专利名称：一种循环冷却水系统及净化循环冷却水的方法
技术领域：
本发明涉及一种循环冷却水系统以及净化循环冷却水的方法。
背景技术：
循环水系统在长期运行过程中，由于循环冷却水和工艺物料对生产装置的腐蚀或 设备的制造质量存在问题等原因，出现工艺物料泄漏进入到循环水中的现象极为普遍，造 成循环水水质恶化。另外，企业进行节水减排将污水回用到循环水后，循环水的浊度、COD、 氨氮等有害杂质增加，水质更为苛刻。循环水水质恶化易使水稳剂失效，生物粘泥大量滋 生，从而导致水冷器换热效率下降，循环水系统的腐蚀加剧，严重时被迫停车影响企业正常 生产。循环水的排污通常为直排。使用新水作为补充水的循环水CODcr小于50mg/L，可 直接排污；而以回用污水作为补充水的循环水CODcr —般在100至200mg/L ；发生工艺物料 泄漏时循环水CODcr经常超过100mg/L，排污水不能满足GB8978-1996中CODcr小于IOOmg/ L的要求。目前部分沿江地区环保法规要求更严格，直接排放水的CODcr由目前的100mg/L 降低到60mg/L，使得许多原本循环水直接外排的企业由于循环水的CODcr不达标只能进污 水处理系统增加污水处理场的负担。因此预防和治理循环水的水质恶化、保持循环水的清 洁生产，保证循环水系统正常运行，不仅是企业生产装置长周期运行的保障，而且是企业生 存和发展必须考虑的问题。目前，当生产现场发生明显物料泄漏时通常采用投加粘泥剥离剂后进行大排大补 的方法以净化循环水。该方法可改善循环水水质，但是浪费水资源和水稳剂，也难以去除 粘附在循环水系统内的物料；而对于系统发生物料微漏现象，目前没有经济有效的处理方 法。为达到不排污处理泄漏物料的目的，现有技术针对不同的泄漏物料采用不同的处理方 法，但使用时都存在一定的局限性，且均需要往循环水中投加大量的药剂，而且不能使水质 发生根本性的改善，处理效果不理想。为彻底改善水质，出现了采用设备净化循环水的方法。(1)直接净化循环水 CN101117250为用于循环冷却水或城镇二级污水的包括快速混合区域、高效澄清池、过滤区 域的净化装置，可去除循环水的硬度和悬浮物；CN1760137是在系统中设置膜蒸馏器，循环 冷却水补水与低温循环水通过热交换器成为高温冷却水；分流一定量的高温冷却水中给膜 蒸馏器，利用废热通过膜蒸馏器生产纯水并获得浓缩的排污水，所生产纯水返回循环冷却 系统的冷却装置如冷却塔中；其余高温冷却水最终给入系统中的冷却装置如冷却塔，可实 现循环冷却水无须采取阻垢措施特别是无须投加阻垢剂、减少排污及节约取水。(2)以旁流 形式净化循环冷却水实用新型CN200967779包括溶氧曝气箱，无压过滤罐，冲洗管的循环 水净化处理设备，可替代现有旁滤；ZL02109415. 2是在现有浓缩倍数较低的循环冷却水系 统中的旁滤线后增加纤维过滤和低压反渗透处理设备，渗透液循环回冷却水系统中，浓缩 液排出处理。CN1522974是往进入旁流系统内的循环冷却水中投加沉淀剂和混凝剂，在混凝 过滤一体化纤维过滤器去除悬浮物和部分永久硬度、适当增加碱度使剩余永久硬度转化为暂时硬度，在弱酸阳离子交换器中去除大部分硬度和碱度。以上处理技术可对循环冷却水进行除盐，有效改善循环水水质，提高水质稳定效 果，降低循环水系统的排污水量，节约水处理剂用量。其中，以旁流形式净化循环水可以随 时切出旁流设备，操作方便。缺点是这些技术工艺流程都比较长，尤其是膜处理的进水要求 严格，进膜前预处理工艺流程长，成本较高，而且设备的维护难度大，泄漏物料的污染很容 易缩短膜的寿命和导致树脂失效。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的弱点，提供一种经济性好、操作简便、占地面积 小、可以使劣质循环水得到净化处理的循环冷却水系统。本发明还提供一种劣质循环水的净化处理方法。本发明提供的循环冷却水系统，包括顺着循环水的流向分布的集水池、水泵、热 交换器、冷却塔，并且在旁滤后上装有生物曝气滤池，或者从集水池引出的旁路上装有生物 曝气滤池。