工業(yè)循環(huán)水處理技術(shù)研究

李圓圓(太原學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系，山西 太原 030032)

0 引言

工業(yè)循環(huán)水處理對(duì)于我國(guó)水循環(huán)的重要性不言而喻。在工業(yè)循環(huán)水處理中應(yīng)當(dāng)抓住重點(diǎn)，通過對(duì)工業(yè)循環(huán)水處理技術(shù)的系統(tǒng)研究，探索應(yīng)用處理技術(shù)的正確方法，為提升工業(yè)循環(huán)水處理效果奠定基礎(chǔ)。

1 工業(yè)循環(huán)水處理要點(diǎn)

工業(yè)循環(huán)水處理體系具有環(huán)境開放、受外界因素影響大的特征，理論上容易受到多種外界物質(zhì)影響。通過對(duì)工業(yè)循環(huán)水影響因素的分析不難看出，水垢、微生物等因素對(duì)工業(yè)循環(huán)水處理體系影響最為明顯，也是循環(huán)水處理中應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重點(diǎn)。

1.1 水垢

天然氣水中包含有重碳酸鈣物質(zhì)，該物質(zhì)具有多變、受環(huán)境溫度影響大、易沉淀等特性。一般情況下，重碳酸鈣的濃度與水垢量成正比，較高的蒸發(fā)濃度意味著高量級(jí)的水垢[1]。重碳酸鈣濃度達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，會(huì)引發(fā)分解效應(yīng)進(jìn)而導(dǎo)致水垢。重碳酸鈣物質(zhì)產(chǎn)生的水垢沉積附著在機(jī)械設(shè)備表面或內(nèi)壁，水垢的累積效應(yīng)會(huì)影響機(jī)械設(shè)備的工作性能，并降低設(shè)備使用壽命。

1.2 腐蝕效應(yīng)

機(jī)械的長(zhǎng)期使用必然意味著腐蝕效應(yīng)，導(dǎo)致機(jī)械性能顯著降低。引發(fā)機(jī)械腐蝕的因素較多，水垢、微生物的長(zhǎng)期附著均會(huì)引發(fā)腐蝕效應(yīng)。與此同時(shí)，工業(yè)循環(huán)水自身的溶解效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水中氯氧離子含量的大幅度提升，通過化學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致設(shè)備表面發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。如果不及時(shí)處理設(shè)備腐蝕現(xiàn)象，則容易引發(fā)設(shè)備泄露并降低生產(chǎn)安全性。

1.3 微生物

工業(yè)循環(huán)水體系中的微生物來(lái)源眾多。由于循環(huán)水本身處于開放狀態(tài)，意味著大量微生物會(huì)進(jìn)入到工業(yè)循環(huán)水設(shè)備體系。例如自然環(huán)境中的風(fēng)沙天氣會(huì)導(dǎo)致工業(yè)循環(huán)水體系中雜質(zhì)含量的不斷提升，而工業(yè)循環(huán)水體系中具有適宜微生物存活生長(zhǎng)的水環(huán)境，導(dǎo)致進(jìn)入工業(yè)水循環(huán)中的物質(zhì)不斷存活并持續(xù)生長(zhǎng)，最終影響工業(yè)循環(huán)水體系運(yùn)作效率。另一方面，工業(yè)循環(huán)水體系運(yùn)行中難免有部分工藝物質(zhì)的泄露，該部分工藝物質(zhì)也成為影響工業(yè)循環(huán)水體系性能的重要因素。工業(yè)循環(huán)水設(shè)備表面腐蝕現(xiàn)象的誘因之一在于微生物粘液分泌效應(yīng)，通過分泌效應(yīng)導(dǎo)致微生物、沉積物在設(shè)備表面不斷附著沉積，對(duì)工業(yè)循環(huán)水的正常循環(huán)起到顯著的抑制作用，對(duì)于循環(huán)水管道、設(shè)備工作狀態(tài)也會(huì)產(chǎn)生消極影響。

