中水回用循环冷却水处理剂的筛选及评价

(中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司研究院,新疆 独山子 833699)

在某公司乙烯厂循环冷却水系统运行过程中，由于温度升高和水分蒸发而导致腐蚀性离子浓缩、设备腐蚀、沉积物附着及黏泥污垢堵塞，加上中水回用之后，会给循环水系统带入微生物、可溶解性盐类等杂质，威胁相关生产装置的安全稳定运行，甚至造成严重的经济损失。为达到抑制沉积物附着、防止设备腐蚀的目的，投加缓蚀阻垢剂及杀菌剂是经济有效、便于操作的方法。为此，需要对回用中水的水质进行评价,筛选更适合于中水回用循环水系统使用的水处理剂。

1 水处理剂阻垢性能评定试验

1.1 仪器设备

主要仪器设备有：多孔恒温水浴锅、电子天平、烧杯、容量瓶、移液管、锥形瓶、酸式滴定管。

1.2 溶液的准备

(1)按中水∶新水=1∶1(体积比)配制试验用水若干升，加入CaCl2和NaHCO3配制质量浓度为250 mg/L(以CaCO3计)的试验溶液。

(2)配制水处理剂试样溶液(母液)：1.00 mL含有2 mg水处理剂。

1.3 评定方法

根据有关标准方法,模拟现场水处理的一些主要运行指标，在试验溶液中加入水处理剂。在恒温条件下蒸发浓缩，使其pH值和离子浓度升高，达到模拟冷却水要求,进行阻垢剂的评价和筛选。Ca(HCO3)2加速分解为CaCO3达到平衡后，恒温静置，分析测定澄清液中的Ca2+质量浓度。Ca2+质量浓度越大，该水处理剂的阻垢性能越好，阻垢率越高，以此来评定阻垢剂的阻垢性能。

1.4 阻垢性能评定

(1)将盛有750 mL试液的烧杯置入已升温至80 ℃左右的恒温水浴中进行蒸发浓缩，当试液蒸发浓缩至500 mL刻度线时，取出烧杯。

(2)关闭恒温水浴锅电源，自然冷却至室温。冷却后，若液面正好在500 mL刻度线上，切忌震动，吸取上层清液分析测定Ca2+质量浓度。若液面低于500 mL刻度线，可补蒸馏水至刻度线，摇荡均匀，澄清后再吸取上层清液分析测定Ca2+质量浓度。

(3)试验中应同步进行不加阻垢剂的试验，以便于进行对比分析。

(4)以阻垢率(η)为指标来评价水处理剂的阻垢性能，η按下式计算：

式中：X1——试验前溶液中钙离子质量浓度×1.5(浓缩倍数)，mg/L;

X2——未加水处理剂的溶液试验后的钙离子质量浓度，mg/L；

X3——加入水处理剂的溶液试验后的钙离子质量浓度，mg/L。

1.5 水处理剂投加浓度及阻垢性能评定

完成了8组配方(每组配方含两个浓度)的阻垢性能评价试验，结果见表1。

由表1可知，5号、7号和8号这3组药剂在高浓度下的阻垢率均超过90%。

2 水处理剂缓蚀性能评定实验

2.1 仪器设备

主要仪器设备有：旋转腐蚀挂片试验仪、电子天平、烧杯、容量瓶、移液管。

2.2 准备工作

(1)挂片准备

按照JB/T 7901—2001《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》的要求准备碳钢挂片。

(2)水样准备

在乙烯厂净化水联合车间取处理合格的中水20 L待用。

(3)水处理剂准备

水处理剂由委托方提供。

2.3 缓蚀性能评定条件

根据GB/T 18175—2014《水处理剂缓蚀性能的测定 旋转挂片法》进行缓蚀性能评定。

试验用水：按照中水与新水1∶1(体积比)配制；

试验周期：72 h；

试验温度：(50±1.0) ℃；

转速：80 r/min；

试片布置：上端距液面应大于2 cm，试片不能触底、触壁、相互接触。

2.4 缓蚀性能评定方法

按照GB/T 18175—2014《水处理剂缓蚀性能的测定 旋转挂片法》规定，模拟现场水处理剂的投加浓度及循环水系统主要运行参数，进行72 h的试验，然后对试验后的试验挂片进行处理、称量，计算试验挂片的腐蚀速率和药剂的缓蚀率，以此来评定缓蚀剂的缓蚀性能。缓蚀率计算公式如下：

