工业循环冷却水处理技术优化探讨

Posted 2023-01-12 系统

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为提高水资源的利用率，推进企业的节水减排，在分析目前工业循环冷却水处理技术现状的基础上，重点从加强废水回用及多水源的平衡利用、提高浓缩倍数、使用低磷或无磷药剂和示踪型水处理剂、排污水处理以及水处理成套技术的配套等方面对循环冷却水处理技术的优化进行了探讨。
我国工业循环冷却水技术从20 世纪70 年代开始发展到现在，水处理化学品及处理技术都有了相应的提高，为工业的发展和节约水资源作出了巨大的贡献。随着社会的发展、新技术的推进，工业循环冷却水系统现存的一些不合理或有待改进的方面凸显而出。本文就目前工业循环冷却水系统的废水回用、提高浓缩倍数、使用低磷药剂及成套技术应用等进行探讨，希望对今后企业的节水减排、水资源再利用、新技术的应用有所启示。
1 .加强污水回用及多水源平衡利用
目前大部分工矿企业循环冷却水系统用水几乎占到企业总用水量的65% ～ 80%，而用于循环冷却水的补充水往往只是依赖唯一的水源，如地下水、水库水、湖泊水、河流水、海水淡化水等。这种独特的依赖性，只要水源出现问题，循环水系统就很难正常运转，将给企业带来巨大的经济损失。
近年来，随着节水减排、充分利用水资源意识的增强，我国很多企业已经或者准备开始中水回用项目，其中用于循环冷却水系统为主要方向。天津石化、抚顺石化公司石油二厂和洗涤化工厂、大庆油田化工有限公司甲醇厂、中国石油华北石化分公司及伊犁新天煤制天然气项目和中煤图克化肥项目等以本企业工业废水二级排水经处理后作为循环冷却水系统的补充水。李剑波等对钢铁废水回用做了探讨，结果表明，企业生产废水和生活污水采用混凝、沉淀(气浮)、过滤进行预处理后用作循环冷却水系统的补充水，配合高效阻垢剂，水质稳定效果良好。许立国等讨论了城市中水回用处理技术方案，确定了以石灰软化-混凝澄清过滤的预处理工艺流程或预处理-超滤-反渗透的膜处理工艺流程对城市中水深度处理后回用于循环冷却水系统。大连石化将城市生活污水，通过生化、絮凝、气浮过滤、超滤、反渗透和真空脱气等处理，变成锅炉生产使用的一级除盐水和循环冷却水系统补充水。
为实现节约用水，废水资源再利用，提高水资源的重复利用率，部分大企业已经开始尝试2 种水源、3 种水源、甚至多种水源混合用于循环冷却水。天津石化把强结垢型的宝坻水、CRP 中水、市政中水、海水淡化水等按不同比例混合后用于循环冷却水系统。混合水源用作循环冷却水系统补充水存在着腐蚀结垢趋势变化和水质不稳定性等因素，但只要混合比例适当，可减弱某些水质偏软或偏硬的特性，就能降低循环水的腐蚀或结垢性，降低了处理难度，减少了水处理稳定剂的消耗，实现了节能减排的目的。
2 .适当提高浓缩倍数
实现节约用水，提高水的重复利用率的另一个有效措施即提高循环冷却水系统浓缩倍数[1，9]。提高浓缩倍数，不仅可以减少新鲜水的使用量，同时也可大幅降低水处理稳定剂的消耗量。目前我国大部分的企业循环冷却水浓缩倍数还保持在2 ～ 3，有些甚至不到2，这就造成新鲜水的极大浪费。2005 年《中国节水技术政策大纲》中提出敞开式循环间接冷却水系统，推广浓缩倍数大于4。而国际上一般冷却水系统运行的浓缩倍数为5 ～ 8，低于5 的系统很少，而大于8 却正在逐渐增加，甚至达到20 以上。鲍其鼐认为如能将我国石油化工系统敞开式循环冷却水的平均浓缩倍数从5 提高到10，则每年就能节约工业新鲜水用量2 380 万m3，并减少排污水量2 380 万m3，减少CODCr 排放量714 t。
3 .水处理药剂低磷化、无磷化发展
