提高循環水濃縮倍數

 

1  概述
    淡水是全球一種有限而寶貴的資源，也是人類及萬物賴以生存的生命之源。在化學工業上，也是作用巨大的。生產中用的冷卻水，其量占全廠用水量70～80%，是用水大項。我G是一個嚴重缺水的G家，節水減排勢在必行。想節水減排，不抓冷卻用水顯然是不行的。
    冷卻循環水系統運行的好壞，直接關系到企業安全、高效地生產，必需給予保證。在確保生產正常的前提下，節水減排工作只有一條出路，那就是科學地、合理地采用處理技術，將目前循環水濃縮倍數由2～3倍提**4～6倍!這是節水減排的關鍵所在。但隨著濃縮倍數的提高，對水質運行質量會造成難度，如產生結垢、腐蝕或軟泥沉積等新的問題。但為了節水減排，這些難題必需給予解決，節水才能成為可能。
2  提高濃縮倍數是節水的關鍵
    在敞開式循環冷卻水系統中，濃縮倍數是一項主要指標。濃縮倍數越大，說明水重復利用率越高，排污越少，當然補水也會越少了。所以說，提高濃縮倍數是節水之關鍵。
    循環冷卻水在運行中，水會發生蒸發損失、風吹損失、排污損失及泄漏損失。為了維持水池水位，會進行相應補充。以上四種損失之總和就組成了補水量。循環水中溶解鹽類也會隨之產生濃縮，這是因為蒸發損失所產生水量，基本不會帶出鹽類，而補入水質中鹽類會在循環水中積聚，所以水系統運行時間長，循環水中鹽類也會發生相應濃縮。我們就是利用某種鹽類的濃縮來測算濃縮倍數。較常用方法是利用水中氯離子(有條件也可用鉀離子)，計算方法：
    濃縮倍數＝循環水中Cl-/補充水中Cl-
    為了節水減排，必需弄清濃縮倍數同排污率關系
    補水量由蒸發損失+風吹損失+滲漏損失+排污損失組成
    滲漏損失純為外部因素，可不計。風吹損失則與吹風量、塔型及有否收水器有關，一般按循環水量的0.1～0.2%估算。蒸發損失主要由外界氣溫、濕度、塔型、冷熱水溫差等因素決定，而排污損失則和水質及藥劑處理允許的濃縮倍數有關。允許濃縮倍數高，排污就少，如滿足條件，甚**可以不排。所以說，想節水減排，就只有提高濃縮倍數，而提高濃縮倍數又只有選用優良的藥劑及工藝或通過改善補充水水質而改善循環水水質來達到。
    附：固定條件測出循環水濃縮倍數及排污率關系曲線

從以上曲線可以查出，濃縮倍數2時，排污率約1.6%，而升**5倍時，排污率僅為0.3%。假設某廠循環水總量為10000m3/h，如保持濃縮倍數為2倍，則排污量10000×1.6%＝160m3/h，如能提**5倍，10000×0.3%=30m3/h，節水160-30=130m3/h。
如一年按8000小時生產，則一年節水并減排104萬噸。節省費用200余萬元/年，治污又增效，節水又減排，經濟、環保雙贏。
3 提高濃縮倍數后的水質危害
提高濃縮倍數jue不能用強行關上排污閥來實現，這樣會給生產帶來嚴重后果，加重水系統中設備結垢、腐蝕和軟泥積沉，而影響生產。水質不好產生的問題是慢性病，幾天可能看不出來，一旦時間長必然會出問題，這點已被不少企業的實際情況所證實。這是因為水質經高倍濃縮后，會產生一系列物理、化學反應，在低濃縮倍數運行時不會產生的問題，在高倍時就會產生并加重，如懸浮物。高倍運行時，大量灰塵、泥砂等雜質進入系統，由于長期不排污，會越積越多，造成系統軟泥沉積，輕者引起傳熱下降，如積沉lmm，傳熱性能下降5%；重者還會因泥下缺氧而產生硫酸菌繁殖，生成硫酸而腐蝕金屬，損壞設備，并且灰塵還會吸附循環水中的藥劑，造成藥劑成本加大而增加處理成本。
其次是硬度，高濃縮必然是高硬度，結垢趨 勢加快。COD、NH4-N等項目也會因高倍運行而產生問題。且菌藻繁殖也會加快，帶來系統中生物軟泥增多，堵塞冷卻塔填料及流速低的換熱器。以上問題產生都會給生產帶來影響或損壞設備，從以上問題可以看出，提高濃縮倍數雖然節水但應有相應的技術措施跟上，否則是不行的。
