1、技術關鍵
設計一整套低費用水處理方案，降低循環(huán)水的濁度和總溶解固體，減少系統(tǒng)補水量，提高濃縮倍數(shù)，改善整體循環(huán)水的狀況，降低處理費用，最后實現(xiàn)“趨零”排放和不使用化學藥劑。
提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，可降低補充水的用量，節(jié)約水資源，同時可降低排污水量，從而減少其對環(huán)境的污染，進而降低循環(huán)水處理成本。為了更好的說明這一問題，假設一循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，循環(huán)水量為10000m3/h，冷卻塔進出口水溫分別為42℃和32℃，風吹損失占循環(huán)水量的0.1%，在不同濃縮倍數(shù)下該系統(tǒng)的運行參數(shù) 計算 值見下表。
目前 我國的循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)一般為1.5—2.5。
2、技術路線
將原有循環(huán)水系統(tǒng)的排污水、生活污水、污水處理廠出水、工藝過程的假定凈水進行處理，去除水的濁度，降低水的硬度和鹽含量，并使處理出水的硬度低于新鮮水(天然水)的硬度，二者混合后作為進入冷卻水池的補充水。運行一段時間后，循環(huán)水總體的鹽含量和硬度降低，系統(tǒng)濃縮倍數(shù)可逐步提高，循環(huán)水水質逐漸變好，新鮮水用量和排污水量不斷減少，形成系統(tǒng)的良性循環(huán)。
在石油、化工、電力、鋼鐵等行業(yè) 企業(yè) 中，既有生產(chǎn)用水，也有生活用水，生產(chǎn)用水又分直接一次性用水和循環(huán)水。而循環(huán)水根據(jù)以上所述，是要有一定濃水排放，還有蒸發(fā)損失、風吹損失等，所以，對循環(huán)水系統(tǒng)要有補充水。現(xiàn)在多數(shù)企業(yè)的循環(huán)水是用新鮮水補充，生活污水和循環(huán)水濃水以及污水處理廠出水都按排污水排放了。如果把生活污水、循環(huán)水濃水、污水處理廠出水、工藝過程排放的假定凈水進行處理后，用做循環(huán)水的補充水，從而節(jié)約新鮮水，在技術上是可行的， 經(jīng)濟 上也是有效益的。
在電廠中，由于被循環(huán)水冷卻的介質是低溫蒸汽，溫度只有50℃左右，一般來說，在循環(huán)水系統(tǒng)中不會出現(xiàn)結垢現(xiàn)象，在實際運行中，出現(xiàn)較多的問題是含鹽量增多、細菌滋生、灰塵等，只要將循環(huán)水排放的濃水進行脫鹽處理，生活污水進行生化處理和過濾，再混入部分新鮮水作為循環(huán)水的補充水就可以了。我們的技術方案最主要的一條是：循環(huán)水濃水經(jīng)過脫鹽處理后，可以全部脫去硬度，含鹽量低于新鮮水，濁度小于新鮮水，處理運行費用低于當?shù)氐男迈r水價格。生活污水生化處理和過濾后作為循環(huán)水補充水的運行費用也低于當?shù)氐男迈r水價格，從而在循環(huán)水系統(tǒng)中，按我們的方案處理能為企業(yè)取得一定的經(jīng)濟效益，而且隨著國家對水資源價格和污水排放的控制，經(jīng)濟效益會越來越顯著。
在煉油、化工企業(yè)中，由于被冷卻的介質品種較多，有的介質溫度高達200℃以上，加之循環(huán)水在換熱系統(tǒng)中流量分配上，不可能設計得十分合理，造成部分換熱器循環(huán)水溫度過高，在換熱器內(nèi)結垢情況嚴重，系統(tǒng)運行中、后期，往往由于嚴重結垢而 影響 換熱效果，造成部分產(chǎn)品溫度降不下來，影響正常生產(chǎn)。在石油化工生產(chǎn)中，循環(huán)水突出的問題是在部分換熱器中結垢嚴重，另外也存在運行中含鹽量增高，細菌滋生等問題。所以在石油化工生產(chǎn)中，我們的技術路線是：循環(huán)水系統(tǒng)的濃水、生活污水生化處理和污水處理場達標排放廢水過濾脫鹽后回用，對補充的部分新鮮水也進行脫鹽、除硬度后使用，使整個循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)大大提高，并且由于循環(huán)水的硬度較低，可大大降低換熱器的結垢速率。在回用水的處理中，一次性投資1100元-1500元/噸污水(污水處理場達標廢水)，噸水運行費用0.5-0.8元/噸，噸水運行成本約1.2-1.5元/噸(包括設備折舊費、材料消耗費、大修基金等所有取費)，但基本解決了結垢以及提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)這個大問題，保證生產(chǎn)的正常性和長周期運行，其間接效益是很大的，何況在濃水、污水回用方面也有一定的經(jīng)濟效益。
