曾凡亮 吳宇峰
武漢石化設(shè)備監(jiān)測(cè)防護(hù)中心 （430082） 摘要：介紹了2003年武漢石化一循使用循環(huán)水處理新設(shè)備、新工藝、新藥劑以來水質(zhì)所取得的成績(jī)，列舉了影響循環(huán)水水質(zhì)和系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要水質(zhì)參數(shù)，并與2002年的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，分析了水質(zhì)數(shù)據(jù)變化的主要原因，提出了循環(huán)水系統(tǒng)存在的主要問題和不足以及今后改進(jìn)的方向。
關(guān)鍵詞：循環(huán)水 自動(dòng)加藥 水質(zhì) 效益 1 序言 隨著科技的進(jìn)步，循環(huán)冷卻水處理新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)得到應(yīng)用。循環(huán)冷卻水的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，技術(shù)也越來越成熟，為安全、高效的工業(yè)生產(chǎn)，為增加水的重復(fù)利用率，合理利用有限的水資源，減少排污量，為環(huán)境保護(hù)事業(yè)等方面作出了巨大的貢獻(xiàn)。
武漢石化各循環(huán)冷卻水系統(tǒng)使用的水處理藥劑基本上自行研制生產(chǎn)，主要品種有鎢系阻垢緩蝕劑，聚合無機(jī)磷酸鹽、有機(jī)膦酸、膦羧酸等為代表的磷系阻垢緩蝕劑。隨著循環(huán)水濃縮倍數(shù)逐年提高，對(duì)水處理劑的性能要求有較大的差異。濃縮倍數(shù)低時(shí)，循環(huán)水主要表現(xiàn)為腐蝕性，要求水處理劑具有良好的緩蝕性能；濃縮倍數(shù)較大時(shí)要求水處理劑既有良好的緩蝕性能又具有優(yōu)良的阻垢性能。水處理藥劑也由原來的人工分次投加方式到現(xiàn)在的自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)根據(jù)水質(zhì)狀況自動(dòng)控制。
武漢石化目前共有五個(gè)循環(huán)水場(chǎng)，近年來各循環(huán)水場(chǎng)水質(zhì)逐年好轉(zhuǎn)，其中第一循環(huán)水場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱“一循”）已成功應(yīng)用熒光示蹤型自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)，2004年二循、三循也將應(yīng)用這一技術(shù)，其它循環(huán)水系統(tǒng)將陸續(xù)使用類似的技術(shù)。2003年初一循開始應(yīng)用熒光示蹤型自動(dòng)加藥控制這一新的專利技術(shù)，研制開發(fā)了與這一技術(shù)匹配的示蹤型阻垢緩蝕劑ZH345SJ，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水系統(tǒng)自動(dòng)加藥。這一技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了水處理藥劑的連續(xù)、均勻投加，保證循環(huán)水中藥劑濃度均勻分布并控制在最為合理的小范圍內(nèi)，從而發(fā)揮藥劑的最佳使用效果，保證循環(huán)水水質(zhì)。下面以一循循環(huán)水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，介紹武漢石化水處理工藝的新進(jìn)展。 2 水質(zhì)進(jìn)步 一循是該廠系統(tǒng)容量最大、工藝條件最復(fù)雜的的循環(huán)水系統(tǒng)，也是過去幾年冷換設(shè)備腐蝕和結(jié)垢最嚴(yán)重的系統(tǒng)。2003年元月自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)YL-100和示蹤型阻垢緩蝕劑ZH345SJ投用以來，水質(zhì)優(yōu)良，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到歷史最好水平。該技術(shù)于2003年6月通過了廠級(jí)鑒定，并獲得一致好評(píng)，鑒定會(huì)認(rèn)為示蹤型阻垢緩蝕劑ZH345SJ達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。前期使用效果表明，其與自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)配套使用具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)保效益，該廠已批準(zhǔn)在其它循環(huán)水系統(tǒng)推廣應(yīng)用。一年來，循環(huán)水場(chǎng)和自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，最重要的循環(huán)水質(zhì)指標(biāo)-系統(tǒng)腐蝕速率和粘附速率明顯降低?，F(xiàn)將2003年的重要水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并與2002年相對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
