循環(huán)冷卻水的水質(zhì)穩(wěn)定處理技術(shù)的發(fā)展在我國起步較晚，70年代初，我國引進十三套大化肥的同時引進了循環(huán)冷卻水處理技術(shù)，它的優(yōu)越性和帶來的經(jīng)濟效益很快被人們公認，并由化工行業(yè)迅速推廣到石化、醫(yī)藥、熱電等其它行業(yè)。特別是80年代后期，循環(huán)冷卻水處理技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，應(yīng)用范圍越來越廣泛。
我廠生產(chǎn)抗生素，年用水量達3 000萬t以上，是石家莊市第一用水大戶。在目前水資源十分緊張的情況下，將占全廠用水量80%以上的冷卻水改為循環(huán)冷卻水是非常必要和勢在必行的，循環(huán)冷卻水處理技術(shù)的發(fā)展，為循環(huán)水的安全穩(wěn)定運行提供了可靠的保證。
1、我廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的特點
1.1換熱設(shè)備多、情況復(fù)雜、材質(zhì)多樣。我廠循環(huán)水系統(tǒng)換熱設(shè)備約300多臺，材質(zhì)包括碳鋼、不銹鋼、紫銅和黃銅，而且換熱介質(zhì)溫度差別大，又分布在不同區(qū)域，有的高達200 ℃，有的只有二十幾度，這樣給水處理運行帶來一定的困難。
1.2抗生素藥廠本身條件的影響。我廠是利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)抗生素的企業(yè)，生產(chǎn)工藝本身就是對微生物進行培養(yǎng)，由于換熱設(shè)備多，設(shè)備的泄漏是避免不了的。另外，在抗生素生產(chǎn)的某些工藝中使用大量揮發(fā)性有機物，這些有機物彌漫在空氣中，通過涼水塔與循環(huán)水接觸而溶解在水中，為循環(huán)水中微生物的生長提供了豐富的養(yǎng)料。
1.3環(huán)境因素的影響。氣候干燥，春秋季風(fēng)沙大，加上離熱電廠很近，空氣中灰塵含量很高，這些灰塵在涼水塔中進行熱交換時，空氣中80%以上的灰塵進入到循環(huán)水中，使水的濁度升高，含泥量增加。
1.4補充水的影響。我廠采用地下水作循環(huán)水的補充水，水的硬度和堿度均較大，離子含量高。
2、循環(huán)冷卻水處理配方的確定
首先，我們對補充水的情況進行了全面的分析，化驗，其結(jié)果為Ca2＋90.18 mg/L，Mg2＋22.89 mg/L，K＋1.31 mg/L，Na＋24.72 mg/L，HCO3－257.60 mg/L，pH 7.96，Cl－41.36 mg/L，SO42－62.02 mg/L，NO3－21.58 mg/L，F(xiàn)－0.41 mg/L，SiO211.73 mg/L，游離CO25.6 mg/L。
根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計算不同濃縮倍數(shù)和不同溫度下的Langelier飽和指數(shù)的Rgznar穩(wěn)定指數(shù)，結(jié)果見表1。
通常，穩(wěn)定指數(shù)為5.0～6.0時，水是結(jié)垢型水；穩(wěn)定指數(shù)為3.5～5.0時，水嚴重結(jié)垢。由表1可以看出，冷卻水采用直流供水時為結(jié)垢型水，而當濃縮倍數(shù)提高到2.0時，冷卻水嚴重結(jié)垢，而且結(jié)垢的趨勢隨溫度的升高而加重。由此可見，我廠循環(huán)冷卻水處理的重點是結(jié)垢問題。但由于循環(huán)水濃縮后水中離子濃度較大。再加上其它腐蝕性因素，所以腐蝕的問題也不容忽視。補充水的情況摸清后，結(jié)合我廠循環(huán)水的特點，采用正交試驗法設(shè)計出一系列水處理方案，在實驗室內(nèi)進行了阻垢、緩蝕實驗，初步確定出三種效果較好的水處理方案：1＃ HY-962＋HY-931＋BTA、2＃六偏磷酸鈉＋有機膦＋T-325＋苯并三氮唑,3＃鉬酸鈉＋HEDP＋苯并三氮唑，這三個配方方案進行短管動態(tài)模擬實驗，實驗條件：熱介質(zhì)，常壓蒸汽100 ℃；冷卻水溫差Δt＝10 ℃；換熱管直徑19 mm×2 mm；換熱管長度1 000 mm；換熱強度5.64×105 kJ/(m2.h)；流速1 m/s；實驗用水：補充水濃縮2倍的水質(zhì)；實驗時間120 h。
濃縮倍數(shù)
Langelier飽和指數(shù)
Rgznar穩(wěn)定指數(shù)
28 ℃
38 ℃
44 ℃
28 ℃
38 ℃
44 ℃
K＝1
0.93
1.13
1.23
6.1
5.7
5.5
K＝2
2.38
2.58
2.68
4.04
3.64
3.44
表2 實驗結(jié)果
實驗配方
1＃
2＃
3＃
設(shè)計規(guī)范
碳鋼腐蝕速度/mm.a－1
0.076
0.097
0.094
0.127
不銹鋼腐蝕速度/mm.a－1
0.001
0.001
0.003
0.005
