我國是一個(gè)貧水國家，因為按國際標準，每人每年水供應量在1000噸以下就是缺水國家。目前，中國缺水在千億立方米以上。不少地區人均水資源已同世界聞名的缺水國家以色列相近。黃土高原地區情況就是這樣。我國被列為世界上貧水的國家之一。特別是北方、西部廣大地區缺水特別嚴重。我國東南地區由于地面水資源污染引起水質(zhì)性缺水情況也很?chē)乐?。在全?70座大中城市中，有400座城市不同程度的缺水。其中110座城市嚴重缺水。據最新資料證實(shí)，北京人均水資源占有量目前是不足300立方米。
面對如此缺水的嚴峻形勢，我國工業(yè)用水量卻浪費驚人。主要是工業(yè)用水重復利用率低。工業(yè)用水重復利用率只有20—30%。僅為發(fā)達國家的三分之一。如生產(chǎn)1噸鋼，中國耗水量是國際先進(jìn)水平的1—6倍以上,生產(chǎn)1噸紙中國所耗水量是國際先進(jìn)水平的3倍以上。其他工業(yè)方面也同樣存在水資源浪費的情況。
節約用水已經(jīng)成為我們國家的當務(wù)之急，缺水問(wèn)題也將嚴重制約我國本世紀的經(jīng)濟可持續發(fā)展，并將引起生態(tài)環(huán)境退化、人居環(huán)境惡化、爭水矛盾日益突出等社會(huì )和環(huán)境問(wèn)題。為了節約用水國家正在制定和實(shí)施一些具體舉措和政策，鼓勵節約用水、提高水的重復利用率、污水處理回用。我國將逐步實(shí)行定量供水、提高水價(jià)、超量用水罰款的措施。據有關(guān)消息透露，在2006年以前，北方地區用水價(jià)格將提高到民用水4元/噸，工業(yè)用水6元/噸，并對不同行業(yè)實(shí)行定量供水，超出定量的部分實(shí)行6倍的罰款。這將迫使各行業(yè)及居民提高節水意識。
石油化工企業(yè)是耗水大戶(hù)。用水量的多少、水污染物排放量的增減不僅對本企業(yè)的綜合經(jīng)濟效益產(chǎn)生重大影響，而且對緩解石化企業(yè)所在地區缺水矛盾、改善地表水環(huán)境狀況有舉足輕重的作用。目前石化企業(yè)用水和排水狀況并不十分理想，噸原油排水量偏高（1.5-2.5噸水/噸原油以上），與水相關(guān)的費用在原油加工成本中所占的比例偏大，單位產(chǎn)品所排水污染物量也不低。這些指標不僅難以同世界先進(jìn)水平相比（0.5噸水/噸原油），而且不同程度地造成水資源的極大浪費。
目前，各地單位用水排水費用逐漸迅速增加的趨勢已成定局，然而就煉油工藝而言，盡管會(huì )不斷改進(jìn)，但由于是多年的定型成熟工藝，不可能在短時(shí)間內出現革命性的進(jìn)步，主工藝挖潛似乎難以在降低成本、提高效益方面發(fā)揮重要作用。在這種情況下作水的文章顯然十分必要，僅從提高企業(yè)經(jīng)濟效益角度看，也會(huì )有事半功倍的效果。因此，污水經(jīng)深度處理后回用于生產(chǎn)，已成為企業(yè)提高效益、清潔生產(chǎn)、節能降耗以及減少環(huán)境污染的大趨勢。
企業(yè)水系統大致可分為以下五部分：
1、 鍋爐水系統（包括蒸汽系統）
2、 工藝水系統
3、 循環(huán)（直接）冷卻水系統
4、 污水處理系統
5、 生活污水系統
按照分質(zhì)利用的治理原則，污水處理后回用同樣存在如何治理最有效、回用到何處最保險、最經(jīng)濟以及綜合效益最高等問(wèn)題。也就是說(shuō)，污水回用點(diǎn)應該綜合考慮工程投資、技術(shù)成熟性及可操作性、運行成本、以及回用污水對整個(gè)水系統的長(cháng)遠影響等因素。同時(shí)應遵循先易后難、分質(zhì)利用的原則。
通過(guò)綜合分析以及大量試驗，污水經(jīng)深度處理后回用于循環(huán)水系統是上述幾個(gè)因素的平衡點(diǎn)。
