申请日2014.09.22
公开(公告)日2014.12.31
IPC分类号C02F9/04
摘要
本发明公开了一种用于循环冷却水自动处理和排污水回用的集成设备及方法，该集成设备包括冷却水水质在线监控装置、冷却水处理效果监测装置、药剂投加装置、用水量及用药量统计装置、冷却水深度处理回用装置和现场控制装置。本发明可以有效地在线监测循环冷却水水质，针对水质的实际情况自动加药和调整，防止冷却水发生结垢，腐蚀，微生物和沉积等问题，保证冷却水水质满足深度处理回用水水质要求，并减少约30%冷却水处理化学品用量;在冷却水水质浓缩倍数达到国标允许最大值时，启动深度处理回用装置，使用反渗透系统配合专用阻垢剂对冷却水排污水进行深度处理，以回用50-60%排污水。实际提高冷却水排放钙离子+碳酸氢根达到2300ppm(以碳酸钙计)。
权利要求书
1.一种用于循环冷却水自动处理和排污水回用的集成设备，在冷却塔上设有循环水进 口、循环水出口、冷却水出口、加药口和补水进口;自循环水出口连接至循环水进口的冷 却水循环管路上依次设有第一水泵和热交换器;其特征在于：
该集成设备包括冷却水水质在线监控装置、冷却水处理效果监测装置、药剂投加装置、 用水量及用药量统计装置、冷却水深度处理回用装置和现场控制装置;
所述冷却水循环管路上、且位于第一水泵的两端并联有一取样管路，所述冷却水水质 在线监控装置和冷却水处理效果监测装置设置在该取样管路上;所述冷却水水质在线监控 装置包括在线pH计、在线电导率仪、ORP在线分析仪和在线缓蚀阻垢剂监测仪;所述冷却 水处理效果监测装置包括两台在线腐蚀率仪和在线污垢沉积监测仪;
所述药剂投加装置包括酸计量泵，第一缓蚀阻垢剂计量泵和第二缓蚀阻垢剂计量泵， 第一杀菌剂计量泵和第二菌剂计量泵，剥离剂计量泵，分散剂计量泵，絮凝剂计量泵和还 原剂计量泵及与这些泵连接的药桶;所述酸计量泵、第一缓蚀阻垢剂计量泵、第一杀菌剂 计量泵、剥离剂计量泵和分散剂计量泵均与冷却塔相连，用于控制冷却水循环管路的水质;
所述用水量及用药量统计装置包括远传水表和各药桶液位计;
所述冷却水出口通过冷却水回用管路连接至补水进口，所述冷却水深度处理回用装置 设置在所述冷却水回用管路上;所述冷却水深度处理回用装置包括依次连接的水箱、第二 水泵、叠片过滤器或多介质过滤器、超滤器、保安过滤器和反渗透膜系统，所述水箱的上 游设有电动阀，所述絮凝剂计量泵连接至所述水箱，所述缓蚀阻垢剂计量泵、所述还原剂 计量泵和杀菌剂计量泵连接至保安过滤器的上游管路，所述第二缓蚀阻垢剂计量泵、第二 杀菌剂计量泵、絮凝剂计量泵和还原剂计量泵用于控制冷却水回用管路的水质;所述反渗 透系统的产水出口连接至补水进口，所述反渗透系统的浓水水出连接至浓水池进行排污;
所述现场控制装置包括PLC、无线传输装置和远程服务器;
连接管路上还设有压力计和流量计;
所述冷却水水质在线监控装置、冷却水处理效果监测装置、药剂投加装置、用水量及 用药量统计装置、冷却水深度处理回用装置及连接管路上的压力计和流量计均与所述现场 控制装置连接。
2.根据权利要求1所述用于循环冷却水自动处理和排污水回用的集成设备，其特征在 于，所述反渗透膜系统包括一段产水RO膜和二段产水RO膜，所述一段产水RO膜由两组 并联的产水RO膜构成，该两组产水RO膜的产水出口通过冷却水回用管路连接至补水进口， 该两组产水RO膜的浓水出口连接至所述二段产水RO膜的原水进口，所述二段产水RO膜 的产水出口连接至补水进口，所述二段产水RO膜的浓水出口连接至浓水池进行排放。
