工業(yè)循環(huán)水水質(zhì)治理經(jīng)驗

張保莊

(河北冀衡化學(xué)股份有限公司，河北 衡水 053000)

1 循環(huán)水現(xiàn)狀

河北冀衡化學(xué)股份有限公司(以下簡稱“冀衡化學(xué)”)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)共有5套，循環(huán)量分別為2 000 m3/h 、1 500 m3/h各兩套、1 000 m3/h 1套 ，飽有水量分別為1 100、700、330、330、175 m3，補充水中堿度為176.16 mg/L(以NaOH的質(zhì)量濃度計，下同)，硬度為 20.02 mg/L(以CaCO3的質(zhì)量濃度計，下同)，即堿度大于硬度，循環(huán)水中既有較多的碳酸鈣鎂鹽，又有氯化物、硫酸鹽、硅酸鹽等成垢化合物，在不斷循環(huán)過程中易結(jié)垢，難清除。針對這種狀況，冀衡化學(xué)本著節(jié)能減排、降耗增效的原則，采用了最新專利技術(shù)——循環(huán)冷卻水高效節(jié)水技術(shù)。

2 循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)及水質(zhì)現(xiàn)狀

冀衡化學(xué)循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)如表1所示，補水水質(zhì)分析結(jié)果如表2所示，補充水結(jié)垢腐蝕趨勢判斷依據(jù)如表3所示。冀衡化學(xué)系統(tǒng)補充水硬度為 20.02 mg/L，為一般硬度水質(zhì)，判斷結(jié)果為腐蝕型。水中硬度和堿度主要反映了水中成垢離子的濃度，如果非碳酸鹽含量較高，非碳酸鹽就會與鈣鎂等成垢離子結(jié)合，在換熱器表面易形成硬垢，不斷累積，影響換熱效果，通過一般的酸進(jìn)行清洗難以去除。

表1 冀衡化學(xué)循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)表Table 1 Parameters of circulating water system in Jiheng Chemcial

表2 冀衡化學(xué)補水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表Table 2 Analytic data of supplementary water quality in Jiheng Chemcial

補充水中堿度為176.16 mg/L，硬度為20.02 mg/L，循環(huán)水中既有較多的碳酸鈣鎂鹽，又有氯化物、硫酸鹽、硅酸鹽等成垢化合物，在不斷循環(huán)過程中易結(jié)垢，難以清除，要用酸洗。一般垢物需要鹽酸，已經(jīng)硬化的硬垢甚至要用硝酸清洗，對設(shè)備腐蝕性大，特別是在垢物分布不均勻時(如表3所示)。

表3 補充水結(jié)垢腐蝕趨勢表Table 3 Trend of supplementary water scaling and corrosion

注：R.S.I為穩(wěn)定指數(shù)，其數(shù)值等于2pHs- pH值；2pHs為根據(jù)所測循環(huán)水的溫度、總?cè)芙夤腆w、鈣硬度、堿度等指標(biāo)計算的數(shù)值。

3 5#循環(huán)水池的試驗性治理

經(jīng)過多次考察，某單位于2014年對循環(huán)水進(jìn)行加藥處理，使用指定的除垢、緩釋藥劑，運行狀況良好。

冀衡化學(xué)針對現(xiàn)循環(huán)水的水質(zhì)狀況，采用添加水質(zhì)穩(wěn)定劑和增加水質(zhì)凈化器的方法對循環(huán)水進(jìn)行治理，該技術(shù)能有效提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)來防垢、除垢、緩蝕、滅藻，能確保循環(huán)水長期正常運行，并達(dá)到零排放。循環(huán)水高效節(jié)水技術(shù)由水質(zhì)凈化器和水質(zhì)穩(wěn)定劑兩核心組成。

3.1 水質(zhì)凈化器

3.1.1 水質(zhì)凈化器的作用

隨著濃縮倍數(shù)的提高，Ca2+、Mg2+等物質(zhì)的濃度也相應(yīng)提高，循環(huán)水水質(zhì)進(jìn)一步惡化，容易導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢和黏泥滋生。冀衡化學(xué)采用水質(zhì)凈化器來降低工業(yè)循環(huán)冷卻水的濁度，減少水中硬度，保持水中指數(shù)穩(wěn)定平衡，穩(wěn)定循環(huán)水系統(tǒng)高倍率運行，使循環(huán)冷卻水零排放變?yōu)楝F(xiàn)實。

3.1.2 水質(zhì)凈化器的工作原理

電化學(xué)循環(huán)冷卻水處理技術(shù)是在冷卻水中施加一定量的電場，利用電場的陽極和陰極之間的電化學(xué)作用，達(dá)到對冷卻水的全面處理效果，以電化學(xué)的電解原理和極性水分子理論為基礎(chǔ)，通過物理+電化學(xué)的方式，在工作時產(chǎn)生微電流，改變細(xì)菌、藻類細(xì)胞的生存環(huán)境，使其喪失生存條件而死亡，從而達(dá)到殺菌、滅藻、緩蝕的作用。它不僅具有化學(xué)法水處理所能達(dá)到的防垢、殺菌、滅藻、緩蝕，還可以除垢、溶垢，包括從水循環(huán)管路上溶解已成固體的垢，降低鹽類離子的濃度，助力濃縮倍數(shù)的增長，降解有機(jī)物，節(jié)水、節(jié)能、減輕污染。

