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工業(yè)循環(huán)水節(jié)水新思路

更新時(shí)間:2010-03-20      點(diǎn)擊次數(shù):5415
    隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,工業(yè)用水量日益增大,而冷卻用水占工業(yè)總用水量的70%左右,循環(huán)冷卻水節(jié)水大有潛力可挖。提高濃縮倍數(shù)運(yùn)行是目前*的有效節(jié)水方法,但隨著濃縮倍數(shù)的提高,循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢和腐蝕因子也隨著成倍上升,更多的是依賴水穩(wěn)劑開(kāi)發(fā)上。筆者從循環(huán)水不同含義上的“零排污”來(lái)談?wù)勓h(huán)水節(jié)水方法。
1. 零排污的含義
 ?、偬岣邼饪s倍數(shù)5-6運(yùn)行,循環(huán)水系統(tǒng)可近似達(dá)到不排污,稱為零排污方案Ⅰ。
  ②即使?jié)饪s倍數(shù)達(dá)到5-6也存在少量排污,將循環(huán)冷卻水排污水經(jīng)過(guò)處理作為冷卻水的補(bǔ)充水回用至循環(huán)水系統(tǒng)中,即循環(huán)水*,稱為零排污方案Ⅱ。
 ?、劬驼麄€(gè)工廠而言,將工業(yè)廢水經(jīng)過(guò)生化處理后,再經(jīng)過(guò)深度處理,回用至循環(huán)水系統(tǒng)中,是*經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法,使工廠實(shí)現(xiàn)真正意義上的零排污,稱為零排污方案Ⅲ。
2. 零排污方案Ⅰ
2.1 濃縮倍數(shù)
  濃縮倍數(shù)K值的大小決定節(jié)水的水平和水的重復(fù)利用率的高低,它可用公式表示[1] ………………………………(1)
  式(1)中k:濃縮倍數(shù);M:補(bǔ)水量m3/h E:蒸發(fā)水量 m3/h;D:風(fēng)吹損失 m3/h;F:漏損m3/h;若將風(fēng)吹損失D和漏損F都包含在排污水B內(nèi),則式(1)變?yōu)槭剑?)。
………………………………(2)
圖1:M/E和K之間的關(guān)系
  若E保持不變,排污量越小,則補(bǔ)水量越小,得到濃縮倍數(shù)越大。一般情況下,當(dāng)K>1,隨著K值的增大,從圖1可以看出,M/E下降程度較快,排污量迅速下降;當(dāng)濃縮倍數(shù)大于5-6以后, M/E下降程度緩慢,節(jié)水程度zui小。繼續(xù)提高濃縮倍數(shù),就目前處理水平而言,增加了對(duì)水處理劑、殺菌劑、系統(tǒng)的設(shè)施及管理等要求。因此目前*濃縮倍數(shù)*經(jīng)濟(jì)運(yùn)行值控制在5-6,但濃縮倍數(shù)提高至5-6,還要受補(bǔ)充水的水質(zhì)情況、水的溫升、當(dāng)?shù)貧庀髼l件、循環(huán)水系統(tǒng)V/R以及旁濾池濾料等各個(gè)方面的條件限制。
2.1.1水質(zhì)條件
  目前習(xí)慣根據(jù)水質(zhì)的硬度和堿度將補(bǔ)充水劃分為三個(gè)等級(jí),即高硬高堿、中等硬度和堿度、低硬低堿三種水質(zhì)。對(duì)于高硬高堿而言,補(bǔ)充水中鈣硬加總堿之和超過(guò)250mg/l,若將濃縮倍數(shù)提高至5-6,則循環(huán)水中鈣硬加總堿之和超過(guò)1250-1500mg/l,而目前水處理劑處理鈣硬加總堿之和在350-900 mg/l的水質(zhì)效果[2],因此對(duì)于鈣硬加總堿之和超過(guò)1500mg/l的循環(huán)水而言單靠全有機(jī)配方來(lái)處理,相對(duì)會(huì)增加處理費(fèi)用及管理的難度,必須結(jié)合其它的途徑來(lái)解決。李本高等人對(duì)齊魯石化公司、洛陽(yáng)石化煉油廠高硬高堿循環(huán)水處理采取三種方法進(jìn)行研究[3]:①用離子交換樹(shù)脂處理原水,將原水中的硬度和堿度分別降至50mg/l后補(bǔ)入循環(huán)水中,循環(huán)水鈣硬加總堿之和在350-900 mg/l運(yùn)行,濃縮倍數(shù)可以控制在5.5-6之間,水穩(wěn)劑采用全有機(jī)復(fù)合藥劑。