提高循环水浓缩倍数

 

1  概述
    淡水是全球一种有限而宝贵的资源，也是人类及万物赖以生存的生命之源。在化学工业上，也是作用巨大的。生产中用的冷却水，其量占全厂用水量70～80%，是用水大项。我G是一个严重缺水的G家，节水减排势在必行。想节水减排，不抓冷却用水显然是不行的。
    冷却循环水系统运行的好坏，直接关系到企业安全、高效地生产，必需给予保证。在确保生产正常的前提下，节水减排工作只有一条出路，那就是科学地、合理地采用处理技术，将目前循环水浓缩倍数由2～3倍提**4～6倍!这是节水减排的关键所在。但随着浓缩倍数的提高，对水质运行质量会造成难度，如产生结垢、腐蚀或软泥沉积等新的问题。但为了节水减排，这些难题必需给予解决，节水才能成为可能。
2  提高浓缩倍数是节水的关键
    在敞开式循环冷却水系统中，浓缩倍数是一项主要指标。浓缩倍数越大，说明水重复利用率越高，排污越少，当然补水也会越少了。所以说，提高浓缩倍数是节水之关键。
    循环冷却水在运行中，水会发生蒸发损失、风吹损失、排污损失及泄漏损失。为了维持水池水位，会进行相应补充。以上四种损失之总和就组成了补水量。循环水中溶解盐类也会随之产生浓缩，这是因为蒸发损失所产生水量，基本不会带出盐类，而补入水质中盐类会在循环水中积聚，所以水系统运行时间长，循环水中盐类也会发生相应浓缩。我们就是利用某种盐类的浓缩来测算浓缩倍数。较常用方法是利用水中氯离子(有条件也可用钾离子)，计算方法：
    浓缩倍数＝循环水中Cl-/补充水中Cl-
    为了节水减排，必需弄清浓缩倍数同排污率关系
    补水量由蒸发损失+风吹损失+渗漏损失+排污损失组成
    渗漏损失纯为外部因素，可不计。风吹损失则与吹风量、塔型及有否收水器有关，一般按循环水量的0.1～0.2%估算。蒸发损失主要由外界气温、湿度、塔型、冷热水温差等因素决定，而排污损失则和水质及药剂处理允许的浓缩倍数有关。允许浓缩倍数高，排污就少，如满足条件，甚**可以不排。所以说，想节水减排，就只有提高浓缩倍数，而提高浓缩倍数又只有选用优良的药剂及工艺或通过改善补充水水质而改善循环水水质来达到。
    附：固定条件测出循环水浓缩倍数及排污率关系曲线

从以上曲线可以查出，浓缩倍数2时，排污率约1.6%，而升**5倍时，排污率仅为0.3%。假设某厂循环水总量为10000m3/h，如保持浓缩倍数为2倍，则排污量10000×1.6%＝160m3/h，如能提**5倍，10000×0.3%=30m3/h，节水160-30=130m3/h。
如一年按8000小时生产，则一年节水并减排104万吨。节省费用200余万元/年，治污又增效，节水又减排，经济、环保双赢。
3 提高浓缩倍数后的水质危害
提高浓缩倍数jue不能用强行关上排污阀来实现，这样会给生产带来严重后果，加重水系统中设备结垢、腐蚀和软泥积沉，而影响生产。水质不好产生的问题是慢性病，几天可能看不出来，一旦时间长必然会出问题，这点已被不少企业的实际情况所证实。这是因为水质经高倍浓缩后，会产生一系列物理、化学反应，在低浓缩倍数运行时不会产生的问题，在高倍时就会产生并加重，如悬浮物。高倍运行时，大量灰尘、泥砂等杂质进入系统，由于长期不排污，会越积越多，造成系统软泥沉积，轻者引起传热下降，如积沉lmm，传热性能下降5%；重者还会因泥下缺氧而产生硫酸菌繁殖，生成硫酸而腐蚀金属，损坏设备，并且灰尘还会吸附循环水中的药剂，造成药剂成本加大而增加处理成本。
其次是硬度，高浓缩必然是高硬度，结垢趋 势加快。COD、NH4-N等项目也会因高倍运行而产生问题。且菌藻繁殖也会加快，带来系统中生物软泥增多，堵塞冷却塔填料及流速低的换热器。以上问题产生都会给生产带来影响或损坏设备，从以上问题可以看出，提高浓缩倍数虽然节水但应有相应的技术措施跟上，否则是不行的。
