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    水資源的匱乏與污染以及節水的緊迫性
    作者:水除鐵    來源:涿州勤誠環保    時間:2019-07-08 22:24:36
     1、水資源的匱乏與污染以及節水的緊迫性   水是自然界中分布最廣的一種資源,同時也是人類賴以生存和發展的基礎物質。當前,水資源匱乏和污染對社會穩定、經濟發展構成威脅,成為世界絕大多數國家穩定和發展面臨的最突出問題之一。聯合國為此向世界發出警告:水,不久將成為一個深刻的社會危機,石油危機之后的下一個危機就是水。   我國是一個幅員遼闊的大國,又是一個水資源貧乏國,人均占有水量僅為2340m3,只有世界人均占有水量的1/4,排到世界第88位,被世界國際組織列入世界上17個最貧水國家名單中。我國600多個城市中,已有300多個存在不同程度的缺水,多次出現河水斷流,地下水超采,141條河流被嚴重污染,13億人口中有65%以上的人喝著不適合飲用的水。為了人類的生存和繁衍,治理污染,合理用水,節約水資源已刻不容緩。   2、水處理技術是工業水處理最普遍的有效手段   節水首先要抓住比較集中使用和用量大的工業用水,工業用水占有總用水量的80%以上,而工業的冷卻水量占工業用水總量的60~70%。因此,節約冷卻水,就成為工業節水最緊迫的任務。我國1988年制定了《中華人民共和國水法》,并開始對用水單位收取水資源費。原化學工業部也于1991年發布過《化工系統節約用水管理規定》,要求加強用水管理,合理利用水資源。特別規定:“采用地下水、自來水作間接冷卻水時,必須循環利用。”   目前,采用循環冷卻水代替直流水已成為各行各業的共識和行動。同時,也都更加重視水系統中設備的腐蝕結垢等問題。循環冷卻水化學處理技術是當前國內外公認的工業水處理最普遍使用的有效手段。循環冷卻水化學處理就是通過在循環水中加入化學藥劑來防止腐蝕、水垢和粘泥等危害的產生,以達到水處理目的的方法。循環水中加入水穩藥劑,使水質得到改善,提高換熱器等設備的效率和壽命,降低能耗,保證生產順利地進行。   二、循環冷卻水系統特征及運行障礙產生的危害   1、循環冷卻水系統特征   冷卻水系統是用水來作為工業冷卻介質的系統,它分為直流冷卻水系統和循環冷卻水系統。直流冷卻水系統因其消耗水量大、加藥處理費用過高,已基本被淘汰。循環冷卻水系統中的冷卻水流經換熱器時,和工藝介質進行熱交換,熱介質通過冷卻水冷卻到需要的溫度,冷卻水溫度升高,成為熱水。熱水基本不排放,經過冷卻后仍返回系統重復使用。即冷卻水被加熱成熱水,熱水被冷卻成冷水,冷水再加熱,熱水再冷卻,循環不止,因而大大節約了用水。這就是循環冷卻水系統與直流冷卻水系統不同之處。循環冷卻水系統又可分為密閉式和敞開式兩種,其區別在于敞開式系統中的熱水是經過冷卻塔(又稱涼水塔)或冷卻池與空氣直接接觸被冷卻為冷水,再返回系統循環使用的,而密閉式系統中水不與大氣接觸,密閉循環,水不濃縮,也基本上不消耗。   在敞開式循環冷卻水系統中,熱水通過冷卻塔時,部分水被蒸發,使循環水中鹽水被濃縮。水不斷循環,含鹽量就不斷增加。為了維持水中的水量平衡,必須不斷向循環系統中補充新鮮水,同時排放掉一部分循環冷卻水,以保持循環水的含鹽量穩定在某一濃度。