国外最前沿的无药剂循环水处理

无化学品机械处理冷却水---通用磨坊查哈森厂

项目目的： 减少和/或避免对工厂制冷系统中冷却塔水的化学品处理，减少向环境中排放的化学品，

通过减少对有害物质的处理，提高工作安全性。

项目结果： 将无化学品循环水处理系统安装到制冷冷却塔系统后，得出以下结果：

● 避免在制冷冷却塔系统中使用有毒有害的化学品处理剂（杀菌剂、除藻剂和缓蚀剂）。

●  蒸发式冷却塔的用水量减少了 40%（每年减少 3,674,000 加仑），并对工厂的进水和生 活污水产生了作用。

● 减少冷却塔的软化水用量，从而减少软化剂的用量。

● 改善工人的工作环境。

● 每年工厂节省约 108,000 美元，在一次性 SAC（短期平均成本）中节省 35000 美元。

●  由于该项目的实施，通用磨坊公司在其它工厂安装了另外 18 台无化学品循环水处理系 统，从而改善了美国这些地方的环境状况。

查哈森工厂的项目回报期不到一年。 详细说明

背景和问题确认： 通用磨坊公司（GMI）位于明尼苏达州查哈森市的工厂有两个蒸发式冷凝器冷却塔系统，用于冷却食品加工和储存所需的氨制冷剂。水从集水池再循环到换热器，去除制冷剂中的热量。 随后水被送至冷却塔，去除换热过程中吸收的热量。在冷却塔中，水被喷到湿板上，得到最大 程度的蒸发和冷却，空气也吹过冷却塔，以促进冷却过程。冷却后的水被回收并抽回集水池， 在那里再次循环。向集水池中加入补水，以补充由于蒸发以及浓缩水稀释用水（排污）所造成 的水量损失。排污是指当水中结垢成分的浓度过高时，向下水道系统中排放的水。需要用化学 品方法处理补水，以避免出现导致冷却能力降低的结垢、腐蚀和生物附着物污垢。该厂有两个冷却塔系统，分别由四个和五个冷凝器组成，支持两个机舱，即 ER-1 和 ER-2。 每年大约有 245 天，水被喷在冷凝管上用于冷却制冷剂。1995 年，Randy Jacobson，一位工厂制冷操作工，通过提出在其工作场所和当地环境中处理危险化学品的问题，启动了该项目。在决策过程中，查哈森厂还利用外部资源进一步了解了处理危险化学品的影响。都市议会环境服务、工业废物和污染防治部的高级工程师 Nanette Geroux 帮助厂里的工人了解到，像 钼酸盐这样常用化学品的残留物会导致污水处理厂（POTWS）在有效利用污泥方面出现问题。明尼苏达州农业农艺部和植保部的农业化学顾问 Ruth Marston、部长 Greg Buzicky 和部门主管 Rick Hansen，对在冷却塔/蒸发式冷凝器系统中 使用杀菌剂和灭藻剂方面做出了进一步说明。实施综合虫害管理（IPM）的首要原则是，除非确定了所要消灭的害虫，否则不得使用杀 虫剂（除藻剂和杀菌剂都被视为杀虫剂）。也就是说在使用杀虫剂之前，你已经发现并确定了 问题，以及所有可能的解决方案。在控制你发现不了的害虫方面，“目标害虫”原则在使用杀 虫剂之前仍然适用。对于微生物和细菌“害虫”，“化学品用量”或“活性浓度”的标准是以 每一菌落形成单位的菌落数目（CFU）为基础。“活性浓度”指的是每 CFU 有 100000 到 125000 个菌落。这些浓度的菌落可能导致冷却塔结垢和冷却效率降低，因此必须加以处理。MDA 成 为一类抗微生物处理剂的原因之一，是为了减少从化学品处理冷却塔和冷凝器过程中排放到环 境中的杀虫剂进入国家水系统的用量。此外，工作环境（冷却塔维护）中的化学品、细菌吸入 和皮肤接触也会引起人身安全问题。

