翟征國，王穎穎

(1.濟(jì)南齊力光電技術(shù)有限公司，山東濟(jì)南 250000；2.山東化友水處理技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

1 情況概述

泰安某化工廠為響應(yīng)環(huán)保要求，將生產(chǎn)排放污水處理后的中水，回用于循環(huán)水，以達(dá)到零排放的要求。

自2016年11月底開始，中水回用做循環(huán)水補(bǔ)充水，中水的指標(biāo)與原地下水差不多，故在循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定劑方面，沒進(jìn)行任何調(diào)整。初始循環(huán)水、運(yùn)行兩個(gè)月后循環(huán)水及兩種補(bǔ)水具體成分如表1所示。

表1 初始循環(huán)水、運(yùn)行兩個(gè)月后循環(huán)水及兩種補(bǔ)水具體成分

依據(jù)《GB50050-2007》，我們對(duì)循環(huán)水水質(zhì)控制指標(biāo)提出以下建議，見表2。

表2 循環(huán)水水質(zhì)控制指標(biāo)

所補(bǔ)充的中水含有總磷，為達(dá)到有效控制菌藻的滋生的效果，故調(diào)整藥劑為無磷配方。

由表1可以看出，由地下水更換成中水做循環(huán)水補(bǔ)水后，相近濃縮倍數(shù)情況下，循環(huán)水的鈣離子、電導(dǎo)率過濃縮倍數(shù)高，pH值、堿度明顯降低，說明在堿度較低的運(yùn)行狀態(tài)下，將原來的過飽和鈣析出清洗下來。且總鐵離子增高趨勢明顯，確定水質(zhì)腐蝕傾向明顯，監(jiān)測腐蝕率掛片(圖1懸掛時(shí)間：僅3天)腐蝕嚴(yán)重。

從掛片的腐蝕外觀看為菌落的腐蝕，加大了氧化性殺菌劑的投加量和投加頻次，腐蝕傾向更嚴(yán)重(圖2懸掛時(shí)間僅：2天)。

圖1 懸掛3d腐蝕情況

圖2 懸掛2d腐蝕情況

2 原因分析

以中水為補(bǔ)充水時(shí)，循環(huán)水系統(tǒng)中氨氮由60.50 mg/L降至 2.8 mg/L，總堿度由608.90mg/L降至78.01 mg/L。同時(shí)pH值明顯降低，其原因分析如下：

(1)氨氮在水中主要以游離氨和氨鹽的形式存在，循環(huán)水在經(jīng)過對(duì)流換熱過程中與空氣充分接觸，這個(gè)過程與空氣充分接觸，形成飽和氧狀態(tài)，當(dāng)然游離氨也容易揮發(fā)出去。與此同時(shí)，氨鹽在循環(huán)水呈現(xiàn)弱堿性的狀態(tài)下會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

NH4++OH-=NH3+H2O

(2)硝化作用是指將NH3-N氧化為NOx-N的生物化學(xué)反應(yīng)，這個(gè)過程由亞硝酸菌和硝酸菌共同完成，包括亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)兩個(gè)步驟。總反應(yīng)歷程為：

NH3+2O2→NO3-+H++H2O+342.69kJ

由上式可以看出硝化過程的兩個(gè)重要特征：

①NH3的生物氧化需要大量的氧，大約每去除1 g的NH3-N需要4.2gO2，因循環(huán)水涼水塔的對(duì)流冷卻等于是對(duì)循環(huán)水的曝氣充氧過程，為硝化反應(yīng)提供了良好前提；

②硝化過程中產(chǎn)生大量的質(zhì)子(H+)，為了使反應(yīng)能順利進(jìn)行，需要大量的堿中和，理論上大約為每氧化1 g的NH3-N需要堿度5.57 g(以NaCO3計(jì))。

2.1 水體中氮的來源

該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)包含尿素?fù)Q熱工段，通過之前3年對(duì)循環(huán)水的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以看出，該套循環(huán)水的總磷、總堿度、pH等數(shù)據(jù)均保持在一個(gè)較穩(wěn)定的水平。

隨著循環(huán)水在系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行，反應(yīng)不斷進(jìn)行，氨也不斷的游離出來，對(duì)于該企業(yè)該套循環(huán)水給，外界環(huán)境造成該套循環(huán)水總有N存在，過高的氨氮在適宜的條件下還將發(fā)生硝化(即氨氮在有氧存在條件下被自養(yǎng)細(xì)菌氧化為亞硝酸鹽并進(jìn)一步被氧化為硝酸鹽)和反硝化反應(yīng)(硝酸根在缺氧的條件下被異養(yǎng)菌利用為最終電荷受體，通過生物異化還原轉(zhuǎn)化成氮?dú)鈴乃幸莩?，可用下式表示：

NH4++1.98HCO3-+1.88H2CO3→0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO3-+1.88H2CO3

式中硝化細(xì)菌的化學(xué)組成用C5H7NO2表示，包括了氨氮氧化和新細(xì)胞合成的反應(yīng)。

2.2 推斷驗(yàn)證

化驗(yàn)中水和循環(huán)水總氮值，分別為324.90 mg/L和287.35 mg/L，總氮變化幅度并不大。說明氨氮重點(diǎn)氮元素發(fā)生了轉(zhuǎn)移，總量并沒有大幅度變化,氮元素由氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸根，消耗堿度后造成PH持續(xù)降低，使循環(huán)水處于腐蝕傾向。

2.3 控制腐蝕傾向的措施

抑制住硝化反應(yīng)即可控制住腐蝕速率。

選擇最簡單的辦法即為投加堿中和過多的H+，從工業(yè)使用的角度出發(fā)。鈉鹽要比鉀鹽經(jīng)濟(jì)，NaOH、NaCO3、NaHCO2中，用來控制整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的總堿度，NaHCO2既有堿度又具有緩沖性，是達(dá)到效果的最佳選擇，選擇投加 NaHCO2控制pH后，加大緩蝕劑組分水質(zhì)穩(wěn)定劑，整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)處于很穩(wěn)定的狀態(tài)，從本質(zhì)上解決了循環(huán)水腐蝕問題。

實(shí)際掛片圖片見圖3。

圖3 實(shí)際掛片

3 結(jié)論

因循環(huán)水系統(tǒng)存在大量氨氮，總氮含量很高，在使用中水做循環(huán)水補(bǔ)充水時(shí)，控制堿度，使循環(huán)水達(dá)到穩(wěn)定，有效控制對(duì)金屬的腐蝕率。