中水冷却论文（精选3篇）
中水冷却论文 篇1
中国是一个严重缺水的国家,人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4,是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。即便如此,国内工业生产中对水资源的使用还存在着诸多不合理的现状,中水回用是解决水资源危机的最有效途径之一。
中水回用在中国已有近30年历史,早在1973年东方红炼油厂就已经将二级处理过的部分污水回用于循环水系统[1],此后又有多家企业逐渐采用中水做系统补水,但由于污水处理过程本身固有的因素造成出水水质不稳定,影响了中水回用的实际应用效果。
1 中水回用工艺及主要影响因素
独山子石化含油污水经处理后回用于炼油循环水系统。其污水处理工艺流程见图1,主要出水水质见表1。
对于中水回用于循环冷却水系统而言,因中水出水水质本身波动较大,使得循环水系统相应产生波动。但对循环冷却水系统影响较大的因素有浊度、COD、氨氮、微生物等。
中水回用后一般都面临着循环水浊度大幅升高的情况,因为中水相对新水而言含有较多的微生物,同时在敞开式系统中,空气中的粉尘等极易进入系统,连同微生物一起形成带电的生物微团,不但吸附水中的杂物质,而且在水中也比较稳定,同时由于使用中水后,容易发生水中胶体脱稳,就使得循环水多呈现浑浊的状态;COD值过高也可以为各种微生物提供过多营养源,也造成微生物的大量繁殖,又会助推COD值升高,弱化了缓蚀阻垢剂及杀菌剂的效用[2];过高的氨氮会在细菌的作用下发生硝化反应[3],产生H+离子,造成循环水pH值异常波动,甚至使循环水的pH值降低至5.0以下,造成系统设备局部或大面积腐蚀,氨还可以与水中的缓蚀剂在设备表面形成局部竞争性吸附,阻止缓蚀剂与金属表面的有效螯合效用,进而促进腐蚀,还可以与换热器中的铜发生络合作用,促进铜的腐蚀[4],循环水中溶解的大量氧气,也促进了氨对铜的腐蚀[5];同时氨与活性氯的作用生成氯胺也会降低其杀菌效果;微生物问题是中水回用面临的一个最主要的问题,因中水本身含大量微生物,在循环冷却水系统中又有适宜的水温,充足的养分,微生物会以几何基数的速度增长,可引起大量生物黏泥粘附在管道及换热器壁上影响换热效果,引起不均匀垢下腐蚀,严重影响设备的使用寿命。
2 中水回用后循环水的运行管理
2.1 水质稳定剂选择
考虑到中水回用之前的循环水加药管理由上海洗霸科技有限公司总承包,且系统运行平稳,为了避免加药过渡期等问题,决定采用上海洗霸公司的中水回用低磷组合配方,缓蚀阻垢剂采用ECH-334A、 ECH-334D和ECH-351的组合配方,氧化性杀菌剂采用ECH-99,非氧化性杀菌剂采用ECH-964和ECH-965复合使用。在使用之前,预先对其组合配方进行了静态和动态模拟实验,试验水质中水与新鲜水的补水比例为6:4。静态模拟试验测定药剂的缓蚀性能和阻垢性能[6,7],动态模拟试验评价[8]在静态试验的基础上模拟现场的换热效果,进而测定其粘附速率、腐蚀速率及污垢热阻等,试验中浓缩倍数设定大于4。其静态模拟试验评价结果见表2,动态模拟试验评价结果见表3。
表2静态试验评价结果和表3动态模拟实验结果均表明,ECH系列水质稳定剂在中水回用系统中具有优良的缓蚀和阻垢效果。
2.2 中水回用运行管理
在中水回用于炼油循环水系统后,不可避免地造成循环水水质恶化,为了保证循环水系统的健康平稳运行,结合补水实际情况,制定了循环水水质的控制指标。循环水各检测项目指标及中水回用后均值见表4。
由表4可知,中水回用之后各项指标平均值都处于控制范围之内,但是相对中水回用之前个别检测指标还是呈现出较大的变化。相对于中水回用之前影响较大的有余氯、异养菌、浊度等。
2.2.1 余氯及异养菌