3.1.3 水質(zhì)凈化器的設(shè)計及安裝

工藝流程設(shè)計如圖1所示。

圖1 水質(zhì)凈化器工藝流程設(shè)計示意圖

在循環(huán)水回水管線處尋找合適位置，連接旁路管線，引出2.5%～5%的流量進(jìn)入水質(zhì)凈化器。由于單臺水質(zhì)凈化器的處理能力為1 000 m3/h，故此系統(tǒng)設(shè)置的水質(zhì)凈化器由2臺并聯(lián)，水質(zhì)凈化器后配置水質(zhì)穩(wěn)定劑投加裝置。

3.2 水質(zhì)穩(wěn)定劑

水質(zhì)穩(wěn)定劑的主要成分為膦?；u酸的弱酸性鹽，具有優(yōu)良的阻垢、緩蝕、預(yù)膜和抑制菌藻生長的作用，搭配水質(zhì)凈化器在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)使用，可基本實現(xiàn)零排污。水質(zhì)穩(wěn)定劑在應(yīng)用中表現(xiàn)出的良好緩蝕性能，這得益于產(chǎn)品中的某元素呈現(xiàn)出多陰離子和氧化物特征，在與氯的吸附競爭中以其較強的絡(luò)合作用優(yōu)先吸附在金屬表面，并形成吸附層，阻礙了氯對金屬的吸附作用；同時，防止溶解氧在金屬表面的還原，抑制了溶解氧的腐蝕。

3.3 試驗數(shù)據(jù)總結(jié)

2018年1月10日，冀衡化學(xué)開始對5#涼水塔進(jìn)行加藥治理。經(jīng)過多半年的治理，并對5#循環(huán)水池與1#、2#循環(huán)水池(1#、2#池連通)內(nèi)的掛片腐蝕率進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)加藥后循環(huán)水的掛片腐蝕率有很大程度的降低，取得了一定的效果，且近期使用5#涼水塔冷卻的換熱設(shè)備未發(fā)生泄漏。加藥的5#循環(huán)水池與未加藥的2#循環(huán)池內(nèi)掛片腐蝕速率對比情況如表4所示。

4 投資及效益分析

5#循環(huán)水池治理包括水質(zhì)穩(wěn)定劑和水質(zhì)凈化器：水質(zhì)穩(wěn)定劑的價格在18 000元/t(16%的增值稅)，開始5#池加藥為4桶/d，根據(jù)掛片的腐蝕率情況，逐步摸索數(shù)據(jù)，現(xiàn)在調(diào)整為3桶/d，一桶25 kg，藥劑費用為：

3×450=1 350(元/d)。

水質(zhì)穩(wěn)定劑需要根據(jù)水質(zhì)狀況及掛片腐蝕率情況逐步調(diào)整。

水質(zhì)凈化器價格為12萬元/臺(16%的增值稅)，屬于一次性投資，共2臺：

12×2=24(萬元)。

1臺水質(zhì)凈化器的功率為3 kW，兩臺凈化器耗電量為：3×2×24=144(kW·h)。

電價按0.5元/(kW·h)計算，每天用電費用：144×0.5=72(元)。

表4 加藥的5#循環(huán)水池與未加藥的2#循環(huán)池內(nèi)掛片腐蝕速率對比表Table 4 Comparison of coupon corrosion rate in chemical-feeding circulating water pond 5# and in chemical-free 2#

5 結(jié)語

冀衡化學(xué)的5#循環(huán)水池主要是對4#、5#液化機(jī)組，3臺透平機(jī)冷卻器，5 ℃水冰機(jī)，氫處理洗滌塔，氯處理事故塔，洗滌塔板式換熱器等設(shè)備換熱降溫，使用期間換熱設(shè)備未發(fā)生泄漏，延長了換熱設(shè)備的使用周期。未改造前，氯處理透平機(jī)冷卻器基本是1年1換，1臺透平機(jī)冷卻器的價格在12萬元左右，至今已使用2年時間，未發(fā)生泄漏，年節(jié)約更換設(shè)備費用約為36萬元(3臺一級冷卻器的價格)，延長了液化機(jī)組、5 ℃水冰機(jī)冷凝器的使用壽命，無形之中節(jié)約了大量成本，穩(wěn)定了生產(chǎn)?？梢?，該技術(shù)的采用，有效提高了循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，有效防垢、除垢、緩蝕、滅藻，且運行費用較低，安全穩(wěn)定，無二次污染，能確保循環(huán)水長期正常運行，真正達(dá)到零排放，進(jìn)一步降低了冀衡化學(xué)的用水費用及廢水外排費用。