2 處理技術(shù)方法

2.1 化學(xué)處理方法

工業(yè)循環(huán)水處理中經(jīng)常使用投放阻垢劑、殺生劑等方式，延緩工業(yè)循環(huán)水生成水垢的速度，降低設(shè)備因?yàn)樗赴l(fā)生的腐蝕，進(jìn)而保證設(shè)備擁有較長(zhǎng)的使用壽命。上述處理方法都可以歸納為化學(xué)處理方法范疇。應(yīng)用化學(xué)處理法可以提升工業(yè)循環(huán)水的使用價(jià)值，為工業(yè)企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。

(1)復(fù)合水處理劑?；瘜W(xué)處理法中的復(fù)合水處理劑融合多種處理劑的優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮復(fù)合優(yōu)勢(shì)并有效控制多種金屬的腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)前常用的復(fù)合水處理劑包括緩蝕劑、分散劑等多種物料，通過多種處理劑的組合保證處理劑元素的多樣性。在復(fù)合處理劑中包括多種元素的處理配方，其中鉻系配方的作用在于降低工業(yè)循環(huán)水微生物的腐蝕性，進(jìn)而保證循環(huán)水中鋅元素的穩(wěn)定性。鉻系配方原材料來(lái)源豐富，配方成熟且穩(wěn)定度較高，在工業(yè)循環(huán)水處理中大量應(yīng)用[2]。在工廠水循環(huán)處理體系中通過添加緩蝕劑、氧化殺菌劑等專業(yè)制劑，發(fā)揮各種制劑之間的相互作用控制工業(yè)循環(huán)水質(zhì)量，消除水垢以及可能發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。

(2)殺生劑。殺生劑主要應(yīng)用于消除工業(yè)循環(huán)水中微生物。當(dāng)前常見的殺生劑包括氧化與非氧化兩種類型。氧化殺生劑中包含大量氯元素物質(zhì)，由于氯元素引進(jìn)成本低、使用條件要求較低，因此在消除微生物作用顯著。但是氯元素本身具有易泄露、劇毒等特征，如果僅僅使用液氯蒸發(fā)并連續(xù)投加的方式，雖然可以取得良好的殺菌效果，但是無(wú)形中提升了液氯泄漏的概率?；谝郝鹊奶厥庑再|(zhì)，可以采用投加含氯物質(zhì)方式加以改造。例如在工業(yè)循環(huán)水處理中添加次氯酸鈉，在保證水質(zhì)穩(wěn)定的同時(shí)消除液氯使用的潛在隱患。非氧化殺生劑通常濃度偏低，能夠有效降解工業(yè)循環(huán)水中的微生物，與此同時(shí)具備pH值范圍廣闊的特性。

2.2 物理處理方法

此前闡述的化學(xué)處理法固然可以起到良好的工業(yè)循環(huán)水處理效果，但是化學(xué)物質(zhì)本身具有毒性和腐蝕性，對(duì)工業(yè)容器與循環(huán)水質(zhì)的影響是雙向的。相比之下物理處理法的優(yōu)勢(shì)在于消除化學(xué)物質(zhì)本身的負(fù)面影響，在工業(yè)循環(huán)水中也有大量應(yīng)用。

(1)陰極保護(hù)。陰極保護(hù)法應(yīng)用的關(guān)鍵在于發(fā)揮離子保護(hù)介質(zhì)對(duì)金屬的防護(hù)作用，通過直流電方式實(shí)現(xiàn)含離子保護(hù)介質(zhì)的定向移動(dòng)效應(yīng)，最終集聚在被保護(hù)金屬周圍，調(diào)整保護(hù)金屬的電位并達(dá)到保護(hù)電位的合理區(qū)間，進(jìn)而消除金屬腐蝕的幾率。使用陰極保護(hù)法最常見的路徑是外加電流，另一種路徑則是發(fā)揮陰陽(yáng)極之間的偶聯(lián)作用，通過犧牲陽(yáng)極效應(yīng)實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)效果。

