煤化工循環(huán)水系統(tǒng)中微生物、藻類的影響因素及控制

劉仁科，李永清

（中安聯(lián)合煤化有限責任公司，安徽 淮南 232000）

某大型煤化工企業(yè)新建以煤炭為原料，經(jīng)氣化、凈化、合成甲醇后由甲醇催化轉(zhuǎn)化為乙烯、丙烯，再經(jīng)過聚合最終成為聚烯烴產(chǎn)品的項目，2019 年投料試車打通全流程，2020 年轉(zhuǎn)入商業(yè)化運營，其中循環(huán)水裝置為其配套公用工程裝置之一，也是化工企業(yè)生產(chǎn)過程中非常重要的環(huán)節(jié)，循環(huán)水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行與否直接影響到后續(xù)工藝生產(chǎn)裝置的安全、環(huán)保、穩(wěn)定運行。

該公司循環(huán)水共由三個循環(huán)水場組成：第一循環(huán)水場主要為S-MTO、LLDPE、聚丙烯、甲醇合成、硫回收、壓力罐區(qū)、酸堿罐區(qū)、甲醇罐區(qū)及污水處理廠提供循環(huán)冷卻水；第二循環(huán)水場主要為氣化裝置、凈化裝置等提供循環(huán)冷卻水；第三循環(huán)水場分兩個系列，熱電循環(huán)水系統(tǒng)為熱電裝置提供循環(huán)冷卻水，空分循環(huán)水系統(tǒng)為空分、空壓站、冷凍站等提供循環(huán)冷卻水，工藝流程見圖1、圖2、圖3。

圖1 第一循環(huán)水場工藝流程

圖2 第二循環(huán)水場工藝流程

圖3 第三循環(huán)水場工藝流程

1 工藝說明

（1）冷卻塔單元

來自界區(qū)外的溫度小于42℃、壓力大于0.25 MPa的熱水經(jīng)上塔管線進入冷卻塔中。在塔頂，循環(huán)熱水通過分配管線和噴嘴分配后進入塔內(nèi)，然后在塔內(nèi)被填料進一步切割分散，并與由安裝在塔頂?shù)娘L機從塔的底部抽吸進入塔內(nèi)的冷空氣逆流直接接觸而進行熱交換。在接觸和熱交換過程中有一部分熱水蒸發(fā)進入到空氣中，循環(huán)熱水由此被冷卻至32℃之下。根據(jù)溫度高低開停風機，并調(diào)節(jié)進入冷卻塔的水量分配。

（2）加藥單元

緩蝕阻垢劑和分散劑由計量泵從藥劑罐中抽起，送入吸水池中，加藥量的大小根據(jù)自動加藥系統(tǒng)控制或分析報表中的分析藥劑濃度來控制，確保藥劑控制濃度在規(guī)定范圍內(nèi)。

將非氧化性殺菌劑通過加藥泵（水射器）加入吸水池中，使殺菌劑濃度在循環(huán)冷卻水中達到100～120 mg/L，起到殺菌滅藻的作用，達到控制水中細菌總數(shù)的目的。

固體氯酸鈉經(jīng)化鹽設(shè)備配制成水溶液（濃度33%）和鹽酸（濃度31%），在計量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、自控系統(tǒng)的作用下被定量輸送到反應(yīng)罐內(nèi)，在一定溫度下經(jīng)過負壓曝氣反應(yīng)生成二氧化氯和氯氣的氣液混合物，經(jīng)吸收系統(tǒng)吸收制成一定濃度的二氧化氯混合消毒液，投加到循環(huán)水系統(tǒng)中。

（3）旁濾單元

為控制循環(huán)水的濁度，循環(huán)水量的3%～5%的回水被送至旁濾池。循環(huán)水在旁濾池中經(jīng)過濾料層的過濾，其濁度降到5 mg/L以下。隨著過濾的進行，水通過濾料層的阻力將逐漸上升，使過濾室的進出口壓差逐漸上升，當升至一定值時，或過濾時間到設(shè)定值時，旁濾池將自動進行再生或反洗操作，對濾層進行清洗，使其阻力降低。

