污水回用到循環水的水質上限

冷樹成　張成群

（1中國石油大慶煉化公司黑龍江大慶1634112索理思（上海）化工有限公司上海201108）

污水回用到循環水的水質上限

冷樹成1張成群2

（1中國石油大慶煉化公司黑龍江大慶1634112索理思（上海）化工有限公司上海201108）

污水處理的水質越好，越有利于回用到循環水后的運行，但處理污水的費用是隨處理深度而增加的，這樣人們就迫切想知道污水回用循環水后水質允許的上限(最差但不影響使用的水質）。本文闡明：理論上不應有污水回用循環水后水質允許的上限，而我們公司污水回用循環水后，在非常高的水質上限下，做到十幾年平穩、安全運行的實踐，對污水回用有普遍的指導意義。

污水回用；循環水；水質上限

1　國家標準——再生水作為循環冷卻水的水質控制標準[1]中的部分要求：

BOD≤10mg/L COD≤60mg/L Cl-≤250mg/L

SiO2≤50mg/L總溶固≤1000mg/L

按此要求做污水回用：污水回用前一般要經過多道工序處理，也就會對應很大的處理設施造價和運行費用。

此外，國家標準的循環水水質指標[2]中規定：Cl-針對碳鋼和不銹鋼要小于1000mg/L，這不僅不能保證按此要求時所有不銹鋼完全可避免Cl-腐蝕[3]，而且我們實際十幾年高Cl-循環水的成功運行，證實盡管2007年國標把對應不銹鋼換熱器的循環水許可Cl-由300mg/L改為1000mg/L，而該規定還應進一步推敲。文獻[3]給出了以上問題的具體原因，即循環水的系統條件合適時即使幾萬的Cl-也不會腐蝕，而系統條件不合適時，即使水中僅有幾個Cl-也會造成腐蝕。這種理念對于我們確定污水處理到何種程度才適宜于循環水使用十分重要，因為，處理污水太深對應的處理裝置造價和運行費用就越大；而處理污水太淺再回用時，就必須有系統運行狀態和藥劑水平的高要求，才能避免腐蝕等發生。所以，要綜合考慮才能合理地把污水回用到循環水系統，那么如何具體綜合呢？我們的實踐會給大家對應啟示。

2　污水經簡單處理用于循環水的實際例子

污水經簡單處理用于循環水時，水質一般較差，所以較能說明污水回用循環水的水質上限。

李本高教授是中石化水質研究所所長，一直從事循環水研究工作，他介紹的鎮海煉油廠“達標外排污水直接回用循環水系統的技術與應用”[4]結果為：用藥劑RP—12等成套技術進行緩蝕、阻垢和殺菌處理,處理效果可以滿足生產裝置長周期運行的需要,回用水質見表1。

表1　鎮海煉油廠回用水質

武紅霞等人介紹[5]的下列污水回用到循環水的水質見表2。

表2　武紅霞等人介紹污水回用到循環水的水質

其對應得出的結論如下，COD：不必對循環水的COD做過高要求；BOD：如對循環水進行殺菌，BOD就和一般場合不同；氨氮：在涼水塔有四種降低途徑，吹脫，硝化，生物同化，加氯消化。這些結論有相當的建設意義，但這些還遠不能作為污水回用循環水的全部最終可用結論，因為要控制循環水的腐蝕、結垢和粘泥不超標，還要考慮更多的其它因素以及各因素之間的綜合。而更要注意的是這些示例中的水質遠好于我們污水回用的水質。

3　我們污水回用到循環水的實踐

如果根據國家標準和以上運行經驗，來實現我們公司煉化污水回用到循環水，就將面臨大幅度的去除水中有機物和離子等問題，這樣污水回用裝置造價和對應的運行費用就會高到遠遠得不償失。我們根據文獻[6]介紹的南非煤化工污水生化處理后回用循環水的經驗，簡單處理了我們煉化裝置污水廠出水，把得到的再生水補入循環水，循環水系統穩定運行十幾年。同時，由于污水回用到循環水的處理流程短，而獲得了國家行業科技創新二等獎。我們實際運行中，循環水水質會長時間：電導率7000us/cm以上；氯離子在1200mg/L以上，Ca2+在300mg/L以上，起初污水回用的兩年里補水COD多在110mg/L以上。

文獻[6]的定性情況是，以下三股污水按表中比例混合后，經活性污泥生化處理后，補入循環水場，其循環水量為200000t/d,補水量95000t/d，蒸發量75000t/d,保有水量120000t，蒸發量75000t/d,排污量24000t/d,熱負荷為2600MW，濃縮倍數4~4.5。三股污水的水質見表3。

