工業循環水水質治理經驗

張保莊

(河北冀衡化學股份有限公司，河北 衡水 053000)

1 循環水現狀

河北冀衡化學股份有限公司(以下簡稱“冀衡化學”)循環冷卻水系統共有5套，循環量分別為2 000 m3/h 、1 500 m3/h各兩套、1 000 m3/h 1套 ，飽有水量分別為1 100、700、330、330、175 m3，補充水中堿度為176.16 mg/L(以NaOH的質量濃度計，下同)，硬度為 20.02 mg/L(以CaCO3的質量濃度計，下同)，即堿度大于硬度，循環水中既有較多的碳酸鈣鎂鹽，又有氯化物、硫酸鹽、硅酸鹽等成垢化合物，在不斷循環過程中易結垢，難清除。針對這種狀況，冀衡化學本著節能減排、降耗增效的原則，采用了最新專利技術——循環冷卻水高效節水技術。

2 循環水系統參數及水質現狀

冀衡化學循環水系統參數如表1所示，補水水質分析結果如表2所示，補充水結垢腐蝕趨勢判斷依據如表3所示。冀衡化學系統補充水硬度為 20.02 mg/L，為一般硬度水質，判斷結果為腐蝕型。水中硬度和堿度主要反映了水中成垢離子的濃度，如果非碳酸鹽含量較高，非碳酸鹽就會與鈣鎂等成垢離子結合，在換熱器表面易形成硬垢，不斷累積，影響換熱效果，通過一般的酸進行清洗難以去除。

表1 冀衡化學循環水系統參數表Table 1 Parameters of circulating water system in Jiheng Chemcial

表2 冀衡化學補水水質分析數據表Table 2 Analytic data of supplementary water quality in Jiheng Chemcial

補充水中堿度為176.16 mg/L，硬度為20.02 mg/L，循環水中既有較多的碳酸鈣鎂鹽，又有氯化物、硫酸鹽、硅酸鹽等成垢化合物，在不斷循環過程中易結垢，難以清除，要用酸洗。一般垢物需要鹽酸，已經硬化的硬垢甚至要用硝酸清洗，對設備腐蝕性大，特別是在垢物分布不均勻時(如表3所示)。

表3 補充水結垢腐蝕趨勢表Table 3 Trend of supplementary water scaling and corrosion

注：R.S.I為穩定指數，其數值等于2pHs- pH值；2pHs為根據所測循環水的溫度、總溶解固體、鈣硬度、堿度等指標計算的數值。

3 5#循環水池的試驗性治理

經過多次考察，某單位于2014年對循環水進行加藥處理，使用指定的除垢、緩釋藥劑，運行狀況良好。

冀衡化學針對現循環水的水質狀況，采用添加水質穩定劑和增加水質凈化器的方法對循環水進行治理，該技術能有效提高循環水的濃縮倍數來防垢、除垢、緩蝕、滅藻，能確保循環水長期正常運行，并達到零排放。循環水高效節水技術由水質凈化器和水質穩定劑兩核心組成。

3.1 水質凈化器

3.1.1 水質凈化器的作用

隨著濃縮倍數的提高，Ca2+、Mg2+等物質的濃度也相應提高，循環水水質進一步惡化，容易導致循環水系統腐蝕、結垢和黏泥滋生。冀衡化學采用水質凈化器來降低工業循環冷卻水的濁度，減少水中硬度，保持水中指數穩定平衡，穩定循環水系統高倍率運行，使循環冷卻水零排放變為現實。

3.1.2 水質凈化器的工作原理

電化學循環冷卻水處理技術是在冷卻水中施加一定量的電場，利用電場的陽極和陰極之間的電化學作用，達到對冷卻水的全面處理效果，以電化學的電解原理和極性水分子理論為基礎，通過物理+電化學的方式，在工作時產生微電流，改變細菌、藻類細胞的生存環境，使其喪失生存條件而死亡，從而達到殺菌、滅藻、緩蝕的作用。它不僅具有化學法水處理所能達到的防垢、殺菌、滅藻、緩蝕，還可以除垢、溶垢，包括從水循環管路上溶解已成固體的垢，降低鹽類離子的濃度，助力濃縮倍數的增長，降解有機物，節水、節能、減輕污染。

