工业循环冷却水旁流处置惩罚工艺及装备

作者：治理员宣布时间：2020-12-03

　　摘要：综述了用于实现工业循环冷却水系统“零排放”的旁流处置惩罚工艺(过滤、膜疏散、化学沉淀软化、离子交流等)，先容了化学混凝—纤维过滤—控制投药工艺(适用于中、小型循环冷却水系统)和化学混凝—纤维过滤—弱酸树脂软化工艺(适用于大型循环冷却水系统)。

　　要害词：工业循环水冷却水零排放旁流处置惩罚

　　接纳增洪流处置惩罚剂用量和投加合适的高性能疏散剂、阻垢剂的要领可以改善阻垢效果，但这只是一种适合于较低浓缩倍数系统的、暂时的、消极的处置惩罚要领，对在高浓缩倍数下运行的冷却水系统，应选择适当的工艺举行旁流处置惩罚，将系统中一直增多的有害因素除去，这样相当于将排污水经再生处置惩罚后作为增补水回用到循环冷却水系统中，是真正意义上的“零排放”。

　　1 旁流处置惩罚工艺

　　1.1 过滤法

　　过滤是常用的旁流处置惩罚方法(通称旁滤)，其处置惩罚量通常为循环水量的2%～5%，可以去除水中大部分悬浮固体、粘泥和微生物等[1、2]，但不可降低水的硬度和含盐量，反冲洗时杂质将随反洗水倾轧系统。由于反洗水中杂质浓度比排污水高得多，以是系统倾轧的杂质多而消耗的水量少，即通过旁滤可使排污量显著降低。

　　大型循环冷却水系统一样平常接纳以石英砂或无烟煤为滤料的重力无阀旁滤池，其滤速只能控制在10m/h以下，而冷却水的悬浮物浓度只能控制在10mg/L以下，过滤及占地面积的增大导致基础投资较大。

　　与石英砂相比，纤维滤料具有孔隙率高、孔隙漫衍合理和比外貌积大等特点，接纳纤维滤料时滤速可高达20～85m/h。由于纤维具有柔软性和可压缩性，故随着水流阻力的增大而逐渐被压缩，使滤料上层受力小、孔隙大，下层受力大、孔隙小，充分体现出纤维滤料纳污量大、过滤周期长的特点。纤维滤料过滤器通常需接纳气水反冲，借助气体的搅动使截留的悬浮物与滤料疏散，再随反洗水倾轧[3]。纤维过滤器对悬浮物、铁、锰、微生物粘泥都具有优异的截留作用，其过滤精度高，通常出水浊度＜1NTU。

　　近几年来，新型的离子交流纤维滤料过滤器在循环冷却水旁流处置惩罚中的作用正在逐步引起人们的重视，除具有过滤作用外，还可与水中钙、镁离子举行离子交流，具有软化水质的功效[4]。

　　1.2 膜疏散法

　　反渗透法和电渗析法是常见的两种膜疏散要领，可以有用去除冷却水中的硬度、微生物等有害因素，有较高的脱盐率，水接纳率可以抵达75%～90%。

　　由于渗透膜易被污染导致运行本钱一直增大，通常先接纳石灰软化法去除大部分硬度和悬浮物后，再接纳反渗透法做进一步的降硬处置惩罚，以抵达循环水增补水的水质要求。

　　膜疏散法的弱点是对进水水质要求苛刻，且运行历程中的压力波动易导致膜被破损，水中的侵蚀产品和微生物易使预滤装置和反渗透膜梗塞、污染，频仍的洗濯增大了运行用度(处置惩罚本钱可能高达5～15元/m3)且一次性投入本钱较高，故该法不适用于大型循环冷却水系统。

　　1.3 化学沉淀软化法

　　通常接纳石灰—纯碱软化法来降低水中的碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。在化学沉淀法中加入混凝剂可使呈胶体状态的CaCO3和Mg(OH)2等形成大的絮状颗粒并吸附水中的悬浮物而沉降下来，抵达了同时降低浊度和硬度的目的。

　　首都钢铁公司的高炉煤气洗涤水在运行历程中种种离子及悬浮物含量一直增大、二氧化碳大宗损失，导致水质稳固效果下降，而接纳石灰软化—混凝沉降及二氧化碳相团结的要领，使循环水的硬度和浊度降低后返回洗涤水系统，取得了优异的节水效果。乌鲁木齐石化公司化肥厂接纳投加碳酸钠、氢氧化钠和混凝剂的要领处置惩罚硬度、浊度和铁离子含量较高的外排污水[5]，其再生水水质抵达了《污水深度处置惩罚回用于循环冷却水的拟用标准》的要求，进一步的试验批注，再生水与新鲜水以1∶1混淆后可以知足工艺用水的需要。

