加酸運行提高我廠循環(huán)水濃縮倍數(shù)的研究
摘要： 分析 我烏石化公司幾套循環(huán)水系統(tǒng)及補水現(xiàn)狀，提出加酸運行能有效提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)并簡述加酸運行的必備條件。
關(guān)鍵詞：加酸 廠循環(huán)水 濃縮倍數(shù)
近兩年來隨著 經(jīng)濟 發(fā)展 水的用量越來越大,缺水 問題 也越來越嚴重。烏魯木齊石化公司地處我國西北部，西北部屬我國缺水地區(qū)，這一問題尤為突出。為緩解缺與經(jīng)濟發(fā)展的矛盾，節(jié)約水資源，今年我公司制定 工業(yè) 水管理制度規(guī)定水的重復(fù)利用率>90%，循環(huán)水是工業(yè)用水的主要部分占其中80%以上，所以提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)將會有效的提高水的重復(fù)利用率。面對缺水的嚴峻形式，進一步提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)也是勢在必行。
1 我廠水質(zhì)現(xiàn)狀及分析
我公司共7套循環(huán)水場，其中化肥廠兩套循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水量大，補充水量占化肥廠新水用量的70%左右，一化循環(huán)水場循環(huán)水量36000m3，保有水量10000m3 濃縮倍數(shù)保持在3.5～4.0之間，系統(tǒng)一直采用少量加酸偏堿性的方式運行，近兩年由于補水鈣硬度和總堿度仍在增加，同時提高濃縮倍數(shù)減少新水用量的需求日趨迫切，因此我們就此問題展開 研究 。
1.1 補水現(xiàn)狀
表1 補水水質(zhì)表
|
項目 |
pH |
Ca2+ |
Mg2+ |
總堿 |
Cl－ |
SO42- |
SiO2 |
|
2000.3月 |
8.05 |
149.6 |
35.4 |
141.1 |
34.1 |
56.6 |
15.0 |
|
2001.3月 |
7.83 |
145.0 |
49.0 |
153.3 |
38.5 |
77.7 |
14.0 |
|
2002.4月 |
8.08 |
153.5 |
62.7 |
161.5 |
49.5 |
93.3 |
12.2 |
|
2004.4月 |
7.91 |
176.6 |
63.8 |
163.2 |
59.38 |
89.6 |
13.9 |
從表1可看出我廠補水水質(zhì)堿度、硬度高。以這樣的補水水質(zhì) 計算 (按照行業(yè)普遍認同的標準： 自然 偏堿性運行鈣硬+堿度≤900mg/L我廠循環(huán)水濃縮倍數(shù)最好為3.0倍，不超過3.5倍。
1.2 以飽和指數(shù)判斷
表2 飽和指數(shù)的計算結(jié)果(以一化肥廠循環(huán)水為例)
總?cè)芙夤腆w：350mg/L 鈣硬：180mg/L 總堿:160mg/L
|
濃縮倍數(shù) |
溫度℃ |
pH |
pHS |
L.S.I |
判斷 |
|
k=1 |
80 |
8.00 |
6.88 |
1.12 |
結(jié)垢 |
|
50 |
6.94 |
1.06 |
結(jié)垢 |
||
|
30 |
7.27 |
0.73 |
結(jié)垢 |
||
|
k=3 |
30 |
8.70 |
6.31 |
2.39 |
嚴重結(jié)垢 |
|
k=5 |
30 |
9.00 |
5.85 |
3.72 |
嚴重結(jié)垢 |
飽和指數(shù)的判斷標準：L.S.I=pH～pHS，L.S.I>0為結(jié)垢，L.S.I<0為腐蝕，L.S.I=0為不腐蝕不結(jié)垢狀態(tài)。由上表結(jié)果可知：隨著溫度的升高飽和指數(shù)越大，結(jié)垢趨勢越大，這也說明個別溫度要求高的換熱器易于結(jié)垢。補水飽和指數(shù)大于0，判斷我廠補水屬結(jié)垢型水質(zhì)。濃縮倍數(shù)在3和5倍時，L.S.I顯示這時水質(zhì)均嚴重結(jié)垢。
