汽車工業(yè)水回用于冷卻水系統(tǒng)研究

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1工業(yè)用水與節(jié)水

1．1冷卻水系統(tǒng)介紹

幾乎各類工業(yè)生產(chǎn)都需要使用冷卻水系統(tǒng)，汽車工業(yè)也不例外。冷卻水的功能是從熱源中去除過多的熱量，依靠周圍空氣冷卻從冷卻塔中下降的水，引起熱水蒸發(fā)，散發(fā)熱量，起到冷卻作用，冷卻后的水循環(huán)回流至需要冷卻的設備中［3］。冷卻水系統(tǒng)在運行過程中可能會發(fā)生結(jié)垢、腐蝕和微生物繁殖等水質(zhì)問題，需進行適當?shù)幕瘜W處理，同時，排放掉一部分冷卻水以保持水中含鹽量濃度的穩(wěn)定。為平衡水量，彌補蒸發(fā)與排放的水量損失，需不斷向系統(tǒng)補充新鮮水。

1．2節(jié)水途徑

汽車工業(yè)生產(chǎn)用水，主要有原料用水、產(chǎn)品處理用水、冷卻用水和洗滌用水等，節(jié)約冷卻水是工業(yè)節(jié)水的主要途徑。某大型汽車廠使用冷卻水系統(tǒng)冷卻用于給空調(diào)及工藝系統(tǒng)供冷的冷凍機組，運行時平均用水量917m3/d，高峰時用水量達到1780m3/d，節(jié)水需求與潛力十分巨大。工業(yè)冷卻水對水質(zhì)要求較低，水量需求較大，主要用于補充冷卻水蒸發(fā)與排污的水量消耗，是回用的理想對象［6］。汽車廠通過中水回用技術對達標排放的汽車生產(chǎn)廢水進行再生并應用于冷卻水系統(tǒng)，既減少污水排放量，又節(jié)約了水資源，取得了良好的環(huán)保與節(jié)水效益。

2廢水再生回用

2．1廢水處理狀況

汽車涂裝廢水主要包括前處理廢水、電泳廢水和噴漆廢水，特點是污染物種類多、成份復雜、水量較大。本項目采用物化處理與生化處理結(jié)合的處理工藝。首先在保證水質(zhì)均衡與高濃度廢水預處理的前提下，通過混凝、沉淀、pH調(diào)節(jié)等物化措施去除廢水中懸浮物、膠體、重金屬、磷酸鹽等污染物;物化出水再與生活污水混合，提高生化處理效率后，通過接觸氧化法進一步去除廢水中的溶解性有機物。廢水經(jīng)過處理后，排放水質(zhì)可達到:COD＜100mg/L，SS＜15mg/L，Oil＜4mg/L，pH:6.5～8。正常生產(chǎn)時，平均排放量達2440m3/d，部分排放廢水進行再生處理后作為中水回用，其余達標排放。

2．2廢水再生工藝

廢水再生處理選擇了砂炭濾+超濾的處理工藝，利用過濾截留機理，去除廢水中殘留的膠體、懸浮物顆粒、細菌、磷酸鹽等殘留污染物，使中水水質(zhì)滿足再生水回用冷卻水的水質(zhì)標準，作為冷卻塔補水回用。2．3中水回用中水通過供水泵輸送至冷卻塔，供水泵采用變頻控制，供水管路末端安裝浮球閥，冷卻水液位下降時，閥門打開，補充中水。

(1)中水水質(zhì)滿足《再生水用作冷卻用水的水質(zhì)控制標準》(GB/T19923－2005)的要求，具備回用于冷卻水的條件。

(2)中水的硬度、電導率指標高于自來水相應指標，對于結(jié)垢風險的控制方面劣于新鮮水。

(3)中水水質(zhì)環(huán)境易滋生細菌，即使經(jīng)過超濾工藝與產(chǎn)水末端的殺菌劑投加，仍然檢測出少量細菌殘留。

3中水水質(zhì)控制

3．1水質(zhì)監(jiān)控

針對中水的水質(zhì)監(jiān)測并不僅僅停留在常規(guī)項目上，而是制訂了細致、有效的水質(zhì)監(jiān)測方案，全面考慮可能影響回用效果及與循環(huán)冷卻水處理密切相關的水質(zhì)指標，如總硬度、氯離子、總鐵、總磷等。全面掌握中水水質(zhì)變化情況，以便及時調(diào)整處理效果。

3．2水質(zhì)波動

工業(yè)廢水水質(zhì)受產(chǎn)量、生產(chǎn)工藝的變化影響很大，廢水出水濃度變化幅度較大，由此也對中水水質(zhì)造成一定程度的波動，甚至出現(xiàn)水質(zhì)惡化的情況。一般可以通過減少回用水量，與自來水按一定比例一同補入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的方法，如1∶1甚至1∶2的比例，降低水質(zhì)惡化對冷卻水系統(tǒng)帶來的沖擊。若情況嚴重，應立即停止中水回用，保證冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定。

