循環(huán)冷卻水處理和趨零排放新技術(shù)--從循環(huán)水中要效益

1、循環(huán)冷卻水處理和 趨零 排放新技術(shù) - 從循環(huán)水中 要效益摘要：我國(guó)是一個(gè)貧水國(guó)家，因?yàn)榘磭?guó)際標(biāo)準(zhǔn)，每人每年水供應(yīng)量在 1000 噸以 下就是缺水國(guó)家。目前，中國(guó)缺水在千億立方米以上。不少地區(qū)人均水資源已 同世界聞名的缺水國(guó)家以色列相近。黃土高原地區(qū)情況就是這樣。我國(guó)被列為 世界上貧水的國(guó)家之一。關(guān)鍵詞：循環(huán)冷卻 水處理 排放 循環(huán)水我國(guó)是一個(gè)貧水國(guó)家，因?yàn)榘磭?guó)際標(biāo)準(zhǔn)，每人每年水供應(yīng)量在 1000 噸以下 就是缺水國(guó)家。目前，中國(guó)缺水在千億立方米以上。不少地區(qū)人均水資源已同 世界聞名的缺水國(guó)家以色列相近。黃土高原地區(qū)情況就是這樣。我國(guó)被列為世 界上貧水的國(guó)家之一。特別是北方、西部廣大地區(qū)缺水特

2、別嚴(yán)重。我國(guó)東南地 區(qū)由于地面水資源污染引起水質(zhì)性缺水情況也很?chē)?yán)重。在全國(guó) 670 座大中城市 中，有 400座城市不同程度的缺水。其中 110 座城市嚴(yán)重缺水。據(jù)最新資料證 實(shí)，北京人均水資源占有量目前是不足 300 立方米。面對(duì)如此缺水的嚴(yán)峻形勢(shì)，我國(guó)工業(yè)用水量卻浪費(fèi)驚人。主要是工業(yè)用水 重復(fù)利用率低。工業(yè)用水重復(fù)利用率只有 2030%。僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的三分之一。如生產(chǎn) 1噸鋼，中國(guó)耗水量是國(guó)際先進(jìn)水平的 16倍以上,生產(chǎn) 1噸紙中 國(guó)所耗水量是國(guó)際先進(jìn)水平的 3 倍以上。其他工業(yè)方面也同樣存在水資源浪費(fèi) 的情況。節(jié)約用水已經(jīng)成為我們國(guó)家的當(dāng)務(wù)之急，缺水問(wèn)題也將嚴(yán)重制約我國(guó)本世 紀(jì)的經(jīng)濟(jì)可持

3、續(xù)發(fā)展，并將引起生態(tài)環(huán)境退化、人居環(huán)境惡化、爭(zhēng)水矛盾日益 突出等社會(huì)和環(huán)境問(wèn)題。為了節(jié)約用水國(guó)家正在制定和實(shí)施一些具體舉措和政 策，鼓勵(lì)節(jié)約用水、提高水的重復(fù)利用率、污水處理回用。我國(guó)將逐步實(shí)行定 量供水、提高水價(jià)、超量用水罰款的措施。據(jù)有關(guān)消息透露，在 2006 年以前， 北方地區(qū)用水價(jià)格將提高到民用水 4 元/噸，工業(yè)用水 6 元/噸，并對(duì)不同行業(yè) 實(shí)行定量供水，超出定量的部分實(shí)行 6 倍的罰款。這將迫使各行業(yè)及居民提高 節(jié)水意識(shí)。石油化工企業(yè)是耗水大戶(hù)。用水量的多少、水污染物排放量的增減不僅對(duì) 本企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重大影響，而且對(duì)緩解石化企業(yè)所在地區(qū)缺水矛 盾、改善地表水環(huán)境狀況有舉