微生物问题为中水回用所面临的一个大的问题。回用中水所含异养菌较多,基本介于15 000～20 000 mg/L之间。但因为污水处理工艺的限制,不可避免的带进微生物,因此要求在中水回用之前要求中水的余氯含量大于0.1 mg/L。但是在实际运行中,经中水的微生物本身波动很大,为了控制循环水中的微生物,针对中水回用,适当加大了ECH-99氧化性杀菌剂的用量,使循环水的余氯基本控制在0.3 mg/L以上的水平,同时考虑到增加杀菌剂对系统腐蚀的影响,余氯应该避免长时间大于1.0 mg/L。中水回用之前异养菌个数基本都控制在500个/mL以下,而在中水回用之后,异养菌个数显著增加,但基本控制在3 000个/mL以下,系统没有发生青苔等现象。
2.2.2 浊度
中水回用之前,循环水的浊度基本上都维持在5 NTU左右,但在中水回用之后,浊度开始蹿升,在开大排污后,浊度又降低,之后随着中水回用量时间的延长和中水回用比例的增大,循环水浊度呈快速升高态势,尤其当中水回用比例达到100%时,浊度达到20 NTU以上,之后经过补排水操作的优化及中水回用比例的降低,浊度基本维持在15 NTU左右。水体直观上相对中水回用之前明显变的浑浊。
2.3 运行效果
为了实时监测工业换热器运行效果,现场安装了监测换热器,监测换热管材质为A3碳钢,管长1 500 mm,Φ19 mm×2 mm,设置温升10 ℃,经过8个月的运行,监测结果如表5所示。
由表5可以看出,10月份粘附速率大于20 mg/cm2·月,考虑到当月循环水运行实际情况,回用水中异养菌总数较多,氧化性杀菌剂消耗较快,中水的余氯检测值多数为0.01 mg/L,即便在大量冲击投加后也很快,同时中水的氨氮、COD值较低,这基本说明中水微生物问题比较突出。为了分析粘附较高的原因,取垢样进行,分析结果见表6。
通过垢样分析,可以认为粘附偏高的原因主要是由微生物问题引起的。微生物分泌细胞黏液,吸附水中杂质之后粘附在管道器壁之上,可以为钙、镁等离子提供了结晶晶核,在一定程度上促进了钙、镁等盐类的沉积,同时又促进了垢下浓差腐蚀。在中水大量回用后,系统波动较大,也在一定程度上促进了系统结垢的风险。采取的主要应对措施为加强杀菌,首先当月增加一次非氧化性杀菌剂投加,之后调控循环水中的余氯值在0.5 mg/L左右。高浓度的余氯在杀灭微生物的同时,对已经粘附于管道器壁之上的软垢也具有一定的剥离作用。
通过操作优化,之后的粘附速率呈降低趋势,基本维持在10 mg/cm2·月左右。
4 结 论
(1)中水回用之后,对循环冷却水的水质影响较大。循环水水质随着中水用量及中水水质的波动而波动,增加了日常管理难度。
(2)中水回用之后,循环水的浊度、总碱度、异养菌等指标波动较大。过高的碱度会增强循环水系统潜在结垢风险;异养菌过多使得循环水系统微生物问题表现的更为突出,增加了系统的浊度及生物黏泥。
(3)现场优化操作后,在浓缩倍数基本不变情况下,循环冷却水系统运行平稳,腐蚀速率和粘附速率均远优于控制指标。
(4)其他对中水回用影响较大的因素如COD、氨氮、氯离子在该中水回用系统中控制的较好,其负面影响表现并不明显。
摘要：分析了中水作为炼油循环冷却水系统补水的特点及对循环水系统的影响。缓蚀和阻垢实验结果表明,中水回用水处理剂完全可以有效控制系统的腐蚀和结垢。经过8个月的不断优化和工业运行,系统在浓缩倍数为5以上的情况下,运行状况良好。
关键词：中水回用,循环冷却水,水处理
参考文献
[1]张文星,李本高,炼油厂污水回用于循环冷却水系统的前景探讨[J].环境工程,1998,16(6):11-13.
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[3]林根仙,何蓉,郭俊文.氨氮对循环冷却水系统的危害与对策[J].工业水处理,2006,26(5):82-84.
[4]伍发元,黄种买,苟晓东.城市二级出水回用作火电厂循环冷却水氨氮的腐蚀研究[J].贵州化工,2004,29(1):6-7.
[5]朱志平,杨道武,周琼花,等.凝汽器空冷区铜管汽侧氨腐蚀研究[J].腐蚀科学与防护技术,2005,17(2):101-103.