新建的循环水系统可以直接以生物曝气滤池替代循环水的旁滤。本发明提出的一种净化循环冷却水的方法包括在循环水冷却水的旁路上直接安 装生物曝气滤池，或在现有旁滤线后增加生物曝气滤池。直接安装为循环水旁路的生物曝气滤池处理水量为循环水量的2 10%，优选 4 10%。在现有旁滤后增加的生物曝气滤池处理量小于等于现有旁滤量，优选处理量为 循环水量的2 5%。新建的循环水系统可以直接以生物曝气滤池替代循环水的旁滤。生物曝气滤池的水力停留时间可通过流量进行调整，水力停留时间需大于等于 lh，优选l-4h。比如生物曝气滤池直接安装为循环水旁路，生物曝气滤池的体积为1小时的 循环水量的10%，调整流量为循环水量的4%时，水力停留时间为2. 5h ；调整流量为循环水 量的10%时，水力停留时间则为lh。生物曝气滤池可以采用不同的进水方式和滤料。根据不同的进水方式，曝气生物 滤池分为上向流曝气生物滤池和下向流曝气生物滤池，下向流曝气生物滤池缺点较多，如 纳污效率较低、易堵塞、运行周期短等，因此本发明优选采用上向流方式(即采用气水同向 流)，使布水、布气更加均勻，在水气上升过程中可把底部截留的悬浮物带入滤池中上部，增 加了滤池的纳污能力，延长了工作周期。根据进水方式和填料的不同，目前比较成熟的曝气 生物滤池工艺形式有 BI0CARB0N，BI0F0R, BI0STYR, BIOSMEDI，BIOPUR, COLOR, De印Bed，B2A, SAFE, STEREAU等，而其中最有代表性和应用得最多的是BI0CARB0N，BI0F0R, BI0STYR(名 字是注册商标)。其中Biocarbon为早期形式，污水从滤池上部流入，下向流流出滤池。在 滤池中下部设曝气管，曝气管上部起生物降解作用，下部主要起截留悬浮物及脱落的生物 膜的作用。运行中，因截留了悬浮物及生物膜的生长，水头损失逐渐增加，达到设计值后，开 始反冲洗。目前大多采用Biofor和Biostyr，这两种均为上向流方式，滤料的密度不一样。 Biofor是污水从滤池下部流入，上向流流出滤池。反冲洗时，气、水同时进入气水混合室，经 长柄滤头配水、气后进入滤料。Biostyr采用密度小于水的滤料，一般为聚苯乙烯小球。运 行时采用上向流，在滤池顶部设格网或滤板以阻止滤料流出，正常运行时滤料呈压实状态，
4反冲时采用气水联合反冲，反冲出水从滤池底部流出。生物曝气滤池具有许多自身的特点①BOD5负荷高，占地面积和池容为常规生物 处理方法的1/10 1/5左右，能有效的节约土地；②由于生物曝气滤池中滤料的截留作用， 使得出水中活性污泥很少，无需设置二沉池等后续处理单元，从而简化了处理流程，节省能 耗；③生物曝气滤池对污水具有很高的处理效率，出水残余细菌少，去除率高达99. 9%，在 满足排放标准的同时，可以作为中水回用；④基建费用、运转费用低，管理简单，无污泥膨 胀问题，同时设施可间断运行，长时间停用后再启动，可在很短时间恢复正常运行(河南科 学，2008，26 (6) 726-729)。本发明采用生物曝气滤池净化处理工艺，将生物处理和过滤两种处理过程(即生 物降解去除有机物、氨氮等以及过滤去除悬浮物)合并在同一单元中完成，有效地降低了 循环水中的COD、氨氮、浊度等杂质。采用本发明提供的循环冷却水系统净化循环水，不但可以预防和处理由于物料发 生大的泄漏或者微漏、循环水进行污水回用等原因导致的循环水水质劣化，而且随着运行 时间的延长，水质可逐渐得到彻底净化，循环水的直接排污满足国家环保法规CODcr小于 60mg/L的要求。本发明方法所需的设备投资和运行成本低、占地面积小，不消耗化学药剂， 具有较高的实用性和经济性。
