摘要:濃縮倍數(shù)是循環(huán)冷卻水的含鹽濃度與補(bǔ)充水的含鹽濃度之比值。它是敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)日常運(yùn)行中需要控制的一個很重要的控制和管理指標(biāo)。《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于濃縮倍數(shù)的要求僅適用于常規(guī)凈循環(huán)水系統(tǒng)，本文就鋼鐵企業(yè)濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)的選擇進(jìn)行了分析和探討，可作為相似工程中設(shè)計的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞:鋼鐵企業(yè)  濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)  濃縮倍數(shù)  補(bǔ)充水  排污水

1.概述

濃縮倍數(shù)是循環(huán)冷卻水的含鹽濃度與補(bǔ)充水的含鹽濃度之比值。它是敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)日常運(yùn)行中需要控制的一個很重要的控制和管理指標(biāo)。濃縮倍數(shù)低，耗水量就大，排污水量也大，循環(huán)水相對不易結(jié)垢，水質(zhì)穩(wěn)定藥劑耗量低；反之，濃縮倍數(shù)高，耗水量就小，排污水量也小，循環(huán)水相對容易結(jié)垢，水質(zhì)穩(wěn)定藥劑耗量高。濃縮倍數(shù)大小的選擇對于實(shí)際工程中補(bǔ)充水量、排污水量的計算和設(shè)計具有指導(dǎo)意義。

鋼鐵企業(yè)濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常用于煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋等單元的煤氣清洗、火焰切割、噴霧冷卻、精煉除塵等。濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)回水經(jīng)加藥、混凝、沉淀、過濾處理后冷卻，不斷循環(huán)使用。冷卻水通過沉淀池構(gòu)筑物、冷卻塔時不斷蒸發(fā)，循環(huán)水中的鹽類不斷被濃縮，含鹽量不斷增加。

在《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》中明確提出，敞開式系統(tǒng)循環(huán)冷卻水的設(shè)計濃縮倍數(shù)不宜小于3.0。根據(jù)以往的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對于一般含鹽量的補(bǔ)充水，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)敞開式凈循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)一般控制在2~3之間，少數(shù)可達(dá)到4。但《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于濃縮倍數(shù)的要求僅適用于常規(guī)凈循環(huán)水系統(tǒng)，不能適用于濁循環(huán)水系統(tǒng)。

本文通過對鋼鐵企業(yè)濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的分析，對濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)的選擇進(jìn)行了探討，可作為相似工程中設(shè)計的借鑒和參考。

2.濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常規(guī)控制水質(zhì)指標(biāo)和濃縮倍數(shù)計算參照指標(biāo)

在進(jìn)行濃縮倍數(shù)的選擇時，首先要選取最重要的水質(zhì)指標(biāo)參數(shù)作為設(shè)定和計算濃縮倍數(shù)的參照值。

鋼鐵企業(yè)濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常規(guī)控制水質(zhì)指標(biāo)包括懸浮物、pH、總硬度、堿度、Cl-、SO42+、全鐵、電導(dǎo)率、溫度等。考慮到濁循環(huán)水處理系統(tǒng)主要是去除在生產(chǎn)過程中進(jìn)入水體的懸浮物并控制管道和設(shè)備的結(jié)垢，所以濁循環(huán)水系統(tǒng)一般以懸浮物和總硬度作為與濃縮倍數(shù)相關(guān)聯(lián)的最重要的水質(zhì)指標(biāo)參數(shù)。在以往實(shí)際工程濁循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)的選擇和計算時，通常以懸浮物含量作為計算的指標(biāo)。

本文在介紹濃縮倍數(shù)的具體計算時，也均以循環(huán)水懸浮物作為參照值。

3.濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的特點(diǎn)及分析

與敞開式凈循環(huán)冷卻水系統(tǒng)相比，濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

