工业循环水水质治理经验

张保庄

(河北冀衡化学股份有限公司，河北 衡水 053000)

1 循环水现状

河北冀衡化学股份有限公司(以下简称“冀衡化学”)循环冷却水系统共有5套，循环量分别为2 000 m3/h 、1 500 m3/h各两套、1 000 m3/h 1套 ，饱有水量分别为1 100、700、330、330、175 m3，补充水中碱度为176.16 mg/L(以NaOH的质量浓度计，下同)，硬度为 20.02 mg/L(以CaCO3的质量浓度计，下同)，即碱度大于硬度，循环水中既有较多的碳酸钙镁盐，又有氯化物、硫酸盐、硅酸盐等成垢化合物，在不断循环过程中易结垢，难清除。针对这种状况，冀衡化学本着节能减排、降耗增效的原则，采用了最新专利技术——循环冷却水高效节水技术。

2 循环水系统参数及水质现状

冀衡化学循环水系统参数如表1所示，补水水质分析结果如表2所示，补充水结垢腐蚀趋势判断依据如表3所示。冀衡化学系统补充水硬度为 20.02 mg/L，为一般硬度水质，判断结果为腐蚀型。水中硬度和碱度主要反映了水中成垢离子的浓度，如果非碳酸盐含量较高，非碳酸盐就会与钙镁等成垢离子结合，在换热器表面易形成硬垢，不断累积，影响换热效果，通过一般的酸进行清洗难以去除。

表1 冀衡化学循环水系统参数表Table 1 Parameters of circulating water system in Jiheng Chemcial

表2 冀衡化学补水水质分析数据表Table 2 Analytic data of supplementary water quality in Jiheng Chemcial

补充水中碱度为176.16 mg/L，硬度为20.02 mg/L，循环水中既有较多的碳酸钙镁盐，又有氯化物、硫酸盐、硅酸盐等成垢化合物，在不断循环过程中易结垢，难以清除，要用酸洗。一般垢物需要盐酸，已经硬化的硬垢甚至要用硝酸清洗，对设备腐蚀性大，特别是在垢物分布不均匀时(如表3所示)。

表3 补充水结垢腐蚀趋势表Table 3 Trend of supplementary water scaling and corrosion

注：R.S.I为稳定指数，其数值等于2pHs- pH值；2pHs为根据所测循环水的温度、总溶解固体、钙硬度、碱度等指标计算的数值。

3 5#循环水池的试验性治理

经过多次考察，某单位于2014年对循环水进行加药处理，使用指定的除垢、缓释药剂，运行状况良好。

冀衡化学针对现循环水的水质状况，采用添加水质稳定剂和增加水质净化器的方法对循环水进行治理，该技术能有效提高循环水的浓缩倍数来防垢、除垢、缓蚀、灭藻，能确保循环水长期正常运行，并达到零排放。循环水高效节水技术由水质净化器和水质稳定剂两核心组成。

3.1 水质净化器

3.1.1 水质净化器的作用

随着浓缩倍数的提高，Ca2+、Mg2+等物质的浓度也相应提高，循环水水质进一步恶化，容易导致循环水系统腐蚀、结垢和黏泥滋生。冀衡化学采用水质净化器来降低工业循环冷却水的浊度，减少水中硬度，保持水中指数稳定平衡，稳定循环水系统高倍率运行，使循环冷却水零排放变为现实。

3.1.2 水质净化器的工作原理

电化学循环冷却水处理技术是在冷却水中施加一定量的电场，利用电场的阳极和阴极之间的电化学作用，达到对冷却水的全面处理效果，以电化学的电解原理和极性水分子理论为基础，通过物理+电化学的方式，在工作时产生微电流，改变细菌、藻类细胞的生存环境，使其丧失生存条件而死亡，从而达到杀菌、灭藻、缓蚀的作用。它不仅具有化学法水处理所能达到的防垢、杀菌、灭藻、缓蚀，还可以除垢、溶垢，包括从水循环管路上溶解已成固体的垢，降低盐类离子的浓度，助力浓缩倍数的增长，降解有机物，节水、节能、减轻污染。

3.1.3 水质净化器的设计及安装

工艺流程设计如图1所示。

图1 水质净化器工艺流程设计示意图

在循环水回水管线处寻找合适位置，连接旁路管线，引出2.5%～5%的流量进入水质净化器。由于单台水质净化器的处理能力为1 000 m3/h，故此系统设置的水质净化器由2台并联，水质净化器后配置水质稳定剂投加装置。

3.2 水质稳定剂

水质稳定剂的主要成分为膦酰基羟酸的弱酸性盐，具有优良的阻垢、缓蚀、预膜和抑制菌藻生长的作用，搭配水质净化器在循环冷却水系统使用，可基本实现零排污。水质稳定剂在应用中表现出的良好缓蚀性能，这得益于产品中的某元素呈现出多阴离子和氧化物特征，在与氯的吸附竞争中以其较强的络合作用优先吸附在金属表面，并形成吸附层，阻碍了氯对金属的吸附作用；同时，防止溶解氧在金属表面的还原，抑制了溶解氧的腐蚀。

3.3 试验数据总结

2018年1月10日，冀衡化学开始对5#凉水塔进行加药治理。经过多半年的治理，并对5#循环水池与1#、2#循环水池(1#、2#池连通)内的挂片腐蚀率进行比较，发现加药后循环水的挂片腐蚀率有很大程度的降低，取得了一定的效果，且近期使用5#凉水塔冷却的换热设备未发生泄漏。加药的5#循环水池与未加药的2#循环池内挂片腐蚀速率对比情况如表4所示。

4 投资及效益分析

5#循环水池治理包括水质稳定剂和水质净化器：水质稳定剂的价格在18 000元/t(16%的增值税)，开始5#池加药为4桶/d，根据挂片的腐蚀率情况，逐步摸索数据，现在调整为3桶/d，一桶25 kg，药剂费用为：

3×450=1 350(元/d)。

水质稳定剂需要根据水质状况及挂片腐蚀率情况逐步调整。

水质净化器价格为12万元/台(16%的增值税)，属于一次性投资，共2台：

12×2=24(万元)。

1台水质净化器的功率为3 kW，两台净化器耗电量为：3×2×24=144(kW·h)。

电价按0.5元/(kW·h)计算，每天用电费用：144×0.5=72(元)。

表4 加药的5#循环水池与未加药的2#循环池内挂片腐蚀速率对比表Table 4 Comparison of coupon corrosion rate in chemical-feeding circulating water pond 5# and in chemical-free 2#

5 结语

冀衡化学的5#循环水池主要是对4#、5#液化机组，3台透平机冷却器，5 ℃水冰机，氢处理洗涤塔，氯处理事故塔，洗涤塔板式换热器等设备换热降温，使用期间换热设备未发生泄漏，延长了换热设备的使用周期。未改造前，氯处理透平机冷却器基本是1年1换，1台透平机冷却器的价格在12万元左右，至今已使用2年时间，未发生泄漏，年节约更换设备费用约为36万元(3台一级冷却器的价格)，延长了液化机组、5 ℃水冰机冷凝器的使用寿命，无形之中节约了大量成本，稳定了生产。可见，该技术的采用，有效提高了循环水的浓缩倍数，有效防垢、除垢、缓蚀、灭藻，且运行费用较低，安全稳定，无二次污染，能确保循环水长期正常运行，真正达到零排放，进一步降低了冀衡化学的用水费用及废水外排费用。