CN104250042A - 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 - Google Patents

Abstract

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)。

Description

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。

附图说明

图1是本发明用于循环冷却水自动处理和排污水回用的集成设备示意图；

图2是实施例中的冷却水电导率曲线图；

图3是实施例中的冷却水缓蚀阻垢剂浓度曲线图；

图4是实施例中的冷却水钙硬和碱度之和的曲线图；

图5是实施例中的冷却水铁离子曲线图；

图6是实施例中的冷却水在线腐蚀率监测结果图；

图7是实施例中的冷却水ORP控制曲线图；

图8是实施例中的冷却水细菌监测结果曲线图；

图9是实施例中的冷却水浊度监测结果曲线图；

图10是实施例中的冷却水在线污垢沉积速度监测结果曲线图；

图11是实施例中的反渗透进水、浓水电导率曲线图；

图12是实施例中的反渗透进水钙硬和碱度之和的曲线图；

图13是实施例中的反渗透浓水钙硬和碱度之和的曲线图；

图14是实施例中的反渗透运行各段压力结果图；

图15是实施例中的反渗透产水和浓水流量历史统计图；

图16是实施例中的反渗透浓水细菌监测结果曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，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，冷却塔1上设有循环水进口2、循环水出口3、冷却水出口8、加药口4和补水进口5；自所述循环水出口3连接至所述循环水进口2的冷却水循环管路10上依次设有第一水泵6和热交换器7；该集成设备还包括冷却水水质在线监控装置20、冷却水处理效果监测装置30、药剂投加装置40、用水量及用药量统计装置、冷却水深度处理回用装置50和现场控制装置60。

在所述冷却水循环管路10上、且位于第一水泵6的两端并联有一取样管路70，所述冷却水水质在线监控装置20和冷却水处理效果监测装置30设置在该取样管路70上；所述冷却水水质在线监控装置20包括在线pH计21、在线电导率仪22、ORP在线分析仪23和在线缓蚀阻垢剂监测仪24；所述冷却水处理效果监测装置30包括两台在线腐蚀率仪31和32及在线污垢沉积监测仪33。

所述药剂投加装置40包括酸计量泵41，第一缓蚀阻垢剂计量泵42和第二缓蚀阻垢剂计量泵43，第一杀菌剂计量泵44和第二杀菌剂计量泵45、剥离剂计量泵、分散剂计量泵、絮凝剂计量泵46和还原剂计量泵47及与这些泵连接的药桶；所述酸计量泵41、第一缓蚀阻垢剂计量泵42、第一杀菌剂计量泵44、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10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中的液位计。

所述冷却水出口8通过冷却水回用管路80连接至所述补水进口5，所述冷却水深度处理回用装置50设置在所述冷却水回用管路80上；所述冷却水深度处理回用装置50包括依次连接的水箱51、第二水泵52、叠片过滤器或多介质过滤器53、超滤器54、保安过滤器55和反渗透膜系统56，所述水箱51的上游设有电动阀57，所述絮凝剂计量泵46连接至所述水箱51，所述第二缓蚀阻垢剂计量泵43、所述还原剂计量泵47和第二杀菌剂计量泵45连接至保安过滤器55的上游管路，所述第二缓蚀阻垢剂计量泵43、第二杀菌剂计量泵45、絮凝剂计量泵46和还原剂计量泵47用于控制冷却水回用管路80的水质。所述反渗透系统56的产水出口通过冷却水回用管路80连接至补水进口5，所述反渗透系统56的浓水水出连接至浓水池进行排污，即，所述反渗透膜系统57包括一段产水RO膜561和二段产水RO膜562，所述一段产水RO膜561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80连接至补水进口5，该两组产水RO膜的浓水出口连接至所述二段产水RO膜562的原水进口，所述二段产水RO膜562的浓水出口连接至浓水池进行排污，所述二段产水出口通过冷却水回用管路80连接至补水进口5。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。

所述现场控制装置60包括PLC、无线传输装置、远程服务器61和网页远程监控62。

在连接管路上设有压力计和流量计，所述冷却水水质在线监控装置20、冷却水处理效果监测装置30、药剂投加装置40、用水量及用药量统计装置、冷却水深度处理回用装置50及连接管路上的压力计和流量计均与所述现场控制装置60连接。

