節(jié)水治污——廢水用作循環(huán)水零排放的進展
節(jié)水治污——廢水用作循環(huán)水零排放的進展
董兆祥，董剛，胡鵬
（邯鄲市奧博水處理有限公司 河北邯鄲 056002）
[摘要]適應國民經濟快速發(fā)展的要求，配合日趨緊迫的環(huán)境保護形勢，奧博水處理公司自行研制的多功能阻垢緩蝕劑和工業(yè)循環(huán)水零排放等3項發(fā)明專利技術的工業(yè)化應用，取得了顯著的效果，這將成為我國節(jié)約水資源和廢水資源化回用的重要技術支撐，將為我國的水污防治工作提供強有力的技術保證。本技術報告通過對生物制藥廢水、焦化廢水、石油煉化廢水、冶金廢水成功用于循環(huán)冷卻水補充水，而且實現(xiàn)不結垢不腐蝕、高倍率或零排放的案例分析，證明了廢水是循環(huán)冷卻水的最佳水源。
[關鍵詞]廢水，循環(huán)水，零排放
概述
奧博公司的水處理藥劑及其技術，能夠適應不同的廢水水質作循環(huán)水的補充水，其循環(huán)水處理理念和方法已經顛覆了傳統(tǒng)的水處理理念和方法，已經沖破了“循環(huán)水水質控制標準”和“廢水回用標準”的束縛，為我國工業(yè)廢水的無能耗回用和資源化利用闖出了一條新路。國內外科研機構推出的廢水回用或節(jié)水技術，投資大、運行費用高，對于諸多產能過剩、價格下滑的中小企業(yè)來講是望而興嘆。而奧博公司的廢水回用技術無投資、運行費用低，將成為中小企業(yè)的追逐目標，相信在越來越多的企業(yè)采用奧博公司的藥劑和技術后，水污染防治工作將會有重大進展，水污染現(xiàn)象將會成為歷史，畫上句號。
一．技術開發(fā)背景
國民經濟的快速發(fā)展帶來了水環(huán)境的日益惡化和水資源的日趨緊張。解決這一發(fā)展中產生的經濟矛盾，唯有研究和開發(fā)廢水資源化利用技術才能從根本上解決問題。
在我國，工業(yè)用水是全部用水的80%，而工業(yè)循環(huán)水的耗水量占了工業(yè)用水的75%。因此，無論是節(jié)水還是廢水回用，提高循環(huán)冷卻水的重復利用率或廢水回用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，就成了重頭戲。
在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行中，由于水處理劑品質的滯后造成了循環(huán)重復利用率低，而且還造成循環(huán)水系統(tǒng)設備或結垢、或腐蝕、或結泥等多種弊端，給正常的工業(yè)生產帶來了巨大隱患。
基于上述三個方面的考慮，我們重點從研究開發(fā)工業(yè)循環(huán)水處理藥劑開始，企圖研究出一種循環(huán)水系統(tǒng)既不結垢又不腐蝕；既能除垢除銹，又能緩蝕預膜；既能用工業(yè)水又能用廢水；既能高倍率，又能零排放的多功能阻垢緩蝕劑。通過配以循環(huán)水系統(tǒng)的旁濾器設施，實現(xiàn)廢水資源化利用，節(jié)約有限水資源，而循環(huán)水系統(tǒng)設施運營安全，真真切切為企業(yè)為社會帶來實實在在的利益。
二．國內外研究開發(fā)現(xiàn)狀
國內外較大的研究機構在節(jié)水及廢水回用方面的技術研究，基本上走的是一條路子，即：膜法—多效蒸發(fā)—結晶分離。實施這一技術路線的特點是投資巨大，運行費用高。有資料顯示，美國一家公司在處理150噸/h的循環(huán)水排污水和15噸/h的濃縮水工程中，投資費用為1260萬美元，年運行費用為39萬美元。國內有大企業(yè)用“雙膜法”處理循環(huán)水的排污水或生化廢水、純水回用、濃水或熄焦、或沖渣、或排至城市污水處理廠簡單處理后排放，其投資費用幾千萬元，每噸水處理費用在幾十元。
