研制了一種新型環(huán)保無磷水處理配方，進(jìn)行靜態(tài)阻垢試驗、旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗和動態(tài)模擬試驗。煤化工裝置循環(huán)水場現(xiàn)場應(yīng)用證明，該無磷配方的處理效果完全能夠達(dá)到GB/T 50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》的技術(shù)要求，排污水可達(dá)到GB 8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

隨著國家對環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，使用磷系配方系統(tǒng)的排污水對環(huán)境造成二次污染的問題日益突出。無磷水處理技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用是減少磷排放、防止水體富營養(yǎng)化的有效途徑，受到廣泛重視。

金陵石化煤制氫裝置建于2005年，配套建有循環(huán)量為36 000 m3/h的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)1套。2018年前循環(huán)冷卻水處理采用低磷阻垢緩蝕劑，循環(huán)水中的總磷(以PO43-計)控制在1.0~2.0 mg/L。由于南京市環(huán)保局對排污水總磷要求不斷提高，為達(dá)到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水總磷(以PO43-計)≤0.5 mg/L的內(nèi)控指標(biāo)，該公司決定在煤化工循環(huán)水場采用無磷水處理技術(shù)。

該公司水處理中心與江蘇科利恩公司合作研發(fā)了無磷阻垢緩蝕劑ZH482WP。本研究進(jìn)行了靜態(tài)阻垢試驗、旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗、動態(tài)模擬試驗和現(xiàn)場試用，結(jié)果表明該無磷配方有良好的阻垢緩蝕效果，排污水完全達(dá)到環(huán)保要求。ZH482WP屬于無磷類綠色環(huán)保可降解型阻垢緩蝕劑，適用于高濃縮倍數(shù)、高堿度、高硬度的水質(zhì)條件，配方結(jié)構(gòu)合理，各組分配伍性、穩(wěn)定性好。該無磷水處理技術(shù)可減少磷排放、防止水體富營養(yǎng)化。

1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)概況

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。

煤化工循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水采用新鮮水，補充水水質(zhì)如表2所示。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)計算不同條件下的Ryznar穩(wěn)定指數(shù)(R.S.I.)，得出該水質(zhì)在濃縮倍數(shù)達(dá)到4.5以上時具有嚴(yán)重的結(jié)垢趨勢。

2 試驗部分

01 試驗用水與藥劑

試驗用水為煤化工循環(huán)水場現(xiàn)場實際補充水，水質(zhì)見表2。ZH482WP無磷阻垢緩蝕劑主要由聚環(huán)氧琥珀酸(PESA)、三元共聚物(AA-AMPS-HPA)、鋅鹽及穩(wěn)定劑組成，江蘇科利恩公司提供。

02 靜態(tài)阻垢試驗

試驗參照GB/T 16632—2008《水處理劑阻垢性能的測量碳酸鈣沉積法》。取現(xiàn)場補充水分別投加20、25 mg/L ZH482WP阻垢緩蝕劑，濃縮至4.5倍后在80 ℃下保持10 h，測定水中鈣離子濃度，同時做空白試驗，計算阻垢率。

03 旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗

試驗參照GB/T 18175—2000《水處理劑緩蝕性能的測定旋轉(zhuǎn)掛片法》。取現(xiàn)場補充水，分別投加20、25 mg/L ZH482WP阻垢緩蝕劑，濃縮至4.5倍后掛入處理好的試驗掛片，開啟儀器電機，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速75 r/min，在45 ℃下運行72 h，同時做空白試驗，計算掛片腐蝕速率。

04 動態(tài)模擬試驗

試驗參照HG/T 2160—2008《冷卻水動態(tài)模擬試驗方法》，試管材質(zhì)為不銹鋼和碳鋼，規(guī)格為D 10 mm×0.8 mm×1 400 mm。

試驗條件：試驗用水為現(xiàn)場補充水，投加100 mg/L阻垢緩蝕劑ZH482WP，控制濃縮倍數(shù)≥4.5倍，蒸汽溫度(100±1) ℃，進(jìn)口水溫32 ℃，溫差10 ℃左右，污垢熱阻由儀器同步監(jiān)測，試驗周期15 d。