第一，濁循環(huán)供水水質(zhì)要求低于凈循環(huán)供水水質(zhì)要求，供水懸浮物含量高于凈循環(huán)水。煤氣清洗、火焰切割、噴霧冷卻、精煉除塵等經(jīng)沉淀處理后的濁循環(huán)供水的懸浮物含量約為20~150mg/L，而一般鋼鐵企業(yè)工業(yè)凈循環(huán)水控制懸浮物含量為20mg/L。供水水質(zhì)要求低，如果采用相同的補(bǔ)水，則相對而言可以采用較高的濃縮倍數(shù)。因此，如果均以工業(yè)新水作為選擇和計算濃縮倍數(shù)的基準(zhǔn)，濁循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)必然遠(yuǎn)高于敞開式凈循環(huán)水系統(tǒng)。

第二，濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不僅是一個降溫冷卻的過程，它也是一個水處理物理變化過程。通過對濁循環(huán)回水的加藥、混凝、沉淀、過濾等處理，將在生產(chǎn)過程中進(jìn)入濁循環(huán)水體的大量懸浮物以污泥形式加以去除，以滿足生產(chǎn)的要求。而對于敞開式凈循環(huán)水系統(tǒng)而言，少量水中懸浮物的增加主要來源于空氣中的塵埃，往往可通過旁濾的手段加以去除，循環(huán)水系統(tǒng)本身可以認(rèn)為是一個降溫冷卻的過程。濁循環(huán)水系統(tǒng)相對凈循環(huán)水系統(tǒng)，系統(tǒng)更為復(fù)雜，可變因素也多，所以不能以原先適用于敞開式凈循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)來直接應(yīng)用于濁循環(huán)水系統(tǒng)。

由于上述特點(diǎn)的存在，在進(jìn)行濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)的選擇時，必須考慮上述因素的影響，不能簡單的套用《工業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于濃縮倍數(shù)的要求。

4.濁循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)的選擇

4.1物料平衡設(shè)定和水量平衡設(shè)定

濁循環(huán)水系統(tǒng)歷經(jīng)加藥、混凝、沉淀、過濾等處理過程，在進(jìn)行濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)的選擇時，在不考慮補(bǔ)充水、排污水和蒸發(fā)等因素的前提下，須先做如下兩個設(shè)定：物料平衡和水量平衡。

4.1.1物料平衡

常規(guī)濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的工藝流程為：濁循環(huán)回水至濁循環(huán)冷卻水處理站，經(jīng)混凝、沉淀、過濾后，再經(jīng)冷卻塔冷卻，最后將水重新送往用戶。在生產(chǎn)過程中進(jìn)入濁循環(huán)水體的大量懸浮物以污泥形式加以去除。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，隨污泥排出的懸浮物、雜質(zhì)、鹽類等的含量不可能做到與生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的這部分量完全平衡，有的時間段可能是前者大于后者，有的時間段也可能是后者大于前者。但在進(jìn)行濃縮倍數(shù)的選擇時，設(shè)定隨污泥排出的懸浮物、雜質(zhì)、鹽類等的含量與生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的這部分量相等，即在整個濁循環(huán)水系統(tǒng)中基本沒有這就是物料平衡假設(shè)。這樣，在設(shè)計計算時所要分析的對象就可以大為簡化，參與濃縮倍數(shù)計算的對象僅為經(jīng)處理后符合生產(chǎn)要求的濁循環(huán)水的含鹽量。另外，從常年平均的角度考慮，這種假設(shè)也是可靠的。

4.1.2水量平衡假設(shè)

在濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，隨污泥排出部分水量。污泥再經(jīng)濃縮、脫水后，泥餅外運(yùn)，在濃縮、脫水過程中所產(chǎn)生的清水回流至濁循環(huán)水系統(tǒng)�？紤]到真正隨泥餅損失的水量較少，在進(jìn)行濃縮倍數(shù)的選擇時，設(shè)定隨泥餅損失的水量忽略不計，則濁循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的水量也是穩(wěn)定的，這就是水量平衡假設(shè)。通過水量平衡的假設(shè)，使設(shè)計計算時所要分析的對象也得到簡化，另外，根據(jù)以往工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，該部分水量約占整個濁循環(huán)系統(tǒng)排污水量的5%以下，因此在設(shè)計計算時確實(shí)可以忽略。