(2)膜處理法。膜處理法顧名思義是發(fā)揮薄膜一類物質(zhì)的過濾阻隔作用，通過隔離過濾工業(yè)循環(huán)水的組分達(dá)到過濾目的。薄膜對(duì)工業(yè)循環(huán)水的過濾阻隔作用是有選擇性的，例如工業(yè)循環(huán)水中應(yīng)用的反滲透處理法可達(dá)到提取循環(huán)水中有害物質(zhì)的目的。應(yīng)用反滲透處理法時(shí)則主要采取加壓方式，通過對(duì)工業(yè)循環(huán)水的快速分離達(dá)到消除有害物質(zhì)、凈化工業(yè)循環(huán)水的目的，使得過濾后的水質(zhì)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。納濾處理法技術(shù)層次較高，過濾滲透效果相比于反滲透處理法更佳，目前已經(jīng)具備成熟的納濾處理法工藝體系。而且納濾處理法無(wú)害無(wú)毒，對(duì)于工業(yè)循環(huán)水本身以及設(shè)備都沒有負(fù)面作用，但是工業(yè)循環(huán)水處理效果不甚理想。

3 處理技術(shù)原理

3.1 阻垢技術(shù)原理

工業(yè)循環(huán)水處理會(huì)生成大量鹽類物質(zhì)，主要通過換熱面沉淀中形成的水垢體現(xiàn)。鹽類物質(zhì)的生成必須要引起重視，如果對(duì)鹽類物質(zhì)處理不當(dāng)則會(huì)產(chǎn)生大量水垢并影響水循環(huán)正常節(jié)奏。有關(guān)循環(huán)水中鹽類物質(zhì)的解垢一直是工業(yè)循環(huán)水處理的重點(diǎn)研究課題。阻垢劑的使用是解決水垢問題的常見路徑，應(yīng)用阻垢劑解垢的關(guān)鍵在于提升循環(huán)水中的離子濃度，并通過離子與水垢間的負(fù)相關(guān)效應(yīng)達(dá)到解垢目的。

3.2 緩解腐蝕原理

緩解腐蝕與阻垢是相輔相成的，例如在工業(yè)循環(huán)水中添加指定成分的藥劑達(dá)到緩解腐蝕的效果；另外也可以采用添加緩解劑方式達(dá)到緩解腐蝕的效果。目前有關(guān)緩解劑的研究成果日臻成熟，在工業(yè)循環(huán)水處理中使用的緩解劑具有無(wú)毒無(wú)害、安全性強(qiáng)的特征，與綠色發(fā)展、環(huán)保發(fā)展的理念相吻合。腐蝕劑的使用可以起到薄膜覆蓋保護(hù)的效應(yīng)，對(duì)金屬起到保護(hù)作用。緩解劑的選擇要秉承因地制宜的原則。由于當(dāng)前可供選擇的緩解劑種類眾多，企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身實(shí)際情況選擇合適的緩解劑，保證緩解劑的使用達(dá)到應(yīng)有效果。如果緩解劑選擇不當(dāng)，意味著緩解劑在工業(yè)循環(huán)水中可能會(huì)發(fā)揮負(fù)面作用，原則上緩解劑 的選擇應(yīng)當(dāng)與工業(yè)企業(yè)的發(fā)展路徑相吻合，在選擇正確緩解劑類型的基礎(chǔ)上確定緩解劑的使用量以及負(fù)面效應(yīng)，保證緩解劑的使用達(dá)到理想效果。磷酸鹽在多數(shù)工業(yè)企業(yè)的循環(huán)水處理場(chǎng)景中大量使用，發(fā)揮磷酸鹽使用成本低、毒性低的優(yōu)勢(shì)，輔助于工業(yè)循環(huán)水體系。與機(jī)械設(shè)備的兼容性也是工業(yè)企業(yè)選擇緩解劑的參考依據(jù)之一。在發(fā)揮緩解劑作用的同時(shí)，應(yīng)避免因?yàn)榫徑鈩┑氖褂脤?duì)機(jī)械設(shè)備造成無(wú)謂損害。因此保證機(jī)械設(shè)備性能正常也是使用緩解劑的重要考慮因素，在確保機(jī)械設(shè)備正常的前提下可以適當(dāng)加大緩解劑的使用量，解決工業(yè)循環(huán)水中存在的腐蝕問題。

