化工企業(yè)循環(huán)水多功能凈化節(jié)能減排效益淺析

劉志平

上海華誼（集團）公司 （上海 200040）

上海華誼（集團）公司投資參股的內蒙古億利化學工業(yè)有限公司于2007年投產(chǎn)，主要產(chǎn)品有50萬t/a聚氯乙烯（PVC）樹脂、37萬t/a燒堿、6萬t/a液氯、8萬t/a鹽酸、0.6萬t/a次氯酸鈉，企業(yè)配套建設2個50 MW自備電站，為全廠供熱的同時還可以提供部分電能。

企業(yè)屬于氯堿化工行業(yè)，用水量大、排污量也大；企業(yè)位于水資源匱乏的西北高原地區(qū)，當?shù)厮|較差，且水價逐年上漲。隨著企業(yè)的發(fā)展，水資源的供需矛盾日益突出。

氯堿化工企業(yè)的冷卻水量占工業(yè)用水總量的60%～70%，因此，節(jié)約循環(huán)冷卻水成為工業(yè)節(jié)水最緊迫的任務。節(jié)約工業(yè)循環(huán)水最好的方法就是提高循環(huán)水運行的濃縮倍數(shù)，減少排污水量和新鮮水補充量；但是隨著水的不斷循環(huán)，水質逐漸惡化，對循環(huán)系統(tǒng)造成危害，主要表現(xiàn)在腐蝕、結垢、菌藻和粘泥等方面。所以，對循環(huán)冷卻水進行處理，使水質得到改善，減少對循環(huán)系統(tǒng)的危害，顯得極為重要。

公司2016年8月啟動對2×50 MW自備電站循環(huán)水系統(tǒng)進行節(jié)水減排改造的試點工作，希望取得預期效果后，在其他循環(huán)水系統(tǒng)進行推廣。通過反復調研和技術方案比選，采用對循環(huán)水水質進行多功能凈化處理的技改方案，在保障循環(huán)水運行水質達標的前提下，通過類似“血液透析”的原理，提高循環(huán)水運行濃縮倍數(shù)、減少循環(huán)水排污水量和新水補充量，從而實現(xiàn)節(jié)能減排。

技改項目相關設備于2016年12月完成安裝調試，2017年1月開始試運行，3月完成性能驗收并正式投運。系統(tǒng)各項技術指標均滿足行業(yè)和企業(yè)控制指標要求，節(jié)水減排效益顯著。

1 循環(huán)水系統(tǒng)簡介

循環(huán)水系統(tǒng)主要參數(shù)（年平均值）見表1。

表1 循環(huán)水系統(tǒng)主要參數(shù)

循環(huán)水系統(tǒng)補充水水質、循環(huán)水運行水質及運行水質控制指標見表2。

2 存在的主要問題

從表1和表2所示的循環(huán)水系統(tǒng)的各項參數(shù)不難看出，該系統(tǒng)存在的突出問題有：

（1）由于循環(huán)水補充水為黃河水和回用中水，水質較差，且波動較大。

表2 循環(huán)水系統(tǒng)各項水質情況

（2）為控制循環(huán)水運行水質，在補充水水質較差的情況下，循環(huán)水只能在低濃縮倍數(shù)下運行，導致排污水量和補充水量較大，不僅造成水資源的浪費，而且給后續(xù)污水處理或中水回用處理帶來壓力。

（3）即使在低濃縮倍數(shù)下運行，在用水緊張或補充水水質惡化的沖擊下，循環(huán)水運行水質也時常超標，對用水設備造成影響。

（4）企業(yè)所處地區(qū)水資源相對匱乏，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，用水矛盾日益突出，節(jié)水減排和水資源循環(huán)利用顯得十分緊迫。

3 技改方案

3.1 方案選擇

由于各系統(tǒng)使用循環(huán)水的換熱設備較多且換熱效率要求高，為確保換熱效果，必須確保循環(huán)水的水質。保證水質的途徑除了增加藥劑用量以外就是增大排污量，而加大藥劑用量不僅作用有限，也增加了排污水中污染物的濃度，同時排污量的增加又造成水資源的嚴重浪費。為實現(xiàn)節(jié)能減排，建設環(huán)保型企業(yè)，公司通過大量技術調研和分析比選，決定采用KIV-EC循環(huán)水多功能凈化處理一體化技術與設備對循環(huán)水系統(tǒng)進行改造，通過對循環(huán)水中結垢、腐蝕、菌藻、濁度、COD等因子進行削減或抑制，實現(xiàn)凈化水質、提高循環(huán)水運行濃縮倍數(shù)、減少循環(huán)水排污水量和新水補充量。

