我國是一個貧水國家，因為按國際標(biāo)準(zhǔn)，每人每年水供應(yīng)量在1000噸以下就是缺水國家。目前，中國缺水在千億立方米以上。不少地區(qū)人均水資源已同世界聞名的缺水國家以色列相近。黃土高原地區(qū)情況就是這樣。我國被列為世界上貧水的國家之一。特別是北方、西部廣大地區(qū)缺水特別嚴(yán)重。我國東南地區(qū)由于地面水資源污染引起水質(zhì)性缺水情況也很嚴(yán)重。在全國670座大中城市中，有400座城市不同程度的缺水。其中110座城市嚴(yán)重缺水。據(jù)最新資料證實，北京人均水資源占有量目前是不足300立方米。
面對如此缺水的嚴(yán)峻形勢，我國工業(yè)用水量卻浪費驚人。主要是工業(yè)用水重復(fù)利用率低。工業(yè)用水重復(fù)利用率只有20—30%。僅為發(fā)達(dá)國家的三分之一。如生產(chǎn)1噸鋼，中國耗水量是國際先進(jìn)水平的1—6倍以上,生產(chǎn)1噸紙中國所耗水量是國際先進(jìn)水平的3倍以上。其他工業(yè)方面也同樣存在水資源浪費的情況。
節(jié)約用水已經(jīng)成為我們國家的當(dāng)務(wù)之急，缺水問題也將嚴(yán)重制約我國本世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，并將引起生態(tài)環(huán)境退化、人居環(huán)境惡化、爭水矛盾日益突出等社會和環(huán)境問題。為了節(jié)約用水國家正在制定和實施一些具體舉措和政策，鼓勵節(jié)約用水、提高水的重復(fù)利用率、污水處理回用。我國將逐步實行定量供水、提高水價、超量用水罰款的措施。據(jù)有關(guān)消息透露，在2006年以前，北方地區(qū)用水價格將提高到民用水4元/噸，工業(yè)用水6元/噸，并對不同行業(yè)實行定量供水，超出定量的部分實行6倍的罰款。這將迫使各行業(yè)及居民提高節(jié)水意識。
石油化工企業(yè)是耗水大戶。用水量的多少、水污染物排放量的增減不僅對本企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重大影響，而且對緩解石化企業(yè)所在地區(qū)缺水矛盾、改善地表水環(huán)境狀況有舉足輕重的作用。目前石化企業(yè)用水和排水狀況并不十分理想，噸原油排水量偏高（1.5-2.5噸水/噸原油以上），與水相關(guān)的費用在原油加工成本中所占的比例偏大，單位產(chǎn)品所排水污染物量也不低。這些指標(biāo)不僅難以同世界先進(jìn)水平相比（0.5噸水/噸原油），而且不同程度地造成水資源的極大浪費。
目前，各地單位用水排水費用逐漸迅速增加的趨勢已成定局，然而就煉油工藝而言，盡管會不斷改進(jìn)，但由于是多年的定型成熟工藝，不可能在短時間內(nèi)出現(xiàn)革命性的進(jìn)步，主工藝挖潛似乎難以在降低成本、提高效益方面發(fā)揮重要作用。在這種情況下作水的文章顯然十分必要，僅從提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益角度看，也會有事半功倍的效果。因此，污水經(jīng)深度處理后回用于生產(chǎn)，已成為企業(yè)提高效益、清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗以及減少環(huán)境污染的大趨勢。
企業(yè)水系統(tǒng)大致可分為以下五部分：
1、 鍋爐水系統(tǒng)（包括蒸汽系統(tǒng)）
2、 工藝水系統(tǒng)
3、 循環(huán)（直接）冷卻水系統(tǒng)
4、 污水處理系統(tǒng)
5、 生活污水系統(tǒng)
按照分質(zhì)利用的治理原則，污水處理后回用同樣存在如何治理最有效、回用到何處最保險、最經(jīng)濟(jì)以及綜合效益最高等問題。也就是說，污水回用點應(yīng)該綜合考慮工程投資、技術(shù)成熟性及可操作性、運行成本、以及回用污水對整個水系統(tǒng)的長遠(yuǎn)影響等因素。同時應(yīng)遵循先易后難、分質(zhì)利用的原則。
通過綜合分析以及大量試驗，污水經(jīng)深度處理后回用于循環(huán)水系統(tǒng)是上述幾個因素的平衡點。