　　罗基煌[6]先容的大型冷却水系统(2×104m3/h)接纳石灰—纯碱软化、加酸调pH值的要领同时处置惩罚增补水和部分排污水，取得了优异的节水效益。Nurdogan等的研究批注[7]，在化学沉淀软化法中将PAC改为投加25～50mg/L的Mg(OH)2有助于改善凝聚效果，而投加750mg/L的Na2CO3和10～15mg/L的阴离子型聚丙烯酰胺则可将浓缩6倍的火电厂冷却水中钙离子、镁离子和SiO2含量划分降至30、10和20mg/L以下后回用于冷却水系统。

　　由于循环冷却水中碳酸盐硬度较高、非碳酸盐硬度较低，而旁流处置惩罚并不要求深度软化，故大型循环冷却水系统接纳石灰软化法同时举行排污水与原水的软化处置惩罚是可行的。

　　化学沉淀法的弱点是出水残留硬度和pH值较高(需加酸调理)、泥渣量过多，且加酸使冷却水中的盐含量增高(包括氯离子和硫酸盐)，加剧了冷却水的侵蚀倾向。该法作为旁流处置惩罚工艺时冷却水中磷酸盐缓蚀阻垢剂的保存可能滋扰软化处置惩罚历程；而石灰乳对阻垢剂的性能也有倒运影响(如在除钙镁的同时也将阻垢剂除去、加剧阻垢剂的剖析等)，它加剧阻垢剂自己因吸赞许沉淀而爆发的消耗，影响了冷却系统的处置惩罚效果。

　　1.4 离子交流法

　　用于制备纯水的离子交流法一样平常运行需消耗大宗酸碱，并爆发大宗废水，处置惩罚本钱很高，如接纳Na型树脂举行软化处置惩罚，则购置工业盐的本钱较高，再生时可能带入大宗Cl-离子，增添了冷却水的侵蚀倾向。

　　在水质软化处置惩罚中弱酸阳离子交流树脂的应用越来越普遍。弱酸树脂的羧酸基团对Ca2+、Mg2+具有较大的亲和力，能有用去除水中的碳酸盐硬度(理论上可将硬度去除到相当于HCO3-碱度的水平)，其事情交流容量是强酸树脂的2倍以上(通�？梢缘执�2000 mmol/L)，再生剂耗量约为理论值的1.05～1.10倍，因而很经济。再生剂可以是盐酸或硫酸(前者的本钱是后者的3倍)，但接纳硫酸时必需严酷控制再生液的浓度和流速以抑制CaSO4的天生[8]。接纳双流式离子交流器可以节约投资、水耗和占地，并可获得较高的再生效率[9]。

　　弱酸树脂用于循环冷却水旁流处置惩罚的研究始于1998年。研究批注，弱酸系统的建设规模与循环冷却水阻垢剂所能维持的碱度有关，碱度越高则处置惩罚量越小、经济性越好[10]。弱酸树脂软化工艺的弱点是水中悬浮物和有机物的保存对树脂的运行周期有严重的影响，树脂价钱较高、再生操作重大也限制了其应用。

　　1.5 其他要领

　　将排污水经加热蒸发—蒸汽压缩冷凝，可使冷却水中的有害因素获得浓缩，并使95%的排污水以冷凝液的形式获得接纳、作为循环水和锅炉增补水返回系统，但这种要领能耗过高，只可能在特殊缺水的地区接纳。以磷酸盐控制释放水处置惩罚剂可以实现恒速投药[11]，接纳自动加药装置和提高水处置惩罚手艺水平则有助于改善循环冷却水的水质、提高浓缩倍数、节约用水量。别的，石油化工企业常用隔油池往复除因走漏而进入冷却水系统中的油，但对冷却水中正磷酸盐和二氧化硅的旁流去除工艺尚未见报导。

　　2 旁流处置惩罚工艺、装备的组合

　　2.1 纤维过滤—控释投药工艺

　　2.1.1 原理

　　纤维过滤与控制释放水处置惩罚剂相团结的工艺流程如图1所示。

　　循环冷却水经射流器加入混凝剂后在管道中混淆匀称再进入高效纤维过滤器，在滤床上方的反应区爆发微絮凝反应，水中的悬浮物天生絮状颗粒与微生物粘泥一起被纤维滤料截留、去除，滤后水的浊度＜1NTU。接纳这种要领，旁滤水中的正磷酸盐可被纤维滤料及其所截留的絮状颗粒物吸附、去除。

　　滤后的旁流冷却水经加药罐时，玻璃状的“锈垢净”水处置惩罚剂按一定速率溶入水中、释放出具有缓蚀阻垢作用的聚磷酸盐，可以实现恒速投药。

　　该工艺具有流程简朴、安排紧凑、操作利便无邪等特点，可将工业循环冷却水中的悬浮物、正磷酸盐和微生物粘泥等有害因素同时去除，同时增补聚磷酸盐活性因素，抵达改善水质，提高缓蚀、阻垢效果的目的。

　　2.1.2 本钱及效益剖析

　　运行本钱主要包括混凝剂及“锈垢净”的用度(约为0.2元/m3)、电费(主要包括进水泵、反冲泵和罗茨风机等装备的电耗)，总本钱＜0.5元/m3，是一种较量经济的处置惩罚要领。