本发明用于循环冷却水自动处理和排污水回用的方法，采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：通过在线pH计21在线实时监测冷却水的pH值，并控制酸的加入；通过在线电导率仪22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50；通过ORP在线分析仪23在线实时监测冷却水ORP，并控制杀菌剂的加入；通过在线缓蚀阻垢剂监测仪42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；所有运行数据通过PLC无线传输至远程服务器61的数据库，用于远程监测和历史数据查询。取样水流经冷却水水质在线监测装置的过程中，缓蚀阻垢剂监测仪24监测缓蚀阻垢剂浓度，当缓蚀阻垢剂浓度低于设定值时，通过现场控制装置60控制第一缓蚀阻垢剂泵42动作加入缓蚀阻垢剂。在线pH计21监测冷却水的pH值，当pH值高于设定值时，通过现场控制装置60控制酸计量泵41动作加入酸。ORP在线分析仪23监测冷却水的ORP，当ORP值低于设定值时，通过现场控制装置控制第一杀菌剂泵44动作加入氧化杀菌剂。

冷却水处理效果监测步骤：通过两台在线腐蚀率仪31和32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；通过在线污垢沉积监测仪33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，发出报警信息，通过短信息、邮件方式将报警信息送达管理人；所有运行数据通过PLC无线传输至远程服务器数据库，用于远程监测和历史数据查询。取样水流经处理效果监测装置的过程中，在线污垢沉积监测仪33监测冷却水实时结垢和沉积倾向，当大于设定值时会自动提高现场控制装置60中阻垢剂浓度设定值，并且该现场控制装置60自动控制第一缓蚀阻垢剂泵42动作加入阻垢剂，两台腐蚀率仪31和32监测冷却水实时腐蚀倾向，当大于设定值会自动提高现场控制装置60中缓蚀剂浓度的设定值，现场控制装置60自动控制第一缓蚀阻垢剂泵动作加入缓蚀剂。

药剂投加步骤：根据在线pH计21、在线电导率仪22、ORP在线分析仪23、在线缓蚀阻垢剂监测仪、在线腐蚀率仪31和32及在线污垢沉积监测仪33的数据控制酸计量泵41，第一缓蚀阻垢剂计量泵42和第二缓蚀阻垢剂计量泵43，第一杀菌剂计量泵44和第二杀菌剂计量泵45、剥离剂计量泵、分散剂计量泵、絮凝剂计量泵46和还原剂计量泵47的运行时间和状态，从而控制冷却水和回用水的水质。上述各加药泵的运行由PLC根据各在线仪表数据控制，每个加药泵的运行的时间和状态通过PLC无线传输至远程服务器数据库，用于远程监测和历史数据查询。

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；统计数据通过PLC传输至远程服务器数据库中，用于远程监测和历史数据查询。

冷却水深度处理回用步骤：在线电导率仪22监测冷却水电导率，当电导率达到设定值，通过现场控制装置60控制电动阀57开启，将冷却水排入水箱51中，絮凝剂计量泵46同时动作，加入絮凝剂，通过絮凝剂计量泵46投加絮凝剂，当水箱51液位达到上限时，冷却水深度处理回用装置启动，冷却水经过叠片过滤器或多介质过滤器53，经过超滤器过滤后，通过第二缓蚀阻垢剂计量泵43加入阻垢剂，通过还原剂计量泵47加入还原剂和通过第二杀菌剂计量泵45投加杀菌剂，在经过保安过滤器55后进入反渗透膜系统，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；冷却水深度处理回用装置水流量，压力等检测数值通过PLC无线传输至远程服务器数据库，用于远程监测和历史数据查询。

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61，从而对远程服务器61进行控制，与此同时，远程人员以登录网页的方式实现网页远程监控62。本发明设备中的现场控制装置通过PLC控制设备中所有装置的启停，并将读取的运行参数和包括压力、设备状态、流量、冷却系统用水量和水处理化学品使用量，通过互联网无线传输至远程服务器数据库。远程人员可以实现实时监控数据，人工远程控制设备启停和更改设定参数。

