工業(yè)水處理聯(lián)合零排放技術(shù)

劉偉偉

（通州美亞熱電有限公司生產(chǎn)部，江蘇 南通 226300）

工業(yè)水處理聯(lián)合零排放技術(shù)

劉偉偉

（通州美亞熱電有限公司生產(chǎn)部，江蘇 南通 226300）

工業(yè)生產(chǎn)中的綜合利用和三廢治理是衡量現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。廢熱的利用，尾氣、污水、燒渣中有用之物的回收，不僅充分利用了資源，降低了工業(yè)成本，而且還能避免三廢可能造成的公害。如何減少工業(yè)水的用水量，提高水的重復(fù)利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水，一水多用，重復(fù)利用，往往需要采用幾種方法的組合流程，才能達(dá)到處理要求。

煙道氣；補(bǔ)給水；冷卻水；廢水；水熱；回收；環(huán)境

國家《“十二五”環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出：“我們工業(yè)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展正面臨缺水的現(xiàn)狀。”目前國內(nèi)對(duì)廢水進(jìn)行濃縮回用從而達(dá)到零排放一直是每個(gè)企業(yè)所預(yù)期的成果。但是在一些常用的水處理方法中卻不能夠真正實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。工業(yè)水處理聯(lián)合零排放技術(shù)：是以優(yōu)化工業(yè)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)為核心的，將工業(yè)用水生產(chǎn)、廢水治理、煙道氣利用等有機(jī)結(jié)合、適合搭配的水處理技術(shù)。

工業(yè)水處理聯(lián)合零排放技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)水處理，具有能耗低、效率高和工藝簡單等特點(diǎn)，可被廣泛用于生產(chǎn)、蒸汽、動(dòng)力、印染、紡織、醫(yī)藥等部門，處理原水（生水）、廢水。此技術(shù)在水回用率可高達(dá)90%以上，即使在高濁度和高SDI指數(shù)的情況下，也能經(jīng)濟(jì)、有效地運(yùn)行，是一種具有巨大潛力和實(shí)用性的工業(yè)水處理技術(shù)。

1.工業(yè)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)

現(xiàn)代工業(yè)中幾乎所有的工業(yè)生產(chǎn)過程都要使用水。每種工業(yè)對(duì)水的要求都不相同。如果水質(zhì)不符合要求，則會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)品質(zhì)量降低、成本增加、機(jī)械設(shè)備損耗率增大，甚至引起生產(chǎn)事故等不良后果。

1.1補(bǔ)給水處理系統(tǒng)工藝

根據(jù)水源水質(zhì)及機(jī)組對(duì)水、汽質(zhì)量的要求，工業(yè)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)擬采用以下改進(jìn)方案：原水→預(yù)沉池→原水箱→生水加熱→加藥（混凝劑、助凝劑、次氯酸鈉）→機(jī)械攪拌加速澄清池混凝、澄清→雙閥濾池過濾→蓄水池→疊加臥式雙濾料（無煙煤、石英砂）過濾→布煙器（引入潔凈爐氣）→疊加臥式活性炭雙濾料（活性炭、石英砂）過濾→清水箱→高頻高壓電子加速器→精密過濾器→高壓泵→反滲透器（兩級(jí)或三級(jí)串聯(lián)）→雙室逆流再生陽離子交換器→真空除二氧化碳器→中間水箱→雙室逆流再生陰離子交換器→混合離子交換器→紫外消毒池→除鹽水箱。

1.2補(bǔ)給水預(yù)處理系統(tǒng)綜合

1.2.1機(jī)械攪拌加速澄清池優(yōu)化

機(jī)械攪拌加速澄清池的進(jìn)水需裝設(shè)換熱器（包括溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和澄清池的溫差監(jiān)測儀），采用凝汽器的循環(huán)冷卻水逆流加熱原水。原因有：

一是原水中常含有多種無機(jī)鹽（如：CaCO?，MgCO?，CaSO?，MgSO?等）其溶解度隨溫度升高而減小，如出口溫度抬高，鹽類析出，可提高混凝、澄清處理效率。

二是原水黏度增加，過濾速度則減小，故通常懸浮液過濾時(shí)都要加熱，以降低其黏度。與此同時(shí)，利用循環(huán)冷卻水的低溫?zé)崮芴岣唠x子交換器的進(jìn)水溫度，提高工作效率。即便如此，水的出口溫度也常控制在45℃以內(nèi)。

