冶金工业净循环冷却水降磷技术浅析

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摘要：针对钢铁冶金工艺中两个水系统的药剂方案分别进行低磷和无磷化切换，对此过程中的水质分析控制进行研究和效果验证。结合前期实验室小试初步确定的低磷和无磷药剂方案，对两个系统进行同步切换实验跟踪，重点对切换前后的水质进行在线连续监测及定期定点取样分析，形成可靠的数据链进行比对分析。

关键词：循环水；缓蚀；阻垢；降磷

0引言

钢铁冶金循环冷却水在循环使用过程中，热交换是在开放的环境中进行，水在冷却塔蒸发后不断循环浓缩，循环水中的盐分含量越来越高，工艺管线设备中的结垢、腐蚀趋势会不断增加[1]。净循环水处理系统主要控制方向为结垢、腐蚀、微生物三个方面。其中，冷却水系统中的结垢物是由微溶物质结晶析出并在换热面上聚积形成的，主要成分是钙镁的盐类[2]；腐蚀产生的机理也很多，包括化学、物理和生物等方面的因素，主要有pH值、阴阳离子、电偶、应力等因素[3]。针对这些控制方向和控制要求，需要投加一定量的复配药剂进行腐蚀、结垢等控制。但随着环保要求趋严，药剂投加带来的总磷指标屡有突破，因此需要通过实验复配出更环保的缓蚀阻垢药剂配方，结合现场加以验证和优化。本文中项目选取了冶金现场两个典型的净循环系统（工业净循环水Ⅰ系和Ⅱ系）进行研究，均采用有机磷化学药剂处理控制技术，总磷控制在2.5~5mg/L。循环水系统经过风吹损失、蒸发损失后，不断浓缩，水质治理过程中加入的含磷药剂，磷的浓度也在不断富集提升，当浓缩倍数达到一定值后(部分水系统控制在3.5~4.5)，需要大量补水、排水、换水。钢铁公司类似循环水系统繁多，各系统排污时，总磷指标超过现有的间接排放环保排放标准（以总磷计＜2mg/L）。钢铁工业水污染物排放标准（GB13456-2012）中公司总排口标准见该规定的表1和表3，所对应的排水总磷标准分别为1mg/L和0.5mg/L[4]，因此，循环水排水对公司直接排口的总磷指标也会产生富集的影响，给公司带来很大的环保风险。本项目研究基于此，将两个系统分别调整为低磷和无磷环保水处理控制技术。从运行效果看，不但能够完全满足缓蚀阻垢的效果，而且从源头治理确保外排水的总磷低于环保要求，能为公司水处理系统积累分步降磷的技术方案。

1总体安排

考虑到公司后续发展过程中，环保要求日趋严苛，本次实验研究选取两个循环水处理系统，分别采用低磷水处理运行方案和无磷水处理运行方案。经过现场实验条件、水质控制现状的调研，确定工业净循环水Ⅰ系浓缩倍数4.0~4.5，系统水质偏结垢，含磷浓度均值3.04mg/L，采用低磷水处理运行方案进行切换；工业净循环水Ⅱ系浓缩倍数较低，含磷浓度均值为3.99mg/L，系统水质偏腐蚀，采用无磷水处理运行方案进行切换。在供水总管侧加装水质在线动态模拟监测装置，以蒸汽加热模拟工艺负荷端结垢、腐蚀趋势。实验过程中每天间隔一小时连续三次取样，两个取样点共计6个样品进行连续跟踪检测，形成数据链；其间水质在线动态模拟监测装置与系统工艺同步运行，实验结束后拆解分析，对水质加药控制的缓蚀阻垢效果进行验证。