②采取加酸工藝處理,使循環(huán)水中PH值控制在7.5-8之間,循環(huán)水鈣硬加總堿之和在350-900 mg/l運(yùn)行,濃縮倍數(shù)可以控制在2.5-5之間。③采取自然運(yùn)行工藝,原水不經(jīng)處理直接補(bǔ)充至循環(huán)水中,循環(huán)水鈣硬加總堿之和在350-900 mg/l運(yùn)行,濃縮倍數(shù)可以控制在1.7以下,水穩(wěn)劑采用全有機(jī)復(fù)合藥劑。①種綜合運(yùn)行費(fèi)用zui低, ②種綜合運(yùn)行費(fèi)用居中,③種綜合運(yùn)行費(fèi)用zui高,因此處理高硬高堿水質(zhì),選用離子交換處理源水,將源水鈣硬加總堿之和控制在150 mg/l左右,再輔以全有機(jī)配方,將濃縮倍數(shù)提高至5-6是可行的。
  對(duì)于中等硬度和堿度的水質(zhì)而言,原水鈣硬加總堿之和150-200mg/l,長(zhǎng)江中下游屬于此類水質(zhì),將濃縮倍數(shù)提高至5-6,采取自然控制法是能達(dá)到的,但很大程度上還依賴于生產(chǎn)廠家及科研院所的研發(fā)。處理此類水質(zhì)目前普遍采用全有機(jī)堿性配方,由HEDP、丙烯酸丙烯酯共聚物、鋅鹽等組成,即阻垢緩蝕劑Ⅱ(添加銅緩蝕劑為阻垢緩蝕劑Ⅲ)。九江分公司化肥廠循環(huán)水處理(原水鈣硬加總堿之和180-200mg/l左右)原采用此配方,由于該配方本身的缺陷,循環(huán)水中的正磷含量偏高,濃縮倍數(shù)控制在2.0-3.5效果較好,年平均為2.5,而濃縮倍數(shù)超過(guò)3.5時(shí),系統(tǒng)就出現(xiàn)結(jié)垢趨勢(shì),加之水處理藥劑濃度低,投加量大等缺點(diǎn),限制了濃縮倍數(shù)的繼續(xù)提高。后在原配方的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整,添加阻垢性能較好的PBTC,用新型含AMPS的磺酸鹽共聚物代替原共聚物,濃縮倍數(shù)年平均提高至3.5,但濃縮倍數(shù)提高至4.5時(shí),系統(tǒng)又會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢趨勢(shì)。若想繼續(xù)提高濃縮倍數(shù)幾乎依賴藥劑的配方調(diào)整,增加阻垢成分,濃縮倍數(shù)還是可以達(dá)到5-6的。
  對(duì)于低硬低堿的水質(zhì)而言,屬于強(qiáng)腐蝕性的水,由石油化工科學(xué)研究院于1993年研究的以兩種羥基膦羧酸為主劑、與鋅鹽、分散劑的復(fù)配物處理鈣硬:14.0mg/l,堿度:40.0mg/l的水質(zhì),濃縮倍數(shù)3.5-4.0,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)掛片腐蝕率為0.035mm/a,試管腐蝕率為0.018mm/a,粘附速率為2.97mcm,因鈣硬加總堿之和為250 mg/l,應(yīng)該說(shuō)將濃縮倍數(shù)提高至5-6有一定的余地。
2.1.2 水的溫升
  由式(2)可知,蒸發(fā)水量大,也可提高濃縮倍數(shù),蒸發(fā)水量E可用式(3)表示[1]
   ……………………………(3)
  式(3)中T為空氣的干球溫度 ℃;Δt為進(jìn)出水溫差 ℃;R為循環(huán)水量 m3/h;也就是說(shuō)合理提高進(jìn)出水溫差,也可達(dá)到節(jié)水的目的,這與系統(tǒng)的熱負(fù)荷及冷卻塔的冷卻能力有關(guān),一般來(lái)說(shuō),滿負(fù)荷生產(chǎn)階段比非滿負(fù)荷生產(chǎn)濃縮倍數(shù)要高,冷態(tài)運(yùn)行時(shí)濃縮倍數(shù)很難提高。在滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)影響溫差的一個(gè)重要因素是冷卻塔的冷卻效率,如九江分公司化肥廠循環(huán)水在滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí),由于冷卻塔填料老化及填料片間距過(guò)大、百葉窗的安裝角度不合理、填料安裝沒(méi)有按照上密下疏的原則等原因,實(shí)際進(jìn)出水溫差只能達(dá)到6℃,而設(shè)計(jì)進(jìn)出水溫差為10℃,這也是濃縮倍數(shù)不能得到提高的一個(gè)原因。該廠循環(huán)水量33000m3/h,如果按照設(shè)計(jì)情況運(yùn)行,則可節(jié)約40%的用水量。