[6]国家技术监督局.GB/T18175-2000水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法[S].北京:中国标准出版社,2000.
[7]国家技术监督局.GB/T16632-2008水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法[S].北京:中国标准出版社,2008.
[8]中华人民共和国国家发展和改革委员会.HG/T2160-2008冷却水动态模拟实验方法[S].北京:化学工业出版社,2008.
中水冷却论文 篇2
摘要：采用石灰混凝法处理汉西污水厂二级出水,验证了该深度处理工艺的.可行性.试验结果表明:石灰混凝法能够有效降低二级出水的浊度、碱度、总硬度、TP,对氨氮和COD也有一定的去除能力;杀菌试验结果表明氯先锋具有很强的杀菌能力.经过石灰混凝和杀菌处理后,城市中水完全达到循环冷却回用水水质标准.作 者：温丙奎 高伟 WEN Bing-kui GAO Wei 作者单位：温丙奎,WEN Bing-kui(嘉应学院,化学与环境学院,广东,梅州,514015)
高伟,GAO Wei(江西省城乡规划设计研究院,南昌,330006)
中水冷却论文 篇3
中水 (reclaimer water) 是指经处理后达到规定水质标准的各种排水, 可在生活、市政和环境等范围内使用。中水的技术最初源于日本, 由于其水质及设施介于上水道和下水道之间, 故被称为“中水道”。20世纪80年代初, 国外中水技术被引进中国, 国内的专家在进行试点工程研究、中水工程设施建设、中水处理设备研制及中水应用技术的研究基础上, 发展、建立和施行了有关规范和规定, 并逐渐形成一整套的工程技术, 称为“中水”。目前“中水”一词已被缺水城市和地区的部分民众所认知。
2002年, 建设部制定了再生水 (reclaimer water) 回用分类标准, 对再生水的释义是:“指污、废水经二级处理和深度处理后作回用的水。当二级处理出水满足特定回用要求, 并已回用时, 二级处理出水也可称为再生水。”显然, 中水就是再生水。
2 中水回用在油脂加工行业的应用现状
与化工和印染等高污染行业相比, 油脂加工企业目前虽未被国家环保总局列为主要污染行业, 但由于大量循环冷却水、补充水的使用和含油工艺废水的排放, 油脂加工行业对于水资源的消耗和污染也不小。
九三集团天津大豆科技有限公司作为一家大型油脂加企业, 一直致力于水节能、零排、提质、降耗及增效的研究工作。目前, 我公司已建设了中水回用设施, 将污水处理站处理后的生产污水进一步深度处理, 使其水质达到了中水的标准。由于深度处理后的中水中COD、BOD、钙离子和总磷仍具有一定浓度, 这就对循环冷却水系统造成了一定影响。
2.1 循环水系统工况条件及水质条件
2.1.1 循环水系统工况条件
由表1可知:循环水系统无旁滤系统和排污系统。
2.1.2 中水和循环水水质对比
表2中水的标准值依据《城市污水再生利用工业用水水质》GB/T19923-2005中冷却用水敞开式循环冷却水系统补充水指标, 循环水标准值采用的是《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050—2007中循环冷却水的水质指标。
2.2 运行情况分析
2.2.1 中水水质分析
由表2可知:中水中Ca2+、Mg2+、Cl-、COD、M-碱度和总磷含量较高。作为循环水系统补充水, 当Ca2+、Mg2+、M-碱度和总磷含量高时, 易形成碳酸盐水垢;Cl-含量高, 会对不锈钢设备造成腐蚀;COD含量高易滋生生物黏泥和藻类;总磷含量高不仅容易生成坚硬且较难清洗的磷酸钙垢, 而且磷是菌藻的营养源, 也易产生菌藻。
