尿素解吸废液和反渗透浓盐水回用作循环冷却水补充水

史玉，赵士学，宋焕明

（北京拓凯化工技术有限公司，北京　100124）

尿素解吸废液和反渗透浓盐水回用作循环冷却水补充水

史玉，赵士学，宋焕明

（北京拓凯化工技术有限公司，北京100124）

通过分析尿素解吸废液和反渗透浓水的不同水质特点，混合调配两者的比例后用作循环冷却水系统补充水。尿素解析废液与反渗透浓水的配水比例为5∶1，浓缩倍数为3倍，或配水比例为3∶1，浓缩倍数为2倍时，P.S.I指数趋近于6。现场应用结果表明，循环冷却水系统无结垢和微生物粘泥附着，碳钢腐蚀速率为0.003 9 mm/a。该方法有效解决了尿素解析废液单独作为补充水时pH值偏低的问题，也达到了废水综合利用的目的。

尿素解吸废液；反渗透浓水；综合利用；循环冷却水

尿素在生产过程中会发生反应生成水，加上外来引入的水和水蒸气，这些水最后均被蒸发并冷凝成为解吸废液。该废液的碱度、硬度很低，尿素和氨氮浓度较高，含有一定的铁，具有回收利用价值。解吸废液的处理方式不同，回收利用也不一样。黄耀华等［1］对尿素解析废液进行除铁、催化、降氧处理，并辅以加药、降硬、缓蚀等综合处理，回用于造气夹套和余热锅炉；朱羽中等［2］对尿素冷凝液除铁，再经阳浮、阴浮和混床处理后作为高压锅炉给水使用。解吸废液也普遍回用于循环冷却水系统［3］，但解析废液会给循环冷却水系统带来大量的氨，氨在循环冷却水运行中因挥发或微生物繁殖等因素，会造成循环冷却水pH值偏低［4］，引起金属设备和管道的腐蚀问题。如何确保循环冷却水pH值的稳定，是解吸废液回用于循环冷却水系统的关键。

反渗透浓盐水具有碱度、硬度较高，含有一定的阻垢剂。赵世刚等［5］将氧化铝生产工艺废水与反渗透浓水混合进行软化处理，降低易结垢的钙、镁离子含量，并对难去除的硫酸盐进行稀释降低浓度，软化水回用到蒸发循环水等系统。本研究充分利用解析废液和反渗透浓水各自的特点，采用在使用解析废液的循环冷却水系统中投加反渗透浓水来提高循环冷却水的碱度和pH值的方法，解决了单独采用解析废液作为补充水引起的系统腐蚀问题，取得了较好的效果。

1　工程概况

某化工厂现有3套尿素生产装置，年产尿素100万t，每天产生的尿素解吸废液大约2 000 t。为节约用水，提高水的重复使用率，该企业将解吸废液全部回用到循环冷却水系统作补充水，分别配套给3个尿素的循环冷却水系统使用。解吸废液进入循环水系统时没有进行处理，1号系统仅使用解吸废液作补充水，在运行过程中，该系统水碱度低，pH值在7左右，用水设备存在严重的腐蚀。为解决循环冷却水系统设备和管道的腐蚀问题，该企业在2号系统采用了解吸废液和反渗透浓盐水混合配水的方式，以提高循环水的碱度和pH值，并进行了6个月的现场运行监测。

2　水质指标及稳定性判断

2.1水质指标

取解吸废液和反渗透浓盐水分析检测，结果见表1。

从表1可以看出，解吸废液的碱度、钙硬度等指标很低，类似软化水，但氨氮浓度较高，会在循环使用过程中挥发，使循环水的pH值下降，造成用水设备的腐蚀；反渗透浓盐水的碱度很高，单独作为循环水使用会产生严重的结垢问题。如果2种水质配合使用，解析废液的低含盐量可以将反渗透浓水稀释，反渗透浓水的高碱度则可以提高循环水的pH值。

解吸废液和反渗透浓水的混合使用，关键问题是确定两者的混合比例。混合比例不同，水质的指标也就不相同。

2.2水质稳定性判断

采用帕科拉兹结垢指数（P.S.I）判断水质的稳定性［6］。试验温度为35℃；含盐量经测定，数值为电导率的75%。P.S.I指数计算结果见表2。

借助P.S.I指数可以判断水质的结垢或腐蚀倾向，解吸废液的P.S.I指数为11.40，呈严重腐蚀性水质；反渗透浓盐水的P.S.I指数为5.20，呈结垢性水质。从表2可以看出，影响水质稳定指数的主要因素是配水比例和浓缩倍数；在相同的配水比例下，提高浓缩倍数可以使P.S.I指数下降，水质向结垢倾向发展，反之趋向腐蚀；在相同的浓缩倍数下，增加反渗透浓盐水的配水比例，可以提高水质指标，使P.S.I指数下降，水质向结垢倾向发展，反之则趋向腐蚀。通过混合测算分析，当循环水的碱度大约为600mg/L，钙硬度大约为37mg/L，电导率大约为1 300 μS/cm时，P.S.I指数趋近于6，水质稳定，此时解析废液与反渗透浓盐水的配水比例为5∶1，浓缩倍数为3倍；或配水比例为3∶1，浓缩倍数为2倍。

表2　不同配水比例下的水质指标与P.S.I指数Tab.2　Characteristics and P.S.I indexes under different water distribution ratios