项目解决方案：自上世纪 90 年代中期以来，查哈森工厂一直在寻找替代化学品处理的冷却水处理方法。 我们在市场上发现了几种非化学品方法，但没有一种有效。在寻找过程中，我们所有的供应商 和联系人都希望我们能减少这些化学品的使用。查哈森工厂的无化学品处理目标与工业产品制造商代表--Power Process 不谋而合，1998 年，Power Process 的技术人员协助工厂实现了 2000 年不再使用氯化有机物的目标。1999 年底， A.W.Chesterton 以 Power Process 公司为代表向市场推出了一种新的非传统冷却水处理技术——无化学品循环水处理系统。该系统的制造商认为，这种技术能够在不使用化学品的情况下控 制冷却水中的水垢、腐蚀和微生物活性。此外，冷却水可以在较高的浓缩倍数下运行，从而减 少了补水的使用和排污。其他使用外协的工厂项目，包括明尼苏达州技术援助项目的实x i生，已经在推广减少工厂 用水的目标。在 1999 到 2000 年期间，由于对防止过敏原污染从一个产品传播另一个产品采取 了新的严格措施，下水道污水的浓缩倍数（生产线清洗）增加了大约 6-7 倍。由于增加了生产 线清洗作业，减少了过敏原污染，该工厂在 2000 年 4 月至 6 月期间的新（SAC）服务准入费为 135300 美元。因此，任何减少用水量的计划都使该装置受益，从而进一步提高了人们对 Power Process 技术的兴趣。一个由内部公司，外部公司和州资源组成的团队对这项新技术进行了评 估。项目合作伙伴来自以下小组。

明尼苏达州技术援助办公室         马塞诸塞州 OTA 都市环境委员会         明尼苏达州公用事业主管 工业废物服务部         明尼苏达州大学电力 ERPI 食品技术中心 Power Process        埃克西尔能源公司 Kriss 水处理产品公司        通用磨坊（GMI）公司和工厂人员 服务环境与工程公司 通过参与埃克西尔能源公司的定制效率和工程援助项目，埃克西尔能源公司成为了该合作项目的合作商。通用磨坊（GMI）的项目包括制冷节能改造与无化学品循环水处理系统的安装。 埃克西尔能源公司所提供的资金促使一项外部对比性研究能够证明这项技术的能力。所委托的 这项研究完成了无化学品循环水处理系统与化学品处理方法之间的对比性试验，该研究从2000 年 7 月 14 日开始，于 2000 年 10 月 17 日结束。 测试设计：查哈森厂采购了一台处理量 60gpm 的无化学品循环水处理系统（系统装置和分离器）， 并将该系统安装到 ER-1 的集水池上。将使用独立泵的过滤系统与集水池的另一侧连接，从废 水流中分离和去除沉淀物。ER-1 系统在最严格的测试条件下运行，包括：

1.  补水由软化水转变成硬度较高的自来水。

2.  该测试在夏季进行，此时冷凝器的负荷最大，水和化学品的用量最高。

3.  冷凝器的管束中结了大量的水垢，在测试开始时并没有进行清洗。

ER-1 化学品处理系统的部件保留在原来的位置（未使用），以确保在该技术无法实现其 所承诺功能的情况下继续制冷。ER-2 系统仍然使用软化水，主要通过化学品处理系统进行处理，与测试设计中的 ER-1 系 统做比较。研究开始时，在每个 ER 系统中分别装上了 30 个冷轧钢板挂片和 30 个镀锌挂片进行腐蚀 和微生物分析。补水管和排污管上均安装了流量计，每周记录读数。每周收集水样并提交给仕 必纯公司进行分析。另外，还要定期检查冷却塔系统集水池和冷凝器管上的积垢。

