中水在循环冷却水系统中的应用

李红媛

（中国石油化工股份有限公司天津分公司 天津 300270）

1 概述

我国的水资源人均占有量排到世界第88位，仅占世界人均占有量的1/4，被视为全球13个人均水资源最贫乏的国家之一，但却是工业耗水大国，工业用水量逐年增加，工业用水量特别是取水量的快速增长，加剧了水资源供需矛盾。从国外工业企业的用水情况看，大幅度提高污水回用率是发达国家解决水资源供求矛盾的主要方法之一。所以将排放的生活污水、工业废水经回收、处理后达到循环冷却水补充水的水质标准，用于循环冷却水系统是降低工业用新鲜水量的有效手段之一[1]。该车间循环冷却水系统以前以滦河水作为补充水源，消耗新鲜水量约205.7×104/a（0.56×104/d）。天津公司“十二五”计划完成后，滦河水的使用量要从0.6×104/d～1.0×104/d减少到0×104/d～0.3×104/d。为了实现降低新鲜水使用量的目标，将污水回用水和市政中水引入循环冷却水系统，减少新鲜水的使用量。同时根据系统补充水水质特点，制定了水处理方案，从实际运行情况表明，系统运行良好，水质稳定且降低了药剂成本。

2 中水回用的概念

中水，即为再生水，是指工业废水或城市污水经过二级处理和深度处理后供作回用的水。当二级处理出水满足特定回用要求，并已回用时，二级处理出水也可称为再生水[2]。

中水回用，可以很好的节约用水，增加经济、社会、环境效益，达到了可持续发展的要求。中水的水质是根据用途的不同而有不同的要求。用作工业冷却水的水质，应执行《循环冷却水用再生水水质标准》（HG/T3923-2007），以及《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-2007）的规定。

3 中水回用方案

3.1 水质指标

3.1.1 污水回用装置采用MBR+CRP处理工艺，出水指标见表1。

表1 污水回用产水水质指标

3.1.2 市政中水为外购水源，采用双膜法+阴阳床+混床处理工艺，水质指标见表2。

表2 市政中水水质指标

3.1.3 新鲜水以滦河水作为水源，采用混凝、沉淀、过滤、消毒处理工艺，产水水质指标见表3。

表3 新鲜水水质指标

3.2 制定中水回用方案

由于循环冷却水系统引入中水，使补充的混合水水质发生了较大变化，对水质控制带来一些诸如混合水中硬度相对较低,水质具有很强腐蚀趋势；在提高浓缩倍数后，腐蚀和结垢的平衡难度增大；浓缩倍数提高后，系统停留时间增长，药剂的耐氧化和抗分解要求增加；中水中残留的有机物促进系统内微生物增长等问题。真对循环冷却水系统水质控制的难点，水务部组织相关药剂服务商根据三种水源的水质情况，合理的制定了系统补充的混合水中三种水源的比例分配和水处理方案的制定工作。

3.2.1 混合水中三种水源比例分配

中水引入循环冷却水系统后，为了避免补水水质过软，保留了部分新鲜水。结合三种水源的水质特点，对混合水中市政中水、滦河水以及污水回用水的比例进行了规定，春秋水质比例为市政中水：滦河水：污水回用水=160∶10∶80，夏天比例为市政中水：滦河水：污水回用水=210∶10∶100，冬天比例为市政中水：滦河水：污水回用水=120∶10∶70。通过合理的比例分配保证了补充的混合水水质指标达到规范的要求，水质指标见表4。

表4 混合水水质指标[3，4]

3.2.2 制定水处理方案

中水引入循环冷却水系统后，根据补充的混合水水质，循环冷却水处理重点需要平衡腐蚀和结垢，尤其是防止高温区结垢和点蚀问题。浓缩倍数提高后，系统停留时间增长，需要考虑药剂耐分解耐氧化和较长的半衰期才能保证药剂的阻缓性能。同时需加强对系统内微生物的控制。为此，水务部会同药剂承包商制订了高浓缩倍数下低磷水处理方案。

（1）缓蚀阻垢方案

循环冷却水处理要解决的重要问题之一就是腐蚀和结垢的控制。由于中水含有新鲜水中没有的COD、BOD、NH3-N、悬浮物、硫化物等杂质，这些因素在很大程度上增加了中水的腐蚀趋势。根据系统补充的混合水水质计算，当浓缩倍率为8倍以上时，朗格利尔饱和指数LSI在1.5左右，系统具有结垢趋势[1]。所以解决腐蚀结垢问题是系统能否稳定运行的关键。

采用阻垢分散剂和缓蚀剂的缓蚀阻垢方案，并根据水质和运行参数筛选并确定了药剂配方，运行方式采用根据排污水量连续投加。

阻垢分散剂是耐氧化的低磷阻垢缓蚀剂的增效复配产品，药品中所含聚合物分散剂，克服了传统冷却水处理所常发生之结垢问题，饱和碳酸钙指数LSI可达2.5。具有稳定性好，耐氧化，不易分解，适合于循环水高浓缩倍数操作等特点。该产品能够在给定的条件下，以较低的磷量达到最优效果，在碱性条件下它能有效抑制碳钢和不锈钢的腐蚀。

