污水工業(yè)回用

1、城市污水工業(yè)回用第一節(jié) 國外城市污水工業(yè)回用 美國與20世紀(jì)30年代開始將城市污水回用作工業(yè)冷卻水； 前蘇聯(lián)的工業(yè)回用始于20世界50年代； 日本與20世紀(jì)60年代在其沿海和西南的缺水城市，進(jìn)行污水的工業(yè)回用；第一節(jié) 國內(nèi)城市污水工業(yè)回用 大連建成的我國第一個(gè)污水回用示范工程于1992 年正式投產(chǎn)運(yùn)行閉。它的處理規(guī)模為1 萬方/ d, 處理水以工業(yè)冷卻水為回用目標(biāo), 采用的技術(shù)路線為常規(guī)二級處理出水再經(jīng)澄清、過濾、殺菌, 用戶負(fù)責(zé)循環(huán)水的水質(zhì)穩(wěn)定處理。幾年來的運(yùn)行結(jié)果表明, 經(jīng)深度處理后的出水用作循環(huán)冷卻補(bǔ)充水, 在投加一定量的水質(zhì)穩(wěn)定劑情況下, 循環(huán)冷卻系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。從經(jīng)濟(jì)效益看, 工廠因使

2、用回用水每年可節(jié)省水費(fèi)1 10萬元。第一節(jié) 國內(nèi)城市污水工業(yè)回用 大慶乘風(fēng)莊污水處理廠是我國最北部的城市污水處理廠, 也是我國第一座利用處理后的城市污水作為油田回注水的污水處理廠。該廠主要處理乘風(fēng)莊地區(qū)的生活污水和少量工業(yè)廢水,日 設(shè)計(jì)規(guī)模為3 萬方, 采用的工藝流程為一級沉淀二級生化處理三級過濾。由于該廠二級出水中BOD 濃度已較低, 作為油田回注水完全符合要求, 因此三級處理的目的主要是為了去除二級出水中的懸浮物。為此, 該廠采用了投藥混凝過濾相結(jié)合的處理工藝。運(yùn)行情況表明, 最終出水水質(zhì)達(dá)到了油田回注水的水質(zhì)要求。由于再生水回注, 部分緩解了油田對回注水需求量大的矛盾。這一工程的成功運(yùn)行

3、, 為在我國北方及內(nèi)地油田地區(qū)推行城市污水處理與回注提供了經(jīng)驗(yàn)。 山東濱州化工廠是以石油化工為主, 煉油、氯堿、熱電相配套的綜合性化工企業(yè)，每年排放大量的含油污水。該廠設(shè)計(jì)了一套含油污水處理及循環(huán)利用裝置。裂解洗滌塔出來的污水經(jīng)沉淀池沉降, 回收重焦油, 出水與煉油污水混合, 經(jīng)平流隔油池、斜板隔油池及二級浮選, 回收輕焦油, 除油后的水送至熱電車間沖粉煤灰, 出來的廢水再經(jīng)沉降池回收粉煤灰, 清水回用于裂解洗滌塔。經(jīng)處理后, 該廠的含油污水除油率達(dá)85 % 以上。由于將處理后的水循環(huán)回用, 既減少了排污量, 又節(jié)省了沖洗粉煤灰和裂解洗滌塔的新鮮水, 同時(shí)還回收了輕、重焦油和粉煤灰, 年增經(jīng)濟(jì)

4、效益92萬元。 一、冷卻水回用的必要性一、冷卻水回用的必要性 在城市用水中70%以上為工業(yè)用水，因此，節(jié)水首先要抓住比較集中使用的工業(yè)用水。在工業(yè)用水中，冷卻水占的比例最大，約占70%-80%。所以，節(jié)約用水，提高工業(yè)水的重復(fù)利用率，須采用循環(huán)冷卻水。 以我國化學(xué)工業(yè)為例， 1985年水的重復(fù)利用率為56%；1990年為63%；到2000年達(dá)到78%，另外，1985年到2000年化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值翻了三番，但工業(yè)用水的補(bǔ)水量反而減少12%，廢水的排放量也減少7%。這一切，所依靠的主要是采用循環(huán)冷卻水及其處理技術(shù)。污水作工業(yè)冷卻水回用 原理：原理：冷水流過需要降溫的生產(chǎn)設(shè)備（常稱換熱設(shè)備，如換熱器、冷

