《工业循环水处理运行全过程讲解》

  • 来源专题:水体污染治理
  • 编译者: 王阳
  • 发布时间:2019-06-28
  • :工业循环冷却水系统在运行过程中,由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩,其中所含的盐类超标,阴阳离子增加、pH值明显变化,致使水质恶化,而循环水的温度,pH值和营养成分有利于微生物的繁殖,冷却塔上充足的日光照射更是藻类生长的理想地方。而结垢控制及腐蚀控制、微生物的控制等等,必然的需要进行循环水处理。

    循环水运行过程中主要产生的问题:

    (1)水垢:由于循环水在冷却过程中不断地蒸发,使水中含盐浓度不断增高,超过某些盐类的溶解度而沉淀。常见的有碳酸钙、磷酸钙、硅酸镁等垢。水垢的质地比较致密,大大的降低了传热效率,0.6毫米的垢厚就使传热系数降低了20%。

    (2)污垢:污垢主要由水中的有机物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉尘等构成,垢的质地松软,不仅降低传热效率而且还引起垢下腐蚀,缩短设备使用寿命。

    (3)腐蚀:循环水对换热设备的腐蚀,主要是电化腐蚀,产生的原因有设备制造缺陷、水中充足的氧气、水中腐蚀性离子(Cl-、Fe2+、Cu2+)以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素,腐蚀的后果十分严重,不加控制极短的时间即使换热器、输水管路设备报废。

    (4)微生物粘泥:因为循环水中溶有充足的氧气、合适的温度及富养条件,很适合微生物的生长繁殖,如不及时控制将迅速导致水质恶化、发臭、变黑,冷却塔大量黏垢沉积甚至堵塞,冷却散热效果大幅下降,设备腐蚀加剧。因此循环水处理必须控制微生物的繁殖。

    微生物危害

    循环冷却水中的微生物来自两个方面。一是冷却塔在水的蒸发过程中需要引入大量的空气,微生物也随空气带入冷却水中,二是冷却水系统的补充水或多或少都会有微生物,这些微生物也随补充水进入冷却水系统中。

    藻类在日光的照射下,会与水中的二氧化碳、碳酸氢根等碳源起光合作用,吸收碳素作营养而放出氧,因此,当藻类大量繁殖时,会增加水中溶解氧含量,有利于氧的去极化作用,腐蚀过程因此而加速。微生物在循环水系统中的大量繁殖,会使循环水颜色变黑,发生恶臭,污染环境。同时,会形成大量黏泥使冷却塔的冷却效率降低,木材变质腐烂。

    黏泥沉积在换热器内,使传热效率降低和水头损失增加,沉积在金属表面的黏泥会引起严重的垢下腐蚀,同时它还隔绝了缓蚀阻垢剂对金属的作用,使药剂不能发挥应有的缓蚀阻垢效能。微生物黏泥除了会加速垢下腐蚀外,有些细菌在代谢过程中,生物分泌物还会直接对金属构成腐蚀。所有这些问题导致循环水系统不能长期安全运转,影响生产,造成严重的经济损失,因此,微生物的危害与水垢、腐蚀对冷却水系统的危害是一样的严重,甚至可以说,三者比较起来控制微生物的危害是首要的。

    循环水中微生物的动向可以通过以下化学分析项目进行测量:

    (1)余氯(游离氯) 加氯杀菌时要注意余氯出现的时间和余氯量,因为微生物繁殖严重时就会使循环水中耗氯量大大地增加。

    (2)氨 循环水中一般不含氨,但由于工艺介质泄漏或吸入空气中的氨时也会使水中出现含氨,这时不能掉以轻心,除积极寻找氨的泄漏点外,还要注意水中是否含有亚硝酸根,水中的氨含量最好是控制在10mg/l以下。

    (3)NO2- 当水中出现含氨和亚硝酸根时,说是水中已有亚硝酸菌将氨转化为亚硝酸根,这时循环水系统加氯将变为十分困难,耗氯量增加,余氯难以达到指标,水中NO2-含量最好是控制在小于1mg/l。

    (4)化学需氧量 水中微生物繁殖严重时会使COD增加,因为细菌分泌的黏液增加了水中有机物含量,故通过化学需氧量的分析,可以观察到水中微生物变化的动向,正常情况下水中COD最好小于5mg/l(KMnO4法)。

    循环水中微生物所造成的危害是十分严重的,如果要在微生物造成危害之后采取措施往往是事倍功半还要耗费大量的杀生剂和金钱。因此,事先全面监测循环冷却水的微生物情况是十分必要的。

