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、         06-03-09 09:40:00     作者：bjxhrh    編輯：studa9ngns摘要：我國是一個貧水國家，因為按國際標準，每人每年水供應(yīng)量在1000噸以下就是缺水國家。目前，中國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家以色列相近。黃土高原地區(qū)情況就是這樣。我國被列為世界上貧水的國家之一。 關(guān)鍵詞：循環(huán)冷卻 水處理 排放 循環(huán)水  我國是一個貧水國家，因為按國際標準，每人每

2、年水供應(yīng)量在1000噸以下就是缺水國家。目前，中國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家以色列相近。黃土高原地區(qū)情況就是這樣。我國被列為世界上貧水的國家之一。特別是北方、西部廣大地區(qū)缺水特別嚴重。我國東南地區(qū)由于地面水資源污染引起水質(zhì)性缺水情況也很嚴重。在全國670座大中城市中，有400座城市不同程度的缺水。其中110座城市嚴重缺水。據(jù)最新資料證實，北京人均水資源占有量目前是不足300立方米。面對如此缺水的嚴峻形勢，我國工業(yè)用水量卻浪費驚人。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)達國家的三分之一。如生產(chǎn)1噸鋼，中國耗水量是國際先進水平的16

3、倍以上,生產(chǎn)1噸紙中國所耗水量是國際先進水平的3倍以上。其他工業(yè)方面也同樣存在水資源浪費的情況。節(jié)約用水已經(jīng)成為我們國家的當務(wù)之急，缺水問題也將嚴重制約我國本世紀的經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，并將引起生態(tài)環(huán)境退化、人居環(huán)境惡化、爭水矛盾日益突出等社會和環(huán)境問題。為了節(jié)約用水國家正在制定和實施一些具體舉措和政策，鼓勵節(jié)約用水、提高水的重復(fù)利用率、污水處理回用。我國將逐步實行定量供水、提高水價、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)用水價格將提高到民用水4元/噸，工業(yè)用水6元/噸，并對不同行業(yè)實行定量供水，超出定量的部分實行6倍的罰款。這將迫使各行業(yè)及居民提高節(jié)水意識。石油化工企業(yè)是耗

4、水大戶。用水量的多少、水污染物排放量的增減不僅對本企業(yè)的綜合經(jīng)濟效益產(chǎn)生重大影響，而且對緩解石化企業(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。這些指標不僅難以同世界先進水平相比（0.5噸水/噸原油），而且不同程度地造成水資源的極大浪費。目前，各地單位用水排水費用逐漸迅速增加的趨勢已成定局，然而就煉油工藝而言，盡管會不斷改進，但由于是多年的定型成熟工藝，不可能在短時間內(nèi)出現(xiàn)革命性的進步，主工藝挖潛似乎難以在降低成本、提

5、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)濟效益角度看，也會有事半功倍的效果。因此，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。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、最經(jīng)濟以及綜合效益最高等問題。也就是說，污水回用點應(yīng)該綜合考慮工程投資、技術(shù)成熟性及可操作性、運行成本、以及回用污水對整個水系統(tǒng)的長遠影響等因素。同時應(yīng)遵循先易后難、分

6、質(zhì)利用的原則。通過綜合分析以及大量試驗，污水經(jīng)深度處理后回用于循環(huán)水系統(tǒng)是上述幾個因素的平衡點。一、技術(shù)背景與意義循環(huán)冷卻水是工業(yè)用水中的用水大項,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，并補充新水。一臺30萬KW冷凝機組，循環(huán)冷卻水量要達到3.3萬噸/時左右，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，同時需補充的新水等于排水及蒸發(fā)損失等，補充水量大約為循環(huán)水量的22.6%，將為660860m3/h左右，水資源消耗

7、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，在運行中必須要排出一定量的濃水和補充一定量的新水。使冷卻水中的含鹽量、PH值、有機物濃度、懸浮物含量控制在一個合理的允許范圍。對這部分濃水排放進行具體處理回用，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)狀及存在問題循環(huán)冷卻水由泵送往冷卻系統(tǒng)中各用戶，經(jīng)換熱后溫度升高，被送往冷卻塔進行冷卻。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，在氣水接觸過程中，進行熱交換。水溫降至符合冷卻水要求時，繼續(xù)循環(huán)使用。空氣由塔頂溢出時帶走水蒸氣，使循環(huán)水中離子含

8、量增加，因此必須補充新鮮水，排出濃縮水，以維持含鹽量在一定濃度，從而保證整個系統(tǒng)正常運行。補充水的量應(yīng)彌補系統(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)是保證整個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)經(jīng)濟運行的關(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)、各種無機離子和有機物質(zhì)的濃縮，冷卻塔和冷卻水池在室外受到陽光照射、風(fēng)吹雨淋、灰塵雜物的進入，以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用，會產(chǎn)生很多問題。1、水垢附著在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，碳酸

9、氫鹽的濃度隨蒸發(fā)濃縮而增加。當其濃度達到過飽和狀態(tài)，或經(jīng)過傳熱表面水溫升高時，會分解生成碳酸鹽沉積在傳熱表面，形成致密的微溶性鹽類水垢，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，嚴重時，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，長期使用循環(huán)冷卻水，會發(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、鐵細菌）引起的腐蝕等。設(shè)備

10、管壁腐蝕穿孔，會形成滲漏，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，給細菌和藻類的迅速繁殖創(chuàng)造了條件。細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。粘泥附著會引起腐蝕，冷卻水流量減少，進而降低冷卻效率；嚴重時會堵死管道，迫使停產(chǎn)清洗。綜上所述，冷卻水長期循環(huán)使用后，必然會帶來結(jié)垢、腐蝕和微生物滋生問題。解決好這三個問題才能穩(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)濟效益。三、循環(huán)冷卻水處理技術(shù)

