冶金工業(yè)凈循環(huán)冷卻水降磷技術探析

0 引言

鋼鐵冶金循環(huán)冷卻水在循環(huán)使用過程中，熱交換是在開放的環(huán)境中進行，水在冷卻塔蒸發(fā)后不斷循環(huán)濃縮，循環(huán)水中的鹽分含量越來越高，工藝管線設備中的結垢、腐蝕趨勢會不斷增加

。凈循環(huán)水處理系統主要控制方向為結垢、腐蝕、微生物三個方面。其中，冷卻水系統中的結垢物是由微溶物質結晶析出并在換熱面上聚積形成的，主要成分是鈣鎂的鹽類

；腐蝕產生的機理也很多，包括化學、物理和生物等方面的因素，主要有pH 值、陰陽離子、電偶、應力等因素

。針對這些控制方向和控制要求，需要投加一定量的復配藥劑進行腐蝕、結垢等控制。但隨著環(huán)保要求趨嚴，藥劑投加帶來的總磷指標屢有突破，因此需要通過實驗復配出更環(huán)保的緩蝕阻垢藥劑配方，結合現場加以驗證和優(yōu)化。

本文中項目選取了冶金現場兩個典型的凈循環(huán)系統（工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系和Ⅱ系）進行研究，均采用有機磷化學藥劑處理控制技術，總磷控制在2.5～5 mg/L。循環(huán)水系統經過風吹損失、蒸發(fā)損失后，不斷濃縮，水質治理過程中加入的含磷藥劑，磷的濃度也在不斷富集提升，當濃縮倍數達到一定值后（部分水系統控制在3.5～4.5），需要大量補水、排水、換水。鋼鐵公司類似循環(huán)水系統繁多，各系統排污時，總磷指標超過現有的間接排放環(huán)保排放標準（以總磷計＜2 mg/L）。鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準（GB13456-2012）中公司總排口標準見該規(guī)定的表1 和表3，所對應的排水總磷標準分別為1 mg/L和0.5 mg/L

，因此，循環(huán)水排水對公司直接排口的總磷指標也會產生富集的影響，給公司帶來很大的環(huán)保風險。本項目研究基于此，將兩個系統分別調整為低磷和無磷環(huán)保水處理控制技術。從運行效果看，不但能夠完全滿足緩蝕阻垢的效果，而且從源頭治理確保外排水的總磷低于環(huán)保要求，能為公司水處理系統積累分步降磷的技術方案。

1 總體安排

考慮到公司后續(xù)發(fā)展過程中，環(huán)保要求日趨嚴苛，本次實驗研究選取兩個循環(huán)水處理系統，分別采用低磷水處理運行方案和無磷水處理運行方案。經過現場實驗條件、水質控制現狀的調研，確定工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系濃縮倍數4.0～4.5，系統水質偏結垢，含磷濃度均值3.04 mg/L，采用低磷水處理運行方案進行切換；工業(yè)凈循環(huán)水Ⅱ系濃縮倍數較低，含磷濃度均值為3.99 mg/L，系統水質偏腐蝕，采用無磷水處理運行方案進行切換。在供水總管側加裝水質在線動態(tài)模擬監(jiān)測裝置，以蒸汽加熱模擬工藝負荷端結垢、腐蝕趨勢。

式中：β為形狀參數，η為尺度參數。當β>1時，故障率遞增，設備處于老化耗損期，滿足本模型的假設要求;當β=2時，故障率可簡化為瑞利分布；β=3～4時，故障率近似為正態(tài)分布。η影響分布函數的離散度，η增加時，相同時間點的可靠度增大[10]。

實驗過程中每天間隔一小時連續(xù)三次取樣，兩個取樣點共計6 個樣品進行連續(xù)跟蹤檢測，形成數據鏈；其間水質在線動態(tài)模擬監(jiān)測裝置與系統工藝同步運行，實驗結束后拆解分析，對水質加藥控制的緩蝕阻垢效果進行驗證。

2 工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系

2.1 低磷水處理運行方案

通過對水質在線動態(tài)監(jiān)測裝置中冷端（供水）、熱端（蒸汽加熱部分）中碳鋼、銅掛片及實驗管件的拆解稱重分析，此輪實驗，冷端部分碳鋼掛片腐蝕率2.8 MDD，銅掛片腐蝕率0.03 MDD，熱端碳鋼掛片腐蝕率2.18 MDD，銅掛片腐蝕率0.05 MDD；監(jiān)測裝置中實驗管束的結垢速率均值8.05 MCM。在低磷藥劑方案切換實施過程中，水質的結垢、腐蝕均沒有超控制指標15 MDD/15 MCM，切換方案滿足系統水處理控制要求。相關數據見表2和表3。

