冷卻循環(huán)水處理試驗研究

邸亞男

（天津渤天化工有限責任公司，天津 300480）

循環(huán)冷卻水處理能控制結垢，防止腐蝕，抑制微生物，防止環(huán)境污染，是節(jié)約淡水資源和合理使用水資源的有效途徑。因此在我公司發(fā)展高效的循環(huán)冷卻水處理技術是實現(xiàn)節(jié)能降耗的重要途徑。其意義如下：

（1）穩(wěn)定生產(chǎn)：沒有水垢附著、腐蝕、穿孔或污泥堵塞等危害，系統(tǒng)中的換熱器可以在良好的環(huán)境中工作，從而在循環(huán)冷卻水方面為公司長期安全生產(chǎn)提供了保證。（2）節(jié)約水資源：隨著循環(huán)水濃縮倍率的提高，補充水量就會減少，水的重復利用率提高，從而節(jié)約水資源。（3）減少環(huán)境污染：由于循環(huán)水系統(tǒng)可以減少冷卻水的排放量，甚至對排污水進一步處理后，可以用作系統(tǒng)的補充水用，也就不會存在污染的問題，破壞生態(tài)環(huán)境的問題。

1 系統(tǒng)概況及配方設計方案

1.1 水質(zhì)分析

我公司循環(huán)水水源為地下水，其水質(zhì)分析數(shù)據(jù)如表1所示。

1.2 水質(zhì)特點

由表1數(shù)據(jù)可知，補充水中的Ca2+、Mg2+濃度低，堿度大于硬度屬負硬水，而且pH值偏高，該水的穩(wěn)定指數(shù)為：一倍水6.7，屬輕度結垢型水質(zhì)；二倍水5.52，屬中度結垢型水質(zhì)；三倍水4.74，屬嚴重結垢型水質(zhì)。

1.3 系統(tǒng)運行概況

冷卻水設備材質(zhì)：鎳；走水一側(cè)設備材質(zhì)：碳鋼；冷卻水流速：500t/h；換熱器表面最高溫度：80℃；水冷設備類型：板式換熱器；循環(huán)水量：200t；保有水量：190t；排污水量：50t；補充水量：180t；冷卻水進口溫度：32℃；冷卻水出口溫度：40℃；濃縮倍數(shù)：2。

表1 地下水水質(zhì)分析

1.4 配方設計方案

1.4.1 設計思路

根據(jù)上述水質(zhì)特點及工藝參數(shù)和車間設備材質(zhì)情況，我們提出如下配方：

HEDP：HPMA：PBTCA：三元共聚物：七水硫酸鋅：六偏磷酸鈉=1：1：1：2：1：0.5

1.4.2 藥劑性能

HEDP是同碳二膦酸型中的一種有機膦酸。其化學名稱為羥基乙叉二膦酸。它的抗氧化性比較強，能與金屬離子形成六元環(huán)鰲合物，并且有臨界值效應和協(xié)同效應，因此它對抑制碳酸鈣、水合氧化鐵等的析出或沉積有很好的效果。

HPMA是水解聚馬來酸酐的簡稱，由于分子結構中羧基數(shù)比聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸多，因此阻垢性能比較好，而且能在175℃左右的較高溫度下保持良好的阻垢性。

PBTCA的化學名稱是2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸，由于它的分子結構中同時含有膦酸基和羧基兩種基團，在這兩種基團的共同作用下，使得PBTCA能在高溫、高硬度和高pH的水質(zhì)條件下，與常用有機膦酸相比，PBTCA不易形成難溶的有機膦酸鈣。同時它還具有緩蝕作用，特別是在高劑量使用時，它還是一種高效緩蝕劑。PBTCA與鋅鹽和聚磷酸鹽復配可產(chǎn)生良好的協(xié)同效應。

