工業(yè)循環(huán)冷卻水零排放技術(shù)實踐

文/董兆祥 趙長鎖 董 升

長期以來，人們在廢水零排放技術(shù)上做了大量的工作，取得了諸多經(jīng)驗，目前已有絕大多數(shù)企業(yè)實現(xiàn)了廢水零排放。但是，就工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)零排放技術(shù)方面，多年來一直是國內(nèi)外水處理專家學(xué)者研究的熱門話題。國內(nèi)有專家預(yù)言，采用化學(xué)方法和物理方法相結(jié)合，是實現(xiàn)工業(yè)循環(huán)冷卻水處理零排放的突破口。筆者正是在這一論點的指導(dǎo)下，歷經(jīng)多年的試驗和探索，最終將這一難題攻克，使多年來的夢想變成了現(xiàn)實。

循環(huán)水系統(tǒng)零排放技術(shù)的現(xiàn)狀

在國內(nèi),循環(huán)水系統(tǒng)多有近零排放的報道,大多是將高濃縮倍率的循環(huán)水系統(tǒng)排污水經(jīng)過膜法處理后,排掉濃水或濃水作為它用,處理水再返回循環(huán)水系統(tǒng)。在國外，已有循環(huán)水零排放的報道，是把循環(huán)水的排污水經(jīng)過濃縮器和結(jié)晶器，把鹽類分離出來，把濃縮和結(jié)晶過程中產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)冷卻后，把冷凝水返回循環(huán)水系統(tǒng)。這一過程的投資費用和運行費用昂貴，很難在全世界的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)推廣和普及。

循環(huán)水零排放技術(shù)的萌芽

早在十多年前，我們就對阻垢劑品種中具有改變晶格能力的單體藥劑非常感興趣，之后，反反復(fù)復(fù)進(jìn)行了上千次的篩選試驗和配伍性試驗，終于有一天發(fā)現(xiàn)了一種配方的試驗效果很好，我們起名叫多功能阻垢緩蝕劑。此后，我們請權(quán)威機構(gòu)進(jìn)行了鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在其處理過的高濃縮倍率的循環(huán)水中，超飽和的碳酸鈣及其它鹽類都改變了晶格，如圖所示(圖一)。這一奇特的現(xiàn)象引起了我們的深思。

在近幾年的循環(huán)水處理工作中，我們偶然遇到了一些特殊的情況，使我們蒙生了循環(huán)水零排放的想法。比如：有一家鋼格板制造廠，循環(huán)水系統(tǒng)的補充水為河水，我們根據(jù)其水質(zhì)、系統(tǒng)水量等情況，確定了濃縮倍率2.5～3.0，日加藥量12.5kg，并擬定了水處理方案。在具體的循環(huán)水處理工作中，該廠工作人員并未按水處理方案的要求進(jìn)行控制，直到半年后，循環(huán)水系統(tǒng)冷卻效果差，才通知我們到現(xiàn)場處理。經(jīng)檢測循環(huán)水水質(zhì)，Cl-倍率為15.6倍。當(dāng)我們問起為什么沒有控制循環(huán)水濃縮倍率時，用戶回答說：循環(huán)水系統(tǒng)沒有排污門，半年沒有排污，也照樣過來了。經(jīng)我們對循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)施進(jìn)行檢查，沒有結(jié)垢跡象，只是有大量的可流動性的水渣形成了淤積和沉淀。隨后，我們使用了黏泥剝離劑，進(jìn)行了系統(tǒng)處理，并讓用戶安裝潛水泵進(jìn)行了排污和換水，提高了循環(huán)水的冷卻效果。此后，鋼格板廠每年有停機機會時進(jìn)行系統(tǒng)清淤、換水，正常情況下只是補水加藥，而且無排污。又比如：有一家余熱發(fā)電廠，全廠三臺深井泵中突然壞了兩臺，僅有的一臺深井泵供給鍋爐用水。那么，循環(huán)水的補充水怎么辦呢？廠家找來了兩臺公路撒水車，日夜拉水補進(jìn)循環(huán)水系統(tǒng)，剛好維持循環(huán)水池滿水位。在這樣緊張的情況下，循環(huán)水排污門在連續(xù)一個半月沒有排放一滴水，循環(huán)水的濁度很高，冷卻塔填料和水泥柱上均已有大量水渣淤積，而發(fā)電量沒有降低。待兩臺深井泵恢復(fù)運轉(zhuǎn)后，進(jìn)行了正常的補水和排污，一個月后，冷卻塔填料和水泥柱上的沉積物沒有了。后有機會停機時檢查換熱器，竟然沒有結(jié)垢和腐蝕問題。再比如：有一家發(fā)電廠由于欠自來水公司的水費，自來水公司就實施了每日限量供水，在這種情況下，這家發(fā)電廠每日補給循環(huán)水的水量僅能滿足蒸發(fā)需要，連續(xù)半個月沒有排污，循環(huán)水的濃縮倍率達(dá)到了12倍，也未發(fā)生系統(tǒng)結(jié)垢或腐蝕問題。類似這樣的案例還有多期。這些案例啟示我們，只要水處理劑配方得當(dāng)，加藥量合適，循環(huán)水流速有保證，在一定時間內(nèi)實現(xiàn)循環(huán)水零排放是可行的。