2工业净循环水Ⅰ系

2.1低磷水处理运行方案

根据实验室小试的情况，对本系统药剂切换采用以下低磷缓蚀阻垢药剂方案，缓蚀阻垢剂采用计量泵连续投加，杀菌剂冲击投加，药剂投加量及投加方式见表1。

2.2在线监测数据

通过对水质在线动态监测装置中冷端（供水）、热端（蒸汽加热部分）中碳钢、铜挂片及实验管件的拆解称重分析，此轮实验，冷端部分碳钢挂片腐蚀率2.8MDD，铜挂片腐蚀率0.03MDD，热端碳钢挂片腐蚀率2.18MDD，铜挂片腐蚀率0.05MDD；监测装置中实验管束的结垢速率均值8.05MCM。在低磷药剂方案切换实施过程中，水质的结垢、腐蚀均没有超控制指标15MDD/15MCM，切换方案满足系统水处理控制要求。相关数据见表2和表3。

2.3系统含磷浓度取样分析及结论

通过对工业净循环水Ⅰ系方案实施前后定点、定期取样跟踪分析，在低磷药剂方案切换前，系统药剂总磷浓度均值在3.04mg/L，低磷方案实施后，系统总磷均值为0.76mg/L，下降幅度达75%。循环水系统中水质含磷指标稳定控制在1mg/L以下，对公司总排口总磷指标控制的源头治理效果显著。降磷方案切换前后对比见图1。

3工业净循环水Ⅱ系

3.1无磷水处理运行方案

根据实验室小试的情况，对本系统药剂切换采用以下无磷缓蚀阻垢药剂方案，其中，分散剂、缓蚀阻垢剂、缓蚀剂均采取连续自动投加系统完成，药剂投加量及投加方式见表4。

3.2在线监测数据

通过对水质在线动态监测装置中冷端（供水）、热端（蒸汽加热部分）中碳钢、不锈钢、铜挂片及实验管件的拆解称重分析，此轮实验，冷端部分碳钢挂片腐蚀率14.17MDD，不锈钢挂片腐蚀率0.74MDD，铜挂片腐蚀率0.86MDD，热端部分碳钢挂片腐蚀率11.57MDD，不锈钢挂片腐蚀率0.48MDD，铜挂片腐蚀率0.57MDD；监测装置中实验管束的结垢速率均值10.21MCM。该系统采用无磷药剂方案切换实施过程中，水质的结垢、腐蚀均控制在指标范围之内，切换方案满足系统水处理控制要求。相关数据分别见表5和表6。

3.3系统含磷浓度取样分析及结论

通过对工业净循环水Ⅱ系方案实施前后定点定期取样跟踪分析，在无磷药剂方案切换前，系统药剂总磷浓度均值在3.99mg/L，无磷药剂方案实施后，系统总磷降至0mg/L，切实将工业循环水系统水质总磷指标控制到0，且水质腐蚀、结垢情况仍然可控。降磷方案切换前后对比见图2。

4结语

随着国家对钢铁企业环保要求的不断提高，低磷或无磷方案将成为循环水化学处理的主要推广技术。因此在两个水系统率先实验降磷水处理控制技术，对公司今后的环保工作具有很大的意义，低磷水处理运行方案和无磷水处理运行方案两套药剂切换方案为钢铁工业水污染物排放标准中表1或表3均提供了有力的源头治理的技术支撑。项目实施前系统总磷控制指标2.5~5mg/L，项目实施后实现控制目标总磷小于1mg/L以下,其中工业净循环水Ⅰ系由3.04mg/L，降至0.76mg/L（低磷方案）；净循环水Ⅱ系由3.99mg/L，降至0（无磷方案）。在实现系统总磷下降目标的同时，通过水质监测技术验证水处理方案切换后，项目实施系统水处理效果满足循环水水质控制技术指标，系统经水质动态监测，系统的腐蚀速率小于15MDD；结垢速率小于15MCM。

参考文献

[1]周本省.工业水处理：第二版[M].北京:化学工业出版社,2002.

[2]贾成凤.共聚物阻垢剂的研究进展[J].上海化工,2002,18(3).

[3]周柏青,陈志和.热力发电厂水处理：第四版[M].北京:中国电力出版社,2009.

[4]环境保护部.钢铁工业水污染物排放标准：GB13456-2012[S].中国环境科学出版社，2012.

作者:王德开 朱贻钧 单位:上海宝钢股份有限公司