1.3 各循環(huán)水場現(xiàn)狀
表3 2003年1～6月各循環(huán)水場水質(zhì)數(shù)據(jù)(平均值)
|
項目 |
pH |
濃縮倍數(shù) |
鈣硬 |
總堿 |
濁度 |
總磷 |
|
化纖廠 |
8.95 |
3.7 |
610.6 |
444.1 |
3.09 |
5.95 |
|
電廠 |
8.80 |
3.3 |
504.1 |
398.7 |
3.82 |
3.9 |
|
煉油三循 |
8.80 |
2.8 |
548.6 |
471.7 |
13.2 |
5.9 |
|
一化循環(huán)水 |
8.60 |
3.7 |
610.3 |
360.2 |
3.5 |
5.7 |
由表中數(shù)據(jù)顯示各廠循環(huán)水的鈣硬+堿度均已突破900mg/L，尤其是化纖廠循環(huán)水夏季多數(shù)情況下會達到1100mg/L。也就是說現(xiàn)在濃縮倍數(shù)已達到藥劑的極限，再提高濃縮倍數(shù)并繼續(xù)自然偏堿性運行，將有系統(tǒng)結(jié)垢的危險，濃縮倍數(shù)已無再提升的余地。
2 可采取的措施分析
從以上分析可知我廠這幾套循環(huán)水系統(tǒng)按照自然濃縮偏堿性的方式運行，由于鈣硬度和堿度過高，濃縮倍數(shù)難以再繼續(xù)提高，否則將有結(jié)垢的危險。針對此類水質(zhì)要提高濃縮倍數(shù)， 目前 國內(nèi)主要采用2種工藝處理:
2.1 第一種工藝
新水經(jīng)過預(yù)處理降低堿度和硬度，循環(huán)水在自然pH條件下加藥處理工藝(簡稱預(yù)處理工藝)該工藝具有處理效果好可以在高濃縮倍數(shù)運行，綜合處理費用低的特點，但要增加設(shè)備投資。
2.2 第二種工藝
新水不經(jīng)預(yù)處理，循環(huán)水在加酸控制pH值條件下加藥處理工藝(簡稱加酸工藝)。該工藝主要是對補入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的高硬度高堿度水質(zhì)不進行降硬降堿處理，直接加入到循環(huán)水中，再將一定量的無機酸加入循環(huán)水中，使循環(huán)水的pH值嚴格控制在7.5～8.0之間，用緩蝕效果好的水處理劑進行處理，從而達到提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)的目的。該工藝具有處理效果較好，可以在較高濃縮倍數(shù)下運行，綜合處理費用低的特點。降低循環(huán)水的pH值，大大減弱了水質(zhì)的結(jié)垢傾向。但是由于硫酸的加入，水中腐蝕性離子硫酸根離子增加，同時由于pH值降低，使水的腐蝕性增強，因此對于加酸處理方案，配方應(yīng)具有優(yōu)異的緩蝕性能。循環(huán)水提高濃縮倍數(shù)后水中Ca2+、總堿度會增加，從而使循環(huán)水的pH值升高，使水的飽和指數(shù)升高，腐蝕傾向減小。但當(dāng)濃縮倍數(shù)提到一定高度時由于水中腐蝕性離子Cl-、SO42-等的增加所帶來的腐蝕也將難以控制。這樣既要求水穩(wěn)劑要阻止結(jié)垢又要控制腐蝕是比較困難，系統(tǒng)設(shè)備狀況又比較復(fù)雜，這樣會同時存在腐蝕與結(jié)垢。所以若將水質(zhì)從結(jié)垢性轉(zhuǎn)化為腐蝕性，只控制腐蝕相對會簡單些。加酸運行從另一方面說也就是將結(jié)垢型水質(zhì)轉(zhuǎn)化為腐蝕性水質(zhì)。
2.3 補充說明
循環(huán)水補水中摻入部分冷凝水也可以降低水中硬度和堿度，從而提高這類水質(zhì)的濃縮倍數(shù)。冷凝水用于循環(huán)水補水屬高質(zhì)水低用，但在現(xiàn)階段冷凝水富余又無全部回收的相應(yīng)措施的情況下這樣使用也是可行的。另外水質(zhì)差的工藝冷凝液或解析水用于循環(huán)水，會對系統(tǒng)帶來很大 影響 ，如尿素解析水必然會或多或少含有尿素，這樣殺菌措施跟不上，必然會給系統(tǒng)帶來腐蝕。
