中水在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用

李紅媛

（中國石油化工股份有限公司天津分公司 天津 300270）

1 概述

我國的水資源人均占有量排到世界第88位，僅占世界人均占有量的1/4，被視為全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國家之一，但卻是工業(yè)耗水大國，工業(yè)用水量逐年增加，工業(yè)用水量特別是取水量的快速增長，加劇了水資源供需矛盾。從國外工業(yè)企業(yè)的用水情況看，大幅度提高污水回用率是發(fā)達(dá)國家解決水資源供求矛盾的主要方法之一。所以將排放的生活污水、工業(yè)廢水經(jīng)回收、處理后達(dá)到循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是降低工業(yè)用新鮮水量的有效手段之一[1]。該車間循環(huán)冷卻水系統(tǒng)以前以灤河水作為補(bǔ)充水源，消耗新鮮水量約205.7×104/a（0.56×104/d）。天津公司“十二五”計(jì)劃完成后，灤河水的使用量要從0.6×104/d～1.0×104/d減少到0×104/d～0.3×104/d。為了實(shí)現(xiàn)降低新鮮水使用量的目標(biāo)，將污水回用水和市政中水引入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，減少新鮮水的使用量。同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)補(bǔ)充水水質(zhì)特點(diǎn)，制定了水處理方案，從實(shí)際運(yùn)行情況表明，系統(tǒng)運(yùn)行良好，水質(zhì)穩(wěn)定且降低了藥劑成本。

2 中水回用的概念

中水，即為再生水，是指工業(yè)廢水或城市污水經(jīng)過二級處理和深度處理后供作回用的水。當(dāng)二級處理出水滿足特定回用要求，并已回用時(shí)，二級處理出水也可稱為再生水[2]。

中水回用，可以很好的節(jié)約用水，增加經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益，達(dá)到了可持續(xù)發(fā)展的要求。中水的水質(zhì)是根據(jù)用途的不同而有不同的要求。用作工業(yè)冷卻水的水質(zhì)，應(yīng)執(zhí)行《循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（HG/T3923-2007），以及《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50050-2007）的規(guī)定。

3 中水回用方案

3.1 水質(zhì)指標(biāo)

3.1.1 污水回用裝置采用MBR+CRP處理工藝，出水指標(biāo)見表1。

表1 污水回用產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)

3.1.2 市政中水為外購水源，采用雙膜法+陰陽床+混床處理工藝，水質(zhì)指標(biāo)見表2。

表2 市政中水水質(zhì)指標(biāo)

3.1.3 新鮮水以灤河水作為水源，采用混凝、沉淀、過濾、消毒處理工藝，產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)見表3。

表3 新鮮水水質(zhì)指標(biāo)

3.2 制定中水回用方案

由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)引入中水，使補(bǔ)充的混合水水質(zhì)發(fā)生了較大變化，對水質(zhì)控制帶來一些諸如混合水中硬度相對較低,水質(zhì)具有很強(qiáng)腐蝕趨勢；在提高濃縮倍數(shù)后，腐蝕和結(jié)垢的平衡難度增大；濃縮倍數(shù)提高后，系統(tǒng)停留時(shí)間增長，藥劑的耐氧化和抗分解要求增加；中水中殘留的有機(jī)物促進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)微生物增長等問題。真對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)控制的難點(diǎn)，水務(wù)部組織相關(guān)藥劑服務(wù)商根據(jù)三種水源的水質(zhì)情況，合理的制定了系統(tǒng)補(bǔ)充的混合水中三種水源的比例分配和水處理方案的制定工作。

3.2.1 混合水中三種水源比例分配

中水引入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)后，為了避免補(bǔ)水水質(zhì)過軟，保留了部分新鮮水。結(jié)合三種水源的水質(zhì)特點(diǎn)，對混合水中市政中水、灤河水以及污水回用水的比例進(jìn)行了規(guī)定，春秋水質(zhì)比例為市政中水：灤河水：污水回用水=160∶10∶80，夏天比例為市政中水：灤河水：污水回用水=210∶10∶100，冬天比例為市政中水：灤河水：污水回用水=120∶10∶70。通過合理的比例分配保證了補(bǔ)充的混合水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到規(guī)范的要求，水質(zhì)指標(biāo)見表4。