3.1.3 水質凈化器的設計及安裝

工藝流程設計如圖1所示。

圖1 水質凈化器工藝流程設計示意圖

在循環水回水管線處尋找合適位置，連接旁路管線，引出2.5%～5%的流量進入水質凈化器。由于單臺水質凈化器的處理能力為1 000 m3/h，故此系統設置的水質凈化器由2臺并聯，水質凈化器后配置水質穩定劑投加裝置。

3.2 水質穩定劑

水質穩定劑的主要成分為膦酰基羥酸的弱酸性鹽，具有優良的阻垢、緩蝕、預膜和抑制菌藻生長的作用，搭配水質凈化器在循環冷卻水系統使用，可基本實現零排污。水質穩定劑在應用中表現出的良好緩蝕性能，這得益于產品中的某元素呈現出多陰離子和氧化物特征，在與氯的吸附競爭中以其較強的絡合作用優先吸附在金屬表面，并形成吸附層，阻礙了氯對金屬的吸附作用；同時，防止溶解氧在金屬表面的還原，抑制了溶解氧的腐蝕。

3.3 試驗數據總結

2018年1月10日，冀衡化學開始對5#涼水塔進行加藥治理。經過多半年的治理，并對5#循環水池與1#、2#循環水池(1#、2#池連通)內的掛片腐蝕率進行比較，發現加藥后循環水的掛片腐蝕率有很大程度的降低，取得了一定的效果，且近期使用5#涼水塔冷卻的換熱設備未發生泄漏。加藥的5#循環水池與未加藥的2#循環池內掛片腐蝕速率對比情況如表4所示。

4 投資及效益分析

5#循環水池治理包括水質穩定劑和水質凈化器：水質穩定劑的價格在18 000元/t(16%的增值稅)，開始5#池加藥為4桶/d，根據掛片的腐蝕率情況，逐步摸索數據，現在調整為3桶/d，一桶25 kg，藥劑費用為：

3×450=1 350(元/d)。

水質穩定劑需要根據水質狀況及掛片腐蝕率情況逐步調整。

水質凈化器價格為12萬元/臺(16%的增值稅)，屬于一次性投資，共2臺：

12×2=24(萬元)。

1臺水質凈化器的功率為3 kW，兩臺凈化器耗電量為：3×2×24=144(kW·h)。

電價按0.5元/(kW·h)計算，每天用電費用：144×0.5=72(元)。

表4 加藥的5#循環水池與未加藥的2#循環池內掛片腐蝕速率對比表Table 4 Comparison of coupon corrosion rate in chemical-feeding circulating water pond 5# and in chemical-free 2#

5 結語

冀衡化學的5#循環水池主要是對4#、5#液化機組，3臺透平機冷卻器，5 ℃水冰機，氫處理洗滌塔，氯處理事故塔，洗滌塔板式換熱器等設備換熱降溫，使用期間換熱設備未發生泄漏，延長了換熱設備的使用周期。未改造前，氯處理透平機冷卻器基本是1年1換，1臺透平機冷卻器的價格在12萬元左右，至今已使用2年時間，未發生泄漏，年節約更換設備費用約為36萬元(3臺一級冷卻器的價格)，延長了液化機組、5 ℃水冰機冷凝器的使用壽命，無形之中節約了大量成本，穩定了生產。可見，該技術的采用，有效提高了循環水的濃縮倍數，有效防垢、除垢、緩蝕、滅藻，且運行費用較低，安全穩定，無二次污染，能確保循環水長期正常運行，真正達到零排放，進一步降低了冀衡化學的用水費用及廢水外排費用。