一、技術(shù)背景與意義
循環(huán)冷卻水是工業(yè)用水中的用水大項,在石油化工、電力、鋼鐵、冶金等行業(yè)，循環(huán)冷卻水的用量占企業(yè)用水總量的50-90%。由于原水中有不同的含鹽量，循環(huán)冷卻水濃縮到一定倍數(shù)必須排出一定的濃水，并補(bǔ)充新水。一臺30萬KW冷凝機(jī)組，循環(huán)冷卻水量要達(dá)到3.3萬噸/時左右，假定原水中含鹽量為1000mg/L，濃縮倍數(shù)為3，那么循環(huán)冷卻水的濃水排放約在6—8‰左右，即198—264m3/h，同時需補(bǔ)充的新水等于排水及蒸發(fā)損失等，補(bǔ)充水量大約為循環(huán)水量的2—2.6%，將為660—860m3/h左右，水資源消耗與污水排放的數(shù)量是很大的。
循環(huán)冷卻水由于受濃縮倍數(shù)的制約，在運行中必須要排出一定量的濃水和補(bǔ)充一定量的新水。使冷卻水中的含鹽量、PH值、有機(jī)物濃度、懸浮物含量控制在一個合理的允許范圍。對這部分濃水排放進(jìn)行具體處理回用，具有重要的意義。它不但能提高水的重復(fù)利用率，節(jié)約水資源，而且能極大的改善循環(huán)冷卻水的整體狀況。
二、循環(huán)冷卻水現(xiàn)狀及存在問題
循環(huán)冷卻水由泵送往冷卻系統(tǒng)中各用戶，經(jīng)換熱后溫度升高，被送往冷卻塔進(jìn)行冷卻。在冷卻塔中熱水從塔頂向下噴淋成水滴或水膜狀，空氣則逆向或水平交流流動，在氣水接觸過程中，進(jìn)行熱交換。水溫降至符合冷卻水要求時，繼續(xù)循環(huán)使用。
空氣由塔頂溢出時帶走水蒸氣，使循環(huán)水中離子含量增加，因此必須補(bǔ)充新鮮水，排出濃縮水，以維持含鹽量在一定濃度，從而保證整個系統(tǒng)正常運行。補(bǔ)充水的量應(yīng)彌補(bǔ)系統(tǒng)蒸發(fā)、風(fēng)吹（包括飛濺和霧沫夾帶）及排污損失的水量。循環(huán)水與補(bǔ)充水中含鹽量之比，即為該循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)。在一定的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，只要改變補(bǔ)充水的含鹽量，就可以改變循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，而提高濃縮倍數(shù)是保證整個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行的關(guān)鍵。
冷卻水在循環(huán)系統(tǒng)中不斷循環(huán)使用，由于水溫升高、流速變化、蒸發(fā)、各種無機(jī)離子和有機(jī)物質(zhì)的濃縮，冷卻塔和冷卻水池在室外受到陽光照射、風(fēng)吹雨淋、灰塵雜物的進(jìn)入，以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用，會產(chǎn)生很多問題。
1、水垢附著
在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，碳酸氫鹽的濃度隨蒸發(fā)濃縮而增加。當(dāng)其濃度達(dá)到過飽和狀態(tài)，或經(jīng)過傳熱表面水溫升高時，會分解生成碳酸鹽沉積在傳熱表面，形成致密的微溶性鹽類水垢，其導(dǎo)熱性能很差（≤1.16W/(m.K)，鋼材一般為45W/(m.K)）。因此，水垢附著，輕則降低換熱器傳熱效率，嚴(yán)重時，使換熱器堵塞，系統(tǒng)阻力增大，水泵和冷卻塔效率下降，生產(chǎn)能耗增加，產(chǎn)量下降，加快局部腐蝕，甚至造成非正常停產(chǎn)。
2、設(shè)備腐蝕
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，大量設(shè)備是由金屬制造，長期使用循環(huán)冷卻水，會發(fā)生腐蝕穿孔。這是由多種因素造成的，主要有：冷卻水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕；有害離子（ Cl-和SO42-）引起的腐蝕；微生物（厭氧菌、鐵細(xì)菌）引起的腐蝕等。