3．3細菌控制

回用水池內(nèi)的中水，缺乏連續(xù)的流動與置換，易滋生細菌?；赜盟囟ㄆ谕都雍葰⒕鷦３只赜盟貎?nèi)一定的余氯(通常0.1mg/L左右)，防止滋生細菌。對于后續(xù)冷卻水的回用，余氯的存在也可以擔當殺菌劑的作用，有助于防止冷卻水系統(tǒng)的生物污染。

4運行措施

4．1濃縮倍數(shù)選擇

中水離子濃度較新鮮自來水更高，作為補水進入工業(yè)冷卻水系統(tǒng)后，隨著不斷的蒸發(fā)濃縮，結(jié)垢傾向也更為突出。因此，應慎重選擇運行的濃縮倍數(shù)，控制結(jié)垢趨勢。根據(jù)水質(zhì)計算，濃縮倍數(shù)控制在2時，對于水中離子濃度的控制較為合理，此時理論R．S．I指數(shù)為6.85，該水質(zhì)傾向于腐蝕。

4．2殺菌措施

敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水溫與溶解氧非常適宜微生物的生長與繁殖，采用中水作為冷卻水系統(tǒng)的補水將面臨較為嚴重的微生物風險，水中微生物的抑制是中水回用循環(huán)冷卻水的一個重要技術環(huán)節(jié)。除了對中水進行抑菌控制外，也要加強循環(huán)冷卻水的殺菌措施。一是選用不同種類的殺菌劑產(chǎn)品，氧化性與非氧化性殺菌劑的交替投加克服水中微生物的抗藥性。二是綜合考慮中水水質(zhì)對殺菌劑投加量與作用時間的影響，適當增加殺菌劑的投加量與投加頻次，保持冷卻水中殺菌劑濃度為正常的1.5～2倍，維持殺生作用。三是針對中水回用循環(huán)冷卻水的特點，定期采用具有剝離作用的季銨鹽類殺菌劑，起到粘泥剝離凈化水質(zhì)的作用。

4．3腐蝕控制

中水較新鮮水具有更高的含鹽量，包括Cl－、SO2－4等加速金屬腐蝕的陰離子，對金屬材質(zhì)的侵蝕性較強?？紤]到系統(tǒng)在低濃縮倍數(shù)情況下運行，選用的鋅鹽－磷酸鹽復合阻垢緩蝕劑更側(cè)重于緩蝕性能，能有效控制熱交換器與管道腐蝕。

5效果評價

5．1水質(zhì)情況

使用中水作為冷卻水補水前后主要水質(zhì)比較見，中水回用前水質(zhì)數(shù)據(jù)為2013年的平均值，中水回用后為半年的平均值。從表2可以看出，使用中水作為補充水后，冷卻水系統(tǒng)的部分水質(zhì)指標，如COD、濁度、氯離子等指標均有不同程度的上升，但仍然滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》(GB50050－2007)中對于間冷開式系統(tǒng)循環(huán)冷卻水的水質(zhì)指標要求。

5．2腐蝕速率監(jiān)控

中水回用后，對冷卻水系統(tǒng)進行碳鋼掛片監(jiān)測，結(jié)果見。監(jiān)測結(jié)束后，掛片表面光潔，腐蝕速率低于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》(GB50050－2007)中對碳鋼設備的腐蝕速率要求(0.075mm/a)。冷卻水水質(zhì)與腐蝕速率情況反映了汽車工業(yè)廢水排放后經(jīng)過深度處理后作為中水回用于冷卻水系統(tǒng)能夠滿足冷卻水的使用要求。

6結(jié)論

(1)汽車廠排放廢水經(jīng)過深度處理后的再生水滿足水質(zhì)合格、水量足夠、經(jīng)濟合算的中水回用條件，回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)雖然對循環(huán)水的運行管理上提出了更高的要求，但同樣能滿足循環(huán)冷卻水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的要求，是完全可行的。

(2)中水回用于循環(huán)冷卻水既減少了廢水排放量，又減少了新鮮水的消耗，具有減輕環(huán)境污染和節(jié)約水資源的雙重功效，對推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

(3)中水回用后，每年可節(jié)約新鮮自來水約140000m3，按工業(yè)用水費3元/t計算，每年直接經(jīng)濟效益約42萬元。

7結(jié)語

采用混凝、沉淀、過濾等傳統(tǒng)處理方式對汽車生產(chǎn)排放廢水進行處理，能夠滿足中水水質(zhì)標準，但要滿足冷卻水系統(tǒng)的回用標準，尚有一定距離。采用砂炭濾與超濾聯(lián)合工藝處理排放廢水，對水中膠體污染物截留更徹底，完全滿足苛刻的冷卻水回用條件。隨著水資源的日益減少，中水回用成為一項迫在眉睫的事業(yè)，作為用水大戶的汽車生產(chǎn)企業(yè)應首當其沖，做好水資源的節(jié)約與合理利用工作，通過全行業(yè)的努力，開源節(jié)流，為經(jīng)濟與環(huán)境的和諧發(fā)展貢獻力量。

作者：陸寧 王春冬 單位：上海依科綠色工程有限公司 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司