测试结果总结：总的来说，这两种处理方法（化学品处理和无化学品循环水处理系统处理），在这 92 天 的研究中表现出相似的性能，结果如下：

环境影响： 结垢现象 在两种处理系统中均未发现结垢。要注意的是，经无化学品循环水处理系统处理的 ER-1的补水中钙含量超过 200ppm，以 CaCO3 的形式存在（73 mg/L 的钙）。而经化学品处理的 ER-2 中的软化补水中钙含量低于 20ppm (1.0 mg/L 的钙)。利用无化学品循环水处理系统使冷却系统 中所使用的水更硬，而不再需要软化水。每周对污水的测量显示平均钙含量为 28mg/L。这表 明在测试过程中钙被不断的去除。在此次研究的第一个月，无化学品循环水处理系统不仅避免了结垢，还实际清理了现有系 统，从 ER-1 系统中去除了额外的 350 磅污泥。该系统还使剩余的垢在不使用酸的情况下更容 易去除，通常去除积垢时必须用到酸。

藻类/细菌生长通过肉眼观察，管束上未发现明显的细菌黏液。2000 年 10 月在 ER-2（化学品处理）中 发现了一些细菌性变色。在研究结束时，由于 ER-2 中的化学供料泵出现故障，其挂片的菌落 数非常高，每个挂片的菌落数达 6600000 个。表 1 汇总的是其他细菌测试结果的数据。在这项 研究中，ER-2 使用了两种类型的杀菌剂，一种杀菌剂含有次氯酸钠，另一种是碳酸盐的混合 液。在对这两个系统上进行研究期间，未发现挂片上有明显的藻类生长，2000 年 10 月，在化 学品处理过的 ER-2 的除雾器上发现了绿色藻类。表 1：细菌挂片的测试结果

注：EC-1（蒸发式冷凝器）和 EC-2 分别代表了 ER-1 和 ER-2。自无化学品循环水处理系统使用以来，由于微生物的生长减少，**提高了盘管板的效率， 如下图所示。

图 1——除雾器罩，在安装无化学品循环水处理系统前存在微生物积垢和结垢。

图 2——除雾器板，用化学品循环水处理系统处理一年半后无微生物积垢。 腐蚀测试

腐蚀挂片的测试结果见表 2。在所测试的挂片上没有发现凹坑。对于镀锌钢，经过无化学 品循环水处理处理的 ER-1 的腐蚀速率仅为经化学品处理的 ER-2 的三分之一左右。总的来说， 这两种处理方法都表现出极好的腐蚀抑制性，而无化学品循环水处理系统表现出从水冷却系统 中抑制腐蚀和避免使用缓蚀剂的能力。表 2：腐蚀挂片的测试结果

环境影响 用水量

表 3 汇总了两个系统按制冷吨位标准化后所记录的补水用量。该数据表明：使用无化学品 循环水处理系统处理后，补水减少了近 30%，在 90 天的研究中减少了大约 100 万加仑的用水。 由于使用了无化学品循环水处理技术，集水系统的水循环次数从 2 次增加到 6 次，减少了排污 量，进而减少了补水的用量。自从在两个冷却系统上安装了无化学品循环水处理系统，每年的 用水量减少了约 3,674,000 加仑。表 3：按吨位标准化后的补水用量

注：EC-1（蒸发式冷凝器）和 EC-2 分别代表了 ER-1 和 ER-2。

用电量蒸发率是根据补水和排污数据计算得出，表明 ER-1 具有略高的蒸发率。较高的蒸发率是 冷凝器管之间更快传热的结果，这说明提高了冷却系统的性能，降低了能耗。ER-1 的能效预 计增加了 10%，导致每年的用电量减少了 180 万千瓦时，根据埃克西尔能源的计算，相关排放 量如下所示：

● 二氧化硫        6200 磅

● 一氧化二氮        5900 磅

● 颗粒物        400 磅

● 二氧化碳        2445000 磅 化学品用量

下表汇总了 90 天测试期间，两种处理系统所使用的化学品。

表 1——制冷系统所使用的化学品总加仑量

化学品	无化学品循环水处理系统 （加仑）	传统系统 （加仑）	传统系统 （磅）
含有 氢氧化钠的防垢防 腐聚合物	0	720	6155
含二 亚乙烯氨基甲酸乙 酯和 二乙基二硫代氨基 甲酸钠的杀菌剂	0	21	207
含有次氯酸钠的杀菌剂	0	17	431

