因勢利導 辯證施治 把廢水用作循環水零排放技術推而廣之
因勢利導 辯證施治
把廢水用作循環水零排放技術推而廣之
董兆祥
（邯鄲市奧博水處理有限公司 河北邯鄲 056002）
[摘要]本文通過對廢水用作循環水零排放技術的環保性、安全性、經濟性、科學性的闡述，意在消除人們對這一創新技術的疑慮和擔心，同時告知企業要結合本單位的廢水種類、廢水水質、廢水水量和循環水系統設備的運行狀況，因勢利導、辯證施治，把廢水用作循環水零排放技術推廣好、運用好，在創新驅動中發展，在節水治污中降耗增效。
[關鍵詞]廢水，循環水，零排放
引言
廢水用作循環水零排放技術是指工業廢水、生活污水經過簡單預處理后，直接代替新鮮水用作工業循環冷卻水的補充水，通過循環水加藥處理，達到循環水系統不結垢、不腐蝕、不結泥、不排放。這一技術的成功實踐突顯了廢水低成本資源化利用的獨特優勢，或將成為我國節水治污領域的重要技術支撐。
任何一種新生事物的成長都要經過一個艱難曲折的過程，廢水用作循環水零排放技術的推廣和運用也不例外，在引起人們的極大關注的同時，有驚嘆、有喝彩、有非議、更多的是疑慮和擔心。為了將這一技術推而廣之，筆者以親身經歷和體會，對諸多疑慮進行梳理，就其環保性、安全性、經濟性、科學性進行如下闡述。
一、環保性
廢水用作循環水零排放技術的推廣和運用，讓人們最擔心的是環保問題。比如：有機物哪去了？是否造成二次污染？形成的固廢是不是危廢？等等。回答這些疑慮需要從四個方面作出解釋。
1.廢水中的有機物可在循環水系統中得到徹底降解。
工業廢水尤其是焦化廢水、生物制藥廢水，有機物含量不僅高，而且成分復雜，有專家指出焦化廢水中的有機物達358種。這么多的有機物怎么處理呢？目前大家普遍認知的處理方式是深度處理。仔細想來，深度處理廢水的設備投資巨大，運行費用特別高，工藝流程又太長，究其處理機理，不外乎厭氧、好氧及固液分離。既然如此，把廢水引入循環水系統當補充水，也同樣得到厭氧、好氧和固液分離的處理效果。請看：在冷卻塔處，廢水與空氣充分交換熱量，空氣中的氧進入廢水中，COD得到有效降解；循環水池中有上千種微生物，可對廢水中的BOD進行有效降解；廢水在換熱器中升溫，廢水中溶解氧含量降低，從水中逃逸出的氧與有機物和有毒有害物質反應，換熱器起到了熱解和催化作用；循環水的進水管道是兼氧環境，回水管道又是缺氧環境。廢水作為循環水補水后，在循環水系統無休止的循環往復中，所有的有機物均可得到徹底的降解。
2.廢水用作循環水不會引起二次污染。
工業廢水中有氨、硫化氫和酚、氰等化合物，處理得當就不會發生二次污染，更不會發生有機氣體進入大氣。這是因為：向循環水系統補充廢水的管道接至冷卻水池出口，即循環水泵入口處水面以下，在廢水進入循環水系統后，直接被循環水泵吸入換熱器中，廢水升溫后，溶解氧含量降低，從水中逃逸出的氧與氨結合形成硝酸根和亞硝酸根，與硫化氫結合形成硫酸根和亞硫酸根；酚、氰化合物雖然毒性強，但極易氧化分解成二氧化碳和無機物。我們大家知道：工業煙氣中的揮發性有機氣體的處理方法是先溶于水中，變成有機物，然后通過厭氧、好氧的方法去除掉。既然如此，廢水中的有機物怎么可能變成有機氣體從水中進入大氣呢？
當循環水系統的循環水流量偏大，而保有水量偏小時，循環水的氧含量過剩，極易產生菌藻瘋長和生物粘泥的附著，這時通過降低循環水流量或增大保有水量的辦法可抑制菌藻瘋長。而當循環水中系統的循環水量偏小和保有水量偏大時，循環水中的氧含量低，厭氧時間過長，易產生硫化氫臭味，這時通過加大循環水流量和降低保有水量的方法，可以抑制硫化氫氣體產生，消除臭味。
