達標外排污水直接回用循環(huán)水系統(tǒng)的技術與應用
李本高,余正齊,李亞紅
(中國石化研究院,北京 100083)
摘 要:達標外排污水直接回用于循環(huán)水系統(tǒng),用RP-12等成套技術進行緩蝕、阻垢和殺菌處理,碳鋼材質的腐蝕速率<0.10mm/a,粘附速率<15mg/(cm2.mon),循環(huán)水細菌平均總數<1×105個/mL,處理效果可以滿足生產裝置長周期運行的需要,同時節(jié)約企業(yè)新鮮水總用量約30%,減少污水外排放約70%,且有較好的經濟效益。
關鍵詞:污水;回用;緩蝕;殺菌
1 前言
我國水資源日益短缺,水污染日趨嚴重已成為不爭的事實,己經引起我國政府的高度重視,正在制訂一系列更為嚴格的保護水資源,減少污水排放的政策和法律,同時大幅度提高水費和排污費等經濟手段促使企業(yè)節(jié)約用水,減少污水外排。作為耗水和排污大戶的石化企業(yè),降低水耗,減少污水外排己成為迫切需要解決的問題。將達標外排污水進行適當處理回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng),是降低企業(yè)水耗,減少企業(yè)污水外排的一個行之有效的辦法,既可降低企業(yè)總水耗約35%,又能減少達標外排污水約70%。正是由于污水回用能夠帶來巨大的社會效益和經濟效益,發(fā)達資本主義國家早己十分重視開發(fā)污水回用技術。如美國在1967年就己將達標外排的城市污水經緩蝕、阻垢和殺菌處理回用于發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng);并在90年代初實現了煉油達標外排污水回用于煉油廠循環(huán)水系統(tǒng)。因此,開發(fā)這標外排污水回用于循環(huán)水系統(tǒng)的水處理技術具有十分重要的意義,是確保企業(yè)實現可持續(xù)發(fā)展的關鍵條件之一。
這標外排污水與新鮮水相比,水中COD和促進腐蝕的離子種類及濃度均大幅度提高,一些企業(yè)正嘗試對這標外排污水進行深度處理,使經深度處理后的出水水質與新鮮水接近,以降低水質回用于循環(huán)水系統(tǒng)后控制微生物和腐蝕的難度,理論上可行,但工藝仍不成熟,經濟方面的困難也較大。目前深度處理裝置的出水水質COD仍然在50mg/L左右,并且運行不平穩(wěn);設備投資較大,深度處理能力為1m3/h的工程投資約需2萬元;運行費用較高,深度處理1m3約需1.5萬元。將達標外排污水直接回用于循環(huán)水系統(tǒng),設備投資和運行費用較低,經濟上具有明顯優(yōu)勢,但必須開發(fā)高效的殺菌劑、緩蝕劑和處理工藝采用以新型有機磷酸鹽為主劑的緩蝕阻垢劑RP-12及相應的殺菌劑RP-78、RP-79在循環(huán)水系統(tǒng)處理達標外排污水,可以有效地抑制金屬設備的腐蝕,控制循環(huán)水中的微生物生長和繁殖。
2 實驗方法
2.1 水質:取自南方沿海某煉油廠現場達標排污水;主要水質指標如表1.
2.2 材質:試片:20#碳鋼,1型試片,表面積28.0cm2;試管:20#碳鋼;Φ10×1×520mm。
2.3 方法
旋轉掛片腐蝕試驗:按照《冷卻水分析和試驗方法》中的404。動態(tài)模擬試驗:按照《冷卻水分析和試驗方法》中的407。異養(yǎng)菌、鐵細菌、硫酸鹽還原菌和真菌檢測:按照《冷卻水分析和試驗方法》中的207、208、209和210、
3 結果與討論
3.1 殺菌
將A、B兩種殺菌劑分別加入到達標外排污水中作用1h后,對不同菌屬的殺滅效果如表2。表2結果表明:A、B兩種殺菌劑均有良好的殺菌效果,對異養(yǎng)菌和鐵細菌的殺菌率均大于99.9%,對真菌的殺菌率大于98%。當兩種藥劑配合使用時,對異養(yǎng)菌和硫酸鹽還原的殺菌效果更好。
3.2 緩蝕
在現場達標外排污水中加入NaCl將Cl-離子濃度補至380mg/L,加入Na2SO4離子補至280mg/L(相當于達標外排污水濃縮3.5倍時的Cl-、SO42-離于濃度),以強化達標外排徘污水水質的腐蝕性;在預膜條件下,不同濃度的RP-12對旋轉掛片的緩蝕效果如表3。表3結果表明:在預膜條件下,50mg/L的RP-12對試片的緩蝕效果十分優(yōu)良,試片的腐蝕速率僅為0.0128mm/a。當RP-12的濃度增加到100mg/L時,試片的腐蝕速率降低到0.0045mm/a。
不預膜條件下不同濃度的RP-12對試片的緩蝕效果如表4所示。從表4結果可以看出:當RP-12濃度增加到100mg/L時,試片的腐蝕速降低至0.033mm/a,緩蝕率達到97.1%,緩蝕效果良好。
3.3 動態(tài)模擬試驗