4、足輕重的作用。目前石化企業(yè)用水和排水狀況并 不十分理想，噸原油排水量偏高（ 1.5-2.5 噸水/ 噸原油以上），與水相關(guān)的費(fèi) 用在原油加工成本中所占的比例偏大，單位產(chǎn)品所排水污染物量也不低。這些 指標(biāo)不僅難以同世界先進(jìn)水平相比（ 0.5 噸水/ 噸原油），而且不同程度地造成 水資源的極大浪費(fèi)。目前，各地單位用水排水費(fèi)用逐漸迅速增加的趨勢(shì)已成定局，然而就煉油 工藝而言，盡管會(huì)不斷改進(jìn)，但由于是多年的定型成熟工藝，不可能在短時(shí)間 內(nèi)出現(xiàn)革命性的進(jìn)步，主工藝挖潛似乎難以在降低成本、提高效益方面發(fā)揮重 要作用。在這種情況下作水的文章顯然十分必要，僅從提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益角度 看，也會(huì)有事半功倍的效果。因

5、此，污水經(jīng)深度處理后回用于生產(chǎn)，已成為企 業(yè)提高效益、清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗以及減少環(huán)境污染的大趨勢(shì)。企業(yè)水系統(tǒng)大致可分為以下五部分：1、鍋爐水系統(tǒng)（包括蒸汽系統(tǒng)）2、工藝水系統(tǒng)3、循環(huán)（直接）冷卻水系統(tǒng)4、污水處理系統(tǒng)5、生活污水系統(tǒng)按照分質(zhì)利用的治理原則，污水處理后回用同樣存在如何治理最有效、回 用到何處最保險(xiǎn)、最經(jīng)濟(jì)以及綜合效益最高等問(wèn)題。也就是說(shuō)，污水回用點(diǎn)應(yīng) 該綜合考慮工程投資、技術(shù)成熟性及可操作性、運(yùn)行成本、以及回用污水對(duì)整 個(gè)水系統(tǒng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響等因素。同時(shí)應(yīng)遵循先易后難、分質(zhì)利用的原則。通過(guò)綜合分析以及大量試驗(yàn)，污水經(jīng)深度處理后回用于循環(huán)水系統(tǒng)是上述 幾個(gè)因素的平衡點(diǎn)。一、技術(shù)背景與意

6、義循環(huán)冷卻水是工業(yè)用水中的用水大項(xiàng) , 在石油化工、電力、鋼鐵、冶金等行 業(yè)，循環(huán)冷卻水的用量占企業(yè)用水總量的 50-90%。由于原水中有不同的含鹽 量，循環(huán)冷卻水濃縮到一定倍數(shù)必須排出一定的濃水，并補(bǔ)充新水。一臺(tái) 30 萬(wàn) KW冷凝機(jī)組，循環(huán)冷卻水量要達(dá)到 3.3 萬(wàn)噸/ 時(shí)左右，假定原水中含鹽量為 1000mg/L，濃縮倍數(shù)為 3，那么循環(huán)冷卻水的濃水排放約在 68左右，即 198264m3/h ，同時(shí)需補(bǔ)充的新水等于排水及蒸發(fā)損失等，補(bǔ)充水量大約為循 環(huán)水量的 22.6%，將為 660860m3/h 左右，水資源消耗與污水排放的數(shù)量是 很大的。循環(huán)冷卻水由于受濃縮倍數(shù)的制約，在運(yùn)行中必須

7、要排出一定量的濃水和 補(bǔ)充一定量的新水。使冷卻水中的含鹽量、 PH值、有機(jī)物濃度、懸浮物含量控 制在一個(gè)合理的允許范圍。對(duì)這部分濃水排放進(jìn)行具體處理回用，具有重要的意義。它不但能提高水的重復(fù)利用率，節(jié)約水資源，而且能極大的改善循環(huán)冷 卻水的整體狀況。二、循環(huán)冷卻水現(xiàn)狀及存在問(wèn)題循環(huán)冷卻水由泵送往冷卻系統(tǒng)中各用戶(hù)，經(jīng)換熱后溫度升高，被送往冷卻 塔進(jìn)行冷卻。在冷卻塔中熱水從塔頂向下噴淋成水滴或水膜狀，空氣則逆向或 水平交流流動(dòng)，在氣水接觸過(guò)程中，進(jìn)行熱交換。水溫降至符合冷卻水要求 時(shí)，繼續(xù)循環(huán)使用?？諝庥伤斠绯鰰r(shí)帶走水蒸氣，使循環(huán)水中離子含量增加，因此必須補(bǔ)充 新鮮水，排出濃縮水，以維持含鹽量在

