工業(yè)循環(huán)冷卻水零排放技術(shù)實(shí)踐

文/董兆祥 趙長(zhǎng)鎖 董 升

長(zhǎng)期以來(lái)，人們?cè)趶U水零排放技術(shù)上做了大量的工作，取得了諸多經(jīng)驗(yàn)，目前已有絕大多數(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了廢水零排放。但是，就工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)零排放技術(shù)方面，多年來(lái)一直是國(guó)內(nèi)外水處理專(zhuān)家學(xué)者研究的熱門(mén)話(huà)題。國(guó)內(nèi)有專(zhuān)家預(yù)言，采用化學(xué)方法和物理方法相結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)循環(huán)冷卻水處理零排放的突破口。筆者正是在這一論點(diǎn)的指導(dǎo)下，歷經(jīng)多年的試驗(yàn)和探索，最終將這一難題攻克，使多年來(lái)的夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。

循環(huán)水系統(tǒng)零排放技術(shù)的現(xiàn)狀

在國(guó)內(nèi),循環(huán)水系統(tǒng)多有近零排放的報(bào)道,大多是將高濃縮倍率的循環(huán)水系統(tǒng)排污水經(jīng)過(guò)膜法處理后,排掉濃水或濃水作為它用,處理水再返回循環(huán)水系統(tǒng)。在國(guó)外，已有循環(huán)水零排放的報(bào)道，是把循環(huán)水的排污水經(jīng)過(guò)濃縮器和結(jié)晶器，把鹽類(lèi)分離出來(lái)，把濃縮和結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)冷卻后，把冷凝水返回循環(huán)水系統(tǒng)。這一過(guò)程的投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用昂貴，很難在全世界的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)推廣和普及。

循環(huán)水零排放技術(shù)的萌芽

早在十多年前，我們就對(duì)阻垢劑品種中具有改變晶格能力的單體藥劑非常感興趣，之后，反反復(fù)復(fù)進(jìn)行了上千次的篩選試驗(yàn)和配伍性試驗(yàn)，終于有一天發(fā)現(xiàn)了一種配方的試驗(yàn)效果很好，我們起名叫多功能阻垢緩蝕劑。此后，我們請(qǐng)權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行了鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在其處理過(guò)的高濃縮倍率的循環(huán)水中，超飽和的碳酸鈣及其它鹽類(lèi)都改變了晶格，如圖所示(圖一)。這一奇特的現(xiàn)象引起了我們的深思。

在近幾年的循環(huán)水處理工作中，我們偶然遇到了一些特殊的情況，使我們蒙生了循環(huán)水零排放的想法。比如：有一家鋼格板制造廠，循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水為河水，我們根據(jù)其水質(zhì)、系統(tǒng)水量等情況，確定了濃縮倍率2.5～3.0，日加藥量12.5kg，并擬定了水處理方案。在具體的循環(huán)水處理工作中，該廠工作人員并未按水處理方案的要求進(jìn)行控制，直到半年后，循環(huán)水系統(tǒng)冷卻效果差，才通知我們到現(xiàn)場(chǎng)處理。經(jīng)檢測(cè)循環(huán)水水質(zhì)，Cl-倍率為15.6倍。當(dāng)我們問(wèn)起為什么沒(méi)有控制循環(huán)水濃縮倍率時(shí)，用戶(hù)回答說(shuō)：循環(huán)水系統(tǒng)沒(méi)有排污門(mén)，半年沒(méi)有排污，也照樣過(guò)來(lái)了。經(jīng)我們對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)施進(jìn)行檢查，沒(méi)有結(jié)垢跡象，只是有大量的可流動(dòng)性的水渣形成了淤積和沉淀。隨后，我們使用了黏泥剝離劑，進(jìn)行了系統(tǒng)處理，并讓用戶(hù)安裝潛水泵進(jìn)行了排污和換水，提高了循環(huán)水的冷卻效果。此后，鋼格板廠每年有停機(jī)機(jī)會(huì)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)清淤、換水，正常情況下只是補(bǔ)水加藥，而且無(wú)排污。又比如：有一家余熱發(fā)電廠，全廠三臺(tái)深井泵中突然壞了兩臺(tái)，僅有的一臺(tái)深井泵供給鍋爐用水。那么，循環(huán)水的補(bǔ)充水怎么辦呢？廠家找來(lái)了兩臺(tái)公路撒水車(chē)，日夜拉水補(bǔ)進(jìn)循環(huán)水系統(tǒng)，剛好維持循環(huán)水池滿(mǎn)水位。在這樣緊張的情況下，循環(huán)水排污門(mén)在連續(xù)一個(gè)半月沒(méi)有排放一滴水，循環(huán)水的濁度很高，冷卻塔填料和水泥柱上均已有大量水渣淤積，而發(fā)電量沒(méi)有降低。待兩臺(tái)深井泵恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，進(jìn)行了正常的補(bǔ)水和排污，一個(gè)月后，冷卻塔填料和水泥柱上的沉積物沒(méi)有了。后有機(jī)會(huì)停機(jī)時(shí)檢查換熱器，竟然沒(méi)有結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題。再比如：有一家發(fā)電廠由于欠自來(lái)水公司的水費(fèi)，自來(lái)水公司就實(shí)施了每日限量供水，在這種情況下，這家發(fā)電廠每日補(bǔ)給循環(huán)水的水量?jī)H能滿(mǎn)足蒸發(fā)需要，連續(xù)半個(gè)月沒(méi)有排污，循環(huán)水的濃縮倍率達(dá)到了12倍，也未發(fā)生系統(tǒng)結(jié)垢或腐蝕問(wèn)題。類(lèi)似這樣的案例還有多期。這些案例啟示我們，只要水處理劑配方得當(dāng)，加藥量合適，循環(huán)水流速有保證，在一定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)水零排放是可行的。

