CN102167455B

CN102167455B - 循环水系统水处理工艺的构建方法

Info

Publication number: CN102167455B
Application number: CN2011100543540A
Authority: CN
Inventors: 葛敬; 马东晖
Original assignee: BEIJING KEJINGYUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING KEJINGYUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2031-03-08
Also published as: CN102167455A

Abstract

本发明涉及设计师及专业工程师在设计循环水系统时的水处理工艺的构建方法。本发明所述的循环水系统水处理工艺的构建方法，包括确定循环水系统水质参数；确定补充水的水质参数；确定循环水系统补充水处理工艺及设备选择；选择循环水系统水处理工艺及设备；以及选择循环水系统的日常监测工艺及设备五个步骤。本发明所述的循环水系统水处理工艺的构建方法综合考虑了影响循环水系统的各个参数的影响，并充分考虑了所述各个因素之间复杂的联系及相互影响力，确定适合于不同循环水系统的补充水和循环水的各水质参数的标准指标，使得在循环水系统设计和运行的过程中可以以最合适的处理工艺和设备实现循环水系统的最合理配置。

Description

循环水系统水处理工艺的构建方法

技术领域

本发明涉及设计师及专业工程师在设计循环水系统时的水处理工艺的构建方法。

背景技术

循环水系统涵盖有集中式间供二次网采暖循环水、中央空调冷却循环水、中央空调冷冻循环水、中央空调采暖循环水、工业冷却循环水等密闭式和敞开式循环水系统。该类系统在运行过程中，会由于蒸发、风吹、渗漏和排污等问题而损失其内部的循环水，此时需要补入水源以满足系统的运行要求，而来源于外界水源并经过处理后进入循环水系统的水成为补充水。实际操作中，设计师在构建循环水系统的水处理工艺时，普遍参考的水质标准为GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》中补充水和循环水水质参数要求作为系统设计依据。然而国标GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》针对的仅仅是工业冷却循环水系统，所采用的水处理工艺也仅为过滤+化学处理方式，对如采暖循环水、中央空调循环水等系统并不完全适用。另外，在循环水系统的实际运行过程中，由于系统运行工况、环境等条件的不同，以及系统材质和温度等参数的不同，均会对适用于该系统的循环水水质和补充水水质提出不同的要求。现有构建方法仅是依据标准设计工艺及设备选择，忽略了与之相关的系统中各种条件；往往只采用单一的水处理方法、单一的技术对系统表象的问题进行处理，而未未对被处理系统各个影响参数进行综合性处理，因此往往处理效果与设计相差甚远。而影响系统循环水水质和补充水水质的各个参数之间并不是简单的叠加问题，而是各参数之间具有极为复杂的相互联系，需要根据具体的情况综合分析，否则会在实际应用中产生难以预料的结果。

因此在整个系统的水处理工艺的构建过程中，必须针对不同水质、不同系统、不同运行工况等条件下进行综合考虑，并综合分析各个参数之间的联系对系统运行的影响，完成循环水系统从补充水处理、循环水处理、设备选型、运行要求、运行监控等全流程的最佳系统设计方案。

例如，某汽车生产企业其开放式冷却循环水系统为机械焊接工段提供冷却循环水，为焊接机械臂冷却。如果机械焊接设备运行温度过高，则会自动停机保护。为保障机械手臂的正常运行，每组机械焊接设备冷却水进水管路上安装了过滤精度为80um的精密过滤器，防止机械焊接手臂的冷却循环水杂质堵塞。按GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》水质参数要求，水质参数仅达到循环水水质要求。但运行一段时间后，过滤器堵塞，造成循环水量降低，设备温度上升频繁停机。分析其原因认为循环水为开放式循环水，环境中尘埃、悬浮物进入循环水造成堵塞，同时冷却塔菌藻滋生产生生物黏泥，黏泥进入循环水造成堵塞。

