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城市污水工业回用第一节国外城市污水工业回用美国与20世纪30年代开始将城市污水回用作工业冷却水；前苏联的工业回用始于20世界50年代；日本与20世纪60年代在其沿海和西南的缺水城市，进行污水的工业回用；第一节国内城市污水工业回用大连建成的我国第一个污水回用示范工程于1992年正式投产运行闭。它的处理规模为1万方/d,处理水以工业冷却水为回用目标,采用的技术路线为常规二级处理出水再经澄清、过滤、杀菌,用户负责循环水的水质稳定处理。几年来的运行结果表明,经深度处理后的出水用作循环冷却补充水,在投加一定量的水质稳定剂情况下,循环冷却系统运转正常。从经济效益看,工厂因使用回用水每年可节省水费110万元。第一节国内城市污水工业回用大庆乘风庄污水处理厂是我国最北部的城市污水处理厂,也是我国第一座利用处理后的城市污水作为油田回注水的污水处理厂。该厂主要处理乘风庄地区的生活污水和少量工业废水,日设计规模为3万方,采用的工艺流程为一级沉淀——二级生化处理——三级过滤。由于该厂二级出水中BOD浓度已较低,作为油田回注水完全符合要求,因此三级处理的目的主要是为了去除二级出水中的悬浮物。为此,该厂采用了投药混凝——过滤相结合的处理工艺。运行情况表明,最终出水水质达到了油田回注水的水质要求。由于再生水回注,部分缓解了油田对回注水需求量大的矛盾。这一工程的成功运行,为在我国北方及内地油田地区推行城市污水处理与回注提供了经验。山东滨州化工厂是以石油化工为主,炼油、氯碱、热电相配套的综合性化工企业，每年排放大量的含油污水。该厂设计了一套含油污水处理及循环利用装置。裂解洗涤塔出来的污水经沉淀池沉降,回收重焦油,出水与炼油污水混合,经平流隔油池、斜板隔油池及二级浮选,回收轻焦油,除油后的水送至热电车间冲粉煤灰,出来的废水再经沉降池回收粉煤灰,清水回用于裂解洗涤塔。经处理后,该厂的含油污水除油率达85%以上。由于将处理后的水循环回用,既减少了排污量,又节省了冲洗粉煤灰和裂解洗涤塔的新鲜水,同时还回收了轻、重焦油和粉煤灰,年增经济效益92万元。一、冷却水回用的必要性在城市用水中70%以上为工业用水，因此，节水首先要抓住比较集中使用的工业用水。在工业用水中，冷却水占的比例最大，约占70%-80%。所以，节约用水，提高工业水的重复利用率，须采用循环冷却水。以我国化学工业为例，1985年水的重复利用率为56%；1990年为63%；到2000年达到78%，另外，1985年到2000年化学工业产值翻了三番，但工业用水的补水量反而减少12%，废水的排放量也减少7%。这一切，所依靠的主要是采用循环冷却水及其处理技术。污水作工业冷却水回用原理：冷水流过需要降温的生产设备（常称换热设备，如换热器、冷凝器、反应器），使其降温，而冷水温度上升。冷却水按系统划分为直流冷却水和循环冷却水。二、冷却水的分类1、直流冷却水系统在直流水系统中，冷却水只经换热器一次利用后就被排掉了，所以直流水又称为一次利用水，由于用水量很大，因此在水量丰富的地区也不提倡采用直流水系统。2、循环冷却水系统在循环水系统中，冷却水可以反复使用，水经换热器后温度升高，由冷却塔或其他冷却设备将水温降低下来，再由泵将水送往用户，水如此不断的进行重复使用。2.1封闭式循环冷却水系统冷却水收回利用，循环不已，因此，水量损失很少。水中各种矿物质和离子含量一般不发生变化，而水的再冷却是在另一台换热设备中用其他冷却介质来进行冷却的。水源换热器冷水冷水物料物料泵冷却器(冷却热水)2.2敞开式循环冷却水系统冷却水循环再用。水的再冷却是通过冷却塔来进行的。水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。根据循环水与被冷却的介质的情况，该系统又可以分为间接循环、污循环和集尘循环三种类型。1、循环冷却水四种水量损失：蒸发损失风吹损失渗漏损失排污损失三、循环冷却水的水质特点2、循环冷却水中的CO2散失和O2的增加天然水中含有一定数量的重碳酸盐和游离CO2，水在冷却塔淋洒过程中（相当于曝气）将使CO2散失和O2增加。