提高倍数的措施一般走两条路线，一条是提高处理药剂及净化能力，来适应高倍运行。另一条是通过处理—次水来改善补水水质。有时也可二条办法全采用。具体到某企业该如何办，要结合各单位实际情况进行具体问题具体分析，因地制宜，按体裁衣，万不可生搬硬套，要由有经验单位帮做经济技术比较分析，以决定选何方案。
4 影响循环水浓缩倍数的原因
实践中，见不少企业早已关上排污阀，而浓缩倍数却提不上去，产生原因大致有：
1、池或回水沟泄漏，特别是采用地沟回水的系统，**易发生渗漏。解决办法当然是尽量堵漏。
2、循环水进出口水温温差太小，冷却塔一般设计取温差10℃左右，而企业为保险，一般选水泵流量偏大，造成温差小，经实测，不少企业水温温差仅在4～5℃，远低于设计值，温差小蒸发损失就低，如夏季温差5℃，蒸发损失率为0.8%，而温差10℃则为1.6%。蒸发损失率低，补水率也随之下降，补入盐类也就减少，浓缩倍数迟迟上不去。解决办法是适应关于水泵出口阀，减少循环水量，在不影响生产前提下，提高温差，不但节省电能，也利于浓缩倍数的提高。#p#分页标题#e#
3、风吹损失率大，因不同冷却设备，其风吹损失率变化是较大的，如采用**池冷却企业，其风吹损失率为1.5～2%，**式冷却塔1～3%，风筒式机力通风冷却塔0.3～0.5%，带收水器的仅0.1～0.2%，低和高的差10倍以上。风吹损失的水为循环水，带有水中盐类，代替了排污，风吹损失＞0.5%，几乎不需排污就可满足盐类平衡。解决办法是冷却塔应装高效收水器。选购新的冷却设备时还应该注意其风吹损失率大小，如选择不当，不但会造成年损失几百万吨水的浪费，还会带来处理费用的增加及排污水量的治理费用。采用喷嘴式喷淋冷却的应注意风吹损失量，太大的浪费水。
5 简介几家减排治理循环水实例企业  
节水减排已被众多企业所认识，有的是自觉，也有的可能是迫于实际，但不管何因，开始重视节水减排却是实情，动的早，见效也早。
1、一次补给水选用脱盐处理工艺——实现零排放方案
如山西某大型化肥企业，新建合成氨40万吨/年，年产尿素40万吨，甲醇20万吨。全厂冷却循环水15000m3/h，一次水补水水质：
外状：清 PH：7.2 导电度：760us/cm
碱度：255mg/L(CaCO3) CI-：29mg/L
硬度：500mg/L(CaCO3)
一次水总硬度大，永硬也大，如采用常规循环水处理，浓缩倍数**多二倍多，排污率应在1%左右，一年排污量约120万吨，另用阻垢剂费用约300万元。同时还会增待处理污水120万吨/年，几项相加**少要用600～700万元/年处理费用(还未算处理污水一次性投资)。该企业在作了经济、技术比较后，采用了处理一次补水采用浅除盐水的方案，由我所设计并上了一套出力450m3/h浅除盐设备，其中分流出150m3/h作一次水补入循环水，余300m3/h供生产用，为此项目增加投入200万元。由于处理后循环水补充水水质导电率20us/em，硬度、碱度几乎为0，氯根小于5mg/L，循环水按零排污执行，即使浓缩倍数达到10倍，实现零排放。此时，循环水导电度也只在＜200us/cm,CI-＜50mg/L,完全不需排污。设计时，补浅除盐水按循环水量1%计算，夏季不够还需补少量一次工业水调节，只要保持循环水暂硬＜2.5mmol/L，即使不加阻垢剂也不会结垢。改造后，阻垢剂不加缓蚀杀菌剂还是应该加的，旁路过滤也应保留。这样算下来，新工艺一年药剂费及处理费不足百万，半年即可收回投资。此不失为—个彻底不排污的好方案。技术关键是利用了浅除盐技术出水水质好而处理成本低的技术优势。如采用标准脱盐水工艺或反渗透处理工艺对一次补给水处理，成本就不合算了，比浅除盐会高出50～60%。
2、循环水补给水新型除碱软化处理工艺——提高浓缩倍数，节水减排方案
