循环冷却水处理和趋零排放技术时间：2008年1月21日 更多“管”信息 环琪(太仓)塑胶工业有限公司广州分公司环琪(太仓)塑胶工业有限公司广州分公司拥有各式塑料阀、管、管配件等管路设备制造技术。 我国是一个贫水国家，因为按国际标准，每人每年水供应量在1000吨以下就是缺水国家。目前，中国缺水在千亿立方米以上。不少地区人均水资源已同世界闻名的缺水国家以色列相近。黄土高原地区情况就是这样。我国被列为世界上贫水的国家之一。特别是北方、西部广大地区缺水特别严重。我国东南地区由于地面水资源污染引起水质性缺水情况也很严重。在全国670座大中城市中，有400座城市不同程度的缺水。其中110座城市严重缺水。据最新资料证实，北京人均水资源占有量目前是不足300立方米。面对如此缺水的严峻形势，我国工业用水量却浪费惊人。主要是工业用水重复利用率低。工业用水重复利用率只有2030%。仅为发达国家的三分之一。如生产1吨钢，中国耗水量是国际先进水平的16倍以上,生产1吨纸中国所耗水量是国际先进水平的3倍以上。其他工业方面也同样存在水资源浪费的情况。节约用水已经成为我们国家的当务之急，缺水问题也将严重制约我国本世纪的经济可持续发展，并将引起生态环境退化、人居环境恶化、争水矛盾日益突出等社会和环境问题。为了节约用水国家正在制定和实施一些具体举措和政策，鼓励节约用水、提高水的重复利用率、污水处理回用。我国将逐步实行定量供水、提高水价、超量用水罚款的措施。据有关消息透露，在2006年以前，北方地区用水价格将提高到民用水4元/吨，工业用水6元/吨，并对不同行业实行定量供水，超出定量的部分实行6倍的罚款。这将迫使各行业及居民提高节水意识。石油化工企业是耗水大户。用水量的多少、水污染物排放量的增减不仅对本企业的综合经济效益产生重大影响，而且对缓解石化企业所在地区缺水矛盾、改善地表水环境状况有举足轻重的作用。目前石化企业用水和排水状况并不十分理想，吨原油排水量偏高（1.5-2.5吨水/吨原油以上），与水相关的费用在原油加工成本中所占的比例偏大，单位产品所排水污染物量也不低。这些指标不仅难以同世界先进水平相比（0.5吨水/吨原油），而且不同程度地造成水资源的极大浪费。目前，各地单位用水排水费用逐渐迅速增加的趋势已成定局，然而就炼油工艺而言，尽管会不断改进，但由于是多年的定型成熟工艺，不可能在短时间内出现革命性的进步，主工艺挖潜似乎难以在降低成本、提高效益方面发挥重要作用。在这种情况下作水的文章显然十分必要，仅从提高企业经济效益角度看，也会有事半功倍的效果。因此，污水经深度处理后回用于生产，已成为企业提高效益、清洁生产、节能降耗以及减少环境污染的大趋势。企业水系统大致可分为以下五部分：1、 锅炉水系统（包括蒸汽系统）2、 工艺水系统3、 循环（直接）冷却水系统4、 污水处理系统5、 生活污水系统按照分质利用的治理原则，污水处理后回用同样存在如何治理最有效、回用到何处最保险、最经济以及综合效益最高等问题。也就是说，污水回用点应该综合考虑工程投资、技术成熟性及可操作性、运行成本、以及回用污水对整个水系统的长远影响等因素。同时应遵循先易后难、分质利用的原则。通过综合分析以及大量试验，污水经深度处理后回用于循环水系统是上述几个因素的平衡点。一、技术背景与意义循环冷却水是工业用水中的用水大项,在石油化工、电力、钢铁、冶金等行业，循环冷却水的用量占企业用水总量的50-90%。由于原水中有不同的含盐量，循环冷却水浓缩到一定倍数必须排出一定的浓水，并补充新水。一台30万KW冷凝机组，循环冷却水量要达到3.3万吨/时左右，假定原水中含盐量为1000mg/L，浓缩倍数为3，那么循环冷却水的浓水排放约在68左右，即198264m3/h，同时需补充的新水等于排水及蒸发损失等，补充水量大约为循环水量的22.6%，将为660860m3/h左右，水资源消耗与污水排放的数量是很大的。