中水在循環冷卻水系統中的應用

李紅媛

（中國石油化工股份有限公司天津分公司 天津 300270）

1 概述

我國的水資源人均占有量排到世界第88位，僅占世界人均占有量的1/4，被視為全球13個人均水資源最貧乏的國家之一，但卻是工業耗水大國，工業用水量逐年增加，工業用水量特別是取水量的快速增長，加劇了水資源供需矛盾。從國外工業企業的用水情況看，大幅度提高污水回用率是發達國家解決水資源供求矛盾的主要方法之一。所以將排放的生活污水、工業廢水經回收、處理后達到循環冷卻水補充水的水質標準，用于循環冷卻水系統是降低工業用新鮮水量的有效手段之一[1]。該車間循環冷卻水系統以前以灤河水作為補充水源，消耗新鮮水量約205.7×104/a（0.56×104/d）。天津公司“十二五”計劃完成后，灤河水的使用量要從0.6×104/d～1.0×104/d減少到0×104/d～0.3×104/d。為了實現降低新鮮水使用量的目標，將污水回用水和市政中水引入循環冷卻水系統，減少新鮮水的使用量。同時根據系統補充水水質特點，制定了水處理方案，從實際運行情況表明，系統運行良好，水質穩定且降低了藥劑成本。

2 中水回用的概念

中水，即為再生水，是指工業廢水或城市污水經過二級處理和深度處理后供作回用的水。當二級處理出水滿足特定回用要求，并已回用時，二級處理出水也可稱為再生水[2]。

中水回用，可以很好的節約用水，增加經濟、社會、環境效益，達到了可持續發展的要求。中水的水質是根據用途的不同而有不同的要求。用作工業冷卻水的水質，應執行《循環冷卻水用再生水水質標準》（HG/T3923-2007），以及《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB50050-2007）的規定。

3 中水回用方案

3.1 水質指標

3.1.1 污水回用裝置采用MBR+CRP處理工藝，出水指標見表1。

表1 污水回用產水水質指標

3.1.2 市政中水為外購水源，采用雙膜法+陰陽床+混床處理工藝，水質指標見表2。

表2 市政中水水質指標

3.1.3 新鮮水以灤河水作為水源，采用混凝、沉淀、過濾、消毒處理工藝，產水水質指標見表3。

表3 新鮮水水質指標

3.2 制定中水回用方案

由于循環冷卻水系統引入中水，使補充的混合水水質發生了較大變化，對水質控制帶來一些諸如混合水中硬度相對較低,水質具有很強腐蝕趨勢；在提高濃縮倍數后，腐蝕和結垢的平衡難度增大；濃縮倍數提高后，系統停留時間增長，藥劑的耐氧化和抗分解要求增加；中水中殘留的有機物促進系統內微生物增長等問題。真對循環冷卻水系統水質控制的難點，水務部組織相關藥劑服務商根據三種水源的水質情況，合理的制定了系統補充的混合水中三種水源的比例分配和水處理方案的制定工作。

3.2.1 混合水中三種水源比例分配

中水引入循環冷卻水系統后，為了避免補水水質過軟，保留了部分新鮮水。結合三種水源的水質特點，對混合水中市政中水、灤河水以及污水回用水的比例進行了規定，春秋水質比例為市政中水：灤河水：污水回用水=160∶10∶80，夏天比例為市政中水：灤河水：污水回用水=210∶10∶100，冬天比例為市政中水：灤河水：污水回用水=120∶10∶70。通過合理的比例分配保證了補充的混合水水質指標達到規范的要求，水質指標見表4。

表4 混合水水質指標[3，4]

3.2.2 制定水處理方案

中水引入循環冷卻水系統后，根據補充的混合水水質，循環冷卻水處理重點需要平衡腐蝕和結垢，尤其是防止高溫區結垢和點蝕問題。濃縮倍數提高后，系統停留時間增長，需要考慮藥劑耐分解耐氧化和較長的半衰期才能保證藥劑的阻緩性能。同時需加強對系統內微生物的控制。為此，水務部會同藥劑承包商制訂了高濃縮倍數下低磷水處理方案。

（1）緩蝕阻垢方案

循環冷卻水處理要解決的重要問題之一就是腐蝕和結垢的控制。由于中水含有新鮮水中沒有的COD、BOD、NH3-N、懸浮物、硫化物等雜質，這些因素在很大程度上增加了中水的腐蝕趨勢。根據系統補充的混合水水質計算，當濃縮倍率為8倍以上時，朗格利爾飽和指數LSI在1.5左右，系統具有結垢趨勢[1]。所以解決腐蝕結垢問題是系統能否穩定運行的關鍵。

采用阻垢分散劑和緩蝕劑的緩蝕阻垢方案，并根據水質和運行參數篩選并確定了藥劑配方，運行方式采用根據排污水量連續投加。

阻垢分散劑是耐氧化的低磷阻垢緩蝕劑的增效復配產品，藥品中所含聚合物分散劑，克服了傳統冷卻水處理所常發生之結垢問題，飽和碳酸鈣指數LSI可達2.5。具有穩定性好，耐氧化，不易分解，適合于循環水高濃縮倍數操作等特點。該產品能夠在給定的條件下，以較低的磷量達到最優效果，在堿性條件下它能有效抑制碳鋼和不銹鋼的腐蝕。