3.循環水池中沉積的固體物不是危廢。
工業廢水中原有的無機物和有機物降解后生成的無機物共同提升了循環水濁度。在循環水的不斷蒸發和無機物的不斷濃縮過程中，無機物的結晶析出和沉淀是必然的。在這些沉淀物中，既不含有有機物，也不含有重金屬，這是因為有機物只有降解后才是無機物，否則就不會產生沉淀，這是其一；其二是廢水中的微量重金屬離子在藥劑絡合后沉積在循環水設備表面成了預膜劑。所以循環水池底部的沉積物是普普通通的氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽及泥土，不是危廢，可在設備大修時清出后鋪路、墊地、制成磚，對環境沒有任何危害。
4.循環水水質差，措施得當對周圍環境無影響。
循環水色度高、含鹽量高、濁度高，運行措施得當，對周圍環境無影響。一是要在冷卻塔填料上部裝配收水器，也叫節水器，防止飛濺水被風機吹出后，造成周邊環境落鹽；二是冷卻塔下部要安裝百葉窗，防止循環水被大風吹出系統后搞臟周圍環境；三是循環水PH值低于7.0時，水中的鹽類及濁度不易析出沉淀，需要投加液堿，把PH值調節到8.0—9.0，可降低循環水濁度和含鹽量。
如上所述，在廢水用作循環水零排放技術的運行過程中，要因勢利導、辯證施治，采取相應的措施，就不會對環境造成不良影響。
二、安全性
廢水用作循環水零排放技術的推廣和運用，讓人們擔心的另一個主要問題是循環水設備的安全問題。比如：高鹽水會不會結垢？高氯離子、高硫酸根離子水會不會造成系統嚴重腐蝕？高濁度水是否會結泥而形成堵塞？等等。回答這些問題，需要從五個方面做出解釋。
1.反滲透濃水、脫硫廢液、其它循環水的排污水是一類高堿度、高硬度、高PH值型極易結垢的水質。當這類水作為循環水補充水時，一定要摻配一部分工業水進行稀釋后再用，或者摻配高氯離子、高硫酸根離子水共用，通過以廢治廢的辦法，讓暫時硬度轉變為永久硬度，降低結垢趨勢。同時投加適量的防結垢型多功能阻垢緩蝕劑，改變結垢物質的晶體形態為水渣，在循環水池中發生沉淀，就不會發生高鹽水結垢問題了。
2.酸堿再生廢水、冶金行業的污酸水、脫硫廢液、農藥廢水等低堿、低PH值水質，是一類腐蝕性很強的水。此類水不可單獨用作循環水的補充水，最好的辦法是與濃鹽水等易結垢性廢水混合使用，促使氯化鈣和硫酸鈣的析出沉淀，從而達到降低循環水氯離子和硫酸根離子的作用，降低腐蝕傾向。一般來講，高氯離子、高硫酸根離子的水質，其陽離子含量也高，其中的微量重金屬離子含量也高，適度投加加強型緩蝕預膜劑，可絡合重金屬離子在設備表面預膜，達到設備不腐蝕的效果。
3.脫硫廢液、蒸氨廢水、石化廢水等高濁度水作為循環水的補充水時，處置得當也不會發生熱交換器堵塞問題。循環水濁度高，是廢水用作循環水零排放技術的主要特征，但是并不意味著濁度高，就一定會堵塞。這是因為，多功能阻垢緩蝕劑是陰離子型的，在水中帶陰電荷，而濁度是無機物，通常帶陽電荷。陰陽電荷的互相吸引與中和，使濁度失去了電性，因而在循環水的流動過程中不會產生沉淀和附著。另一方面，多功能阻垢緩蝕劑具有除垢、除銹瘤銹斑的功能，設備表面預膜后處于光潔狀態，因而即使濁度很高，甚至達到“標準”規定數百倍，也不產生濁度沉積而堵塞的問題。