2.1 濃縮倍數(shù)
在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，由于蒸發(fā)使循環(huán)水中的鹽類不斷累積濃縮，循環(huán)水中鹽含量大大高于補(bǔ)充水中鹽含量，兩者的比值稱為濃縮倍數(shù)。水處理劑的阻垢性能越好，濃縮倍數(shù)可控制的越高，補(bǔ)充水的用量越小。2003年之前，一循循環(huán)水濃縮倍數(shù)最高值在3.2左右，年平均值低于2.5，特別是氣溫低的冬季濃縮倍數(shù)總是小于2.0，難以達(dá)到控制指標(biāo)， 2003年元月，一循投用自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)，換水起步，循環(huán)水濃縮倍數(shù)就穩(wěn)步上升，見表1。 表1 2002、2003年春季一循濃縮倍數(shù)比較 | 年月 | 最大值 | 最小值 | 平均值 | 合格率，% | 控制指標(biāo) | | 2002年1~3月 | 2.61 | 1.63 | 2.08 | 35 | ≮2.5 | | 2003年1~3月 | 2.88 | 1.11 | 2.32 | 65 |
表2 2002與2003年一循濃縮倍數(shù)比較 | 年 | 最大值 | 最小值 | 平均值 | 升高率，% | 合格率，% | 控制指標(biāo) | | 2002 | 3.22 | 1.63 | 2.49 | - | 87.64 | ≮2.5 | | 2003 | 3.99 | 1.11 | 3.01 | 20.88 | 96.85 |
由表2的數(shù)據(jù)可以看出，2003年一循循環(huán)水濃縮倍數(shù)大幅提高，最高值接近4.0，年平均值大于3.0，濃縮倍數(shù)合格率高達(dá)96.85%，是歷年來的最高水平，這與循環(huán)水加藥工藝的改進(jìn)關(guān)系密切。
2.2 濁度
濁度是循環(huán)水中含有懸浮及膠體狀態(tài)微粒量的指標(biāo)，反映水的渾濁程度，其值受循環(huán)水濃縮倍數(shù)、水場(chǎng)周圍環(huán)境和系統(tǒng)泄漏等因素影響，2003年濁度基本在控制指標(biāo)范圍內(nèi)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表3。 表3 2002與2003年一循水質(zhì)濁度比較 | 項(xiàng)目 | 年 | 最大值 | 最小值 | 平均值 | 合格率，% | 控制指標(biāo) | | 濁度/FTU | 2002 | 11.68 | 1.22 | 4.83 | 100 | ≯15 | | 2003 | 15.33 | 3.07 | 8.02 | 99.45 |
一循一年沒有進(jìn)行系統(tǒng)清洗預(yù)膜，用非氧化性殺菌劑一次，系統(tǒng)排污量小，循環(huán)水濃縮倍數(shù)從年初開始逐步攀升。由于循環(huán)水系統(tǒng)供水量增大，濃縮倍數(shù)大幅升高，帶入循環(huán)水中的灰塵雜物增多，生物旁濾池過濾量有限，使循環(huán)水濁度年均值有較大幅度的上升；生產(chǎn)裝置停工及檢修后冷換設(shè)備再啟動(dòng)，將污物帶入系統(tǒng)，使循環(huán)水濁度異常。
2.3 加藥合格率
加藥合格率是指循環(huán)水中水處理劑濃度在控制范圍內(nèi)的比率。在使用磷系阻垢緩蝕劑的循環(huán)水系統(tǒng)中，加藥合格率通常由循環(huán)水中總磷含量來確定。藥劑加入過多，一方面總磷含量大，增加污染物排放量，另一方面藥劑使用效率低，增大循環(huán)水生產(chǎn)運(yùn)行成本；反之，總磷含量過小，易引起冷卻器的腐蝕和結(jié)垢，影響循環(huán)水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一循加藥合格率2003年與2002年比較見表4。
表4 2002與2003年一循總磷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較 | 項(xiàng)目 | 年 | 最大值 | 最小值 | 平均值 | 合格率，% | 控制指標(biāo) | | 總磷/mg·L-1 | 2002 | 5.1 | 2.47 | 4.34 | 91.17 | 4.0～5.0 | | 2003 | 5.29 | 1.51 | 4.4 | 98.85 |
使用自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)初期，由于操作不熟練，沒有及時(shí)根據(jù)化學(xué)分析數(shù)據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使少數(shù)加藥量受到影響。但總的來說，加藥合格率顯著提高。
2.4 腐蝕與結(jié)垢