后经技术改造，在原精密过滤器之前加装过滤精度为100um的过滤器作为预过滤，循环水采用化学加药方式控制菌藻类滋生，系统运行有所改善。但运行半年后又出现频繁堵塞情况，设备停机现象。原因：虽系统考虑采用过滤+化学加药方式进行处理，控制住了菌藻类的生长和悬浮物，但对于金属管网的腐蚀未进行处理，大量金属腐蚀物进入系统循环水造成堵塞。同时循环水水质恶化，更加剧了管网的腐蚀情况。另系统在运行中，未定期排污、过滤体清洗。造成长期杂质、悬浮物淤积堵塞，影响系统运行。

这主要是由于原系统在设计过程中，仅是依据GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》进行循环水系统设计及设备选型，未考虑系统末端（焊接机械臂）的精度要求及系统金属材质腐蚀问题。同时在系统运行过程中，水质产生变化没有监控系统进行随机实时水质监测，当问题显现时才发现水质的问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有构建方法中仅仅对循环水系统的循环水和补充水进行处理时单一考虑了某一因素的问题，进而提供一种综合考虑各个影响因素之间复杂联系，确定适合于不同循环水系统、换热系统的处理工艺。

为解决上述技术问题，本发明的一种循环水系统水处理工艺的构建方法，包括下述步骤：

1）确定循环水系统水质参数

根据循环水系统的运行工况要求、系统金属材质、系统结构及运行环境，确定循环水系统运行的水质参数；

2）确定补充水的水质参数

根据循环水系统运行水质参数，确定循环水系统的补充水水质参数；

3）确定循环水系统补充水处理工艺及设备选择

检测源水水质的水质参数，根据源水水质指标与补充水水质参数之间的差值确定水质参数超标项目及超标数量，并根据超标项目和超标数量选择相应的补充水处理工艺；根据补充水处理工艺及系统运行参数确定相应的水处理设备；

4）选择循环水系统水处理工艺及设备

根据循环水系统的运行工况要求、系统金属材质、系统结构及运行环境，确定所述循环水系统运行过程中循环水的水质参数变化趋势，并根据所述水质参数变化趋势与循环水系统运行水质标准指标之间的差值确定所述循环水系统中循环水水质的超标项目和超标数量，并根据超标项目和超标数量选择相应的水处理工艺，根据所选处理工艺以及系统型号要求选择所需设备；

5）选择循环水系统的日常监测工艺及设备

根据确定的所述循环水系统中循环水的水质参数变化趋势选择相应的日常水质监测系统，并确定所述日常水质监测系统的工艺条件及设备。

所述步骤3)中所述的源水水质实际参数包括pH值、浊度、25℃下的电导率、总硬度以CaCO₃计、总碱度以CaCO₃计、Cl^-含量、总铁以Fe计、NH₃-N、游离氯、化学需氧量、溶解氧；所述的系统运行参数包括水量和压力。

所述的循环水系统的运行工况要求包括流速、压力、温度、过滤精度。

所述步骤4)中，所述的循环水系统水处理工艺包括物理法、化学法和物化法；所述的指标变化趋势包括结垢、腐蚀、菌藻、水质控制、补水水质、系统运行工况、环境、材质、设备结构变化。

所述的系统型号要求包括管径、流量、压力、控制要求参数。

所述步骤5)中日常水质监测系统包括在线实时监测系统和日常周期性检测系统两种模式。

所述日常水质监测系统的工艺条件包括日常检测项目、检测频率、设备排污间隔频率、日常巡检内容及参数范围。

所述日常巡检内容包括pH、电导率、浊度、悬浮物、总硬度、钙硬度、总碱度、氯离子、总铁、异氧菌总数、油、药剂浓度、游离氯；所述参数范围参考相关循环水系统国家标准要求的水质参数。

所述日常巡检内容及检测频率要求为：

监控指标	检测频率
		pH	每天一次
电导率	每天一次
		浊度	每天一次
悬浮物	每月1~2次
		总硬度	每天一次
钙硬度	每天一次
		总碱度	每天一次
氯离子	每天一次
		总铁	每天一次
异氧菌总数	每周一次
		油	可抽查
药剂浓度	每天一次
		游离氯	每天一次

