高能离子水处理方案——DESEN水处理系统

1概述当人类进入20世纪最后的10年，可持续发展战略呼之欲出，人与自然的关系也从控制、改造转变为协调、共生。因此，我们必须考虑水的自然属性、经济属性与社会属性。国际上，特别是欧美等发达国家早已提出并采用了水的生态循环概念，以水的可持续性发展为宗旨，综合考虑水生态环境和重点突出水的再生循环利用。就全球发展战略而言，21世纪是将可持续发展战略走向实施的世纪。中国在实施可持续发展战略中，水的可持续发展已处于十分重要的地位，“水是人类生存的生命线，是经济发展和社会进步的生命线”。国务院总理温家宝2007年7月11日主持召开国务院常务会议，研究部署当前节能减排工作，讨论并原则通过《中华人民共和国科学技术进步法（修订草案）》。在《国务院关于加快发展循环经济的若干意见》（国发［2005］22号）和《国民经济和社会发展第十个五年计划水利发展重点专项规划》中也均提出环保和充分利用水资源，特别是要重视水的循环利用。DESEN水处理系统作为符合ASHRAE标准，并同时具有环保、高效、节能、安装简便等特点，是目前世界上替代化学水处理方法的卓越水处理系统。1.1DESEN水处理系统的优势针对冷却循环水进行处理，具有的优势体现在：（1）可以有针对性的为客户的冷却水系统提供解决方案，阻止水垢，控制腐蚀，杀灭细菌和抑制藻类的生长；（2）完全代替目前的化学药剂处理；（3）性能卓越，效果已经得到广大用户的证实；（4）高品质，质量可靠；（5）环保、节能，节水和环保效果明显；（6）为客户带来巨大的经济利益和社会效益；（7）安装简便，可以根据现场的情况采用不同的安装方式；（8）无须人工操作，运行和维护费用低廉。1.2DENSEN水处理系统工作原理综合了当今世界上处理循环水的最前沿技术，利用氧化还原技术来阻止循环水系统中的硬垢产生，控制腐蚀，杀灭细菌和抑制藻类的生长，完全替代目前化学药剂处理，全面和系统的解决循环水系统中的问题，提高冷却水系统中的热交换效果。1.2.1水垢控制当水高能离子风吹入水中，水分子的氢键会得到极大的增强，从而水中可溶解的、和会不断的增多，即使当水温升高时也不会以CaCO3、MgCO3的硬垢形式析出来，从而达到阻止硬垢的目的。如果能量增进器向水中增进的能量达到了一定量时，CaCO3的结晶形式将会发生改变，形成一种松软的水垢（文石），可以被水流带走，从而在冷凝器管壁上是不会有任何硬垢的生成。1.2.2腐蚀控制当水高能离子风吹入水中，水中的能量增强，水中的氧原子在获得一定能量情况下，和冷却水系统的钢材氧化产物会以黑色的磁铁层（Fe3O4）形式存在；或者和冷却水中的铜材会以红色的氧化亚铜（Cu2O）的氧化物形式存在。这些Fe3O4和Cu2O氧化物都比较稳定、致密，延缓腐蚀过程进一步恶化，从而可以有效的控制器材的进一步腐蚀！1.2.3微生物控制当水高能离子风吹入水中，冷却水系统中释放一定量的金属离子，或者通过控制水中的氧化还原电位在一定的水平，对冷却水系统中细菌进行灭杀和抑制藻类的生长！高能离子水处理方案———DESEN水处理系统沈辉叶志钊叶歆蓓（上海志钊环保科技有限公司，上海200940）AnliFenxi◆案例分析572设计基础2.1方案编制依据（1）《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050—2007）；（2）《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）；（3）业主提供的相关资料。2.2原则根据业主补充水水质情况，采用的技术先进成熟，处理后水质达标稳定，达到防垢、有效控制腐蚀及控制微生物的目的，运行费用较低，投资经济合理；自动化程度高，运行稳定可靠，总平布置紧凑，节省占地空间。2.3设计参数2.3.1系统设计规模及相关参数本次设计的系统循环量为4000m3/h，为2台循环量2000m3/h逆流式机械风冷冷却塔，换热器主要为列管式换热器及聚合釜夹套撤热，换热器材质主要为碳钢、不锈钢，循环冷却水系统概况如下：循环水总量：4000/h（2000m3/h×2）；系统保有水总量：4000m3；冷却水进出冷却塔温差：～4℃（正常/平均）（MAX：5℃）；冷却水进冷却塔温度：～26℃（正常/平均）（MAX：35℃）。2.3.2系统水质情况根据业主所提供的补充水为深井水，水质如表1所示。2.3.3设计运行参数根据业主所提供的补充水水质，补水硬度、碱度均非常高，水质较差。综合考虑以上的因素，DESEN水处理系统暂时设计的运行技术参数如表2所示。2.3.4设计处理目标根据《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050—2007），设计目标为如表3所示。