2.2 在線監(jiān)測數據

根據實驗室小試的情況，對本系統藥劑切換采用以下低磷緩蝕阻垢藥劑方案，緩蝕阻垢劑采用計量泵連續(xù)投加，殺菌劑沖擊投加，藥劑投加量及投加方式見表1。

2.3 系統含磷濃度取樣分析及結論

通過對水質在線動態(tài)監(jiān)測裝置中冷端（供水）、熱端（蒸汽加熱部分）中碳鋼、不銹鋼、銅掛片及實驗管件的拆解稱重分析，此輪實驗，冷端部分碳鋼掛片腐蝕率14.17 MDD，不銹鋼掛片腐蝕率0.74 MDD，銅掛片腐蝕率0.86 MDD，熱端部分碳鋼掛片腐蝕率 11.57 MDD，不銹鋼掛片腐蝕率0.48 MDD，銅掛片腐蝕率0.57 MDD；監(jiān)測裝置中實驗管束的結垢速率均值10.21 MCM。該系統采用無磷藥劑方案切換實施過程中，水質的結垢、腐蝕均控制在指標范圍之內，切換方案滿足系統水處理控制要求。相關數據分別見表5和表6。

根據實驗室小試的情況，對本系統藥劑切換采用以下無磷緩蝕阻垢藥劑方案，其中，分散劑、緩蝕阻垢劑、緩蝕劑均采取連續(xù)自動投加系統完成，藥劑投加量及投加方式見表4。

錯因分析：這道題目中求的是共需要填土多少方，而不是求花壇的體積，題目中“花壇的高為0.9米”為多余信息。錯解1和2，都是因為習慣了常規(guī)性圓柱體體積的求解，認為圓柱的半（直）徑和高為必要條件，導致分不清有用與無用信息。錯解3是由于未看清題目所求的是兩個花壇的填土量。在以后的解題過程中，我會養(yǎng)成仔細讀題，分析題目的有用信息和干擾信息的好習慣。

3 工業(yè)凈循環(huán)水Ⅱ系

3.1 無磷水處理運行方案

不管人討厭不討厭，他們穿的衣服總算都市化了。個個都穿著西裝，戴著呢帽，外套都是到膝蓋的地方，腳下很利落清爽。比起我們城里的那種怪樣子的外套，好象大棉袍子似的好看得多了。而且頸間又都束著一條圍巾，那圍巾自然也是全絲全線的花紋。似乎一束起那圍巾來，人就更顯得莊嚴，漂亮。

3.2 在線監(jiān)測數據

通過對工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系方案實施前后定點、定期取樣跟蹤分析，在低磷藥劑方案切換前，系統藥劑總磷濃度均值在3.04 mg/L，低磷方案實施后，系統總磷均值為0.76 mg/L，下降幅度達75%。循環(huán)水系統中水質含磷指標穩(wěn)定控制在1 mg/L以下，對公司總排口總磷指標控制的源頭治理效果顯著。降磷方案切換前后對比見圖1。

3.3 系統含磷濃度取樣分析及結論

通過對工業(yè)凈循環(huán)水Ⅱ系方案實施前后定點定期取樣跟蹤分析，在無磷藥劑方案切換前，系統藥劑總磷濃度均值在3.99 mg/L，無磷藥劑方案實施后，系統總磷降至0 mg/L，切實將工業(yè)循環(huán)水系統水質總磷指標控制到0，且水質腐蝕、結垢情況仍然可控。降磷方案切換前后對比見圖2。

4 結語

隨著國家對鋼鐵企業(yè)環(huán)保要求的不斷提高，低磷或無磷方案將成為循環(huán)水化學處理的主要推廣技術。因此在兩個水系統率先實驗降磷水處理控制技術，對公司今后的環(huán)保工作具有很大的意義，低磷水處理運行方案和無磷水處理運行方案兩套藥劑切換方案為鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準中表1或表3均提供了有力的源頭治理的技術支撐。項目實施前系統總磷控制指標2.5～5 mg/L，項目實施后實現控制目標總磷小于1 mg/L 以下，其中工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系由3.04 mg/L，降至0.76 mg/L（低磷方案）；凈循環(huán)水Ⅱ系由3.99 mg/L，降至0（無磷方案）。

1.4 統計學處理 采用SPSS16.0進行統計分析，計量資料用x±s表示，分析采用t檢驗；計數資料組間比較采用χ2檢驗；多因素分析采用logistic回歸分析。P＜0.05為差異有統計學意義。

在實現系統總磷下降目標的同時，通過水質監(jiān)測技術驗證水處理方案切換后，項目實施系統水處理效果滿足循環(huán)水水質控制技術指標，系統經水質動態(tài)監(jiān)測，系統的腐蝕速率小于15 MDD；結垢速率小于15 MCM。

[1]周本省.工業(yè)水處理：第二版[M].北京:化學工業(yè)出版社,2002.

[2]賈成鳳.共聚物阻垢劑的研究進展[J].上海化工,2002,18(3).

[3]周柏青,陳志和.熱力發(fā)電廠水處理：第四版[M].北京:中國電力出版社,2009.

[4]環(huán)境保護部.鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準：GB13456-2012[S].中國環(huán)境科學出版社，2012.