冶金工業(yè)凈循環(huán)冷卻水降磷技術(shù)淺析

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摘要：針對(duì)鋼鐵冶金工藝中兩個(gè)水系統(tǒng)的藥劑方案分別進(jìn)行低磷和無(wú)磷化切換，對(duì)此過(guò)程中的水質(zhì)分析控制進(jìn)行研究和效果驗(yàn)證。結(jié)合前期實(shí)驗(yàn)室小試初步確定的低磷和無(wú)磷藥劑方案，對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行同步切換實(shí)驗(yàn)跟蹤，重點(diǎn)對(duì)切換前后的水質(zhì)進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測(cè)及定期定點(diǎn)取樣分析，形成可靠的數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行比對(duì)分析。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水；緩蝕；阻垢；降磷

0引言

鋼鐵冶金循環(huán)冷卻水在循環(huán)使用過(guò)程中，熱交換是在開(kāi)放的環(huán)境中進(jìn)行，水在冷卻塔蒸發(fā)后不斷循環(huán)濃縮，循環(huán)水中的鹽分含量越來(lái)越高，工藝管線設(shè)備中的結(jié)垢、腐蝕趨勢(shì)會(huì)不斷增加[1]。凈循環(huán)水處理系統(tǒng)主要控制方向?yàn)榻Y(jié)垢、腐蝕、微生物三個(gè)方面。其中，冷卻水系統(tǒng)中的結(jié)垢物是由微溶物質(zhì)結(jié)晶析出并在換熱面上聚積形成的，主要成分是鈣鎂的鹽類[2]；腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理也很多，包括化學(xué)、物理和生物等方面的因素，主要有pH值、陰陽(yáng)離子、電偶、應(yīng)力等因素[3]。針對(duì)這些控制方向和控制要求，需要投加一定量的復(fù)配藥劑進(jìn)行腐蝕、結(jié)垢等控制。但隨著環(huán)保要求趨嚴(yán)，藥劑投加帶來(lái)的總磷指標(biāo)屢有突破，因此需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)復(fù)配出更環(huán)保的緩蝕阻垢藥劑配方，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)加以驗(yàn)證和優(yōu)化。本文中項(xiàng)目選取了冶金現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)典型的凈循環(huán)系統(tǒng)（工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系和Ⅱ系）進(jìn)行研究，均采用有機(jī)磷化學(xué)藥劑處理控制技術(shù)，總磷控制在2.5~5mg/L。循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)過(guò)風(fēng)吹損失、蒸發(fā)損失后，不斷濃縮，水質(zhì)治理過(guò)程中加入的含磷藥劑，磷的濃度也在不斷富集提升，當(dāng)濃縮倍數(shù)達(dá)到一定值后(部分水系統(tǒng)控制在3.5~4.5)，需要大量補(bǔ)水、排水、換水。鋼鐵公司類似循環(huán)水系統(tǒng)繁多，各系統(tǒng)排污時(shí)，總磷指標(biāo)超過(guò)現(xiàn)有的間接排放環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)（以總磷計(jì)＜2mg/L）。鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13456-2012）中公司總排口標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)該規(guī)定的表1和表3，所對(duì)應(yīng)的排水總磷標(biāo)準(zhǔn)分別為1mg/L和0.5mg/L[4]，因此，循環(huán)水排水對(duì)公司直接排口的總磷指標(biāo)也會(huì)產(chǎn)生富集的影響，給公司帶來(lái)很大的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。本項(xiàng)目研究基于此，將兩個(gè)系統(tǒng)分別調(diào)整為低磷和無(wú)磷環(huán)保水處理控制技術(shù)。從運(yùn)行效果看，不但能夠完全滿足緩蝕阻垢的效果，而且從源頭治理確保外排水的總磷低于環(huán)保要求，能為公司水處理系統(tǒng)積累分步降磷的技術(shù)方案。

1總體安排

考慮到公司后續(xù)發(fā)展過(guò)程中，環(huán)保要求日趨嚴(yán)苛，本次實(shí)驗(yàn)研究選取兩個(gè)循環(huán)水處理系統(tǒng)，分別采用低磷水處理運(yùn)行方案和無(wú)磷水處理運(yùn)行方案。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件、水質(zhì)控制現(xiàn)狀的調(diào)研，確定工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系濃縮倍數(shù)4.0~4.5，系統(tǒng)水質(zhì)偏結(jié)垢，含磷濃度均值3.04mg/L，采用低磷水處理運(yùn)行方案進(jìn)行切換；工業(yè)凈循環(huán)水Ⅱ系濃縮倍數(shù)較低，含磷濃度均值為3.99mg/L，系統(tǒng)水質(zhì)偏腐蝕，采用無(wú)磷水處理運(yùn)行方案進(jìn)行切換。在供水總管側(cè)加裝水質(zhì)在線動(dòng)態(tài)模擬監(jiān)測(cè)裝置，以蒸汽加熱模擬工藝負(fù)荷端結(jié)垢、腐蝕趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每天間隔一小時(shí)連續(xù)三次取樣，兩個(gè)取樣點(diǎn)共計(jì)6個(gè)樣品進(jìn)行連續(xù)跟蹤檢測(cè)，形成數(shù)據(jù)鏈；其間水質(zhì)在線動(dòng)態(tài)模擬監(jiān)測(cè)裝置與系統(tǒng)工藝同步運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后拆解分析，對(duì)水質(zhì)加藥控制的緩蝕阻垢效果進(jìn)行驗(yàn)證。