三．研究開發(fā)試驗情況
早在1993年的6月份開始水處理藥劑的研究，根據(jù)教科書提供的數(shù)據(jù)和性能，我們在全國各地采集了近50余種單體藥劑樣本，首先進行的單體藥劑性能試驗，其次是性價比試驗，再就是進行配伍性試驗，最后篩選出配伍性好具有復合增效作用的；同時具有除垢、阻垢、緩蝕、預膜、改變結垢物質晶體形態(tài)作用的多功能水處理劑。根據(jù)原水水質的不同，我們又篩選了結垢型水質、腐蝕型水質所用的不同的多功能阻垢緩蝕劑配方。直至2003年的年初，我們的大規(guī)模連續(xù)性試驗基本結束。十年間搞了一千多次的試驗，選出了三個基本的復合藥劑配方：一個是AB-970適應于高堿度、高硬度、高濁度水質作循環(huán)水補充水時可以不結垢不腐蝕，可以高濃縮倍率或零排放；另一個是AB-980適應于高CL-、高SO42-、高濁度水質做循環(huán)水補充水時可以實現(xiàn)除垢、除銹、緩釋、預膜、高濃縮倍率或零排放的效果；再一個是復合型殺菌滅藻粘泥剝離劑AB-957，具有一劑多效，年用量少、費用低、效果顯著等特點。自2003年開始，我們把研制的水處理劑投放市場，開始進行工業(yè)性試驗和運用。至2011年9月份止，有58家企業(yè)不同類型的循環(huán)水系統(tǒng)采用了我們的水處理藥劑和應用技術，獲得了前所未有的處理效果。比如：新興鑄管的焦化廠、一鑄管、煉鋼廠、余熱電廠的循環(huán)水系統(tǒng)，過去多少年來，結垢后進行停產清洗，而在2006年、2007年采用奧博公司的技術后，不停產清洗，而后的多年來再沒有發(fā)生過結垢和腐蝕問題。再比如邯鄲陸順焦化廠的地下水堿度410mg/L、硬度1200mg/L、在做循環(huán)水補充水時倍率長期在3.5-4.0之間，天旱少雨的季節(jié)，倍率在4.5-6.5之間，因為藥劑的阻垢分散能力強，十年間從來沒有結過垢。又比如，陶二電廠、九龍電廠的礦井疏干水做循環(huán)水，補充水的CL-和SO42-大都在1000mg/L左右，可是由于藥劑的緩蝕預膜性能好，循環(huán)水的CL-和SO42-達到3000mg/L及以上時，多年也沒出現(xiàn)過系統(tǒng)腐蝕問題。
奧博公司的多功能阻垢緩蝕劑于2009年3月申報國家發(fā)明專利，于2011年8月獲得授權。自2011年10月起，奧博公司的研究開發(fā)進入了一個新的階段，適應環(huán)保形勢的需要，著手進行循環(huán)水用井水或廢水做零排放的技術研究，在取得研究成果的基礎上，于2011年11月申報了“工業(yè)循環(huán)水零排放處理系統(tǒng)”發(fā)明專利，于2013年8月獲得授權；2013年11月申報“工業(yè)煙氣及廢水、城市中水、循環(huán)冷卻水一體化處理系統(tǒng)”發(fā)明專利，于2014年12月獲得授權；2014年10月份申報的“一種能讓電廠廢水全部回收用于循環(huán)冷卻水的藥劑及其配方”發(fā)明專利，已經達到了國家知識產權局的受理。三年來，奧博公司推出的“工業(yè)循環(huán)水零排放技術”在河南寶舜科技有限公司的循環(huán)水系統(tǒng)取得了成功。冶金廢水用于循環(huán)水系統(tǒng)補充水達到高濃縮倍率4.0-5.0倍時，不僅不結垢不腐蝕而且除垢、緩蝕、預膜，在邯鋼邯寶焦化公司取得了成功。奧博公司推出的“廢水用作循環(huán)水零排放技術”在寧夏啟元藥業(yè)、寧夏贏海熱電、寧夏泰瑞制藥、山西潞寶焦化、唐山達豐焦化、邯鄲金華焦化、安陽豫龍焦化、安陽順城焦化、內蒙慶華焦化、山東京博石化、山東金誠石化、山東墾利石化、山東海科石化、山東永鑫石化、山東慧能熱電、山東新華制藥、吉林建龍焦化、山西高義鋼鐵、寧波鑫甬化工、安徽臨渙焦化、山東？迫鹆质⒑摵獙毥够绕髽I(yè)的循環(huán)水系統(tǒng)試驗成功，并正在推廣和應用。