采用這種水熱回收方式，既能滿足加熱、保溫等場合的需要，又能滿足工藝過程的需要。系統(tǒng)的貧乏蒸汽流程和工藝流程相鋪相成，構(gòu)成有機(jī)的整體。因而系統(tǒng)的貧汽熱能平衡是生產(chǎn)中必不可少的。

1.2.2爐煙處理水技術(shù)

原水含有非活性硅、有機(jī)物、游離氯、鐵氧化物、錳氧化物，宜采用混凝、澄清、過濾等處理方法去除。除鹽系統(tǒng)進(jìn)水的碳酸鹽和硅酸鹽，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，可采用引入潔凈爐氣處理。

無論采用哪種燃燒方法產(chǎn)生的爐氣，總是含有礦塵。如不將其礦塵除凈，任其隨爐氣進(jìn)入制水系統(tǒng)中，則可使制水系統(tǒng)的設(shè)備堵塞，阻力增加，最后會(huì)造成停工。

目前在制水過程中利用爐氣需清除其中有害雜質(zhì)，大多采用旋風(fēng)除塵、電除塵、脫硫、脫硝、除沫、電除霧、膜分離等處理后，排放出可利用的潔凈爐氣。

潔凈爐氣在火力發(fā)電廠中是一種廢氣。用它作為處理劑來處理原水，再排入大氣，不僅是廢物利用，而且還能減輕爐煙對(duì)環(huán)境的污染。加氣系統(tǒng)及其后的水處理系統(tǒng)只要采用耐酸材料進(jìn)行覆蓋層保護(hù)（如內(nèi)襯耐蝕聚合材料：橡膠襯里或316S.S），防止設(shè)備腐蝕即可。

為此，可在疊加臥式活性炭雙濾料過濾器的進(jìn)水處引入爐氣處理，其目的是利用其中的大量CO?與水中的碳酸鹽作用，改變水中碳酸鹽化合物的組成，即將碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛容^大的碳酸氫鹽硬度，使RO裝置在最后一根膜組件濃水側(cè)的碳酸鹽濃度積小于其平衡溶解度常數(shù)而不易產(chǎn)生此類結(jié)晶析出，以防碳酸鹽水垢的形成，保護(hù)膜原件的應(yīng)有特性。

它與在離子軟化器中投放阻垢劑，具有異構(gòu)相同的作用。所以，在臥式活性炭雙濾料過濾器之前，只需加裝布煙器來引入潔凈爐氣處理，可節(jié)省投資維護(hù)費(fèi)用。

將爐煙送至原水中的方法是利用高壓風(fēng)機(jī)，并將煙氣引出管做成多孔管狀（稱布煙器），為了使原水吸收CO?的效率高，布煙器應(yīng)埋人原水主流中一定深度（一般為1.2m～1.8m）的地方。

向原水中加入二氧化碳?xì)怏w防止碳酸鹽水垢的原理是：在天然水和水處理工藝過程中，常常遇到的碳酸化合物是碳酸鈣和碳酸鎂。CaCO?和MgCO?在水中的溶解度很小，Ca（HCO?）?和Mg（HCO?）?的溶解度較大，因此在碳酸化合物的平衡過程中，傾向于生成HCO??，就易于使固體碳酸鈣溶解。當(dāng)4＜pH≤8.3時(shí)，平衡向CO?2?減小和HCO??的濃度增大移動(dòng)。

所以，CO?能抑制可溶性的Ca（HCO?）?和Mg（HCO?）?的分解，使生產(chǎn)難溶于水的碳酸鈣和碳酸鎂的傾向減弱，反應(yīng)式如下：

另外，在稀酸中生成的微量硅酸（當(dāng)pH＜7時(shí)實(shí)際上水中只有硅酸分子和膠態(tài)硅酸，它呈游離酸的溶液或鈣、鎂硅酸鹽的膠溶狀態(tài)存在），經(jīng)后序吸附、過濾處理裝置清除。

R/O裝置濃水端的富余碳酸鹽、SiO?等結(jié)垢物質(zhì)，通過調(diào)節(jié)RO回收率即控制濃水的循環(huán)流量和排放量來調(diào)整濃度積指標(biāo)。