因此,在水系統循環運行的時候,補充水和循環水中的含鹽量是不同的。循環冷卻水與補充水中含鹽量的比值,就稱為濃縮倍數。濃縮倍數是敞開式循環冷卻水系統運行的一項重要參數。循環水中保持一定的濃縮倍數,不僅能節水、節藥、提高經濟效益,而且對穩定水質有重要作用,也有利于進行化學處理。   敞開式循環冷卻水系統的水質有以下特點:   (1)因冷卻塔的蒸發冷卻作用,使一部分循環冷卻水被空氣帶走,系統中損失了一部分水。這部分水沒有帶走所溶解的固體,而將它原來溶解的固體留在循環系統中,使循環水中的溶解固體物濃度增加,這就是濃縮現象。濃縮會改變水的腐蝕結垢性質,加重水的結垢或腐蝕傾向。   (2)在冷卻塔中,水在與空氣的接觸過程中還會失去一部分游離二氧化碳。由于二氧化碳的逸出,使水中碳酸氫鈣容易轉化成碳酸鈣沉積在換熱設備上,其反應如下:   Ca(HCO3)2 Ca CO3 +CO2 +H2O   水在與空氣接觸時,還會溶解空氣中的氧氣,使水中的溶解氧總處于飽和狀態。當碳鋼與溶有O2的冷卻水接觸時,由于金屬表面的不均一性和冷卻水的導電性,在碳鋼表面會形成許多腐蝕微電池,使陽極區的金屬不斷溶解而被腐蝕,其反應如下:   在陽極區 Fe Fe2++2e   在陰極區 1/2 O2+H2O+2e 2OH-   在水中   Fe2++2OH- Fe (OH)2   O2   Fe(OH)2 Fe(OH)3   O2   Fe(OH)2 1/2 Fe2O3·H2O   (3)水在與空氣的接觸過程中,還會將空氣中所帶的灰塵、微生物、污染氣體(如SO2、H2S、NH3等)或昆蟲帶入水系統,引起水質污染,造成腐蝕或污垢沉積等問題。其中微生物帶來的危害特別嚴重。   如硫酸鹽還原菌分解水中的硫酸鹽,產生H2S,引起碳鋼腐蝕,其反應如下:   SO2-4+8H++8e S2-+4H2O+能量(細菌生存所需)   Fe2++S2-   FeS   又如鐵細菌腐蝕鋼鐵,產生銹瘤,并釋放能量供細菌生存,其反應如下:   細菌   Fe2+    Fe3++能量(細菌生存所需)   所以,冷卻水循環使用后,運行濃縮倍數提高,各種離子及雜質隨之被濃縮,硬度和堿度也大幅度增加,二者平衡被打破而形成水垢,并且,水垢在沉積過程中,常與淤泥、粘泥、腐蝕產物及其它雜質混合在一起形成污垢,污垢附著在設備上又會產生垢下腐蝕,加速設備的穿孔泄漏,危害性更大。水和大氣在冷卻塔中對流時,吸收了大氣中的灰塵、微生物及其孢子,使系統中微生物和懸浮物數量明顯增加,且由于養分的濃縮,日光的照射,適宜的溫度,充足的溶解氧等條件使得微生物迅速繁殖和滋生。微生物的危害與一般電化學腐蝕及水垢的危害比起來,微生物危害的嚴重性更勝一籌,其顯著特點是危害速度快,被稱之為循環冷卻水系統處理中的“急性病”,其危害不可小視。微生物滋生將產生兩大直接危害,即微生物腐蝕和沉積腐蝕。微生物腐蝕的一個重要特點是腐蝕速度集中于局部部位,主要是由于微生物繁殖將產生特殊的腐蝕環境,如硫酸鹽還原菌產生硫化氫氣體,硫細菌、鐵細菌和線狀菌等產生的酸性環境,造成局部腐蝕,最后將導致嚴重的點蝕直至穿孔,其危害特別嚴重。