四.主要技術指標
河南寶舜化工科技有限公司2011年10月2日至2014年10月2日的三年時間里，循環(huán)水系統(tǒng)通過旁濾器截留水渣、降低濁度，實現(xiàn)了循環(huán)水用井水系統(tǒng)零排放目標。
2014年3月9日水質如下：
| 水樣 |
堿度 （mmol/l） |
硬度 （mmol/l） |
Ca2﹢ (mg/l) |
Cl- (mg/l) |
so42- (mg/l) |
濁度 （NTU） |
PH值 |
| 補充水 | 4.8 | 7.2 | 98 | 21 | 170 | 0.36 | 7.56 |
| 循環(huán)水 | 8.4 | 42 | 508 | 242 | 1057 | 42.4 | 8.58 |
邯鋼邯寶焦化用冶金廢水作循環(huán)水補充水，采用奧博公司技術后，倍率由1.7提高到4—5倍，經過5個月的時間，系統(tǒng)內21mm的老垢達到了去除。
2013年8月30日水質如下：
| 水樣 |
堿度 （mmol/l） |
硬度 （mmol/l） |
Ca2﹢ (mg/l) |
Cl- (mg/l) |
so42- (mg/l) | mg2+（mg/l） | PH值 |
| 冶金中水 | 1.4 | 13.3 | 188 | 224 | 235.2 | 0.36 | 6.93 |
| 循環(huán)水 | 1.0 | 63 | 836 | 1048 | 1105 | 185 | 6.73 |
寧夏啟元藥業(yè)的拖動循環(huán)水系統(tǒng)和4×15MW發(fā)電機組循環(huán)水系統(tǒng)用生物制藥廢水、反滲透濃水做循環(huán)水零排放。運行中除掉了鈣垢和銹垢，實現(xiàn)了系統(tǒng)設備的緩蝕預膜。
2014年3月20日水質如下：
| 水樣 |
堿度 （mg/l） |
硬度 （mg/l） |
Ca2﹢ (mg/l) |
Cl- (mg/l) |
電導 （us/cm） |
濁度 （NTU） |
PH值 |
| 廢水 | 495.1 | 520.4 | 176.4 | 1270 | 5860 | 5.8 | 8.58 |
| 循環(huán)水 | 450.1 | 4263.4 | 961.9 | 6550 | 20600 | 2.6 | 8.52 |
寧夏泰瑞制藥發(fā)酵循環(huán)水系統(tǒng)原來使用地下水，倍率在1.5-1.7之間，系統(tǒng)結垢腐蝕相當嚴重。采用奧博公司的藥劑和技術后，循環(huán)水補水用生物制藥廢水并且零排放，三個月的時間基本除掉了鈣垢和銹垢，實現(xiàn)了廢水的徹底回用并且緩蝕預膜。
2014年5月30日水質如下：
| 水樣 |
堿度 （mmol/l） |
硬度 （mmol/l） |
Cl- (mg/l) |
電導 （us/cm） |
濁度 （NTU） |
PH值 |
| 廢水 | 32.7 | 10.7 | 2810 | 15430 | 88.05 | 8.47 |
| 循環(huán)水 | 38.2 | 44.4 | 10290 | 49600 | 60.37 | 8.68 |