5、凝器、反應(yīng)器），使其降溫，而冷水溫度上升。 冷卻水按系統(tǒng)劃分為直流冷卻水和循環(huán)冷卻水。二、冷卻水的分類 1、直流冷卻水系統(tǒng)、直流冷卻水系統(tǒng) 在直流水系統(tǒng)中，冷卻水只經(jīng)換熱器一次利用后就被排掉了，所以直流水又稱為一次利用水，由于用水量很大，因此在水量豐富的地區(qū)也不提倡采用直流水系統(tǒng)。 2、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 在循環(huán)水系統(tǒng)中，冷卻水可以反復(fù)使用，水經(jīng)換熱器后溫度升高，由冷卻塔或其他冷卻設(shè)備將水溫降低下來，再由泵將水送往用戶，水如此不斷的進(jìn)行重復(fù)使用。 2.1 封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 冷卻水收回利用，循環(huán)不已，因此，水量損失很少。水中各種礦物質(zhì)和離子含量一般不發(fā)生變化，

6、而水的再冷卻是在另一臺換熱設(shè)備中用其他冷卻介質(zhì)來進(jìn)行冷卻的。水 源換熱器冷 水冷 水物 料物 料泵冷卻器(冷卻熱水) 2.2 敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 冷卻水循環(huán)再用。水的再冷卻是通過冷卻塔來進(jìn)行的。水中各種礦物質(zhì)和離子含量也不斷被濃縮增加。 根據(jù)循環(huán)水與被冷卻的介質(zhì)的情況，該系統(tǒng)又可以分為間接循環(huán)、污循環(huán)間接循環(huán)、污循環(huán)和集塵循環(huán)集塵循環(huán)三種類型。 1 、循環(huán)冷卻水四種水量損失：、循環(huán)冷卻水四種水量損失： 蒸發(fā)損失 風(fēng)吹損失 滲漏損失 排污損失三、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)特點(diǎn) 2、循環(huán)冷卻水中的、循環(huán)冷卻水中的CO2散失和散失和O2的增加的增加 天然水中含有一定數(shù)量的重碳酸鹽和游離C

7、O2，水在冷卻塔淋灑過程中（相當(dāng)于曝氣）將使CO2散失和O2增加。 3、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)污染、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)污染 大氣中雜物進(jìn)入冷卻系統(tǒng)； 冷卻塔風(fēng)機(jī)漏油及塔體的腐蝕剝落物進(jìn)入冷卻水中； 冷卻水處理中加入藥劑產(chǎn)生沉淀； 微生物繁殖及分泌物形成的粘性污垢。 1、水垢附著、水垢附著 碳酸鈣沉淀在換熱器表面即為結(jié)垢，影響換熱器的效率，堵塞水流。水濃縮后，成垢離子成倍增加。特別由于碳酸氫鹽是很不穩(wěn)定的鹽類，它在換熱器表面上受熱會分解為碳酸鹽和二氧化碳。碳酸鈣的溶解度很低，在傳熱表面上結(jié)碳酸鈣水垢的傾向增加。四、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)產(chǎn)生的問題 2、設(shè)備腐蝕、設(shè)備腐蝕 2.1 冷卻水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕

8、由于水與空氣能充分地接觸，因此水中溶解的O2 可達(dá)到飽和狀態(tài)。當(dāng)碳鋼與溶有O2 的冷卻水接觸時(shí)，碳鋼的表面會形成許多腐蝕微電池，其陽極區(qū)和陰極區(qū)會發(fā)生系列氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)使金屬不斷溶解而被腐蝕。 2.2 有害離子引起腐蝕 當(dāng)Cl- 和SO42- 離子濃度增加時(shí)，會加速碳鋼的腐蝕。Cl-和SO42- 會使金屬上的保護(hù)膜的保護(hù)性能降低，尤其是Cl-的離子半徑小，穿透力強(qiáng)，容易穿過膜層（Fe3O4），置換氧原子形成氯化物，加速陽極過程的進(jìn)行，使腐蝕加速。對不銹鋼制成的換熱器，一般要求Cl-的含量不超過50100mg/L。 3、微生物的滋生和粘泥、微生物的滋生和粘泥 冷卻水的微生物一般是細(xì)菌和藻類。