循环冷却水由于受浓缩倍数的制约，在运行中必须要排出一定量的浓水和补充一定量的新水。使冷却水中的含盐量、PH值、有机物浓度、悬浮物含量控制在一个合理的允许范围。对这部分浓水排放进行具体处理回用，具有重要的意义。它不但能提高水的重复利用率，节约水资源，而且能极大的改善循环冷却水的整体状况。二、循环冷却水现状及存在问题循环冷却水由泵送往冷却系统中各用户，经换热后温度升高，被送往冷却塔进行冷却。在冷却塔中热水从塔顶向下喷淋成水滴或水膜状，空气则逆向或水平交流流动，在气水接触过程中，进行热交换。水温降至符合冷却水要求时，继续循环使用。空气由塔顶溢出时带走水蒸气，使循环水中离子含量增加，因此必须补充新鲜水，排出浓缩水，以维持含盐量在一定浓度，从而保证整个系统正常运行。补充水的量应弥补系统蒸发、风吹（包括飞溅和雾沫夹带）及排污损失的水量。循环水与补充水中含盐量之比，即为该循环水系统的浓缩倍数。在一定的循环冷却水系统中，只要改变补充水的含盐量，就可以改变循环水系统的浓缩倍数，而提高浓缩倍数是保证整个循环冷却水系统经济运行的关键。冷却水在循环系统中不断循环使用，由于水温升高、流速变化、蒸发、各种无机离子和有机物质的浓缩，冷却塔和冷却水池在室外受到阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂物的进入，以及设备的结构和材料等多种因素的综合作用，会产生很多问题。1、水垢附着在循环冷却水系统中，碳酸氢盐的浓度随蒸发浓缩而增加。当其浓度达到过饱和状态，或经过传热表面水温升高时，会分解生成碳酸盐沉积在传热表面，形成致密的微溶性盐类水垢，其导热性能很差（1.16W/(m.K)，钢材一般为45W/(m.K)）。因此，水垢附着，轻则降低换热器传热效率，严重时，使换热器堵塞，系统阻力增大，水泵和冷却塔效率下降，生产能耗增加，产量下降，加快局部腐蚀，甚至造成非正常停产。2、设备腐蚀循环冷却水系统中，大量设备是由金属制造，长期使用循环冷却水，会发生腐蚀穿孔。这是由多种因素造成的，主要有：冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀；有害离子（ Cl-和SO42-）引起的腐蚀；微生物（厌氧菌、铁细菌）引起的腐蚀等。设备管壁腐蚀穿孔，会形成渗漏，或工艺介质泄露入冷却水中，损失物料，污染水体；或冷却水渗入工艺介质，影响产品质量，造成经济损失，影响安全生产。3、微生物的滋生与粘泥在循环水中，由于养分的浓缩，水温升高和日光照射，给细菌和藻类的迅速繁殖创造了条件。细菌分泌的黏液使水中漂浮的灰尘杂质和化学沉淀物等黏附在一起，形成沉积物附着在传热表面，即生物粘泥或软垢。粘泥附着会引起腐蚀，冷却水流量减少，进而降低冷却效率；严重时会堵死管道，迫使停产清洗。综上所述，冷却水长期循环使用后，必然会带来结垢、腐蚀和微生物滋生问题。解决好这三个问题才能稳定生产、节约资源与能源，从而减少环境污染，提高经济效益。三、循环冷却水处理技术现状1、水垢的控制循环水系统中最易生成的水垢是碳酸钙垢，水垢控制即是防止碳酸钙的析出，大致有以下几类方法。 从补充冷却水中除去成垢的钙、镁离子在补充水进入循环水系统之前进行软化处理，除去Ca2+、Mg2+，也就形不成水垢。目前常用的软化方法有两种：一是离子交换树脂法，该法适于补充水量小的循环水系统间或采用；二是石灰软化法，即投加石灰，使Ca(HCO3)2反应生成CaCO3沉淀提前析出。该方法成本低，适于原水（尤其是暂时硬度大的结垢型原水）钙含量高，补充水量较大的循环冷却水系统。 加酸或通入CO2气体，降低PH值，稳定重碳酸盐在循环水中加酸（通常为硫酸）或通入CO2气体，降低PH值，使下列平衡左移，重碳酸盐处于稳定状态。