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冷却循环水近零排放技术

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  现有的电力、石油、化工等行业都离不开冷却循环水系统,由于开式冷却循环水系统连续工作时,会发生水分的大量蒸发,导致循环水系统水中的钙、 镁等离子不断浓缩。如果不进行水质稳定处理,就会造成设备内部的结垢,降低换热效率,严重时还会堵塞管路,给生产上埋下严重的安全隐患。循环水系统为开路循环,水中溶解氧充分,溶氧腐蚀浪容易发生。同时,由于水中含有足够的有机物和无机物,当水温达到25-35°C时就会给水中微生物的生长繁殖提供适宜的条件,该微生物既可造成污垢沉积,又可造成腐蚀。在开式冷却循环水系统中,水垢、腐蚀和微生物危害习惯称为三大危害。当腐蚀和结垢物质 达到一定浓度时,循环水系统需要进行排污处理,这样循环水系统会产生大量的排污水。我公司经过多年研究,成功的开发了冷却循环水近零排放系统, 系统不但可以保证循环水系统在高倍率甚至是零排放的情况下运行不发生结垢、腐蚀、微生物危害,而且可以接纳反渗透浓水、混床再生水、高硬度地表水或地下水作为开式循环水的补充水。提高循环水的浓缩倍数(目前我国的冷却循环水浓缩倍数一般为三倍左右),降低补充水的用量,节约水资源,减少排污水量,降低排污处理费用,进而减少其对环境的污染。

  由我公司主导研发的冷却循环水系统近零排放技术,可保证循环水的浓缩倍数在15倍以上运行,大幅减少系统排水量,实现零污水排放。该系统运行稳定可靠、技术先进可行、经济合理,具有投资小、能源消耗低、运行费用低等优点。

  本系统由过滤系统、软化系统、加药系统三部分组成。

一、过滤系统

  本过滤系统由活性滤料过滤器、高效絮凝沉降净水装置及与之配套的压滤装置组成。

(一)活性滤料过滤器

  本过滤器选用的滤料是一种带有负电荷的活性滤料,滤料最小粒径为0.25〜 0.5毫米,表面非常光滑,其存在以下3种过滤机理:

  1、机械过滤(物理拦截),利用滤料孔隙滤除40微米以下的微粒。

  2、电-机械过滤(电吸附和物理孔吸附),利用电吸附和物理孔吸附40 微米至4微米微粒。

  3、选择性分子筛和催化(分子间化学吸附),分子筛吸附低于4微米级别和溶解化学物质,去除重金属。

  通过以上三种过滤机理,其过滤精度在不絮凝的情况下可达到1微米,对4 微米以下颗粒物的过滤能力,比石英砂过滤器提高了 100倍。系统可有效去除水中的悬浮物、铁、锰等金属离子,出水浊度小于5NTU。本系统运行稳定,滤料不受生物菌藻的影响,不会因生成虫洞而使系统过滤效果下降。由于活性滤料的表面非常光滑,其要求的反洗水流速远远小于石英砂过滤器需要的反洗流速,其产生的反冲洗水量只有普通石英砂过滤器的二分之一左右。本过滤器对含油废水具有良好的过滤作用,并且本过滤器终身不用更换滤料。

(二)高效絮凝沉降净水装置

  1、本设备是我公司研发的一款具有自主知识产权的髙效絮凝沉降净水装置,工作原理如下:

  首先,向污水中投入适量的絮凝剂和助凝剂,絮凝剂和助凝剂可以有效的捕捉水中的悬浮物形成絮体,在污水进入设备后,通过强制损拌,形成的絮体在备中不断碰撞粘合,密度越来越大,从而在絮凝反应区形成了高密度的生物粘泥过滤层。高密度的生物粘泥在水流的冲击作用下向上运动进入固液分离区,由于固液分离区的横截面积大于絮凝反应区的横截面积,所以此时水流的速度大幅降低,冲击力减小,质量较大的生物粘泥颗粒就会在重力的作用下与水流自然沉降出来进入集泥区,小颗粒的絮体在水流的作用下会继续向上运动进入强制导流沉降区,水流进入强制导流分离区后,在波纹管内流动,小的颗粒会再次发生碰撞使密度逐渐增大,随着密度的逐渐增大再次与水流自然沉降出来下降进入集泥区。设备产生的污泥经压滤机压缩后作为固废排出,压滤机产生的废液经废液箱收集后排回多介质过滤器反洗水箱。本设备的出水浊度不大于10NTU,并且处理量不会受进水水质的影响。

  2、性能特点

  (1)根据设计需要每小时最少可处理多介质过滤器反洗水30m³;

  (2)沉降出的水体浊度不大于lONfU,出水水质受入口水质变化的影响很小,原水悬浮 物浓度即使达到1000〜20000mg/L仍然不影响本设备的过滤效果;

  (3)污泥在沉降的同时自动完成浓缩过滤,沉降污泥含水率可达到80-85%;

  (4)本高效絮凝沉降净水装置对由于微生物繁殖造成的浊度上升具有良好的过滤效果。

二、软化系统

(一)核辅助催化结晶软化装置

  核辅助催化结晶设备是我公司根据德国沃奇的软化技术,结合国内循环水系统运行的实际情况,自主研发的循环水软化设备,其软化催化剂主要为改性陶瓷珠。核辅助结晶不同于其它软化工艺,是一种固态非均相催化剂和水或气/溶液反应,其反应过程:

  吸引—分解重组—结晶成长—脱附

  1、核辅助催化结晶设备工作原理

  高温状态下,水中的碳酸氢根会失氢变为碳酸根,并与钙、镁离子相结合,生成不溶于水的碳酸钙、碳酸镁,从而产生水垢。

  所形成的亚微米晶体颗粒仍然悬浮在处理后的水中,但不会在输水管道中形成水垢,因为晶体是电中性的,在其表面不会形成任何强烈的化学键结合。亚微米碳酸钙晶体是非常稳定的,直到温度达到360°C之前都会以稳定的碳酸钙晶体形式存在,超过360°C之后才会分解为方解石形式存在。亚微米碳酸钙晶体用肉眼看不到,但该晶体可以被过滤器表面过滤掉,在过滤精度为20纳米的膜式过滤器表面可以观察到类似的针状晶体(文石类型),亚微米碳酸钙晶体溶于酸。

  注意:核辅助催化结晶设备只能处理钙和镁的碳酸氢盐,不能处理钙和镁的硫酸盐、氯盐、磷酸盐和硅酸盐,也不能处理其他类型的碳酸氢盐。

  2、核辅助催化结晶设备的优势

  (1)不加化学药剂相比于常用的通过添加化学药剂的方法,不用担心反应后产生其他的负面影响。

  (2)不需要再生

  通常采用树脂软化水的方法,树脂需要再生,再生过程中产生的浓水需要通过其它的方法进行处理,而核辅助催化结晶催化剂不需要再生,只需要在过滤器中与水充分接触就可以把碳酸氢钙及碳酸氢镁转化为碳酸钙与碳酸镁的晶体。

  (3)不产生废水,"0"费用运行,TDS (溶解固体总量)不变,与水反应时间短(核辅助催化结晶催化剂反应只需要5秒,树脂需要90秒)。

  (4)不需要维护保养,使用寿命3-5年。

  (5)节省占地面积。

  3、核辅助催化结晶催化剂特性及工作条件

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  请不要在含有不安全微生物,或者不明水质的水中使用,或者未充分消毒后使用。核辅助催化结晶催化剂对铁、铜、锰、铅、锌等有很好的吸附能力,因此,在含有高含量的这类污染物的水中,核辅助催化结晶催化剂可能改变颜色或缩短使用寿命。

  4、核辅助催化结晶催化剂功能对比图

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  5、常规软化产品的分析与对比

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(二)导向结晶软化系统

  当循环水系统的补充水钙硬度高于4mmol/L时,需要采用该设备对循环水补充水进行软化处理。

  1、导向结晶软化系统

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  2、技术原理

  我们知道,水中的钙硬是以碳酸氢钙的形式存在。水的PH值或温度越高,水中的碳酸氢钙越容易分解形成碳酸钙,其反应过程:

  Ca(HC03)2 — CaC03 +C02 + H20

  加热

  Ca(HC03)2 + 0H — CaC03 + H20

  我公司所研发的导向结晶软化装置与常规软化技术不同,该系统通过向水中加入氢氧化钠溶液来调节水的PH值,从而提高原水的结垢趋势。同时,氢氧化钠溶液与水充分混合时,与水中的碳酸氢钙发生反应,产生碳酸钙白色沉淀。设备中投加的晶种是一种带有负电荷的特殊材料,可以有效吸附水中的碳酸钙微晶体而形成晶核,从而改变晶体颗粒随机成长模式,使碳酸钙晶体能够快速的结晶在晶核上,实现了碳酸钙的导向性结晶,降低了水的硬度(在增大晶体颗粒粒径的时,其密度能基本保持恒定或略有升高,形成的晶体非常致密)。本设备无软化废水产生,排出的碳酸钙颗粒可以作为脱硫原料回收利用。

  3、性能特点

  (1)高负荷,大流量。本导向结晶系统设计软化装置可处理量为 300-500m3/h。

  (2)由于导向结晶软化系统独特的设计,对水体硬度的软化率较高,出水水质稳定,对钙镁粒子的去除率可达70-80%。

  (3)适用范围广,抗冲击能力强可以适用于高暂硬水、低暂硬水、高永硬水、含阻垢剂水等多种水质。

  (4)无二次废水产生,排出的碳酸钙晶体可作为脱硫的原料回收利用。

三、加药系统及相关药剂

  加药系统由缓蚀阻垢剂加药装置和PH值调节装置两部分组成。系统运行过程中,需要对循环水PH值、电导、氯离子、硬度、浊度等水质指标进行有效监测。由PH值调节装置将调节水体PH值在允许范围内,加药系统根据水质情况及设备材质投加缓蚀阻垢剂。通常加药量分为两部分,一部分为在项目运行之前,根据系统保有水量,按照每吨水100克药量,一次性投加;另一部分在正常的运行过程中,根据补充水的用量按照每吨水60克进行投加。

  循环水零排放缓蚀阻垢剂是由髙分子聚合物、专用分散剂、髙效缓蚀剂、唑类等按比例制成,其外观为黄色至棕黄色液体,适用于高硬度、高碱度、高氯离子等水质。

四、循环水水质指标及性能指标

  1、碳钢设备传热面水侧腐蚀速率小于0.075 mm/a ,无明显孔蚀现象。

  2、铜合金和不锈钢设备传热面水侧腐蚀速率小于0.005 mm/a ,无明显孔蚀现象。

  3、设备传热面水侧污垢热阻值应小于3.44x10-4 m2.K/W

  4、设备传热面7J5侧粘附蓮率不应大于20 mg/cm2•月。

  5、循环水日常水质指标控制要求:

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