浅谈水处理技术在大科学装置运行中的应用

2014-12-23张琳琳文宇栗青

中国科技纵横 2014年24期

关键词：超纯水原水结垢

张琳琳文宇栗青

(1.中国科学院高能物理研究所通用运行部,北京 100049;2.天津外国语大学后勤管理处,天津 300204)

浅谈水处理技术在大科学装置运行中的应用

张琳琳1文宇2栗青1

(1.中国科学院高能物理研究所通用运行部,北京 100049;2.天津外国语大学后勤管理处,天津 300204)

简述了水处理技术在大科学装置中的应用,主要使用的水的类型。详细介绍了(1)超纯水的处理流程和使用高硬度原水时运行维护的注意事项;(2)冷却循环水的处理方法和运行时需要注意的事项。为高硬度原水超纯水及冷却水、冷冻水循环系统提供了方案设计、运行、管理经验。

水处理超纯水流程冷却循环水处理

水是大科学装置运行过程中必不可少的物质,由于大科学装置性质的不同,对水质的要求也不同。在正负电子对撞机大科学装置运行的过程中,无论是直线加速器中的正电子源、加速管、速调管还是储存环中的磁铁、真空盒、高频腔,以及谱仪,都会在运行过程中散发大量的热量,而设备本身及运行环境的温度都要求稳定,因此需要大量循环水进行冷却,水循环时所经过的设备不同,对水质的要求也有较大差别。根据需要,给予这些循环水不同的名称:一次循环水(超纯水)、二次循环水(冷却塔或冷冻水循环水)、原水。

1 超纯水处理系统

由于正负电子对撞机输送的是高能量正负电子束,且很多需要水冷的设备都通有较高电压或者电流,因此对一次循环水的电导率要求很高,要求经过管道及泵站循环后的一次水电导率小于2μs/cm。这就需要有一套满足电子EWⅠ级出水标准的超纯水系统进行水处理。

1.1 超纯水系统运行流程

原水依次经过前级处理、微滤、一级反渗透、二级反渗透、电渗析、UV254 、UV185、膜脱气、抛光树脂等处理流程,使出水达到17．8MΩ。

前级处理包括多介质过滤器、活性炭吸附柱、软化器,通过多介质过滤原水中的粗颗粒物,活性炭吸附水中的有机物,软化器将水中的Ca2+,Mg2+置换为Na+,降低水的有效硬度,微滤拦截水中可能出现的细小颗粒,一、二级反渗透膜进一步去处水中的离子,降低出水的电导率。之后经过电渗析、UV254 、UV185、抛光树脂进一步去除水中的离子,杀菌,降低TOC,提高出水电阻。为有效降低一次循环水对设备可能的腐蚀,需要降低超纯水中含氧量,使一次循环水的供水和补水中的含氧量保持在30ppb以下,因此终端出水需要经过膜脱气系统,且使用氮封水箱作为终端水箱。

该系统使用的原水电导率高达1100μs/cm,为延缓反渗透膜结垢、运行压力增大的趋势,必须保证软化器工作的有效性。因此每日需定时对软化器出水进行硬度检测,以确定软化器是否失效,该步骤非常关键,通过该检测可有效减少软化器失效时间,根据运行安排灵活掌握软化器再生开启时间,降低前级出水有效硬度高对反渗透膜的不利影响(包括结垢,运行压力增大),有效延长膜的使用寿命,减少更换膜的次数和反渗透水泵压力升高引起的电耗增加,节约系统运行经费。

1.2 一次循环水旁流处理系统

一次循环水是与设备直接接触进行冷却的水,为保证在大约320日连续循环运行的情况下电导率仍然满足要求,需要对该循环水进行旁流处理。使系统中的部分水流经5u过滤器,离子交换树脂,1u过滤器,通过这套装置不断的循环来控制系统水中的电导率,每一套系统都安装电导率现场显示和远传装置,以便更好的观察电导率的变化。

2 二次循环水处理系统

二次循环水就是对一次循环水进行冷却的水源,二次循环水分冷却塔循环水和冷冻循环水。

冷却塔循环水经重复使用后会发生浓缩, 导致水质恶化, 使循环冷却水系统腐蚀、结垢及粘泥［1］。

水在开放式循环过程中不断的蒸发,导致水中的盐分不断被浓缩,容易形成主要成分为碳酸钙、硅酸钙、硫酸钙的盐垢［2］,为降低盐垢的形成速度,目前常用的主要有软化法、中和法、排污法、加入阻垢剂法。前三种方法运行过程中或运行费用高,或不利于水资源的循环使用,因此使用了加入阻垢剂法,该方法使用简便,设置一套自动定时加药装置,控制系统水PH值在要求范围内即可。为监测阻垢剂对金属的腐蚀情况,每次开机前均放置腐蚀试片,停机后对试片进行称重测量,根据多年运行数据观测,试片腐蚀率较低,在允许范围内。

开放式循环系统由于温度、溶解氧和营养物质特别丰富,会促进微生物的不断的滋生繁殖,进而生成大量的微生物粘泥。粘泥也是污垢的主要成分之一,且一旦生成很难进行处理。因此运行过程中必须定时添加杀菌剂阻止微生物的产生。

同时根据温度、循环水量、空气质量的变化调整杀菌剂添加的剂量和频率。

冷冻循环水为闭式循环,为降低在循环中结垢现象使用软化水作为原水。在循环过程中没有水分蒸发、曝气过程,水质较好,只需定期使用软化水补充渗漏量即可。

二次循环水通过热交换器对一次循环水进行冷却,因此二次循环水的水质不能有太多大颗粒物,以防在热交换器内造成流通不畅,且会因结垢加速对热交换器的腐蚀,引起内漏。因此需要对经过冷却塔冷却的二次循环水使用压差过滤器进行过滤处理,保证二次循环水水质。当过滤器压差达到预先设定数值时,系统自动启动反冲洗装置,保证滤网的清洁度和过滤器的压降满足要求。