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一、技术背景
我国是一个水资源严重短缺的国家,全国600多个城市中有近一半的城市缺水,而且缺水量逐年增加。与此同时,约有1/3的工业废水和4/5的生活污水未经处理直接排入江、河、湖、海,据统计2011年我国废水排放总量659.2亿吨,2012年为684.8亿吨,2013年为695.4亿吨,2014年为716.2亿吨,呈现逐年上升的趋势,使水环境受到了严重的污染。水资源的匮乏和严重污染制约着我国经济和社会的可持续发展,污水处理回用成为水处理工作者 急迫的工作。
欣格瑞(山东)环境科技有限公司查阅大量文献、借鉴国内外先进水处理技术并与十几年的水处理经验相结合,经过数百次实验,深入研究了"污水回用于循环水系统近零排污整体解决方案",可以实现废水经简单处理后回用于循环水系统不排污或少排污,利用循环水系统自身优势促使污水被降解、消耗,且保证循环水系统设备长期运行不结垢、不腐蚀,实现企业废水低成本的近零排污。
二、技术路线
利用企业原有的污水简处理系统进行污水絮凝沉降、生化处理后作为补水补入开式循环水系统,连续换热蒸发水蒸气进行高浓缩倍数运行(可以达到10倍或以上),利用特制的水处理药剂抑制系统的强结垢、腐蚀、菌藻滋生、粘泥沉积趋势,利用开式循环水系统进行好氧、厌氧、加热催化降低COD、BOD、油含量等,利用旁滤设备、沉降设备进行循环水悬浮物的控制。循环水系统适量的排污水又进入污水简处理系统,根据污水特点选择投加絮凝剂、降钙剂、硫酸根去除剂、PH值调节剂等水处理药剂,上清液补回循环水系统,沉积物被分离出来,形成一个水蒸气挥发、固液分离的闭环运行,实现了循环水系统的近零排污。
注:工业水是指在原有的水处理工艺中,经过生化处理以后的废水或者是沉淀池出水作为循环水系统的补充水。
三、技术特点
1、处理工艺简单、成本低
(1)焦化废水、生物制药废水、石化废水、冶金废水、脱硫废水、循环水系统排污水、生活污水、反渗透浓水等废水目前为达到环保要求实现达标排放,或达到工业循环水设计规范中水回用标准,一般采用絮凝沉降、生化处理、过滤设施、膜处理、多效蒸发、结晶分离等方法进行,费用数十元至上百元不等;而采用絮凝沉降、厌氧好氧生化简单处理回用循环水系统只需要不到一元钱,节省了大量污水深化处理费用和新鲜水取水费用。
(2)循环水系统凉水塔处循环水与空气充分接触,氧气在水中达到饱和溶解度,可以实现生化处理的好氧处理;循环水系统储水池保有水量较大,可以实现生化处理的厌氧处理和缓冲稀释污水冲击;循环水系统换热设备换热过程中,可以实现油脂的皂化反应、氧化还原物质的催化反应;循环水系统充足的光照、适宜的温度、丰富的营养、厌氧好氧的条件适应好氧、厌氧、产气、产酸、产碱等多种微生物的生长、繁殖,对废水中的有机物、氨氮、酚、氰等有毒有害物质的降解更全面、更充分、更彻底;因此循环水系统为污水回用循环水系统提供了优越的条件,节省了大量深化处理费用。
(3)为防止循环水浊度过高而形成污垢,需要进行过滤或沉降处理。工业循环水设计规范要求间冷开式系统旁滤水量宜为循环水量的1~5%,对于多沙尘地区或空气灰尘指数偏高地区可适当提高。污水回用循环水系统近零排污运行要求旁滤水量宜为循环水量的5~10%,因此只需要将现有的旁滤设备进行简单改造或增加小型沉降设备即可满足要求,改造简单易行、费用低。
2、近零排污水处理药剂可以保证污水回用循环水系统近零排污运行