河南某大型化肥企业，扩建新上一套18-30工程，年产合成氨18万吨，尿素30万吨，甲醇5万吨，热电1.2万KW机组的综合性企业，全厂冷却循环水20000m3/h，设计循环水补充水量按200m3/h，一次水质：
外状：清PH：7.4 K+、Na+：200mg/L C1-：79mg/L
SO42-：199mg/L 硬度：287mg/L(CaCO3)
碱度：404mg/L(CaCO3)
从一次水水质可见，该企业水质不好，腐蚀性离子C1-、SO42-较大，如采取一次水100%进行全脱盐处理，投资350万元以上!但该水质碱度＞硬度，利于新型弱酸软化处理工艺，故推荐上此工艺，处理设备投资仅80万元，比浅除盐方案节省一次性投资200余万元，处理成本主要是耗工业盐酸0.8kg/m3水，耗酸成本0.4元/m3，一年循环水补充水处理费用不足百万元。如采用不进行补充水处理的老工艺，浓缩倍数仅可达2**3倍，排污率应为1%。采取对补充水软化处理的新工艺排污率可降**0.2%，节省一次水20000×(1—0.2)＝160m3/h×8000＝128万吨/年，同时少排污也是128万吨/年，相加省费用300～400万元/年。实践证明，加药费用也比常规不处理一次水质技术还可省100万元/年以上，新技术投资费用几个月可收回投资，且水系统无垢无腐蚀。
本工艺可提高浓缩倍数，实现减排节水，但还不可能完全实现零排污。新工艺特点是除硬度软化水质的同时，也除去了相应的碱度，这点是同一般软化工艺所不同的，水质远优于普通软水，但处理成本却和一般软水相近。
3、加强旁滤，改用新药剂——提高浓缩倍数方案
对一次水质较好的企业，也可以通过强化旁滤，改用新药剂的方法达到节水减排，提高循环水浓缩倍数的方案。
如对山东某化肥企业及河北某化肥企业，均采取了以上措施。
一是强化旁滤。循环水中悬浮物危害很大，必需控制在＜10mg/L，解决办法是对缺少旁滤设备的企业应给予加上，对已有过滤设备的企业主要是给予改造，将普通过滤改成高效过滤器，这是因为普通过滤器、无阀滤池截污力差，反洗次数多，反洗水耗大，且过滤效果还不好。循环水浓缩倍数一旦升**4～6倍，其排污率一般在0.2～0.4%。一个1000m3/h的循环水系统，**外排水量仅20～40m3，远不够反洗过滤器之用，这也是不少企业设计上虽装有过滤器(或无阀滤池)，而实际上大多不用的原因。解决的办法是更换或改成新型高效过滤器，改的办法有更换新型填料稀土均粒滤料及配套的设备改进。稀土滤料改变了填料表面电荷，增大了吸附除浊能力，远非普通滤料可比。改后过滤出力提高50%以上，而截污能力提高2～4倍。反洗用水减少50～80%，以少量应排循环水作反冲洗水化废为利，即净化了水质，又节省了排水，一举二得。如山东某化工集团将老式过滤器改成新型过滤器后达到了良好效果。#p#分页标题#e#
二是更换药剂配方。普通药剂阻垢效果差，高倍数运行时不适应，新型药剂性能好，有较高阻垢及缓蚀功能，由于循环水高倍运行补水率小，水中悬浮物也低，故总加药量也会下降。新工艺不但水质好，处理费用相反会减少20%以上，如河北某化肥厂，改后比改前省药剂费30%。循环水水质好，系统干净，省药又省水，对生产好处更大。
此工艺缺点是因一次水水质会限制浓缩倍数的提高，只会实现节水减排，难于实现零排放。但对一次水水质较好的老企业，此方案因投资少，见效快，所以也不失为一种可选择方案。
6 结束语
治污能增效，节水又减排的治水策略，已被众多企业所赞同。污不能不治，水也不能不节，这是社会发展的必然，作者以个人浅薄之识，努力介绍了一些我单位实施循环冷却水节水减排的处理经验。循环水处理方案较多，有的可在原基础上进行改进；有的可对一次补水作脱盐或软化处理；有的也可对排污水进行处理后再回用于循环水，总之办法和方案多多，但不管采用何法，都需结合厂里实际情况，作较全面的经济、技术比较，优选出适合自己的改造方案，才可收到事半功倍之效。