山西潞寶焦化公司用焦化蒸氨廢水做循環(huán)水補充水零排放，運行4個半月后，循環(huán)水系統(tǒng)中原來的3-5mm厚的老垢除掉了，銹斑除掉后又進行了預膜。
2014年7月28日的水質如下：
| 水樣 |
PH 值 |
電導（us/cm） |
COD （mg/l） |
氨氮 （mg/l） |
總堿度 （mg/l） |
總硬度 （mg/l） |
Cl- (mg/l) |
濁度 （mg/l） |
Fe2+ (mg/l) |
揮發(fā)酚 |
| 廢水 | 7.5 |
無法 測定 |
1447.2 | 1055.25 | 767 | 196.2 | 1514.9 | 194 | 20.2 | 219.52 |
| 循環(huán)水 | 6.3 | 19890 | 64.32 | 38.27 | 41.1 | 767 | 1150.1 | 152.6 | 4.93 | 6.27 |
唐山達豐焦化用生化廢水做循環(huán)水零排放，運行3個月把原來用井水和純水做循環(huán)水3.0倍時的結垢和腐蝕狀況進行了改善，銹瘤銹斑脫落，系統(tǒng)沒有任何的結垢和腐蝕現(xiàn)象。
2014年11月20日的水質如下（單位：mg/l）
| 水樣 | 揮發(fā)酚 | 氰化物 | 氨氮 | COD | 硫化物 | PH值 | 硬度 | 堿度 | Ca2+ | Cl- | 濁度 | 電導us/cm | so42- |
| 廢水 | 0.04 | 0.13 | 3.73 | 182 | 0.46 | 6.95 | 176 | 223 | 110 | 988 | 18.1 | 6520 | 1734 |
| 循環(huán)水 | 31.95 | 2244 | 8.87 | 1156 | 1246 | 770 | 12130 | 41.9 | 33300 | 28893 |
山東京博石化煉化八循環(huán)水系統(tǒng)運用奧博公司的技術，實行汽提酸性廢水不經生化處理直接用作循環(huán)水補充水，并實行循環(huán)水系統(tǒng)零排放，運行效果良好，不僅沒有結新垢而且老垢脫落、銹斑脫落，還預上了金屬離子膜。
2015年1月13日的水質如下：
| 水樣 | 揮發(fā)酚（mg/l） | COD（mg/l） | 氨氮（mg/l） |
| 廢水 | 353 | 3458 | 21.28 |
| 循環(huán)水 | 50.4 | 3020 | 64.98 |
邯鄲金華焦化廠自2014年9月26日始，將焦化廠的剩余氨水作為余熱電廠1×15MW發(fā)電機組的循環(huán)冷卻水補充水，已運行4個多月，循環(huán)水沒有排放，循環(huán)設備沒有發(fā)生結垢腐蝕，而且還除掉了老垢。
2014年12月4日的水質如下：
| 水樣 |
Cl- (mg/l) |
堿度 （mmol/l） |
硬度 （mmol/l） |
Ca2﹢ (mg/l) |
PH值 | so42- (mg/l) |
濁度 （NTU） |
| 剩余氨水 | 700 | 228 | 7 | 20 | 9.5 | 969 | 171.4 |
| 循環(huán)水 | 10900 | 20 | 100 | 800 | 7.57 | 2748 | 2260 |
綜上所述，各企業(yè)的廢水水質差異很大，循環(huán)水系統(tǒng)因為是零排放不控制任何指標，所以循環(huán)水處理差別更大。但是由于采用了適應對路的循環(huán)水處理藥劑，所以共同的處理效果則是不結垢、不腐蝕、除垢、除銹、緩蝕、預膜。