3 試驗結(jié)果與分析

ZH482WP靜態(tài)阻垢及緩蝕試驗結(jié)果見表3。

由表3可見，ZH482WP阻垢緩蝕劑在試驗條件下有良好的阻垢緩蝕效果。

ZH482WP動態(tài)模擬試驗結(jié)果見表4，污垢熱阻監(jiān)測結(jié)果見圖1。

動態(tài)模擬試驗結(jié)果表明，在模擬現(xiàn)場循環(huán)冷卻水條件下，試管的沉積速度為5.56 mg/(cm2·月)、污垢熱阻均<5×10-5m2·K/W(GB/T 50050—2017指標(biāo)要求≤3.44×10-4m2·K/W)、不銹鋼腐蝕速率為0.0013 mm/a，碳鋼腐蝕速率為0.015 9 mm/a，均達(dá)到GB/T 50050—2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》的技術(shù)要求，可以進(jìn)行現(xiàn)場工業(yè)應(yīng)用。

4 現(xiàn)場工業(yè)應(yīng)用

01循環(huán)水場水質(zhì)狀況

金陵石化煤化工裝置循環(huán)水場于2018年6月開始試用無磷阻垢緩蝕劑ZH482WP，投加質(zhì)量濃度為100 mg/L，冷卻水系統(tǒng)殺菌滅藻方案采用15~30 mg/L氧化性殺菌劑SS121WP(氯代異氰尿酸)和80~100 mg/L非氧化性殺菌劑SS411WP(異噻唑啉酮)。

試運行過程中，循環(huán)冷卻水主要控制指標(biāo)：熒光度40~70 μg/L，余氯0.1~1.0 mg/L，濃縮倍數(shù)(以K+計)≥4.5倍，pH 7.0~9.5，電導(dǎo)率≤2 000 μS/cm，渾濁度≤10 NTU，鈣硬度(以CaCO3計)≤500 mg/L，總堿度(以CaCO3計)≤500 mg/L，總磷(以PO43-計)≤0.5 mg/L。2018年1~11月(使用無磷配方前后)循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)和總磷變化如圖2所示。

由圖2可見，自2018年6月使用無磷配方后，循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)維持在5倍左右，水中總磷明顯下降，最后維持在0.1~0.2 mg/L，完全滿足環(huán)保要求。02循環(huán)水場排污水水質(zhì)

2018年6~11月循環(huán)水場排污水水質(zhì)見表5。

由表5可見，循環(huán)水場排污水主要水質(zhì)指標(biāo)完全達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)要求〔pH 6.0~9.0，NH3-N<15.0 mg/L，COD<60.0 mg/L，磷酸鹽<0.5 mg/L〕。

03 腐蝕與結(jié)垢監(jiān)測

根據(jù)Q/SH 0725.1—2017《循環(huán)水處理效果監(jiān)控方法-監(jiān)測換熱器法》，采用現(xiàn)場旁路監(jiān)測換熱器對使用無磷配方前后的循環(huán)水場腐蝕與結(jié)垢情況進(jìn)行監(jiān)測，每月更換1次監(jiān)測試管，結(jié)果見圖3、圖4。

由圖3、圖4可見，碳鋼監(jiān)測試管的腐蝕速率均小于0.075 mm/a，沉積速度均小于15 mg/(cm2·月)。6~11月(使用無磷配方)的平均腐蝕速率為0.031 mm/a，與1~5月(使用含磷配方)的平均腐蝕速率持平。1~5月平均沉積速度為8.40 mg/(cm2·月)，6~11月的平均沉積速度為5.43 mg/(cm2·月)，明顯下降，說明采用無磷配方后水中總磷含量明顯降低，從而大大減少了系統(tǒng)中磷酸鹽的沉積。

5 結(jié)論

(1)研制了新型環(huán)保無磷水處理劑ZH482WP，進(jìn)行靜態(tài)阻垢試驗、旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗和動態(tài)模擬試驗，現(xiàn)場試用期間碳鋼平均腐蝕速率為0.031 mm/a，平均沉積速度為5.43 mg/(cm2·月)。該水處理劑有良好的阻垢緩蝕效果，完全滿足大型煤化工裝置循環(huán)冷卻水無磷處理的技術(shù)要求。

(2)循環(huán)水場采用無磷處理技術(shù)后，大幅降低了循環(huán)水中的總磷含量，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3)無磷處理技術(shù)可大幅降低循環(huán)水中的總磷含量，減少系統(tǒng)中磷酸鹽的沉積，沉積速度明顯下降，水冷器的換熱效果提升；此外，水中微生物生長繁殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)減少，可為循環(huán)水系統(tǒng)的殺菌滅藻處理創(chuàng)造條件。