緩蝕劑是一種含磷鋅鹽等復配的液態產品，可適用于嚴苛的水質環境中，可確保系統在半衰期長、高濃縮倍數以及其它惡劣條件工況下的正常運行，形成的鋅保護膜對碳鋼有良好的控制。

混合水中含量有一定的堿度，在正常的條件下，循環水不需要補充堿度。當水質變化過大或外界排水量大，系統堿度低于控制指標時，需要向系統內補充NaHCO3，使循環冷卻水系統中的堿度保持在120mg/L～245mg/L，pH值保持在8.0～9.2。

混合水中含有一定的鈣硬度，但回用的中水會有波動，當系統鈣硬度低于控制指標時，需要向系統內補充CaCl2，使循環冷卻水系統中的鈣硬度需保持在120mg/L～400mg/L。

（2）微生物控制方案

冷卻水中的微生物一般是指細菌和藻類。大量細菌分泌出的黏液像粘合劑一樣，能使水中漂浮的灰塵雜質和化學沉淀物等黏附在一起，形成生物黏泥。黏泥積附在換熱器管壁上，除了會引起腐蝕外，還會使冷卻水的流量減少，從而降低換熱器的冷卻效率；嚴重時，這些生物黏泥會將管子堵死，迫使停產清洗。所以循環冷卻水系統中微生物的控制至關重要，最有效和最常用的的辦法是向冷卻水系統中添加殺生劑來控制微生物的生長，從而控制冷卻水系統中的微生物腐蝕和微生物黏泥[5]。

由于引入循環冷卻水系統的烯烴污水回用水中CODcr偏高，對系統內的微生物繁殖起到了促進作用，需要密切關注循環冷卻水系統中微生物控制。通過采用連續加入優氯凈/強氯精等氧化性殺菌劑，維持循環冷卻水系統中余氯在0.1mg/L～0.5mg/L，達到殺菌滅藻的目的。另外，為加強消滅頑強的菌種和滅藻，每月向循環冷卻水系統中沖擊性添加非氧化性殺菌劑以加強抑制效果。

4 方案實施效果

循環冷卻水系統引入中水后，從2014年7月開始新水處理方案實施，過渡期內采取人工加藥的方式，在保證生產穩定運行的前提下，根據現場實際情況，不斷改進和調整藥劑配方，以達到最佳處理效果。從8月1日開始轉入正常運行，系統運行效果良好。

4.1 水質指標達到預期目標

經過3個多月的運行，循環冷卻水系統運行穩定，水質指標達到方案和設計規范的要求，水質指標見表5。

表5 循環冷卻水系統水質運行指標[4]

從表5的水質數據可以看出系統運行良好，濃縮倍數達到了8.0以上，監測換熱器的腐蝕速率和黏附速率都遠遠小于《工業循環冷卻水處理設計規范（GB50050-2007）》中關于碳鋼腐蝕率0.075mm/a，碳鋼黏附速率15mcm的要求。顯示了水處理二車間循環冷卻水系統采用的低磷水處理方案在高濃縮倍數下不單單是阻止了結垢的發生，而且全面抑制了系統金屬的腐蝕。

4.2 節約新鮮水使用量

中水引入循環冷卻水系統后減少了新鮮水的使用量，大幅降低了循環冷卻水系統的標準補新水率，詳見圖1。

中水引入循環冷卻水系統后，補充水中使用的新鮮水量大幅下降，8～10月的標準補新水率同比進步25.6‰～54.9‰，有效的解決了新鮮水水源緊張問題，且提高了水的重復利用率，具有巨大的社會效益。

4.3 降低三劑費用

循環水冷卻水系統高濃縮倍數運行后，水處理藥劑在系統內的停留時間延長，減少了系統的排污量，從而降低了三劑使用量，使藥劑成本大幅降低，詳見圖2。

8～10月循環冷卻水系統較去年同期減少藥劑費用22.2萬元，噸水藥劑費用較去年同期降低了0.46分/t，取得了可觀的經濟效益。

圖2 噸水藥劑費用對比

5 結語

中水回用至循環冷卻水后可以使系統在高濃縮倍數下運行，從而節約大量的新鮮水，降低藥劑成本。但中水的組份較新鮮水復雜，給水質控制提出了更高的標準，我們要把循環冷卻水處理作為重點工作，長抓不懈。當中水水質惡化時及時啟動應急方案，降低水質惡化造成的影響，根據中水水質的變化，及時會同藥劑服務商制定針對性的方案，進一步提高管理水平，確保循環冷卻水系統的穩定運行。

[1]鄭書中.工業水處理技術及化學品.化學工業出版社,2010.

[2]紀軒.廢水處理技術問答.中國石化出版社,2003.

[3]循環冷卻水用再生水水質標準（HG/T3923-2007）[S].

[4]工業循環冷卻水設計規范（GB50050-2007）[S].

[5]周本省.工業水處理技術（第二版）.化學工業出版社,2002.