權(quán)開(kāi)玉，孫 海

（陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林）

陜西金泰氯堿化工有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“金泰氯堿”） 是陜西投資集團(tuán)有限公司控股的氯堿化工企業(yè)，成立于2003年12月，一期裝置建設(shè)規(guī)模為10 萬(wàn)t/a 聚氯乙烯、10 萬(wàn)t/a 離子膜燒堿，于2005年建成。 二期裝置建設(shè)規(guī)模為15 萬(wàn)t/a 聚氯乙烯、10萬(wàn)t/a 離子膜燒堿，于2014年建成投產(chǎn)。經(jīng)過(guò)擴(kuò)能改造， 目前公司一二期裝置產(chǎn)能達(dá)到30 萬(wàn)t/a 聚氯乙烯、23 萬(wàn)t/a 離子膜燒堿。 金泰氯堿一二期裝置各配套1 套循環(huán)水系統(tǒng)，水處理系統(tǒng)包括生活水處理系統(tǒng)、 無(wú)機(jī)廢水處理系統(tǒng)及有機(jī)污水處理系統(tǒng)，2016年新建一套濃水深度處理裝置，以上4 套水處理裝置處理過(guò)的水全部回用， 實(shí)現(xiàn)了廢水 “零排放”。 以下是金泰氯堿不同水質(zhì)的水回用至循環(huán)水系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)造成的影響分析及改進(jìn)措施。

1 回用水及循環(huán)水系統(tǒng)

1.1 生活水處理系統(tǒng)

生活水處理系統(tǒng)采用厭氧和好氧相結(jié)合的生化處理工藝，出水再經(jīng)過(guò)曝氣生物濾池進(jìn)行深度生化處理，最后廢水經(jīng)過(guò)纖維球過(guò)濾器過(guò)濾后出水達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)中水回用泵送到循環(huán)水系統(tǒng)。

1.2 無(wú)機(jī)廢水處理系統(tǒng)

無(wú)機(jī)廢水處理系統(tǒng)用來(lái)處理化水和循環(huán)水系統(tǒng)排放的工業(yè)廢水，經(jīng)過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾器和活性炭過(guò)濾器處理后，再經(jīng)反滲透裝置過(guò)濾，產(chǎn)生清水回用至化水和循環(huán)水，濃水送到濃水深度處理系統(tǒng)。

1.3 有機(jī)污水處理系統(tǒng)

有機(jī)污水處理系統(tǒng)處理聚氯乙烯干燥裝置送來(lái)的離心母液水，經(jīng)過(guò)涼水塔冷卻后，進(jìn)入初沉池，大顆粒有機(jī)物沉淀后經(jīng)離心機(jī)分離，廢水再采用厭氧和好氧相結(jié)合的生化處理工藝進(jìn)行二級(jí)處理，出水經(jīng)臭氧氧化深度處理，最后經(jīng)過(guò)纖維束和活性炭過(guò)濾器后出水達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)中水回用泵送到循環(huán)水系統(tǒng)使用。

1.4 濃水處理系統(tǒng)

濃水深度處理系統(tǒng)是將無(wú)機(jī)污水裝置的一次濃水、電石渣漿按照比例輸入反應(yīng)池中，用氫氧化鈉溶液在反應(yīng)池調(diào)節(jié)一次濃水的pH 值， 將反應(yīng)后的污水輸入斜管沉降池進(jìn)行固液分離，上清液輸入雙膜工序機(jī)械過(guò)濾器、自清洗過(guò)濾器和超濾裝置進(jìn)行預(yù)處理，最后經(jīng)過(guò)反滲透裝置，清水與無(wú)機(jī)清水一同回用，二次濃水回用至采鹵工序注井化鹽。

1.5 燒堿裝置廢水系統(tǒng)

燒堿裝置排循環(huán)水系統(tǒng)回用水主要是固堿蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽冷凝液，除一部分用于離子膜電解陰極用水外，剩余部分經(jīng)冷卻后作為機(jī)泵機(jī)封水排地溝再進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)。

1.6 循環(huán)水系統(tǒng)

循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

2 腐蝕或結(jié)垢判定及金屬腐蝕機(jī)理

2.1 腐蝕或結(jié)垢判定

換熱器傳熱表面結(jié)垢主要成分是碳酸鈣，在適當(dāng)?shù)臈l件下也會(huì)出現(xiàn)磷酸鈣和硅酸鹽結(jié)垢，以碳酸鈣為例，其動(dòng)平衡關(guān)系如下。

根據(jù)以上平衡關(guān)系， 朗格利爾提出了飽和pH和飽和指數(shù)（LSI）概念，以判斷碳酸鈣在水中是否會(huì)析出結(jié)垢，并據(jù)此提出加酸或加堿的方法來(lái)控制水垢的析出。

以上動(dòng)平衡關(guān)系中，如果碳酸鈣在水中呈飽和狀態(tài)，則反應(yīng)（1）、（2）、（3）式處于平衡狀態(tài)，此時(shí)水的pH 稱(chēng)為該水的飽和pH 值，以pHs 表示。