另外,空氣中的灰塵進入冷卻水系統中沉積,菌藻的滋生加速了這種粘附物的沉積,并且,微生物大量地繁殖和進行新陳代謝,致使系統內水側表面越來越多的沉積生物粘泥、污垢及腐蝕產物,溫度越高的地方沉積越厚,而且較多的沉積在流速驟降的滯流區和水流的死角,這些沉積物的導熱性能比金屬差幾百倍,且沉積物覆蓋下的金屬表面是貧氧區,形成氧濃差電池使金屬遭受嚴重的沉積腐蝕。另一方面,由于金屬腐蝕產物進入水中,使水質惡化,加劇了水側受熱面上的結垢趨勢,引起化學硬垢的產生及垢下腐蝕,如此惡性循環,將嚴重影響生產的長周期安全正常運行。   綜上所述,循環冷卻水系統由于空氣污染、水溫升高、水流速度變化、濃縮倍數提高、工藝介質泄漏和工況環境等因素的影響,給系統帶來的危害突出地表現在金屬設備及管道腐蝕,沉積物的析出和附著,微生物滋生和粘泥形成上。并且這些問題相互作用,形成惡性循環,危害甚大,它們的解決直接關系著生產的正常與否。若不采取必要的水處理技術加以解決,任其泛濫,將給生產帶來嚴重后果,給企業造成巨大的經濟損失。   2、循環冷卻水系統運行障礙產生的危害   (1)腐蝕引起的危害   ①腐蝕消耗金屬材料,使換熱器強度下降,降低換熱器使用壽命,增加設備投入費用及因停產檢修造成經濟損失。   ②腐蝕常引起換熱器管壁穿孔,形成滲漏,或工藝介質泄漏進入冷卻水中,損失物料,污染水體;或冷卻水滲入工藝介質中,使產品質量受到影響,甚至成為廢品。   ③嚴重的腐蝕造成換熱器傳熱面急劇減少,失去冷卻作用,而且可能引發泄漏事故,危害工廠安全生產,影響生產裝置的長周期運行。   ④腐蝕產物會形成污垢,污垢附著在設備上又會產生垢下腐蝕,形成惡性循環,其危害性更大。   (2)水垢引起的危害   ①高熱阻的無機鹽垢,導熱性能極低,降低換熱器傳熱效率和冷卻塔效率。1mm的垢厚大約相當于8%的能源損失,垢層越厚,換熱效率越低,能源消耗也越大。不但增加循環水的消耗量,造成有限資源的浪費,而且還會影響產品的產量和質量。   ②水垢的形成使管道管徑縮小,流量降低,增加能耗,泵壓上升,系統阻力增加,使工藝介質的冷卻達不到設計要求,影響生產。   ③結垢嚴重時,將換熱管道完全堵死,使生產無法進行,造成非正常停車,導致生產工期的延誤。   ④水垢在金屬壁上的沉積,容易誘發垢下腐蝕,加速設備的穿孔泄漏,使設備遭受嚴重破壞。   ⑤水垢的形成增加清洗次數和費用,尤其是系統停車清洗,造成生產被迫中斷,減少有效生產時間。同時,頻繁的清洗必將加速設備的損耗,影響材料性能,降低使用壽命。   (3)微生物引起的危害   循環冷卻水系統的環境極利于微生物的生長繁殖,微生物滋生將產生兩大直接危害,即微生物腐蝕和沉積腐蝕。循環水系統中大量細菌分泌出的粘液像粘合劑一樣,并以微生物群體及其遺骸為主體,與水中灰塵、雜質、化學沉淀物、腐蝕產物等粘結在一起,形成粘糊糊的膠粘狀物,即微生物粘泥。微生物粘泥既能促進污垢沉積,又能促進腐蝕,給系統造成的危害是相當突出的。粘泥是微生物引起的最嚴重的危害,常表現在以下幾個方面:   ①粘泥附著在換熱部位的金屬表面上,降低冷卻水的冷卻效果。   ②大量的粘泥將堵塞換熱器中冷卻水的通道,從而使冷卻水無法工作;少量的粘泥則減少冷卻水通道的截面積,從而降低冷卻水的流量和冷卻效果,增加泵壓。   ③粘泥集積在冷卻塔填料的表面或填料間,堵塞了冷卻水的通過,降低冷卻塔的冷卻效果。   ④粘泥覆蓋在換熱器的金屬表上,阻止緩蝕劑和阻垢劑到達金屬表面發揮其緩蝕與阻垢的作用,阻止殺生劑殺滅粘泥中和粘泥下的微生物,降低這些藥劑的功效。   ⑤粘泥覆蓋在金屬表面,形成氧濃差腐蝕電池,引起金屬設備及管道的腐蝕。   三、水處理技術的作用及其重要性   實踐證明,化學處理技術能夠很好地解決循環水所帶來的危害。它在國外應用已有半個世紀以上;在我國也日益廣泛應用,大量推廣已有二十多年的歷史。其綜合處理效果令人滿意,處理費用也能為用戶接受,是普遍使用的好方法。   在循環冷卻水中應用水處理技術,既可改善水質,減少對設備的腐蝕和結垢,延長設備壽命,保證生產長周期均衡平穩地運行,又能節約用水,減少排污,對生態環境大為有利,從而獲得良好的經濟效益和社會效益。   評價化學處理的經濟效益需要從處理費用上和生產上全面評價。化學處理費用經濟合理,占循環水成本中的比例并不高,而且帶給系統的好處很多,有很好的經濟效益。據我們了解,許多廠在這方面都深有體驗,特別是有的廠初期投產時循環水未進行化學處理,運行一段時間后才發現“水患成災”,后來采用化學處理,“對癥下藥”,使水質得到明顯改善。這些廠水處理前后對比的效果往往很生動,取得的經濟效益也都很明顯。科學技術是第一生產力,循環水化學處理技術在節能降耗,高產穩產,提高效益等方面發揮著非常重要和關鍵的作用,具體表現在:   1、保證換熱設備的高效運行。通過化學處理,減緩設備和管道的腐蝕和結垢,提高換熱效率,改善工藝條件,延長設備及管道的使用壽命。   2、穩定生產。沒有沉積物附著、腐蝕穿孔和粘泥堵塞等危害,冷卻水系統中的換熱器就可以始終在良好的環境中工作,除計劃中的檢修外,意外的停產檢修事故就會減少,為生產的長周期安全運行提供保證,從而降低生產過程中因設備維修造成的時間耽延。   3、節約水資源。冷卻水使用水處理劑后,可以提高循環水的濃縮倍數,這對工業節水有著重要的作用。與直流冷卻水相比,即便循環水的濃縮倍數比較低,例如僅為1.5倍,但此時補充水即可節約94.8%。由此可見,提高濃縮倍數,使用水處理技術,改善和凈化水質,對節約水資源有著至關重要的作用。   4、減少環境污染。由于濃縮倍數的提高,循環冷卻水系統比起直流冷卻水系統來,大大減少了冷卻污水的排放量,也就減少了對環境的污染。   5、經濟效益顯著。采用水穩技術后,循環冷卻水系統處于良性循環,換熱效率和冷卻效果良好,同時減少原材料的消耗,降低生產成本,實現生產的滿負荷運行,生產能力提高,產品質量改善,產量增加,經濟效益突出。   四、水處理技術的主要內容   這里所說的水處理技術,是指循環冷卻水的化學處理技術,它是一門多學科的綜合實用技術。它主要是針對不同的水質、設備、材質和工藝條件等因素,選擇合理的緩蝕阻垢配方和優良高效的藥劑來抑制腐蝕、水垢和粘泥等危害的產生,使水質穩定,以達到預期的效果,為生產服務。   為了應用好水處理技術,還應有一定的工藝過程和要求,它包括設備剝離清洗、預膜和日常水處理管理工作等。這些過程都是水處理技術的內容,并且每一個環節都是相互聯系的,是一個有機的整體,缺一不可,否則將大大降低水處理綜合效果。所以,完整地實施水處理技術,是保證循環冷卻水系統科學、經濟、高效運行的關鍵。   1、化學清洗   在采用水處理技術,投加水處理劑之前,應對循環水系統的換熱設備和管道進行剝離和清洗,特別是已經運行的老系統,在粘泥沉積、菌藻滋生嚴重的狀況下,清洗尤為重要。