    浓水倍数

    循环水浓缩倍数是指循环水系统在运行过程中,由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩的倍率(以补充水作基准进行比较),它是衡量水质控制好坏的一个重要综合指标。浓缩倍数低,耗水量、排污量均大且水处理药剂的效能得不到充分发挥;浓缩倍数高可以减少水量,节约水处理费用;可是浓缩倍数过高,水的结垢倾向会增大,结垢控制及腐蚀控制的难度会增加,水处理药剂会失效,不利于微生物的控制,故循环水的浓缩倍数要有一个合理的控制指标。

    水垢的形成

    在循环水系统中,水垢是由过饱和的水溶性组分形成的,水中溶解有各种盐类,如碳酸氢盐、碳酸盐、氯化物、硅酸盐等,其中以溶解的碳酸氢盐如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2

    最不稳定,极容易分解生成碳酸盐,因此,当冷却水中溶解的碳酸氢盐较多时,水流通过换热器表面,特别是温度较高的表面,就会受热分解;水中溶有磷酸盐与钙离子时,也将产生磷酸钙的沉淀;碳酸钙和Ca3(PO4)2等均属难溶解度与一般的盐类还不同,其溶解度不是随温度的升高而加大,而是随着温度的升高而降低。因此,在换热器传热表面上,这些难溶性盐很容易达到过饱和状态而水中结晶,尤其当水流速度小或传热面较粗糙时,这些结晶沉淀物就会沉积在传热表面上,形成通常所称的水垢,由于这些水垢结晶致密,比较坚硬,又称之为硬垢,常见的水垢成分为:碳酸钙,硫酸钙,磷酸钙,镁盐,硅酸盐。

    循环水处理技术

    根据企业循环水系统的特点和工艺条件,结合当地的水质特点,选择适合企业运行条件的水处理方案,通过加药等措施,控制循环水指标在一定范围内运行,既保证生产设备的长周期运行,又提高了循环水利用率。循环水处理技术的利用,既能给企业带来显著的经济效益,又能为社会带来良好的社会效益。所以循环水处理技术应用是非常有必要的。