缓蚀剂是一种含磷锌盐等复配的液态产品，可适用于严苛的水质环境中，可确保系统在半衰期长、高浓缩倍数以及其它恶劣条件工况下的正常运行，形成的锌保护膜对碳钢有良好的控制。

混合水中含量有一定的碱度，在正常的条件下，循环水不需要补充碱度。当水质变化过大或外界排水量大，系统碱度低于控制指标时，需要向系统内补充NaHCO3，使循环冷却水系统中的碱度保持在120mg/L～245mg/L，pH值保持在8.0～9.2。

混合水中含有一定的钙硬度，但回用的中水会有波动，当系统钙硬度低于控制指标时，需要向系统内补充CaCl2，使循环冷却水系统中的钙硬度需保持在120mg/L～400mg/L。

（2）微生物控制方案

冷却水中的微生物一般是指细菌和藻类。大量细菌分泌出的黏液像粘合剂一样，能使水中漂浮的灰尘杂质和化学沉淀物等黏附在一起，形成生物黏泥。黏泥积附在换热器管壁上，除了会引起腐蚀外，还会使冷却水的流量减少，从而降低换热器的冷却效率；严重时，这些生物黏泥会将管子堵死，迫使停产清洗。所以循环冷却水系统中微生物的控制至关重要，最有效和最常用的的办法是向冷却水系统中添加杀生剂来控制微生物的生长，从而控制冷却水系统中的微生物腐蚀和微生物黏泥[5]。

由于引入循环冷却水系统的烯烃污水回用水中CODcr偏高，对系统内的微生物繁殖起到了促进作用，需要密切关注循环冷却水系统中微生物控制。通过采用连续加入优氯净/强氯精等氧化性杀菌剂，维持循环冷却水系统中余氯在0.1mg/L～0.5mg/L，达到杀菌灭藻的目的。另外，为加强消灭顽强的菌种和灭藻，每月向循环冷却水系统中冲击性添加非氧化性杀菌剂以加强抑制效果。

4 方案实施效果

循环冷却水系统引入中水后，从2014年7月开始新水处理方案实施，过渡期内采取人工加药的方式，在保证生产稳定运行的前提下，根据现场实际情况，不断改进和调整药剂配方，以达到最佳处理效果。从8月1日开始转入正常运行，系统运行效果良好。

4.1 水质指标达到预期目标

经过3个多月的运行，循环冷却水系统运行稳定，水质指标达到方案和设计规范的要求，水质指标见表5。

表5 循环冷却水系统水质运行指标[4]

从表5的水质数据可以看出系统运行良好，浓缩倍数达到了8.0以上，监测换热器的腐蚀速率和黏附速率都远远小于《工业循环冷却水处理设计规范（GB50050-2007）》中关于碳钢腐蚀率0.075mm/a，碳钢黏附速率15mcm的要求。显示了水处理二车间循环冷却水系统采用的低磷水处理方案在高浓缩倍数下不单单是阻止了结垢的发生，而且全面抑制了系统金属的腐蚀。

4.2 节约新鲜水使用量

中水引入循环冷却水系统后减少了新鲜水的使用量，大幅降低了循环冷却水系统的标准补新水率，详见图1。

中水引入循环冷却水系统后，补充水中使用的新鲜水量大幅下降，8～10月的标准补新水率同比进步25.6‰～54.9‰，有效的解决了新鲜水水源紧张问题，且提高了水的重复利用率，具有巨大的社会效益。

4.3 降低三剂费用

循环水冷却水系统高浓缩倍数运行后，水处理药剂在系统内的停留时间延长，减少了系统的排污量，从而降低了三剂使用量，使药剂成本大幅降低，详见图2。

8～10月循环冷却水系统较去年同期减少药剂费用22.2万元，吨水药剂费用较去年同期降低了0.46分/t，取得了可观的经济效益。

图2 吨水药剂费用对比

5 结语

中水回用至循环冷却水后可以使系统在高浓缩倍数下运行，从而节约大量的新鲜水，降低药剂成本。但中水的组份较新鲜水复杂，给水质控制提出了更高的标准，我们要把循环冷却水处理作为重点工作，长抓不懈。当中水水质恶化时及时启动应急方案，降低水质恶化造成的影响，根据中水水质的变化，及时会同药剂服务商制定针对性的方案，进一步提高管理水平，确保循环冷却水系统的稳定运行。

[1]郑书中.工业水处理技术及化学品.化学工业出版社,2010.

[2]纪轩.废水处理技术问答.中国石化出版社,2003.

[3]循环冷却水用再生水水质标准（HG/T3923-2007）[S].

[4]工业循环冷却水设计规范（GB50050-2007）[S].

[5]周本省.工业水处理技术（第二版）.化学工业出版社,2002.