8、一定濃度，從而保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn) 行。補(bǔ)充水的量應(yīng)彌補(bǔ)系統(tǒng)蒸發(fā)、風(fēng)吹（包括飛濺和霧沫夾帶）及排污損失的 水量。循環(huán)水與補(bǔ)充水中含鹽量之比，即為該循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)。在一定 的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，只要改變補(bǔ)充水的含鹽量，就可以改變循環(huán)水系統(tǒng)的濃 縮倍數(shù)，而提高濃縮倍數(shù)是保證整個(gè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。冷卻水在循環(huán)系統(tǒng)中不斷循環(huán)使用，由于水溫升高、流速變化、蒸發(fā)、各 種無(wú)機(jī)離子和有機(jī)物質(zhì)的濃縮，冷卻塔和冷卻水池在室外受到陽(yáng)光照射、風(fēng)吹 雨淋、灰塵雜物的進(jìn)入，以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用，會(huì)產(chǎn) 生很多問(wèn)題。2007-05-171、水垢附著在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，碳酸氫鹽的濃度隨蒸發(fā)濃縮

9、而增加。當(dāng)其濃度達(dá)到 過(guò)飽和狀態(tài)，或經(jīng)過(guò)傳熱表面水溫升高時(shí)，會(huì)分解生成碳酸鹽沉積在傳熱表 面，形成致密的微溶性鹽類(lèi)水垢，其導(dǎo)熱性能很差（ 1.16W/（m.K） ，鋼材一般 為 45W/（m.K） ）。因此，水垢附著，輕則降低換熱器傳熱效率，嚴(yán)重時(shí)，使換 熱器堵塞，系統(tǒng)阻力增大，水泵和冷卻塔效率下降，生產(chǎn)能耗增加，產(chǎn)量下 降，加快局部腐蝕，甚至造成非正常停產(chǎn)。2、設(shè)備腐蝕循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，大量設(shè)備是由金屬制造，長(zhǎng)期使用循環(huán)冷卻水，會(huì)發(fā) 生腐蝕穿孔。這是由多種因素造成的，主要有：冷卻水中溶解氧引起的電化學(xué) 腐蝕；有害離子（ Cl -和 SO42- ）引起的腐蝕；微生物（厭氧菌、鐵細(xì)菌）引起 的腐

10、蝕等。設(shè)備管壁腐蝕穿孔，會(huì)形成滲漏，或工藝介質(zhì)泄露入冷卻水中，損失物 料，污染水體；或冷卻水滲入工藝介質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成經(jīng)濟(jì)損失，影響 安全生產(chǎn)。3、微生物的滋生與粘泥在循環(huán)水中，由于養(yǎng)分的濃縮，水溫升高和日光照射，給細(xì)菌和藻類(lèi)的迅 速繁殖創(chuàng)造了條件。細(xì)菌分泌的黏液使水中漂浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀物等黏 附在一起，形成沉積物附著在傳熱表面，即生物粘泥或軟垢。粘泥附著會(huì)引起腐蝕，冷卻水流量減少，進(jìn)而降低冷卻效率；嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵 死管道，迫使停產(chǎn)清洗。綜上所述，冷卻水長(zhǎng)期循環(huán)使用后，必然會(huì)帶來(lái)結(jié)垢、腐蝕和微生物滋生 問(wèn)題。解決好這三個(gè)問(wèn)題才能穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)約資源與能源，從而減少環(huán)境污 染，提高經(jīng)濟(jì)效益