目前循环冷却水处理中普遍使用的配方是磷系配方。尽管磷无毒，但作为营养源，能促使微生物特别是藻类过度繁殖，含磷废水可造成湖水富营养化，海水赤潮等危害，破坏生态环境。早在1996年我国就对废水中磷的排放做出限制，排放废水中磷的质量浓度应小于1.0 mg / L。在循环冷却水系统中无机磷、有机磷对热不稳定，容易在热交换器中产生磷酸钙、膦酸钙水垢，降低换热效率。从保护环境和可持续发展的角度来看，“绿色化"无疑是21 世纪水处理剂的发展趋势。因此，水质稳定剂配方应由磷系配方逐步向低磷和无磷化发展。
目前常用的无磷缓蚀阻垢剂有聚天冬氨酸(PASP)、聚环氧琥珀酸(PESA)等[12-14]。我国以直接合成的方法生产的无磷缓蚀阻垢剂很少。其中陶蕾等开发的脂肪酰胺类无磷缓蚀剂(NAFAS)，是一种高效阳极抑制型缓蚀剂，主要针对海水淡化水的缓蚀。孙群峰等合成的TH-907，可以用于中低硬度水的缓蚀。
4.循环冷却水系统排污水的处理
循环冷却水系统的排污水中CODCr 浓度较高，梁昌峰等的研究表明，当HEDP、1427、ATMP残余质量浓度达到50 mg / L 时，其对应水中CODCr的质量浓度分别为110、100、95 mg / L。可见，循环冷却水系统排污水CODCr 的质量浓度不能达到小于50 mg / L 的一级排放标准的要求。
为达到废水排放标准的要求，可采用活性炭吸附法、生物酶制剂法等降低水中CODCr 浓度。由微生物及酶制剂组成的生物酶水质稳定剂投加在循环水系统中，当生物酶制剂的体积为水样体积的3.2% 时，CODCr 的去除率高达89%。
5 .精确控制水质稳定剂的投加量
针对目前大多数水处理配方都是含有有机膦酸的磷系水处理药剂，循环冷却水现场只能单纯依靠总磷的多少来控制加药量。取水样检测的方法时效性差，准确度受影响因素较多，不易稳定控制水质稳定剂投加量。
示踪技术是通过化学反应在水处理用聚合物中直接引入显示荧光的化合物，利用荧光强度和浓度间的线性关系，可快速、准确地对循环冷却水中水质稳定剂含量实施在线监控。目前，示踪技术在循环冷却水系统中已逐渐使用。中海油天津化工研究设计院研发的冷却水荧光示踪阻垢分散剂在天津石化公司乙烯厂等厂家得到了很好的应用。美国Nalco 公司开发的N-2223 荧光示踪型水处理剂已在天津钢管公司使用，燕山石化公司第四循环冷却水厂水质控制系统引进其公司TRASAR(荧光示踪)技术及附属设施，实现了在线监测自动加药、排污等功能。
实践表明示踪型水处理剂的使用，减少了人为因素造成的分析误差，避免了因分析滞后而导致加药过量或不足的现象，提高了循环水系统药剂浓度的稳定性。
6 .水处理成套技术化实现
为快捷平稳地投加水处理药剂，各厂家基本都采用自动加药设备。国内大部分企业只是实现了药剂的简单自动投加，而无自动监控系统。国外自动加药控制方式主要有流量比例、水量平衡和荧光示踪剂3 种。曹生现等以实时监测所得的污垢热阻和关键水质参数作为反馈参数研制的自动加药控制装置，可以自动控制药剂的投加、补水和排污。中海油天津化工研究设计院自主研发的GSJY-100全自动循环水处理加药装置，不但能在线检测药剂含量、电导率、pH 值、温度、余氯等参数，而且能准确控制水中阻垢缓蚀剂的浓度和浓缩倍数，实现了水处理药剂在线监测及智能化控制及计算机远程控制。
水处理成套技术的实现，能够更好地保障循环冷却水系统的平稳运行，提高循环冷却水运行管理的自动化水平。
7.结语
环境保护、节水减排、废水回用是对目前循环冷却水系统提出的新挑战。企业应根据自身特点，积极采用成熟的新技术、新材料和新装置，优化循环冷却水处理系统，提高循环冷却水处理技术水平，为企业甚至整个社会的可持续发展作出应有的贡献。