（4）塔下水池、吸水池和循環(huán)水泵單元

在每組冷卻塔池下，分別設(shè)有一根排污管線，用于塔池排污。在回水總管上安裝排污閥，用于正常排污，以控制循環(huán)水的濃縮倍數(shù)在4～6倍。為彌補由蒸發(fā)和排污帶來的水量損失，設(shè)有補充水管線向吸水池補充生產(chǎn)補充水和回用水，一循補充水65%為生產(chǎn)補充水，35%為RUD2 回用水；二循補充水50%為生產(chǎn)補充水，50%為RUD1回用水；三循環(huán)熱電補充水全為生產(chǎn)補充水，空分補充水55%為生產(chǎn)補充水，45%為RUD2 回用水。補水量的大小由液位電動自動調(diào)節(jié)閥自動控制。

冷卻后的循環(huán)水進入到塔底的吸水池中，正常情況下由循環(huán)水泵加壓至0.55 MPa（三循熱電系列0.45 MPa）以上，送往界區(qū)外的換熱裝置作冷卻工藝介質(zhì)使用。

（5）清凈水池單元

循環(huán)水、排污水、旁濾反洗水排入清凈水池，經(jīng)立式提升泵后進入清凈廢水處理系統(tǒng)。

2 微生物、藻類的來源

該公司循環(huán)水系統(tǒng)是敞開式，微生物、藻類主要通過補充水、周圍空氣、生產(chǎn)過程中物料的泄漏進入循環(huán)水系統(tǒng)。循環(huán)水由于不斷蒸發(fā)、排污和飛濺損失，必須連續(xù)不斷地加入補充水，補充水為生產(chǎn)水和回用水，生產(chǎn)水和回用水水體中的微生物、藻類較多。循環(huán)水在涼水塔靠大氣對流冷卻，大氣中夾帶的泥砂和灰塵等雜物會隨氣流進入循環(huán)水中，大氣中的微生物、藻類大部分附著在這些雜物上而隨之進入系統(tǒng)。此外，泄漏的物料也會把大量的微生物、藻類帶入循環(huán)水系統(tǒng)中[1]。

循環(huán)水系統(tǒng)通過管道、換熱器、冷卻塔填料及配水管道系統(tǒng)所提供的大量表面積，給大量微生物、藻類的生長提供了良好的棲息地，有效地促進了微生物、藻類的生長，微生物、藻類會在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中形成生物粘泥，對循環(huán)水系統(tǒng)管道、設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，影響冷卻塔的效率，降低熱交換設(shè)備的熱傳導(dǎo)率，堵塞換熱器管束，另外對水處理藥劑也會產(chǎn)生影響。微生物、藻類滋長給循環(huán)水系統(tǒng)帶來極大危害，所以控制微生物、藻類對循環(huán)水系統(tǒng)十分重要[2]。

3 微生物、藻類對循環(huán)水系統(tǒng)的危害

（1）降低換熱器上循環(huán)水的冷卻效果。

（2）換熱器中循環(huán)冷卻水的通道被堵塞，循環(huán)冷卻水通道的有效面積減少，從而降低冷卻效果。

（3）影響循環(huán)冷卻水在冷卻塔填料上的分布，降低冷卻塔的冷卻效果。

（4）降低阻垢劑和緩蝕劑的阻垢與緩蝕作用，造成設(shè)備管道的腐蝕，影響系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行[3]。

4 微生物、藻類的生長條件和環(huán)境因素

煤化工循環(huán)水系統(tǒng)特殊的生態(tài)環(huán)境恰恰滿足了微生物、藻類生長繁殖需要的各種條件，導(dǎo)致了循環(huán)水系統(tǒng)中的微生物、藻類迅速生長繁殖。

4.1 適宜的溫度和pH值

煤化工循環(huán)水系統(tǒng)溫度大多在30℃～42℃，pH 值在7.0～9.0 之間，為循環(huán)水系統(tǒng)中微生物、藻類的繁殖提供了有利條件。