3.一种用于循环冷却水自动处理和排污水回用方法，其特征在于，采用如权利要求1 或2所述的用于循环冷却水自动处理和排污水回用的集成设备，并包括以下步骤：
冷却水水质在线监控步骤：在线实时监测冷却水的pH值，并控制酸的加入;在线监测 冷却水的电导率，在冷却水达到最大浓缩倍数的情况下，开启冷却水深度处理回用装置; 在线实时监测冷却水ORP，并控制杀菌剂的加入;在线实时监测冷却水缓蚀阻垢剂的浓度， 并控制缓蚀阻垢剂的加入;
冷却水处理效果监测步骤：在线实时监测金属实际腐蚀速率，在腐蚀速率超过限定值 时自动增加缓蚀剂浓度设定值，自动增加缓蚀剂投加量;在线实时监测污垢和沉积物的附 着速率，该附着速度超过限定值时自动增加分散剂的投加浓度和增加杀菌剂、剥离剂的投 加量;与此同时，通过短信息、邮件方式将报警信息送达管理人;
药剂投加步骤：根据在线pH计、在线电导率仪、ORP在线分析仪、在线缓蚀阻垢剂监 测仪、在线腐蚀率仪和在线污垢沉积监测仪的数据控制酸计量泵，第一缓蚀阻垢剂计量泵 和第二缓蚀阻垢剂计量泵，第一杀菌剂计量泵和第二杀菌剂计量泵，剥离剂计量泵、分散 剂计量泵、絮凝剂计量泵和还原剂计量泵的运行时间和状态;
用水量及用药量统计步骤：通过远传水表和各药桶中的液位计统计整个设备的总用水 量和水处理化学药品的使用量;
冷却水深度处理回用步骤：当冷却水电导率达到设定值时，开启深度处理回用装置， 冷却水进入水箱，投加絮凝剂和杀菌剂，并通过叠片过滤器或多介质过滤器过滤，经过超 滤器过滤，投加膜用阻垢剂、膜用杀菌剂和还原剂，从而达到反渗透膜系统进水的水质要 求，经过反渗透膜系统处理，冷却水的50‐60%作为反渗透产水回用至冷却水系统或其他用 途，冷却水的40‐50%反渗透浓水作为冷却水排污水排放;
控制步骤：用于收集、统计及控制上述各步骤中所有在线监测数据，并将数据远程传 输至远程服务器，从而对远程服务器进行控制，与此同时，远程人员以登录网页的方式实 现远程监测和控制。
说明书
用于循环冷却水自动处理和排污水回用的集成设备及方法
技术领域
本发明涉及一种用于全自动控制循环冷却水水质和深化处理循环冷却水以达到回用目 的的一体化集成设备。
背景技术
循环冷却水浓缩倍数指总矿物质在冷却水中的含量与在补水中含量的比值，也可表示 为冷却水补水总量与排污总量(包括排污，泄漏，飞溅等)的比值。
循环冷却水系统在运行中，通过蒸发部分冷却水以达到降温的目的。由于蒸发的是纯 水，被蒸发的冷却水中含有的矿物质继续留在冷却水中，这导致冷却水中矿物质浓度不断 升高，即浓缩倍数不断提高。当冷却水中矿物质的浓度达到一定比例，必须排放部分冷却 水以避免结垢，腐蚀、沉积和微生物的孳生等一系列问题。排放冷却水的量决定浓缩倍数， 排放的量大则浓缩倍数低，反之，排放冷却水的量小则浓缩倍数高。
我国工业用水中的70～80%为循环冷却水补水，国标《工业循环冷却水处理设计规范》 GB50050-2007中已将循环水浓缩倍数从平均3倍(1995年标准)提高到5倍，能够节约冷 却水总用量16.7%，以2004年用水量计，全国可节约176亿吨水。另外，还有的间接效益 是减少水源规模和输配水管网，减少水处理药剂量，减少动能消耗等。因此，准确、快速、 在线地将循环水浓缩倍数控制在合理的范围内是实现节水减排，保护环境中的重要环节之 一。