表4 混合水水質(zhì)指標(biāo)[3，4]

3.2.2 制定水處理方案

中水引入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)后，根據(jù)補(bǔ)充的混合水水質(zhì)，循環(huán)冷卻水處理重點(diǎn)需要平衡腐蝕和結(jié)垢，尤其是防止高溫區(qū)結(jié)垢和點(diǎn)蝕問題。濃縮倍數(shù)提高后，系統(tǒng)停留時(shí)間增長，需要考慮藥劑耐分解耐氧化和較長的半衰期才能保證藥劑的阻緩性能。同時(shí)需加強(qiáng)對系統(tǒng)內(nèi)微生物的控制。為此，水務(wù)部會同藥劑承包商制訂了高濃縮倍數(shù)下低磷水處理方案。

（1）緩蝕阻垢方案

循環(huán)冷卻水處理要解決的重要問題之一就是腐蝕和結(jié)垢的控制。由于中水含有新鮮水中沒有的COD、BOD、NH3-N、懸浮物、硫化物等雜質(zhì)，這些因素在很大程度上增加了中水的腐蝕趨勢。根據(jù)系統(tǒng)補(bǔ)充的混合水水質(zhì)計(jì)算，當(dāng)濃縮倍率為8倍以上時(shí)，朗格利爾飽和指數(shù)LSI在1.5左右，系統(tǒng)具有結(jié)垢趨勢[1]。所以解決腐蝕結(jié)垢問題是系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

采用阻垢分散劑和緩蝕劑的緩蝕阻垢方案，并根據(jù)水質(zhì)和運(yùn)行參數(shù)篩選并確定了藥劑配方，運(yùn)行方式采用根據(jù)排污水量連續(xù)投加。

阻垢分散劑是耐氧化的低磷阻垢緩蝕劑的增效復(fù)配產(chǎn)品，藥品中所含聚合物分散劑，克服了傳統(tǒng)冷卻水處理所常發(fā)生之結(jié)垢問題，飽和碳酸鈣指數(shù)LSI可達(dá)2.5。具有穩(wěn)定性好，耐氧化，不易分解，適合于循環(huán)水高濃縮倍數(shù)操作等特點(diǎn)。該產(chǎn)品能夠在給定的條件下，以較低的磷量達(dá)到最優(yōu)效果，在堿性條件下它能有效抑制碳鋼和不銹鋼的腐蝕。

緩蝕劑是一種含磷鋅鹽等復(fù)配的液態(tài)產(chǎn)品，可適用于嚴(yán)苛的水質(zhì)環(huán)境中，可確保系統(tǒng)在半衰期長、高濃縮倍數(shù)以及其它惡劣條件工況下的正常運(yùn)行，形成的鋅保護(hù)膜對碳鋼有良好的控制。

混合水中含量有一定的堿度，在正常的條件下，循環(huán)水不需要補(bǔ)充堿度。當(dāng)水質(zhì)變化過大或外界排水量大，系統(tǒng)堿度低于控制指標(biāo)時(shí)，需要向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充NaHCO3，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的堿度保持在120mg/L～245mg/L，pH值保持在8.0～9.2。

混合水中含有一定的鈣硬度，但回用的中水會有波動，當(dāng)系統(tǒng)鈣硬度低于控制指標(biāo)時(shí)，需要向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充CaCl2，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的鈣硬度需保持在120mg/L～400mg/L。

（2）微生物控制方案

冷卻水中的微生物一般是指細(xì)菌和藻類。大量細(xì)菌分泌出的黏液像粘合劑一樣，能使水中漂浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀物等黏附在一起，形成生物黏泥。黏泥積附在換熱器管壁上，除了會引起腐蝕外，還會使冷卻水的流量減少，從而降低換熱器的冷卻效率；嚴(yán)重時(shí)，這些生物黏泥會將管子堵死，迫使停產(chǎn)清洗。所以循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物的控制至關(guān)重要，最有效和最常用的的辦法是向冷卻水系統(tǒng)中添加殺生劑來控制微生物的生長，從而控制冷卻水系統(tǒng)中的微生物腐蝕和微生物黏泥[5]。