4.2 溶解氧

煤化工所用循環(huán)水系統(tǒng)為敞開式，循環(huán)水在冷卻塔里的噴淋與曝氣過程為微生物、藻類的生長提供了大量的溶解氧，為微生物、藻類的繁殖創(chuàng)造了最佳條件。

4.3 細菌數(shù)

當循環(huán)水中細菌數(shù)低于105個/mL 時，水中粘泥故障發(fā)生率較低，細菌數(shù)大于105個/mL時，水中粘泥故障率大大增加。

4.4 濁度

粘泥的形成與循環(huán)冷卻水中濁度的高低密切相關(guān)，煤化工循環(huán)水系統(tǒng)要求濁度大于25 mg/L，超過25 mg/L時，很容易形成粘泥，導(dǎo)致緩蝕阻垢劑很難在設(shè)備表面和管道內(nèi)部形成保護膜。

5 微生物、藻類控制

循環(huán)水系統(tǒng)在夏季時常常出現(xiàn)菌類大量繁殖的情況，滋生大量生物粘泥，涼水塔壁、填料表面均附著有青苔、綠藻和一系列絮狀、條狀物。循環(huán)水的濁度、化學(xué)需氧量及設(shè)備腐蝕速率升高，導(dǎo)致這些問題的根本原因是微生物、藻類的大量繁殖。目前針對夏季循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，通過對殺菌劑的優(yōu)選和殺菌方案的優(yōu)化，對殺菌劑投加點的改變和增加，對二氧化氯發(fā)生器中氯酸鈉濃度的改變，鹽酸、氯酸鈉藥劑配比的優(yōu)化，增加粘泥量測定設(shè)備，對粘泥量進行測定等技術(shù)，最終通過優(yōu)化改造，形成一套適合該公司補充水水質(zhì)特點的微生物、藻類控制方案[4]。

5.1 優(yōu)選殺菌劑

通過與提供循環(huán)水處理藥劑廠家工程師交流，根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)補充水的特點，為循環(huán)水系統(tǒng)特別制定了幾種殺菌劑配方，見表1。

表1 殺菌劑主劑成分及性能

5.2 優(yōu)化殺菌方案

為了在適合微生物、藻類生長的循環(huán)水系統(tǒng)中能有效地控制微生物、藻類活動，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟性考慮和循環(huán)水系統(tǒng)實際的運行情況，為了避免系統(tǒng)中微生物、藻類可能產(chǎn)生的抗藥性，使系統(tǒng)中細菌始終處于理想狀態(tài)，我們在原設(shè)計氧化性殺菌劑采用二氧化氯連續(xù)投加的基礎(chǔ)上，采用沖擊性交替投加SS411ECH和SS531ECH 兩種非氧化性殺菌劑的方法，同時每季度投加SS311ECH 對循環(huán)水系統(tǒng)進行殺菌剝離，將沉積在管道及設(shè)備內(nèi)壁的粘泥進行剝離，剝離24 h 后，對系統(tǒng)進行快速換水，使循環(huán)水系統(tǒng)濁度降到最低[5]，見表2。

表2 最佳殺菌方案

5.3 優(yōu)化殺菌劑投加位置

循環(huán)水原加藥管線安裝在距吸水池邊沿0.5 m 處，經(jīng)過摸索探討，結(jié)合GB 50050-2017工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范的規(guī)定“氧化型殺生劑宜投加在冷卻塔集水池出口的對面和遠端的池壁內(nèi)并多點布置，藥劑宜投加在冷卻塔水池出口或吸水池中，且宜深入正常運行水位下0.4 m處”，通過改造將藥品投加點選擇在吸水池接近格柵處，深入吸水池正常水位下0.4 m 處，此處水流速大，能加快藥液的擴散，縮短吸水池內(nèi)藥液濃度均衡時間。

5.4 殺菌劑投加控制改造

循環(huán)水加藥管線藥液在吸水池投加共有2個分支，每個分支上均無閥門控制，受壓力的影響，會導(dǎo)致第一個藥液分支投加點的投加量大，末梢藥液投加量少或沒有。為此我們對每根加藥管線加裝控制調(diào)節(jié)閥門，以達到藥液投加平衡，且可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，以滿足不同位置藥劑的投加需要。

