冶金工業凈循環冷卻水降磷技術淺析

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摘要：針對鋼鐵冶金工藝中兩個水系統的藥劑方案分別進行低磷和無磷化切換，對此過程中的水質分析控制進行研究和效果驗證。結合前期實驗室小試初步確定的低磷和無磷藥劑方案，對兩個系統進行同步切換實驗跟蹤，重點對切換前后的水質進行在線連續監測及定期定點取樣分析，形成可靠的數據鏈進行比對分析。

關鍵詞：循環水；緩蝕；阻垢；降磷

0引言

鋼鐵冶金循環冷卻水在循環使用過程中，熱交換是在開放的環境中進行，水在冷卻塔蒸發后不斷循環濃縮，循環水中的鹽分含量越來越高，工藝管線設備中的結垢、腐蝕趨勢會不斷增加[1]。凈循環水處理系統主要控制方向為結垢、腐蝕、微生物三個方面。其中，冷卻水系統中的結垢物是由微溶物質結晶析出并在換熱面上聚積形成的，主要成分是鈣鎂的鹽類[2]；腐蝕產生的機理也很多，包括化學、物理和生物等方面的因素，主要有pH值、陰陽離子、電偶、應力等因素[3]。針對這些控制方向和控制要求，需要投加一定量的復配藥劑進行腐蝕、結垢等控制。但隨著環保要求趨嚴，藥劑投加帶來的總磷指標屢有突破，因此需要通過實驗復配出更環保的緩蝕阻垢藥劑配方，結合現場加以驗證和優化。本文中項目選取了冶金現場兩個典型的凈循環系統（工業凈循環水Ⅰ系和Ⅱ系）進行研究，均采用有機磷化學藥劑處理控制技術，總磷控制在2.5~5mg/L。循環水系統經過風吹損失、蒸發損失后，不斷濃縮，水質治理過程中加入的含磷藥劑，磷的濃度也在不斷富集提升，當濃縮倍數達到一定值后(部分水系統控制在3.5~4.5)，需要大量補水、排水、換水。鋼鐵公司類似循環水系統繁多，各系統排污時，總磷指標超過現有的間接排放環保排放標準（以總磷計＜2mg/L）。鋼鐵工業水污染物排放標準（GB13456-2012）中公司總排口標準見該規定的表1和表3，所對應的排水總磷標準分別為1mg/L和0.5mg/L[4]，因此，循環水排水對公司直接排口的總磷指標也會產生富集的影響，給公司帶來很大的環保風險。本項目研究基于此，將兩個系統分別調整為低磷和無磷環保水處理控制技術。從運行效果看，不但能夠完全滿足緩蝕阻垢的效果，而且從源頭治理確保外排水的總磷低于環保要求，能為公司水處理系統積累分步降磷的技術方案。

1總體安排

考慮到公司后續發展過程中，環保要求日趨嚴苛，本次實驗研究選取兩個循環水處理系統，分別采用低磷水處理運行方案和無磷水處理運行方案。經過現場實驗條件、水質控制現狀的調研，確定工業凈循環水Ⅰ系濃縮倍數4.0~4.5，系統水質偏結垢，含磷濃度均值3.04mg/L，采用低磷水處理運行方案進行切換；工業凈循環水Ⅱ系濃縮倍數較低，含磷濃度均值為3.99mg/L，系統水質偏腐蝕，采用無磷水處理運行方案進行切換。在供水總管側加裝水質在線動態模擬監測裝置，以蒸汽加熱模擬工藝負荷端結垢、腐蝕趨勢。實驗過程中每天間隔一小時連續三次取樣，兩個取樣點共計6個樣品進行連續跟蹤檢測，形成數據鏈；其間水質在線動態模擬監測裝置與系統工藝同步運行，實驗結束后拆解分析，對水質加藥控制的緩蝕阻垢效果進行驗證。