循環(huán)水零排放技術(shù)是經(jīng)濟社會發(fā)展的需要

近年來，環(huán)保政策的強制實施，使得許多企業(yè)的水資源得到了綜合利用，實現(xiàn)了企業(yè)廢水零排放。可是，有的企業(yè)沒有廢水綜合利用的項目，只好把循環(huán)冷卻水的排污水排出廠外來維持生產(chǎn)。但在有的地區(qū)，環(huán)保部門安排人員晝夜值班堅守，絕對不準(zhǔn)許企業(yè)外排一滴水，否則就勒令限產(chǎn)或停產(chǎn)。在這樣的形勢下，有不少的企業(yè)提出了循環(huán)水系統(tǒng)零排放的強烈要求，苦苦地在尋找零排放的技術(shù)。

2012 年的國發(fā)[2012]3號文《國務(wù)院關(guān)于實施最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》中，提出了三條“紅線管理”控制，即：加強水資源開發(fā)利用控制紅線管理，嚴(yán)格實行用水總量控制；加強用水效率控制紅線管理，全面推進(jìn)節(jié)水型社會建設(shè)；加強水功能區(qū)限制納污紅線管理，嚴(yán)格控制入河湖排污總量。認(rèn)真地貫徹落實國務(wù)院要求，未來的企業(yè)在取水、用水、排水方面將受到三條紅線的嚴(yán)格制約，特別是對工業(yè)循環(huán)冷卻水的零排放技術(shù)會產(chǎn)生強烈的需求。

2011 年的9月份，河南省安陽市的一家化工企業(yè)，由于循環(huán)水濃縮倍率高達(dá)5倍，補水又是深井水，所加阻垢劑又不適應(yīng)，致使循環(huán)水系統(tǒng)多臺換熱器結(jié)垢嚴(yán)重，不得不停產(chǎn)清洗，有的管道結(jié)垢嚴(yán)重，不得不更換管道。在這種情況下，企業(yè)提出了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不停車清洗和零排放的訴求。

循環(huán)水零排放的方案，主要的技術(shù)要點為：循環(huán)水系統(tǒng)安裝旁濾器；旁濾器安裝在冷卻塔的出水管上；旁濾器濾料為石英砂和無煙煤；旁濾器過濾量為循環(huán)水量的10%；旁濾器過濾水的質(zhì)量為濁度＜1mg/L；反洗過濾器的水為工業(yè)水；日