循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕與結(jié)垢情況主要通過對(duì)監(jiān)測(cè)換熱器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析，2003年應(yīng)用自動(dòng)加藥系統(tǒng)和阻垢緩蝕劑ZH345SJ期間，系統(tǒng)腐蝕率、粘附速率明顯優(yōu)于2002年使用阻垢緩蝕劑ZH343SJ和人工間斷式投加水處理劑的情況。 
從圖1可以看出，2003年系統(tǒng)的粘附速率遠(yuǎn)優(yōu)于≯20M.C.M的控制指標(biāo)，均在8.0 M.C.M以下，且波動(dòng)幅度小，年平均值僅6.16 M.C.M。
從圖2分析，2003年循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕率月度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)好于2002年。特別是8～11月連續(xù)四個(gè)月系統(tǒng)腐蝕率低于0.02mm/a，一年中有一半時(shí)間控制在這一水平范圍內(nèi)，腐蝕率年平均值僅0.0396mm/a，與2002年比降低了40.18%。
系統(tǒng)腐蝕速率和粘附速率雙雙達(dá)到歷史最好水平，主要是新設(shè)備和新技術(shù)應(yīng)用的結(jié)果，使循環(huán)水中水處理藥劑分布均勻、濃度變化幅度小、使用效率高。
2.5 生物粘泥、COD、懸浮物、細(xì)菌
生物粘泥主要是由菌膠團(tuán)、藻類、軟泥、原生動(dòng)物和昆蟲及由微生物分泌物所粘附的有機(jī)物、無機(jī)物、沙粒、泥漿、化學(xué)污染物等組成。生物粘泥和生產(chǎn)裝置的泄漏會(huì)引起COD的升高，細(xì)菌超標(biāo)和懸浮物的增多。
循環(huán)水通過生物旁濾池過濾，可有效降低循環(huán)水中的生物粘泥、COD、懸浮物和微生物。人工間斷式投加水處理劑期間，一循旁濾池每年反沖洗超過30次。2003年生物粘泥監(jiān)測(cè)值基本控制在＜0.1mL/m3的水平，全年旁濾池只清洗了10次。不但減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，更重要的是旁濾池能長(zhǎng)周期正常運(yùn)行，節(jié)約了大量的反沖洗用水，降低了循環(huán)水的生產(chǎn)成本。
從表5的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)比較2003年與2002年的情況，循環(huán)水生物粘泥、鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌有所降低，COD、異養(yǎng)菌監(jiān)測(cè)值增大，懸浮物量基本持平。 表5 2002-2003年COD、懸浮物、生物粘泥、細(xì)菌監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 項(xiàng)目 年 | COD
mg·L-1 | 懸浮物
mg·L-1 | 生物粘泥
mL·m-3 | 異養(yǎng)菌
個(gè)·mL-1 | 鐵細(xì)菌
個(gè)·mL-1 | 硫酸鹽菌
個(gè)·mL-1 | | 控制指標(biāo) | 8.0 | 20 | 3.0 | 1.0×105 | 50 | 100 | | 2003 | 平均值 | 2.47 | 23.27 | 0.17 | 3.0×104 | 13.95 | 0 | | 合格率 | 100 | - | 100 | 100 | 98.70 | 100 | | 2002 | 平均值 | 1.84 | 23.58 | 0.21 | 7.0×103 | 19.80 | 9.96 | | 合格率 | 100 | - | 100 | 100 | 95.80 | 100 |
3 管理水平提高 2003年一循水質(zhì)達(dá)到歷年來的最好水平，管理水平也進(jìn)一步提高。主要物耗數(shù)據(jù)見表6。 表6 2002-2003年生產(chǎn)物耗數(shù)據(jù)比較 | 項(xiàng)目 | 年 | 月平均值 | 增加值 | 增加率 % | | 補(bǔ)充水量/m3·hr-1 | 2002 | 75.73 | - | - | | 2003 | 50.43 | -25.30 | -33.41 | | 循環(huán)水量/m3·hr-1 | 2002 | 12211 | - | - | | 2003 | 13694 | 1483 | 12.14 | | 噸循環(huán)水藥劑消耗量/g·t-1 | 2002 | 0.451 | - | - | | 2003 | 0.452 | 0.001 | 0.22 |
在循環(huán)水生產(chǎn)量增加12.14%情況下，補(bǔ)充水量卻下降了33.41%，噸循環(huán)水耗藥量基本持平。循環(huán)水濃縮倍數(shù)的提高是補(bǔ)充水量下降的主要原因。 4 效益顯著 4.1經(jīng)濟(jì)效益
一循自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)和示蹤型阻垢緩蝕劑ZH345SJ投用的經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。降低了冷換設(shè)備的腐蝕率和粘附速率，降低了新鮮水的消耗量，也降低了排污量，減少污水處理費(fèi)用。主要表現(xiàn)在：
?、庞欣谔岣呃鋼Q器的換熱效率，降低循環(huán)水的用量，降低動(dòng)力消耗，提高產(chǎn)品收率；