2工業凈循環水Ⅰ系

2.1低磷水處理運行方案

根據實驗室小試的情況，對本系統藥劑切換采用以下低磷緩蝕阻垢藥劑方案，緩蝕阻垢劑采用計量泵連續投加，殺菌劑沖擊投加，藥劑投加量及投加方式見表1。

2.2在線監測數據

通過對水質在線動態監測裝置中冷端（供水）、熱端（蒸汽加熱部分）中碳鋼、銅掛片及實驗管件的拆解稱重分析，此輪實驗，冷端部分碳鋼掛片腐蝕率2.8MDD，銅掛片腐蝕率0.03MDD，熱端碳鋼掛片腐蝕率2.18MDD，銅掛片腐蝕率0.05MDD；監測裝置中實驗管束的結垢速率均值8.05MCM。在低磷藥劑方案切換實施過程中，水質的結垢、腐蝕均沒有超控制指標15MDD/15MCM，切換方案滿足系統水處理控制要求。相關數據見表2和表3。

2.3系統含磷濃度取樣分析及結論

通過對工業凈循環水Ⅰ系方案實施前后定點、定期取樣跟蹤分析，在低磷藥劑方案切換前，系統藥劑總磷濃度均值在3.04mg/L，低磷方案實施后，系統總磷均值為0.76mg/L，下降幅度達75%。循環水系統中水質含磷指標穩定控制在1mg/L以下，對公司總排口總磷指標控制的源頭治理效果顯著。降磷方案切換前后對比見圖1。

3工業凈循環水Ⅱ系

3.1無磷水處理運行方案

根據實驗室小試的情況，對本系統藥劑切換采用以下無磷緩蝕阻垢藥劑方案，其中，分散劑、緩蝕阻垢劑、緩蝕劑均采取連續自動投加系統完成，藥劑投加量及投加方式見表4。

3.2在線監測數據

通過對水質在線動態監測裝置中冷端（供水）、熱端（蒸汽加熱部分）中碳鋼、不銹鋼、銅掛片及實驗管件的拆解稱重分析，此輪實驗，冷端部分碳鋼掛片腐蝕率14.17MDD，不銹鋼掛片腐蝕率0.74MDD，銅掛片腐蝕率0.86MDD，熱端部分碳鋼掛片腐蝕率11.57MDD，不銹鋼掛片腐蝕率0.48MDD，銅掛片腐蝕率0.57MDD；監測裝置中實驗管束的結垢速率均值10.21MCM。該系統采用無磷藥劑方案切換實施過程中，水質的結垢、腐蝕均控制在指標范圍之內，切換方案滿足系統水處理控制要求。相關數據分別見表5和表6。

3.3系統含磷濃度取樣分析及結論

通過對工業凈循環水Ⅱ系方案實施前后定點定期取樣跟蹤分析，在無磷藥劑方案切換前，系統藥劑總磷濃度均值在3.99mg/L，無磷藥劑方案實施后，系統總磷降至0mg/L，切實將工業循環水系統水質總磷指標控制到0，且水質腐蝕、結垢情況仍然可控。降磷方案切換前后對比見圖2。

4結語

隨著國家對鋼鐵企業環保要求的不斷提高，低磷或無磷方案將成為循環水化學處理的主要推廣技術。因此在兩個水系統率先實驗降磷水處理控制技術，對公司今后的環保工作具有很大的意義，低磷水處理運行方案和無磷水處理運行方案兩套藥劑切換方案為鋼鐵工業水污染物排放標準中表1或表3均提供了有力的源頭治理的技術支撐。項目實施前系統總磷控制指標2.5~5mg/L，項目實施后實現控制目標總磷小于1mg/L以下,其中工業凈循環水Ⅰ系由3.04mg/L，降至0.76mg/L（低磷方案）；凈循環水Ⅱ系由3.99mg/L，降至0（無磷方案）。在實現系統總磷下降目標的同時，通過水質監測技術驗證水處理方案切換后，項目實施系統水處理效果滿足循環水水質控制技術指標，系統經水質動態監測，系統的腐蝕速率小于15MDD；結垢速率小于15MCM。

參考文獻

[1]周本省.工業水處理：第二版[M].北京:化學工業出版社,2002.

[2]賈成鳳.共聚物阻垢劑的研究進展[J].上?；?2002,18(3).

[3]周柏青,陳志和.熱力發電廠水處理：第四版[M].北京:中國電力出版社,2009.

[4]環境保護部.鋼鐵工業水污染物排放標準：GB13456-2012[S].中國環境科學出版社，2012.

作者:王德開 朱貽鈞 單位:上海寶鋼股份有限公司