LSI=pH-pHs＞0結(jié)垢

LSI=pH-pHs=0不腐蝕不結(jié)垢

LSI=pH-pHs＜0腐蝕

為了更準(zhǔn)確地判定是腐蝕性還是結(jié)垢性水質(zhì)，提出結(jié)垢指數(shù)（RSI）概念，RSI=2pHs-pH。

RSI=2pHs-pH＜6結(jié)垢

RSI=2pHs-pH=6不腐蝕不結(jié)垢

RSI=2pHs-pH>6腐蝕

2.2 碳鋼金屬腐蝕機(jī)理

碳鋼金屬與水接觸時(shí)會(huì)形成許多微小的腐蝕電池（微電池），其中活潑部位為陽(yáng)極，不活潑部位為陰極。 在陽(yáng)極區(qū)，碳鋼氧化生成亞鐵離子進(jìn)入水中，并在金屬基體上留下兩個(gè)電子。 與此同時(shí)水中溶解氧則在陰極區(qū)接收來(lái)自陽(yáng)極區(qū)的兩個(gè)電子，還原為OH-，電極反應(yīng)式如下。

亞鐵離子和氫氧根離子在水中相遇時(shí)就會(huì)生成Fe（OH）2沉淀，即，如果水中溶解的氧比較充足，則Fe（OH）2會(huì)進(jìn)一步氧化，生成黃色的Fe2O3·H2O；如果水中氧不足，則Fe（OH）2進(jìn)一步氧化成綠色的水合四氧化三鐵或黑色的無(wú)水四氧化三鐵。

由以上腐蝕機(jī)理可知，造成金屬腐蝕的是金屬的陽(yáng)極溶解反應(yīng)。

2.3 氯離子對(duì)金屬腐蝕的影響

鋼材發(fā)生孔蝕時(shí)，鐵在蝕孔內(nèi)溶解，生成的亞鐵離子（Fe2+）在蝕孔內(nèi)產(chǎn)生過(guò)量的正電荷，使氯離子遷移到蝕孔中，產(chǎn)生高濃度的FeCl2，F(xiàn)eCl2水解得到高濃度的Cl-和H+，反應(yīng)式如下。

氯離子和氫離子能促進(jìn)多數(shù)金屬和合金的溶解，氧在蝕孔溶液中的濃度實(shí)際為零，所以溶解氧在陰極的還原過(guò)程是在蝕孔附近的金屬表面上進(jìn)行的，這部分表面成為腐蝕電池的陰極區(qū)而不受腐蝕，冷卻水中大多數(shù)孔蝕與鹵素離子有關(guān)，例如氯離子、溴離子和氯酸根離子等。

3 不同用水水質(zhì)分析

3.1 一次水（見(jiàn)表2，圖1）

圖1 一次水RSI變化趨勢(shì)圖

表2 一次水水質(zhì)數(shù)據(jù)表

當(dāng)RSI=6 時(shí)，水質(zhì)穩(wěn)定；當(dāng)RSI＜6 時(shí)，水質(zhì)為結(jié)垢性水質(zhì)；當(dāng)RSI>6 時(shí)，水質(zhì)為腐蝕性水質(zhì)。 一次水RSI 穩(wěn)定指數(shù)平均值為6.14，接近穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 有機(jī)中水（見(jiàn)表3，圖2）

圖2 有機(jī)中水RSI變化趨勢(shì)圖

表3 有機(jī)中水水質(zhì)數(shù)據(jù)表

從表3，圖2 可以看出，有機(jī)中水RSI 穩(wěn)定指數(shù)最低值為7.64，平均值為8.90，均大于6.0，為腐蝕性水質(zhì)。

3.3 無(wú)機(jī)清水（見(jiàn)表4，圖3）

圖3 無(wú)機(jī)清水RSI變化趨勢(shì)圖

表4 無(wú)機(jī)清水水質(zhì)數(shù)據(jù)表

從表4，圖3 可以看出，無(wú)機(jī)中水RSI 穩(wěn)定指數(shù)最低值為7.36，平均值為8.99，均大于6，為腐蝕性水質(zhì)。

3.4 生活中水（見(jiàn)表5，圖4）

圖4 生活中水RSI變化趨勢(shì)圖

表5 生活中水水質(zhì)數(shù)據(jù)表

從表5，圖4 可以看出，生活中水RSI 穩(wěn)定指數(shù)最低值為5.96，平均值為6.38，為腐蝕性水質(zhì)。

3.5 燒堿蒸發(fā)回用水（見(jiàn)表6，圖5）

圖5 燒堿蒸發(fā)回用水RSI變化趨勢(shì)圖

表6 燒堿蒸發(fā)回用水水質(zhì)數(shù)據(jù)表

從表6、圖5 可以看出，燒堿蒸發(fā)回用水濁度平均值15.44 NTU，過(guò)高，RSI 穩(wěn)定指數(shù)最低值為4.02，平均值為4.25，為結(jié)垢性水質(zhì)。