提高倍數的措施一般走兩條路線，一條是提高處理藥劑及凈化能力，來適應高倍運行。另一條是通過處理—次水來改善補水水質。有時也可二條辦法全采用。具體到某企業該如何辦，要結合各單位實際情況進行具體問題具體分析，因地制宜，按體裁衣，萬不可生搬硬套，要由有經驗單位幫做經濟技術比較分析，以決定選何方案。
4 影響循環水濃縮倍數的原因
實踐中，見不少企業早已關上排污閥，而濃縮倍數卻提不上去，產生原因大致有：
1、池或回水溝泄漏，特別是采用地溝回水的系統，**易發生滲漏。解決辦法當然是盡量堵漏。
2、循環水進出口水溫溫差太小，冷卻塔一般設計取溫差10℃左右，而企業為保險，一般選水泵流量偏大，造成溫差小，經實測，不少企業水溫溫差僅在4～5℃，遠低于設計值，溫差小蒸發損失就低，如夏季溫差5℃，蒸發損失率為0.8%，而溫差10℃則為1.6%。蒸發損失率低，補水率也隨之下降，補入鹽類也就減少，濃縮倍數遲遲上不去。解決辦法是適應關于水泵出口閥，減少循環水量，在不影響生產前提下，提高溫差，不但節省電能，也利于濃縮倍數的提高。#p#分頁標題#e#
3、風吹損失率大，因不同冷卻設備，其風吹損失率變化是較大的，如采用**池冷卻企業，其風吹損失率為1.5～2%，**式冷卻塔1～3%，風筒式機力通風冷卻塔0.3～0.5%，帶收水器的僅0.1～0.2%，低和高的差10倍以上。風吹損失的水為循環水，帶有水中鹽類，代替了排污，風吹損失＞0.5%，幾乎不需排污就可滿足鹽類平衡。解決辦法是冷卻塔應裝高效收水器。選購新的冷卻設備時還應該注意其風吹損失率大小，如選擇不當，不但會造成年損失幾百萬噸水的浪費，還會帶來處理費用的增加及排污水量的治理費用。采用噴嘴式噴淋冷卻的應注意風吹損失量，太大的浪費水。
5 簡介幾家減排治理循環水實例企業  
節水減排已被眾多企業所認識，有的是自覺，也有的可能是迫于實際，但不管何因，開始重視節水減排卻是實情，動的早，見效也早。
1、一次補給水選用脫鹽處理工藝——實現零排放方案
如山西某大型化肥企業，新建合成氨40萬噸/年，年產尿素40萬噸，甲醇20萬噸。全廠冷卻循環水15000m3/h，一次水補水水質：
外狀：清 PH：7.2 導電度：760us/cm
堿度：255mg/L(CaCO3) CI-：29mg/L
硬度：500mg/L(CaCO3)
一次水總硬度大，永硬也大，如采用常規循環水處理，濃縮倍數**多二倍多，排污率應在1%左右，一年排污量約120萬噸，另用阻垢劑費用約300萬元。同時還會增待處理污水120萬噸/年，幾項相加**少要用600～700萬元/年處理費用(還未算處理污水一次性投資)。該企業在作了經濟、技術比較后，采用了處理一次補水采用淺除鹽水的方案，由我所設計并上了一套出力450m3/h淺除鹽設備，其中分流出150m3/h作一次水補入循環水，余300m3/h供生產用，為此項目增加投入200萬元。由于處理后循環水補充水水質導電率20us/em，硬度、堿度幾乎為0，氯根小于5mg/L，循環水按零排污執行，即使濃縮倍數達到10倍，實現零排放。此時，循環水導電度也只在＜200us/cm,CI-＜50mg/L,完全不需排污。設計時，補淺除鹽水按循環水量1%計算，夏季不夠還需補少量一次工業水調節，只要保持循環水暫硬＜2.5mmol/L，即使不加阻垢劑也不會結垢。改造后，阻垢劑不加緩蝕殺菌劑還是應該加的，旁路過濾也應保留。這樣算下來，新工藝一年藥劑費及處理費不足百萬，半年即可收回投資。此不失為—個徹底不排污的好方案。技術關鍵是利用了淺除鹽技術出水水質好而處理成本低的技術優勢。如采用標準脫鹽水工藝或反滲透處理工藝對一次補給水處理，成本就不合算了，比淺除鹽會高出50～60%。
2、循環水補給水新型除堿軟化處理工藝——提高濃縮倍數，節水減排方案