3.3 優(yōu)化循環(huán)水水垢原理

工業(yè)循環(huán)水處理的關(guān)鍵在于所有工序環(huán)節(jié)的規(guī)范合理，執(zhí)行任何工序操作時(shí)要秉承合理操作、規(guī)范操作的原則，避免由于不當(dāng)操作導(dǎo)致工業(yè)循環(huán)水中出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展為工業(yè)循環(huán)水處理注入了新動(dòng)力，在工業(yè)循環(huán)水處理中可以應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水垢的監(jiān)控效果，有效應(yīng)對(duì)工業(yè)循環(huán)水中水垢快速增多的現(xiàn)象。工業(yè)循環(huán)水處理的根本目的在于發(fā)現(xiàn)并調(diào)節(jié)水循環(huán)中的特殊物質(zhì)，保證排放的工業(yè)廢水符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。由此也對(duì)藥劑的選擇和配制提出更高的要求，要遵從提升工業(yè)循環(huán)水質(zhì)量的原則，同時(shí)與工業(yè)企業(yè)的發(fā)展需求相吻合。藥物制劑的配置也不是一成不變的，即便配置人員積累了足夠的藥物配置經(jīng)驗(yàn)，但是結(jié)合實(shí)際是必不可少的。由于工業(yè)循環(huán)水組成物質(zhì)的多變性以及設(shè)備狀況的復(fù)雜性，在配置藥劑前應(yīng)當(dāng)對(duì)工業(yè)循環(huán)水進(jìn)行充分地采樣和研究，同時(shí)精準(zhǔn)掌握工業(yè)循環(huán)水設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，精準(zhǔn)計(jì)量藥劑的濃縮倍數(shù)，保證藥劑配置方案充分應(yīng)用[3]。藥劑的配置要與工業(yè)循環(huán)水處理需求相吻合，秉承合理科學(xué)的原則使用配置藥劑，從而提升工業(yè)循環(huán)水處理質(zhì)量。應(yīng)用性原則是工業(yè)循環(huán)水處理必須要遵守的原則。在處理過程中要注意水源的補(bǔ)充，從而掌握工業(yè)循環(huán)水處理中可能導(dǎo)致的水分蒸發(fā)現(xiàn)象以及溫度變化情況。工業(yè)循環(huán)水處理效率受多種因素影響，例如處理體系中的收水器工作效率直接決定循環(huán)水處理效率，另外溫度、物料也是決定水處理效率的重要因素。由此可見，優(yōu)化水垢處理體系是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的過程，在配置藥物制劑的過程中要建立對(duì)工業(yè)循環(huán)水處理的全面認(rèn)知，保證藥物制劑配置起到作用最大化效果，真正促進(jìn)工業(yè)循環(huán)水處理體系。

3.4 應(yīng)用路徑簡(jiǎn)析

在工業(yè)循環(huán)水體系發(fā)生泄漏的場(chǎng)景下，可通過排水置換方式降低濃縮倍數(shù)，使得濃縮倍數(shù)達(dá)到正常狀態(tài)。排水置換過程必然造成水資源的不斷損失，可通過分散投加緩解劑的方式保持一定的藥劑濃度，保證藥劑使用量達(dá)到抑制腐蝕、控制沉積的作用。與此同時(shí)，應(yīng)要通過添加氧化殺菌劑的方式抑制微生物的生存與繁殖空間；通過對(duì)工業(yè)循環(huán)水質(zhì)量控制效果的監(jiān)測(cè)，定期處理機(jī)械設(shè)備中附著的微生物；在高溫環(huán)境下，適當(dāng)增加殺菌劑投放量并有效控制微生物。

4 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)循環(huán)水處理技術(shù)具有體系復(fù)雜、應(yīng)用場(chǎng)景多變、應(yīng)用意義深遠(yuǎn)等特征，工業(yè)企業(yè)在應(yīng)用工業(yè)循環(huán)水處理技術(shù)時(shí)，一定要掌握處理技術(shù)的原理和應(yīng)用方式，才能充分發(fā)揮處理技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值并提升工業(yè)循環(huán)水處理質(zhì)量。