1.3設(shè)備選擇

1.3.1疊加臥式活性炭雙層濾料過濾器

為了改善過濾條件，疊加臥式活性炭雙層濾料過濾器的濾料是前層活性炭，后層石英砂。濾料顆粒層呈前大后小的“逆粒度”分布結(jié)構(gòu)，所以有利于過濾過程。令水流自前而后進(jìn)行過濾，用清水直接反洗再生。

活性炭、石英砂雙層濾料過濾對(duì)原水預(yù)處理能夠有效去除有機(jī)物、懸浮物，另外還能夠去除水中的氯、膠體，防止結(jié)垢、膠體和顆粒物質(zhì)的堵塞。

1.3.2真空除二氧化碳器

除二氧化碳器宜采用真空泵從除碳器上部多級(jí)抽真空，從而降低CO?氣體分壓，使水達(dá)到沸點(diǎn)而除去溶于水中的氣體。這種多級(jí)方式不僅能除去水中的CO?，而且能除去溶于水中的O?和其他氣體。

含有二氧化碳的陽離子交換器出水通過除碳器的降壓，壓力維持在20mm～50mm汞柱（表壓），此時(shí)，釋放出的大量溶解的氣體，送回布煙器再利用；解吸后的水送入陰離子交換器。

1.3.3高頻高壓電子加速器

對(duì)于復(fù)合膜，細(xì)菌黏膜會(huì)造成膜的污堵，同時(shí)復(fù)合膜抗氯性差，不允許含有余氯，所以可讓水通過高頻高壓電子加速器，引起水的性能改變，達(dá)到防垢、除垢和滅菌的目的。

電子加速器控制水垢具有簡單易行、成本低、維護(hù)量小、生產(chǎn)速度快和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。

2.工業(yè)廢水處理系統(tǒng)

廢水處理系統(tǒng)是工業(yè)中對(duì)廢水進(jìn)行分類處理的一套系統(tǒng)。經(jīng)此站處理后的廢水回用率大于90%。

2.1廢水的收集和處理方法

2.1.1廢水的收集

廢水的收集應(yīng)遵循清污分流的原則。

2.1.2聯(lián)合處理法

工業(yè)廢水的處理通常采用幾種方法聯(lián)合處理。

一方面，工業(yè)廢水中的澄清設(shè)備的泥漿廢水，過濾設(shè)備的反洗排水，離子交換設(shè)備的再生前期、置換前期的廢水，反滲透設(shè)備的排放濃水、清洗水以及凝結(jié)水凈化裝置的排放廢水，全部排至集水池后，首先用于澆透鍋爐所排灰渣；其次排入灰場的沖灰系統(tǒng)，靠灰場自然蒸發(fā)；再者送入煤場的用水系統(tǒng)，噴灑在煤粉上，隨煤送入鍋爐焚燒。

另一方面，將離子交換設(shè)備的反洗后期，正洗后期及再生后期的水引入專用水箱，供下次反洗使用，或者收集到調(diào)節(jié)池內(nèi)通過中和處理后，再返回補(bǔ)給水預(yù)處理系統(tǒng)作為水體的補(bǔ)給水源，重復(fù)利用。

這樣做有3個(gè)好處：一是節(jié)約用水，便于降低自用水量；二是由于回收水中有一定量未使用完的再生劑，有利于降低單耗；三是可以減少再生廢水排放量，有利于中和處理。

由于水處理設(shè)備排放的廢液量減少了，有利于環(huán)境保護(hù)；加之設(shè)備比較簡單，投資和運(yùn)行費(fèi)用也不高，是一種安全、簡單、經(jīng)濟(jì)的處理工業(yè)廢水的方法，國內(nèi)外應(yīng)用前景較為廣泛。因此，該工業(yè)廢水處理系統(tǒng)視為廢水“零”排放系統(tǒng)。

對(duì)于普通的工業(yè)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的改造，這種工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，可在保證出水質(zhì)量非常優(yōu)良即幾乎全部去除原水中的懸浮物、膠態(tài)和離子態(tài)雜質(zhì)的前提下，降低酸堿耗量，減少廢水排放，運(yùn)行起來很經(jīng)濟(jì)，也是一種行之有效、可靠的方法。

3.循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)