充分利用循环水系统自身特点,将各种企业废水做为补充水再加上近零排污水处理药剂一起加入循环水系统。在药剂的作用下,废水中的有害物质的危害特性得到抑制,从而保证了循环水系统设备长期不结垢、不腐蚀;在保证循环水系统不排污或者排污水经过沉淀后再回到循环水系统的处理,就实现了企业废水的零排污。
(1)近零排污缓蚀阻垢剂中含有吸附型缓蚀剂、沉积型缓蚀剂组分,一是迅速吸附在金属表面形成一端亲金属一端疏水的吸附膜,二是可以鳌合废水中的重金属离子形成沉积膜,两层膜均匀致密优势互补,可以有效抑制腐蚀性气体、高浓度离子对金属的腐蚀。
(2)污水在近零排污缓蚀阻垢剂晶格扭曲作用下,无机盐达到过饱和溶解度后析出变成无序蓬松的水渣,与泥沙、腐殖质、胶体、菌藻种尸体等一起形成悬浮物分散在水中;污水在近零排污缓蚀阻垢剂分散作用下,能保证数百的浊度也不会形成粘泥沉积,且还具有一定的杀菌增效作用。配合循环水系统旁滤设备、沉降设备将循环水各种离子、悬浮物含量稳定在一定范围内,实现系统污垢不附着沉积。
(3)近零排污缓蚀阻垢剂含有多种不同性质的清洗基团,对系统中各种不同性质的污物进行渗透,消溶、剥离、分散、络合及强化络合处理,将其溶入水中予以清除,保障设备表面清洁,露出金属本体,可以在运行中将粘泥、硬垢、锈蚀产物等除去。
(4)近零排污缓蚀预膜剂由氧化型缓蚀剂、有色金属保护剂、分散剂等多种组分组成,在高浊度的循环水中可以迅速在多种金属表面形成均匀致密的金属氧化膜,在高腐蚀性循环水中有效弥补沉积膜、吸附膜的不足,耐氯离子、硫酸根离子达到近万mg/L,保证金属表面光滑无腐蚀。
(5)换热设备水流较慢或存在死角的地方会形成生物粘泥的沉积而影响换热效果,近零排污杀菌剥离剂具有广谱、高效、渗透剥离效果好、分散性强等特点,能迅速穿透生物粘泥附在器壁上的生物膜,利用抑制蛋白质合成,使细菌蛋白质凝固死亡,可有效杀灭好气菌,厌气菌,真菌,藻类等微生物,降低生物粘泥的附着力,将粘泥剥离分散在水中。
(6)根据污水和循环水水质,利用旁滤设备、沉降设施,可以投加配套的絮凝剂、降钙剂、硫酸根去除剂、PH调节剂等,有选择性的去除循环水中悬浮物质、离子,调节循环水PH值和碱度,保证循环水水质的稳定。
设备运行中
四、技术实现流程
1、首先进行客户生产工艺流程、循环水系统工艺流程、污水处理工艺流程调研,了解生产工艺产生哪些污水,污水简单处理可以达到什么程度,循环水系统是否需要进行简单改造。
2、取污水水样进行详细分析,判断污水结垢腐蚀、菌藻滋生趋势,需要配套使用那些药剂,根据经验配置数种近零排污水处理剂。
3、现场取水样在实验室模拟进行零排污旋转挂片腐蚀阻垢试验确定 佳配方,根据现场循环水工艺流程开展动态模拟实验,验证所选配方性能。
4、近零排污技术实施前15天,向厂方提供详细的技术方案和工艺操作规程,并进行技术交流和技术培训。
5、近零排污技术实施时, 技术工程师(1-2人)赴现场系统调试、技术服务,直到系统转入正常运行。
6、近零排污技术实施期间,每月 少1-2技术服务,了解生产、工艺及水处理等方面出现的问题,并随时采取相应的措施优化技术方案。
五、技术适合系统和需要配套设施
1、循环水浊度高于100NTU只能适用于管式换热器设备,且水流速≥1.0m/s。
2、近零排污循环水系统需要安装旁滤器,旁滤器安装在进换热器或出换热器的水管上,滤料建议为石英砂或多介质,过滤量建议为循环水量的5-10%,旁滤器过滤水的质量为浊度<20NTU。
3、近零排污循环水系统根据循环水悬浮物含量、含盐量进行少量排污,排污水建议经过生化处理、絮凝沉降处理后上清液补回循环水系统。
六、技术案例
1、取某焦化厂废水,具体分析结果如下:
分析项目 单位 11月污水分析数据 12月污水分析数据 1月污水分析数据