4 補(bǔ)水水質(zhì)分析

4.1 循環(huán)水水質(zhì)分析

（1）一線循環(huán)水水質(zhì)分析（見(jiàn)表7 和圖6）

圖6 一線循環(huán)水RSI變化趨勢(shì)圖

從表7、圖6 可以看出，一線循環(huán)水在1-3月為腐蝕性水質(zhì)，4-8月為結(jié)垢性水質(zhì)。

（2）二線循環(huán)水水質(zhì)分析（見(jiàn)表8 和圖7）

圖7 二線循環(huán)水RSI變化趨勢(shì)圖

表8 2022年1-8月二線循環(huán)水水質(zhì)數(shù)據(jù)表

從表8、圖7 可以看出，二線循環(huán)水在1-3月為腐蝕性水質(zhì)，4-8月為結(jié)垢性水質(zhì)。

4.2 各種補(bǔ)水在不同濃縮倍數(shù)下的RSI 值分析（見(jiàn)表9，圖8）

圖8 各種補(bǔ)水在不同濃縮倍數(shù)下的RSI值變化趨勢(shì)圖

表9 各種補(bǔ)水在不同濃縮倍數(shù)下的RSI數(shù)據(jù)表

從表9，圖8 可以看出，當(dāng)濃縮倍數(shù)不同時(shí)，各種補(bǔ)水水質(zhì)的性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化， 當(dāng)濃縮倍數(shù)較小時(shí)，RSI 值大于6，易產(chǎn)生腐蝕。

5 各種水質(zhì)補(bǔ)水對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響分析

從以上5 種補(bǔ)水水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù)RSI 可以看出，一次水和燒堿蒸發(fā)回用水屬于結(jié)垢性水質(zhì)，有機(jī)中水、無(wú)機(jī)清水和生活中水屬于腐蝕性水質(zhì)。5 種補(bǔ)水在不同時(shí)間段內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)加入比例不同，會(huì)導(dǎo)致在特定時(shí)間段水質(zhì)的穩(wěn)定性狀態(tài)不同，循環(huán)水水質(zhì)在1-3月為腐蝕性水質(zhì)，4-8月為結(jié)垢性水質(zhì)，循環(huán)水水質(zhì)變化大。 生活中水濁度平均值26.27 NTU，固堿回用水濁度平均值15.44 NTU，濁度過(guò)高，導(dǎo)致一線循環(huán)水濁度升高，排污水量大。 循環(huán)水系統(tǒng)有機(jī)磷濃度有小于3 mg/L 的情況，低于指標(biāo)值，有機(jī)磷平均濃度偏低， 導(dǎo)致緩蝕阻垢劑有效成分下降，緩蝕作用降低，系統(tǒng)腐蝕加劇。

6 循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)管理提升措施

（1）根據(jù)水質(zhì)穩(wěn)定指數(shù)RSI 對(duì)循環(huán)水各種補(bǔ)水量比例進(jìn)行調(diào)整，將RSI 控制在5.7～6.0 范圍內(nèi)，一線盡量用有機(jī)中水和無(wú)機(jī)中水， 減少一次水用量，二線主要用有機(jī)中水和無(wú)機(jī)中水，可適當(dāng)補(bǔ)加一次水，調(diào)整RSI 穩(wěn)定指數(shù)，控制循環(huán)水中氯離子濃度。

（2）控制循環(huán)水補(bǔ)水量和排污水量，控制循環(huán)水的濃縮倍數(shù)為3.0～4.0 倍， 循環(huán)水補(bǔ)水和排污流量不宜波動(dòng)過(guò)大，以保證循環(huán)水的各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定。

（3）選擇性能適合公司循環(huán)水水質(zhì)的緩蝕阻垢劑，要求其耐氧化、緩蝕阻垢性能良好，緩蝕阻垢劑添加量應(yīng)控制得當(dāng)，以保證其緩蝕阻垢性能。

（4）燒堿蒸發(fā)廢水pH 值應(yīng)控制在6～9，濁度應(yīng)不大于5 NTU，當(dāng)進(jìn)堿后應(yīng)進(jìn)行中和處理，為避免循環(huán)水中氯離子濃度升高， 廢水應(yīng)進(jìn)入采鹵工序，注入鹽井化鹽。

7 結(jié)語(yǔ)

生產(chǎn)中不同的水質(zhì)補(bǔ)水對(duì)循環(huán)水水質(zhì)的影響較大， 結(jié)垢性水質(zhì)導(dǎo)致傳熱設(shè)備導(dǎo)熱系數(shù)降低，傳熱效率下降， 腐蝕性水質(zhì)又加劇了傳熱設(shè)備腐蝕，影響使用壽命。 因此，在使用補(bǔ)充水時(shí)要根據(jù)其水質(zhì)是結(jié)垢性還是腐蝕性實(shí)時(shí)調(diào)整補(bǔ)水量與補(bǔ)水種類(lèi)，同時(shí)選擇使用合適的緩釋阻垢劑，使循環(huán)水系統(tǒng)在較好的狀態(tài)下運(yùn)行。