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    • 生产、生活污水处理是环境保护必不可少的一个环节,以往我们看到的大多污水处理模式是把污水处理成达标的水,然后排放到河流、海洋中。但事实上,生产、生活污水都是淡水,在我们国家淡水资源极度匮乏的背景下,每天还要向江河、大海白白排放大量淡水,这是一个悖论。如果污水经过处理后能够再利用、再循环,这将对节约淡水资源、保护水生态平衡具有重要意义。   在大连有这样一家污水处理厂,与其说它是一家污水处理厂,不如说它是一家污水再生利用厂。它以污水为原料和资源,生产出再生循环水,每年可因此节约淡水资源1500万吨,相当于一个中型水库的蓄水规模。粗略统计,自2002开始利用污水生产再生水以来,这家企业迄今为止共生产再生水约1.01亿吨,既有效治理了水污染,极大地节约了水资源。   绿色理念   变废为宝,将污水 资源化   对于污水,大多数人将其单纯理解为一种负担,因为需要投入很多资金和技术进行处理,才能使当中的各项污染物浓度达到国家标准,然后再排放到江河或大海中。然而在大连恒基新润水务有限公司眼里,污水却是一种资源,可以也应该被循环多次使用,从而减少地球上淡水的消耗。   我国人均淡水资源占有量只有2200m3,仅为世界人均占有量的1/4,是全球13个水资源极度缺乏的国家之一。在这样的背景下,在污水处理领域如何实现污水循环再生利用,比简单的达标进行排放,对于国家和社会来说具有更加重大而深远的意义。   2001年,当社会上普遍对节水和循环再利用水还没有太深刻认识的时候,一家以“绿色循环”为宗旨的水处理公司在大连市开发区诞生——这就是大连恒基新润水务有限公司。当年,恒基水务还是一家小企业,甚至没有自己的厂房,它与大连开发区排水公司签署协议,租用其1000㎡的厂区面积建设深度水处理设施,然后购买这家污水厂经过处理的达到二级排放标准的污水作为原料,进一步生产高品质的再生水。半年的时间,恒基水务跑遍了全球再生水行业技术领先的国家与地区,与法国的德利满、里昂水务、美国STS等世界技术一流的企业进行了深入的交流与谈判,最终选择与美国STS合作。2002年4月,恒基水务正式实现再生水生产,水质完全达标,业内震惊。   说到恒基的高品质再生水,就不得不提到企业自主研发的专利技术——“551曝气生物滤池再生水生产技术”。这一技术最大限度生产出去除污染物和细菌、铁、锰等表面活性剂的高品质再生水,可做为石油、化工、轧钢、发电等各种工业企业的工业用水,并适用于碳钢、不锈钢、铜、铝等金属材料的冷却。2005年2月,大连市科技局组织专家对“551曝气生物滤池再生水生产技术”进行项目鉴定,鉴定结论为:该成果占地面积小、投资少、能耗低、易管理、免维护,生产费用低,实现了真正意义上的工业化和城市污水资源化。在污水处理的效率上和出水指标上达到了世界领先水平,属自主创新成果,应大力推广使用。这开创了我国城市污水大量资源化利用的先河,2010年,中国环境保护产业协会认定该项技术为国家重点环境保护实用技术,具有广泛的推广应用前景。也恰在此年,恒基水务正式收购大连开发区排水公司,实现污水处理和再生利用一体化。   如今,大连恒基水务从最初年产工业再生水150万吨到如今年产1500万吨,持续不断向大连的一些工业企业供应,替代自来水。粗略统计,17年间,恒基水务累计生产再生水达1.01亿吨,节省了大量的淡水资源,既获得了可观的经济效益,更获得了重大的环保效益、社会效益。   绿色环境   花园式工厂,处处绿意盎然   恒基水务的绿色不仅体现在其内在的生产理念和模式上,走进它的厂区,这种绿色理念也从它的外观环境上直观表达出来。   春夏之际进入厂区,“绿意盎然”的景象映入眼帘,令人心旷神怡。恒基水务整个厂区面积约8万平方米,而绿化率高达45%。在这里,道路两侧均被绿植覆盖,沿途遍布花园、果园、菜园,主楼前种植了两行竹林,就连污水处理池周边的空地上都铺设了草坪。   恒基水务的厂区内就是一个“植物园”,在这里你可以看到银杏、云杉、国槐等各种树种,甚至还有珍贵的紫衫树。而企业也在厂区内种植了很多果树,有樱桃树、李子树、杏树、桃树、葡萄树等等,每到收获季节,员工都可以分到果实,成为每年期待的小福利。“每年夏秋季厂区内的各种蔬菜、水果成熟后,员工们都可以自由采摘品尝。去年厂区内的葡萄除了供给食堂使用外,剩下的便拿到专业酒厂用来酿酒,每个员工分了4瓶葡萄酒。”恒基水务相关负责人介绍说。   绿色工艺   以生物法为主,减少环境二次污染   恒基水务的绿色,体现在对污水再生利用,体现在厂区环境优美,也体现在其绿色的处理工艺技术上。   污水处理厂是防治“水污染”的重要城市基础设施,理应做到环境友好、环境无害和环境清洁,避免二次污染。为了实现这一目标,一直以来,恒基水务坚持以生物法为主要模式进行污水处理,在整个处理过程中最大程度减少化学药剂的使用。   通过进水水量、水温、PH、电导率及污染物的动态变化,及时对碳源、溶解氧、回流、污泥浓度等进行调整和控制,使得各微生物的菌群始终处在最佳的活性状态,高效率地去除了污染物,并达到了除磷和除氮的和谐统一。经过长期对系统的持续优化,系统常年稳定运行。通过对菌群的优化与控制,也彻底解决了困扰污水处理行业百年的污泥膨胀问题,革命性地改变了过去按出水指标的变化去进行工艺调整的被动局面。   与居民区毗邻,但常年无异味、无噪声,与百姓相处融洽;将达标视为“天职”,努力降低污染物排放,善待自然;以污水为资源,不断生产再生水,保护地球上的淡水资源。正是这些善良、善意的理念和举动,让恒基水务被评为“大连市十佳环境友好型企业”。   ■相关链接   恒基水务是国家级高新技术企业,拥有自主知识产权的核心技术和专利108项,其中“551曝气生物滤池技术”被中国环境保护产业协会认定为“国家重点环保实用技术”并予以推广。恒基水务起草了《大连市污废水处理设施第三方治理服务标准》的团体标准,是全国环境污染设施第三方治理的首个服务标准。恒基水务是大连市“环境教育基地”,开放面积达8万平方米,包括一个集知识性、科学性、趣味性于一体的水环境教育展厅,还有绿色水处理区、再生水区、海绵建筑分馆等,让公众享有“沉浸式”的参观体验。