3系统设计方案3.1水质特性及循环冷却水系统概况业主的补充水电导率为800滋S/cm，总硬度约为表1补充水为深井水水质表序号项目单位正常/平均最大最小1pH7772电导率滋S/cm80010506503TDSmg/L4总硬度（CaCO3）mg/L3203803005总碱度（CaCO3）mg/L2202601306氯离子mg/L70105607总铁mg/L8二氧化硅mg/L910总悬浮物CODNTUmg/L表2DESEN水处理系统运行技术参数序号项目单位参数1pH6.5～8.02电导率滋S/cm1200～20003TDSmg/L700～12004总硬度（CaCO3）mg/L≤7005总碱度（CaCO3）mg/L≤5006氯离子mg/L≤3007总铁mg/L≤1.08二氧化硅mg/L≤1509浊度NTU＜1010浓缩倍数1.5～2.511LSI＜3表3设计处理目标表序号项目参数备注1水垢控制＜3.44×10-4m2K/W设备传热面水侧年污垢热阻值2微生物控制异养菌总数＜3.44×10-4m2K/W3腐蚀控制碳钢设备传热面水侧＜0.075mm/a。铜及不锈钢设备传热面水侧＜0.005mm/a。案例分析◆AnliFenxi58图1设备外形图（a）320mg/L，碱度为220mg/L，硬度大于碱度，为正硬度水，氯离子含量为70mg/L，水质很差。由于补充水水质较差，在浓缩倍数较低的情况下，结垢倾向也严重，在使用DASEN高能离子净化装置后阻垢缓蚀会产生细小颗粒的文石状软垢，此垢不易附着在换热设备上，可随水流带走。系统进出冷却水塔温差为4℃，循环水的蒸发量较小。系统的换热器形式主要为聚合釜夹套换热及列管式换热器，材质主要为碳钢、不锈钢。根据以上分析，因此本案的的重点是防止设备结垢、延缓腐蚀和杀菌抑藻。本次设计的系统循环量为4000m3/h。3.2处理工艺选择3.2.1DESEN水处理系统根据冷却水系统情况及所设计的运行参数，本项目设备选型方案如表4所示。3.2.2旁滤系统由于补充水水质较差，在浓缩倍数较低的情况下，结垢倾向也严重，在使用DESEN高能离子净化系统后，有可能会产生细小颗粒的文石状软垢。为确保循环水中的浊度达标，必须配备旁滤系统。按设计规范，旁滤系统处理量一般按循环水量的2%～5%进行设计，考滤业主的水质情况，建议按5%进行设计，即旁滤处理量为200m3/h。3.2.3排放系统根据目前业主的运行状况看，水质变化较大，主要问题排污量影响，用户应根据电导率的变化及时调整排污量。建议用户可增设一套实时电导率仪，排污管增设一调节阀，系统根据排污量自动调节排污水量。其外形如图1所示，工艺流程如图2所示。表4DESEN水处理系统冷却水系统运行参数序号设备名称型号数量备注1能量增进器GTE-CVF-12套2杀菌抑藻信号发生器GTC-BDD-12套AnliFenxi◆案例分析59图2工艺流程示意图1—进水阀2—反洗出水阀3—滤后出水阀4—反洗进水阀5—排气阀6—放空阀图1设备外形图（b）案例分析◆AnliFenxi604运行本项目DESEN净化系统设计运行技术参数如表5所示。5经济效益分析5.1运行费用人工费：该系统为自动运行系统无人工操作，故无人工操作费；药剂费：该系统采用纯物理方法进行水处理，故无药剂费；电费：该系统采用220V/50Hz电源系统总功率。如工业用电按0.5元/度计，运行费用为1.50元/小时运行总费用=1.50元/时×8000小时/年=1.2万元/年+折旧5万元/年=6.2万元。其中：年运行时间按8000小时计算（以下相同）。5.2化学处理方法运行费用估算院（1）缓蚀阻垢剂费用：按目前使用最为广泛的低磷聚合物与Zn2+复合配方的缓蚀阻垢剂进行估算。每年对冷却水塔进行清池，初期预膜的药剂浓度按200ppm，正常运行时按50ppm估算，按目前业主所提供的补充水量，浓缩倍数按2计，计算排污量为20.8m3/h，则：年药剂用量＝（200ppm×4000m3+20.8m3/h×8000×50ppm）/1000＝8324kg按目前缓蚀阻垢剂的市场价格约2万元/吨估算：年药剂费用＝8324×2/1000＝16.65万元其中：排污量=蒸发量/（浓缩倍数－1）＝k·△t·循环水量/（浓缩倍数－1）=0.0013×4×4000/（2-1）＝20.8/h（当地年平均气温按15℃，根据GB50050—2007k值选取0.0013）保有水量按4000。（2）杀菌灭藻剂：按目前较为普通的次氯酸钠氧化性杀菌剂估算，年加药时间按5个月计。连续投加有效氯浓度取0.5mg/L，次氯酸钠溶液浓度按10%（质量百分比）：年用量＝［（400m3/h×0.5×24×150）/0.1）］/1000＝72000kg/年按目前10%次氯酸钠的市场价格0.06万元/吨估算：年药剂费用＝72000×0.07/1000＝5.04万元年药剂总费用=16.65+5.04=21.69万元/年5.3DESEN系统节约费用估算总共节约的费用为：21.69万元/年－6.2万元/年=15.49万元/年5.4间接经济效益（1）DASEN系统是纯物理方法处理循环水，不增加任何化学药剂，故排放的污水也可以直接重新利用于灌溉、冲洗地板等；（2）符合节能减排政策，可大量减少污水排放；（3）降低设备腐蚀，延长设备使用寿命；（4）提高设备的换热效率，降低能耗、物耗。正文结束符notexist收稿日期：2010-03-10作者简介：沈辉（1976-），上海奉贤人，工程师，研究方向：水处理。表5DESEN净化系统运行技术参数序号项目单位参数1pH6.5～8.02电导率滋S/cm1200～20003TDSmg/L700～12004总硬度（CaCO3）mg/L≤7005总碱度（CaCO3）mg/L≤5006氯离子mg/L≤3007总铁mg/L≤1.08二氧化硅mg/L≤1509浊度NTU＜1010浓缩倍数1.5～2.511LSI＜3AnliFenxi◆案例分析61