由于引入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的烯烴污水回用水中CODcr偏高，對系統(tǒng)內(nèi)的微生物繁殖起到了促進(jìn)作用，需要密切關(guān)注循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物控制。通過采用連續(xù)加入優(yōu)氯凈/強(qiáng)氯精等氧化性殺菌劑，維持循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中余氯在0.1mg/L～0.5mg/L，達(dá)到殺菌滅藻的目的。另外，為加強(qiáng)消滅頑強(qiáng)的菌種和滅藻，每月向循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中沖擊性添加非氧化性殺菌劑以加強(qiáng)抑制效果。

4 方案實(shí)施效果

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)引入中水后，從2014年7月開始新水處理方案實(shí)施，過渡期內(nèi)采取人工加藥的方式，在保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，不斷改進(jìn)和調(diào)整藥劑配方，以達(dá)到最佳處理效果。從8月1日開始轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。

4.1 水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)

經(jīng)過3個(gè)多月的運(yùn)行，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到方案和設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，水質(zhì)指標(biāo)見表5。

表5 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)運(yùn)行指標(biāo)[4]

從表5的水質(zhì)數(shù)據(jù)可以看出系統(tǒng)運(yùn)行良好，濃縮倍數(shù)達(dá)到了8.0以上，監(jiān)測換熱器的腐蝕速率和黏附速率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50050-2007）》中關(guān)于碳鋼腐蝕率0.075mm/a，碳鋼黏附速率15mcm的要求。顯示了水處理二車間循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用的低磷水處理方案在高濃縮倍數(shù)下不單單是阻止了結(jié)垢的發(fā)生，而且全面抑制了系統(tǒng)金屬的腐蝕。

4.2 節(jié)約新鮮水使用量

中水引入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)后減少了新鮮水的使用量，大幅降低了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)新水率，詳見圖1。

中水引入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)后，補(bǔ)充水中使用的新鮮水量大幅下降，8～10月的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)新水率同比進(jìn)步25.6‰～54.9‰，有效的解決了新鮮水水源緊張問題，且提高了水的重復(fù)利用率，具有巨大的社會效益。

4.3 降低三劑費(fèi)用

循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)高濃縮倍數(shù)運(yùn)行后，水處理藥劑在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間延長，減少了系統(tǒng)的排污量，從而降低了三劑使用量，使藥劑成本大幅降低，詳見圖2。

8～10月循環(huán)冷卻水系統(tǒng)較去年同期減少藥劑費(fèi)用22.2萬元，噸水藥劑費(fèi)用較去年同期降低了0.46分/t，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 噸水藥劑費(fèi)用對比

5 結(jié)語

中水回用至循環(huán)冷卻水后可以使系統(tǒng)在高濃縮倍數(shù)下運(yùn)行，從而節(jié)約大量的新鮮水，降低藥劑成本。但中水的組份較新鮮水復(fù)雜，給水質(zhì)控制提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，我們要把循環(huán)冷卻水處理作為重點(diǎn)工作，長抓不懈。當(dāng)中水水質(zhì)惡化時(shí)及時(shí)啟動應(yīng)急方案，降低水質(zhì)惡化造成的影響，根據(jù)中水水質(zhì)的變化，及時(shí)會同藥劑服務(wù)商制定針對性的方案，進(jìn)一步提高管理水平，確保循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]鄭書中.工業(yè)水處理技術(shù)及化學(xué)品.化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

[2]紀(jì)軒.廢水處理技術(shù)問答.中國石化出版社,2003.

[3]循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（HG/T3923-2007）[S].

[4]工業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50050-2007）[S].

[5]周本省.工業(yè)水處理技術(shù)（第二版）.化學(xué)工業(yè)出版社,2002.