2023年《安全环境环保技术》之循环冷却水处理设计应重视节水环保.docx

循环冷却水处理设计应重视节水环保       为了控制工业循环冷却水系统结垢和腐蚀，目前已有多种类型水处理技术。其中环保节水型水处理技术，更适应可持续开展的需要。为使工业循环冷却水处理到达技术先进，根据多年积累的成熟实践经验，提出在工业循环水冷却水处理设计标准中，应增设环保节水型水处理设计条款。 1、节水环保水处理是可持续开展的需要 为了控制工业循环冷却水系统结垢和腐蚀，保证设备的换热效率和使用年限。目前已有多种类型水处理技术。其中环保节水型水处理技术，更适应可持续开展的需要，也更受的欢迎。为使工业循环冷却水处理到达技术先进，节约用水，符合环保需要，根据多年积累的成熟实践经验，提出在工业循环水冷却水处理设计标准中，应增设环保节水型水处理设计条款，以适用新建、扩建、改建工程和间接换热的工业循环冷却水处理的需要，适应节水环保对给水排水的更高需求。 循环冷却水处理，最重要的是解决换热设备的结垢和腐蚀问题。结垢要影响换热效率，多耗，影响工艺操作。腐蚀会减少设备使用寿命，并存在平安隐患。为了防止结垢和腐蚀，近年来大力推广了磷系配方水处理技术，有效控制了水垢和腐蚀。但是，磷系药剂存在不容无视的问题：一、磷是营养物质，促进了水系统中菌藻微生物的繁殖加剧，不仅加氯和投加各类成为必须手段，而且有大量含磷和含排放，加重了环境水域污染和富营养化程度，成了公害性问题。二、磷系配方药剂在系统内停留时间有限制，水解成磷酸钙垢，循环水浓缩倍数低，不利于节约用水。 环保节水型水处理技术，经多年来的实践应用，具有良好的节约用水、保护环境的成效。例如LHE聚合物，对高碱度、高硬度、含氨含碱或水质相对较差的水适用性强，浓缩倍率高，抑制菌藻效果好，不需使用杀菌剂。因而在新标准中特别增加了节水环保水处理设计所要求的相关技术条件。 我国循环冷却水处理已开发出较适应的节水环保型药剂及技术，并经过了较长期的应用实践，为循环冷却水的节水环保设计提供了参考依据。由于我国水资源严重短缺，保护环境需求及法规日益严格。因此，循环冷却水设计应考虑在不影响工艺条件情况下尽量采用节水环保新技术。 采用环保新技术不仅是节水环保的需要，也是工厂应该高度重视的大事。2022年2月间，四川某大型化工集团排放，造成环境水域严重污染，农作物受害，鱼虾死亡，几万人无水可用，经济损失达三亿元，工厂被罚款100万元，总经理引咎辞职。造成这一严重后果的直接原因，是该循环水采用的技术无法使用含氨作补充水。而该厂邻近的许多同类型企业，早已改用LHE聚合物节水环保水处理技术。所有含氨含碱废水均全部用于循环水补充水，实现了以废治废，以污治污，节约用水，保护环境，杜绝污染的目的。由此也可以看出，工业循环冷却水采用新技术具有重要意义和价值。 换热器的材质。 根据实践经验，不同材质组合虽然有利于提高换热效率，但带来的电偶腐蚀和水质处理上的难度也是不可无视的。例如化肥厂的水系统，在碳化塔工段使用铝合金换热，就存在铝管与钢铁连接处的电偶腐蚀问题，循环水也难以回用高碱度废水（铝对CL–、Na+、K+等耐受能力较弱）。同时，碳化设计为U形管，管径较细，冷却水在其中流速慢，碳化液温度高，易结垢和沉积污垢。 化肥厂的铜芯、阀门、铜管油冷器等，均影响含氨废水回用于循环冷却水。还有工段使用的醋酸铜氨液，其泄漏的含铜离子溶液，飘落的含铜粉尘，在循环水中均会加速对设备的腐蚀。尤其是对铝合金的腐蚀。同时，磷系配方也不允许循环水中有氨，因而过去化肥厂循环水设计中特别强调不得有氨，致使净氨塔、二次等大量含氨废水无法利用而排放，造成水资源浪费和环境污染。 节水环保水处理技术的应用促进化肥厂水处理的改革，例如使用LHE聚合物的厂家，将循环水系统所有含铜质的阀门、冷却器等全部换为不含铜质的。将工段单独隔开，杜绝含铜物质与循环水接触。这样一来，含氨、尿素解析、车间地面冲洗水（含氨）、等均可澄清后用于循环冷却水补充水，使吨氨水耗由过去的100多吨降低到15吨以下。 