3、循环冷却水的水质污染大气中杂物进入冷却系统；冷却塔风机漏油及塔体的腐蚀剥落物进入冷却水中；冷却水处理中加入药剂产生沉淀；微生物繁殖及分泌物形成的粘性污垢。1、水垢附着碳酸钙沉淀在换热器表面即为结垢，影响换热器的效率，堵塞水流。水浓缩后，成垢离子成倍增加。特别由于碳酸氢盐是很不稳定的盐类，它在换热器表面上受热会分解为碳酸盐和二氧化碳。碳酸钙的溶解度很低，在传热表面上结碳酸钙水垢的倾向增加。四、循环冷却水系统产生的问题2、设备腐蚀2.1冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀由于水与空气能充分地接触，因此水中溶解的O2可达到饱和状态。当碳钢与溶有O2的冷却水接触时，碳钢的表面会形成许多腐蚀微电池，其阳极区和阴极区会发生系列氧化还原反应，反应使金属不断溶解而被腐蚀。2.2有害离子引起腐蚀当Cl-和SO42-离子浓度增加时，会加速碳钢的腐蚀。Cl-和SO42-会使金属上的保护膜的保护性能降低，尤其是Cl-的离子半径小，穿透力强，容易穿过膜层（Fe3O4），置换氧原子形成氯化物，加速阳极过程的进行，使腐蚀加速。对不锈钢制成的换热器，一般要求Cl-的含量不超过50～100mg/L。3、微生物的滋生和粘泥冷却水的微生物一般是细菌和藻类。在循环水中，由于养分的浓缩，水温的升高和日光照射，给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件。大量细菌分泌出的粘液像粘合剂一样，能使水中漂浮的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在一起。这种沉积物有人称它为生物粘泥，也有人把它叫做软垢。微生物的滋生和粘泥积附的危害性：管道腐蚀冷却水的流量减少降低换热器的冷却效率将管孔堵死，迫使停产清洗4.堵塞水中的悬浮物、大气中的飞灰及脱落的微生物膜在水被蒸发浓缩是，会在循环管路中沉淀下来，使得冷却系统堵塞。用处理后的城市污水做循环水产生的问题泡沫氨生物污泥磷酸钙垢其他垢对健康的影响五循环冷却水处理的意义如上所述，冷却水长期循环使用后，必然会带来结垢、腐蚀、菌藻滋生和堵塞这四种种危害，而循环冷却水处理就是设法使三种危害减轻或消除，这样做有几个好处：1稳定生产没有结垢腐蚀穿孔和粘泥堵塞等危害，系统中的换热器可以始终在良好的环境中工作，除计划中的检修外，意外的停产检修事故就会减少，从而在循环冷却水方面为工厂“安、稳、长、满、优”运行提供了保证。2节约水资源某化工厂采用直流冷却水系统，每小时耗水量约20000m3，当改为循环冷却水系统，每小时耗水量降为1000m3，目前已提高浓缩倍数，每小时耗水量只需500m3左右，这样每小时节约冷却水量约为19500m3。但在提高浓缩倍数的同时，必须做好相应的水处理工作。3节约钢材一台换热器是由几十到几百根金属管子所组成，往往需要成吨的钢材来制作。如果作好了循环冷却水水处理工作，还可大大减少换热器因腐蚀穿孔及结垢堵塞而更换的台数，进而节约钢材。污水回用需要考虑的几个问题确定合适的回用水质，研究哪些污水可以回用，不同用途需要什么样的水质；选择适用、可靠的技术方案，科学比选外排污水处理深度，确保污水回用后对装置不产生负面影响；合理的投资和运行费用，在获得社会效益的同时获得经济效益。项目冷却用水洗涤用水锅炉补给水工艺与产品用水直流式敞开式基本要求—色度(度)≤30嗅—pH6.0~9.06.5~8.56.0~9.06.5~8.5溶解氧——CODCr—≤60—≤60BOD5≤30≤10≤30≤10悬浮物SS≤30—≤30—溶解性总固体≤1000浊度(NTU)—≤5—≤5氨氮—≤10①—≤10总磷(以P计)—≤1.0—≤1.0总氮—石油类—≤1.0—≤1.0《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923－2005)项目冷却用水洗涤用水锅炉补给水工艺与产品用水直流式敞开式阴离子表面活性剂—≤0.5—≤0.5铁—≤0.3锰—≤0.1氯离子≤250二氧化硅≤50—≤30硫酸盐≤600≤250总硬度（以CaCO3计）≤450总碱度（以CaCO3计）≤350总余氯≥0.05粪大肠菌群/（个/L）≤2000备注①当循环冷却系统为铜材换热器时，循环冷却系统水中的氨氮指标应小于1mg/L。