PH 8.35 8.21 8.28
电 导 μs/cm 6170 10620 13500
浊 度 NTU 320 360 136
总硬度 mg/L 780 900 1200
总碱度 mg/L 1400 1250 1290
钙离子 mg/L 340.68 300.6 400.8
镁离子 mg/L 439.32 599.4 799.2
氯离子 mg/L 1149.54 1374.45 1429.43
总 磷 mg/L 1.543 2.176 3.883
总 铁 mg/L 12.0 8.0 6.0
N-NH3 mg/L 65.93 48.48 38.89
COD mg/L 277.4 726.55 226.7
SO42- mg/L 1563.9 3902 3210
总盐含量 mg/L 2890 6680 6820
2、旋转挂片试验
在温度45℃条件下,近零排污缓蚀阻垢剂不同浓度加到废水中,转速调至80r/min,烧杯不加盖自然蒸发,每隔1-2小时向烧杯中补加含有对应近零排污缓蚀阻垢剂的试验用水,使液面保持在原始刻度。试验金属材质选用20#碳钢、70铜、304不锈钢连续运行47天。
(1)金属污垢沉积率汇总
加药量mg/L 碳钢平均污垢沉积率mg/cm2月
400 7.796
500 6.547
600 4.832
700 4.137
注:整个试验过程中70铜、304不锈钢试片没有污垢附着。
(2)金属腐蚀速率汇总
加药量
mg/L 碳钢平均腐蚀速度mm/a 铜平均腐蚀速率mm/a 不锈钢平均腐蚀速度mm/a
400 0.0924 0.00478 0.0018
500 0.0716 0.00392 0.0009
600 0.0659 0.00386 0.0006
700 0.0623 0.00385 0.0004
结论:根据以上试验,药剂加药量600mg/L效果 好,可以满足废水回用于循环水系统长期正常运行。
2、动态模拟实验
用试验管放入换热系统内测定其污垢热阻、污垢沉积率和腐蚀速率,再在进口和出口分别放入碳钢、铜、不锈钢试片辅助测定金属的腐蚀速率,从而确定药剂的阻垢和缓蚀性能。试验条件:
循环水量:180L/h 保有水量:80L 蒸汽温度:99±1oC 流速:1m/s
进口水温:30±2 oC 加药浓度:600mg/L 时间:51天零排污运行
实验结果:
(1)试验挂片数据
材质 编号 试片失重g 腐蚀时间
H 腐蚀速率
mm/a 备注
碳钢 1163 0.1041 1224 0.0339 进口
铜 3311 0.0084 1224 0.00253
不锈钢 5032 0.0048 1224 0.00155
碳钢 1164 0.1275 1224 0.0215 出口
铜 3312 0.0093 1224 0.0028
不锈钢 5033 0.0054 1224 0.00174
(2)试验碳钢管数据
材质 试验时间 测定项目 测定数据 单位
碳钢
1224 h
污垢热阻 1.60 10-4om2oC/W
污垢沉积率 5.482 mg/cm2月
腐蚀率 0.0288 mm/a
由动态模拟试验结果表明:当添加近零排污缓蚀阻垢剂600mg/L,可使废水在循环水系统中高倍浓缩运行,且各项指标均(如腐蚀率、污垢热阻值、粘附速率)优于《工业循环冷却水处理设计规范GB50050-2007》的要求。
七、技术展望
利用循环水系统本身设施进行简单改造,配合化学稳定处理技术,可以实现污水回用循环水系统近零排污。这项技术是目前污水处理、水资源节约 简单 效的方法,是根治污水排放 有效的措施,为污水处理、水资源的综合利用提供了一条划时代的路径。