碱厂也是如此。过去磷系配方无法接纳高PH值含碱废水，使用LHE聚合物那么可以回用高PH值含碱废水。所以采用节水环保水处理技术，不仅是技术上的先进性，而更重要是为企业的节约用水、提高效益、变废为宝、保护环境，提供了可靠途径。 3、采用节水环保水处理技术应提高循环水的流速和流量：管程循环冷却水流速不宜小于1.2m/s；壳程循环冷却水流速不宜小于0.9m/s。无法满足上述要求时，应采取加大冷却水流量，在易沉积污垢部位设置集污器、排污阀和反冲洗阀，并加强防腐涂层。 污垢沉积主要是冷却水流速偏低造成的，特别是夏季水温高，磷系水处理系统微生物粘泥大量滋生，流速慢的地方，紧贴管壁的生物粘泥更减缓了本来就缓慢的水流，结果是恶性循环。 提高冷却水流速不利于污垢存留，一般大于0．9m/s的水流，污垢或粘泥难以在循环水系统中管道和设备上附着。 从大量垢下腐蚀的情况分析，有两种情况：一种是锈垢。这种垢大多为瘤状，瘤周为黑色，主要是水质PH值偏低，铁细菌和硫酸盐复原菌繁殖的后果；另一类是污垢与金属接触部位细菌繁殖的后果。主要是水的流速慢，换热面上或系统设备上积存杂质和污垢所造成。解决的方法是提高循环水的PH值和碱度指标，并提高流速或加大水流量，防止结垢和污物沉积。 3、污垢热阻 所有循环水均存在污垢沉积影响换热的问题。污垢热阻值的法定计量单位为m2·k/w，1 m2·h·C/kсal=0.86 m2·kw，原标准指标规定为1.72×10-4~3.44×10-4m2·k/w. 由于现行大多是采用磷系配方（包括聚磷和复合配方），其污垢是否附着换热器而影响换热，除了水的流速、流量、药剂浓度外，菌藻微生物繁衍滋生也是重要的因素。当加了后，微生物粘泥少，污垢就少，换热就好。菌藻微生物随时都在繁殖，污垢热阻值也在不断变动之中。所以，污垢热阻这一指标难以准确反映实际情况，很多流于形式。 当循环水系统换热不好，用、杀菌剂也无法解决时，就干脆进行清洗去除。在一些有一定规模的工厂，均有自己的专业清洗队，不管是化学清洗还是高压水射流，虽然可能解决换热问题，但浪费水，污染环境，降低设备使用寿命是难免的。一些大型化工企业价值昂贵的换热器，因频繁进行化学清洗而提前报废。坏一台，换一台，再坏一台，再换一台。由此也说明污垢的危害性和循环冷却水处理中存在的问题。 所以，解决污垢在换热器上附着影响换热的问题，除了硬性指标之外，还要从技术上根本解决。从十多年的实践经验看，应用节水环保型LHE聚合物，其与水中结垢离子或杂质的络合物不易粘附，易于流动性，恰好解决了污垢附着的问题。 化肥企业和大型中央空调循环水处理使用LHE聚合物的实践说明，换热设备中没有因结垢、污垢、菌藻滋生、粘泥附着影响换热的问题，运行情况良好。经济效果更为突出，整个运行年度没有废水排放，节水和环保效益十分可观。   4、循环冷却水水质指标： 悬浮物 ：允许值≤50 mg/l。 采用节水环保型水处理，药剂与垢物或杂质络合后有不溶性絮状悬浮物，由于这种络合悬浮物在较高的水流中不易沉降，因而悬浮物指标应放宽，并应配合相应的沉降污泥或旁流水处理除污措施。 PH值：指标为8.5—9.5。 环保节水型药剂在较高PH值下运行，根据实践运行情况，PH值的上限可达12，有铜质设备的一般小于9.5。由于药剂与垢离子络合成不溶物，在旁流处理或沉积池中沉积而不断与循环水别离，循环水的碱度和PH值不仅不会随循环水的浓缩而提高，反而会降低或平衡在一个相对稳定的范围内，这与磷系水处理是不同的。 水温大于50。C，聚磷酸盐易转化为正磷酸盐，产生磷酸钙垢的可能性增加。采用新型聚合物不存在药剂水解问题，对水温也宽松的多。根据实践经验，水温可以放宽至70。C，（循环热水采暖系统，虽不属冷却水范围，但属于循环水处理，水温可以放宽至95。C），为设计较高水温的循环水处理提供了可借鉴的经验和数据。 碱度：400-900 mg/l。 