一、技術(shù)背景與意義
循環(huán)冷卻水是工業(yè)用水中的用水大項,在石油化工、電力、鋼鐵、冶金等行業(yè)，循環(huán)冷卻水的用量占企業(yè)用水總量的50-90%。由于原水中有不同的含鹽量，循環(huán)冷卻水濃縮到一定倍數必須排出一定的濃水，并補充新水。一臺30萬(wàn)KW冷凝機組，循環(huán)冷卻水量要達到3.3萬(wàn)噸/時(shí)左右，假定原水中含鹽量為1000mg/L，濃縮倍數為3，那么循環(huán)冷卻水的濃水排放約在6—8‰左右，即198—264m3/h，同時(shí)需補充的新水等于排水及蒸發(fā)損失等，補充水量大約為循環(huán)水量的2—2.6%，將為660—860m3/h左右，水資源消耗與污水排放的數量是很大的。
循環(huán)冷卻水由于受濃縮倍數的制約，在運行中必須要排出一定量的濃水和補充一定量的新水。使冷卻水中的含鹽量、PH值、有機物濃度、懸浮物含量控制在一個(gè)合理的允許范圍。對這部分濃水排放進(jìn)行具體處理回用，具有重要的意義。它不但能提高水的重復利用率，節約水資源，而且能極大的改善循環(huán)冷卻水的整體狀況。
二、循環(huán)冷卻水現狀及存在問(wèn)題
循環(huán)冷卻水由泵送往冷卻系統中各用戶(hù)，經(jīng)換熱后溫度升高，被送往冷卻塔進(jìn)行冷卻。在冷卻塔中熱水從塔頂向下噴淋成水滴或水膜狀，空氣則逆向或水平交流流動(dòng)，在氣水接觸過(guò)程中，進(jìn)行熱交換。水溫降至符合冷卻水要求時(shí)，繼續循環(huán)使用。
空氣由塔頂溢出時(shí)帶走水蒸氣，使循環(huán)水中離子含量增加，因此必須補充新鮮水，排出濃縮水，以維持含鹽量在一定濃度，從而保證整個(gè)系統正常運行。補充水的量應彌補系統蒸發(fā)、風(fēng)吹（包括飛濺和霧沫夾帶）及排污損失的水量。循環(huán)水與補充水中含鹽量之比，即為該循環(huán)水系統的濃縮倍數。在一定的循環(huán)冷卻水系統中，只要改變補充水的含鹽量，就可以改變循環(huán)水系統的濃縮倍數，而提高濃縮倍數是保證整個(gè)循環(huán)冷卻水系統經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。
冷卻水在循環(huán)系統中不斷循環(huán)使用，由于水溫升高、流速變化、蒸發(fā)、各種無(wú)機離子和有機物質(zhì)的濃縮，冷卻塔和冷卻水池在室外受到陽(yáng)光照射、風(fēng)吹雨淋、灰塵雜物的進(jìn)入，以及設備的結構和材料等多種因素的綜合作用，會(huì )產(chǎn)生很多問(wèn)題。
1、水垢附著(zhù)
在循環(huán)冷卻水系統中，碳酸氫鹽的濃度隨蒸發(fā)濃縮而增加。當其濃度達到過(guò)飽和狀態(tài)，或經(jīng)過(guò)傳熱表面水溫升高時(shí)，會(huì )分解生成碳酸鹽沉積在傳熱表面，形成致密的微溶性鹽類(lèi)水垢，其導熱性能很差（≤1.16W/(m.K)，鋼材一般為45W/(m.K)）。因此，水垢附著(zhù)，輕則降低換熱器傳熱效率，嚴重時(shí)，使換熱器堵塞，系統阻力增大，水泵和冷卻塔效率下降，生產(chǎn)能耗增加，產(chǎn)量下降，加快局部腐蝕，甚至造成非正常停產(chǎn)。
2、設備腐蝕
循環(huán)冷卻水系統中，大量設備是由金屬制造，長(cháng)期使用循環(huán)冷卻水，會(huì )發(fā)生腐蝕穿孔。這是由多種因素造成的，主要有：冷卻水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕；有害離子（ Cl-和SO42-）引起的腐蝕；微生物（厭氧菌、鐵細菌）引起的腐蝕等。