循環(huán)水零排放技術(shù)是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要

近年來(lái)，環(huán)保政策的強(qiáng)制實(shí)施，使得許多企業(yè)的水資源得到了綜合利用，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)廢水零排放。可是，有的企業(yè)沒(méi)有廢水綜合利用的項(xiàng)目，只好把循環(huán)冷卻水的排污水排出廠外來(lái)維持生產(chǎn)。但在有的地區(qū)，環(huán)保部門(mén)安排人員晝夜值班堅(jiān)守，絕對(duì)不準(zhǔn)許企業(yè)外排一滴水，否則就勒令限產(chǎn)或停產(chǎn)。在這樣的形勢(shì)下，有不少的企業(yè)提出了循環(huán)水系統(tǒng)零排放的強(qiáng)烈要求，苦苦地在尋找零排放的技術(shù)。

2012 年的國(guó)發(fā)[2012]3號(hào)文《國(guó)務(wù)院關(guān)于實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度的意見(jiàn)》中，提出了三條“紅線(xiàn)管理”控制，即：加強(qiáng)水資源開(kāi)發(fā)利用控制紅線(xiàn)管理，嚴(yán)格實(shí)行用水總量控制；加強(qiáng)用水效率控制紅線(xiàn)管理，全面推進(jìn)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)；加強(qiáng)水功能區(qū)限制納污紅線(xiàn)管理，嚴(yán)格控制入河湖排污總量。認(rèn)真地貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院要求，未來(lái)的企業(yè)在取水、用水、排水方面將受到三條紅線(xiàn)的嚴(yán)格制約，特別是對(duì)工業(yè)循環(huán)冷卻水的零排放技術(shù)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的需求。

2011 年的9月份，河南省安陽(yáng)市的一家化工企業(yè)，由于循環(huán)水濃縮倍率高達(dá)5倍，補(bǔ)水又是深井水，所加阻垢劑又不適應(yīng)，致使循環(huán)水系統(tǒng)多臺(tái)換熱器結(jié)垢嚴(yán)重，不得不停產(chǎn)清洗，有的管道結(jié)垢嚴(yán)重，不得不更換管道。在這種情況下，企業(yè)提出了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不停車(chē)清洗和零排放的訴求。

循環(huán)水零排放的方案，主要的技術(shù)要點(diǎn)為：循環(huán)水系統(tǒng)安裝旁濾器；旁濾器安裝在冷卻塔的出水管上；旁濾器濾料為石英砂和無(wú)煙煤；旁濾器過(guò)濾量為循環(huán)水量的10%；旁濾器過(guò)濾水的質(zhì)量為濁度＜1mg/L；反洗過(guò)濾器的水為工業(yè)水；日