3、技術 分析
污水回用項目，關鍵在于流程的可靠性、出水的穩(wěn)定性以及制水成本。就目前我國污水回用技術實際情況而言，對于上述污水進行深度處理以達到回用水質標準，有多種處理 方法 可拱選擇，包括離子交換、電滲析法、反滲透法、納濾、超濾和微濾、過濾以及絮凝、氧化等。
離子交換法主要用于去除水中離子化的物質，而生化處理出水COD值相對較高，且大部分為非離子型有機物,污水中的有機物與樹脂活性基團的固定離子結合力很大，一旦結合就很難進行再生，嚴重影響再生效率和交換能力;另外，樹脂抗Cl2、O2等氧化劑氧化性很差，因而不宜采用。
電滲析法以離子交換膜為介質，靠離子的選擇透過性來分離水溶液中的某些物質。它是在離子交換技術的基礎上 發(fā)展 起來的一項新技術，它去除的也是一些電解質物質，但回用率很低(50-60%)且運行成本很高，因此，電滲析法也不宜采用。
反滲透法是近20年來發(fā)展起來的膜技術，現(xiàn)己被廣泛地用于水質除鹽和污水治理等方面。該法專門用以分離水中的分子態(tài)和離子態(tài)溶解物質，其實質是向水溶液中施加巨大的壓力，使溶劑水透過反滲透膜成為淡水，而溶質被阻留成為濃水，由此可達到兩個目的，一是從含鹽水中制取淡水;二是濃縮污水中的溶解態(tài)污染物質，處理后的污水或直接排放或重復利用。反滲透裝置是以分子擴散膜為介質。以靜壓差為推動力來分離水溶液中的物質，與電滲析法相比，在經(jīng)濟上具有顯著的優(yōu)越性，電能效率較高、能耗低，相同進水條件下，反滲透法生產(chǎn)一噸淡水的能耗為電滲析法的五分之一至十分之一。
超濾和微濾亦屬于壓力推動的膜工藝系列，就分離范圍而言，它補充了反滲透、納濾和普通過濾之間的空隙。超過濾是對料液施加一定壓力后，高分子物質、膠體、蛋白質、微粒等被半透膜所截留，而溶劑和低分子物質則透過膜。超過濾的分離機理主要是膜表面孔徑篩分機理、膜孔阻塞的阻滯機理和膜面以及膜孔對粒子的一次吸附機理。一般來說，超濾操作的跨膜壓差為0.2-0.7MPa，遠遠小于反滲透等膜法裝置。但超濾裝置不能脫鹽，實現(xiàn)不了我們污水深度處理的目的。(分類范圍見下圖)
壓力推動的膜工藝分類圖(縱：壓差Δp，橫：微粒大小dp)
納濾技術是近幾年來發(fā)展起來的膜技術，采用ESNA系列高性能納濾膜，膜材質為芳香族聚酰胺，可脫除污水中的有機物、細菌、病毒、鹽類，操作壓力0.3-1.0MPa。
具體工藝流程如下：
4、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和 社會 效益分析
該系統(tǒng)建設投資費用為1100-1500元/噸水·日，運行費用在0.5-0.8元/噸水之間，節(jié)省新鮮水和減少排污水可創(chuàng)造價值為1.5-2.5元/噸水。同時循環(huán)水系統(tǒng)總體水質逐步好轉，殺菌劑、阻垢劑的用量、設備的清洗和腐蝕折舊費用大大減少，經(jīng)濟效益顯著。
由于循環(huán)冷卻水占 工業(yè) 用水的比例很大，如某些化工企業(yè)的冷卻水占總用水量的(90-95%)，所以節(jié)約循環(huán)冷卻水的新鮮水用量，可極大地緩解我國水資源短缺的矛盾，減少污水排放，可減輕周邊環(huán)境的水體污染狀況，這對保證環(huán)境經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，促進生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，改善少數(shù)地區(qū)的人居環(huán)境狀況有著重要的意義。
工業(yè)用水和污水排放量的減少，可緩解企業(yè)與企業(yè)、企業(yè)與居民之間對水資源的爭奪矛盾和消除企業(yè)排污對農(nóng)作物、居民飲水的不良影響造成的社會矛盾，這對維護社會的安定團結，促進經(jīng)濟發(fā)展和居民生活質量的提高，改善人居環(huán)境狀況有舉足輕重的作用。
5、技術 應用 前景
該技術在石油、化工、電力和冶金等循環(huán)水用量較大的行業(yè)有著廣泛的應用前景。對某些石化企業(yè)，被冷卻介質的溫度較高，換熱設備結垢現(xiàn)象嚴重，是束縛和困擾企業(yè)生產(chǎn)正常發(fā)展的一大障礙，應用此項技術的優(yōu)勢十分明顯。
在我國北方大部分地區(qū)，用水水源主要是地下水，原水濁度低但含鹽量較高，給生活和生產(chǎn)用水都帶來很不利的影響。針對使用含鹽量較高的地下水的一些工廠企業(yè)，若能利用該技術，首先對原水進行脫鹽凈化，供給生活用水，產(chǎn)生的生活污水再經(jīng)處理后補給循環(huán)水系統(tǒng)，可最大限度地節(jié)約水資源，并提高水的利用價值，給企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟效益。