通过投加水处理化学品如阻垢剂和分散剂可以提高较大幅度冷却水中矿物质的溶解 度，以防止这些矿物质如碳酸钙，硅酸镁等结垢。但是当水中会导致结垢的矿物质达到一 定总量，如钙离子+碳酸氢根达到1100ppm(以碳酸钙计)，即使投加阻垢剂也不能防止如碳 酸钙结垢产物的形成，就进行必须排污。所以在GB50050-2007《工业冷却水设计规范》 中，要求冷却水水质钙离子+碳酸氢根<1100ppm(以碳酸钙计)。如北京市西城区市政自来 水钙离子+碳酸氢根约为450ppm(以碳酸钙计)，用作冷却水补水时，当冷却水浓缩倍数约 为2.4-2.5倍时就达到钙离子+碳酸氢根>1100ppm(以碳酸钙计)，这是就必须排污，无法达 到国标要求的浓缩倍时不应低于3倍，不易低于5倍的标准导致用水量极大的增加。
为此，传统的方式是通过对水质进行软化处理以降低硬度，或者加酸以降低碱度的方 式，保证钙离子+碳酸氢根<1100ppm(以碳酸钙计)，以提高浓缩倍数和减少排污水量。但 这些处理方式都面临处理费用过大，提高浓缩倍数有限等问题。除此之外，加酸还有腐蚀 冷却水系统金属和操作危险的问题。
为实现冷却水排污的回用，传统采取技术包括冷却水进行过滤的处理做为中水用于绿 化或冲洗;冷却水经过弱酸阳离子处理回用冷却水和经过膜过滤处理回用等方式。在本专 利中使用反渗透膜处理回用。
但冷却水运行条件较差，水质中污染物如微生物，不溶解固形物和矿物质较多，会很 快污染深度处理的反渗透系统，使系统失效。所以需要对冷却水进行良好处理，以使其水 质达到深度处理系统的进水要求。
在循环冷却水运行的过程中，由于运行的环境、温度和冷却水中的离子不断浓缩，循 环冷却水系统会发生以下问题，诸如：结垢和腐蚀;微生物、细菌和污垢;由此会影响循 环冷却水系统的正常运行，使工厂生产工艺运行的用水量，能源和维护成本上升，严重的 话，会导致生产工艺的停机。所以，在循环冷却水运行中，需进行水处理，投加缓蚀阻垢 剂和杀菌剂。
目前，我国水处理药剂的质量和功能与国外同类产品相比基本相同，但在水处理药剂 自动投加和控制及循环冷却水自控管理水平上还有差距。在循环冷却水运行中，水处理化 学品的自动投加和监控是系统正常运行的关键。若水处理化学品投加不足会导致循环冷却 水系统发生结垢，腐蚀，微生物的问题;而若过量投加又会导致药剂浪费，运行成本增加， 及磷酸垢沉积的问题。水处理药剂应在循环冷却水中保持稳定的剂量，以保护系统免于结 垢，腐蚀，微生物及沉积的问题。现在的加药控制方式均为根据经验值定量投加，投加后 取样回实验室分析水样中药剂有效含量，再根据分析结果调整加药量。上述水处理化学投 加方式的不足是：药剂投加和调整方式均不能稳定控制药剂在冷却水中的含量，随着生产 负荷的变化，环境温度的变化和其他因素影响，及冷却水系统蒸发和排污量变化，受上述 因素影响，按照现有定量投加水处理化学品会经常超过或低于循环冷却水系统正常所需药 剂剂量，从而造成各种问题。
