淺談水處理技術在大科學裝置運行中的應用

張琳琳 文宇 栗青

(1.中國科學院高能物理研究所通用運行部,北京 100049;2.天津外國語大學后勤管理處,天津 300204)

淺談水處理技術在大科學裝置運行中的應用

張琳琳1文宇2栗青1

(1.中國科學院高能物理研究所通用運行部,北京 100049;2.天津外國語大學后勤管理處,天津 300204)

簡述了水處理技術在大科學裝置中的應用,主要使用的水的類型。詳細介紹了(1)超純水的處理流程和使用高硬度原水時運行維護的注意事項;(2)冷卻循環水的處理方法和運行時需要注意的事項。為高硬度原水超純水及冷卻水、冷凍水循環系統提供了方案設計、運行、管理經驗。

水處理 超純水流程 冷卻循環水處理

水是大科學裝置運行過程中必不可少的物質,由于大科學裝置性質的不同,對水質的要求也不同。在正負電子對撞機大科學裝置運行的過程中,無論是直線加速器中的正電子源、加速管、速調管還是儲存環中的磁鐵、真空盒、高頻腔,以及譜儀,都會在運行過程中散發大量的熱量,而設備本身及運行環境的溫度都要求穩定,因此需要大量循環水進行冷卻,水循環時所經過的設備不同,對水質的要求也有較大差別。根據需要,給予這些循環水不同的名稱:一次循環水(超純水)、二次循環水(冷卻塔或冷凍水循環水)、原水。

1 超純水處理系統

由于正負電子對撞機輸送的是高能量正負電子束,且很多需要水冷的設備都通有較高電壓或者電流,因此對一次循環水的電導率要求很高,要求經過管道及泵站循環后的一次水電導率小于2μs/cm。這就需要有一套滿足電子EWⅠ級出水標準的超純水系統進行水處理。

1.1 超純水系統運行流程

原水依次經過前級處理、微濾、一級反滲透、 二級反滲透、電滲析、UV254 、UV185、膜脫氣、拋光樹脂等處理流程,使出水達到17．8MΩ。

前級處理包括多介質過濾器、活性炭吸附柱、軟化器,通過多介質過濾原水中的粗顆粒物,活性炭吸附水中的有機物,軟化器將水中的Ca2+,Mg2+置換為Na+,降低水的有效硬度,微濾攔截水中可能出現的細小顆粒,一、二級反滲透膜進一步去處水中的離子,降低出水的電導率。之后經過電滲析、UV254 、UV185、拋光樹脂進一步去除水中的離子,殺菌,降低TOC,提高出水電阻。為有效降低一次循環水對設備可能的腐蝕,需要降低超純水中含氧量,使一次循環水的供水和補水中的含氧量保持在30ppb以下,因此終端出水需要經過膜脫氣系統,且使用氮封水箱作為終端水箱。

該系統使用的原水電導率高達1100μs/cm,為延緩反滲透膜結垢、運行壓力增大的趨勢,必須保證軟化器工作的有效性。因此每日需定時對軟化器出水進行硬度檢測,以確定軟化器是否失效,該步驟非常關鍵,通過該檢測可有效減少軟化器失效時間,根據運行安排靈活掌握軟化器再生開啟時間,降低前級出水有效硬度高對反滲透膜的不利影響(包括結垢,運行壓力增大),有效延長膜的使用壽命,減少更換膜的次數和反滲透水泵壓力升高引起的電耗增加,節約系統運行經費。

1.2 一次循環水旁流處理系統

一次循環水是與設備直接接觸進行冷卻的水,為保證在大約320日連續循環運行的情況下電導率仍然滿足要求,需要對該循環水進行旁流處理。使系統中的部分水流經5u過濾器,離子交換樹脂,1u過濾器,通過這套裝置不斷的循環來控制系統水中的電導率,每一套系統都安裝電導率現場顯示和遠傳裝置,以便更好的觀察電導率的變化。

2 二次循環水處理系統

二次循環水就是對一次循環水進行冷卻的水源,二次循環水分冷卻塔循環水和冷凍循環水。

冷卻塔循環水經重復使用后會發生濃縮, 導致水質惡化, 使循環冷卻水系統腐蝕、結垢及粘泥［1］。

水在開放式循環過程中不斷的蒸發,導致水中的鹽分不斷被濃縮,容易形成主要成分為碳酸鈣、硅酸鈣、硫酸鈣的鹽垢［2］,為降低鹽垢的形成速度,目前常用的主要有軟化法、中和法、排污法、加入阻垢劑法。前三種方法運行過程中或運行費用高,或不利于水資源的循環使用,因此使用了加入阻垢劑法,該方法使用簡便,設置一套自動定時加藥裝置,控制系統水PH值在要求范圍內即可。為監測阻垢劑對金屬的腐蝕情況,每次開機前均放置腐蝕試片,停機后對試片進行稱重測量,根據多年運行數據觀測,試片腐蝕率較低,在允許范圍內。

開放式循環系統由于溫度、溶解氧和營養物質特別豐富,會促進微生物的不斷的滋生繁殖,進而生成大量的微生物粘泥。粘泥也是污垢的主要成分之一,且一旦生成很難進行處理。因此運行過程中必須定時添加殺菌劑阻止微生物的產生。

同時根據溫度、循環水量、空氣質量的變化調整殺菌劑添加的劑量和頻率。

冷凍循環水為閉式循環,為降低在循環中結垢現象使用軟化水作為原水。在循環過程中沒有水分蒸發、曝氣過程,水質較好,只需定期使用軟化水補充滲漏量即可。

二次循環水通過熱交換器對一次循環水進行冷卻,因此二次循環水的水質不能有太多大顆粒物,以防在熱交換器內造成流通不暢,且會因結垢加速對熱交換器的腐蝕,引起內漏。因此需要對經過冷卻塔冷卻的二次循環水使用壓差過濾器進行過濾處理,保證二次循環水水質。當過濾器壓差達到預先設定數值時,系統自動啟動反沖洗裝置,保證濾網的清潔度和過濾器的壓降滿足要求。

3 結語

水處理技術在大科學裝置的運行中發揮了重要作用,科學合理的使用水處理技術有助于大科學裝置的穩定可靠運行和節約運行經費。以上介紹的方法在實際運行過程中取得了良好的效果,值得借鑒。

[1]楊鳳民,邢奕,安永輝,等.熱電廠循環冷卻水系統水處理技術討論.給水排水,2007(11)184-187.

[2]王振忠.化工企業循環冷卻水的水質處理.華東科技:學術版,2014(5)490.

張琳琳(1979—),碩士,中國科學院高能物理研究所通用運行部工程師。