濁度高，水的比重大，會影響循環水的流速，甚至影響換熱效果。為防止此類問題發生，需要采取相應的措施進行防治：一是加開備用循環水泵，加大循環水流量及流速；二是適當排放一部分濁度高的循環水至事故水池或污水廠調節池，靜止沉降后，上清水仍可返回循環水系統；三是在循環水池中安裝泥漿泵，把池底泥巴抽到一沉淀池，靜止沉淀后，把上清水再返回循環水系統；四是在循環水泵的吸入口加裝鋼板圍欄，防止池底泥吸入泵內，影響換熱效果；五是適時投加殺菌滅藻粘泥剝離劑，防止生物粘泥在系統設備上的沉積。
4.精細化管理，做好問題預案，把問題解決在萌芽狀態。由于循環水系統原來存在著嚴重的結垢和腐蝕問題，在運用廢水用作循環水零排放技術后，會出現許許多多可以預見性問題。為了把損失降到最低限度，需要做好各種預案：一是結垢嚴重的系統，開始用藥的前幾個月，冷卻塔上層填料內的垢發生疏松后，跌落至下層填料上形成堵塞，不僅影響循環水冷卻效果，嚴重時甚至把下層填料壓塌。解決此類問題就是控制藥劑用量，延長除垢時間，使老垢慢慢溶解而除去。二是結垢嚴重的循環水系統，如果運行中更換冷卻塔填料，必須在循環水池出口加裝過濾網，防止填料碎片堵塞換熱器。另外，用藥量要成倍增加，防止垢渣消耗掉有限的加藥量后，造成進入換熱器的循環水缺藥，而引起新的結垢。三是腐蝕嚴重的循環水系統，用藥初期，循環水上水管道內脫落的銹瘤碎片會堵塞換熱器的入口，需要及時解列換熱器進行人工疏通。運行一段時間后，循環水回水管道上脫落的銹瘤碎片會堵塞冷卻塔噴頭或填料，脫落嚴重時引起填料不堪重負造成坍塌。這需要及早發現，及時進行人工疏通或更新。四是脫落的銹瘤下部可能有已經穿透的銹坑，會造成系統物料泄漏，要及時解列進行修復。如果因物料泄漏引起循環水系統菌藻瘋長，則需要加大殺菌滅藻粘泥剝離劑的用量及次數。五是進入循環水的各種廢水，需要去除漂浮油、降溫、消泡、除濁。預處理廢水時，盡量降低堿用量，以控制泡沫產生。六是當循環水的氯離子達到8000mg/L，蝶片式不銹鋼換熱器因制造過程中有壓制裂紋，會形成氯離子聚集造成穿孔。當預料這種情況可能發生時，要及早更換成碳鋼換熱器，或者改為工業水冷卻蝶片式換熱器，回水補入循環水系統。
在廢水用作循環水零排放時，循環水系統的任何水質數據都說明不了循環水設備運行中是否結垢和腐蝕。唯一可以證明系統運行狀況的參照物就是循環水池中的鋼結構物是否有結垢腐蝕現象。為了便于平時觀察，可制作一塊40cm×120cm的新鋼板放置在循環水池中水泥橫梁上淋水最充足的位置，作為日常觀察的標記。一般情況下，鋼板表面發紅就是腐蝕，嚴重腐蝕就會產生銹瘤銹斑；如果鋼板表面發白，就是結垢；如果鋼板表面發黑，則為正常，說明了重金屬離子膜正在形成。當鋼板發紅或發白時，需及時調整藥劑配方和藥量，防止產生新的腐蝕和新的結垢。
如上所述，在循環水用廢水零排放運行過程中，細心觀察，好事多磨，辨證施治，對癥下藥，就可保證循環水系統安全運行。
三、經濟性
廢水用作循環水零排放技術的推廣和運用，人們最關注的第三個問題是經濟性如何？比如：有沒有設備投資？有沒有在線檢測設施？藥劑費用如何？給企業帶來的利益是什么？等等。就此類問題回答如下：
1.企業投入很小。廢水用作循環水零排放技術的運用，沒有土建工程，沒有設備投資，沒有自動化在線檢測儀器，循環水系統設施也無需改造。只是采用循環水加藥，而且是滴加的方法，就可實現循環水系統長期不結垢、不腐蝕、不結泥的效果。奧博的專利技術奧妙之處就在于，用最省錢最簡單的方法解決最復雜的問題，達到最好的水處理效果。