上述所有企業(yè)在利用廢水作循環(huán)水零排放的技術過程中沒有任何投資，運行費用按循環(huán)水系統(tǒng)保有水量為基數(shù)，參考水質、生產規(guī)模、循環(huán)量等數(shù)據(jù)，每天每立方米循環(huán)水處理藥費為2元左右。換一種計算方法，每消耗掉一噸廢水，費用為4元左右。
五．國內外技術比較
國內外號稱最先進的節(jié)水技術就是利用膜法處理，膜法處理后仍產生大量的高鹽濃水或排放、或作它用，對水的處理效果是：確實減排了，但污染物總量沒有變。
國內外號稱最先進的廢水處理技術是多效蒸發(fā)、結晶分離。是在生化處理，膜法處理后通過廢水加熱變?yōu)樗羝，再冷凝成蒸餾水回用，固體物達到分離，而后作為它用或填埋，投資大，運營費高，每噸水的處理費用在幾十元、上百元。
奧博公司推出的廢水回用于循環(huán)水技術，是利用循環(huán)水系統(tǒng)的固有設備對廢水進行無限的好氧、厭氧、缺氧、催化處理，直至廢水中的有機物或有毒有害物質得到徹底降解為止。同時，廢水作為循環(huán)水的補充水代替了新水，起到了冷卻介質的作用，其節(jié)水效果相當顯著。循環(huán)水中不斷濃縮的無機鹽或冷卻水池中沉淀、或通過旁濾截留，其固體可進行填坑和墊地。
奧博公司的廢水回用于循環(huán)水技術，是廢水資源化的重要展示，沒有能耗，沒有投資，沒有排放，運行費也低廉。
六.創(chuàng)新技術與承諾
三項創(chuàng)新：
1、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是廢水深度處理的最佳設施。
①循環(huán)冷卻水系統(tǒng)具備了廢水處理所需的厭氧、好氧及無限循環(huán)的最佳環(huán)境。廢水停留時間長，直到變成水蒸氣為止。
②循環(huán)水中具有好氧、厭氧、產氣、產酸、產堿的多種微生物群落，對廢水中的有機物、氨氮、酚、氰等有害物質的降解更全面、更充分、更徹底。
③循環(huán)水系統(tǒng)保有水量大，抗廢水沖擊能力強，對廢水有很好的稀釋作用，有利于各種微生物的生長繁殖和對有機物的代謝及降解。
④循環(huán)水在通過循環(huán)泵后的加壓和換熱器的加溫過程中，對有機物的氧化還原反應起到了促進或催化作用。
⑤循環(huán)水中的Mg2+、廢水中有NH3-N、藥劑中有PO43-，有利于形成MgNH4PO4沉淀析出，是廢水脫氮的最佳補充方法。
2、未經深度處理的廢水是循環(huán)水的最佳水源。
①廢水中的重金屬離子本來就是腐蝕性因素，可是被多功能阻垢緩蝕劑絡合后卻能在設備表面沉積預膜。金屬離子膜可抵御循環(huán)水中高CI-、高SO42-的腐蝕。
②循環(huán)水系統(tǒng)零排放情況下，溶解性結垢物質達到超飽和狀態(tài)時會析出成垢。但是，多功能阻垢緩蝕劑作用于結垢物質的析出過程，并改變其晶體形態(tài)，使之成為水渣，因而循環(huán)水系統(tǒng)可長期不結垢。
③廢水中的有機物和氨氮是菌藻生長的豐富營養(yǎng)物質，但是，循環(huán)水中的高CI-又抑制了菌藻的瘋長。有機物和氨氮在被細菌吸收的同時得到降解。
④結垢物質析出后生成的水渣和COD、BOD降解后生成的無機物，共同提升了循環(huán)水的濁度。但是CaCI2的超飽和析出卻成了凈水劑，即時在沒有旁濾的循環(huán)水系統(tǒng)，也可以實現(xiàn)零排放。
⑤廢水中含油、含堿也不是壞事，因為，在通過換熱器升溫時，可發(fā)生皂化反應，產生肥皂效應，可以去除系統(tǒng)中的油污和泥垢。
3、循環(huán)水處理不按“標準”控制水質，效果會更好。