3.2 技術原理

根據(jù)系統(tǒng)大小和運行工況，取設計量的循環(huán)水進入多功能凈化處理一體化設備，在物理、化學、高頻電磁場、誘導催化等作用下，循環(huán)水中的部分易結垢成分和膠體懸浮物以固體形式析出并被捕集，使循環(huán)水硬度和濁度降低；反應器內產(chǎn)生一定量具有強氧化性的自由基，具有殺菌滅藻、削減COD的功能；被極化和解聚的小分子具有極強的穿透力，不僅防止結垢物質在設備上結垢，還對設備上的老垢予以穿透使其松脫；一部分Cl-通過電極的氧化作用生成氧化劑，用于殺菌滅藻，另一部分Cl-進入排污水。經(jīng)過上述多功能處理，循環(huán)水水質得到有效凈化，凈化出水回流到循環(huán)水集水池。連續(xù)不斷的水質凈化置換，為提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)、減少排污量和新水補充量創(chuàng)造了基礎條件。

3.3 技改實施

凈化處理的主體為一體化設備，主要由進水系統(tǒng)，反應器系統(tǒng)（預處理、除硬、脫氯），出水過濾系統(tǒng)，電控系統(tǒng)及反洗系統(tǒng)組合而成，整個系統(tǒng)對外接口只有水進出口、空氣進出口、電源進口等，占地面積小，接入、運行、維保等十分方便。

整個技改實施只需在規(guī)劃的占地區(qū)域（循環(huán)水集水池旁）做好設備基礎，將循環(huán)水回水管接入設備進水口，將電源和壓縮空氣接至設備主體相關接口即可。

通過循環(huán)水回水的余壓，將設計量的回水引入KIV-EC系統(tǒng)，反應器出水經(jīng)過濾器過濾后回流到循環(huán)水池。該過程重復一定時間后，反洗過濾器，并使設備通過自動除渣裝置，將反應器和過濾器內的積垢清除排出至沉淀池，經(jīng)沉淀后的鹽垢按一般固廢進行處置。過程示意見圖1。

4 技改效果與效益

4.1 水質凈化與節(jié)水減排效果

技改項目于2017年1月試運行以來，系統(tǒng)運行高效、安全、穩(wěn)定，循環(huán)水水質穩(wěn)定在控制指標以內，污水排量比技改前（平均污水排量為110 m3/h）減少60%以上，效果顯著。具體見表3。

圖1 循環(huán)水凈化處理示意圖

4.2 技改綜合效益

（1） 節(jié)省藥劑費用

技改前平均藥劑費用為10萬元/月；技改后由于水質凈化和處理過程中產(chǎn)生自源性的殺菌滅藻劑，藥劑的添加量平均減少20%，即節(jié)省藥劑費用2萬元/月。裝置運行9個月，共節(jié)省藥劑費用18萬元。

（2） 節(jié)水效益

節(jié)水價格=補水水價+中水回用處理費=4.1+11.4=15.5 元/m3。

循環(huán)水凈化處理技改裝置投運后的節(jié)水減排效益見表4。

表4 節(jié)水減排效益

（3）技改綜合效益

技改綜合效益=節(jié)省藥劑費用+節(jié)水效益=18+681.35=699.35萬元。

經(jīng)計算，技改后月平均節(jié)省費用為77.7萬元，則年平均節(jié)省費用932.4萬元。

5 結語

循環(huán)水系統(tǒng)自2017年1月完成改造以來，總體運行良好，水質穩(wěn)定且指標優(yōu)于控制指標。此次技改不僅節(jié)約了循環(huán)水的運行成本，改善和優(yōu)化了循環(huán)水系統(tǒng)的運行工況（節(jié)約大量水資源、減輕中水回用處理壓力），也促進了公司環(huán)保工作的開展，為公司其他循環(huán)水系統(tǒng)的改造、改進提供了思路和方向。此外，還取得了良好的社會效益。

收稿日期：2017年11月