2.1.3 循環(huán)水系統(tǒng)V/R
按照《工業(yè)循環(huán)水冷卻水設(shè)計(jì)規(guī)范》,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)容積V與循環(huán)水量R之比控制在1/3-1/5,V/R比值大,系統(tǒng)容積大,會(huì)給提高濃縮倍數(shù)及管理帶來(lái)不便,V/R比值小,會(huì)縮短提高濃縮倍數(shù)的時(shí)間,便于濃縮倍數(shù)的調(diào)整及管理,*比值以1/5為宜。
2.14旁濾池濾料選擇
  循環(huán)水系統(tǒng)排污一般有兩種途徑:①通過(guò)集水池底排閥直接排放,②通過(guò)旁濾池反洗間接排污,若提高濃縮倍數(shù),可以關(guān)閉集水池底排閥,但旁濾池如果濾料選擇不當(dāng),導(dǎo)致反洗頻率增加,排污量增大,也限制濃縮倍數(shù)的提高,如九江分公司化肥廠循環(huán)水設(shè)計(jì)循環(huán)水量33000m3/h,其中5%的水量1600 m3/h經(jīng)旁濾池過(guò)濾后進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)。每座平面尺寸4.7 m×4.7 m,有效面積22 m2,濾池高度4.74 m,濾速19 m/s,反洗強(qiáng)度采用15l/ m2.s,期終水頭損失值采用1.70 m,每座每次反洗排水約200T,該廠由于濾料選擇不當(dāng)限制了濃縮倍數(shù)的進(jìn)一步提高,旁濾池的濾料先后更換了三次:首先采用無(wú)煙煤和石英砂濾料雙層濾料,運(yùn)行三年后出現(xiàn)旁濾池濾料板結(jié)現(xiàn)象,采用人工強(qiáng)制反洗和人工翻動(dòng)濾池內(nèi)無(wú)煙煤和石英砂濾料等方法,投用運(yùn)行3個(gè)月后又出現(xiàn)過(guò)濾水量下降,濾池壓差增大,自動(dòng)反洗頻率加大,8小時(shí)反洗一次;其次選用石英砂單層濾料,雖不出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象,但反洗周期24小時(shí)一次;zui后選用稀土瓷砂單層濾料,經(jīng)過(guò)運(yùn)行實(shí)踐表明,該濾料不會(huì)板結(jié),運(yùn)行周期可達(dá)168小時(shí)以上,反洗排水呈黑色,選用稀土瓷砂,不僅節(jié)水,而且較好地控制循環(huán)水濁度、系統(tǒng)中的生物粘泥,降低殺菌力度節(jié)約殺菌劑。
3. 零排污方案Ⅱ
  綜上所述,三種原水水質(zhì),在循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理及排除影響濃縮倍數(shù)提高的因素情況下,通過(guò)不同的途徑雖然可以將濃縮倍數(shù)提高至5-6,但實(shí)際上許多地方不可能將濃縮倍數(shù)一下子提到5-6時(shí),是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程,即使達(dá)到5-6也需要排污。假設(shè)某循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水量30000m3/h,干球溫度為28℃,進(jìn)出水溫差為10℃,濃縮倍數(shù)控制5-6,排污量仍可達(dá)到90-120 m3/h,循環(huán)水量越大,排污量也越大。如何將循環(huán)水排污水回用到循環(huán)水系統(tǒng)中,首先排污水水質(zhì)與循環(huán)水水是一致的,循環(huán)水經(jīng)過(guò)加藥、殺菌、旁濾處理后,濁度、有機(jī)物含量低,只是鈣硬和總堿經(jīng)過(guò)濃縮后,鈣硬和總堿之和為350-900mg/l。解決回用的問(wèn)題主要是降低排污水中的鈣硬和總堿。一般情況下,可選用軟化除硬、脫鹽處理后,再回用到循環(huán)水系統(tǒng)中去是可行的。軟化除硬、脫鹽已是相當(dāng)成熟的技術(shù),軟化除硬目前主要有石灰法、加藥沉淀法、絮凝法,脫鹽技術(shù)有離子交換法、電滲析法、反滲透法等。