9、在循環(huán)水中，由于養(yǎng)分的濃縮，水溫的升高和日光照射，給細(xì)菌和藻類創(chuàng)造了迅速繁殖的條件。大量細(xì)菌分泌出的粘液像粘合劑一樣，能使水中漂浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀物等粘附在一起。這種沉積物有人稱它為生物粘泥，也有人把它叫做軟垢。 微生物的滋生和粘泥積附的危害性：微生物的滋生和粘泥積附的危害性： 管道腐蝕 冷卻水的流量減少 降低換熱器的冷卻效率 將管孔堵死，迫使停產(chǎn)清洗 4.堵塞 水中的懸浮物、大氣中的飛灰及脫落的微生物膜在水被蒸發(fā)濃縮是，會在循環(huán)管路中沉淀下來，使得冷卻系統(tǒng)堵塞。用處理后的城市污水做循環(huán)水產(chǎn)生的問題用處理后的城市污水做循環(huán)水產(chǎn)生的問題 泡沫 氨 生物污泥 磷酸鈣垢 其他垢 對健康的影響五五

10、 循環(huán)冷卻水處理的意義循環(huán)冷卻水處理的意義 如上所述，冷卻水長期循環(huán)使用后，必然會帶來結(jié)垢、腐蝕、菌藻滋生和堵塞這四種種危害，而循環(huán)冷卻水處理就是設(shè)法使三種危害減輕或消除，這樣做有幾個(gè)好處： 1 穩(wěn)定生產(chǎn)穩(wěn)定生產(chǎn) 沒有結(jié)垢腐蝕穿孔和粘泥堵塞等危害，系統(tǒng)中的換熱器可以始終在良好的環(huán)境中工作，除計(jì)劃中的檢修外，意外的停產(chǎn)檢修事故就會減少，從而在循環(huán)冷卻水方面為工廠“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行提供了保證。 2 節(jié)約水資源節(jié)約水資源 某化工廠采用直流冷卻水系統(tǒng)，每小時(shí)耗水量約20000m3，當(dāng)改為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，每小時(shí)耗水量降為1000m3，目前已提高濃縮倍數(shù)，每小時(shí)耗水量只需500m3左右，這樣每小時(shí)

11、節(jié)約冷卻水量約為19500m3。但在提高濃縮倍數(shù)的同時(shí)，必須做好相應(yīng)的水處理工作。 3 節(jié)約鋼材節(jié)約鋼材 一臺換熱器是由幾十到幾百根金屬管子所組成，往往需要成噸的鋼材來制作。如果作好了循環(huán)冷卻水水處理工作，還可大大減少換熱器因腐蝕穿孔及結(jié)垢堵塞而更換的臺數(shù)，進(jìn)而節(jié)約鋼材。污水回用需要考慮的幾個(gè)問題污水回用需要考慮的幾個(gè)問題 確定合適的回用水質(zhì)，研究哪些污水可以回用，不同用途需要什確定合適的回用水質(zhì)，研究哪些污水可以回用，不同用途需要什么樣的水質(zhì)；么樣的水質(zhì)； 選擇適用、可靠的技術(shù)方案，科學(xué)比選外排污水處理深度，確保選擇適用、可靠的技術(shù)方案，科學(xué)比選外排污水處理深度，確保污水回用后對裝置不產(chǎn)生負(fù)

12、面影響；污水回用后對裝置不產(chǎn)生負(fù)面影響； 合理的投資和運(yùn)行費(fèi)用，在獲得社會效益的同時(shí)獲得經(jīng)濟(jì)效益。合理的投資和運(yùn)行費(fèi)用，在獲得社會效益的同時(shí)獲得經(jīng)濟(jì)效益。項(xiàng)目冷卻用水洗滌用水鍋爐補(bǔ)給水工藝與產(chǎn)品用水直流式敞開式基本要求色度 (度)30嗅pH6.09.06.58.56.09.06.58.5溶解氧CODCr6060BOD530103010懸浮物SS3030溶解性總固體1000濁度 (NTU)55氨氮1010總磷 (以P計(jì))1.01.0總氮石油類1.01.0城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)(GB/T 199232005)項(xiàng)目冷卻用水洗滌用水鍋爐補(bǔ)給水工藝與產(chǎn)品用水直流式敞開式陰離子表面活性劑0.50.

13、5鐵0.3錳0.1氯離子250二氧化硅5030硫酸鹽600250總硬度（以CaCO3計(jì)）450總堿度（以CaCO3計(jì)）350總余氯0.05糞大腸菌群/（個(gè)/L）2000備注 當(dāng)循環(huán)冷卻系統(tǒng)為銅材換熱器時(shí)，循環(huán)冷卻系統(tǒng)水中的氨氮指標(biāo)應(yīng)小于1mg/L。續(xù)表 1、防止結(jié)垢、防止結(jié)垢 (1) 離子交換樹脂法：離子交換樹脂法： 離子交換樹脂法就是讓水通過離子交換樹脂，將Ca2+、Mg2+從水中置換出來并結(jié)合在樹脂上，達(dá)到從水中除去Ca2+、Mg2+目的。用不同性質(zhì)的離子交換樹脂，可以很簡便的從硬水中除去Ca2+、Mg2+等離子，使水軟化。(Na型樹脂軟化法、氫型樹脂軟化、強(qiáng)酸型氫型樹脂軟化法、弱酸型氫型