設備管壁腐蝕穿孔，會(huì )形成滲漏，或工藝介質(zhì)泄露入冷卻水中，損失物料，污染水體；或冷卻水滲入工藝介質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成經(jīng)濟損失，影響安全生產(chǎn)。
3、微生物的滋生與粘泥
在循環(huán)水中，由于養分的濃縮，水溫升高和日光照射，給細菌和藻類(lèi)的迅速繁殖創(chuàng )造了條件。細菌分泌的黏液使水中漂浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀物等黏附在一起，形成沉積物附著(zhù)在傳熱表面，即生物粘泥或軟垢。粘泥附著(zhù)會(huì )引起腐蝕，冷卻水流量減少，進(jìn)而降低冷卻效率；嚴重時(shí)會(huì )堵死管道，迫使停產(chǎn)清洗。
綜上所述，冷卻水長(cháng)期循環(huán)使用后，必然會(huì )帶來(lái)結垢、腐蝕和微生物滋生問(wèn)題。解決好這三個(gè)問(wèn)題才能穩定生產(chǎn)、節約資源與能源，從而減少環(huán)境污染，提高經(jīng)濟效益。
三、循環(huán)冷卻水處理技術(shù)現狀
1、水垢的控制
循環(huán)水系統中最易生成的水垢是碳酸鈣垢，水垢控制即是防止碳酸鈣的析出，大致有以下幾類(lèi)方法。
?、?從補充冷卻水中除去成垢的鈣、鎂離子
在補充水進(jìn)入循環(huán)水系統之前進(jìn)行軟化處理，除去Ca2+、Mg2+，也就形不成水垢。目前常用的軟化方法有兩種：
一是離子交換樹(shù)脂法，該法適于補充水量小的循環(huán)水系統間或采用；
二是石灰軟化法，即投加石灰，使Ca(HCO3)2反應生成CaCO3沉淀提前析出。該方法成本低，適于原水（尤其是暫時(shí)硬度大的結垢型原水）鈣含量高，補充水量較大的循環(huán)冷卻水系統。
?、?加酸或通入CO2氣體，降低PH值，穩定重碳酸鹽
在循環(huán)水中加酸（通常為硫酸）或通入CO2氣體，降低PH值，使下列平衡左移，重碳酸鹽處于穩定狀態(tài)。
加酸法目前仍有使用，關(guān)鍵是控制好加酸量，否則酸量過(guò)多會(huì )加速設備腐蝕。
通CO2氣體同樣應注意控制好PH值，否則循環(huán)水通過(guò)冷卻塔時(shí)，由于CO2的溢出，CaCO3在塔內結晶，堵塞填料，形成鈣垢轉移現象。該方法在某些化肥廠(chǎng)、化工廠(chǎng)及電廠(chǎng)等有CO2氣體源的企業(yè)仍有推廣使用的價(jià)值。
?、?投加阻垢劑
在循環(huán)水中投加阻垢劑，破壞CaCO3的結晶增長(cháng)過(guò)程，以達到控制水垢形成的目的。目前常用的阻垢劑有聚磷酸鹽、有機多元膦酸、有機磷酸脂、聚丙烯酸鹽等，這也是目前應用最廣的控制水垢的方法。#p#分頁(yè)標題#e#
2、污垢的控制
控制污垢，可從下面幾個(gè)方面努力：
?、?對補充水進(jìn)行預處理，降低濁度
?、?做好循環(huán)水水質(zhì)處理
?、?投加分散劑
可將粘合在一起的泥團雜質(zhì)等分散成微粒懸浮于水中，隨水流流動(dòng)而不沉積，從而減少污垢對傳熱的影響，部分懸浮物還可隨排污排出。
?、?增加旁濾設備
如果在系統中增設旁濾設備，控制好旁流量和進(jìn)、出旁流設備的濁度，就可保持系統長(cháng)時(shí)間運行下的濁度在控制指標內，減少污垢形成。
3、循環(huán)冷卻水系統金屬腐蝕的控制
循環(huán)冷卻水系統金屬腐蝕的控制方法常用的主要有以下四種：
?、?添加緩蝕劑
緩蝕劑是一種用于腐蝕介質(zhì)中抑制金屬腐蝕的添加劑，它用量少，不會(huì )改變腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)，不需特殊投加設備，也不需對設備表面進(jìn)行處理。因此，使用緩蝕劑是一種經(jīng)濟效益較高且適應性較強的金屬防護措施。