動模試驗的補充水全部用現場達標外排污水,試管內循環(huán)水流速控制在0.8m/s,進水溫度控制在32℃,出水溫度在40-41℃,濃縮倍數控制在3.8-4.8,試管和試片分別經預膜處理和不預膜處理,進行兩輪試驗,各連續(xù)運行15天,主要水質指標的日常分析結果:循環(huán)水以K+離子計的濃縮倍數最低為3.73,最高為4.91,濃縮倍數總體控制在較高水平。正磷濃度在6mg/L左右,主要是達標外排污水中含正磷經家縮后所致。細菌總數最低為102個/mL,最高為106個/mL,這個結果說明加入一次殺菌劑,可以有效控制微生物的時間為3——4天。動態(tài)模擬試驗結果如表5。
預膜條件下的試管的壓蝕速率為O.0168mm/a,粘附速率為116mcm,試片腐蝕速率為0.0184mm/a.不預膜條件下的試管的厚蝕速率為0.0681mm/a,粘附速率17.3mcm,說明RP-12在預膜的條件下處理效果優(yōu)異,在不預膜條件下處理效果良好。
3.4 工業(yè)品RP--12效果
按照實驗室工藝和質量要來,用1500L搪瓷反應釜進行RP-12的工業(yè)試生產,每釜生產1500kg,對隨機取樣的樣品進行緩蝕和阻垢性能評定。預膜條件下,不同濃度的RP-12緩蝕效果如表6所示。
從表6可以看出:將達標外排污水中的氯離子和硫酸根離子分別提高到380mg/L和280mg/L,75mg/L的RP-12的緩蝕效果十分優(yōu)良,試片的離蝕速率僅為0.0041mm/a。
不同濃縮倍數下,100mg/Lr RP-12緩蝕效果如表7,表7結果表明:試片經預膜處理,濃縮倍數對RP-12的緩蝕效果影響不大。當濃縮倍數為1時,試片的腐蝕速率0.0037mm/a,濃縮倍數為5時,試片的腐蝕速率0.0033mm/a,說明RP-12的補膜性能很好,抗氯離于腐蝕性強;試片不預膜處理,濃縮倍數RP--12的緩蝕效果有一定的影響。如當濃縮倍數為1時,試片的腐蝕速率0.0220mm/a.濃縮倍數為5時.試片的腐蝕速率0.0309mm/a。
4 現場應用
4.1 試驗方案
達標外排污水直接回用于循環(huán)水系統(tǒng)的現場應用試驗分三個階段進行。第一階段(8月15-9月15):循環(huán)水系統(tǒng)連續(xù)補加占循環(huán)水補充水量40%的可排放污水,運行30天;第二階段(9月16-10月30);連續(xù)加入占循環(huán)水補充水量60%的可排放污水,運行45天,第三階段(11月1-12月10):循環(huán)水補充水全部用可排放污水替代,運行40天。
4.2 監(jiān)測結果
現場監(jiān)測結果如表8所示,腐蝕速率最大為0.100mm/a,粘附速率最大為14.12mcm,均達到集團公司的考核要求。循環(huán)水微生物控制情況如圖1,從圖1可以看出:在運行的大部分時間,微生物總數控制在1.0×105以下。
2000年 運行時間/天 腐蝕速率/mm/a 粘附速率/mg/cm2.mon 08.12-09.19 34 0.079 2.59 08.15-10.17 62 0.071 / 08.15-12.07 110 0.085 / 09.19-10.17 28 0.043 / 09.1-12.03 75 0.074 / 10.-12.03 52 0.1 / 10.17-12.03 46 0.089 8.36 11.08-12.03 25 0.077 14.12
4.3 檢修情況
12月10裝置停車檢修,打開所有水冷器,除2臺水流速較低的水冷器出口端有少量軟垢外,總體情況良好。水冷器腐蝕和結垢輕微,優(yōu)良率達到95%;系統(tǒng)污泥控制良好,水冷器封頭和培池地底均無污泥沉積,處理效果與上一周期使用新鮮水的處理效果相當。
4.4 檢修后運行
裝置檢修、污水處理系統(tǒng)正常后,于2001年2月初繼續(xù)進“達標外排污水直接回用于循環(huán)水系統(tǒng)試驗,到目前為止,運行情況正常,效果良好?,F場監(jiān)測的平均腐蝕速率小于0.075mm/a。粘附速率小于10mcm。細菌總數小于10×105。
5 結論
采用RP-12配方及相關工藝處理達標外排污水回用于循環(huán)水系統(tǒng),處理效果良好。經預膜處理的試管厚蝕速率為0.0168mm/a,粘附速率11.6mcm;殺菌劑可以有效控制循環(huán)水中的微生物生長和繁殖,加入一次殺菌劑可以有效控制微生物3-4天,使循環(huán)水中異氧菌總數在105個/mL以內。
工業(yè)品RP-12的緩蝕效果良好,達到小試樣品的處理效果。
8個目的現場運行效果良好,監(jiān)測試片的平均腐蝕速率≤0.10mm/a,平均粘附速率為<15mcm,異養(yǎng)菌平均總數≤1×105個/inL,不但較好地保證了生產裝置對水處理效果的需要,而且節(jié)約了循環(huán)水系統(tǒng)60%以上的新鮮水,減少企業(yè)80%以上的達標污水外排,為企業(yè)取得明顯的社會效益和經濟效益。
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