避免使用这些化学品**减轻了监管力度。

由于在两个制冷室的冷却塔系统上安装了无化学品循环水处理系统，查哈森厂每年实际 减少的化学品用量如下：

●620 加仑的氯溶液

●1900 加仑的硫酸和钼酸钠溶液

●3694 加仑的氢氧化钠和钼酸钠溶液

●330 加仑的生物和微生物杀菌剂 经济效益： 研究表明，无化学品循环水处理系统在不使用化学品的情况下可以有效控制与冷却水有关的问题。在研究期间，尽管使用了硬水作为补水，但在无化学品循环水处理系统处理过的 ER-1

系统的冷凝器管中未发现结垢或生物积垢。对碳钢和镀锌钢的腐蚀率也保持在很低的水平。 自从改用无化学品循环水处理系统以来，查哈森厂每年所节省的费用如下：

减少的化学品用量               $68,000   

降低的水/污水处理成本        $13,500

预计用电量                         $12,000

盐软化剂                            $7,300

每年节省的总费用                $108,000

一次性污水处理费                $35,000

（可避免成本） 具有以下无形的经济效益：

● 保持积极的员工关系，使员工能找出并协助解决工作环境中的问题。

● 极大减少排放到环境中的化学品。

● 通过减少对危险化学品的处理，改善员工的工作环境。

● 减少化学品泄漏的风险。

注：另外 18 台已安装到其它 GMI 厂的无化学品循环水处理系统，将以上测试结果推广到 国家的其它地区和工作环境。

公司承诺和对环保项目领导能力 该项目只是通用磨坊及其查哈森厂全面承诺防止污染和减少废物的一个方面。公司的承诺

包括制定策略、价值观、激励目标和绩效测评。通用磨坊在安全和环保方面制定了以下策略： “通用磨坊的策略是以促进工作场所安全和保护环境的方式管理其业务”。查哈森厂已经制定 了包含废物最小化的层次结构和避免跨介质转移的策略（避免问题发生 vs 将问题从一个废物 区转移到另一个废物区）。

通用磨坊确立了以下价值观：

● 污染和泄露是可预防的。

● 我们所做任何事情都不能破坏环境。

● 每个人都有责任保护环境。 为了贯彻这项政策并信守既定的价值观，通用磨坊制定了环保标准，其中包括持续改进的

要求，以尽量减少工厂的废物和排放物，并尽量减少跨介质转移。根据这些标准，每个厂都制定了目标以满足这些标准。

自查哈森厂成立以来，已实现的项目和目标如下：

● 使用散装运输系统，每年减少 620 吨的包装废物。

● 每年从总固体废物中回收 90-95%。

●  去除 20 磅以上的液态氯化有机物、CFCs（氯氟烃）、HCFCs（氢氯氟烃），含石棉材 料、危险日光灯及灯泡，以及含 PCB（多氯联二苯）的灯光镇流器。

由员工处理杀虫剂。 跟踪绩效与目标，并在组织内的各层级为拿计时工资的员工制定环保激励机制。通用磨坊为执行这些政策提供规划、培训会和支持。这个项目就是从这些例行会议中产生。 创新方面：

该项目之所以具有创新性，是因为以下原因：

1.  该项目反应了员工在减少接触有害化学品的和杀虫剂方面的诉求。

2. 该项目针对的是一个运行区（工厂制冷冷却塔），而不是一个改善环境或节省成本的 示范区。

3. 该项目利用了商业、**、公用事业和学术界人士所组成的团队，在不中断电厂运行 的的情况下，进行了全面测试。该团队利用来自化学品供应商、环保机构、基础设施供应商和 学术界的不同观点明确了本次测试存在的积极性与消极性，这将有助于进一步确立一个全面的 测试设计。

4. 该项目确定并验证了一种新型无化学品机械处理冷却塔水的技术，同时提高了冷却塔 系统运行效率，减少了工厂员工对有害物质的处理，减少了工厂用水（进水和废水）、减少了 工厂能耗并降低了化学废物对环境的影响。