?、剖乖O(shè)備處于長(zhǎng)周期良好運(yùn)行狀態(tài)，減少了非計(jì)劃維修和停車檢修次數(shù)，降低了維修費(fèi)用；
⑶改善循環(huán)水水質(zhì)，降低設(shè)備腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；
?、茸詣?dòng)控制加藥實(shí)現(xiàn)無人化操作，具有自動(dòng)化程度高、控制準(zhǔn)確、運(yùn)行安全可靠、管理方便的優(yōu)點(diǎn)，而且節(jié)省人力，降低人工成本。
僅降低新鮮水的消耗量和減少排污量方面：
⑴節(jié)約新鮮水費(fèi)用：[（75.73-50.43）×24×365+20×15]×0.5＝11.10萬元/年（按每噸新鮮水成本0.50元計(jì)算）；
?、茰p少污水處理費(fèi)用為：[（75.73-50.43）×24×365+20×15]×2＝44.38萬元/年（按每噸污水處理費(fèi)用為2.00元計(jì)算）。此項(xiàng)可節(jié)省費(fèi)用55萬元以上。
4.2 環(huán)保效益
從表7的數(shù)據(jù)可以看出，阻垢緩蝕劑ZH345SJ與ZH343SJ相比，含磷量降低很多。2003年與2002年相比，總循環(huán)水量增加了12.14%，水處理劑中磷酸鹽消耗量應(yīng)同步增長(zhǎng)，由表8推算結(jié)果來看，水處理劑消耗量不僅未增長(zhǎng)，反而減少了，降低了污水中總磷的排放量，說明新設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用更有利于環(huán)保保護(hù)，也有利于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
表7 ZH343SJ與ZH345SJ總磷含量對(duì)照表 | 藥劑名稱 | 總磷控制量，% | 降低量，% | 降低率，% | | ZH343SJ | 7.3±0.3 | - | - | | ZH345SJ | 5.3±0.3 | 1.4～2.6 | 20.0～34.2 |
表8 2003年藥劑消耗量推算表 | 年 | 循環(huán)水量
m3 | 循環(huán)水量增加率
% | 實(shí)際耗藥量
t | 理論耗藥量
t | 理論減少量
t | 減少PO43+排放量
t | | 2003 | 118136475 | 12.14 | 53.425 | 74.66 | 21.24 | 1.06 | | 2002 | 108535812 | - | 48.98 | 48.98 | - | - |
5 存在的問題及措施 雖然2003年循環(huán)水水質(zhì)達(dá)到歷史最好水平，但仍有部分水質(zhì)數(shù)據(jù)下滑：
（1） 循環(huán)水濁度顯著升高，懸浮物含量超標(biāo)，對(duì)水質(zhì)穩(wěn)定存在潛在影響，要加強(qiáng)對(duì)旁濾池的操作管理，進(jìn)一步提高其工作效率，降低循環(huán)水濁度和懸浮物量；
?。?）自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)受循環(huán)水系統(tǒng)滲漏、非氧化性殺菌劑的使用、操作調(diào)整不及時(shí)等諸方面因素影響加藥合格率，要全面掌握自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)的工作特性，根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況適時(shí)調(diào)整操作，使循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，保證加藥合格率，使設(shè)備腐蝕和結(jié)垢狀況穩(wěn)定一個(gè)較低的水平；
?。?） 異養(yǎng)菌監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)升高，加強(qiáng)對(duì)日常沖擊性加氯殺菌管理，適當(dāng)增加非氧化性殺菌劑殺菌滅藻的次數(shù)，控制微生物的生長(zhǎng)繁殖。 6 結(jié)論 2003年是武漢石化循環(huán)水管理水平和水質(zhì)提高最快的一年。這一成果的取得與循環(huán)水處理工藝的改進(jìn)、新技術(shù)的應(yīng)用息息相關(guān)。自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)YL-100和示蹤型阻垢緩蝕劑ZH345SJ在一循應(yīng)用是成功的。
（1）循環(huán)水的濃縮倍數(shù)、冷換設(shè)備的腐蝕率、粘附速率等重要指標(biāo)達(dá)到歷史最好水平，為循環(huán)水新技術(shù)的應(yīng)用、水質(zhì)管理提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
?。?）循環(huán)水中藥劑濃度均勻穩(wěn)定并控制在指標(biāo)的中下限水平，降低了藥劑的使用量且水質(zhì)更加穩(wěn)定。
?。?）降低了循環(huán)水的生產(chǎn)成倍，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。 | 
