工业循环冷却水系统零排放技术初探和实践.doc
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工业循环冷却水系统零排放技术
初探和实践
董兆祥1赵长锁2董升1
（1.邯郸市奥博水处理有限公司,河北邯郸056002
2.河南宝舜化工科技有限公司，河南安阳415000）
[摘要]本文阐述了工业循环冷却水系统从高浓缩倍率到零排放的实践历程，提出了工业循环冷却水系统零排放技术的﹑可行性、必要性和实践性，为工业循环冷却水处理工作的发展提出了方向，对于落实节能减排政策，节约宝贵的水资源将产生深远的影响。
[关键词]循环冷却水零排放实践
1.前言
长期以来，人们在废水零排放技术上做了大量的工作，取得了诸多经验，目前已有绝大多数企业实现了废水零排放。
但是，就工业循环冷却水系统零排放技术方面，多年来，一直是国内外水处理专家学者研究的热门话题。
国内有专家预言，采用化学方法和物理方法相结合，是实现工业循环冷却水处理零排放的突破口。
笔者正是在这一论点的指导下，历经多年的试验和探索，最终将这一难题攻克，使多年来的梦想变成了现实。
2.循环水系统零排放技术的现状
在国内,循环水系统多有近零排放的报导,大多是将高浓缩倍率的循环水系统排污水经过膜法处理后,排掉浓水或浓水作为它用,处理水再返回循环水系统。
在国外，已有循环水零排放的报导，是把循环水的排污水经过浓缩器和结晶器，把盐类分离出来，把浓缩和结晶过程中产生的蒸汽经冷却后，把冷凝水返回循环水系统。
这一过程的投资费用和运行费用昂贵，很难在全世界的工业循环冷却水系统推广和普及。
3.循环水零排放技术的萌芽
早在十多年前，我们就对阻垢剂品种中具有改变晶格能力的单体药剂非常感兴趣，之后，反反复复进行了上千次的筛选试验和配伍性试验，终于有一天发现了一种配方的试验效果很好，我们起名叫多功能阻垢缓蚀剂。
此后，我们请权威机构进行了鉴定，结果发现在其处理过的高浓缩倍率的循环水中，超饱和的碳酸钙及其它盐类都改变了晶格，如图所示（图一）。
这一奇特的现象引起了我们的深思。
在近几年的循环水处理工作中，我们偶然遇到了一些特殊的情况，使我们蒙生了循环水零排放的想法。
比如：
有一家钢格板制造厂，循环水系统的补充水为河水，我们根据其水质、系统水量等情况，确定了浓缩倍率2.5—3.0，日加药量12.5㎏，并拟定了水处理方案。
在具体的循环水处理工作中，该厂工作人员并未按水处理方案的要求进行控制，直到半年后，循环水系统冷却效果差，才通知我们到现场处理。
经检测循环水水质，Cl-倍率为15.6倍。
当我们问起为什么没有控制循环水浓缩倍率时，用户回答说：
循环水系统没有排污门，半年没有排污，也照样过来了。
经我们对循环水系统的设施进行检查，没有结垢迹象，只是有大量的可流动性的水渣形成了淤积和沉淀。
随后，我们使用了粘泥剥离剂，进行了系统处理，并让用户安装潜水泵进行了排污和换水，提高了循环水的冷却效果。
此后，钢格板厂每年有停机机会时进行系统清淤﹑换水，正常情况下只是补水加药，而且无排污。
又比如：
有一家余热发电厂，全厂三台深井泵中突然坏了两台，仅有的一台深井泵供给锅炉用水。
那么，循环水的补充水怎么办呢？
厂家找来了两台公路撒水车，日夜拉水补进循环水系统，刚好维持循环水池满水位。
在这样紧张的情况下，循环水排污门在连续一个半月没有排放一滴水，循环水的浊度很高，冷却塔填料和水泥柱上均已有大量水渣淤积，而发电量没有降低。
待两台深井泵恢复运转后，进行了正常的补水和排污，一个月后，冷却塔填料和水泥柱上的沉积物没有了。
后有机会停机时检查换热器，竟然没有结垢和腐蚀问题。
再比如：
有一家发电厂由于欠自来水公司的水费，自来水公司就实施了每日限量供水，在这种情况下，这家发电厂每日补给循环水的水量仅能满足蒸发需要，连续半个月没有排污，循环水的浓缩倍率达到了12倍，也未发生系统结垢或腐蚀问题。
类似这样的案例还有多期。
这些案例启示我们，只要水处理剂配方得当，加药量合适，循环水流速有保证，在一定时间内实现循环水零排放是可行的。
4.循环水零排放技术是经济社会发展的需要
近年来，环保政策的强制实施，使得许多企业的水资源得到了综合利用，实现了企业废水零排放。
可是，有的企业没有废水综合利用的项目，只好把循环冷却水的排污水排出厂外来维持生产。
但在有的地区，环保部门安排人员昼夜值班坚守，绝对不准许企业外排一滴水，否则就勒令限产或停产。