为此，我国在2007年发布，2008年5月1日正式执行的GB50050-2007《工业循环冷 却水处理设计规范》中提出以下设备要求，循环冷却水系统宜采用以下各项监测与控制： pH值在线监测与加酸连锁控制;电导率在线监测和排污水里联锁控制;ORP(氧化还原电 位)在线监测与氧化性杀生剂投加量连锁控制;阻垢缓蚀剂浓度在线监测与阻垢缓蚀剂投 加量连锁控制。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种用于循环冷却水自动处理和排污水回用的集成设 备，可以有效地在线监测循环冷却水水质，针对水质的实际情况自动加药和调整，防止冷 却水发生结垢，腐蚀，微生物和沉积等问题，保证冷却水水质满足深度处理回用水水质要 求，并减少约30%冷却水处理化学品用量;在冷却水水质浓缩倍数达到国标允许最大值时， 启动深度处理回用装置，使用反渗透系统配合专用阻垢剂对冷却水排污水进行深度处理， 以回用50-60%排污水。实际提高冷却水排放钙离子+碳酸氢根达到2300ppm(以碳酸钙计)， 在不加酸和软化处理的情况下大幅度提高冷却水浓缩倍数，减少排污量。
为了解决上述技术问题，本发明一种用于循环冷却水自动处理和排污水回用的集成设 备，其中，冷却塔设有循环水进口、循环水出口、冷却水出口、加药口和补水进口;自循 环水出口连接至循环水进口的冷却水循环管路上依次设有第一水泵和热交换器;自循环水 出口连接至循环水进口的冷却水循环管路上依次设有第一水泵和热交换器;该集成设备包 括冷却水水质在线监控装置、冷却水处理效果监测装置、药剂投加装置、用水量及用药量 统计装置、冷却水深度处理回用装置和现场控制装置;所述冷却水循环管路上、且位于第 一水泵的两端并联有一取样管路，所述冷却水水质在线监控装置和冷却水处理效果监测装 置设置在该取样管路上;所述冷却水水质在线监控装置包括在线pH计、在线电导率仪、ORP 在线分析仪和在线缓蚀阻垢剂监测仪;所述冷却水处理效果监测装置包括两台在线腐蚀率 仪和在线污垢沉积监测仪;所述药剂投加装置包括酸计量泵，第一缓蚀阻垢剂计量泵和第 二缓蚀阻垢剂计量泵，第一杀菌剂计量泵和第二菌剂计量泵，剥离剂计量泵，分散剂计量 泵，絮凝剂计量泵和还原剂计量泵及与这些泵连接的药桶，所述酸计量泵、第一缓蚀阻垢 剂计量泵、第一杀菌剂计量泵、剥离剂计量泵和分散剂计量泵均与冷却塔相连，用于控制 冷却水循环管路的水质;所述用水量及用药量统计装置包括远传水表和各药桶液位计;所 述冷却水出口通过冷却水回用管路连接至所述补水进口，所述冷却水深度处理回用装置设 置在所述冷却水回用管路上;所述冷却水深度处理回用装置包括依次连接的水箱、第二水 泵、叠片过滤器或多介质过滤器、超滤器、保安过滤器和反渗透膜系统，所述水箱的上游 设有电动阀，所述絮凝剂计量泵连接至所述水箱，所述第二缓蚀阻垢剂计量泵、所述还原 剂计量泵和第二杀菌剂计量泵连接至保安过滤器的上游管路，所述第二缓蚀阻垢剂计量泵、 第二杀菌剂计量泵、絮凝剂计量泵和还原剂计量泵用于控制冷却水回用管路的水质;所述 反渗透系统的产水出口连接至补水进口，所述反渗透系统的浓水水出连接至浓水池进行排 污;所述现场控制装置包括PLC、无线传输装置和远程服务器;连接管路上还设有压力计 和流量计;所述冷却水水质在线监控装置、冷却水处理效果监测装置、药剂投加装置、用 水量及用药量统计装置、冷却水深度处理回用装置及连接管路上的压力计和流量计均与所 述现场控制装置连接。
