中水回用循環冷卻水處理劑的篩選及評價

(中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司研究院,新疆 獨山子 833699)

在某公司乙烯廠循環冷卻水系統運行過程中，由于溫度升高和水分蒸發而導致腐蝕性離子濃縮、設備腐蝕、沉積物附著及黏泥污垢堵塞，加上中水回用之后，會給循環水系統帶入微生物、可溶解性鹽類等雜質，威脅相關生產裝置的安全穩定運行，甚至造成嚴重的經濟損失。為達到抑制沉積物附著、防止設備腐蝕的目的，投加緩蝕阻垢劑及殺菌劑是經濟有效、便于操作的方法。為此，需要對回用中水的水質進行評價,篩選更適合于中水回用循環水系統使用的水處理劑。

1 水處理劑阻垢性能評定試驗

1.1 儀器設備

主要儀器設備有：多孔恒溫水浴鍋、電子天平、燒杯、容量瓶、移液管、錐形瓶、酸式滴定管。

1.2 溶液的準備

(1)按中水∶新水=1∶1(體積比)配制試驗用水若干升，加入CaCl2和NaHCO3配制質量濃度為250 mg/L(以CaCO3計)的試驗溶液。

(2)配制水處理劑試樣溶液(母液)：1.00 mL含有2 mg水處理劑。

1.3 評定方法

根據有關標準方法,模擬現場水處理的一些主要運行指標，在試驗溶液中加入水處理劑。在恒溫條件下蒸發濃縮，使其pH值和離子濃度升高，達到模擬冷卻水要求,進行阻垢劑的評價和篩選。Ca(HCO3)2加速分解為CaCO3達到平衡后，恒溫靜置，分析測定澄清液中的Ca2+質量濃度。Ca2+質量濃度越大，該水處理劑的阻垢性能越好，阻垢率越高，以此來評定阻垢劑的阻垢性能。

1.4 阻垢性能評定

(1)將盛有750 mL試液的燒杯置入已升溫至80 ℃左右的恒溫水浴中進行蒸發濃縮，當試液蒸發濃縮至500 mL刻度線時，取出燒杯。

(2)關閉恒溫水浴鍋電源，自然冷卻至室溫。冷卻后，若液面正好在500 mL刻度線上，切忌震動，吸取上層清液分析測定Ca2+質量濃度。若液面低于500 mL刻度線，可補蒸餾水至刻度線，搖蕩均勻，澄清后再吸取上層清液分析測定Ca2+質量濃度。

(3)試驗中應同步進行不加阻垢劑的試驗，以便于進行對比分析。

(4)以阻垢率(η)為指標來評價水處理劑的阻垢性能，η按下式計算：

式中：X1——試驗前溶液中鈣離子質量濃度×1.5(濃縮倍數)，mg/L;

X2——未加水處理劑的溶液試驗后的鈣離子質量濃度，mg/L；

X3——加入水處理劑的溶液試驗后的鈣離子質量濃度，mg/L。

1.5 水處理劑投加濃度及阻垢性能評定

完成了8組配方(每組配方含兩個濃度)的阻垢性能評價試驗，結果見表1。

由表1可知，5號、7號和8號這3組藥劑在高濃度下的阻垢率均超過90%。

2 水處理劑緩蝕性能評定實驗

2.1 儀器設備

主要儀器設備有：旋轉腐蝕掛片試驗儀、電子天平、燒杯、容量瓶、移液管。

2.2 準備工作

(1)掛片準備

按照JB/T 7901—2001《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》的要求準備碳鋼掛片。

(2)水樣準備

在乙烯廠凈化水聯合車間取處理合格的中水20 L待用。

(3)水處理劑準備

水處理劑由委托方提供。

2.3 緩蝕性能評定條件

根據GB/T 18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉掛片法》進行緩蝕性能評定。

試驗用水：按照中水與新水1∶1(體積比)配制；

試驗周期：72 h；

試驗溫度：(50±1.0) ℃；

轉速：80 r/min；

試片布置：上端距液面應大于2 cm，試片不能觸底、觸壁、相互接觸。

2.4 緩蝕性能評定方法

按照GB/T 18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉掛片法》規定，模擬現場水處理劑的投加濃度及循環水系統主要運行參數，進行72 h的試驗，然后對試驗后的試驗掛片進行處理、稱量，計算試驗掛片的腐蝕速率和藥劑的緩蝕率，以此來評定緩蝕劑的緩蝕性能。緩蝕率計算公式如下：