中水M-碱度为271.25mg/L, 总磷高达16.00 mg/L, 均高于《工业循环冷却水处理设计规范》要求, 特别是总磷远远高于《工业循环冷却水处理设计规范》要求, 不仅容易产生碳酸盐垢和磷酸钙垢, 并且容易滋生菌藻和生物黏泥。
当水温升高时, 碳酸氢盐 (M-碱度) 受热分解, 生成难溶解的碳酸盐。
随着水温上升以及浓缩倍率的增加, 水中的各离子浓度也在提高, 当其离子浓度乘积大于对应的盐的溶度积时, 过量的PO43-会与水中Ca2+结合, 生成溶解度很小的磷酸钙, 进而沉积到设备表面。
表2中中水虽然Cl-含量为153.30 mg/L, 符合《工业循环冷却水处理设计规范》要求, 由于Cl-半径较小, 易穿透保护膜会促使不锈钢和铜材等金属或合金产生局部腐蚀。特别是不锈钢在含有较高氯离子的水中, 极易产生点坑蚀的蔓延, 使局部腐蚀加剧。另一方面循环冷却水中, 随着浓缩倍率的增加, Cl-离子的浓度也随之增加, 使得循环水中的腐蚀性也进一步增强。
设计规范中虽然对Mg2+含量未有规定, 但文献介绍和经验都发现, 如果循环冷却水中Mg2+离子含量与水中Ca2+离子的比例超过1∶1时, 该水质有较强的腐蚀倾向, 特别是对铜管的腐蚀增强。
2.2.2 循环水水质分析
由表2可知:二线循环水系统各项数据都较高, Cl-含量高达1 522mg/L、Ca2+含量高达1 466.4mg/L、M-碱度高达1 000.37mg/L, 与中水中Cl-、Ca2+和M-碱度对比, 进行浓缩倍率计算, 二线循环水系统浓缩倍率过高。
下面我们分别以Cl-、Ca2+和M-碱度计算浓缩倍率。不结垢时三者计算出的浓缩倍率是相同的, 结垢以后则以Ca2+和M-碱度计算的浓缩倍率就会小于以Cl-计算浓缩倍率。
式中:KCl、K碱、KCa分别以Cl-、HCO3-和Ca2+计算的浓缩倍率;CX、CO为蒸发后和蒸发前水中Cl-含量, mg/L;AX、AO为蒸发后和蒸发前水中M-碱度含量, mg/L;HX、HO为蒸发后和蒸发前水中Ca2+含量, mg/L。
通常, 以Cl-计的浓缩倍率KCl=Cl循/Cl补作为循环水的浓缩倍率。初期阶段各种离子同步浓缩, 以M碱度 (A) 计浓缩倍率K碱=A循/A补、以Ca2+ (H) 计浓缩倍率KCa=H循/H补与以Cl-计算的浓缩倍率KCl=Cl循/Cl补同步增长。当浓缩过程继续进行, 由于水温的升高, 溶液中Ca (HCO3) 2达到过饱和状态时, 会发生下列反应。
随着CaCO3晶核形成, CaCO3晶体由溶液中析出, 此时K碱、KCa与KCl不再同步增长, 即随着KCl的增长, K碱和KCa的增长速度变缓, 甚至出现停止增长或下降的趋势, 这说明结垢过程开始。
从 (1) 、 (2) 、 (3) 式中的计算结果可知以KCl=Cl循/Cl补计算的浓缩倍率为9.9倍, 远远大于以M-碱度 (A) 计浓缩倍率K碱=A循/A补的3.7倍和以Ca2+ (H) 计浓缩倍率KCa=H循/H补的6.6倍。这说明K碱、KCa与KCl不再同步增长, 结垢现象已非常明显。
由表2可知:二线循环水系统Cl-含量高达1 522mg/L、钙硬度含量高达366.0mg/L、钙硬度+M-碱度高达1 366.37mg/L, 远远高于《工业循环冷却水处理设计规范》。
2.3 循环水化学处理方案的确定思路
从水质分析来看, 该系统的补充水水质属低硬度、高磷含量且含有一定腐蚀性离子的水质。水中磷是微生物的营养源, 高磷含量促使微生物大量繁殖, 控制不当极易造成微生物黏泥附着管壁, 严重时导致系统结垢并造成垢下腐蚀;另一方面随着系统水温、浓缩倍数增加, 腐蚀性离子的升高, 腐蚀趋势将加重, 尤其在菌藻控制不佳的情况下, 易对系统产生垢下腐蚀, 这种腐蚀是循环水中的主要形态, 危害大, 不易控制。因此, 在适当控制浓缩倍数的基础上控制系统菌藻滋生是该循环水系统控制的重点。