进一步讲：所述反渗透膜系统包括一段产水RO膜和二段产水RO膜，所述一段产水 RO膜由两组并联的产水RO膜构成，该两组产水RO膜的产水出口通过冷却水回用管路连 接至补水进口，该两组产水RO膜的浓水出口连接至所述二段产水RO膜的原水进口，所述 二段产水RO膜的产水出口连接至补水进口，所述二段产水RO膜的浓水出口连接至浓水池 进行排放，即：一段产水RO膜产水直接回用，一段产水RO膜浓水进入二段产水RO膜， 二段产水RO膜产水与一段产水RO膜产水一起回用，二段产水RO膜浓水排放。
本发明一种用于循环冷却水自动处理和排污水回用的方法，利用上述用于循环冷却水 自动处理和排污水回用的集成设备，该方法包括以下步骤：
冷却水水质在线监控步骤：在线实时监测冷却水的pH值，并控制酸的加入;在线监测 冷却水的电导率，在冷却水达到最大浓缩倍数的情况下，开启冷却水深度处理回用装置; 在线实时监测冷却水ORP，并控制杀菌剂的加入;在线实时监测冷却水缓蚀阻垢剂的浓度， 并控制缓蚀阻垢剂的加入;
冷却水处理效果监测步骤：在线实时监测金属实际腐蚀速率，在腐蚀速率超过限定值 时自动增加缓蚀剂浓度设定值，自动增加缓蚀剂投加量;在线实时监测污垢和沉积物的附 着速率，该附着速度超过限定值时自动增加分散剂的投加浓度和增加杀菌剂、剥离剂的投 加量;与此同时，通过短信息、邮件方式将报警信息送达管理人;
药剂投加步骤：根据在线pH计、在线电导率仪、ORP在线分析仪、在线缓蚀阻垢剂监 测仪、在线腐蚀率仪和在线污垢沉积监测仪的数据控制酸计量泵，第一缓蚀阻垢剂计量泵 和第二缓蚀阻垢剂计量泵，第一杀菌剂计量泵和第二杀菌剂计量泵，剥离剂计量泵、分散 剂计量泵、絮凝剂计量泵和还原剂计量泵的运行时间和状态;
用水量及用药量统计步骤：通过远传水表和各药桶中的液位计统计整个设备的总用水 量和水处理化学药品的使用量;
冷却水深度处理回用步骤：当冷却水电导率达到设定值时，开启深度处理回用装置， 冷却水进入水箱，投加絮凝剂和杀菌剂，并通过叠片过滤器或多介质过滤器过滤，经过超 滤器过滤，投加膜用阻垢剂、膜用杀菌剂和还原剂，从而达到反渗透膜系统进水的水质要 求，经过反渗透膜系统处理，冷却水的50-60%作为反渗透产水回用至冷却水系统或其他用 途，冷却水的40-50%反渗透浓水作为冷却水排污水排放;
控制步骤：用于收集、统计及控制上述各步骤中所有在线监测数据，并将数据远程传 输至远程服务器，从而对远程服务器进行控制，与此同时，远程人员以登录网页的方式实 现远程监测和控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过用于循环冷却水自动处理和排污水回用的 集成设备实现了冷却水处理的全自动在线监制和远程监控，能够有效的管理冷却水水质和 降低冷却水处理费用;良好的管理冷却水水质使其能够达到深度处理回用的水质标准，通 过一体化的回用装置和专用化学品配合，直接实现冷却水回用，和高浓缩倍数的排污，避 免传统加酸和软化处理等方式，达到超过现实行国标排污标准1倍以上，大量减少冷却水 用量的目的;和降低传统冷却水回用所需大量设备和场地建设投资。使用人员通过网页浏 览的方式即可不受地点和终端的限制直接监控系统的运行状况。