式中：X——空白腐蚀速率,mm/a；

X1——加药剂后腐蚀速率,mm/a。

2.5 药剂投加浓度及缓蚀性能

经过两轮旋转挂片缓蚀试验完成了8组配方的两个浓度的缓蚀性评价试验，试验数据见表2。

从表2可知，有6组配方的水处理剂的腐蚀速率控制在0.02 mm/a以下，缓蚀率均大于99%；只有3号和4号水处理剂的腐蚀速率稍高，缓蚀率略低于其他几组水处理剂。

3 最佳质量浓度选定试验

根据上述试验的缓蚀、阻垢性能评价结果及试验数据分析，8号、7号和5号这3组水处理剂配方在相同试验条件下表现相对较好。为控制循环水系统运行成本，选定了这3组水处理剂配方，进行了缓蚀阻垢性能评价试验，试验条件符合相应标准和乙烯厂的要求，试验结果见表3。

从表3可知，该试验7号(120+30)、8号(60+12)这两组水处理剂配方中的试片腐蚀速率小于等于0.02 mm/a，缓蚀率均大于98%，阻垢率在90%以上。

综合分析上述静态阻垢和旋转挂片缓蚀试验数据，可确定7号、8号这两组水处理剂配方能够满足中水回用循环水系统的使用要求。

表2 药剂投加质量浓度及缓蚀率

表3 药剂最佳质量浓度选定试验结果

4 中水杀菌剂杀菌性能评价

4.1 试验方案

4.1.1 准备工作

水样的准备：在乙烯厂净化水联合车间含油系列装置取处理合格的中水20 L待用。药剂准备：将从现场收集的杀菌剂样品分别配制成杀菌剂质量浓度为2 000 mg/L的溶液作为母液。

4.1.2 评定试验

试验根据委托要求及石油行业标准进行。

试验用水：中水，即净化水联合车间活性炭过滤罐出口水样；

试验周期：0 h,1 h,4 h和8 h；

试验温度：35 ℃±1.0 ℃；

试验要求：从投加杀菌剂算起，经过1 h,4 h和8 h的杀菌剂的作用时间后进行微生物群体数量及其代谢活力检测，检测的项目主要是微生物镜检和菌落总数测试片法(按相关企标执行)，同时做空白试验进行比较。

具体评定药剂的类型及质量浓度见表4。

表4 杀菌剂的类型及投加质量浓度

4.2 杀菌剂杀菌性能评价结果

为了进一步控制中水的细菌总数，实验室采用氧化性杀菌剂(KF503优氯净、ECH-99三氯异氰尿酸和次氯酸钠)和非氧化性杀菌剂(ECH-965季铵盐类、ECH-964异噻唑啉酮)等5种循环水杀菌剂，3种投加质量浓度的杀菌性能评价试验，以筛选适用于中水杀菌工艺的杀菌剂及选定其最佳投加浓度，结果见表5。从表5可知，除了非氧化性杀菌剂ECH-964的杀菌效果相对较差以外，其余4种杀菌剂的杀菌效果较好，能够满足中水杀菌工艺的要求。从镜检结果来看，非氧化性杀菌剂ECH-964在投加质量浓度为100 mg/L和150 mg/L时,随着杀菌时间的延长(杀菌时间控制在8 h以上)，其杀菌效果也较好。后期应着重考虑中水杀菌工艺过程中杀菌剂的投加位置及杀菌时间问题。

表5 中水杀菌剂杀菌性能筛选评价结果

续表5

5 结 论

(1)开展了8组药剂配方的静态阻垢和旋转挂片缓蚀性能评价试验，结果表明：7号和8号水处理剂的缓蚀阻垢效果较好，符合中水回用循环水(中水与新水按1∶1掺混后回用)控制要求。

(2)为了进一步控制中水的细菌数，开展KF503优氯净(固体)、ECH-99三氯异氰尿酸(固体)等5种循环水杀菌剂在3种投加质量浓度下的杀菌性能评价试验，结果表明：4种杀菌剂对中水的杀菌效果均较明显。从运行成本和杀菌效果综合考虑，选用氧化性杀菌剂KF503优氯净进行杀菌，菌落总数控制很好。