循環水系統用藥量的依據是：廢水種類、廢水水質、廢水用量、廢水配合比例、生產規模、循環水流量、保有水量、換熱器型號、換熱器材質、循環水設備結垢及腐蝕現狀等。一般情況下，以系統的保有水量為單位，每日的多功能阻垢緩蝕劑用量為50-100ppm，特殊的水質或特殊的系統設計，會超過這個范圍，如果系統的氯離子或硫酸根離子達到5000~70000mg/L。每周還需投加1~7次的加強型緩蝕預膜劑，每次用量為系統保有水量的50ppm。殺菌滅藻粘泥剝離劑的使用，要視循環水系統的菌藻長勢和生物粘泥附著情況而投加，預計一年投加6次左右，每次的用量為200~300ppm。
按照上述用藥方法及用藥量，平均每消耗掉一噸廢水，或每蒸發掉一噸廢水的費用為4.0元左右，僅相當于買一噸新水的費用。
2.企業利益最大。廢水用作循環水零排放技術的運用，給企業帶來了最大的利益，表現在多方面：
①廢水不生化處理，不深度處理，降低了廢水處理成本。比如：蒸氨廢水生化處理時配合上一半的工業水，每噸的處理成本達10元左右；生物制藥廢水處理不僅要生化，還要超級氧化，每噸廢水的處理費用達65元左右；脫硫廢液交由專門公司處理時，每噸的處理價格是2000元。不同的企業有不同的工藝廢水，廢水不生化、不深度處理可以節省大筆的水處理費用，甚至可以讓企業扭虧為盈，起死回生。
②廢水不排放，節省了排污費。各地的排污費用不等，有的地區廢水排放費是每噸12元，有的地區是年排污費總包，有的地區是按照排污水中的COD、氨氮總量計算排污費。總而言之，采用廢水用作循環水零排放技術后，企業排污費支出為零。
③節約新鮮水費用，采用廢水用作循環水零排放技術后，廢水的消耗量就是新鮮水的節約量，在內蒙古和河北省的沿海地區，一噸新鮮水的費用為5~7元，這對于一些耗水大戶來講，是一筆很大的費用支出。
④節約能源。循環水系統在百分之百不結垢不腐蝕狀態下，同樣的發電量，能源消耗可節約10~30%；在焦化企業，化產產品的回收率比結垢腐蝕狀態下多出10~30%。其它行業也如此，循環水用廢水零排放，在不結垢不腐蝕狀態下，勞動生產率的提高是一項巨大收益。
⑤延長了設備的使用年限。在焦化企業，橫管冷卻器每年進行一次清洗打垢，每三年更換一遍換熱管，不僅停產有損失，清洗換熱管也是一筆不小的開支，而采用廢水用作循環水零排放技術后的用戶，這些費用不再發生。
3.社會效益顯著。采用廢水用作循環水零排放技術后，廢水全部利用，新鮮水大量節約，不僅不污染環境，而且水資源緊張的狀況得到了緩解。奧博公司2015年的銷售額為2910萬元，按平均每利用一噸廢水3.5元計算，年利用廢水831.4萬噸，少排廢水831.4萬噸，節約新鮮水831.4萬噸，是一項一舉多得的綜合性社會收益。我國的燃煤電廠是耗水大戶，也是排水大戶。以180萬千瓦裝機容量為例，日排廢水3000噸，平均每萬千瓦每日排廢水16.7噸。我國燃煤電廠裝機9.9億千瓦，濕冷機組7.15億千瓦，按每萬千瓦每天排廢水16.7噸計，濕冷機組年排廢水量約4.35億噸。如果全國濕冷機組都采用了廢水用作循環水零排放技術，每年的4.35億噸廢水不排了，4.35億噸新鮮水也就節約了。冶金行業、煤化工行業都是耗水大戶、排水大戶，如果都采用了廢水用作循環水零排放技術，何來水環境污染？何來水資源緊張？何來企業虧損？
四、科學性
廢水用作循環水零排放技術的創新舉措，讓一些人感到“不可思議”，還有的人感到是“天方夜譚”，更有專家批評是“偽科學”。業內人士多有質疑：“純水也會形成腐蝕和銹垢，廢水怎么可能不結垢不腐蝕呢？”等等。廢水用作循環水零排放技術有沒有科學性呢？需從三個層面作出解釋。
1.廢水用作循環水零排放技術源自我國經濟社會發展的需要。
