焦化废水回用于循环冷却水的研究

费卓越，单明军，寇丽红，赵先奕

（1.辽宁科技大学，辽宁 鞍山 114044；2.辽宁清澄环境工程有限公司，辽宁 鞍山 114051）

1 引言

焦化废水主要来自炼焦、煤气净化及化工产品的精制等过程，其排放量大，水质成分复杂。将深度处理后的焦化废水出水进行缓蚀阻垢水质稳定处理，使其可回用于冷却循环水系统中，节约水资源，实现企业的废水零排放，保护环境。

2 实验研究

2.1 废水来源及水质

实验用水为经MBR膜生物深度处理后的鞍钢化工总厂污水处理站生化出水，水质指标见表1。

表1 试验用水水质指标

本实验分析方法均采用《水和废水监测分析方法》（第四版）中的国家标准方法测定。实验所用缓蚀阻垢药剂有 HEDP、ATMP、PASP、PBTCA、EDTMPPS、聚丙烯酸酯类 HB－901、HB－903、PMA、有机磷酸酯盐类ATMP、PBTCA，均为市售。

2.2 试验流程

试验流程见图1。

图1 试验流程

3 结果与讨论

3.1 缓蚀药剂浓度与腐蚀、缓蚀率的研究

采用旋转挂片法，将特定的金属试片称重后放入经MBR膜生物深度处理后的焦化废水中，在温度为50±1℃，控制旋转试片的线速度为0.9m／s条件下，检测72h后试片前后的重量变化来计算腐蚀、缓蚀速率。（腐蚀、缓蚀率的计算方法均参照（GB／T 18175－2000），实验结果见表2。

根据缓蚀剂浓度与腐蚀速率、缓蚀率之间的关系作曲线（图2）。

表2 药剂浓度与腐蚀速率、缓蚀率之间的关系

图2 不同种类药剂浓度与腐蚀速率之间的关系

根据不同种类药剂浓度和缓蚀率之间关系作曲线（图3）。

由表中数据及曲线看出，HEDP的缓蚀效果最为突出，当加入浓度为20mg／L时，腐蚀率仅为0.029 1mm／年，低于标准要求（0.125mm／年），缓蚀率可以达到86.1%。再加大药剂用量时，缓蚀效果提高不明显。原因是有机磷酸盐在焦化废水中的缓蚀主要是吸附成膜作用，HEDP是同碳二磷酸，分子中一个碳原子连有两个磷酸官能团，有很强的吸附作用，成膜比其他磷酸盐牢固。

图3 不同种类药剂浓度与缓蚀速率的关系

3.2 药剂浓度与Ca2＋（mg／L）的关系

选用聚丙烯酸酯类HB－901、HB－903、PMA，有机磷酸酯盐类ATMP和PBTCA配制复合阻垢剂，量取1 000mL装入敞口烧杯中，在1 000mL刻度处做好记号，放入80±1℃的恒温水浴中，令其蒸发浓缩，不断向烧杯中补加该试验配水，维持1 000mL的刻度，当浓缩至预定倍数时冷却，取样分析试验水上层清液的Ca2＋浓度，同时向烧杯中补加与取样量等体积的试验配水继续浓缩，直到达到希望的浓缩倍数，冷却后取样分析上层清液的Ca2＋浓度，数据见表3。

表3 药剂浓度下的浓缩倍数及与Ca2＋（mg／L）的关系

图4 药剂浓度与Ca2＋（mg／L）的关系

根据不同种类药剂浓度和Ca2＋之间关系作曲线（图4、图5）。

图5 不同药剂浓度下的浓缩倍数

由表中数据可见，阻垢剂的阻垢性能随着药剂浓度的增加而提高。当阻垢剂浓度大于4mg／L后，即使阻垢剂的浓度再增加其阻垢性能也不会有显著变化。相同药剂浓度下，ATMP和PBTCA的阻垢性能最好。当ATMP和PBTCA的浓度达到4mg／L或者HB－901浓度达到5mg／L时，其阻垢性能均能满足循环水系统在浓缩倍数2.0以上运行时的要求。为尽量减少溶液中的正磷酸盐浓度，兼顾阻垢剂与缓蚀剂的协同效应及投入成本等因素，决定选用聚丙烯酸酯类HB－901作为水质稳定剂配方中的阻垢剂。

3.3 缓蚀阻垢剂的最佳复合配方的研究

在实验用水中预先投加了有效浓度为5mg／L的HB－901。对HEDP、ATMP和PBTCA的缓蚀性能比较见表4和图6。

表4 不同缓蚀剂的缓蚀率

图6 不同缓蚀剂的缓蚀率

由表4可知，相同药剂浓度下，HEDP的缓蚀性能最好，故选用HEDP作缓蚀剂，投加浓度为4mg／L，具体见表5。

表5 不同阻垢剂对缓蚀性能的影响

根据不同阻垢剂与缓蚀性能之间关系作图，如图7。

图7 不同阻垢剂对缓蚀性能的影响

表5比较了分别使用5mg／L的HB－901和4mg／L的PBTCA作阻垢剂时对HEDP缓蚀性能的影响。由表5可知，两种阻垢剂对HEDP缓蚀性能无明显影响，但从经济角度考虑，PBTCA价格较HB－901高，故选用HB－901作阻垢剂，投加浓度为5mg／L。

4 结语

选用投加浓度为4mg／L的HEDP作为缓蚀剂，投加浓度为5mg／L的HB－901为阻垢剂，作为深度处理后的焦化废水回用于循环冷却水补水系统中的水质复合药剂，腐蚀率为0.029 1mm／年，低于《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050－95）中的要求0.125mm／年。通过试验验证了焦化废水回用时，吨水处理成本为0.06元。

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