設(shè)備管壁腐蝕穿孔，會形成滲漏，或工藝介質(zhì)泄露入冷卻水中，損失物料，污染水體；或冷卻水滲入工藝介質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成經(jīng)濟(jì)損失，影響安全生產(chǎn)。
3、微生物的滋生與粘泥
在循環(huán)水中，由于養(yǎng)分的濃縮，水溫升高和日光照射，給細(xì)菌和藻類的迅速繁殖創(chuàng)造了條件。細(xì)菌分泌的黏液使水中漂浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀物等黏附在一起，形成沉積物附著在傳熱表面，即生物粘泥或軟垢。粘泥附著會引起腐蝕，冷卻水流量減少，進(jìn)而降低冷卻效率；嚴(yán)重時會堵死管道，迫使停產(chǎn)清洗。
綜上所述，冷卻水長期循環(huán)使用后，必然會帶來結(jié)垢、腐蝕和微生物滋生問題。解決好這三個問題才能穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)約資源與能源，從而減少環(huán)境污染，提高經(jīng)濟(jì)效益。
三、循環(huán)冷卻水處理技術(shù)現(xiàn)狀
1、水垢的控制
循環(huán)水系統(tǒng)中最易生成的水垢是碳酸鈣垢，水垢控制即是防止碳酸鈣的析出，大致有以下幾類方法。
⑴ 從補(bǔ)充冷卻水中除去成垢的鈣、鎂離子
在補(bǔ)充水進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)之前進(jìn)行軟化處理，除去Ca2+、Mg2+，也就形不成水垢。目前常用的軟化方法有兩種：
一是離子交換樹脂法，該法適于補(bǔ)充水量小的循環(huán)水系統(tǒng)間或采用；
二是石灰軟化法，即投加石灰，使Ca(HCO3)2反應(yīng)生成CaCO3沉淀提前析出。該方法成本低，適于原水（尤其是暫時硬度大的結(jié)垢型原水）鈣含量高，補(bǔ)充水量較大的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
⑵ 加酸或通入CO2氣體，降低PH值，穩(wěn)定重碳酸鹽
在循環(huán)水中加酸（通常為硫酸）或通入CO2氣體，降低PH值，使下列平衡左移，重碳酸鹽處于穩(wěn)定狀態(tài)。
加酸法目前仍有使用，關(guān)鍵是控制好加酸量，否則酸量過多會加速設(shè)備腐蝕。
通CO2氣體同樣應(yīng)注意控制好PH值，否則循環(huán)水通過冷卻塔時，由于CO2的溢出，CaCO3在塔內(nèi)結(jié)晶，堵塞填料，形成鈣垢轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。該方法在某些化肥廠、化工廠及電廠等有CO2氣體源的企業(yè)仍有推廣使用的價值。
⑶ 投加阻垢劑
在循環(huán)水中投加阻垢劑，破壞CaCO3的結(jié)晶增長過程，以達(dá)到控制水垢形成的目的。目前常用的阻垢劑有聚磷酸鹽、有機(jī)多元膦酸、有機(jī)磷酸脂、聚丙烯酸鹽等，這也是目前應(yīng)用最廣的控制水垢的方法。#p#分頁標(biāo)題#e#
2、污垢的控制
控制污垢，可從下面幾個方面努力：
⑴ 對補(bǔ)充水進(jìn)行預(yù)處理，降低濁度
⑵ 做好循環(huán)水水質(zhì)處理
⑶ 投加分散劑
可將粘合在一起的泥團(tuán)雜質(zhì)等分散成微粒懸浮于水中，隨水流流動而不沉積，從而減少污垢對傳熱的影響，部分懸浮物還可隨排污排出。
⑷ 增加旁濾設(shè)備
如果在系統(tǒng)中增設(shè)旁濾設(shè)備，控制好旁流量和進(jìn)、出旁流設(shè)備的濁度，就可保持系統(tǒng)長時間運行下的濁度在控制指標(biāo)內(nèi)，減少污垢形成。
3、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)金屬腐蝕的控制
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)金屬腐蝕的控制方法常用的主要有以下四種：
⑴ 添加緩蝕劑
