研制了一種新型環(huán)保無磷水處理配方，進(jìn)行靜態(tài)阻垢試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。煤化工裝置循環(huán)水場現(xiàn)場應(yīng)用證明，該無磷配方的處理效果完全能夠達(dá)到GB/T 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》的技術(shù)要求，排污水可達(dá)到GB 8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
隨著國家對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，使用磷系配方系統(tǒng)的排污水對(duì)環(huán)境造成二次污染的問題日益突出。無磷水處理技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用是減少磷排放、防止水體富營養(yǎng)化的有效途徑，受到廣泛重視。
金陵石化煤制氫裝置建于2005年，配套建有循環(huán)量為36 000 m3/h的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)1套。2018年前循環(huán)冷卻水處理采用低磷阻垢緩蝕劑，循環(huán)水中的總磷(以PO43-計(jì))控制在1.0~2.0 mg/L。由于南京市環(huán)保局對(duì)排污水總磷要求不斷提高，為達(dá)到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水總磷(以PO43-計(jì))≤0.5 mg/L的內(nèi)控指標(biāo)，該公司決定在煤化工循環(huán)水場采用無磷水處理技術(shù)。
該公司水處理中心與江蘇科利恩公司合作研發(fā)了無磷阻垢緩蝕劑ZH482WP。本研究進(jìn)行了靜態(tài)阻垢試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場試用，結(jié)果表明該無磷配方有良好的阻垢緩蝕效果，排污水完全達(dá)到環(huán)保要求。ZH482WP屬于無磷類綠色環(huán)保可降解型阻垢緩蝕劑，適用于高濃縮倍數(shù)、高堿度、高硬度的水質(zhì)條件，配方結(jié)構(gòu)合理，各組分配伍性、穩(wěn)定性好。該無磷水處理技術(shù)可減少磷排放、防止水體富營養(yǎng)化。
1循環(huán)冷卻水系統(tǒng)概況
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。
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煤化工循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水采用新鮮水，補(bǔ)充水水質(zhì)如表2所示。
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根據(jù)表2數(shù)據(jù)計(jì)算不同條件下的Ryznar穩(wěn)定指數(shù)(R.S.I.)，得出該水質(zhì)在濃縮倍數(shù)達(dá)到4.5以上時(shí)具有嚴(yán)重的結(jié)垢趨勢。
2試驗(yàn)部分
01試驗(yàn)用水與藥劑
試驗(yàn)用水為煤化工循環(huán)水場現(xiàn)場實(shí)際補(bǔ)充水，水質(zhì)見表2。ZH482WP無磷阻垢緩蝕劑主要由聚環(huán)氧琥珀酸(PESA)、三元共聚物(AA-AMPS-HPA)、鋅鹽及穩(wěn)定劑組成，江蘇科利恩公司提供。
02靜態(tài)阻垢試驗(yàn)
試驗(yàn)參照GB/T 16632—2008《水處理劑阻垢性能的測量碳酸鈣沉積法》。取現(xiàn)場補(bǔ)充水分別投加20、25 mg/L ZH482WP阻垢緩蝕劑，濃縮至4.5倍后在80℃下保持10 h，測定水中鈣離子濃度，同時(shí)做空白試驗(yàn)，計(jì)算阻垢率。
03旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)
試驗(yàn)參照GB/T 18175—2000《水處理劑緩蝕性能的測定旋轉(zhuǎn)掛片法》。取現(xiàn)場補(bǔ)充水，分別投加20、25 mg/L ZH482WP阻垢緩蝕劑，濃縮至4.5倍后掛入處理好的試驗(yàn)掛片，開啟儀器電機(jī)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速75 r/min，在45℃下運(yùn)行72 h，同時(shí)做空白試驗(yàn)，計(jì)算掛片腐蝕速率。
04動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)
試驗(yàn)參照HG/T 2160—2008《冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)方法》，試管材質(zhì)為不銹鋼和碳鋼，規(guī)格為D 10 mm×0.8 mm×1 400 mm。
試驗(yàn)條件：試驗(yàn)用水為現(xiàn)場補(bǔ)充水，投加100 mg/L阻垢緩蝕劑ZH482WP，控制濃縮倍數(shù)≥4.5倍，蒸汽溫度(100±1)℃，進(jìn)口水溫32℃，溫差10℃左右，污垢熱阻由儀器同步監(jiān)測，試驗(yàn)周期15 d。
3試驗(yàn)結(jié)果與分析