4.2濁循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水水質(zhì)的選擇

采用何種水質(zhì)作為濁循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，對于濁循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)的選擇也有很大影響。濁循環(huán)水可采用廠區(qū)工業(yè)新水、回用水、凈循環(huán)水系統(tǒng)強(qiáng)制排污水。濁循環(huán)補(bǔ)充水通常采用凈循環(huán)水的強(qiáng)制排污水或其它循環(huán)水系統(tǒng)的串接排水等。凈循環(huán)水系統(tǒng)一般采用廠區(qū)內(nèi)工業(yè)新水作為其補(bǔ)充水源。因此濁循環(huán)補(bǔ)充水的水質(zhì)指標(biāo)要遠(yuǎn)低于凈循環(huán)水系統(tǒng)。濃縮倍數(shù)與補(bǔ)充水的含鹽濃度密切相關(guān)，濁循環(huán)補(bǔ)充水含鹽量高，濃縮倍數(shù)相對數(shù)值必然有所降低，但如果均以工業(yè)新水作為計算基準(zhǔn)，濁循環(huán)水濃縮倍數(shù)仍應(yīng)高于敞開式凈循環(huán)水系統(tǒng)。

4.3濁循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)的選擇

4.3.1濁循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)的計算分析

濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水通常采用敞開式凈循環(huán)冷卻水的強(qiáng)制排污水或其它循環(huán)水系統(tǒng)的串接排水等�，F(xiàn)按以敞開式凈循環(huán)冷卻水的強(qiáng)制排污水作為濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水和以工業(yè)新水作為濁循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水做計算分析如下。

1).以凈循環(huán)水作為濁循環(huán)補(bǔ)充水的濁循環(huán)濃縮倍數(shù)計算分析

由于在實(shí)際工程中，常以相關(guān)凈循環(huán)水系統(tǒng)的強(qiáng)制排污水作為濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，因此在進(jìn)行濁循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)的選擇時，應(yīng)結(jié)合相關(guān)的凈循環(huán)水系統(tǒng)做整體計算。

在進(jìn)行濁循環(huán)水濃縮倍數(shù)的計算前，先設(shè)定如下參數(shù)：以經(jīng)處理后的濁循環(huán)水懸浮物含量A為濁循環(huán)濃縮倍數(shù)計算的參照量，濁循環(huán)濃縮倍數(shù)值設(shè)定為N2；相關(guān)凈循環(huán)冷卻水系統(tǒng)浮物含量B為20mg/L（鋼鐵企業(yè)工業(yè)凈循環(huán)水常用懸浮物控制指標(biāo)），凈循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)值N1設(shè)定為2(國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)實(shí)際控制指標(biāo)，可從各大鋼鐵企業(yè)的工廠設(shè)計統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定中獲取該數(shù)值)；凈循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水采用廠區(qū)工業(yè)新水，工業(yè)新水懸浮物含量C為10mg/L(國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)實(shí)際控制指標(biāo))。

由上面的計算可以得出以下推論：①在濁循環(huán)水水質(zhì)滿足工藝生產(chǎn)要求的前提下，N2越高，A也越高，濁循環(huán)水系統(tǒng)需要補(bǔ)充的水也越是少，這說明應(yīng)盡可能的降低濁循環(huán)水的水質(zhì)要求(提高A值)以提高濃縮倍數(shù)從而減少補(bǔ)充水的耗量；②通常情況下A>C，理論計算上來說，當(dāng)A/C<N1，則N2<1，當(dāng)A/C>N1，則N2>1，但當(dāng)N2<1時，濃縮倍數(shù)沒有意義；③一般敞開式凈循環(huán)水濃縮倍數(shù)N1>2，也就是說只有在濁循環(huán)水懸浮物含量A是工業(yè)新水懸浮物含量C的2倍以上時，濁循環(huán)水濃縮倍數(shù)才可能大于1，濁循環(huán)說濃縮倍數(shù)才有意義，反而言之，當(dāng)濁循環(huán)水的懸浮物含量不是工業(yè)新水懸浮物含量的2倍以上時，不應(yīng)使用凈循環(huán)強(qiáng)制排污水作為濁循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，而應(yīng)考慮采用水質(zhì)更加好的工業(yè)新水；④根據(jù)煤氣清洗、火焰切割、噴霧冷卻、精煉除塵等經(jīng)沉淀處理后的濁循環(huán)供水的懸浮物含量約為20~200mg/L，一般鋼鐵企業(yè)工業(yè)新水控制懸浮物含量為10mg/L，以及凈循環(huán)水濃縮倍數(shù)通�？刂圃�2左右，濁循環(huán)水系統(tǒng)的有效濃縮倍數(shù)值應(yīng)在1~10范圍內(nèi)；⑤根據(jù)工藝生產(chǎn)要求，濁循環(huán)冷卻水水質(zhì)在已經(jīng)抵達(dá)上限即濁循環(huán)水水質(zhì)恒定的前提下，凈循環(huán)強(qiáng)制排污水濃縮倍數(shù)N1越是高，則濁循環(huán)水濃縮倍數(shù)N2越是低，系統(tǒng)所須補(bǔ)充水量也越是大，也就是說凈循環(huán)水濃縮倍數(shù)的提高反而不利于濁循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)的提高。