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：1、本发明所述的循环水系统水处理工艺的构建方法综合考虑了影响循环水系统的运行工况条件、系统材质、系统温度、系统结构等参数的影响，并充分考虑了所述各个因素之间复杂的联系及相互影响力，确定适合于不同循环水系统的补充水和循环水的各水质参数的标准指标，使得在循环水系统设计和运行的过程中可以以最合适的处理工艺和设备实现循环水系统的最合理配置；2、本发明所述循环水综合处理工艺还包括日常运行检测系统，可以保证在日常运行中始终处于合理的状态之下，保证系统的运行质量和处理效果。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

1）确定循环水系统水质参数

2）确定补充水的水质参数

3）确定循环水系统补充水处理工艺及设备选择

检测源水水质的水质参数，根据源水水质参数与补充水水质参数之间的差值确定水质参数超标项目及超标数量，并根据超标项目和超标数量选择相应的补充水处理工艺；根据补充水处理工艺及系统运行参数确定相应的水处理设备及设备型号；

4）选择循环水系统水处理工艺及设备

根据循环水系统的运行工况要求、系统金属材质、系统结构及运行环境，确定所述循环水系统运行过程中循环水的水质参数变化趋势，并根据所述水质参数变化趋势与循环水系统运行水质标准参数之间的差值确定所述循环水系统中循环水水质的超标项目和超标数量，并根据超标项目和超标数量选择相应的水处理工艺，根据所选处理工艺以及系统型号要求选择所需设备的型号；

5）选择循环水系统的日常监测工艺及设备

实施例1

本实施例为中央空调循环冷冻水循环系统水处理工艺的构建，具体包括下述步骤：

1）确定循环水系统标准水质参数

根据循环水系统的流速、压力、温度、过滤精度等运行工况要求以及系统金属材质、系统结构及运行环境，确定循环水系统运行的标准水质参数；

本实施例中，根据上述条件设定的所述循环水系统的循环水标准参数如下表所示：

检测项	单位	循环水
			pH		7.5-9.0
浊度	NTU	≤10
			电导率（25℃）	μs/cm	≤1000
Cl^－(以Cl^－计)	mg/L	≤150
			总铁(以Fe计)	mg/L	≤1.0
总硬度(以CaCO₃计)	mg/L	≤800
			总碱度(以CaCO₃计)	mg/L	≤400
磷酸盐(以P计)	mg/L	≤1.0
			有机磷	mg/L	≤0.5
溶解氧	mg/L	≤0.1

2）确定补充水的水质参数

根据循环水系统运行水质残水，确定循环水系统的补充水水质参数，见下表；

3）确定循环水系统补充水处理工艺及设备选择

检测源水水质的水质参数，根据源水水质参数与确定的补充水水质参数之间的差值确定水质指标超标项目及超标数量，并根据超标项目和超标数量选择相应的补充水处理工艺；根据补充水处理工艺及系统运行参数确定相应的水处理设备及设备型号；

检测得到的源水水质参数见下表；

并根据上述两表格中各个项目参数的差值，选择补充水的处理工艺，例如：

（1）总硬度以CaCO₃计差值为150mg/L，选择的处理方法为水质软化、水质调节，将水质指标调节至要求范围；

（2）总碱度以CaCO₃计差值为100mg/L，选择的处理方法为选择的处理方法为碱性离子处理、水质调节，将水质参数调节至要求范围；

上述源水经各项处理后达到所需补充水的水质参数要求，并作为补充水输入至目标循环水系统中；

4）选择循环水系统水处理工艺及设备

根据循环水系统的运行工况要求、系统金属材质、系统结构及运行环境，确定所述循环水系统运行过程中循环水的指标变化趋势，并根据所述水质参数变化趋势与循环水系统运行水质标准参数之间的差值确定所述循环水系统中循环水的超标项目，并根据所述超标项目选择相应的水处理工艺，根据所选处理工艺以及管径、流量、压力、控制要求等系统型号参数选择所需设备的型号；