循環(huán)水零排放技術(shù)的初探加阻垢緩蝕劑量為補(bǔ)充水量的50～80ppm；根據(jù)冷卻塔上菌藻生長(zhǎng)情況適時(shí)投加殺菌滅藻粘泥剝離劑；循環(huán)水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)不控制；每月解列個(gè)別換熱器，進(jìn)行結(jié)垢或腐蝕狀況與否的檢查；反洗過(guò)濾器操作視出水量和壓差而定；反洗水經(jīng)沉淀池自然沉降后，上清水仍可補(bǔ)進(jìn)循環(huán)水系統(tǒng)中。

循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行中除垢方案和零排放方案被用戶(hù)單位批準(zhǔn)后，九月的中下旬實(shí)施了循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行中除垢，維持了正常的生產(chǎn)，不再停產(chǎn)清洗。自十月二日旁濾器安裝完畢投入運(yùn)行，開(kāi)始了史無(wú)前例的循環(huán)水系統(tǒng)零排放運(yùn)行。

循環(huán)水零排放技術(shù)的實(shí)踐

零排放技術(shù)運(yùn)行一個(gè)月后，個(gè)別換熱器的換熱效果下降，隨后進(jìn)行解列檢查，發(fā)現(xiàn)水走殼程的換熱器有阻塞現(xiàn)象，其原因是水的流速緩慢，管間距離狹窄，循環(huán)水中的水渣發(fā)生了沉積，造成了阻塞，引起換熱效果降低。隨后，對(duì)阻塞的換熱器進(jìn)行了化學(xué)清洗，清洗后，將換熱器的冷卻水出入口和物料出入口進(jìn)行了更換，全部換熱器是水走管程，隨后系統(tǒng)運(yùn)行正常。

零排放技術(shù)運(yùn)行六個(gè)月后，對(duì)個(gè)別的換熱器進(jìn)行解列檢查，發(fā)現(xiàn)換熱器的封頭、管板及管道表面光滑、無(wú)垢、無(wú)銹瘤和銹斑，僅有薄薄一層軟泥,用高壓水沖洗了一遍就徹底干凈了。這時(shí)的補(bǔ)充水和循環(huán)水的水質(zhì)情況是：

指標(biāo)項(xiàng)目堿度(mmol/l)硬度(mmol/l)Ca2+(mg/l)Cl-(mg/l)濁度(mg/l)pH值補(bǔ)充水 4.6 6.4 90 24 0.5 7.83循環(huán)水 14 33 400 230 364 7.78倍 率 3.04 5.16 4.44 9.58 728

根據(jù)以上數(shù)據(jù)和換熱器的外觀情況,作出以下判斷:①已經(jīng)檢測(cè)到的循環(huán)水濃縮倍率是9.58倍,與循環(huán)水的濁度倍率相比,相差甚遠(yuǎn),說(shuō)明循環(huán)水中的氯化物超飽和后也會(huì)發(fā)生結(jié)晶析出現(xiàn)象。②循環(huán)水中的堿度在受熱后，有一部分變成了CO2和H2O，有一部分和硬度結(jié)合形成了水渣，增長(zhǎng)了循環(huán)水的濁度。③循環(huán)水中的濁度雖然很高，但是水渣沒(méi)有附著能力，因而沒(méi)有影響換熱效果。④多功能阻垢緩蝕劑不僅有阻垢除垢能力，而且具有緩蝕預(yù)膜能力。

零排放技術(shù)運(yùn)行八個(gè)月后，再次對(duì)個(gè)別換熱器進(jìn)行檢查，管板、管道、封頭依然光滑無(wú)垢，無(wú)銹瘤、銹斑，這時(shí)的補(bǔ)充水質(zhì)和循環(huán)水水質(zhì)與第六個(gè)月時(shí)的情況區(qū)別不大。

結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用化學(xué)處理和物理處理相結(jié)合的方法，是可以達(dá)到工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)零排放目標(biāo)的。

零排放技術(shù)的關(guān)鍵在于阻垢緩蝕劑同時(shí)具有螯合能力、分散能力、改變晶格能力和緩蝕預(yù)膜能力。循環(huán)冷卻水零排放適應(yīng)于水走管程的換熱設(shè)備，在水在殼程的換熱設(shè)備中容易發(fā)生水渣阻塞。循環(huán)冷卻水零排放，要求旁濾器的過(guò)濾能力不能小于循環(huán)水量的10%，否則濁度太高影響循環(huán)水流速。循環(huán)水零排放技術(shù)節(jié)水顯著，將成為工業(yè)循環(huán)冷卻水處理未來(lái)發(fā)展的方向。