在敞開(kāi)式循環(huán)水系統中，常用的緩蝕劑有硅酸鹽、鉬酸鹽、鋅鹽、磷酸鹽、聚磷酸鹽、有機多元膦酸、巰基苯并噻唑（MBT）、苯并三唑（BTA）和甲基苯并三唑（TTA）、硫酸亞鐵等，并且為了減輕環(huán)境富營(yíng)養化的壓力，目前更趨向于使用后面幾種有機膦酸鹽和低磷緩蝕劑。
?、?提高循環(huán)水的PH值
提高循環(huán)水的PH值，使金屬表面生成氧化性保護膜的傾向增大，易于鈍化，從而有利于控制設備腐蝕。
敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統通常通過(guò)在冷卻塔內的曝氣提高PH值，當水中和空氣中的CO2達到平衡時(shí)，水的PH為8.5左右。
提高循環(huán)水的PH值后，不可避免的帶來(lái)一些問(wèn)題：循環(huán)水結垢傾向增大；設備腐蝕速度下降，但還不能滿(mǎn)足要求；某些常用緩蝕劑失效。目前可通過(guò)添加專(zhuān)門(mén)為堿性冷卻水處理開(kāi)發(fā)的復合緩蝕劑來(lái)解決，例如：聚磷酸鹽-鋅鹽-膦酸鹽-分散劑、聚磷酸鹽-正磷酸鹽-膦酸鹽-三元共聚物、有機多元膦酸-聚合物分散劑-唑類(lèi)、多元醇磷酸酯-丙烯酸系聚合物、HEDP-PMA等。這些水處理劑的復合配方可發(fā)揮出除垢和防腐的綜合作用，由于協(xié)同或增效作用，它比單一藥劑的單一作用，效果更顯著(zhù)，這也是緩蝕劑的發(fā)展趨勢。
?、?選用耐蝕材料的換熱器
例如使用聚丙烯換熱器或石墨改性聚丙烯換熱器，但由于換熱效果差，很少使用。
?、?用防腐涂料涂覆
通過(guò)防腐涂料的屏蔽、緩蝕、陰極保護及PH緩沖作用來(lái)保護設備不受腐蝕。
4、循環(huán)冷卻水系統微生物的控制
循環(huán)水系統中微生物引起的腐蝕、粘泥及其生長(cháng)的控制方法有：設備選用耐蝕材料；控制循環(huán)水中的氧含量、PH值、懸浮物和微生物的養料等水質(zhì)指標；在防腐涂料中添加殺生劑，抑制微生物的生長(cháng)；采取在冷卻水水池加蓋、冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口加裝百葉窗等措施，防止陽(yáng)光照射；設置旁流過(guò)濾設備；對補充水進(jìn)行混凝沉淀預處理以及頗有前途的噬菌體法等。
除上面所列方法之外，目前最有效和最常用的方法則是向循環(huán)水中添加殺生劑。殺生劑的種類(lèi)很多，氧化性殺生劑有：氯、次氯酸鹽、氯化異氰尿酸、二氧化氯、臭氧、溴及溴化物等；非氧化性殺生劑有氯酚類(lèi)、有機錫化物、季銨鹽、有機胺類(lèi)、有機硫化物、銅鹽及異噻唑啉銅等。
綜上所述，上面介紹的是分類(lèi)解決循環(huán)水系統問(wèn)題的各種方法，在實(shí)際應用中需要根據原水水質(zhì)、循環(huán)水水量及溫升、補水水質(zhì)和價(jià)格、使用循環(huán)水的換熱設備材質(zhì)和型式以及其他工況條件等實(shí)際情況，綜合考慮經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，選擇適宜的除垢、防腐、控制微生物的方法結合在一起，制定出經(jīng)濟、實(shí)用、可行的循環(huán)水處理方案才能實(shí)現循環(huán)水系統的經(jīng)濟合理運行。但這些傳統處理方法，不能從根本上解決鹽濃縮引起的各種問(wèn)題，并且投加各種水處理劑的操作系統復雜、藥劑費用高，使循環(huán)水的總體濃縮倍數不高、運行管理成本很高。
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