冷卻水在工業(yè)用水中占總量的80%～90%。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，要解決5個(gè)課題：腐蝕、結(jié)垢、粘泥、菌藻和監(jiān)控，要解決前4個(gè)問題近年來都必須加入適當(dāng)?shù)乃巹，F(xiàn)在開發(fā)出“全閉式循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)”可替代3種經(jīng)典系統(tǒng)。

3.1循環(huán)冷卻水聯(lián)合處理法

在工業(yè)應(yīng)用中，經(jīng)過改進(jìn)的全閉式循環(huán)水冷卻和自然水直淋冷卻聯(lián)合法是指：

（1）由水源來的自然水一次性地經(jīng)過噴淋換熱后，全部排放掉不再利用，采用此法自然水水質(zhì)在利用前后沒有明顯變化，只是水溫有些升高，對(duì)自然水不需進(jìn)行任何處理；對(duì)管道、設(shè)備等結(jié)垢、腐蝕的影響甚微，一般在水源充足的地方，例如有江、大河、水庫或海濱等地區(qū)，宜采用這種方式。

（2）全閉式循環(huán)冷卻水經(jīng)使用吸收富熱后，首先經(jīng)過加熱低溫原水、再生液等，剩余的貧熱通過冷卻池傳給自然水，再由循環(huán)泵送入主體換熱器循環(huán)使用。

在全閉式循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)密封得比較嚴(yán)密，冷卻水循環(huán)流動(dòng)，不與大氣接觸。所以冷卻水水量損失很少，用水量小，水質(zhì)一般不發(fā)生變化，水處理費(fèi)用低。另外，循環(huán)冷卻水在密閉循環(huán)過程中幾乎不存在鹽類的濃縮、C的得失，大氣中灰塵和O?的溶解等；循環(huán)冷卻水中也幾乎沒有發(fā)生污泥生成和微生物滋長的現(xiàn)象；在水溫方面，換熱器進(jìn)口冷卻水是常溫，出口水溫度大都在40℃左右。

現(xiàn)在，由于水源供水日趨緊張以及環(huán)境保護(hù)的需要（減少廢水排放量），當(dāng)廣泛采用此聯(lián)合方式的冷卻水系統(tǒng)時(shí)，可使循環(huán)水排污率大幅降低，補(bǔ)充水量可大幅減少，達(dá)到節(jié)水的目的；也可有效防止設(shè)備、管道腐蝕和結(jié)垢，以及水體污染等問題。

3.2循環(huán)冷卻水的水質(zhì)控制

全閉式循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)對(duì)冷卻水水質(zhì)要求高。

（1）投運(yùn)初期

這種系統(tǒng)在投運(yùn)初期，需在電導(dǎo)率小于0.1μS/cm、pH＝6.5～7.5的中性高純水中加入適量的氧氣使鋼鐵進(jìn)入鈍化狀態(tài)，從而抑制腐蝕。此時(shí)水中的氧不但不腐蝕鋼鐵，反而會(huì)促使鋼鐵表面生成良好的保護(hù)膜。實(shí)際表明，控制溶氧濃度在50～300μg/L范圍內(nèi)，通常可使多數(shù)合金材料實(shí)現(xiàn)自鈍化。

（2）正常運(yùn)行

此系統(tǒng)宜以定期補(bǔ)給除鹽水處理和部分循環(huán)冷卻水返回除鹽處理。

循環(huán)冷卻補(bǔ)給水雖經(jīng)反滲透和二級(jí)除鹽處理，但由于種種原因，補(bǔ)充水中仍含有一定量的殘留鹽分。此外，除鹽水流過除鹽水箱、除鹽水泵、管道和換熱器時(shí)，也會(huì)攜帶少量的懸浮物，溶解氣體。以及循環(huán)冷卻水長期使用后，循環(huán)水中微量雜質(zhì)（包括金屬腐蝕產(chǎn)物等）的含量必然有所增加。

由于以上原因，導(dǎo)致了循環(huán)冷卻水難免被污染，這樣的水在全閉式循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)內(nèi)，會(huì)引起系統(tǒng)裝置的緩慢結(jié)垢和腐蝕，因此除了應(yīng)做好定期補(bǔ)充一部分除鹽水處理，還要將系統(tǒng)最高、低處的一部分循環(huán)水引入補(bǔ)給水除鹽處理系統(tǒng)，以去除這些雜質(zhì)。

其處理的水量宜根據(jù)循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)水質(zhì)的分析數(shù)據(jù)是否在可控允許范圍內(nèi)的情況計(jì)算確定，一般為循環(huán)水流量的1%～5%范圍內(nèi)或更低。