銅腐蝕速度/mm.a－1
0.003
0.002
0.004
0.005
阻垢率/%
90.07
86.96
52.28
配方緩蝕、阻垢效果最好，而三個水處理配方的成本差不多，所以，我們確定1＃配方作為我廠循環(huán)水運行的水處理配方方案。
3、循環(huán)水微生物的控制
微生物控制是循環(huán)冷卻水處理中十分重要的指標，也是較難控制的指標，它在較大程度上決定著循環(huán)冷卻水是否能正常運行。微生物的危害在抗生素生產(chǎn)廠十分嚴重，由于設(shè)備的泄漏和廠區(qū)內(nèi)空氣中大量有機物的存在，為循環(huán)水中微生物提供了大量的營養(yǎng)物質(zhì)，促進了微生物的繁殖。針對上述情況，我們首先對搜集不同的殺菌劑樣品進行室內(nèi)效果評價，控制水樣溫度、pH值及殺菌劑濃度，分別測定殺菌劑作用0、1、2、4、8、16、24 h殺菌率，從十幾種殺菌劑中挑選出三種效果較好的殺菌劑進行現(xiàn)場應(yīng)用實驗。
殺菌劑
0 h
8 h
24 h
菌含量
/個.mL－1
菌含量
/個.mL－1
殺菌率/%
菌含量
/個.mL－1
殺菌率/%
TS-802
2.1×105
4.4×104
79.05
6.9×103
96.76
TS-801
7.8×104
1.3×104
83.30
2.6×104
66.60
SDA-1
5.0×105
1.3×103
99.74
9.2×102
99.81
從現(xiàn)場應(yīng)用的情況看，SDA-1的殺菌效果最好，TS-802在運行24 h后的效果也不錯。這樣通過反復(fù)篩選評價的實驗，確定出我廠殺菌方案為以氯氣殺菌為主，輔助于SDA-1、TS-802殺菌劑。
4、現(xiàn)場應(yīng)用效果
4.1從腐蝕速率看，我們采用28 cm2的標準掛片掛入循環(huán)水系統(tǒng)中，經(jīng)過現(xiàn)場一段時間運行，測得的各種金屬材料的腐蝕情況。
各種材料的平均腐蝕率與規(guī)范對照如下：碳鋼平均0.014 16 mm/a，規(guī)范要求0.127 23 mm/a，不銹鋼平均0.001 41 mm/a，規(guī)范要求0.005 09 mm/a，黃銅平均0.002 18 mm/a，規(guī)范要求0.005 09 mm/a，紫銅平均0.002 08 mm/a，規(guī)范要求0.005 09 mm/a。
從上面設(shè)計規(guī)范的要求，充分說明我廠循環(huán)水的腐蝕控制效果十分良好。
編號
材質(zhì)
掛入
天數(shù)
預(yù)膜
原重/g
失重/g
腐蝕率
/mm*a－1
48＃
不銹鋼
92
預(yù)膜
20.171 34
0.001 70
0.000 31
79＃
A3
92
預(yù)膜
18.658 00
0.051 46
0.009 35
169＃
黃銅
92
預(yù)膜
20.785 70
0.009 13
0.001 50
50＃
不銹鋼
322
預(yù)膜
20.276 00
0.008 29
0.000 46
80＃
A3
322
預(yù)膜
18.810 78
0.212 38
0.011 02
168＃
黃銅
322
預(yù)膜
21.190 30
0.005 06
0.000 24
46＃
不銹鋼
232
預(yù)膜
20.148 20
0.059 56
0.004 29
77＃
A3
232
預(yù)膜
18.875 13
0.344 78
0.024 83
70＃
紫銅
232
預(yù)膜
21.949 18
0.049 34
0.003 23
167＃
黃銅
232
預(yù)膜
20.540 42
0.024 42
0.000 16
77＃
不銹鋼
184
預(yù)膜
20.005 39
0.042 85
0.002 45
76＃
A3
184
預(yù)膜
18.852 33
0.200 29
0.011 44
69＃
紫銅
184
預(yù)膜
21.954 80
0.018 00
0.009 34
166＃
黃銅
184
預(yù)膜
20.961 33
0.103 83
0.005 38
4.2結(jié)垢情況：檢修時打開空氣冷卻器，溴化鋰制冷機上的換熱器看到，換熱管表面光滑，沒有任何結(jié)垢現(xiàn)象，杜絕了在使用循環(huán)水前空氣冷卻器因結(jié)垢而停機清理的事故，也說明了我們的運行配方對結(jié)垢的控制是很成功的。
4.3在微生物控制方面，開車初期，由于采用藥劑不太理想，使微生物指標經(jīng)常超標，后來，我們篩選出適合我廠條件的殺菌劑SDA-1和TS-802，并采取以氯氣為主，輔助SDA-1、TS-802的殺菌滅藻方案。取得了良好的效果，細菌指標合格率由原來的70%提高到95%以上。
經(jīng)過幾年的運行實踐證明：我廠采用循環(huán)水處理配方是很成功的。各項指標均優(yōu)于設(shè)計規(guī)范的要求指標，年節(jié)水達標1 400多萬t，經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。