根据上述条件确定的本实施例的循环水水质参数变化规律为：硬度指标参数，加剧结垢倾向；PH、Cl^-参数超标，加剧腐蚀倾向；悬浮物参数超标，水质控制恶化，加剧腐蚀及污泥垢沉积；补水水质超标，影响循环水质的控制；系统运行工况对于流速、压力、温度的要求，与结垢、腐蚀有直接联系；环境的情况，直接影响系统循环水质及水质控制倾向；系统中金属材质不同，对水质PH和Cl^-指标的要求不同，如PH值指标碳钢为7.0-12.0、铜为:7.0-10.0、铝7.0-8.5；设备结构不同对于运行要求不同，如管壳式换热设备，管程流速要求大于0.9m/s,壳程流速要求大于为0.3m/s。

本实施例所述系统的管径DN300mm、流量Q=550m³/h、压力0.8MPa、控制要求全自动运行、PH值、电导率在线监测，因此应选择的处理工艺为：物理法水处理工艺及设备。

5）选择循环水系统的日常监测工艺及设备

根据步骤4）中确定的所述循环水系统中循环水的水质参数变化趋势选择相应的日常水质监测系统，并确定所述日常水质监测系统的工艺条件及设备。

本实施例中选定的日常监测系统为在线监测模式。

所述日常巡检内容及检测频率要求为：

监控指标	监测范围	检测频率
			pH	6.5~8.5	每班一次（8小时）
电导率	≤1000μs/cm	每班一次（8小时）
			运行压力差	≤0.08MPa	每班一次（8小时）

所监测指标的参数范围可参考相关循环水系统国家标准要求的水质参数。当检测结果不在设定范围内时，即启动相应的水处理程序。

该方法将循环水系统的运行工况条件、系统材质、系统温度、系统结构等参数的影响，将补充水和循环水的各水质参数作为一个有机整体进行设计循环水系统，使得在循环水系统设计和运行的过程中可以以最合适的处理工艺和设备实现循环水系统的最合理配置，克服了背景技术中的循环水设计过程中只考虑单一因素或某几个因素存在的缺陷。运行结果表明，本实施例的中央空调循环冷冻水循环系统完全符合运行要求，各项指标均优于国标要求，运行过程中没有出现背景技术中的顾此失彼的现象。

实施例2

本实施例为空调冷却循环水系统水处理工艺的构建，具体包括下述步骤：

1）确定循环水系统标准水质参数

2）确定补充水的水质参数

根据循环水系统运行水质参数，确定循环水系统的补充水水质参数，见下表；

3）确定循环水系统补充水处理工艺及设备选择

检测源水水质的水质参数，根据源水水质参数与补充水水质参数之间的差值确定水质指标超标项目及超标数量，并根据超标项目和超标数量选择相应的补充水处理工艺；根据补充水处理工艺及系统运行参数确定相应的水处理设备及设备型号；

检测得到的源水水质参数见下表：

Figure 2011100543540100002DEST_PATH_IMAGE010

（1）pH值差值为0.5，选择的处理方法为PH调节，添加碱将PH调节至范围内；

（2）浊度差值为4NTU，选择的处理方法为过滤，去除水体中杂质；

（3）总硬度以CaCO₃计差值为100mg/L，选择的处理方法为水质软化、水质调节，将水质参数调节至要求范围；

（4）总碱度以CaCO₃计差值为100mg/L，选择的处理方法为选择的处理方法为碱性离子处理、水质调节，将水质参数调节至要求范围；

上述源水经各项处理后达到所需补充水的水质参数要求，并作为补充水输入至目标循环水系统中。

4）选择循环水系统水处理工艺及设备

根据循环水系统的运行工况要求、系统金属材质、系统结构及运行环境，确定所述循环水系统运行过程中循环水的水质参数变化趋势，并根据所述指标变化趋势与循环水系统运行水质参数指标之间的差值确定所述循环水系统中循环水的超标项目，并根据所述超标项目选择相应的水处理工艺，根据所选处理工艺以及管径、流量、压力、控制要求等系统型号参数选择所需设备的型号；