　　效益包括提高浓缩倍数、镌汰增补水量和排污量而节约的水费和排污费，镌汰水处置惩罚剂耗量而节约的用度等，以及改善水质稳固效果、延伸装备使用寿命、改善传热效率、节约人力而爆发的效益等。

　　该工艺适用于无专业手艺职员治理的中、小型循环冷却水系统。

　　2.2 纤维过滤—弱酸树脂软化工艺

　　2.2.1 原理

　　纤维过滤与离子交流树脂相团结的工艺流程如图2所示。

　　循环冷却水经射流器加入沉淀剂和混凝剂后，在管道中混淆匀称并进入高效纤维过滤器，在滤床上方的反应区爆发部分软化反应和微絮凝反应，天生的CaCO3和Mg(OH)2颗粒与水中的悬浮物一起被纤维滤料截留、去除，滤后水的硬度(硬度即非碳酸盐硬度)约降低1mmol/L、浊度＜1NTU、碱度适当增添、pH值升至9.5左右。

　　接纳弱酸(丙烯酸)阳离子交流树脂可进一步将水中硬度和碱度降至1mmol/L以下，出水pH值为3～6，抵达增补水的水质要求后则可返回冷却水系统，出水中可保存50%以上的水处置惩罚剂。

　　2.2.2 本钱及效益剖析

　　运行本钱包括沉淀剂和混凝剂的消耗及弱酸树脂再生(用硫酸作再生剂)的用度，其中药剂本钱为0.63元/m3，加上电费(主要包括进水泵、反冲泵和罗茨风机所消耗的电能)，则总本钱＜1.0元/m3，比接纳反渗透等其他要领经济。

　　效益包括镌汰增补水量和排污量而节约的水费和排污费、镌汰水处置惩罚剂耗量而节约的用度、以及改善水质稳固效果、延伸装备使用寿命、改善传热效率而爆发的效益。

　　2.2.3 装备特点

　　主要装备包括高效纤维过滤器和弱酸阳离子交流器，工艺历程和装备具有流程简朴、紧凑、操作利便无邪等特点。将反应器与过滤器合二为一的“一体化”装备，使工艺历程在一体化装备中完成，易于实现工业化。使用高效纤维过滤器内滤料层的上部空间作为“三合一”处置惩罚工艺的反应区，可省去一个体积重大的反应澄清池，由于“微絮凝效应”的保存，反应天生的细小沉淀物颗�？赏ü宋肆系纳畈恪⒏呔裙说靡匀コ�，具有过滤精度高、运行周期长、纳污量大等优点。

　　弱酸阳离子交流树脂对硬度没有去除作用，软化水质时不爆发强酸，树脂在失效后容易再生，通常酸的消耗量仅为理论值的1.1倍，因而较量经济。该工艺操作无邪，可凭证水质情形接纳调解流程，其自身耗水量＜10%，适用于大型工业循环冷却水系统。

　　3 结语

　　①接纳旁流处置惩罚工艺(包括过滤、膜疏散、化学沉淀软化、离子交流等)将循环冷却水系统的排污水经净化和软化后作为增补水举行回用，可显著降低排污量并改善水质稳固效果，对提高工业水的重复使用率和节约水资源具有主要意义。

　　②关于中、小型循环冷却水系统，可以接纳能去除悬浮物、降低浊度、同时实现自动投药的化学沉淀—纤维过滤—控释投药工艺；关于大型循环冷却水系统，可以接纳能同时去除悬浮物、硬度等的化学沉淀—纤维过滤—弱酸树脂交流工艺，以便从基础上改善水质，实现真正意义上的“零排放”。

　　参考文献：

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　　[3]耿土锁，袁嗣兵.循环冷却水处置惩罚的新要领研究[J].情形科学与手艺，1997,77(2):28-47.

　　[4]朱世平，符若文，陆耘，等.功效纤维在循环冷却水系统中防垢的研究[J].中山大学学报(自然科学版)，1996，35(1)：64-68.

　　[5]万小芳，奴尔江，王鲁飞，等.化肥厂外排污水回用于其循环冷却水系统的研究[A].2001年天下水处置惩罚手艺钻研会论文集[C].重庆：中国化工学会工业水处置惩罚专业委员会，2001.

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　　[8]唐瑞彬，陈秀枝，李采芳，等.盐酸和硫酸再生D113树脂的手艺指标剖析[J].北京科技大学学报，2001,23(4):349-351.

　　[9]张澄信，秦廷松，王健，等.双流式弱酸性树脂氢离子交流器的原理与实践[J].热力发电，1991，(1):52-55.

　　[10]王文兵.电厂循环水处置惩罚手艺的生长趋势[J].电力建设，2000，(10):43-44.

　　[11]高华生,俞建德,谭天恩.控制释放水处置惩罚剂的缓释机理与应用远景[J].中国给水排水，2000，16(12):57-59.

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