考慮我廠水質(zhì)條件和現(xiàn)時可行性，我們決定采用加酸控制pH值條件下加藥處理的工藝路線但先保守將pH值控制在8.0以上。
3 試驗過程
3.1 靜態(tài)阻垢試驗
表4 靜態(tài)試驗結(jié)果
|
實驗條件 |
恒溫水浴70℃, 濃縮2倍, 藥劑XF-2加量70/(mg/L) |
|||
|
初始鈣mg/L |
394.0* |
462.0* |
||
|
初始堿度mg/L |
400 |
500 |
||
|
控制pH |
8.5 |
8.8 |
8.5 |
8.8 |
|
阻垢率% |
70.4 |
47.2 |
53.5 |
38.1 |
由試驗結(jié)果可得出：初始鈣375mg/L濃縮2倍相當(dāng)于濃縮倍數(shù)達到5倍，控制pH 值低于8.5，藥劑阻垢率可達到70.4%，而控制pH值低于8.8藥劑阻垢率僅47.2。說明加酸對降低結(jié)垢趨勢非常有效。
3.2 旋轉(zhuǎn)掛片實驗
表5 旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實驗結(jié)果
結(jié)果 分析 ：7#、8#驗證了提高濃縮倍數(shù)，腐蝕速率會有所下降;加酸調(diào)pH值的1#～6#鈣保持率均在90%以上，而 自然 運行的7#、8#鈣保持率在80%多，說明加酸能有效地減少結(jié)垢;pH值控制越低試片腐蝕越嚴重，說明采用加酸運行對藥劑的緩蝕性能要求高。
3.3 動態(tài)模擬實驗
表6 實驗條件和結(jié)果
|
1 |
2 |
實驗條件 |
|
|
控制pH值 |
8.4～8.9 |
8.0～8.5 |
管內(nèi)流速：0.9～1.0m/s進出口溫差：12 ℃ 濃縮倍數(shù)：4.5～5.0 |
|
試管腐蝕速率 mm/a |
0.0430 |
0.0521 |
|
|
試管粘附速率 mcm |
12.61 |
8.17 |
3.3.1動模實驗結(jié)果分析
試管的腐蝕速率和粘附速率均達到小型動態(tài)模擬實驗評價標準的好級，2#系統(tǒng)控制pH值低腐蝕速率高于1#系統(tǒng)但粘附僅8.17mcm。加酸確實能夠有效的減少結(jié)垢。
4 采用加酸運行的必備條件
⑴ 采用加酸運行系統(tǒng)最好具備自動加酸系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)pH 值的穩(wěn)定并減少人員的操作量，加酸時要避免局部pH過高或過低。
⑵ 水穩(wěn)劑的選擇也是非常重要的。提高濃縮倍數(shù)會使藥劑在水中停留時間增加，因此要求藥劑的穩(wěn)定性好。加酸運行堿度降低又要求藥劑緩蝕性能好。
⑶ 加酸運行對日常控制條件要求較高，一旦發(fā)生異常需要強大的技術(shù)力量做后盾，因此要求做好前期的各種試驗，積累大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確保方案的可行性。另外，實驗室的試驗條件與現(xiàn)場實際有很大的出入，存在許多不確定因素，還需要實驗室不斷試驗和現(xiàn)場的不斷調(diào)整。
5 結(jié)束語
提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，可以降低補充水的用量，從而節(jié)約水資源;還可以降低排污水量，從而減少對環(huán)境的污染和廢水的處理量。此外，提高濃縮倍數(shù)還可以節(jié)約水處理劑的消耗量。
循環(huán)水加酸運行是解決我廠 目前 循環(huán)水濃縮倍數(shù)難以繼續(xù)提高的瓶頸 問題 的有效措施。這一運行方式在國內(nèi)外水處理行業(yè)內(nèi)正普遍 應(yīng)用 。
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