表3　南非煤化工的三股污水的水質

下面再就我們白鋼換熱器較多的30×104t/a聚丙烯裝置（PP），其循環水針對高濃度氯離子的部分分析介紹如下：

PP裝置換熱器運行情況：

該循環水系統所帶的聚丙烯裝置，分別于2007年8月、2009年8月、2010年、2013年、2014年打開部分換熱器檢修，總結換熱器情況如下：

2007年8月檢修，未發現換熱器有腐蝕跡象；

2009年8月檢修，發現換熱器E804在沉積物和密封墊下有明顯的金屬材料缺失，該換熱器在2007年8月曾經檢修過，僅經歷了2009年4月至8月的高氯離子的環境，氯離子濃度約為1000mg/L左右，最高至為1500mg/L。同期打開檢修的與E804工作環境完全相同的其它換熱器并沒有發現任何腐蝕跡象。E804發生的腐蝕為個案，經判定為密封墊下存在縫隙導致的縫隙腐蝕，見圖1。

圖1　密封墊下存在縫隙導致的縫隙腐蝕

2009年曾經對系統內所有換熱器進行了流速普查，結合實際情況進行了循環水流速調整，保證循環水流速，有效的降低了系統的沉積。

2010年檢修打開了五年未打開過的E306，發現有針孔腐蝕和沉積物下腐蝕；同時檢修的其它換熱器未發生腐蝕，且2009年曾經打開檢修并運行一年至2010年的換熱器E804再無腐蝕。E306的腐蝕為個案，經判定為多年沉積導致沉積物下腐蝕。2009年檢修后至2010年檢修前期間循環水氯離子濃度控制在1200mg/L以下，此種運行條件下，換熱器狀態良好，除E306外未發現其它腐蝕跡象。換熱器E306照片如圖2。

圖2　換熱器E306

2010年至2013年連續運行三年，至2013年大檢修時，未發現換熱器有腐蝕跡象；期間氯離子濃度基本控制在1200mg/L左右，最高時達到1700mg/L。

2013年至2014年運行一年，打開部分換熱器，未發現有腐蝕跡象；期間循環水氯離子濃度基本控制在1000mg/L左右，最高時達到1400mg/L。

以上換熱器運行情況可見，氯離子濃度在1700mg/L以下時，腐蝕與氯離子濃度并無緊密關系，尤其是2010年至2013年期間，氯離子濃度長期居于1400mg/L左右，最高達到1700mg/L，換熱器運行狀態良好。

可見，該PP裝置絕大部分換熱器在高氯離子濃度下運行良好。極個別換熱器的腐蝕，是其它不當因素造成的，而把這些因素去除后，問題也消除了。

文獻[7]描述了污水回用到循環水時，相應的各種因素變化以及各種變化對腐蝕、結垢和生物粘泥的影響，但一點也沒提及污水回用后的水質上限問題，而這恰恰是其科學之處，因為循環水是否產生超標的腐蝕、結垢和生物粘泥現象，不僅依賴其各項水質以及水質指標之間相互作用，還和循環水場的運行、使用藥劑等狀況非常有關，所以理論上不宜給出適合所有循環水場的水質上限，但同時更應該強調介紹，已有實踐證明了的循環水場水質能控制到的上限，來指導人們經濟地把污水回用到循環水，所以介紹我們十幾年污水回用的結果，即：循環水的水質指標和補水水質指標不宜強制規定，因為循環水能否發生超標的腐蝕、結垢和沉覆粘泥，不僅和水質有關，還與運行狀況以及使用藥劑等關系非常大。我們在藥劑費用沒有增加和運行沒有太大調整的情況下，十幾年的實踐體會是：循環水水質上限可控制在電導7000us/cm；氯離子1500mg/L；循環水補水COD不應控制；BOD要在使用藥劑控制不經濟時，才考慮提前去除些；氨氮在污水生化過程中很容易去除到極低的水平，不宜在加藥的循環中生化和加氯消除，其指標執行現有的國家標準即可，并且考慮向循環水加二氧化氯及其它殺菌劑比加氯氣成本大多倍，而且氨氮先與細菌與氯氣作用的現實，所以，即使是碳鋼換熱器，我們也提倡把污水回用循環水的氨氮指標定為小于1mg/L。

[1]再生水作為循環冷卻水的水質控制標準GB/T19923-2005.

[2]工業循環冷卻水設計規范GB50050-95 GB50050-2007.

[3]徐壽昌.工業冷卻水處理技術.化學工業出版社.

[4]李本高,余正齊,李亞紅.達標外排污水直接回用循環水系統的技術與應用.2 0 01年全國工業用水與廢水處理技術交流會論文匯編.

[5]武紅霞,曹燕進.城市污水回用于循環水冷卻水水質變化研究.工業水處理,2006,8.

[6]W.D.SAUNDERS PilotandPlantScaleTestWorkontheDirectReuse ofProcessStreamsasCoolingWaterMake-Up SasolTechnology,Secunda,SouthAfrica C.P.BRAND,SasolSyntheticFuels,Secunda,South Africa S.FERREIRA,InnovativeWaterSolutions,Secunda,SouthAfrica.

[7]Takashi Asano,Franklin L.burtonect.Ect.Water Reuse Issue,

Technologies,and Applications清華大學出版社.

冷樹成（1964—），男，黑龍江省賓縣人，全日制工學碩士，教授級高級工程師，從事熱能和水的技術管理工作。