主要機理為通過滲透、疏松、剝離、溶解、分散、整合、晶格畸變等作用,除去水側表面的粘附物、水垢等雜物,以達到凈化設備金屬表面的目的,為水處理的預膜和日常處理創造條件。剝離清洗對合理使用水處理劑,發揮水處理劑正常效用是非常必要的。   2、預膜處理   預膜是在系統剝離清洗之后、正常運行之前水處理的一個必要步驟。預膜處理就是在緊接系統清洗之后,向系統中投加一定濃度的高效預膜劑,在設定條件下循環運行,使之在設備金屬表面形成一層均勻致密的保護膜,達到不易成垢和緩蝕的目的,對系統設備和管道起到良好的保護作用。   3、日常水處理工作   當預膜結束后,水處理劑由高濃度轉入低濃度的處理成為日常處理。日常處理工作在水處理工作中具有十分重要的作用。日常水處理工作包括:日常加藥和分析監測,投加緩蝕阻垢劑以延緩腐蝕和阻止結垢,投加殺菌滅藻劑控制菌藻滋生及粘泥的粘附。日常加藥的目的是維持水中藥劑濃度,以保持膜的完整性,并起到緩蝕阻垢作用和控制微生物的生長。   要搞好水處理工作,必須下決心嚴格科學管理,保證在操作時按照規定的水穩劑配方和控制指標(包括水質、加藥等)嚴格執行。在循環水系統正常運行中,需要進行處理效果的監測(如掛腐蝕試片等工作),以了解水質處理的效果,并根據每天水質分析化驗結果,對排污水量、補充水量及加藥量進行必要的調整,使之達到要求指標,并控制合理的濃縮倍數。   五、水處理運行效果及其評定   1、藥劑使用后的表現效果   (1)換熱設備和水程管道不再產生新垢,老垢在一定程度上逐步減少,管道阻力減小,泵壓降低,冷卻水流量增大,換熱器效率上升,工藝條件改善,生產能力提高,產品質量穩定,產量增加。   (2)設備及管道的腐蝕得到有效的控制,不僅延長了設備的使用壽命和運行投入周期,而且降低了設備腐蝕穿孔引發泄漏事故的可能性,為生產的長周期安全平穩運行提供了強有力的保障。   (3)系統不再產生新菌藻,老菌藻逐步脫落。同時,附著在換熱器、冷卻塔、水槽壁、池底、管道上的微生物粘泥、軟垢也逐漸被疏松、剝離和分散,隨排污水一起排掉。這有效地剿滅了微生物的滋生繁殖,阻斷了粘泥污物對系統的侵害。   (4)涼水塔噴嘴、填料無堵塞現象,冷卻水量增大,噴水均勻,水流暢通,冷卻效率提高,冷卻水進、出塔溫差變大,為工藝介質的冷卻達到設計要求提供了充足的低溫水量。   (5)系統結垢、腐蝕和微生物等危害得到有效控制,生產穩定,循環水系統始終在良好的環境中安全運轉。除計劃中的檢修外,意外的停產檢修、清洗次數減少,從而降低生產過程中因設備維修、清洗造成的時間耽延和經濟損失,不僅減少了計劃外的經濟支出,同時也延長了有效生產時間。   (6)濃縮倍數提高,不僅節約了大量的冷卻用水,而且大大減少了冷卻污水的排放量,減輕了對環境的污染,為企業贏得了良好的經濟效益和社會效益。   2、水處理運行效果的評定   循環冷卻水經化學處理后,其效果應達到國家《工業循環冷卻水處理設計規范》GB50050-2007標準中的要求:   腐蝕率:碳鋼≤0.075mm/a 銅、不銹鋼≤0.005mm/a   污垢沉積率:< 15mg/(cm2·月)


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