14、樹脂軟化法、氫鈉型樹脂軟化法）六、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)控制 (2) 石灰石灰-蘇打軟化法蘇打軟化法 補(bǔ)充水未進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)之前，在預(yù)處理時(shí)就投加適當(dāng)?shù)氖?蘇打，讓水中的鈣離子與石灰-蘇打在澄清池中預(yù)先反應(yīng)，生成碳酸鈣沉淀析出，從而除去水中的Ca2+。 反應(yīng)式： Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O (3)投加阻垢劑 結(jié)晶動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)：鈣垢析出的過程就是微溶性鹽從溶液中結(jié)晶沉淀的過程。其首先要生成晶核，形成少量的微晶粒，這些微晶粒在溶液中通過熱運(yùn)動(dòng)發(fā)生相互碰撞和金屬器壁碰撞，小晶體變成大晶體，并在金屬器壁形成覆蓋傳熱面的垢層。（3）酸化法）酸化法 在水中投加強(qiáng)酸

15、，可將碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)化為溶解度較大的鹽類， 從而實(shí)現(xiàn)防治結(jié)垢的目的。（4）再酸化法）再酸化法 在水中加入二氧化碳防治重碳酸鈣的形成。 阻垢劑的三種類型：阻垢劑的三種類型： （1）無機(jī)垢晶體在成長時(shí)，是按照一定晶格排列的，結(jié)晶致密，比較堅(jiān)硬。當(dāng)水中含有聚羧酸等阻垢劑時(shí)，由于聚羧酸等有機(jī)酸基團(tuán)具有對金屬離子的螯合能力，因而對無機(jī)垢的結(jié)晶形成了干擾，使晶格發(fā)生了歪曲，成為不規(guī)則的晶體。這個(gè)過程稱之為晶格畸變作用。 晶格畸變使硬垢變?yōu)闊o定型軟垢。這種垢的結(jié)晶長不大，垢層中有大量空隙，幾乎無粘結(jié)力，易被水流沖走排出。（2）把金屬離子變成一種螯合離子或絡(luò)合離子，絡(luò)合增溶的作用可以使更多的碳酸鈣穩(wěn)定在水中不析

16、出，如EDTA。 （3）利用高分子絮凝劑的凝聚架橋作用，把膠體顆粒結(jié)成礬花懸浮在水中，流經(jīng)旁濾池時(shí)去除。 2、控制腐蝕、控制腐蝕 2.1 添加緩蝕劑添加緩蝕劑 (1) 緩蝕劑 定義：緩蝕劑是一種用于腐蝕介質(zhì)中抑制金屬腐蝕的添加劑。 使用特點(diǎn)：1）用量少；2）使用濃度低；3）不需特殊的附加設(shè)備；4）不需改變金屬設(shè)備或構(gòu)件的材質(zhì)或進(jìn)行表面處理；5）經(jīng)濟(jì)效益高且適應(yīng)性強(qiáng) (2)基本要求：基本要求： 1) 在經(jīng)濟(jì)上是有利的； 2) 其飛濺、泄漏、排放及處理后的排放，在環(huán)保上是容許的； 3) 與冷卻水中存在的各種物質(zhì)及加入的阻垢劑等藥劑是相容的，甚至有協(xié)同作用； 4) 對系統(tǒng)中各種金屬的緩蝕效果都是可以

17、接受的； 5) 不會造成換熱金屬表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)降低； 6) 在冷卻水運(yùn)行的pH值范圍內(nèi)，有較好的緩蝕作用。 (3)常用的冷卻水緩蝕劑 1、鉻酸鹽；2、亞硝酸鹽 鉻酸鹽的優(yōu)點(diǎn)：鉻酸鹽的優(yōu)點(diǎn)： 不僅鋼鐵，而且對銅、鋅、鋁及其合金都能給予良好的保護(hù)； 適用的pH值范圍很寬( pH 6-11)； 緩蝕效果特別好。 鉻酸鹽的缺點(diǎn)：鉻酸鹽的缺點(diǎn)： 毒性大，有嚴(yán)格的排放要求； 容易被還原而失效，不宜用于有還原性物質(zhì)泄漏的冷卻水系統(tǒng)中。 2.2 適當(dāng)提高冷卻水的適當(dāng)提高冷卻水的pH值值 (1)適當(dāng)提高運(yùn)行pH值可以降低碳鋼的腐蝕速度 鐵的氧化物溶于酸性環(huán)境，低碳鋼在低pH值條件下腐蝕速度快，在高pH值下腐蝕速度

