某制药厂循环冷却水处理系统设计方案
简介： 根据抗生素企业冷却水系统的特点和工艺条件，结合XXX市水质特点，筛选出适合其运行条件的水处理配方方案，投入运行后收到了很好的效果，各项指标均达到了设计规范的要求。
循环冷却水的水质稳定处理技术的发展在我国起步较晚，70年代初，我国引进十三套大化肥的同时引进了循环冷却水处理技术，它的优越性和带来的经济效益很快被人们公认，并由化工行业迅速推广到石化、医药、热电等其它行业。特别是80年代后期，循环冷却水处理技术得到了突飞猛进的发展，应用范围越来越广泛。
我厂生产抗生素，年用水量达3 000万t以上，是XXX市第一用水大户。在目前水资源十分紧张的情况下，将占全厂用水量80%以上的冷却水改为循环冷却水是非常必要和势在必行的，循环冷却水处理技术的发展，为循环水的安全稳定运行提供了可靠的保证。
1、我厂循环冷却水系统的特点
1.换热设备多、情况复杂、材质多样。我厂循环水系统换热设备约300多台，材质包括碳钢、不锈钢、紫铜和黄铜，而且换热介质温度差别大，又分布在不同区域，有的高达200 ℃，有的只有二十几度，这样给水处理运行带来一定的困难。
2.抗生素药厂本身条件的影响。我厂是利用微生物发酵来生产抗生素的企业，生产工艺本身就是对微生物进行培养，由于换热设备多，设备的泄漏是避免不了的。另外，在抗生素生产的某些工艺中使用大量挥发性有机物，这些有机物弥漫在空气中，通过凉水塔与循环水接触而溶解在水中，为循环水中微生物的生长提供了丰富的养料。
3.环境因素的影响。气候干燥，春秋季风沙大，加上离热电厂很近，空气中灰尘含量很高，这些灰尘在凉水塔中进行热交换时，空气中80%以上的灰尘进入到循环水中，使水的浊度升高，含泥量增加。
4.补充水的影响。我厂采用地下水作循环水的补充水，水的硬度和碱度均较大，离子含量高。
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2、循环冷却水处理配方的确定
首先，我们对补充水的情况进行了全面的分析，化验，其结果为Ca2＋90.18 mg/L，Mg2＋22.89 mg/L，K＋1.31 mg/L，Na＋24.72 mg/L，HCO3－257.60 mg/L，pH 7.96，Cl－41.36 mg/L，SO42－62.02 mg/L，NO3－21.58 mg/L，F－0.41 mg/L，SiO211.73 mg/L，游离CO25.6 mg/L。
根据上述数据，计算不同浓缩倍数和不同温度下的Langelier饱和指数的Rgznar稳定指数，结果见表1。
表1 不同浓缩倍数、不同温度下的LangeLier
饱和指数和Rgznar稳定指数
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通常，稳定指数为5.0～6.0时，水是结垢型水；稳定指数为3.5～5.0时，水严重结垢。由表1可以看出，冷却水采用直流供水时为结垢型水，而当浓缩倍数提高到2.0时，冷却水严重结垢，而且结垢的趋势随温度的升高而加重。由此可见，我厂循环冷却水处理的重点是结垢问题。但由于循环水浓缩后水中离子浓度较大。再加上其它腐蚀性因素，所以腐蚀的问题也不容忽视。补充水的情况摸清后，结合我厂循环水的特点，采用正交试验法设计出一系列水处理方案，在实验室内进行了阻垢、缓蚀实验，初步确定出三种效果较好的水处理方案：1＃ HY-962＋HY-931＋BTA、2＃六偏磷酸钠＋有机膦＋T-325＋苯并三氮唑,3＃钼酸钠＋HEDP＋苯并三氮唑，这三个配方方案进行短管动态模拟实验，实验条件：热介质，常压蒸汽100 ℃；冷却水温差Δt＝10 ℃；换热管直径19 mm×2 mm；换热管长度1 000 mm；换热强度5.64×105 kJ/(m2.h)；流速1 m/s；实验用水：补充水浓缩2倍的水质；实验时间120 h。实验结果见表2。
表2 实验结果
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从表2可以看出，1＃配方缓蚀、阻垢效果最好，而三个水处理配方的成本差不多，所以，我们确定1＃配方作为我厂循环水运行的水处理配方方案。
3、循环水微生物的控制
微生物控制是循环冷却水处理中十分重要的指标，也是较难控制的指标，它在较大程度上决定着循环冷却水是否能正常运行。微生物的危害在抗生素生产厂十分严重，由于设备的泄漏和厂区内空气中大量有机物的存在，为循环水中微生物提供了大量的营养物质，促进了微生物的繁殖。针对上述情况，我们首先对搜集不同的杀菌剂样品进行室内效果评价，控制水样温度、pH值及杀菌剂浓度，分别测定杀菌剂作用0、1、2、4、8、16、24 h杀菌率，从十几种杀菌剂中挑选出三种效果较好的杀菌剂进行现场应用实验，结果见表3。
表3 现场应用实验结果
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从现场应用的情况看，SDA-1的杀菌效果最好，TS-802在运行24 h后的效果也不错。这样通过反复筛选评价的实验，确定出我厂杀菌方案为以氯气杀菌为主，辅助于SDA-1、TS-802杀菌剂。
4、现场应用效果
1.从腐蚀速率看，我们采用28 cm2的标准挂片挂入循环水系统中，经过现场一段时间运行，测得的各种金属材料的腐蚀情况见表4。
各种材料的平均腐蚀率与规范对照如下：碳钢平均0.014 16 mm/a，规范要求0.127 23 mm/a，不锈钢平均0.001 41 mm/a，规范要求0.005 09 mm/a，黄铜平均0.002 18 mm/a，规范要求0.005 09 mm/a，紫铜平均0.002 08 mm/a，规范要求0.005 09 mm/a。
从上面设计规范的要求，充分说明我厂循环水的腐蚀控制效果十分良好。
表4 各种金属材料的腐蚀情况
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2.结垢情况：检修时打开空气冷却器，溴化锂制冷机上的换热器看到，换热管表面光滑，没有任何结垢现象，杜绝了在使用循环水前空气冷却器因结垢而停机清理的事故，也说明了我们的运行配方对结垢的控制是很成功的。
3.在微生物控制方面，开车初期，由于采用药剂不太理想，使微生物指标经常超标，后来，我们筛选出适合我厂条件的杀菌剂SDA-1和TS-802，并采取以氯气为主，辅助SDA-1、TS-802的杀菌灭藻方案。取得了良好的效果，细菌指标合格率由原来的70%提高到95%以上。
经过几年的运行实践证明：我厂采用1＃循环水处理配方是很成功的。各项指标均优于设计规范的要求指标，年节水达标1 400多万t，经济效益和社会效益十分显著。
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