三元共聚物是丙烯酸、AMPS、丙烯磺酸鹽、磷酸鹽的共聚物，是一類綜合性能優(yōu)良的阻垢分散劑，對循環(huán)水中常見的磷酸鈣、碳酸鈣、鋅垢等均有顯著的作用，并且分散性能優(yōu)良。它在高堿、高硬、高濁度、高pH值的水質(zhì)中，不僅自身有優(yōu)異的阻垢分散性能，而且可以與有機膦酸、鋅鹽、鉬酸鹽等緩蝕劑復配，尤其是可與鋅鹽大劑量復配，從而提高了藥劑對碳鋼的緩蝕率。

六偏磷酸鈉加入水中，能夠破壞碳酸鈣等晶體的正常生長過程，從而阻止了碳酸鈣水垢的形成，同時它還具有緩蝕作用。

2 實驗部分

向7個500mL的燒杯中加入不同的實驗用水（水質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表2），分別為(0)(1)(2)(3)(4)(5)(6)，其中(0)為空白試驗，是井水即生產(chǎn)實際用補充水，(1)(2)(3)(4)(5)(6)為加入了不同復配濃度阻垢劑的井水，加入的水量都為500mL，畫好刻度線，于通風條件下在80℃恒溫蒸發(fā)濃縮，隨著蒸發(fā)濃縮的進行，要不斷地向燒杯中補充井水，以保持500mL，直至每組都加入了750mL井水為止此時濃縮倍率為2.5，取出燒杯，冷卻，過濾，檢測濾液中的殘留Ca2+含量，結果見表3。

3 水處理方案的確定

通過試驗，確定分公司水處理方案為阻垢緩蝕劑：60mg/L；非氧化性殺菌劑：80～100 mg/L；氧化性殺菌劑：50～100 mg/L。阻垢緩蝕劑采用連續(xù)加藥方式，這樣能使循環(huán)冷卻水中的阻垢劑均勻，效果好。非氧化性殺菌劑，采用沖擊加入，加藥量根據(jù)保有水量計算，每10d沖擊一次。氧化性殺菌劑，采用沖擊加入，加藥量根據(jù)保有水量計算，每5d沖擊一次。氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑交替使用。

表2 補充水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

表3 試驗結果

4 應用試驗

根據(jù)試驗配方及車間水系統(tǒng)的排水量，我們每天向循環(huán)水系統(tǒng)加入定量的阻垢緩蝕劑，維持水系統(tǒng)總膦在5～8mg/L，并定期向系統(tǒng)加入氧化性殺菌滅藻劑和非氧化性殺菌滅藻劑，定期對水質(zhì)進行分析。經(jīng)處理后的循環(huán)冷卻水得到明顯改善，使冷卻水系統(tǒng)中的換熱器始終在良好的環(huán)境中工作，性能良好，而且殺菌滅藻劑作用明顯。自應用該試驗方法以來，換熱器檢修次數(shù)明顯減少，換熱效果良好，成品堿溫度在44～45℃之間，未出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題，生產(chǎn)運轉(zhuǎn)正常。水質(zhì)分析抽檢數(shù)據(jù)見表4。

表4 水質(zhì)分析抽檢數(shù)據(jù)

5 結論

總之，經(jīng)小試及應用試驗和車間的控制工藝參數(shù)可知：該藥劑配方的阻垢性能良好，在實際生產(chǎn)中，減少了換熱器檢修次數(shù)，減輕換熱器的損壞程度，使換熱器可以在良好的環(huán)境中工作，為車間長周期安全生產(chǎn)提供了保證。今后應加強循環(huán)冷卻水的現(xiàn)場監(jiān)測，包括水質(zhì)，黏泥、掛片及監(jiān)測換熱器等應用和開發(fā)新型的查漏技術，做好節(jié)水工作。開發(fā)高效的高濃縮倍數(shù)的水處理技術，重視水質(zhì)穩(wěn)定處理技術的進步，重視補充水水質(zhì)，降低補充水濁度以減少帶入水中的泥沙等懸浮物的含量，重視循環(huán)冷卻水的回用，開發(fā)循環(huán)冷卻水回用新技術、新工藝、達到節(jié)約用水的目的。