图1是本发明循环冷却水系统示意图。其中实线部分表示现有循环冷却水系统，虚线部分表示本发明新增的生物曝气滤 池可选择的安装位置。循环冷却水从集水池1经管线和水泵2流到热交换器3，换热后流到 冷却塔4，再回到集水池1，本发明新增的生物曝气滤池6可以安装在旁路上，也可以安装在 旁滤5之后。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但不因此而限制本发明。实施例1本实施例说明本发明通过水力停留时间可调的生物曝气滤池可以对循环水进行 不同程度的净化，循环水的排污可直接排放。国内某石化炼油装置循环冷却系统循环水量为8700m3/h，现有旁滤量为300m3/h， 为节水减排进行了污水回用循环水。生物曝气滤池未安装时循环水的水质数据为CODcr 80mg/L，B0D510mg/L，氨氮2mg/L，浊度30mg/L。此时的循环水由于指标不能满足达标排放 CODcr < 60mg/L的标准，循环水排污必须进污水处理厂处理后达标才能排放，大大增加了 污水处理厂的负荷。生物曝气滤池以旁路形式安装在集水池附近，生物曝气滤池的体积为300m3。通 过控制进水量使生物曝气滤池流量为300m3/h，即停留时间为lh，此时循环水的水质数据为 CODcr 50mg/L，B0D53mg/L，氨氮0. lmg/L，浊度15mg/L。通过控制进水量使生物曝气滤池处 理量为150m3/h，即停留时间为2h，此时循环水的水质数据为C0Dcr30mg/L，B0D52mg/L，氨氮 0. lmg/L，浊度10mg/L。循环水的排污均满足排放标准可直接排放。
实施例2本实施例说明本发明可对泄漏的污染物进行生化处理，无需进行大排大补。与实 施例1结合，说明采用本发明可以预防和处理由于物料泄漏、循环水进行污水回用等原因 导致的循环水水质的劣质化。装置情况与实施例1相同，停留时间为1. 5h。某日循环水系统发生物料泄漏，36 小时内排查出发生泄漏的换热器并进行了堵漏处理，泄漏物料为轻柴油。正常生产时循环 水的水质数据为CODcr 40mg/L，氨氮0. lmg/L，浊度8mg/L。从发现泄漏时起监测的水质分 析数据如表1。表 1 从表1可以看出本发明生物曝气滤池以旁路形式安装在集水池附近，可对炼油装 置物料泄漏污染物导致循环水水质指标CODcr、氨氮、浊度等的恶化进行生化处理，几天后 可使循环水水质恢复正常。因此本发明可以预防和处理由于物料泄漏、循环水进行污水回 用等原因导致的循环水水质的劣质化而无需采用通常的处理方式-进行大排大补，节约了 水资源和降低了循环水的药剂消耗。实施例3本实施例说明本发明可用于不同循环水的净化，适用性广。国内某石化化肥装置循环冷却系统循环水量为12000m3/h，旁滤处理量为400m3/ h，原正常生产时水质数据为CODcr 80mg/L，B0D515mg/L，氨氮15mg/L，浊度30mg/L。生物 曝气滤池以旁路形式安装在集水池附近，生物曝气滤池的体积为800m3，流速为400m3/h，水 力停留时间为2h。正常生产时循环水的水质数据为CODcr 50mg/L，氨氮2mg/L，浊度IOmg/ L。某日循环水系统发生物料泄漏，12小时内排查出发生泄漏的换热器并进行了堵漏处理， 泄漏物料为氨。从发现泄漏时起监测的水质分析数据如表2。表 2 从表2可以看出本发明还可用于化工装置泄漏化工物料导致循环水恶化的净化 处理，适用性广。实施例4本实施例说明本发明可用于不同循环水的净化，适用性广。国内某石化化工装置循环冷却系统循环水量为22000m3/h，旁滤处理量为800m3/ h，原正常生产时水质数据为C0Dcr 70mg/L，B0D55mg/L，氨氮15mg/L，浊度20mg/L。生物曝 气滤池安装在旁滤线后，生物曝气滤池的体积为800m3。通过控制流速为800m3/h使生物曝 气滤池处理停留时间为Ih时循环水的水质数据为CODcr 50mg/L, B0D53mg/L，氨氮3mg/L， 浊度15mg/L。通过控制流速为400m3/h进水量使生物曝气滤池处理水力停留时间为2h时 循环水的水质数据为CODcr 30mg/L，氨氮Omg/L，浊度10mg/L。某日循环水系统发生物料泄 漏，调整生物曝气滤池处理水力停留时间为2h，30小时内排查出发生泄漏的换热器并进行 了堵漏处理，泄漏物料为丙烯。