2).以工業(yè)新水作為濁循環(huán)補(bǔ)充水的濁循環(huán)濃縮倍數(shù)計算分析

仍先設(shè)定如下參數(shù)：以經(jīng)處理后的濁循環(huán)水懸浮物含量A為濁循環(huán)濃縮倍數(shù)計算的參照量，濁循環(huán)濃縮倍數(shù)值設(shè)定為N2；濁循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水采用廠區(qū)工業(yè)新水，工業(yè)新水懸浮物含量C設(shè)定為10mg/L，一般廠區(qū)內(nèi)工業(yè)新水水質(zhì)通常認(rèn)為是不變的。

根據(jù)煤氣清洗、火焰切割、噴霧冷卻、精煉除塵等經(jīng)沉淀處理后的濁循環(huán)供水的懸浮物含量約為20~150mg/L，一般鋼鐵企業(yè)工業(yè)新水控制懸浮物含量為10mg/L，濁循環(huán)水系統(tǒng)的有效濃縮倍數(shù)值應(yīng)在2~15范圍內(nèi)。

4.3.2濁循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)的選擇

按照節(jié)水環(huán)保、廢水串接使用的原則，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先以凈循環(huán)水強(qiáng)制排污水作為濁循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，當(dāng)凈循環(huán)強(qiáng)制排污水量不能滿足濁循環(huán)補(bǔ)充水量要求時，直接采用工業(yè)新水作為濁循環(huán)補(bǔ)充水。

當(dāng)濁循環(huán)水懸浮物含量小于或等于工業(yè)新水懸浮物含量2倍時，也就意味著濁循環(huán)要求的水質(zhì)與凈循環(huán)水質(zhì)相近，再以凈循環(huán)強(qiáng)制排污水作為濁循環(huán)補(bǔ)充水已經(jīng)沒有意義了。應(yīng)以工業(yè)新水作為濁循環(huán)水系統(tǒng)強(qiáng)制排污水，濃縮倍數(shù)一般為2 (該濃縮倍數(shù)值以工業(yè)新水懸浮物含量為基準(zhǔn))。

當(dāng)濁循環(huán)水懸浮物含量大于工業(yè)新水懸浮物含量2倍以上時，應(yīng)以凈循環(huán)水強(qiáng)制排污水作為濁循環(huán)系統(tǒng)的補(bǔ)充水，濃縮倍數(shù)一般為1~10(該濃縮倍數(shù)值以凈循環(huán)強(qiáng)制排污水的懸浮物含量為基準(zhǔn))。

下表是鋼鐵企業(yè)常規(guī)濁循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，可供實(shí)際工程中參考。

表1 鋼鐵企業(yè)常規(guī)濁循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)

5.結(jié)論

綜上所述，鋼鐵企業(yè)濁循環(huán)水系統(tǒng)不僅是個降溫冷卻的過程，其中還存在著混凝、沉淀、過濾的水處理流程，在進(jìn)行濃縮倍數(shù)的選擇和計算時必須進(jìn)行周密的考慮和計算。

作者簡介：金亞飚(1975.12- )，男，漢族，籍貫江蘇省常熟市，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院給水排水工程專業(yè)本科畢業(yè)，學(xué)士學(xué)位，工程師，主要從事鋼鐵企業(yè)給排水設(shè)計工作。

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