18、減慢，一般保持pH在8-9.5之間。 (2)適當(dāng)提高pH值的方法 曝氣：吹脫CO2，就可提高水中pH值。 少量加酸：也是將水中的重碳酸根離子變?yōu)槎趸?，加以曝氣，把二氧化碳吹脫掉，就可適當(dāng)提高水中的pH值，但一定要注意控制酸的投加量。 2.3 使用耐蝕材料換熱器使用耐蝕材料換熱器 采用耐蝕金屬材料為原料來制作換熱器：傳統(tǒng)耐蝕材料如銅合金、不銹鋼、石墨、玻璃等，新型耐蝕材料鈦合金、鋁鎂合金、氟塑料、聚丙稀等材料。 根據(jù)工藝介質(zhì)的腐蝕性能來決定換熱器的腐蝕性能。 2.4 涂料覆蓋法涂料覆蓋法 在碳鋼換熱器的傳熱表面涂上防腐材料，形成一層連續(xù)的牢固附著的薄膜，使金屬與冷卻水隔絕，避免受到腐蝕。 目

19、前國內(nèi)廣泛使用的是以環(huán)氧三聚氰胺甲醛樹脂為基料的防腐涂料（簡稱為CH-784涂料）。 2.5 陰極保護(hù)法陰極保護(hù)法 電化學(xué)腐蝕反應(yīng)中，陽極的金屬受到腐蝕，而陰極上的金屬并未受到腐蝕。因此，如果改變設(shè)備外部條件，使其整個(gè)變成一個(gè)大的陰極，則設(shè)備就會被保護(hù)不被腐蝕。這種方法即稱為陰極保護(hù)法。 護(hù)屏保護(hù)：護(hù)屏保護(hù)：在需要保護(hù)的碳鋼或銅換熱器上，用電位較低的鋅、鎂或其合金作為陽極，使換熱器受到保護(hù)，這種方法稱之為護(hù)屏保護(hù)。 外加電流保護(hù)：外加電流保護(hù)：將需要保護(hù)的碳鋼設(shè)備接到直流電源的負(fù)極上，在正極上接上輔助陽極如石墨、炭精等，使碳鋼設(shè)備在外加電流的作用下變成陰極而受到保護(hù)。 3、微生物的控制、微生物

20、的控制 3.1 選用耐蝕材料選用耐蝕材料 在換熱器等關(guān)鍵部位或因工藝要求金屬器壁較薄的地方，可選用耐微生物腐蝕的金屬。幾種常用金屬耐微生物腐蝕的性能排列如下： 鈦不銹鋼黃銅純銅硬鋁碳鋼 這是在一般情況下的大致排列，在一些特殊環(huán)境中則應(yīng)具體分析，選用材料。例如在合成氨廠，大氣中氨含量較高，則銅的腐蝕速度很快。 3.2 控制水質(zhì)控制水質(zhì) 控制冷卻水中的氧含量、pH、懸浮物和微生物的養(yǎng)料（油類、氨等）對于在含塵量較大的環(huán)境中的冷卻水系統(tǒng)，最好加裝旁濾設(shè)備。 3.3 采用殺生涂料采用殺生涂料 在采用防腐涂料保護(hù)金屬換熱器的冷卻水一側(cè)時(shí)，所用涂料應(yīng)能耐受冷卻水中微生物的破壞。涂料中添加能抑制微生物生長的殺生劑(例如偏硼酸鋇、氧化亞銅、氧化鋅、三丁基氧化錫等)是人們常采用的一些控制微生物生長、破壞涂料和引起腐蝕的有效措施。 用由改性水破璃、氧化亞銅、氧化鋅和填料等制成的無機(jī)防藻涂料涂刷在冷卻塔和水池的內(nèi)壁上，則不但可以控制冷卻水系統(tǒng)中冷卻塔、水池內(nèi)壁、抽風(fēng)筒、收水器等處藻類的生長，而且還可以抑制冷卻水中異養(yǎng)菌的生長。 3.4 陰極保護(hù)陰極保護(hù) 采用外加電流保護(hù)法或犧牲陽極保護(hù)法，可控制陰極金屬上硫酸鹽還原菌的繁殖。 3.5 清洗清洗 用物理或化學(xué)清洗的方法去除微生物粘