①循環(huán)水水質不控制PH值和堿度，就不需要加酸調節(jié)，因為，藥劑吧Ca2+螯合后，HCO-3就成了多余離子，在水中很不穩(wěn)定，在換熱器受熱后，兩個HCO-3就會生成一個CO2、一個H2O、一個CO32-和H2O結合，又會生成兩個HCO3-和一個O。所以循環(huán)水系統(tǒng)不加酸，不會發(fā)生PH值升高和堿度升高而結垢問題。倒是循環(huán)水系統(tǒng)加酸后，引起水泥構件腐蝕，碳鋼管道腐蝕、銅管道腐蝕、循環(huán)水泵葉輪穿孔等問題。
②循環(huán)水水質不控制硬度。因為硬度的控制意味著循環(huán)水硬度只能低不能高。怎樣才能低呢？一是循環(huán)水倍率低，邊排水邊補水；二是循環(huán)水系統(tǒng)結垢。所以控制硬度的結果是浪費水，或者結垢。
③循環(huán)水水質不控制PO43-。因為控制PO43-，是為了控制藥量，這里有誤區(qū)，循環(huán)水PO43-高時，有兩種情況：一是藥量大；二是倍率高。如果是倍率高引起PO43-高，不加藥或少加藥，勢必會造成系統(tǒng)結垢。同樣，循環(huán)水PO43-低時，也有兩種原因：一是藥量少；二是倍率低。如果因倍率低PO43-低，投放藥量會造成大量浪費。
④循環(huán)水水質不控制CI-、電導及其它。因為，控制CI-和電導，就意味著排水，節(jié)水減排落不到實處，廢水回用成為空談。
⑤循環(huán)水處理效果的好壞，不在于控制循環(huán)水水質，關鍵是適應水質的藥劑配方和藥量？刂扑|，解決不了結垢、腐蝕和浪費水的問題。而適應水質的藥劑配方和藥量，不論水質如何，都能達到長期不結垢、不腐蝕，而且節(jié)約用水的效果。
三項承諾
承諾一：百分之百不結垢。如因換熱量增大，或藥量偏小，或水質惡化等原因造成循環(huán)水系統(tǒng)有結垢的苗頭，可在運行過程中適當加大藥量將新垢除掉，達到長年不結垢。
承諾二：百分之百不腐蝕。如因循環(huán)水的CI-、SO42-含量突然升高，引起系統(tǒng)設備有腐蝕跡象，可通過投加增強型緩蝕預膜劑達到不腐蝕并且預膜。
承諾三：循環(huán)水系統(tǒng)在大量產生CaCI2超飽和析出時，可降低循環(huán)水濁度，達到零排放；如果循環(huán)水CI-含量低，高堿度、高硬度水質就會析出大量水渣，則可通過旁濾器截留水渣，使循環(huán)水系統(tǒng)達到零排放。旁濾器的反洗水通過沉淀后，上清水仍可返回循環(huán)水系統(tǒng)。
七．應用推廣情況及前景分析
由于奧博公司推出的廢水回用循環(huán)水處理技術顛覆了《工業(yè)循環(huán)冷卻水設計規(guī)范》和《廢水回用標準》，是對多年傳統(tǒng)處理方法的倒行逆施，習慣了按《標準》辦事的人們感覺到不可能、不可信、是騙局、有危險等，所以在參加了諸多會展和在報刊上做廣告宣傳后都無濟于事，現(xiàn)在唯一能做的也是效果最好的方法就是：一些被環(huán)境形勢逼迫得無路可走的企業(yè)，先行一步進行大膽的試用，效果好了，引來其它企業(yè)的模仿，之后一傳十、十傳百，從試用到運用。
奧博公司已經研究和工業(yè)化應用成功的廢水回用技術有：生物制藥廢水、焦化廢水、石油煉化廢水、城市中水、冶金廢水及反滲透濃水。尚未研究或研究未成功的廢水如：電鍍廢水、造紙廢水、印染廢水、農藥廢水、皮革廢水、精細化工廢水、化肥廢水、二次反滲透濃水、脫硫廢水等。
奧博公司的廢水回用技術未來前景壯觀，需求量越來越大，效益越來越好，但是廢水種類多、水質復雜，其研究任務繁重，未來的道路并不平坦，還需要付出艱辛的努力。
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