我國是世界上嚴重缺水的13個國家之一，人均水資源占有量是世界平均水平的四分之一，而萬元GDP的耗水量卻是世界平均水平的四倍。水資源既緊張又浪費，廢水又排放又污染，已經成為國民經濟和社會發展的瓶頸。其表現有3點：①在廢水處理及廢水回用領域，節能減排是口號，耗能減排和節能偷排是實際。在已經投巨資準備廢水深度處理的企業中，有的是設備閑置，有的是佯作運行，有的真實運行，企業出現了嚴重虧損。②在工業循環水處理領域中，阻垢率合格、腐蝕率合格成了循環水系統結垢和腐蝕的遮羞布與解說詞。即使在用軟水或純水作循環水系統的補充水時，也存在著嚴重的腐蝕和結垢問題。③在水環境污染治理領域，國家相關部門出臺了一系列政策法規，也采取了一些非常嚴厲的措施，可是由于廢水處理技術成本高或應用技術不到位，水環境污染問題并未從根本上解決。
基于上述現實，奧博公司以國家節水治污為己任，以祖國興旺發達為榮耀，進行了數十年的艱苦探索和科學研究。2008年實現了循環水系統百分之百不結垢不腐蝕；2010年實現了循環水系統用工業水零排放；2013年實現了廢水用作循環水零排放。在這一科研過程中，奧博公司將廢水處理、廢水回用、循環水系統防垢防腐、循環水系統零排放、節約新鮮水、治理水污染等多項技術揉和在一起搞研發，創造出了廢水用作循環水零排放技術，實屬經濟社會發展的急需，也是歷史發展的必然。
2、廢水用作循環水零排放技術經受了實踐標準的檢驗。
在工業循環水處理方面，判斷補充水是否結垢腐蝕，傳統的參考依據是1936年朗格利爾創立的飽和指數，1946年雷茲納創立的穩定指數和1979年帕科雷卡斯創立的結垢指數。在多年的實踐中，奧博公司認為前人創立的指數誤差太大，通過反復的摸索，創造了簡單易行的水質判斷方法。即：補充水的氯離子和硫酸根離子之和如果大于堿度數值，該水就是腐蝕性水質，否則就是結垢性水質。根據這一簡單的水質測定方法和判斷方法，確定阻垢緩蝕劑的品種和型號，以及日用量，確保了循環水系統多年來未發生結垢腐蝕問題，經受住了實踐的檢驗。
在工業循環水處理方面，冶金、電力、化工、石化系統都制定了本行業的循環水水質控制標準，這些標準大同小異，基本要求是控制PH值，控制氯離子、硬度、濁度、堿度、硫酸根等指標。奧博公司認為：多年來的循環水系統又結垢、又腐蝕、又浪費水的現象與這些標準不無關系。因為，控制循環水PH值的方法就是加酸，加酸引起系統腐蝕，腐蝕又引起系統結垢；循環水控制氯離子、堿度、濁度等項指標的方法就是排水，排水引起水資源的浪費，引起水環境污染。多年來，奧博公司反其道而行之，不控制循環水的任何指標，卻達到了用廢水零排放、百分之百不結垢、不腐蝕、不結泥的效果。
在工業循環水的補充水方面，多個行業制定了用水標準，廢水回用也設定了回用標準，這些標準的制定限制了廢水利用，也是廢水排放無節制的主要原因。近年來，奧博公司創造的廢水用作循環水零排放技術，對廢水回用沒有嚴格的水質要求，只是要求去除漂浮油，降低水溫。所以，剩余氨水、蒸氨廢水、生化廢水、脫硫廢液、酸堿再生廢水、生活中水、石化廢水、生物制藥廢水等都可以用作循環水的補充水，在實現廢水低成本資源化利用的同時，實現了循環水系統百分之百不結垢不腐蝕。實踐是檢驗真理的唯一標準，實踐證明了廢水是循環水的最佳水源。
3.廢水用作循環水零排放技術的實踐，創造了工業循環水處理的新理論、新理念。
廢水用作循環水零排放技術實施三年來，發生了許多有趣的現象，使我們的水處理觀念發生了變化。比如：循環水系統多次出現氯離子、堿度、PH值、電導、濁度、鐵離子等數據低于補充水數據的現象。如果按照傳統的水處理理論和判斷方法，肯定是結垢引起。其實不然，當用戶一次又一次的打開換熱器檢查時，效果是一次比一次好。