3.3主要設(shè)備

3.3.1噴淋式冷卻池

在一些場地充足，不怕水滴飛濺的場合下，常以蛇管換熱器作為噴淋式冷卻器用。在冷卻池的運(yùn)行過程中，被冷卻流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水自上噴淋而下。冷卻水受熱部分汽化成蒸汽，水中鹽類在蛇管外壁逐漸濃縮。當(dāng)水中鹽達(dá)到過飽和時(shí)就可能在受熱部位上結(jié)晶析出成為水垢。而事實(shí)卻是：

（1）由于中、高壓冷卻水自上噴淋而下不斷沖刷換熱表面，致使水垢不能在表面停留成垢。

（2）又由于流體處在流動(dòng)狀態(tài)，因此傳熱系數(shù)大。

（3）加上噴淋冷卻水的部分汽化帶走了部分熱量，傳熱效果較高。

噴淋式冷卻器具有結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，材料范圍廣、能承受高壓、操作管理方便等優(yōu)點(diǎn)。

3.3.2主體換熱器

該換熱器采用鈦管及鈦板制成的。鈦管一般采用TA1、TA2牌號(hào)的鈦合金，國產(chǎn)鈦管大多是無縫鈦管。鈦管對(duì)氯化物、硫化物、和氨均有較好的耐蝕性，耐沖擊腐蝕的性能也較強(qiáng)。可在受污染的海水或懸浮物含量高的水中使用。

綜上所述，該全閉式循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)的選擇經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定：一般無須添加各種處理劑進(jìn)行處理；防垢、防腐技術(shù)難度較小；節(jié)約用水零排放；運(yùn)行、維護(hù)及管理費(fèi)用較低；操作簡單易行；省去冷卻塔的基建；尤為重要的是，換熱器中、短時(shí)事故滲漏或泄漏對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行幾乎不受影響。

結(jié)論

（1）工業(yè)水處理聯(lián)合零排放技術(shù)是集合水熱的回收與利用、煙道氣回收與利用、廢水回用及零排放、冷卻水循環(huán)利用等于一體的水資源整體投資運(yùn)營模式。

（2）通過采用工業(yè)水處理聯(lián)合零排放技術(shù)，解決制約系統(tǒng)安、穩(wěn)、優(yōu)生產(chǎn)運(yùn)行的問題，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新，更好地提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

（3）工業(yè)水處理聯(lián)合零排放技術(shù)所采用的方法革新了經(jīng)典的水處理工藝，不但大大地節(jié)省了能源，簡化了水處理工藝過程，提高了其效率，而且其中的一些處理過程是用經(jīng)典方法所不能完成的。可從環(huán)保角度引導(dǎo)企業(yè)走向水資源的可持續(xù)發(fā)展。

（4）工業(yè)用水的零排放技術(shù)是一類投資效果好、投資利益大的技術(shù)；也是全球水排放領(lǐng)域所期待的綜合技術(shù)。而怎樣在綜合技術(shù)上繼續(xù)創(chuàng)新，使水資源的可持續(xù)運(yùn)用變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，就需要不斷更新零排放技術(shù)，并體現(xiàn)廢水處理的實(shí)際價(jià)值。

符號(hào)說明

pH——水中氫離子的濃度

RO——反滲透

SDI——淤塞指數(shù)（微量固體顆粒的水質(zhì) 指標(biāo)）

[1]姚梓均.無機(jī)物工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1981：1-414.

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[3]周柏青，陳志和.熱力發(fā)電廠水處理[M].北京：中國電力出版社，2009：1-578.

[4]陳敏恒，叢德滋，方圖南，等.化工原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：1-259.

Comprehensive management and utilization of industrial wastes is an important measure for modern industrials. The reuse of waste heat, tail gas, sewage and slag could not only reduce production cost, but also avoid pollutions to the community. To reduce the use of water and improve the recovery of waste water, a combination of several methods is often applied to meet the processing requirements. Comprehensive zero-emission technology, which integrates the recovery and reuse of water-heat, flue gas and waste water, zero-emission of waste water and recycling of cooling water, has emerged as an overall investment operation mode for industrial water resources.

flue gas; supply water; cooling water; waste water; water heat; recovery; environment

TQ085+.4

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