使用磷系的最高允许指标为500mg/l，一般运行中不能超出此指标，否那么将产生磷酸钙结垢，废氨废碱更不敢入循环水中使用。为了防止碱度升高，曾有加酸处理。但磷酸盐本身要增加碱度，只有不断排放循环水或控制低浓缩倍数，才能正常运行，很不利于节水和环保。 使用LHE聚合物，结垢离子络合成为不溶物沉出，循环水中的碱度下降，为高碱度含氨含碱废水提供了条件。实际应用中，循环水中总碱度即使达1000 mg/l以上也不影响药效。 使用节水环保型水处理聚合物，由于循环水是闭路运行，例如化肥厂的合成、造气、碳化循环冷却水，一般正常运行时，由于蒸发、溅失、除尘等因素，一年也不须排放废水。循环水中的氨，与水中的钙镁离子和聚合物络合成含有机氮的泥垢，成为植物需要的含氮土壤。最终复原成无害的氮。许多化肥企业多年以来采用LHE聚合物，所有含氨或有害废水均回用于循环水，杜绝了污染，节省了水资源。 钙离子。循环水中有一定钙离子有利于缓蚀。高分子聚合物使钙镁离子成为胶体络合物再转化成非离子泥垢。实际运行中，钙离子浓度与碱度、PH值和药剂二者之间存在联动关系。在规定的加药量、PH值、碱度指标内，钙离子也自动平衡在一个相对稳定的范围。但不宜超过600mg/L。 铁离子。循环水中铁离子存在，是循环水系统出现腐蚀的一个信号，一般在低PH值条件下出现。在使用节水环保型聚合物时，由于要求循环水水质在较高PH值（不小于8.5）条件下运行，没有铁离子出现的时机。 氯离子（以CL–计）：循环水系统是钢铁材质，循环水中CL–≦1000mg/l，有铜、不锈钢材质CL–≦400 mg/l。 氯离子是造成金属腐蚀的重要因素。在采用节水环保型聚合物的循环水系统中，水的PH值和总碱度较高，又有聚合物使金属设备外表形成有机缓蚀保护膜，钢铁设备在CL–1200 mg/l以上，铜和不锈钢在CL–400mg/l也不腐蚀。氯离子是最重要的腐蚀因素，也是影响节水的大敌，目前尚无简便、廉价的去除氯离子的方法。 硅酸。由于聚合物对硅酸有很好的络合作用，能有效去除硅酸，所以不定硅酸的指标。 游离氯。采用非磷聚合物不需要用杀菌灭藻剂（包括氯），故无须制定此指标。 石油类：＜10 mg/l。聚合物能使水体中油类聚集，只要设计好集油池，油类会自动上浮与循环水别离。化肥厂合成系统均有不同程度漏油情况，做好集油池，不影响聚合物的使用效果。 监测、控制和化验。增加氯离子（CL–），减去钾离子、游离氯。 5、浓缩倍数 ， 根据循环水中氯离子（以CLˉ计）的量而定。 浓缩倍数是循环冷却水处理上常用的术语。浓缩倍数受补充水质和循环冷却水质标准制约。由于我国大局部水处理采用的是磷系（含聚磷）配方。因而，浓缩倍数实际上成了循环水运行中一项重要的硬指标。由于有机磷药剂存在水解的问题，它与钙镁离子的络合状态随时存在于动态变化之中。循环水浓缩过程中，这种络合平衡指数不断被打破，水的PH值升高，碱度增加，就会出现有磷酸钙垢或含磷、锌污垢的问题。解决这一问题上的出路，就是要不断排放一局部循环水，并补充新鲜水和药剂。实现这一过程的关键措施就是控制水的浓缩倍数。 浓缩倍数事实上是控制了磷系药剂在循环水系统中的停留时间。但排放的一局部废水，也必然含有尚未失去功能的有效药剂。这些含磷废水不仅浪费大量的水资源，而且对环境有害，是水域富营养化，赤潮频发的重要因素。考虑到我国大局部采用的都是磷系水处理，所以，过去水处理标准没有规定排放水中的含磷限制指标。 浓缩倍数的概念是被磷系水处理技术借用的。目前采用磷系水处理，循环水浓缩倍数一般在3左右，那么这个3是怎么确定的呢？以前是测定水中的CL–，后来又提出测K+。即以补充水中CL–或K+含量浓缩数值不超过三倍，作为控制循环水运行标准。所以补充水和排放水就以这个指标为控制标准。 这种控制浓缩倍数的方法，虽然有效控制了磷系药剂在循环水中停留的时间，不会超过其水解失效的时间（一般不超过50小时），可解决磷酸钙垢和污垢问题，循环水不断“吐故纳新〞，循环水中有机磷浓度保持在3-5ppm甚