5.5 殺菌劑投加工藝流程改造

循環(huán)水有南、北兩座涼水塔池，北側(cè)涼水塔池向陽，日照充足，微生物、藻類繁殖比南側(cè)快，南、北兩側(cè)只有南側(cè)吸水池一路有加藥管線，藥液只能加到南側(cè)吸水池，通過聯(lián)通管擴散到北側(cè)吸水池，導(dǎo)致北側(cè)吸水池出現(xiàn)藥液濃度低和殺菌效果差的問題，為此在北側(cè)吸水池增加一路加藥管線，使南、北吸水池內(nèi)同時進行藥劑投加，以使南、北吸水池內(nèi)藥劑濃度均勻，減少藥劑投加量，提高水處理效果。

5.6 改造優(yōu)化二氧化氯發(fā)生器

（1）改變氯酸鈉配置濃度，優(yōu)化鹽酸和氯酸鈉進反應(yīng)釜比例

二氧化氯發(fā)生器運行初期，按設(shè)計的氯酸鈉和鹽酸配比，將氯酸鈉固體與水按1∶2 比例配置，鹽酸和氯酸鈉按1∶1 比例進入二氧化氯發(fā)生器。但是運行中發(fā)現(xiàn)管線內(nèi)氯酸鈉結(jié)晶，致使氯酸鈉管線堵塞，影響二氧化氯發(fā)生器的運行，為此我們經(jīng)過多次試驗后，確定將氯酸鈉固體配置成33%的濃度，鹽酸和氯酸鈉按1∶1.4 的比例進入二氧化氯發(fā)生器，從而杜絕了氯酸鈉管線結(jié)晶堵塞。

（2）增加二氧化氯發(fā)生器反洗流程

原設(shè)計二氧化氯發(fā)生器無法進行反洗，因為反洗時反應(yīng)釜內(nèi)的二氧化氯氣體會通過室內(nèi)的曝氣管溢出，使二氧化氯進入室內(nèi)，造成危險。對此我們進行了如下改造：在原曝氣管上增加三通和閥門，另增加一路曝氣管至吸水池，從而增加二氧化氯發(fā)生器反洗流程。反洗時切換曝氣管線流程，使反應(yīng)釜內(nèi)的二氧化氯氣體經(jīng)曝氣管排至吸水池內(nèi)。改造后，定期對二氧化氯發(fā)生器進行反沖洗，杜絕了反應(yīng)釜內(nèi)沉淀物堵塞管道。改造后二氧化氯發(fā)生器運行穩(wěn)定。

6 控制效果

一年運行下來，整個循環(huán)水系統(tǒng)異樣菌總數(shù)、化學(xué)耗氧量等指標均能控制在較低水平。涼水塔塔壁較為干凈，沒有藻類生長。循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)各項指標控制非常好，腐蝕速率和粘附速率遠遠低于控制指標，有效地控制了系統(tǒng)中微生物、藻類的繁殖，收到了較好的效果。具體分析數(shù)據(jù)見表3。

表3 分析數(shù)據(jù)及控制指標

7 結(jié)論與建議

（1）從表3各項水質(zhì)分析數(shù)據(jù)平均值看出，循環(huán)水系統(tǒng)各項指標控制較低，系統(tǒng)運行情況較好，確保了循環(huán)水系統(tǒng)安全穩(wěn)定長周期運行。間斷交替投加兩種非氧化性殺菌劑，定期投加殺菌剝離劑的方案是中安聯(lián)合循環(huán)水系統(tǒng)當前最有效的微生物、藻類控制方法。

（2）循環(huán)水運行過程中時常有介質(zhì)泄漏現(xiàn)象，需要及時查漏，采取應(yīng)急措施，同時及時處理泄漏的換熱器。

（3）回用水1 和回用水2 的水質(zhì)不穩(wěn)定，需要污水裝置加強運行，保證回用水水質(zhì)合格。