循環(huán)水零排放技術(shù)的初探加阻垢緩蝕劑量為補充水量的50～80ppm；根據(jù)冷卻塔上菌藻生長情況適時投加殺菌滅藻粘泥剝離劑；循環(huán)水各項水質(zhì)指標(biāo)不控制；每月解列個別換熱器，進(jìn)行結(jié)垢或腐蝕狀況與否的檢查；反洗過濾器操作視出水量和壓差而定；反洗水經(jīng)沉淀池自然沉降后，上清水仍可補進(jìn)循環(huán)水系統(tǒng)中。

循環(huán)水系統(tǒng)運行中除垢方案和零排放方案被用戶單位批準(zhǔn)后，九月的中下旬實施了循環(huán)水系統(tǒng)運行中除垢，維持了正常的生產(chǎn)，不再停產(chǎn)清洗。自十月二日旁濾器安裝完畢投入運行，開始了史無前例的循環(huán)水系統(tǒng)零排放運行。

循環(huán)水零排放技術(shù)的實踐

零排放技術(shù)運行一個月后，個別換熱器的換熱效果下降，隨后進(jìn)行解列檢查，發(fā)現(xiàn)水走殼程的換熱器有阻塞現(xiàn)象，其原因是水的流速緩慢，管間距離狹窄，循環(huán)水中的水渣發(fā)生了沉積，造成了阻塞，引起換熱效果降低。隨后，對阻塞的換熱器進(jìn)行了化學(xué)清洗，清洗后，將換熱器的冷卻水出入口和物料出入口進(jìn)行了更換，全部換熱器是水走管程，隨后系統(tǒng)運行正常。

零排放技術(shù)運行六個月后，對個別的換熱器進(jìn)行解列檢查，發(fā)現(xiàn)換熱器的封頭、管板及管道表面光滑、無垢、無銹瘤和銹斑，僅有薄薄一層軟泥,用高壓水沖洗了一遍就徹底干凈了。這時的補充水和循環(huán)水的水質(zhì)情況是：

指標(biāo)項目堿度(mmol/l)硬度(mmol/l)Ca2+(mg/l)Cl-(mg/l)濁度(mg/l)pH值補充水 4.6 6.4 90 24 0.5 7.83循環(huán)水 14 33 400 230 364 7.78倍 率 3.04 5.16 4.44 9.58 728

根據(jù)以上數(shù)據(jù)和換熱器的外觀情況,作出以下判斷:①已經(jīng)檢測到的循環(huán)水濃縮倍率是9.58倍,與循環(huán)水的濁度倍率相比,相差甚遠(yuǎn),說明循環(huán)水中的氯化物超飽和后也會發(fā)生結(jié)晶析出現(xiàn)象。②循環(huán)水中的堿度在受熱后，有一部分變成了CO2和H2O，有一部分和硬度結(jié)合形成了水渣，增長了循環(huán)水的濁度。③循環(huán)水中的濁度雖然很高，但是水渣沒有附著能力，因而沒有影響換熱效果。④多功能阻垢緩蝕劑不僅有阻垢除垢能力，而且具有緩蝕預(yù)膜能力。

零排放技術(shù)運行八個月后，再次對個別換熱器進(jìn)行檢查，管板、管道、封頭依然光滑無垢，無銹瘤、銹斑，這時的補充水質(zhì)和循環(huán)水水質(zhì)與第六個月時的情況區(qū)別不大。

結(jié)語

運用化學(xué)處理和物理處理相結(jié)合的方法，是可以達(dá)到工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)零排放目標(biāo)的。

零排放技術(shù)的關(guān)鍵在于阻垢緩蝕劑同時具有螯合能力、分散能力、改變晶格能力和緩蝕預(yù)膜能力。循環(huán)冷卻水零排放適應(yīng)于水走管程的換熱設(shè)備，在水在殼程的換熱設(shè)備中容易發(fā)生水渣阻塞。循環(huán)冷卻水零排放，要求旁濾器的過濾能力不能小于循環(huán)水量的10%，否則濁度太高影響循環(huán)水流速。循環(huán)水零排放技術(shù)節(jié)水顯著，將成為工業(yè)循環(huán)冷卻水處理未來發(fā)展的方向。