2工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系

2.1低磷水處理運(yùn)行方案

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室小試的情況，對(duì)本系統(tǒng)藥劑切換采用以下低磷緩蝕阻垢藥劑方案，緩蝕阻垢劑采用計(jì)量泵連續(xù)投加，殺菌劑沖擊投加，藥劑投加量及投加方式見(jiàn)表1。

2.2在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)水質(zhì)在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置中冷端（供水）、熱端（蒸汽加熱部分）中碳鋼、銅掛片及實(shí)驗(yàn)管件的拆解稱重分析，此輪實(shí)驗(yàn)，冷端部分碳鋼掛片腐蝕率2.8MDD，銅掛片腐蝕率0.03MDD，熱端碳鋼掛片腐蝕率2.18MDD，銅掛片腐蝕率0.05MDD；監(jiān)測(cè)裝置中實(shí)驗(yàn)管束的結(jié)垢速率均值8.05MCM。在低磷藥劑方案切換實(shí)施過(guò)程中，水質(zhì)的結(jié)垢、腐蝕均沒(méi)有超控制指標(biāo)15MDD/15MCM，切換方案滿足系統(tǒng)水處理控制要求。相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2和表3。

2.3系統(tǒng)含磷濃度取樣分析及結(jié)論

通過(guò)對(duì)工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系方案實(shí)施前后定點(diǎn)、定期取樣跟蹤分析，在低磷藥劑方案切換前，系統(tǒng)藥劑總磷濃度均值在3.04mg/L，低磷方案實(shí)施后，系統(tǒng)總磷均值為0.76mg/L，下降幅度達(dá)75%。循環(huán)水系統(tǒng)中水質(zhì)含磷指標(biāo)穩(wěn)定控制在1mg/L以下，對(duì)公司總排口總磷指標(biāo)控制的源頭治理效果顯著。降磷方案切換前后對(duì)比見(jiàn)圖1。

3工業(yè)凈循環(huán)水Ⅱ系

3.1無(wú)磷水處理運(yùn)行方案

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室小試的情況，對(duì)本系統(tǒng)藥劑切換采用以下無(wú)磷緩蝕阻垢藥劑方案，其中，分散劑、緩蝕阻垢劑、緩蝕劑均采取連續(xù)自動(dòng)投加系統(tǒng)完成，藥劑投加量及投加方式見(jiàn)表4。

3.2在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)水質(zhì)在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置中冷端（供水）、熱端（蒸汽加熱部分）中碳鋼、不銹鋼、銅掛片及實(shí)驗(yàn)管件的拆解稱重分析，此輪實(shí)驗(yàn)，冷端部分碳鋼掛片腐蝕率14.17MDD，不銹鋼掛片腐蝕率0.74MDD，銅掛片腐蝕率0.86MDD，熱端部分碳鋼掛片腐蝕率11.57MDD，不銹鋼掛片腐蝕率0.48MDD，銅掛片腐蝕率0.57MDD；監(jiān)測(cè)裝置中實(shí)驗(yàn)管束的結(jié)垢速率均值10.21MCM。該系統(tǒng)采用無(wú)磷藥劑方案切換實(shí)施過(guò)程中，水質(zhì)的結(jié)垢、腐蝕均控制在指標(biāo)范圍之內(nèi)，切換方案滿足系統(tǒng)水處理控制要求。相關(guān)數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表5和表6。

3.3系統(tǒng)含磷濃度取樣分析及結(jié)論

通過(guò)對(duì)工業(yè)凈循環(huán)水Ⅱ系方案實(shí)施前后定點(diǎn)定期取樣跟蹤分析，在無(wú)磷藥劑方案切換前，系統(tǒng)藥劑總磷濃度均值在3.99mg/L，無(wú)磷藥劑方案實(shí)施后，系統(tǒng)總磷降至0mg/L，切實(shí)將工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)總磷指標(biāo)控制到0，且水質(zhì)腐蝕、結(jié)垢情況仍然可控。降磷方案切換前后對(duì)比見(jiàn)圖2。

4結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)鋼鐵企業(yè)環(huán)保要求的不斷提高，低磷或無(wú)磷方案將成為循環(huán)水化學(xué)處理的主要推廣技術(shù)。因此在兩個(gè)水系統(tǒng)率先實(shí)驗(yàn)降磷水處理控制技術(shù)，對(duì)公司今后的環(huán)保工作具有很大的意義，低磷水處理運(yùn)行方案和無(wú)磷水處理運(yùn)行方案兩套藥劑切換方案為鋼鐵工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中表1或表3均提供了有力的源頭治理的技術(shù)支撐。項(xiàng)目實(shí)施前系統(tǒng)總磷控制指標(biāo)2.5~5mg/L，項(xiàng)目實(shí)施后實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)總磷小于1mg/L以下,其中工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系由3.04mg/L，降至0.76mg/L（低磷方案）；凈循環(huán)水Ⅱ系由3.99mg/L，降至0（無(wú)磷方案）。在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總磷下降目標(biāo)的同時(shí)，通過(guò)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)驗(yàn)證水處理方案切換后，項(xiàng)目實(shí)施系統(tǒng)水處理效果滿足循環(huán)水水質(zhì)控制技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)經(jīng)水質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)的腐蝕速率小于15MDD；結(jié)垢速率小于15MCM。

參考文獻(xiàn)

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作者:王德開(kāi) 朱貽鈞 單位:上海寶鋼股份有限公司