ZH482WP靜態(tài)阻垢及緩蝕試驗(yàn)結(jié)果見表3。
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由表3可見，ZH482WP阻垢緩蝕劑在試驗(yàn)條件下有良好的阻垢緩蝕效果。
ZH482WP動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果見表4，污垢熱阻監(jiān)測結(jié)果見圖1。
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動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，在模擬現(xiàn)場循環(huán)冷卻水條件下，試管的沉積速度為5.56 mg/(cm2·月)、污垢熱阻均＜5×10-5m2·K/W(GB/T 50050—2017指標(biāo)要求≤3.44×10-4m2·K/W)、不銹鋼腐蝕速率為0.0013 mm/a，碳鋼腐蝕速率為0.015 9 mm/a，均達(dá)到GB/T 50050—2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》的技術(shù)要求，可以進(jìn)行現(xiàn)場工業(yè)應(yīng)用。
4現(xiàn)場工業(yè)應(yīng)用
01循環(huán)水場水質(zhì)狀況
金陵石化煤化工裝置循環(huán)水場于2018年6月開始試用無磷阻垢緩蝕劑ZH482WP，投加質(zhì)量濃度為100 mg/L，冷卻水系統(tǒng)殺菌滅藻方案采用15~30 mg/L氧化性殺菌劑SS121WP(氯代異氰尿酸)和80~100 mg/L非氧化性殺菌劑SS411WP(異噻唑啉酮)。
試運(yùn)行過程中，循環(huán)冷卻水主要控制指標(biāo)：熒光度40~70μg/L，余氯0.1~1.0 mg/L，濃縮倍數(shù)(以K+計(jì))≥4.5倍，pH 7.0~9.5，電導(dǎo)率≤2 000μS/cm，渾濁度≤10 NTU，鈣硬度(以CaCO3計(jì))≤500 mg/L，總堿度(以CaCO3計(jì))≤500 mg/L，總磷(以PO43-計(jì))≤0.5 mg/L。2018年1~11月(使用無磷配方前后)循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)和總磷變化如圖2所示。
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由圖2可見，自2018年6月使用無磷配方后，循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)維持在5倍左右，水中總磷明顯下降，后維持在0.1~0.2 mg/L，完全滿足環(huán)保要求。02循環(huán)水場排污水水質(zhì)
2018年6~11月循環(huán)水場排污水水質(zhì)見表5。
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由表5可見，循環(huán)水場排污水主要水質(zhì)指標(biāo)完全達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求〔pH 6.0~9.0，NH3-N＜15.0 mg/L，COD＜60.0 mg/L，磷酸鹽＜0.5 mg/L〕。
03腐蝕與結(jié)垢監(jiān)測
根據(jù)Q/SH 0725.1—2017《循環(huán)水處理效果監(jiān)控方法-監(jiān)測換熱器法》，采用現(xiàn)場旁路監(jiān)測換熱器對(duì)使用無磷配方前后的循環(huán)水場腐蝕與結(jié)垢情況進(jìn)行監(jiān)測，每月更換1次監(jiān)測試管，結(jié)果見圖3、圖4。
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由圖3、圖4可見，碳鋼監(jiān)測試管的腐蝕速率均小于0.075 mm/a，沉積速度均小于15 mg/(cm2·月)。6~11月(使用無磷配方)的平均腐蝕速率為0.031 mm/a，與1~5月(使用含磷配方)的平均腐蝕速率持平。1~5月平均沉積速度為8.40 mg/(cm2·月)，6~11月的平均沉積速度為5.43 mg/(cm2·月)，明顯下降，說明采用無磷配方后水中總磷含量明顯降低，從而大大減少了系統(tǒng)中磷酸鹽的沉積。
5結(jié)論
(1)研制了新型環(huán)保無磷水處理劑ZH482WP，進(jìn)行靜態(tài)阻垢試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，現(xiàn)場試用期間碳鋼平均腐蝕速率為0.031 mm/a，平均沉積速度為5.43 mg/(cm2·月)。該水處理劑有良好的阻垢緩蝕效果，完全滿足大型煤化工裝置循環(huán)冷卻水無磷處理的技術(shù)要求。
(2)循環(huán)水場采用無磷處理技術(shù)后，大幅降低了循環(huán)水中的總磷含量，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
(3)無磷處理技術(shù)可大幅降低循環(huán)水中的總磷含量，減少系統(tǒng)中磷酸鹽的沉積，沉積速度明顯下降，水冷器的換熱效果提升；此外，水中微生物生長繁殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)減少，可為循環(huán)水系統(tǒng)的殺菌滅藻處理創(chuàng)造條件。