续表1、防止结垢(1)离子交换树脂法：离子交换树脂法就是让水通过离子交换树脂，将Ca2+、Mg2+从水中置换出来并结合在树脂上，达到从水中除去Ca2+、Mg2+目的。用不同性质的离子交换树脂，可以很简便的从硬水中除去Ca2+、Mg2+等离子，使水软化。(Na型树脂软化法、氢型树脂软化、强酸型氢型树脂软化法、弱酸型氢型树脂软化法、氢钠型树脂软化法）六、循环冷却水的水质控制(2)石灰-苏打软化法补充水未进入循环冷却水系统之前，在预处理时就投加适当的石灰-苏打，让水中的钙离子与石灰-苏打在澄清池中预先反应，生成碳酸钙沉淀析出，从而除去水中的Ca2+。反应式：Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3+2H2O(3)投加阻垢剂结晶动力学观点：钙垢析出的过程就是微溶性盐从溶液中结晶沉淀的过程。其首先要生成晶核，形成少量的微晶粒，这些微晶粒在溶液中通过热运动发生相互碰撞和金属器壁碰撞，小晶体变成大晶体，并在金属器壁形成覆盖传热面的垢层。（3）酸化法在水中投加强酸，可将碳酸盐硬度转化为溶解度较大的盐类，从而实现防治结垢的目的。（4）再酸化法在水中加入二氧化碳防治重碳酸钙的形成。阻垢剂的三种类型：（1）无机垢晶体在成长时，是按照一定晶格排列的，结晶致密，比较坚硬。当水中含有聚羧酸等阻垢剂时，由于聚羧酸等有机酸基团具有对金属离子的螯合能力，因而对无机垢的结晶形成了干扰，使晶格发生了歪曲，成为不规则的晶体。这个过程称之为晶格畸变作用。晶格畸变使硬垢变为无定型软垢。这种垢的结晶长不大，垢层中有大量空隙，几乎无粘结力，易被水流冲走排出。（2）把金属离子变成一种螯合离子或络合离子，络合增溶的作用可以使更多的碳酸钙稳定在水中不析出，如EDTA。（3）利用高分子絮凝剂的凝聚架桥作用，把胶体颗粒结成矾花悬浮在水中，流经旁滤池时去除。2、控制腐蚀2.1添加缓蚀剂(1)缓蚀剂定义：缓蚀剂是一种用于腐蚀介质中抑制金属腐蚀的添加剂。使用特点：1）用量少；2）使用浓度低；3）不需特殊的附加设备；4）不需改变金属设备或构件的材质或进行表面处理；5）经济效益高且适应性强(2)基本要求：1)在经济上是有利的；2)其飞溅、泄漏、排放及处理后的排放，在环保上是容许的；3)与冷却水中存在的各种物质及加入的阻垢剂等药剂是相容的，甚至有协同作用；4)对系统中各种金属的缓蚀效果都是可以接受的；5)不会造成换热金属表面传热系数降低；6)在冷却水运行的pH值范围内，有较好的缓蚀作用。(3)常用的冷却水缓蚀剂1、铬酸盐；2、亚硝酸盐铬酸盐的优点：不仅钢铁，而且对铜、锌、铝及其合金都能给予良好的保护；适用的pH值范围很宽(pH＝6-11)；缓蚀效果特别好。铬酸盐的缺点：毒性大，有严格的排放要求；容易被还原而失效，不宜用于有还原性物质泄漏的冷却水系统中。2.2适当提高冷却水的pH值(1)适当提高运行pH值可以降低碳钢的腐蚀速度铁的氧化物溶于酸性环境，低碳钢在低pH值条件下腐蚀速度快，在高pH值下腐蚀速度减慢，一般保持pH在8-9.5之间。(2)适当提高pH值的方法曝气：吹脱CO2，就可提高水中pH值。少量加酸：也是将水中的重碳酸根离子变为二氧化碳，加以曝气，把二氧化碳吹脱掉，就可适当提高水中的pH值，但一定要注意控制酸的投加量。2.3使用耐蚀材料换热器采用耐蚀金属材料为原料来制作换热器：传统耐蚀材料如铜合金、不锈钢、石墨、玻璃等，新型耐蚀材料钛合金、铝镁合金、氟塑料、聚丙稀等材料。根据工艺介质的腐蚀性能来决定换热器的腐蚀性能。2.4涂料覆盖法在碳钢换热器的传热表面涂上防腐材料，形成一层连续的牢固附着的薄膜，使金属与冷却水隔绝，避免受到腐蚀。目前国内广泛