从发现泄漏时起监测的水质分析数据如表3。表3 从表3可以看出生物曝气滤池也可安装在旁滤线后，通过调整生物曝气滤池水力 停留时间达到不同的处理效果，尤其是物料泄漏时可通过延长生物曝气滤池水力停留时间 净化循环水。实施例5本实施例说明本发明可用于不同循环水的净化，适用性广。国内某炼钢厂循环冷却系统循环水量为5000m3/h，旁滤处理量为200m3/h，原生产 时水质数据为=CODcr 50mg/L，B0D510mg/L，浊度60mg/L，铁离子1. 5mg/L。生物曝气滤池以 旁路形式安装在集水池附近，生物曝气滤池的体积为400m3，流量为200m3/h，水力停留时间 为2h，水质数据为C0Dcr 36mg/L, B0D53mg/L，浊度20mg/L，铁离子0. 5mg/L。从本实施例 可以看出本发明可用于不同的循环水系统不同的循环水质的净化，钢厂的循环水主要特点 是高浊度高铁离子，通过本发明可明显改善循环水的水质。
权利要求
一种循环冷却水系统，包括顺着循环水的流向分布有集水池、水泵、热交换器、冷却塔，并且，在旁滤后装有生物曝气滤池，或者从集水池引出的旁路上装有生物曝气滤池。
2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，安装为循环水旁路的生物曝气滤池的处 理量为循环水量的2 10%，在现有旁滤后增加的生物曝气滤池处理量小于等于现有旁滤量。
3.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，安装为循环水旁路的生物曝气滤池的处 理量为循环水量的4 10%，在现有旁滤后增加的生物曝气滤池处理量为循环水量的2 5%。
4.按照权利要求1、2或3所述的系统，其特征在于，生物曝气滤池的水力停留时间大于 等于Ih0
5.按照权利要求4所述的系统，其特征在于，生物曝气滤池的水力停留时间为l-4h。
6.一种净化循环冷却水的方法，包括在循环水冷却水的旁路上安装生物曝气滤池， 或在现有旁滤后增加生物曝气滤池。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，安装为循环水旁路的生物曝气滤池的处 理量为循环水量的2 10%，在现有旁滤后增加的生物曝气滤池处理量小于等于现有旁滤 量。
8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，安装为循环水旁路的生物曝气滤池的处 理量为循环水量的4 10%，在现有旁滤后增加的生物曝气滤池处理量为循环水量的2 5%。
9.按照权利要求6、7、或8所述的方法，其特征在于，生物曝气滤池的水力停留时间大 于等于Ih0
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，生物曝气滤池的水力停留时间为l-4h。
全文摘要
本发明提出一种循环冷却水系统，包括顺着循环水的流向分布有集水池、水泵、热交换器、冷却塔，并且，在旁滤后装有生物曝气滤池，或者从集水池引出的旁路上装有生物曝气滤池。采用本发明提供的循环冷却水系统净化循环水，不但可以预防和处理由于物料发生大的泄漏或者微漏、循环水进行污水回用等原因导致的循环水水质劣化，而且随着运行时间的延长，水质可逐渐得到彻底净化，循环水的直接排污满足国家环保法规CODcr小于60mg/L的要求。本发明方法所需的设备投资和运行成本低、占地面积小，不消耗化学药剂，具有较高的实用性和经济性。
文档编号C02F3/10GK101928063SQ20091014772
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月18日 优先权日2009年6月18日
发明者傅晓萍, 李本高 申请人:中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院