根据上述条件确定的本实施例的循环水水质参数变化规律为：硬度参数超标，加剧结垢倾向；PH、电导率、Cl^-参数超标，加剧腐蚀倾向；NH3-N、COD、异氧菌总数参数超标，会造成菌藻类滋生，造成生物黏泥沉积形成沉积垢，同时会加剧腐蚀倾向；悬浮物参数超标，水质控制恶化，加剧腐蚀及污泥垢沉积；补水水质超标，影响循环水质的控制；系统运行工况对于流速、压力、温度的要求，与结垢、腐蚀有直接联系；环境的情况，直接影响系统循环水质及水质控制倾向；系统中金属材质不同，对水质PH和Cl^-参数的要求不同，如PH值碳钢为7.0-12.0、铜为7．0-10.0、铝7.0-8.5；设备结构不同对于运行要求不同，如管壳式换热设备，管程流速要求大于0.9m/s,壳程流速要求大于为0.3m/s。

本实施例所述系统的管径DN300mm、流量Q=550m³/h、压力0.5MPa、控制要求全自动运行、PH值、电导率在线监测，因此应选择的处理工艺为：物理法与化学法相结合的物化法水处理工艺及设备。

5）选择循环水系统的日常监测工艺及设备

本事实例中选定的日常监测系统为在线监测模式。

所述日常巡检内容及检测频率要求为：

监控项目	监测范围	检测频率
			pH	6.5~8.5	每班一次（8小时）
电导率	≤1000μs/cm	每班一次（8小时）
			运行压力差	≤0.08MPa	每班一次（8小时）

所监测水质参数范围可参考相关循环水系统国家标准要求的水质参数。当检测结果不在设定范围内时，即启动相应的水处理程序。

运行结果表明，本实施例的中央空调循环冷冻水循环系统完全符合运行要求，各项指标均优于国标要求，运行过程中没有出现背景技术中的顾此失彼的现象。

实施例3

本实施例为采暖循环水系统水处理工艺的构建，具体包括下述步骤：

1）确定循环水系统标准水质参数

Figure 2011100543540100002DEST_PATH_IMAGE012

2）确定补充水的水质参数

Figure 2011100543540100002DEST_PATH_IMAGE014

3）确定循环水系统补充水处理工艺及设备选择

检测源水水质的水质参数，根据源水水质参数与确定的补充水水质参数之间的差值确定水质参数超标项目及超标数量，并根据超标项目和超标数量选择相应的补充水处理工艺；根据补充水处理工艺及系统运行参数确定相应的水处理设备及设备型号；

检测得到的源水水质参数见下表；

Figure 2011100543540100002DEST_PATH_IMAGE016

并根据上述两表格中各个项目水质参数的差值，选择补充水的处理工艺，例如：

（1）pH值提高至7.0~12，选择的处理方法为PH调节装置，将PH调节至要求参数；

（2）浊度差值为2NTU，选择的处理方法为过滤，去除水体中杂质；

（3）总硬度以CaCO₃计差值为300mg/L，选择的处理方法为水质软化、水质调节，将水质参数调节至要求范围；

（4）Cl^－值差值为70 mg/L，选择的处理方法为离子交换装置、水质调节，将水质参数调节至要求范围；

（5）溶解氧差值为0.2，选择的处理方法为除氧器处理，将溶解氧控制在要求范围。

4）选择循环水系统水处理工艺及设备

根据循环水系统的运行工况要求、系统金属材质、系统结构及运行环境，确定所述循环水系统运行过程中循环水的水质参数变化趋势，并根据所述水质参数变化趋势与循环水系统运行水质标准参数之间的差值确定所述循环水系统中循环水的超标项目，并根据所述超标项目选择相应的水处理工艺，根据所选处理工艺以及管径、流量、压力、控制要求等系统型号参数选择所需设备的型号；

