焦化廢水回用于循環冷卻水的研究

費卓越，單明軍，寇麗紅，趙先奕

（1.遼寧科技大學，遼寧 鞍山 114044；2.遼寧清澄環境工程有限公司，遼寧 鞍山 114051）

1 引言

焦化廢水主要來自煉焦、煤氣凈化及化工產品的精制等過程，其排放量大，水質成分復雜。將深度處理后的焦化廢水出水進行緩蝕阻垢水質穩定處理，使其可回用于冷卻循環水系統中，節約水資源，實現企業的廢水零排放，保護環境。

2 實驗研究

2.1 廢水來源及水質

實驗用水為經MBR膜生物深度處理后的鞍鋼化工總廠污水處理站生化出水，水質指標見表1。

表1 試驗用水水質指標

本實驗分析方法均采用《水和廢水監測分析方法》（第四版）中的國家標準方法測定。實驗所用緩蝕阻垢藥劑有 HEDP、ATMP、PASP、PBTCA、EDTMPPS、聚丙烯酸酯類 HB－901、HB－903、PMA、有機磷酸酯鹽類ATMP、PBTCA，均為市售。

2.2 試驗流程

試驗流程見圖1。

圖1 試驗流程

3 結果與討論

3.1 緩蝕藥劑濃度與腐蝕、緩蝕率的研究

采用旋轉掛片法，將特定的金屬試片稱重后放入經MBR膜生物深度處理后的焦化廢水中，在溫度為50±1℃，控制旋轉試片的線速度為0.9m／s條件下，檢測72h后試片前后的重量變化來計算腐蝕、緩蝕速率。（腐蝕、緩蝕率的計算方法均參照（GB／T 18175－2000），實驗結果見表2。

根據緩蝕劑濃度與腐蝕速率、緩蝕率之間的關系作曲線（圖2）。

表2 藥劑濃度與腐蝕速率、緩蝕率之間的關系

圖2 不同種類藥劑濃度與腐蝕速率之間的關系

根據不同種類藥劑濃度和緩蝕率之間關系作曲線（圖3）。

由表中數據及曲線看出，HEDP的緩蝕效果最為突出，當加入濃度為20mg／L時，腐蝕率僅為0.029 1mm／年，低于標準要求（0.125mm／年），緩蝕率可以達到86.1%。再加大藥劑用量時，緩蝕效果提高不明顯。原因是有機磷酸鹽在焦化廢水中的緩蝕主要是吸附成膜作用，HEDP是同碳二磷酸，分子中一個碳原子連有兩個磷酸官能團，有很強的吸附作用，成膜比其他磷酸鹽牢固。

圖3 不同種類藥劑濃度與緩蝕速率的關系

3.2 藥劑濃度與Ca2＋（mg／L）的關系

選用聚丙烯酸酯類HB－901、HB－903、PMA，有機磷酸酯鹽類ATMP和PBTCA配制復合阻垢劑，量取1 000mL裝入敞口燒杯中，在1 000mL刻度處做好記號，放入80±1℃的恒溫水浴中，令其蒸發濃縮，不斷向燒杯中補加該試驗配水，維持1 000mL的刻度，當濃縮至預定倍數時冷卻，取樣分析試驗水上層清液的Ca2＋濃度，同時向燒杯中補加與取樣量等體積的試驗配水繼續濃縮，直到達到希望的濃縮倍數，冷卻后取樣分析上層清液的Ca2＋濃度，數據見表3。

表3 藥劑濃度下的濃縮倍數及與Ca2＋（mg／L）的關系

圖4 藥劑濃度與Ca2＋（mg／L）的關系

根據不同種類藥劑濃度和Ca2＋之間關系作曲線（圖4、圖5）。

圖5 不同藥劑濃度下的濃縮倍數

由表中數據可見，阻垢劑的阻垢性能隨著藥劑濃度的增加而提高。當阻垢劑濃度大于4mg／L后，即使阻垢劑的濃度再增加其阻垢性能也不會有顯著變化。相同藥劑濃度下，ATMP和PBTCA的阻垢性能最好。當ATMP和PBTCA的濃度達到4mg／L或者HB－901濃度達到5mg／L時，其阻垢性能均能滿足循環水系統在濃縮倍數2.0以上運行時的要求。為盡量減少溶液中的正磷酸鹽濃度，兼顧阻垢劑與緩蝕劑的協同效應及投入成本等因素，決定選用聚丙烯酸酯類HB－901作為水質穩定劑配方中的阻垢劑。

3.3 緩蝕阻垢劑的最佳復合配方的研究

在實驗用水中預先投加了有效濃度為5mg／L的HB－901。對HEDP、ATMP和PBTCA的緩蝕性能比較見表4和圖6。

表4 不同緩蝕劑的緩蝕率

圖6 不同緩蝕劑的緩蝕率

由表4可知，相同藥劑濃度下，HEDP的緩蝕性能最好，故選用HEDP作緩蝕劑，投加濃度為4mg／L，具體見表5。

表5 不同阻垢劑對緩蝕性能的影響

根據不同阻垢劑與緩蝕性能之間關系作圖，如圖7。

圖7 不同阻垢劑對緩蝕性能的影響

表5比較了分別使用5mg／L的HB－901和4mg／L的PBTCA作阻垢劑時對HEDP緩蝕性能的影響。由表5可知，兩種阻垢劑對HEDP緩蝕性能無明顯影響，但從經濟角度考慮，PBTCA價格較HB－901高，故選用HB－901作阻垢劑，投加濃度為5mg／L。

4 結語

選用投加濃度為4mg／L的HEDP作為緩蝕劑，投加濃度為5mg／L的HB－901為阻垢劑，作為深度處理后的焦化廢水回用于循環冷卻水補水系統中的水質復合藥劑，腐蝕率為0.029 1mm／年，低于《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB50050－95）中的要求0.125mm／年。通過試驗驗證了焦化廢水回用時，噸水處理成本為0.06元。

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