11、。三、循環(huán)冷卻水處理技術(shù)現(xiàn)狀1、水垢的控制循環(huán)水系統(tǒng)中最易生成的水垢是碳酸鈣垢，水垢控制即是防止碳酸鈣的析 出，大致有以下幾類(lèi)方法。 從補(bǔ)充冷卻水中除去成垢的鈣、鎂離子在補(bǔ)充水進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)之前進(jìn)行軟化處理，除去 Ca2+、Mg2+，也就形不成 水垢。目前常用的軟化方法有兩種：一是離子交換樹(shù)脂法，該法適于補(bǔ)充水量小的循環(huán)水系統(tǒng)間或采用；二是石灰軟化法，即投加石灰，使 Ca（HCO3） 2反應(yīng)生成 CaCO3沉淀提前析 出。該方法成本低，適于原水（尤其是暫時(shí)硬度大的結(jié)垢型原水）鈣含量高， 補(bǔ)充水量較大的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。 加酸或通入 CO2 氣體，降低 PH值，穩(wěn)定重碳酸鹽在循環(huán)水中加酸（通常為硫

12、酸）或通入 CO2 氣體，降低 PH值，使下列平衡 左移，重碳酸鹽處于穩(wěn)定狀態(tài)。目前我國(guó)的循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)一般為 1.5 2.53、技術(shù)路線(xiàn)將原有循環(huán)水系統(tǒng)的排污水、生活污水、污水處理廠(chǎng)出水、工藝過(guò)程的假 定凈水進(jìn)行處理，去除水的濁度，降低水的硬度和鹽含量，并使處理出水的硬 度低于新鮮水（天然水）的硬度，二者混合后作為進(jìn)入冷卻水池的補(bǔ)充水。運(yùn) 行一段時(shí)間后，循環(huán)水總體的鹽含量和硬度降低，系統(tǒng)濃縮倍數(shù)可逐步提高， 循環(huán)水水質(zhì)逐漸變好，新鮮水用量和排污水量不斷減少，形成系統(tǒng)的良性循 環(huán)。在石油、化工、電力、鋼鐵等行業(yè)企業(yè)中，既有生產(chǎn)用水，也有生活用 水，生產(chǎn)用水又分直接一次性用水和循環(huán)水。而循環(huán)

13、水根據(jù)以上所述，是要有 一定濃水排放，還有蒸發(fā)損失、風(fēng)吹損失等，所以，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)要有補(bǔ)充 水?，F(xiàn)在多數(shù)企業(yè)的循環(huán)水是用新鮮水補(bǔ)充，生活污水和循環(huán)水濃水以及污水 處理廠(chǎng)出水都按排污水排放了。如果把生活污水、循環(huán)水濃水、污水處理廠(chǎng)出 水、工藝過(guò)程排放的假定凈水進(jìn)行處理后，用做循環(huán)水的補(bǔ)充水，從而節(jié)約新 鮮水，在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上也是有效益的。在電廠(chǎng)中，由于被循環(huán)水冷卻的介質(zhì)是低溫蒸汽，溫度只有50左右，般來(lái)說(shuō)，在循環(huán)水系統(tǒng)中不會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，在實(shí)際運(yùn)行中，出現(xiàn)較多的問(wèn)題 是含鹽量增多、細(xì)菌滋生、灰塵等，只要將循環(huán)水排放的濃水進(jìn)行脫鹽處理， 生活污水進(jìn)行生化處理和過(guò)濾，再混入部分新鮮水作為循環(huán)

14、水的補(bǔ)充水就可以 了。我們的技術(shù)方案最主要的一條是：循環(huán)水濃水經(jīng)過(guò)脫鹽處理后，可以全部 脫去硬度，含鹽量低于新鮮水，濁度小于新鮮水，處理運(yùn)行費(fèi)用低于當(dāng)?shù)氐男?鮮水價(jià)格。生活污水生化處理和過(guò)濾后作為循環(huán)水補(bǔ)充水的運(yùn)行費(fèi)用也低于當(dāng) 地的新鮮水價(jià)格，從而在循環(huán)水系統(tǒng)中，按我們的方案處理能為企業(yè)取得一定 的經(jīng)濟(jì)效益，而且隨著國(guó)家對(duì)水資源價(jià)格和污水排放的控制，經(jīng)濟(jì)效益會(huì)越來(lái) 越顯著。在煉油、化工企業(yè)中，由于被冷卻的介質(zhì)品種較多，有的介質(zhì)溫度高達(dá) 200以上，加之循環(huán)水在換熱系統(tǒng)中流量分配上，不可能設(shè)計(jì)得十分合理，造 成部分換熱器循環(huán)水溫度過(guò)高，在換熱器內(nèi)結(jié)垢情況嚴(yán)重，系統(tǒng)運(yùn)行中、后 期，往往由于嚴(yán)重結(jié)垢