示范作用： 该项目已成为通用磨坊厂的一项新的、最佳可用技术（BAT）。当一个系统被定义为 BAT

时，它就会成为所有通用磨坊厂的标准。到目前为止，通用磨坊厂已安装了 18 台无化学品机 械处理系统，并在工厂内运行。另外 4 台系统的采购订单也在处理之中。

通用磨坊公司（Dotti Shay）和服务环境与工程公司（Hubert Huls）利用明尼苏达州的技 术援助项目，在明尼苏达州污染控制机构的测试结果研讨会上展示了这项研究的结果。这引发 了州内的讨论，促使马萨诸塞州技术援助办公室在美国能源部的《绿皮书》中发表了《战略环 保合作绿皮书技术总结报告》。这导致通用磨坊公司几乎每天都收到来自其公司内外的咨询——请求提供关于这个系统的详细信息。

根据经济分析，所有容量超过 500 吨的冷却塔都可以从这种无化学品技术中获益，不管它 们是属于制造厂、办公楼还是其他应用。根据冷却塔研究所的数据，美国大陆共有 75 万台冷 却塔，容量超过 1000 吨的冷却塔有约 25 万台。从这些州的数据来看，仅明尼苏达州就有 2 万到 3 万台超过 500 吨的冷却塔。根据 GMI（通用磨坊公司）的研究和推算的平均化学成本——每年每制冷 1 吨需要 12 美元，25000 台 500 吨装置，明尼苏达州能够产生以下积极的环 境影响：

●每年减少化学品采购、使用和排放成本 3000 万美元。

●每年节约 35 亿加仑的用水。

●每年节约 17 亿千瓦时的能源，并减少相关的有毒和温室气体排放。 通用磨坊公司发现，这项技术在污水、水和能源成本都不同的各个地区都具有成本效益。

在全国范围内安装的另外 18 台无化学品循环水处理系统就证明了这一点。此外，在水资源不 如明尼苏达州水资源丰富的其它州的工厂，这些稀缺资源可以保存起来用于其他用途，同时保持和提高其生产效率。

这都什么鬼

楼上的海川朋友：具体什么工艺，安装条件，达到什么样的标准。原理及结构。

动力中心 发表于 2019-9-11 09:25
楼上的海川朋友：具体什么工艺，安装条件，达到什么样的标准。原理及结构。

水力空化是指在液体经过的管道某处人为制造低压强、高流速的状态，当液体压强小于饱和蒸汽压时，液体中的气泡就会不断膨胀，体积变大。而随着流体运动，气泡到达高压强、低流速区域之后，气泡就会塌缩、爆裂。现象气泡的寿命约0.1μs，它在急剧崩溃时可释放出巨大的能量，并产生速度约为110m/s、有强大冲击力的微射流，使碰撞密度高达1.5kg/cm2。现象气泡在急剧崩溃的瞬间产生局部高温高压（5000K，1800atm），冷却速度可达10的9次方K/s。——以上来自百度，国内对空化现象的研究也很多，有兴趣可以看看。
该工艺是利用水力空化的能量达到除垢和杀菌灭藻的效果。除垢是指在空化作用下碳酸氢盐生成碳酸盐沉淀、二氧化碳和水，类似烧水。再将沉淀过滤出来。杀菌灭藻的功能国内研究的是最多的，网上很多资料更有说服力。
安装条件只要是循环冷却水，补水是正常的地表水、地下水、自来水都可以，不要轻信某些零排放技术补充脏水。
能达到的标准，因为这套系统还集成了过滤系统，就像水下吸尘器一样来控制浊度，国外运行的系统水池能达到游泳池的清澈度，系统没有粘泥和结垢，细菌藻类也比杀菌剂控制的好，有兴趣我这边有个客户的试用报告，数据比较详细。

能否提供国内实施具体案例？
微信：fasle_fox

有最新的技术信息吗？谢谢！

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