河南某大型化肥企業，擴建新上一套18-30工程，年產合成氨18萬噸，尿素30萬噸，甲醇5萬噸，熱電1.2萬KW機組的綜合性企業，全廠冷卻循環水20000m3/h，設計循環水補充水量按200m3/h，一次水質：
外狀：清PH：7.4 K+、Na+：200mg/L C1-：79mg/L
SO42-：199mg/L 硬度：287mg/L(CaCO3)
堿度：404mg/L(CaCO3)
從一次水水質可見，該企業水質不好，腐蝕性離子C1-、SO42-較大，如采取一次水100%進行全脫鹽處理，投資350萬元以上!但該水質堿度＞硬度，利于新型弱酸軟化處理工藝，故推薦上此工藝，處理設備投資僅80萬元，比淺除鹽方案節省一次性投資200余萬元，處理成本主要是耗工業鹽酸0.8kg/m3水，耗酸成本0.4元/m3，一年循環水補充水處理費用不足百萬元。如采用不進行補充水處理的老工藝，濃縮倍數僅可達2**3倍，排污率應為1%。采取對補充水軟化處理的新工藝排污率可降**0.2%，節省一次水20000×(1—0.2)＝160m3/h×8000＝128萬噸/年，同時少排污也是128萬噸/年，相加省費用300～400萬元/年。實踐證明，加藥費用也比常規不處理一次水質技術還可省100萬元/年以上，新技術投資費用幾個月可收回投資，且水系統無垢無腐蝕。
本工藝可提高濃縮倍數，實現減排節水，但還不可能完全實現零排污。新工藝特點是除硬度軟化水質的同時，也除去了相應的堿度，這點是同一般軟化工藝所不同的，水質遠優于普通軟水，但處理成本卻和一般軟水相近。
3、加強旁濾，改用新藥劑——提高濃縮倍數方案
對一次水質較好的企業，也可以通過強化旁濾，改用新藥劑的方法達到節水減排，提高循環水濃縮倍數的方案。
如對山東某化肥企業及河北某化肥企業，均采取了以上措施。
一是強化旁濾。循環水中懸浮物危害很大，必需控制在＜10mg/L，解決辦法是對缺少旁濾設備的企業應給予加上，對已有過濾設備的企業主要是給予改造，將普通過濾改成高效過濾器，這是因為普通過濾器、無閥濾池截污力差，反洗次數多，反洗水耗大，且過濾效果還不好。循環水濃縮倍數一旦升**4～6倍，其排污率一般在0.2～0.4%。一個1000m3/h的循環水系統，**外排水量僅20～40m3，遠不夠反洗過濾器之用，這也是不少企業設計上雖裝有過濾器(或無閥濾池)，而實際上大多不用的原因。解決的辦法是更換或改成新型高效過濾器，改的辦法有更換新型填料稀土均粒濾料及配套的設備改進。稀土濾料改變了填料表面電荷，增大了吸附除濁能力，遠非普通濾料可比。改后過濾出力提高50%以上，而截污能力提高2～4倍。反洗用水減少50～80%，以少量應排循環水作反沖洗水化廢為利，即凈化了水質，又節省了排水，一舉二得。如山東某化工集團將老式過濾器改成新型過濾器后達到了良好效果。#p#分頁標題#e#
二是更換藥劑配方。普通藥劑阻垢效果差，高倍數運行時不適應，新型藥劑性能好，有較高阻垢及緩蝕功能，由于循環水高倍運行補水率小，水中懸浮物也低，故總加藥量也會下降。新工藝不但水質好，處理費用相反會減少20%以上，如河北某化肥廠，改后比改前省藥劑費30%。循環水水質好，系統干凈，省藥又省水，對生產好處更大。
此工藝缺點是因一次水水質會限制濃縮倍數的提高，只會實現節水減排，難于實現零排放。但對一次水水質較好的老企業，此方案因投資少，見效快，所以也不失為一種可選擇方案。
6 結束語
治污能增效，節水又減排的治水策略，已被眾多企業所贊同。污不能不治，水也不能不節，這是社會發展的必然，作者以個人淺薄之識，努力介紹了一些我單位實施循環冷卻水節水減排的處理經驗。循環水處理方案較多，有的可在原基礎上進行改進；有的可對一次補水作脫鹽或軟化處理；有的也可對排污水進行處理后再回用于循環水，總之辦法和方案多多，但不管采用何法，都需結合廠里實際情況，作較全面的經濟、技術比較，優選出適合自己的改造方案，才可收到事半功倍之效。