11、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，大致有以下幾類方法。 從補充冷卻水中除去成垢的鈣、鎂離子在補充水進入循環(huán)水系統(tǒng)之前進行軟化處理，除去Ca2+、Mg2+，也就形不成水垢。目前常用的軟化方法有兩種：一是離子交換樹脂法，該法適于補充水量小的循環(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（尤其是暫時硬度大的結(jié)垢型原水）鈣含量高，補充水量較大的循環(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（通常為硫酸）或通入CO2氣體，降低PH值，使下列平衡左

12、移，重碳酸鹽處于穩(wěn)定狀態(tài)。加酸法目前仍有使用，關(guān)鍵是控制好加酸量，否則酸量過多會加速設(shè)備腐蝕。通CO2氣體同樣應(yīng)注意控制好PH值，否則循環(huán)水通過冷卻塔時，由于CO2的溢出，CaCO3在塔內(nèi)結(jié)晶，堵塞填料，形成鈣垢轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。該方法在某些化肥廠、化工廠及電廠等有CO2氣體源的企業(yè)仍有推廣使用的價值。 投加阻垢劑在循環(huán)水中投加阻垢劑，破壞CaCO3的結(jié)晶增長過程，以達到控制水垢形成的目的。目前常用的阻垢劑有聚磷酸鹽、有機多元膦酸、有機磷酸脂、聚丙烯酸鹽等，這也是目前應(yīng)用最廣的控制水垢的方法。2、污垢的控制控制污垢，可從下面幾個方面努力： 對補充水進行預(yù)處理，降低濁度 做好循環(huán)水水質(zhì)處理 投加分散劑可

13、將粘合在一起的泥團雜質(zhì)等分散成微粒懸浮于水中，隨水流流動而不沉積，從而減少污垢對傳熱的影響，部分懸浮物還可隨排污排出。 增加旁濾設(shè)備如果在系統(tǒng)中增設(shè)旁濾設(shè)備，控制好旁流量和進、出旁流設(shè)備的濁度，就可保持系統(tǒng)長時間運行下的濁度在控制指標內(nèi)，減少污垢形成。3、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)金屬腐蝕的控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)金屬腐蝕的控制方法常用的主要有以下四種： 添加緩蝕劑緩蝕劑是一種用于腐蝕介質(zhì)中抑制金屬腐蝕的添加劑，它用量少，不會改變腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)，不需特殊投加設(shè)備，也不需對設(shè)備表面進行處理。因此，使用緩蝕劑是一種經(jīng)濟效益較高且適應(yīng)性較強的金屬防護措施。在敞開式循環(huán)水系統(tǒng)中，常用的緩蝕劑有硅酸鹽、鉬酸鹽、鋅鹽、磷酸

14、鹽、聚磷酸鹽、有機多元膦酸、巰基苯并噻唑（MBT）、苯并三唑（BTA）和甲基苯并三唑（TTA）、硫酸亞鐵等，并且為了減輕環(huán)境富營養(yǎng)化的壓力，目前更趨向于使用后面幾種有機膦酸鹽和低磷緩蝕劑。 提高循環(huán)水的PH值提高循環(huán)水的PH值，使金屬表面生成氧化性保護膜的傾向增大，易于鈍化，從而有利于控制設(shè)備腐蝕。敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)通常通過在冷卻塔內(nèi)的曝氣提高PH值，當水中和空氣中的CO2達到平衡時，水的PH為8.5左右。提高循環(huán)水的PH值后，不可避免的帶來一些問題：循環(huán)水結(jié)垢傾向增大；設(shè)備腐蝕速度下降，但還不能滿足要求；某些常用緩蝕劑失效。目前可通過添加專門為堿性冷卻水處理開發(fā)的復(fù)合緩蝕劑來解決，例如：聚

15、磷酸鹽-鋅鹽-膦酸鹽-分散劑、聚磷酸鹽-正磷酸鹽-膦酸鹽-三元共聚物、有機多元膦酸-聚合物分散劑-唑類、多元醇磷酸酯-丙烯酸系聚合物、HEDP-PMA等。這些水處理劑的復(fù)合配方可發(fā)揮出除垢和防腐的綜合作用，由于協(xié)同或增效作用，它比單一藥劑的單一作用，效果更顯著，這也是緩蝕劑的發(fā)展趨勢。 選用耐蝕材料的換熱器例如使用聚丙烯換熱器或石墨改性聚丙烯換熱器，但由于換熱效果差，很少使用。 用防腐涂料涂覆通過防腐涂料的屏蔽、緩蝕、陰極保護及PH緩沖作用來保護設(shè)備不受腐蝕。4、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)微生物的控制循環(huán)水系統(tǒng)中微生物引起的腐蝕、粘泥及其生長的控制方法有：設(shè)備選用耐蝕材料；控制循環(huán)水中的氧含量、PH值、懸浮物和微生物的養(yǎng)料等水質(zhì)指標；在防腐涂料中添加殺生劑，抑制微生物的生長；采取在冷卻水水池加蓋、冷卻塔的進風(fēng)口加裝百葉窗等措施，防止陽光照射；設(shè)置旁流過濾設(shè)備；對補充水進行混凝沉淀預(yù)處理以及頗有前途的噬菌體法等。除上面所列方法之外，目前最有效和最常用的方法則是向循環(huán)水中添加殺生劑。殺生劑的種類很多，氧化性殺生劑有：氯、次氯酸鹽、氯化異氰尿酸、二氧化氯、臭氧、溴及溴化物等；非氧化性殺生劑有氯酚類、有機錫化物、季銨鹽、有機胺類、有機硫化物、銅鹽