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：針對鋼鐵冶金工藝中兩個水系統(tǒng)的藥劑方案分別進行低磷和無磷化切換，對此過程中的水質(zhì)分析控制進行研究和效果驗證。結(jié)合前期實驗室小試初步確定的低磷和無磷藥劑方案，對兩個系統(tǒng)進行同步切換實驗跟蹤，重點對切換前后的水質(zhì)進行在線連續(xù)監(jiān)測及定期定點取樣分析，形成可靠的數(shù)據(jù)鏈進行比對分析。
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)使用過程中，熱交換是在開放的環(huán)境中進行，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越高，工藝管線設(shè)備中的結(jié)垢、腐蝕趨勢會不斷增加[1]。凈循環(huán)水處理系統(tǒng)主要控制方向為結(jié)垢、腐蝕、微生物三個方面。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、陰陽離子、電偶、應(yīng)力等因素[3]。針對這些控制方向和控制要求，需要投加一定量的復(fù)配藥劑進行腐蝕、結(jié)垢等控制。但隨著環(huán)保要求趨嚴，藥劑投加帶來的總磷指標屢有突破，因此需要通過實驗復(fù)配出更環(huán)保的緩蝕阻垢藥劑配方，結(jié)合現(xiàn)場加以驗證和優(yōu)化。本文中項目選取了冶金現(xiàn)場兩個典型的凈循環(huán)系統(tǒng)（工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系和Ⅱ系）進行研究，均采用有機磷化學(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)過風(fēng)吹損失、蒸發(fā)損失后，不斷濃縮，水質(zhì)治理過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)達到一定值后(部分水系統(tǒng)控制在3.5~4.5)，需要大量補水、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，總磷指標超過現(xiàn)有的間接排放環(huán)保排放標準（以總磷計＜2mg/L）。鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準（GB13456-2012）中公司總排口標準見該規(guī)定的表1和表3，所對應(yīng)的排水總磷標準分別為1mg/L和0.5mg/L[4]，因此，循環(huán)水排水對公司直接排口的總磷指標也會產(chǎn)生富集的影響，給公司帶來很大的環(huán)保風(fēng)險。本項目研究基于此，將兩個系統(tǒng)分別調(diào)整為低磷和無磷環(huán)保水處理控制技術(shù)。從運行效果看，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)展過程中，環(huán)保要求日趨嚴苛，本次實驗研究選取兩個循環(huán)水處理系統(tǒng)，分別采用低磷水處理運行方案和無磷水處理運行方案。經(jīng)過現(xiàn)場實驗條件、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，采用低磷水處理運行方案進行切換；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，采用無磷水處理運行方案進行切換。在供水總管側(cè)加裝水質(zhì)在線動態(tài)模擬監(jiān)測裝置，以蒸汽加熱模擬工藝負荷端結(jié)垢、腐蝕趨勢。實驗過程中每天間隔一小時連續(xù)三次取樣，兩個取樣點共計6個樣品進行連續(xù)跟蹤檢測，形成數(shù)據(jù)鏈；其間水質(zhì)在線動態(tài)模擬監(jiān)測裝置與系統(tǒng)工藝同步運行，實驗結(jié)束后拆解分析，對水質(zhì)加藥控制的緩蝕阻垢效果進行驗證。
2工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系
2.1低磷水處理運行方案
根據(jù)實驗室小試的情況，對本系統(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表1。
2.2在線監(jiān)測數(shù)據(jù)
通過對水質(zhì)在線動態(tài)監(jiān)測裝置中冷端（供水）、熱端（蒸汽加熱部分）中碳鋼、銅掛片及實驗管件的拆解稱重分析，此輪實驗，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)測裝置中實驗管束的結(jié)垢速率均值8.05MCM。在低磷藥劑方案切換實施過程中，水質(zhì)的結(jié)垢、腐蝕均沒有超控制指標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)見表2和表3。
2.3系統(tǒng)含磷濃度取樣分析及結(jié)論
通過對工業(yè)凈循環(huán)水Ⅰ系方案實施前后定點、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，低磷方案實施后，系統(tǒng)總磷均值為0.76mg/L，下降幅度達75%。循環(huán)水系統(tǒng)中水質(zhì)含磷指標穩(wěn)定控制在1mg/L以下，對公司總排口總磷指標控制的源頭治理效果顯著。降磷方案切換前后對比見圖1。
3工業(yè)凈循環(huán)水Ⅱ系
3.1無磷水處理運行方案
根據(jù)實驗室小試的情況，對本系統(tǒng)藥劑切換采用以下無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)自動投加系統(tǒng)完成，藥劑投加量及投加方式見表4。
3.2在線監(jiān)測數(shù)據(jù)
通過對水質(zhì)在線動態(tài)監(jiān)測裝置中冷端（供水）、熱端（蒸汽加熱部分）中碳鋼、不銹鋼、銅掛片及實驗管件的拆解稱重分析，此輪實驗，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)測裝置中實驗管束的結(jié)垢速率均值10.21MCM。該系統(tǒng)采用無磷藥劑方案切換實施過程中，水質(zhì)的結(jié)垢、腐蝕均控制在指標范圍之內(nèi)，切換方案滿足系統(tǒng)水處理控制要求。相關(guān)數(shù)據(jù)分別見表5和表6。
3.3系統(tǒng)含磷濃度取樣分析及結(jié)論
通過對工業(yè)凈循環(huán)水Ⅱ系方案實施前后定點定期取樣跟蹤分析，在無磷藥劑方案切換前，系統(tǒng)藥劑總磷濃度均值在3.99mg/L，無磷藥劑方案實施后，系統(tǒng)總磷降至0mg/L，切實將工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)總磷指標控制到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比見圖2。
4結(jié)語
隨著國家對鋼鐵企業(yè)環(huán)保要求的不斷提高，低磷或無磷方案將成為循環(huán)水化學(xué)處理的主要推廣技術(shù)。因此在兩個水系統(tǒng)率先實驗降磷水處理控制技術(shù)，對公司今后的環(huán)保工作具有很大的意義，低磷水處理運行方案和無磷水處理運行方案兩套藥劑切換方案為鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準中表1或表3均提供了有力的源頭治理的技術(shù)支撐。項目實施前系統(tǒng)總磷控制指標2.5~5mg/L，項目實施后實現(xiàn)控制目標總磷小于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（無磷方案）。在實現(xiàn)系統(tǒng)總磷下降目標的同時，通過水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)驗證水處理方案切換后，項目實施系統(tǒng)水處理效果滿足循環(huán)水水質(zhì)控制技術(shù)指標，系統(tǒng)經(jīng)水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測，系統(tǒng)的腐蝕速率小于15MDD；結(jié)垢速率小于15MCM。
參考文獻
[1]周本省.工業(yè)水處理：第二版[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
[2]賈成鳳.共聚物阻垢劑的研究進展[J].上?；?2002,18(3).
[3]周柏青,陳志和.熱力發(fā)電廠水處理：第四版[M].北京:中國電力出版社,2009.
[4]環(huán)境保護部.鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準：GB13456-2012[S].中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012.
作者:王德開 朱貽鈞 單位:上海寶鋼股份有限公司