對(duì)于高硬高堿原水而言,若按照用離子交換預(yù)處理原水和全有機(jī)堿性配方運(yùn)行,投資不大。對(duì)于低硬低堿原水而言,經(jīng)過(guò)濃縮5-6倍后鈣硬、總堿分別不超過(guò)250mg/l,根據(jù)實(shí)際情況,投資一套離子交換裝置將250 mg/ l鈣硬、總堿降到50 mg/ l左右,費(fèi)用也不大。對(duì)于中等硬度和堿度的水質(zhì)而言,要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行核算。國(guó)內(nèi)燕化化工一廠通過(guò)改造已成功將循環(huán)水排污水回收,燕化化工一廠的循環(huán)水總量是6.5萬(wàn)噸/小時(shí),每小時(shí)排放的污水在三四百噸左右。燕化化工一廠與有關(guān)單位合作,以電絮凝法為技術(shù)依托,投資98萬(wàn)元建立了一套新三循系統(tǒng)排污水回用裝置,排污水通過(guò)這套裝置可有效去除水中硬度和懸浮物,經(jīng)過(guò)脫鹽處理后再返回到循環(huán)水中,處理過(guò)的水質(zhì)可*達(dá)到補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn),且回用率達(dá)到85%以上。此套裝置的投用帶來(lái)*的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,預(yù)計(jì)兩年即可收回成本[4]。
4. 零排污方案Ⅲ
  因循環(huán)水相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)水質(zhì)要求低,實(shí)施污水回用主要是將處理后的廢水回用到循環(huán)水中去,作為補(bǔ)充水水源,運(yùn)行費(fèi)用低。但一般經(jīng)過(guò)二級(jí)(生物)除磷脫氮后出水執(zhí)行GB8978-1996標(biāo)準(zhǔn),其COD、BOD5、SS和氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高于污水回用設(shè)計(jì)規(guī)范推薦標(biāo)準(zhǔn)CFCS-93,需采用物理、化學(xué)方法對(duì)傳統(tǒng)二級(jí)生物處理出水進(jìn)行除磷除氮處理及去除有毒有害有機(jī)化合物三級(jí)處理或深度處使其達(dá)到回用至工業(yè)循環(huán)冷卻水的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)還含有結(jié)垢因子的硬度,因此回用水具有微生物高、腐蝕性強(qiáng)、結(jié)垢性高等特點(diǎn),它要求去除水中的會(huì)引起冷卻裝置結(jié)垢的硬度,還要求去除會(huì)引起裝置腐蝕和生物污垢的氨。二級(jí)出水需經(jīng)過(guò)石灰軟水裝置除硬,采用離子交換或膜裝置進(jìn)行脫鹽處理,再回用至循環(huán)水中。圖2列出了此回水處理的工藝流程。

  圖2:回用水處理流程
  此方案包含了循環(huán)水*技術(shù),不同點(diǎn)是方案Ⅲ需要對(duì)廢水進(jìn)行深度處理,并且處理水量大,還要求循環(huán)加強(qiáng)水處理藥劑防腐、殺菌等要求,因此零排方案Ⅲ投資要比方案Ⅱ要大,并且增加了管理難度。目前石化行業(yè)已有湛江東興、茂名石化、大慶石化、撫順石化、上海石化等單位開(kāi)展了污水回用循環(huán)水的研究和應(yīng)用。
5.結(jié)束語(yǔ)
  5.1循環(huán)水濃縮倍數(shù)提高5-6運(yùn)行,雖然是可行的,但更多的依賴藥劑配方的開(kāi)發(fā)研制,同時(shí)還受到諸多條件的限制,節(jié)水處于被動(dòng)局面。
  5.2實(shí)現(xiàn)循環(huán)水排污水以及工廠廢水*,可將被動(dòng)局面轉(zhuǎn)為主動(dòng)局面,需投入一定的資金。
  5.3工廠zui終實(shí)現(xiàn)零排污,爭(zhēng)取節(jié)水效益zui大化,可以分三個(gè)步驟走,即由零排污方案Ⅰ到零排污方案Ⅱ再到零排污方案Ⅲ,根據(jù)各自工廠的特點(diǎn),循序漸進(jìn)。

 

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