式中：X——空白腐蝕速率,mm/a；

X1——加藥劑后腐蝕速率,mm/a。

2.5 藥劑投加濃度及緩蝕性能

經過兩輪旋轉掛片緩蝕試驗完成了8組配方的兩個濃度的緩蝕性評價試驗，試驗數據見表2。

從表2可知，有6組配方的水處理劑的腐蝕速率控制在0.02 mm/a以下，緩蝕率均大于99%；只有3號和4號水處理劑的腐蝕速率稍高，緩蝕率略低于其他幾組水處理劑。

3 最佳質量濃度選定試驗

根據上述試驗的緩蝕、阻垢性能評價結果及試驗數據分析，8號、7號和5號這3組水處理劑配方在相同試驗條件下表現相對較好。為控制循環水系統運行成本，選定了這3組水處理劑配方，進行了緩蝕阻垢性能評價試驗，試驗條件符合相應標準和乙烯廠的要求，試驗結果見表3。

從表3可知，該試驗7號(120+30)、8號(60+12)這兩組水處理劑配方中的試片腐蝕速率小于等于0.02 mm/a，緩蝕率均大于98%，阻垢率在90%以上。

綜合分析上述靜態阻垢和旋轉掛片緩蝕試驗數據，可確定7號、8號這兩組水處理劑配方能夠滿足中水回用循環水系統的使用要求。

表2 藥劑投加質量濃度及緩蝕率

表3 藥劑最佳質量濃度選定試驗結果

4 中水殺菌劑殺菌性能評價

4.1 試驗方案

4.1.1 準備工作

水樣的準備：在乙烯廠凈化水聯合車間含油系列裝置取處理合格的中水20 L待用。藥劑準備：將從現場收集的殺菌劑樣品分別配制成殺菌劑質量濃度為2 000 mg/L的溶液作為母液。

4.1.2 評定試驗

試驗根據委托要求及石油行業標準進行。

試驗用水：中水，即凈化水聯合車間活性炭過濾罐出口水樣；

試驗周期：0 h,1 h,4 h和8 h；

試驗溫度：35 ℃±1.0 ℃；

試驗要求：從投加殺菌劑算起，經過1 h,4 h和8 h的殺菌劑的作用時間后進行微生物群體數量及其代謝活力檢測，檢測的項目主要是微生物鏡檢和菌落總數測試片法(按相關企標執行)，同時做空白試驗進行比較。

具體評定藥劑的類型及質量濃度見表4。

表4 殺菌劑的類型及投加質量濃度

4.2 殺菌劑殺菌性能評價結果

為了進一步控制中水的細菌總數，實驗室采用氧化性殺菌劑(KF503優氯凈、ECH-99三氯異氰尿酸和次氯酸鈉)和非氧化性殺菌劑(ECH-965季銨鹽類、ECH-964異噻唑啉酮)等5種循環水殺菌劑，3種投加質量濃度的殺菌性能評價試驗，以篩選適用于中水殺菌工藝的殺菌劑及選定其最佳投加濃度，結果見表5。從表5可知，除了非氧化性殺菌劑ECH-964的殺菌效果相對較差以外，其余4種殺菌劑的殺菌效果較好，能夠滿足中水殺菌工藝的要求。從鏡檢結果來看，非氧化性殺菌劑ECH-964在投加質量濃度為100 mg/L和150 mg/L時,隨著殺菌時間的延長(殺菌時間控制在8 h以上)，其殺菌效果也較好。后期應著重考慮中水殺菌工藝過程中殺菌劑的投加位置及殺菌時間問題。

表5 中水殺菌劑殺菌性能篩選評價結果

續表5

5 結 論

(1)開展了8組藥劑配方的靜態阻垢和旋轉掛片緩蝕性能評價試驗，結果表明：7號和8號水處理劑的緩蝕阻垢效果較好，符合中水回用循環水(中水與新水按1∶1摻混后回用)控制要求。

(2)為了進一步控制中水的細菌數，開展KF503優氯凈(固體)、ECH-99三氯異氰尿酸(固體)等5種循環水殺菌劑在3種投加質量濃度下的殺菌性能評價試驗，結果表明：4種殺菌劑對中水的殺菌效果均較明顯。從運行成本和殺菌效果綜合考慮，選用氧化性殺菌劑KF503優氯凈進行殺菌，菌落總數控制很好。