加酸法目前仍有使用，关键是控制好加酸量，否则酸量过多会加速设备腐蚀。通CO2气体同样应注意控制好PH值，否则循环水通过冷却塔时，由于CO2的溢出，CaCO3在塔内结晶，堵塞填料，形成钙垢转移现象。该方法在某些化肥厂、化工厂及电厂等有CO2气体源的企业仍有推广使用的价值。 投加阻垢剂在循环水中投加阻垢剂，破坏CaCO3的结晶增长过程，以达到控制水垢形成的目的。目前常用的阻垢剂有聚磷酸盐、有机多元膦酸、有机磷酸脂、聚丙烯酸盐等，这也是目前应用最广的控制水垢的方法。2、污垢的控制控制污垢，可从下面几个方面努力： 对补充水进行预处理，降低浊度 做好循环水水质处理 投加分散剂可将粘合在一起的泥团杂质等分散成微粒悬浮于水中，随水流流动而不沉积，从而减少污垢对传热的影响，部分悬浮物还可随排污排出。 增加旁滤设备如果在系统中增设旁滤设备，控制好旁流量和进、出旁流设备的浊度，就可保持系统长时间运行下的浊度在控制指标内，减少污垢形成。3、循环冷却水系统金属腐蚀的控制循环冷却水系统金属腐蚀的控制方法常用的主要有以下四种： 添加缓蚀剂缓蚀剂是一种用于腐蚀介质中抑制金属腐蚀的添加剂，它用量少，不会改变腐蚀介质的性质，不需特殊投加设备，也不需对设备表面进行处理。因此，使用缓蚀剂是一种经济效益较高且适应性较强的金属防护措施。在敞开式循环水系统中，常用的缓蚀剂有硅酸盐、钼酸盐、锌盐、磷酸盐、聚磷酸盐、有机多元膦酸、巯基苯并噻唑（MBT）、苯并三唑（BTA）和甲基苯并三唑（TTA）、硫酸亚铁等，并且为了减轻环境富营养化的压力，目前更趋向于使用后面几种有机膦酸盐和低磷缓蚀剂。 提高循环水的PH值提高循环水的PH值，使金属表面生成氧化性保护膜的倾向增大，易于钝化，从而有利于控制设备腐蚀。敞开式循环冷却水系统通常通过在冷却塔内的曝气提高PH值，当水中和空气中的CO2达到平衡时，水的PH为8.5左右。提高循环水的PH值后，不可避免的带来一些问题：循环水结垢倾向增大；设备腐蚀速度下降，但还不能满足要求；某些常用缓蚀剂失效。目前可通过添加专门为碱性冷却水处理开发的复合缓蚀剂来解决，例如：聚磷酸盐-锌盐-膦酸盐-分散剂、聚磷酸盐-正磷酸盐-膦酸盐-三元共聚物、有机多元膦酸-聚合物分散剂-唑类、多元醇磷酸酯-丙烯酸系聚合物、HEDP-PMA等。这些水处理剂的复合配方可发挥出除垢和防腐的综合作用，由于协同或增效作用，它比单一药剂的单一作用，效果更显著，这也是缓蚀剂的发展趋势。 选用耐蚀材料的换热器例如使用聚丙烯换热器或石墨改性聚丙烯换热器，但由于换热效果差，很少使用。 用防腐涂料涂覆通过防腐涂料的屏蔽、缓蚀、阴极保护及PH缓冲作用来保护设备不受腐蚀。4、循环冷却水系统微生物的控制循环水系统中微生物引起的腐蚀、粘泥及其生长的控制方法有：设备选用耐蚀材料；控制循环水中的氧含量、PH值、悬浮物和微生物的养料等水质指标；在防腐涂料中添加杀生剂，抑制微生物的生长；采取在冷却水水池加盖、冷却塔的进风口加装百叶窗等措施，防止阳光照射；设置旁流过滤设备；对补充水进行混凝沉淀预处理以及颇有前途的噬菌体法等。除上面所列方法之外，目前最有效和最常用的方法则是向循环水中添加杀生剂。杀生剂的种类很多，氧化性杀生剂有：氯、次氯酸盐、氯化异氰尿酸、二氧化氯、臭氧、溴及溴化物等；非氧化性杀生剂有氯酚类、有机锡化物、季铵盐、有机胺类、有机硫化物、铜盐及异噻唑啉铜等。综上所述，上面介绍的是分类解决循环水系统问题的各种方法，在实际应用中需要根据原水水质、循环水水量及温升、补水水质和价格、使用循环水的换热设备材质和型式以及其他工况条件等实际情况，综合考虑经济效益和环境效益，选择适宜的除垢、防腐、控制微生物的方法结合在一起，制定出经济、实用、可行的循环