本发明研究材料：

目前，在通过使用反渗透系统对冷却水进行深度处理并实现回用时，由于冷却水水质恶劣，会对反渗透膜造成污染，导致系统失效。为避免以上问题，传统工艺需对冷却水进行完善前置处理，导致前期投资高，运行费用高和占用场地大，中小冷却水系统用户无法安装使用。

冷却水水质污染反渗透膜污染主要包括以下原因：

(1)冷却水结垢，结垢产物污染反渗透膜；

(2)冷却水腐蚀冷却水系统管路，导致冷却水含铁离子高，铁离子沉积污染反渗透膜；

(3)冷却水含微生物过高，导致微生物沉积污染反渗透膜；

(4)冷却水浊度高，导致沉积产物污染反渗透膜。

本发明研究实验例如下：

一中央空调冷却水系统从2013年1月5号开始全面运行，该冷却水系统不仅包括前端冷却水的在线监控和控制系统，同时当冷却水浓缩运行到最高浓缩倍数时，浓水不是直接排放而是储存到水箱中开启排污水的深度处理，经过一系列的絮凝，杀菌，过滤和超滤处理，冷却水实现了最大程度的利用，反渗透系统产生的纯水进一步回到冷却水系统中做补水用，全年运行期间，通过智能加药管理和控制系统的有效控制，冷却水系统各项水质指标测试合格，系统无结垢、腐蚀、微生物和黏泥趋势，水质控制稳定，同时大大节约了化学品、人力和能耗，实现了科学有效的管理，同时反渗透系统全年产水量和产水压力安全稳定，大大降低了冷却水系统的全年补水量。

经过使用本发明设备进行冷却水的处理和回用，其结果如下：

(1)控制冷却水结垢：控制冷却水结结垢离子垢关键在于控制冷却水内硬度、碱度离子的浓度和冷却水中阻垢剂的浓度。通过在线电导率控制冷却水硬度、碱度离子浓度不超过上限值。通过在线缓蚀阻垢剂监测仪监测并控制缓蚀阻垢剂浓度，控制缓蚀阻垢剂泵的动作。本发明设备运行中，补水电导率为505，浓缩3.76倍计，通过在线电导率仪控制电导率值在1900us/cm左右波动，能够实时监测冷却水电导率，电导率控制稳定，当实际值高于设定值时，系统会自动开启排污，使冷却水的浓缩倍数一直控制在一个恒定的水平，排污是根据系统实际情况决定，完全不用依靠人力实现，并且控制稳定，如图2所示。

(2)在线缓蚀阻垢剂监测仪监测并控制缓蚀阻垢剂浓度，缓蚀阻垢剂和杀菌剂也实现了精确的控制投加，确保维持正常浓度。水中药剂能够始终保持在100ppm左右，如图3所示。

(3)钙硬加碱度控制比较稳定，冷却水硬度、碱度离子浓度没有超过上限值，钙硬加碱度之和始终小于1100ppm，满足国标中对冷却水钙硬和碱度之和的要求，未发生结垢，如图4所示。

(4)控制冷却水腐蚀：控制冷却水腐蚀的关键在于保持冷却水中缓蚀剂浓度的稳定。通过在线缓蚀阻垢剂监测仪监测并控制缓蚀阻垢剂浓度，控制缓蚀阻垢剂泵的动作。采用化学方法投加缓蚀剂控制，主要通过碳钢或黄铜等金属表面形成一层保护膜，将其与水中的空气隔绝，同时在缓蚀剂中加入荧光标记物，自动监测缓蚀剂浓度，自动控制缓蚀剂的投加。在线腐蚀率仪监测腐蚀速率，当腐蚀速率超标时自动增加缓蚀剂浓度。冷却水中缓蚀阻垢剂的浓度控制稳定，系统的腐蚀情况得到了非常有利的控制，水中铁离子浓度远远低于国标对铁离子浓度的要求(GB50050-2007，铁离子浓度≤1ppm)，同时在线腐蚀率监测到的腐蚀速率基本都在0.06mm/a左右波动，满足国标对腐蚀率的要求，如图5和图6所示。

