我國是一個水資源嚴(yán)重短缺的國家，全國600多個城市中有近一半的城市缺水，而且缺水量逐年增加。與此同時，約有1/3的工業(yè)廢水和4/5的生活污水未經(jīng)處理直接排入江、河、湖、海，據(jù)統(tǒng)計2011年我國廢水排放總量659.2億噸，2012年為684.8億噸，2013年為695.4億噸，2014年為716.2億噸，呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，使水環(huán)境受到了嚴(yán)重的污染。水資源的匱乏和嚴(yán)重污染制約著我國經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展，污水處理成為水處理工作者最急迫的工作。
目前，國內(nèi)外污水處理或循環(huán)水零排污的主要途徑為高濃縮倍率的循環(huán)水系統(tǒng)排污水和各種生產(chǎn)污水經(jīng)過膜法處理后，處理水再返回循環(huán)水系統(tǒng)或作他用;排掉濃水繼續(xù)經(jīng)過濃縮器和結(jié)晶器，把鹽類分離出來，濃縮和結(jié)晶過程中產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)冷卻后，把冷凝水返回循環(huán)水系統(tǒng)或作他用。這種工藝操作繁瑣，成本高，很難在全世界的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)推廣和普及。
欣格瑞(山東)環(huán)境科技有限公司查閱大量文獻(xiàn)、借鑒國內(nèi)外先進(jìn)水處理技術(shù)并與十幾年的水處理經(jīng)驗相結(jié)合，經(jīng)過數(shù)百次實驗，深入研究了“污水回用于循環(huán)水系統(tǒng)零排污整體解決方案”，可以實現(xiàn)廢水經(jīng)簡單處理后回用于循環(huán)水系統(tǒng)不排污或少排污，利用循環(huán)水系統(tǒng)自身優(yōu)勢促使污水被降解、消耗，且保證循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備長期運(yùn)行不結(jié)垢、不腐蝕，實現(xiàn)企業(yè)廢水低成本的零排污。
一、實驗室研究成果
1、取某焦化廠廢水，具體分析結(jié)果如下：
2、旋轉(zhuǎn)掛片試驗
在溫度45℃條件下，零排污阻垢緩蝕劑不同濃度加到廢水中，轉(zhuǎn)速調(diào)至80r/min，燒杯不加蓋自然蒸發(fā)，每隔1-2小時向燒杯中補(bǔ)加含有對應(yīng)零排污阻垢緩蝕劑的試驗用水，使液面保持在原始刻度。試驗金屬材質(zhì)選用20#碳鋼、70銅、304不銹鋼連續(xù)運(yùn)行47天。
(1)金屬污垢沉積率匯總
注：整個試驗過程中70銅、304不銹鋼試片沒有污垢附著。
(2)金屬腐蝕速率匯總
結(jié)論：根據(jù)以上試驗，藥劑加藥量600mg/L效果最好，可以滿足廢水回用于循環(huán)水系統(tǒng)長期正常運(yùn)行。
2、動態(tài)模擬實驗
用試驗管放入換熱系統(tǒng)內(nèi)測定其污垢熱阻、污垢沉積率和腐蝕速率，再在進(jìn)口和出口分別放入碳鋼、銅、不銹鋼試片輔助測定金屬的腐蝕速率，從而確定藥劑的阻垢和緩蝕性能。試驗條件：
循環(huán)水量：180L/h 保有水量：100L 蒸汽溫度：99±1oC 流速：1m/s
進(jìn)口水溫：30±2 oC 加藥濃度：600mg/L 時間：51天零排污運(yùn)行
實驗結(jié)果：
由動態(tài)模擬試驗結(jié)果表明：當(dāng)添加零排污緩蝕阻垢劑600mg/L，可使廢水在循環(huán)水系統(tǒng)中無限濃縮，且各項指標(biāo)均(如腐蝕率、污垢熱阻值、粘附速率)優(yōu)于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范GB50050-2007》的要求。
一、零排污技術(shù)理論探討
1、循環(huán)水系統(tǒng)具有污水處理的所有條件：
(1)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)具備廢水處理所需的厭氧、好氧、升溫催化及無限循環(huán)的最佳環(huán)境。廢水停留時間長，直到變成水蒸汽為止。
(2)循環(huán)水系統(tǒng)能滿足菌藻生長所需要的氧氣、溫度、營養(yǎng)、光照等環(huán)境，好氧、厭氧、產(chǎn)氣、產(chǎn)酸、產(chǎn)堿等多種微生物群落可以生存，對廢水中的有機(jī)物、氨氮、酚、氰等有毒有害物質(zhì)的降解更全面、更充分、更徹底。
(3)循環(huán)水系統(tǒng)保有水量大，抗廢水沖擊能力強(qiáng)，對廢水有很好的稀釋作用，有利于各種微生物的生長繁殖和對有機(jī)物的代謝及降解。