在这样的形势下，有不少的企业提出了循环水系统零排放的强烈要求，苦苦地在寻找零排放的技术。
今年的国发[2012]3号文《国务院关于实施最严格水资源管理制度的意见》中，提出了三条“红线管理”控制，即：
加强水资源开发利用控制红线管理，严格实行用水总量控制；加强用水效率控制红线管理，全面推进节水型社会建设；加强水功能区限制纳污红线管理，严格控制入河湖排污总量。
认真地贯彻落实国务院要求，未来的企业在取水﹑用水﹑排水方面将受到三条红线的严格制约，特别是对工业循环冷却水的零排放技术会产生强烈的需求。
5.循环水零排放技术的初探
去年的九月份，河南省安阳市的一家化工企业，由于循环水浓缩倍率高达5倍，补水又是深井水，所加阻垢剂又不适应，致使循环水系统多台换热器结垢严重，不得不停产清洗，有的管道结垢严重，不得不更换管道。
在这种情况下，企业提出了循环冷却水系统不停车清洗和零排放的诉求。
“想用户之所想，急用户之所急”，是我们水处理工作者多年来一直坚持的服务理念。
我们根据用户的补充水水质和系统状况，以及各项技术参数，结合我们多年的实践经验和多功能阻垢缓蚀剂的性能特点，大胆地提出了运行中除垢和循环水系统零排放的方案。
循环水零排放的方案，主要的技术要点为：
循环水系统安装旁滤器；旁滤器安装在冷却塔的出水管上；旁滤器滤料为石英砂和无烟煤；旁滤器过滤量为循环水量的10%；旁滤器过滤水的质量为浊度＜1mg/L；反洗过滤器的水为工业水；日加阻垢缓蚀剂量为补充水量的50～80ppm；根据冷却塔上菌藻生长情况适时投加杀菌灭藻粘泥剥离剂；循环水各项水质指标不控制；每月解列个别换热器，进行结垢或腐蚀状况与否的检查；反洗过滤器操作视出水量和压差而定；反洗水经沉淀池自然沉降后，上清水仍可补进循环水系统中。
循环水系统运行中除垢方案和零排放方案被用户单位批准后，九月的中下旬实施了循环水系统运行中除垢，维持了正常的生产，不再停产清洗。
自十月二日旁滤器安装完毕投入运行，开始了史无前例的循环水系统零排放运行。
6.循环水零排放技术的实践
零排放技术运行一个月后，个别换热器的换热效果下降，随后进行解列检查，发现水走壳程的换热器有阻塞现象，其原因是水的流速缓慢，管间距离狭窄，循环水中的水渣发生了沉积，造成了阻塞，引起换热效果降低。
随后，对阻塞的换热器进行了化学清洗，清洗后，将换热器的冷却水出入口和物料出入口进行了更换，全部换热器是水走管程，随后系统运行正常。
零排放技术运行六个月后，对个别的换热器进行解列检查，发现换热器的封头、管板及管道表面光滑﹑无垢﹑无锈瘤和锈斑，仅有薄薄一层软泥,用高压水冲洗了一遍就彻底干净了。
这时的补充水和循环水的水质情况是：
指标
项目
碱度（mmol/l）
硬度（mmol/l）
Ca2+
（mg/l）
CI-
（mg/l）
浊度
（mg/l）
PH值
补充水
4.6
6.4
90
24
0.5
7.83
循环水
14
33
400
230
364
7.78
倍率
3.04
5.16
4.44
9.58
728
根据以上数据和换热器的外观情况,作出以下判断:
①已经检测到的循环水浓缩倍率是9.58倍,与循环水的浊度倍率相比,相差甚远,说明循环水中的氯化物超饱和后也会发生结晶析出现象。
②循环水中的碱度在受热后，有一部分变成了CO2和H2O，有一部分和硬度结合形成了水渣，增长了循环水的浊度。
③循环水中的浊度虽然很高，但是水渣没有附着能力，因而没有影响换热效果。
④多功能阻垢缓蚀剂不仅有阻垢除垢能力，而且具有缓蚀预膜能力。
零排放技术运行八个月后，再次对个别换热器进行检查，管板﹑管道﹑封头依然光滑无垢，无锈瘤﹑锈斑，这时的补充水质和循环水水质与第六个月时的情况区别不大。
7.结束语
运用化学处理和物理处理相结合的方法，是可以达到工业循环冷却水系统零排放目标的。
零排放技术的关键在于阻垢缓蚀剂同时具有螯合能力﹑分散能力﹑改变晶格能力和缓蚀预膜能力。
循环冷却水零排放适应于水走管程的换热设备，在水在壳程的换热设备中容易发生水渣阻塞。
循环冷却水零排放，要求旁滤器的过滤能力不能小于循环水量的10%，否则浊度太高影响循环水流速。
循环水零排放技术节水显著，将成为工业循环冷却水处理未来发展的方向。
[作者介绍]董兆祥（1948.5—）邯郸市奥博水处理有限公司总经理，总工程师。
长期从事循环冷却水处理技术的应用研究和新产品开发。
联系电话：
13931006982
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