国标3.1.6中规定碳钢设备传热面水侧腐蚀速率应小于0.075mm/a，铜合金和不锈钢设备传热面水侧腐蚀速率应小于0.005mm/a。碳钢和黄铜的挂片腐蚀率分析见表1，从表1中的数据可以得出挂片腐蚀结果分析：碳钢挂片腐蚀率均符合国家控制标准0.075mm/a以下，铜挂片腐蚀率均符合国家控制标准0.005mm/a以下，说明碳钢材质、铜材质腐蚀情况均在控制范围内。

表1挂片腐蚀率分析：

(5)控制冷却水微生物：使用氧化性杀菌剂控制微生物数量，通过在线ORP控制氧化性杀菌剂的投加量和浓度。控制冷却水微生物的数量，采用控制溴基氧化型杀生剂的投加，将冷却水中的总氯浓度维持0.2-1ppm2-3h。并且冲击投加非氧化型杀生剂，实验结果证明杀菌效果良好，如图7，通过在线ORP控制氧化性杀菌剂的投加量和浓度，ORP控制投加正常，ORP曲线控制平稳，每天ORP能加到设定值，每天有效药剂浓度都可维持2～3小时，并且能在350(对应总氯在0.3ppm以上)维持3小时，冷却水细菌数低于2万，远远低于国标要求的10万，如图8所示。

(6)控制冷却水浊度：当污垢超标时自动增加分散剂和阻垢剂的浓度。控制冷却水浊度，结果表明，冷却水浊度得到了非常有效的控制，浊度值远远低于国标要求的20NTU，冷却水浊度始终低于国标控制标准，在线沉积速率始终控制平稳，冷却塔填料和塔池干净，没有黏泥附着。如图9和图10所示。

(7)循环冷却水通过全自动远程控制，冷却水系统各项参数都非常稳定，冷却水水质满足反渗透进水水质要求，该中央空调冷却水经过本发明有效控制后，能够保证水质细菌和浊度都在国标控制范围内，同时冷却水电导率控制恒定且稳定，这样的水如果直接排放有些浪费，经过一系列的处理将冷却水处理后进入反渗透环节进行深层净化，反渗透处理工艺采用二级反渗透，每一级分两段，经过1年的运行，反渗透系统都很稳定，反渗透的进水电导率为1850-1950之间，钙硬加碱度控制比较稳定，水中的硬度和碱度之和在1050ppm左右，二者之和始终小于1100ppm，满足国标中对冷却水钙硬和碱度之和的要求。浓水的电导率始终维持在3500左右，浓水电导率稳定，如图11所示。反渗透的进水电导率在1850-1900之间，水中的硬度和碱度含量非常高，其中钙硬和碱度之和在1500ppm左右，经过反渗透浓缩后，最终浓水能到3000ppm左右。如图12和图13所示。

本发明研究实验例运行1年多系统没有出现过任何问题，反渗透的处理效果主要通过反渗透出水细菌，产水和浓水流量，以及各段膜的压力值变化来体现，其中反渗透出水细菌有效的控制在每毫升100个以内，产水和浓水压力及各段压力值越稳定越好。图14、图15和图16示出了控制结果，其中一级进水压力始终在1.00-1.01Mpa，二级进水压力始终保持在0.88-0.89Mpa，浓水压力始终保持在0.77-0.880.89Mpa，由此可见本发明的设备运行非常稳定。另外，对于反渗透二级这样高浓度的进水，钙硬和碱度之和约在1500ppm左右，如果这样的水质在冷却水系统中是必然结垢的水质，因为在冷却水中国标规定，钙硬和碱度之和不能高于1100ppm，超过1100ppm系统会有严重的结垢趋势，所以，对于冷却水系统，排污水中钙硬和碱度之和最高不超过1100ppm，采用本发明集成设备进行全自动冷却水处理完全能够保证冷却水出水各指标稳定，完全满足反渗透进水的要求。

本发明设备通过将冷却水的全自动控制和后续的反渗透工艺有效结合，实现继冷却水排污水的深化处理，可以解决冷却水结垢、腐蚀、微生物和沉积的问题，可以避免冷却水水质不良污染反渗透系统的目的，并通过冷却水处理系统和深度处理回用系统的集成和统一控制，不但减小了设备投资和设备体积，并且缩短了处理回用工艺流程和控制流程，最大程度的实现水的回收，从真正意义上实现节水。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

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。