jīng)濟(jì)的方式以中水替代自來水用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，是企業(yè)降低生產(chǎn)成本、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展急需克服的難點(diǎn)。

1 自來水、中水的水質(zhì)分析

河南神馬尼龍化工公司三套循環(huán)水裝置，原來全部采用自來水補(bǔ)水，現(xiàn)在采用中水作為補(bǔ)充水后，由于水質(zhì)變化較大，不利于緩蝕、阻垢、抑菌的整體控制。

表1 自來水、中水分析結(jié)果

從以上分析結(jié)果可以看出，中水的氨氮、COD、有機(jī)物、電導(dǎo)率、無機(jī)鹽、離子含量等都高于自來水，不能滿足直接用于循環(huán)冷卻水的要求。中水中含有大量的懸浮物、多種有機(jī)物、微生物、氨氮、無機(jī)鹽等，使水質(zhì)有較強(qiáng)腐蝕性和富營養(yǎng)化，中水回用于循環(huán)水系統(tǒng)后，必須控制微生物并進(jìn)行緩蝕、阻垢處理。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 試劑和材料

實(shí)驗(yàn)所用試劑和水，均為分析純試劑和GB/T 6682-2008中規(guī)定的三級水。實(shí)驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)溶液、制劑及制品，均按GB/T 603規(guī)定制備。

實(shí)驗(yàn)試劑及材料：緩蝕實(shí)驗(yàn)：丙酮、無水乙醇、鹽酸溶液、氫氧化鈉溶液60 g/L；酸洗溶液：1 000 mL鹽酸溶液中，加入8 g六次甲基四胺，溶解后，混勻；試片(符合HG/T3523的規(guī)定)。阻垢實(shí)驗(yàn)：200 g/L氫氧化鉀溶液、硼砂緩沖溶液、十水四硼酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液、鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液、鈣—羧酸指示劑、溴甲酚綠—甲基紅指示液。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

按照GB/T 18175-2014 水處理劑緩蝕性能的測定中的“旋轉(zhuǎn)掛片法”進(jìn)行緩蝕性能試驗(yàn)；按照GB/T 16632-2008 水處理劑阻垢性能的測定中的“碳酸鈣沉積法”進(jìn)行阻垢性能實(shí)驗(yàn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 緩蝕試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)水質(zhì)：按中水∶自來水=2∶1、濃縮1.5倍。

實(shí)驗(yàn)條件：溫度45 ℃±1 ℃、轉(zhuǎn)速75 r/min、不預(yù)膜狀態(tài)、時(shí)間72 h、試片Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)試片、材質(zhì)20#碳鋼。試驗(yàn)步驟：①將試片用濾紙把防銹油脂擦拭干凈，然后分別在丙酮和無水乙醇中用脫脂棉擦洗，用干凈濾紙吸干附著水，置于干燥器中4 h以上，稱量(精確到0.000 2 g)，待用。②按實(shí)驗(yàn)要求配制好一定濃度的水處理藥劑儲(chǔ)備溶液。③配制實(shí)驗(yàn)用水。④在試杯中加入一定濃度水處理藥劑儲(chǔ)備溶液，精確到0.02 mL；在1 000 mL燒杯中加試驗(yàn)用水到900 mL，調(diào)節(jié)試液的pH值和電導(dǎo)率；在試杯外壁與液面同一水平處劃上刻線，并置于恒溫水浴中。⑤待試液達(dá)到指定溫度時(shí)，掛入試片，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使試片按一定旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，并開始計(jì)時(shí)。⑥當(dāng)杯中的試液蒸發(fā)減少，每隔1 h補(bǔ)加一次水，使液面保持在刻線位置。⑦當(dāng)達(dá)到規(guī)定時(shí)間時(shí)，停止試片轉(zhuǎn)動(dòng)，取出試片，進(jìn)行外觀觀察并記錄。⑧將試片用毛刷刷洗干凈，然后在酸洗溶液中沖洗30 s取出，用自來水沖洗后，浸入氫氧化鈉溶液中約30 s取出，用蒸餾水沖洗，用濾紙吸干附著水，然后在無水乙醇中浸泡約3 min，用濾紙吸干，置于干燥器中4 h以上，稱量(精確到0.000 2 g)。同時(shí)做試片的酸洗空白試驗(yàn)和未加水處理藥劑的空白試驗(yàn)。⑨對酸洗后的試片進(jìn)行外觀觀察并記錄。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)緩蝕劑A+阻垢劑為60 mg/L+30 mg/L時(shí)，具有很好的緩蝕性能。

3.2 阻碳酸鈣垢試驗(yàn)

試驗(yàn)水質(zhì)按中水∶自來水=2∶1、濃縮3.3倍。試驗(yàn)條件：溫度80 ℃；時(shí)間17 h。

實(shí)驗(yàn)步驟：①準(zhǔn)備試驗(yàn)用水。將補(bǔ)充水倒入1 000 mL燒杯中，并按配比加入水處理劑。②將裝有試驗(yàn)用水的燒杯放入水浴鍋中，恒溫80 ℃，按實(shí)際運(yùn)行條件要求的濃縮倍數(shù)進(jìn)行濃縮。同時(shí)做空白試驗(yàn)。③濃縮過程中，測定補(bǔ)充水的硬度、pH值等指標(biāo)。④讓試液自然蒸發(fā)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的濃縮倍數(shù)后，取出燒杯。⑤測定濃縮后空白及加藥水樣的硬度、pH值等指標(biāo)。⑥根據(jù)測定結(jié)果計(jì)算阻垢率。

從阻垢實(shí)驗(yàn)可以看出，當(dāng)緩蝕劑A+阻垢劑為60 mg/L+30 mg/L時(shí)，具有較高的阻垢率。

3.3 實(shí)驗(yàn)討論

中水中含有大量的懸浮物、多種有機(jī)物、微生物、氨氮、無機(jī)鹽等，使水質(zhì)具有強(qiáng)腐蝕性和富營養(yǎng)化成分，用于循環(huán)水系統(tǒng)時(shí)，對微生物的控制和緩蝕阻垢處理是中水回用的關(guān)鍵。根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇具有快速成膜、保膜特性好的“緩蝕劑A+阻垢劑”復(fù)合的新型緩蝕阻垢劑對中水水質(zhì)進(jìn)行緩蝕阻垢處理，同時(shí)添加0.1%溴氯海因殺菌劑或0.05%活性溴殺生劑，殺滅循環(huán)水中的藻類，對水中微生物進(jìn)行有效控制，中水可以滿足作為補(bǔ)充水的要求。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

3.4 水質(zhì)處理工藝流程

水質(zhì)處理工藝流程見圖1。

圖1 水質(zhì)處理工藝流程

4 實(shí)施效果

河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司現(xiàn)有3套循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行，全年共需補(bǔ)水約480萬t。自來水按3.9元/t、中水1.1元/t計(jì)，藥劑增加費(fèi)用60萬/a左右，采用中水替代自來水，全年節(jié)約1 284萬元。

中水回用大大緩解了目前河南神馬尼龍化工公司自來水用水緊張的現(xiàn)狀，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2017-02-23

安戰(zhàn)強(qiáng)(1976-)，男，工程師，從事化工企業(yè)工業(yè)循環(huán)冷卻水處理工作，電話：13937515985；聯(lián)系人：李迎春(1977-)，女，高級工程師，從事化工企業(yè)技術(shù)工藝管理工作，電話：13903751917。

TQ051.5

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1003-3467(2017)05-0032-03