从循环水工艺分析, 系统不包含旁滤系统和排污系统, 循环水与空气不断接触及浓缩过程中微生物进入系统, 微生物黏泥附着在管壁上, 影响换热效果, 若投加黏泥剥离剂和杀菌剂, 则形成的悬浮物不能排出会进一步影响水处理系统。
因此循环水处理方案应该从3个方面考虑: (1) 投加杀菌剂和黏泥剥离剂控制细菌生长; (2) 建议循环水系统增加旁滤、排污系统; (3) 控制浓缩倍数。
2.3.1 控制细菌生长
原中水处理的设计方案采用前置杀菌和后置保安杀菌相结合的方式。为进一步控制中水中Cl-含量, 提高循环冷却水的浓缩倍数, 公司计划前置杀菌仍采用二氧化氯杀菌, 维持余氯0.2～0.5mg/L, 同时在中水储水池的出口管道上安装2台管道式紫外杀菌器, 以替代二氧化氯进行保安消毒。
随着循环水系统浓缩倍数及水体中磷含量的升高, 特别是在夏季或有物料泄漏的系统, 微生物和菌藻类会摄取水体中的营养源, 加速繁殖。它们会分泌大量的菌藻黏泥, 吸附在换热器的管壁等位置, 与泥沙存积, 从而影响换热器的换热效果。这就要求与氧化性杀菌剂配套的杀菌灭藻剂不仅要有很强的杀生能力, 而且还要有很好的剥离作用。我们计划在日常使用氧化性杀菌剂抑制菌藻类繁殖的同时, 定期为循环水系统投加非氧化性杀菌剂和黏泥剥离剂, 以防止细菌产生抗药性并稳定运行。
如监测循环水系统异养菌超标或检查现场装置有黏泥或藻类增多迹象, 则应加大非氧化型杀菌剂的投加量, 增加氧化型杀菌剂投加次数, 或根据情况调整杀菌方式。
2.3.2 循环水系统增加旁滤系统、排污系统
间冷开式循环冷却水在循环冷却的过程中, 不断地受到来自空气的污染 (泥沙、粉尘、微生物及孢子) 和微生物孽生的危害。导致水的浊度上升、水质恶化, 由此带来一系列严重后果。因此, 间冷开式冷却水系统应设置旁滤设施以控制浊度。
原循环水系统中无排污阀, 也可通过旁滤过滤器定期排污, 以达到降低循环冷却水浓缩倍数的目的。
如采用重力式无阀滤罐, 利用循环水泵压力进行过滤, 过滤后的水回到循环水池。旁滤水量宜为循环水量的5%左右。旁滤罐安装在凉水塔旁, 设计处理量为60t/h, 采用自循环自动反冲洗, 因反冲洗时瞬时水量较大, 建议采用污水沟进行排污, 污水管接入循环水池溢流管排放到污水处理站。
2.3.3 控制浓缩倍数
采用Cl-控制浓缩倍数, 另外系统补水的腐蚀性离子Cl-含量较高, 系统浓缩至4.0倍后, 系统水体腐蚀性大大加大。循环水日常运行浓缩倍数应维持在2.5～3.5倍运行, 循环水浓缩倍数用Cl-测定。通过补排水控制浓缩倍率。
浓缩倍数K=循环水中Cl-含量/补充水中Cl-含量
日常运行中以Cl-计算浓缩倍数的同时, 要分别计算以Ca2+、碱度和电导率计的浓缩倍数, 以监测Ca2+和碱度的损失情况。此外因为中水的Cl-含量会有一定波动, 计算浓缩倍数时会产生一定差别, 因此采用浓缩倍数控制的同时, 控制电导率≤2 000μs/cm。当浓缩倍数、电导率中任何一项超出规定值时均需要进行排污操作。计划每日进行一次排污, 排污量约为总补水量的1/4, 初期经过一段时间监测, 找出每日的排污时间。
3 结语
油脂加工企业能源消耗指标较高, 与国际先进水平差距不小。如果能够完成中水回用于循环冷却水系统的关键技术攻关, 公司不仅能够实现工业用水的零排放, 减少工业的用水量, 提高产品品质, 切实起到节本增效的作用, 而且还能给国内同行业的节能减排工作提供成功范例。希望我们共同努力解决攻克这一难题, 在发展经济的同时, 实现工业与自然的和谐, 共同推动国家节能减排战略的实施。
参考文献
[1]陈朝东.中水处理与回用技术问答[M].北京:化学工业出版社, 2006.
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