工业循环水节水新思路

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　　随着经济的发展，工业用水量日益增大，而冷却用水占工业总用水量的70％左右，循环冷却水节水大有潜力可挖。提高浓缩倍数运行是目前公认的有效节水方法，但随着浓缩倍数的提高，循环水系统结垢和腐蚀因子也随着成倍上升，更多的是依赖水稳剂开发上。笔者从循环水不同含义上的“零排污”来谈谈循环水节水方法。
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　　对于低硬低碱的水质而言，属于强腐蚀性的水，由石油化工科学研究院于1993年研究的以两种羟基膦羧酸为主剂、与锌盐、分散剂的复配物处理钙硬：14.0mg/l,碱度：40.0mg/l的水质，浓缩倍数3.5-4.0，现场监测挂片腐蚀率为0.035mm/a,试管腐蚀率为0.018mm/a,粘附速率为2.97mcm,因钙硬加总碱之和为250
! G& Y+ x3 ~5 Y1 V# {! H  mg/l，应该说将浓缩倍数提高至5-6有一定的余地。
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　　①提高浓缩倍数5-6运行，循环水系统可近似达到不排污，称为零排污方案Ⅰ。

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1.  零排污的含义


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　　浓缩倍数K值的大小决定节水的水平和水的重复利用率的高低，它可用公式表示[1]：     ……………………………(1)
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1 h" V$ d! w0 {( H4 O2.1.1水质条件

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; C/ [3 v) i2 Z/ i6 [" Z
! k0 L6 z# W  n! p  Z# `! O! X1 C　　对于中等硬度和碱度的水质而言，原水钙硬加总碱之和150-200mg/l,长江中下游属于此类水质，将浓缩倍数提高至5-6，采取自然控制法是能达到的，但很大程度上还依赖于生产厂家及科研院所的研发。处理此类水质目前普遍采用全有机碱性配方，由HEDP、丙烯酸丙烯酯共聚物、锌盐等组成，即阻垢缓蚀剂Ⅱ（添加铜缓蚀剂为阻垢缓蚀剂Ⅲ）。九江分公司化肥厂循环水处理（原水钙硬加总碱之和180-200mg/l左右）原采用此配方，由于该配方本身的缺陷，循环水中的正磷含量偏高，浓缩倍数控制在2.0-3.5效果较好，年平均为2.5，而浓缩倍数超过3.5时，系统就出现结垢趋势，加之水处理药剂浓度低，投加量大等缺点，限制了浓缩倍数的继续提高。后在原配方的基础上进行调整，添加阻垢性能较好的PBTC，用新型含AMPS的磺酸盐共聚物代替原共聚物，浓缩倍数年平均提高至3.5，但浓缩倍数提高至4.5时，系统又会出现结垢趋势。若想继续提高浓缩倍数几乎依赖药剂的配方调整，增加阻垢成分，浓缩倍数还是可以达到5-6的。
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; z2 r" F4 B) V. l　　若E保持不变，排污量越小，则补水量越小，得到浓缩倍数越大。一般情况下，当K＞1，随着K值的增大，从图1可以看出，M/E下降程度较快，排污量迅速下降；当浓缩倍数大于5-6以后，
# s# D1 U; k) o* `; [" C6 d+ w  M/E下降程度缓慢，节水程度最小。继续提高浓缩倍数，就目前处理水平而言，增加了对水处理剂、杀菌剂、系统的设施及管理等要求。因此目前公认浓缩倍数最佳经济运行值控制在5-6，但浓缩倍数提高至5-6，还要受补充水的水质情况、水的温升、当地气象条件、循环水系统V/R以及旁滤池滤料等各个方面的条件限制。

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　　式（1）中k:浓缩倍数；M：补水量m3/h E：蒸发水量 m3/h；D：风吹损失 m3/h；F：漏损m3/h；若将风吹损失D和漏损F都包含在排污水B内，则式（1）变为式（2）。
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图1：M/E和K之间的关系

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1 C3 d6 ]& s' Y/ O5 p3 |  　　随着经济的发展，工业用水量日益增大，而冷却用水占工业总用水量的70％左右，循环冷却水节水大有潜力可挖。提高浓缩倍数运行是目前公认的有效节水方法，但随着浓缩倍数的提高，循环水系统结垢和腐蚀因子也随着成倍上升，更多的是依赖水稳剂开发上。笔者从循环水不同含义上的“零排污”来谈谈循环水节水方法。
   1.  零排污的含义
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3 U7 ?" K$ n1 V3 q; Q4 l　　①提高浓缩倍数5-6运行，循环水系统可近似达到不排污，称为零排污方案Ⅰ。
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1 f8 H% Q2 ]( N& o　　②即使浓缩倍数达到5-6也存在少量排污，将循环冷却水排污水经过处理作为冷却水的补充水回用至循环水系统中，即循环水零排放......

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- e8 J. \1 n& ?2 A# Z) f2.1.2 水的温升



  
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9 r# r- X; K6 S4 Y  d' q    零排污方案Ⅰ
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　　②即使浓缩倍数达到5-6也存在少量排污，将循环冷却水排污水经过处理作为冷却水的补充水回用至循环水系统中，即循环水零排放，称为零排污方案Ⅱ。
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9 Q9 _/ y% ]' z8 n3 B$ a　　由式（2）可知，蒸发水量大，也可提高浓缩倍数，蒸发水量E可用式（3）表示[1]：
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2.1 浓缩倍数


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+ S6 I' O* A6 |# J　　式（3）中T为空气的干球温度 ℃；Δt为进出水温差 ℃；R为循环水量 m3

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　　③就整个工厂而言，将工业废水经过生化处理后，再经过深度处理，回用至循环水系统中，是最佳经济运行方法，使工厂实现真正意义上的零排污，称为零排污方案Ⅲ。
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2 W7 u- _* A! p; ^2 E2 P　　目前习惯根据水质的硬度和碱度将补充水划分为三个等级，即高硬高碱、中等硬度和碱度、低硬低碱三种水质。对于高硬高碱而言，补充水中钙硬加总碱之和超过250mg/l,若将浓缩倍数提高至5-6，则循环水中钙硬加总碱之和超过1250-1500mg/l,而目前水处理剂处理钙硬加总碱之和在350-900
  mg/l的水质效果最好[2]，因此对于钙硬加总碱之和超过1500mg/l的循环水而言单靠全有机配方来处理，相对会增加处理费用及管理的难度，必须结合其它的途径来解决。李本高等人对齐鲁石化公司、洛阳石化炼油厂高硬高碱循环水处理采取三种方法进行研究[3]：①用离子交换树脂处理原水，将原水中的硬度和碱度分别降至50mg/l后补入循环水中，循环水钙硬加总碱之和在350-900
  W+ d9 i2 u( b+ a  mg/l运行，浓缩倍数可以控制在5.5-6之间，水稳剂采用全有机复合药剂。②采取加酸工艺处理，使循环水中PH值控制在7.5-8之间，循环水钙硬加总碱之和在350-900
  mg/l运行，浓缩倍数可以控制在2.5-5之间。③采取自然运行工艺，原水不经处理直接补充至循环水中，循环水钙硬加总碱之和在350-900 mg/l运行，浓缩倍数可以控制在1.7以下，水稳剂采用全有机复合药剂。①种综合运行费用最低,
  ②种综合运行费用居中，③种综合运行费用最高，因此处理高硬高碱水质，选用离子交换处理源水，将源水钙硬加总碱之和控制在150 mg/l左右，再辅以全有机配方，将浓缩倍数提高至5-6是可行的。