(4)循環(huán)水在通過循環(huán)泵后的加壓、換熱器的加溫過程中，對有機(jī)物的氧化還原反應(yīng)起到了促進(jìn)或催化作用。
2、零排污緩蝕阻垢劑同時含有強(qiáng)酸基團(tuán)(一S03H)、非離子基團(tuán)(—C—O—R、—R—O—R、—OH)、弱酸基團(tuán)(一COOH)。這些基團(tuán)經(jīng)有效結(jié)合，能產(chǎn)生最佳協(xié)同效應(yīng)。在污水回用循環(huán)水系統(tǒng)零排污運(yùn)行中同時具有除垢、除銹、預(yù)保護(hù)膜、阻垢、分散等功能。
(1)緩蝕功能：在系統(tǒng)中存在兩道防腐線，一是在運(yùn)行中通過螯合、分散功能除掉整個水系統(tǒng)中形成的老垢和銹蝕產(chǎn)物，這就等于除掉了腐蝕電池的陰極，使以電化學(xué)腐蝕為主的水系統(tǒng)只剩下金屬陽極，從根本上阻止了腐蝕;二是捕捉水中的重金屬離子在金屬表面形成氧化膜、吸附膜、沉積膜混合而成的保護(hù)膜，使金屬處于鈍化狀態(tài)，從而將金屬與水中的腐蝕性氣體、離子隔離開，降低腐蝕趨勢。
(2)阻垢功能：溶于水后發(fā)生電離，生成帶負(fù)電性的分子鏈，能與Ca2+形成可溶于水的絡(luò)合物或螯合物，從而使無機(jī)鹽溶解度增加，起到阻垢作用;溶于水后吸附在無機(jī)鹽的微晶上，使微粒間斥力增加，阻礙它們的聚結(jié)，并使其處于良好的分散狀態(tài)，從而防止垢物的形成;吸附在無機(jī)鹽晶核或微晶上，占據(jù)了一定位置，阻礙和破壞了無機(jī)鹽晶體的正常生長，減慢了晶體的增長速率，從而形成沒有附著能力的水渣。
(3)分散功能：由于非離子基團(tuán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對體系中的生物粘泥具有很好的滲透、分散、剝離作用，能保證數(shù)百到近千的濁度也不會形成粘泥沉積，且還具有一定的殺菌增效作用。
(4)運(yùn)行除垢功能：通過多種不同性質(zhì)的基團(tuán)，對系統(tǒng)中各種不同性質(zhì)的污垢進(jìn)行滲透，消溶、剝離、分散、絡(luò)合及強(qiáng)化絡(luò)合處理，將其溶入水中予以清除，保障設(shè)備表面清潔，露出金屬本體，在運(yùn)行中將粘泥、硬垢、銹蝕產(chǎn)物等除去。
二、廢水回用循環(huán)水系統(tǒng)零排污系統(tǒng)改造
1、在動態(tài)模擬試驗過程中，污水中的懸浮物、無機(jī)鹽形成的水渣開始在水流緩慢的儲水池底部沉積，當(dāng)污垢沉積到達(dá)循環(huán)水泵吸水口高度時，循環(huán)水的濁度迅速上升且換熱設(shè)備換熱效果開始下降，在循環(huán)水回水管道上增加一支并聯(lián)的旁濾裝置，過濾量為循環(huán)水流量的10%，循環(huán)水懸浮物、換熱器換熱效果趨于穩(wěn)定。《工業(yè)循環(huán)水設(shè)計規(guī)范》規(guī)定循環(huán)水系統(tǒng)要有旁濾裝置，旁濾流量為循環(huán)水流量的1%-5%，考慮到污水的特點(diǎn)和零排污的要求，建議在循環(huán)水系統(tǒng)安裝旁濾設(shè)備，濾料建議使用石英砂，旁濾流量建議為10%-15%。
2、在動態(tài)模擬試驗過程中，金屬設(shè)備污垢沉積率、腐蝕率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《工業(yè)循環(huán)水設(shè)計規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，但掛入儲水池的水泥板在硫酸根含量超出10000mg/L時出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，且隨著零排污濃縮倍數(shù)的提高，水泥板腐蝕加劇。建議污水回用循環(huán)水系統(tǒng)定時適量從儲水池底部排出部分污水，經(jīng)過絮凝沉降、生化處理后再回用，以降低生產(chǎn)的隱患。或在循環(huán)水系統(tǒng)回流水管道上增加一支并聯(lián)的小型沉淀設(shè)備，投加絮凝劑和專用除鹽劑，上清液回用循環(huán)水系統(tǒng)，沉積物進(jìn)行壓濾除去。
三、結(jié)論
利用循環(huán)水系統(tǒng)本身設(shè)施進(jìn)行簡單改造，配合化學(xué)穩(wěn)定處理技術(shù)，可以實現(xiàn)污水回用循環(huán)水系統(tǒng)零排污。這項技術(shù)是目前污水處理、水資源節(jié)約最簡單最高效的方法，是根治污水排放最有效的措施，雖然技術(shù)上還有一些難點(diǎn)亟待攻關(guān)，但為污水處理、水資源的潔凈提供了一條劃時代的研究之路，在水處理工作者不斷地研究中，污水排放將成為歷史。