2.3水处理方案选择

针对循环水的运行工艺，制定了一套无磷水处理技术方案。试验用的无磷阻垢缓蚀剂，由丙烯酸/丙烯酸磺酸/丙烯酸酯/马来酸共聚物和天然提取物复合生产，产品外观为黄色液体，固体的质量分数不小于30%，pH值为1～4（1%水溶液）。此复合物是无磷的，在工业循环水中使用，减少了微生物的营养源，更符合环保需要［7］。

首先在实验室对无磷阻垢缓蚀剂的阻垢、缓蚀方面的性能进行了测试。试验用水从现场采集，水质指标见表1，并参照解吸废液与反渗透浓盐水5∶1的比例进行配水，浓缩至3倍，阻垢缓蚀剂投加量为80mg/L。参照GB 16632—2008《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》考察无磷阻垢药剂的阻垢性能，参照GB 18175—2000《水处理剂缓蚀性能的测定 旋转挂片法》考察无磷药剂的缓蚀性能。试验结果表明：阻垢率达98%，A3碳钢腐蚀率为0.019 mm/a，符合国家标准的要求［8］。

3　现场运行效果

3.1循环水的化学处理和监测

2号尿素生产装置产生解吸废液20～30 m3/h。配套循环冷却水系统循环水量为3 000 m3/h，保有水量为1 500 m3，补充水量为600～800 m3/d，冷却水温差为5℃，系统材质为碳钢、不锈钢。循环水使用解吸废液和反渗透浓盐水作为补充水，补充比例为3∶1到5∶1，控制浓缩倍数不小于3倍。阻垢缓蚀剂投加量为80mg/L，同时投加有效氯的氧化性杀生剂、有机硫和有机溴的非氧化性杀生剂。

考虑到水系统在运行中的变化，控制循环冷却水的碱度＜1 100mg/L、钙硬度＜100mg/L、电导率＜3 000 μS/cm、pH值为8～9。

3.2测试运行结果及分析

循环水的水质检测结果和A3碳钢挂片腐蚀速率见表3、表4。

测试运行期间，换热设备运行参数表现正常，打开设备检查没有发现结垢现象；用水设备、冷却塔及循环水池等处的微生物粘泥和菌藻符合要求。

由于测试运行在5～10月份，循环水的蒸发量大，需要的补充水量大，反渗透浓盐水的配水量有所增加，因此循环水的各项指标偏高，但始终在设定范围内。

表3　循环水的水质检测Tab.3　Qua1ity detection of circu1ating water

表4　循环水的运行监测Tab.4　Operation monitoring of circu1ating water

4　结语

利用解吸废液与反渗透浓盐水的不同特点，进行水质混合调配后回用作循环冷却水系统的补充水，现场实际应用表明，补充反渗透浓盐水为循环水提供了碱度，解决了单独使用解吸废液时产生的pH值偏低问题，降低了腐蚀性。控制配水混合比例和浓缩倍数，使循环浓缩后的碱度、硬度等指标不超过结垢临界值，既可确保循环冷却水水质稳定，又可回用解吸废液与反渗透浓盐水，节约水资源。

［1］黄华耀，尹建超.尿素解吸废液处理直接回收新工艺［J］.化肥设计，2007，45（1）：16-20.

［2］朱羽中，钱效南，庹春梅.尿素工艺冷凝液回收合理流程［J］.大氮肥，2004，27（4）：268-270.

［3］郑海胜，周红梅.50 m3/h尿素深度水解装置运行总结［J］.小氮肥，2013，41（12）：17-18.

［4］袁凤玲，颜琨.中水中氨氮含量对电厂循环冷却水系统的影响研究［J］.河北电力技术，2014，33（6）：9-11.

［5］赵世刚，石维平.反渗透浓水回收利用的探讨［J］.工业用水与废水，2005，36（3）：58-59.

［6］周本省.工业水处理技术：第2版［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［7］严莲荷.水处理药剂及配方手册［M］.北京：中国石化出版社，2003.

［8］中国工程建设标准化协会化工分会.工业循环冷却水处理设计规范：GB 50050—2007［S］.北京：中国计划出版社，2008.

Using urea desorption waste liquid and reverse osmosis concentrated brine as makeup water of circulating cooling water

SHI Yu，ZHAO Shi-xue，SONG Huan-ming
（Beijing Tuokai Water Treatment Technical Co.，Ltd.，Beijing 100124，China）

Urea desorption waste 1iquid and reverse osmosis concentrated brine were mixed in certain ratio according to their different characteristics，and then was used as makeup water of circu1ating coo1ing water.Under the condition that the mixing ratio of urea desorption waste 1iquid and reverse osmosis concentrated brine was 5∶1，the concentration mu1tip1e was 3 times；or the mixing ratio was 3:1，the concentration mu1tip1e was 2 times，the P.S.I index was c1ose to 6.The fie1d app1ication resu1ts showed that，no fou1ing or s1ime attached on the circu1ating coo1ing water system，the corrosion rate of carbon stee1 was 0.003 9 mm/a.The said method effective1y so1ved the prob1em of 1ow pH va1ue of urea desorption waste 1iquid when it was used as makeup water，which achieved the goa1 of wastewater comprehensive uti1ization a1so.

urea desorption waste 1iquid；reverse concentrated brine；comprehensive uti1ization；circu1ating coo1ing water

X703.1；TU991.64

A

1009-2455（2016）03-0052-03

史玉（1974-），男，北京人，工程师，主要从事水务运营管理和环境保护工作，（电话）010-87952138（电子信箱）bjtkhy@126.com。

2016-05-05（修回稿）