緩蝕劑是一種用于腐蝕介質(zhì)中抑制金屬腐蝕的添加劑，它用量少，不會改變腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)，不需特殊投加設(shè)備，也不需對設(shè)備表面進(jìn)行處理。因此，使用緩蝕劑是一種經(jīng)濟(jì)效益較高且適應(yīng)性較強(qiáng)的金屬防護(hù)措施。
在敞開式循環(huán)水系統(tǒng)中，常用的緩蝕劑有硅酸鹽、鉬酸鹽、鋅鹽、磷酸鹽、聚磷酸鹽、有機(jī)多元膦酸、巰基苯并噻唑（MBT）、苯并三唑（BTA）和甲基苯并三唑（TTA）、硫酸亞鐵等，并且為了減輕環(huán)境富營養(yǎng)化的壓力，目前更趨向于使用后面幾種有機(jī)膦酸鹽和低磷緩蝕劑。
⑵ 提高循環(huán)水的PH值
提高循環(huán)水的PH值，使金屬表面生成氧化性保護(hù)膜的傾向增大，易于鈍化，從而有利于控制設(shè)備腐蝕。
敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)通常通過在冷卻塔內(nèi)的曝氣提高PH值，當(dāng)水中和空氣中的CO2達(dá)到平衡時，水的PH為8.5左右。
提高循環(huán)水的PH值后，不可避免的帶來一些問題：循環(huán)水結(jié)垢傾向增大；設(shè)備腐蝕速度下降，但還不能滿足要求；某些常用緩蝕劑失效。目前可通過添加專門為堿性冷卻水處理開發(fā)的復(fù)合緩蝕劑來解決，例如：聚磷酸鹽-鋅鹽-膦酸鹽-分散劑、聚磷酸鹽-正磷酸鹽-膦酸鹽-三元共聚物、有機(jī)多元膦酸-聚合物分散劑-唑類、多元醇磷酸酯-丙烯酸系聚合物、HEDP-PMA等。這些水處理劑的復(fù)合配方可發(fā)揮出除垢和防腐的綜合作用，由于協(xié)同或增效作用，它比單一藥劑的單一作用，效果更顯著，這也是緩蝕劑的發(fā)展趨勢。
⑶ 選用耐蝕材料的換熱器
例如使用聚丙烯換熱器或石墨改性聚丙烯換熱器，但由于換熱效果差，很少使用。
⑷ 用防腐涂料涂覆
通過防腐涂料的屏蔽、緩蝕、陰極保護(hù)及PH緩沖作用來保護(hù)設(shè)備不受腐蝕。
4、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)微生物的控制
循環(huán)水系統(tǒng)中微生物引起的腐蝕、粘泥及其生長的控制方法有：設(shè)備選用耐蝕材料；控制循環(huán)水中的氧含量、PH值、懸浮物和微生物的養(yǎng)料等水質(zhì)指標(biāo)；在防腐涂料中添加殺生劑，抑制微生物的生長；采取在冷卻水水池加蓋、冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口加裝百葉窗等措施，防止陽光照射；設(shè)置旁流過濾設(shè)備；對補(bǔ)充水進(jìn)行混凝沉淀預(yù)處理以及頗有前途的噬菌體法等。
除上面所列方法之外，目前最有效和最常用的方法則是向循環(huán)水中添加殺生劑。殺生劑的種類很多，氧化性殺生劑有：氯、次氯酸鹽、氯化異氰尿酸、二氧化氯、臭氧、溴及溴化物等；非氧化性殺生劑有氯酚類、有機(jī)錫化物、季銨鹽、有機(jī)胺類、有機(jī)硫化物、銅鹽及異噻唑啉銅等。
綜上所述，上面介紹的是分類解決循環(huán)水系統(tǒng)問題的各種方法，在實際應(yīng)用中需要根據(jù)原水水質(zhì)、循環(huán)水水量及溫升、補(bǔ)水水質(zhì)和價格、使用循環(huán)水的換熱設(shè)備材質(zhì)和型式以及其他工況條件等實際情況，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，選擇適宜的除垢、防腐、控制微生物的方法結(jié)合在一起，制定出經(jīng)濟(jì)、實用、可行的循環(huán)水處理方案才能實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理運行。但這些傳統(tǒng)處理方法，不能從根本上解決鹽濃縮引起的各種問題，并且投加各種水處理劑的操作系統(tǒng)復(fù)雜、藥劑費用高，使循環(huán)水的總體濃縮倍數(shù)不高、運行管理成本很高。
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