通過認真的思考和辯證分析，其反應機理總結如下：①廢水中的結垢物質在超飽和狀態下必然發生結晶析出，當氯化鈣結晶析出時，與水中的濁度發生共沉淀，循環水水質得到改善，所以循環水的濁度、氯離子、電導低于補充水的數值也就不足為奇。其原因就在于氯化鈣是一種凈水劑，氯化鈣的超飽和析出對降低循環水濁度非常有利。②循環水的PH值是循環水堿度的體現，當藥劑把循環水的鈣、鎂離子螯合后，堿度不能與鈣、鎂離子結合成垢，于是表示為堿度的碳酸氫根離子就成了多余而不穩定的負離子，在換熱器受熱后，兩個碳酸氫根離子轉化成一個二氧化碳分子，一個水分子，一個碳酸根離子。二氧化碳在水中又形成碳酸，所以循環水的PH值在不加酸的情況下，也不會升高，也不會發生結垢。這里的關鍵因素是一定要有好的水處理劑，確實能螯合住鈣、鎂離子，否則就會結垢。③廢水中的重金屬離子附著能力特別強，附著后造成電位差，引起設備的電偶腐蝕。而當優良的水處理藥劑把廢水中的微量重金屬離子絡合后，在循環水設備上有序的發生沉淀，就成了設備的最好預膜劑。正是因為如此，所以循環水氯離子達到68000mg/L時，設備也沒有腐蝕跡象就是這個道理。所以補水中的鐵離子高，循環水鐵離子低的現象，就不難理解了。④焦化廢水等含氨，PH值達9.5~10.0，堿度為220~300mmol/L，當作為循環水的補充水時，在換熱器中氨與氧結合形成硝酸根和亞硝酸根，水中的碳酸鹽、碳酸氫鹽轉化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，因此循環水的PH值不僅低于補充水，而且循環水的硬度達到了20000mg/L，也沒有結垢跡象。⑤廢水中有乳化油，在廢水作為循環水補充水后，油與水中的氫氧根堿度、碳酸根堿度在換熱器處共同受熱，產生了皂化反應。皂化反應具有表面活性并產生氣泡，可在循環水系統中起到殺菌、滅藻、清洗的作用。實踐證明：循環水系統是廢水深度處理的最佳設施。
目前，廢水用作循環水零排放技術已在冶金、制藥、煤焦化、石油煉化、熱電等行業的30多家企業試用或應用成功，其循環水水質創造了國內外水處理史上的五項之最：一是剩余氨水、脫硫液、反滲透濃水作循環的補充水時，循環水的最高硬度達到25000mg/L；二是酸堿再生廢水作循環水補充水時，循環水的最高氯離子達到了68640mg/L；三是蒸氨廢水作循環水的補充水，循環水濁度最高達到9600NTU；四是生物制藥廢水作循環水補充水，循環水的電導率最高達到71200us/cm2；；五是石化廢水作循環水的補充水，循環水的最高COD達到44308mg/L。盡管上述廢水水質及循環水水質特差，可是循環水系統設備的處理效果史無前例，是異常的不結垢、不腐蝕、不結泥。實踐出真知，一切真知灼見都來自于偉大的實踐。廢水用作循環水零排放技術的成功實踐，將為廢水處理和循環水處理理論的創新增加新的一頁。
結束語：
1.廢水用作循環水零排放技術具有環保性、安全性、經濟性和科學性。推廣和運用該項技術，中國的水污染狀況或將成為歷史，劃上句號。
2.廢水用作循環水零排放技術實現了廢水利用資源化、處理方法簡單化、企業利益最大化，是經濟社會發展的需要，是水處理事業發展的必然。
3.廢水用作循環水零排放技術的推廣和運用要因勢利導、辯證施治、加強管理，才能確保好的技術用出好的效果。
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