15、而影響換熱效果，造成部分產(chǎn)品溫度降不下來(lái)，影響正 常生產(chǎn)。在石油化工生產(chǎn)中，循環(huán)水突出的問(wèn)題是在部分換熱器中結(jié)垢嚴(yán)重， 另外也存在運(yùn)行中含鹽量增高，細(xì)菌滋生等問(wèn)題。所以在石油化工生產(chǎn)中，我 們的技術(shù)路線(xiàn)是：循環(huán)水系統(tǒng)的濃水、生活污水生化處理和污水處理場(chǎng)達(dá)標(biāo)排 放廢水過(guò)濾脫鹽后回用，對(duì)補(bǔ)充的部分新鮮水也進(jìn)行脫鹽、除硬度后使用，使 整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)大大提高，并且由于循環(huán)水的硬度較低，可大大降低 換熱器的結(jié)垢速率。在回用水的處理中，一次性投資 1100元-1500 元/噸污水 （污水處理場(chǎng)達(dá)標(biāo)廢水），噸水運(yùn)行費(fèi)用 0.5-0.8 元/ 噸，噸水運(yùn)行成本約 1.2-1.5 元 / 噸（包括設(shè)備折

16、舊費(fèi)、材料消耗費(fèi)、大修基金等所有取費(fèi)），但基 本解決了結(jié)垢以及提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)這個(gè)大問(wèn)題，保證生產(chǎn)的正常性和長(zhǎng)周 期運(yùn)行，其間接效益是很大的，何況在濃水、污水回用方面也有一定的經(jīng)濟(jì)效 益。4、技術(shù)分析污水回用項(xiàng)目，關(guān)鍵在于流程的可靠性、出水的穩(wěn)定性以及制水成本。就 目前我國(guó)2007-05-17污水回用技術(shù)實(shí)際情況而言，對(duì)于上述污水進(jìn)行深度處理以達(dá)到回用 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，有多種處理方法可拱選擇，包括離子交換、電滲析法、反滲透法、 納濾、超濾和微濾、過(guò)濾以及絮凝、氧化等。離子交換法主要用于去除水中離子化的物質(zhì)，而生化處理出水 COD值相對(duì) 較高，且大部分為非離子型有機(jī)物 , 污水中的有機(jī)物與樹(shù)脂活性基

17、團(tuán)的固定離子 結(jié)合力很大，一旦結(jié)合就很難進(jìn)行再生，嚴(yán)重影響再生效率和交換能力；另 外，樹(shù)脂抗 Cl2、O2等氧化劑氧化性很差，因而不宜采用。電滲析法以離子交換膜為介質(zhì)，靠離子的選擇透過(guò)性來(lái)分離水溶液中的某 些物質(zhì)。它是在離子交換技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，它去除的也是 一些電解質(zhì)物質(zhì)，但回用率很低（ 50-60%）且運(yùn)行成本很高，因此，電滲析法 也不宜采用。反滲透法是近 20 年來(lái)發(fā)展起來(lái)的膜技術(shù)，現(xiàn)己被廣泛地用于水質(zhì)除鹽和污 水治理等方面。該法專(zhuān)門(mén)用以分離水中的分子態(tài)和離子態(tài)溶解物質(zhì)，其實(shí)質(zhì)是 向水溶液中施加巨大的壓力，使溶劑水透過(guò)反滲透膜成為淡水，而溶質(zhì)被阻留 成為濃水，由此可達(dá)到兩個(gè)目的，一是從含鹽水中制取淡水；二是濃縮污水中 的溶解態(tài)污染物質(zhì)，處理后的污水或直接排放或重復(fù)利用。反滲透裝置是以分 子擴(kuò)散膜為介質(zhì)。以靜壓差為推動(dòng)力來(lái)分離水溶液中的物質(zhì)，與電滲析法相 比，在經(jīng)濟(jì)上具有顯著的優(yōu)越性，電能效率較高、能耗低，相同進(jìn)水條件下，