根据上述条件确定的本实施例的循环水水质参数变化规律为：硬度参数超标，加剧结垢倾向；PH、电导率、Cl^-参数超标，加剧腐蚀倾向；悬浮物指标超标，水质控制恶化，加剧腐蚀及污泥垢沉积；补水水质参数超标，影响循环水质的控制；系统运行工况对于流速、压力、温度的要求，与结垢、腐蚀有直接联系；系统中金属材质不同，对水质PH和Cl^-参数的要求不同，如PH值碳钢为7.0-12.0、铜为7．0-10.0、铝7.0-8.5；设备结构不同对于运行要求不同，如管壳式换热设备，管程流速要求大于0.9m/s,壳程流速要求大于为0.3m/s。

本实施例所述系统的管径DN300mm、流量Q=550m³/h、压力0.8MPa、控制要求全自动运行、PH值、腐蚀速率在线监测，因此应选择的处理工艺为：物理法与化学法相结合的物化法水处理工艺及设备。

5）选择循环水系统的日常监测工艺及设备

本事实例中选定的日常监测系统为在线监测模式。

所述日常巡检内容及检测频率要求为：

监控项目	监测指标范围	检测频率
			pH	6.5~8.5	每班一次（8小时）
电导率	≤1000μs/cm	每班一次（8小时）
			运行压力差	≤0.08MPa	每班一次（8小时）

所监测参数范围可参考相关循环水系统国家标准要求的参数指标。当检测结果不在设定范围内时，即启动相应的水处理程序。

运行结果表明，本实施例的采暖循环水系统水系统完全符合运行要求，各项水质参数均优于国标要求，运行过程中没有出现背景技术中的顾此失彼的现象。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种循环水系统水处理工艺的构建方法，其特征在于包括下述步骤：

1）确定循环水系统水质参数

所述的循环水系统的运行工况要求包括循环流量、流速、压力、温度和过滤精度；

2）确定补充水的水质参数

3）确定循环水系统补充水处理工艺及设备选择

检测源水水质的水质参数，根据源水水质参数与补充水水质参数之间的差值确定水质参数超标项目及超标数量，并根据超标项目和超标数量选择相应的补充水处理工艺；根据补充水处理工艺及系统运行参数确定相应的水处理设备；

所述的源水水质参数包括pH值、浊度、25℃下的电导率、总硬度以CaCO₃计、总碱度以CaCO₃计、Cl^－含量、总铁以Fe计、NH₃-N、游离氯、化学需氧量和溶解氧；

所述系统运行参数包括循环流量、流速、压力和温度；

4）选择循环水系统水处理工艺及设备

根据循环水系统的运行工况要求、系统金属材质、系统结构及运行环境，确定所述循环水系统运行过程中循环水的水质参数变化趋势，并根据所述水质参数变化趋势与循环水系统运行水质标准参数之间的差值确定所述循环水系统中循环水水质的超标项目和超标数量，并根据超标项目和超标数量选择相应的水处理工艺，根据所选处理工艺以及系统型号要求选择所需设备；

所述的循环水系统水处理工艺包括物理法、化学法和物化法；

所述的水质参数变化趋势包括结垢、腐蚀、菌藻、水质控制、补水水质、系统运行工况、环境、材质和设备结构变化；

所述的系统型号要求包括管径、流量、压力和控制要求参数；

5）选择循环水系统的日常监测工艺及设备

根据确定的所述循环水系统中循环水的水质参数变化趋势选择相应的日常水质监测系统，并确定所述日常水质监测系统的工艺条件及设备；

所述日常水质监测系统包括在线实时监测系统和日常周期性检测系统两种模式；

所述日常水质监测系统的工艺条件包括日常检测项目、检测频率、设备排污间隔频率、日常巡检内容及参数范围；

所述日常巡检内容包括pH、电导率、浊度、悬浮物、总硬度、钙硬度、总碱度、氯离子、总铁、异氧菌总数、油、药剂浓度和游离氯；所述参数范围参考相关循环水系统国家标准要求的水质参数。