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摘要：針對北京地鐵復八線空調循環冷卻水系統運行過程中的節水問題，在理論研究的基礎上，通過采用旁流式過濾技術和化學藥劑相結合的方式，對天安門西站的冷卻水系統進行了改造。通過不同的處理方式進行技術性和經濟可行性比較，找出適合地鐵冷卻循環水處理的方法。

關鍵詞：循環水旁通過濾器節水效果

一、情況概述：

北京地鐵復八線西起復興門站，東至四惠東站，全線共設13座車站，是北京地鐵建設史上第一條設計安裝有中央空調系統的地鐵線路。車站全部采用水冷式制冷機做為站內環境溫度控制。在機組運行過程中循環冷卻水的損失量很大，已成為北京地鐵用水量最多的設備。北京是一個缺水的大都市，市政府對節水要求很高，而且，水費又在不斷的提升，使制冷系統的運行費用在地鐵公司總的費用中也占據了一定的比例。

節約用水，降低運行費用是地鐵運營公司的首要任務，首先我們要確定可以節約的水量在哪里？

在制冷機運行季節，正常的蒸發量和合理的飛濺損失量是無法回收的，只有通過相應的水處理技術和設備來合理的減少排污水量。也就是說：減少排污量是開展節約用水工作的重點⑴

在制冷機運行過程中，由于水的溫度是通過蒸發而降溫的，在蒸發過程中也是水質濃縮的過程，系統中水質硬度隨著濃縮過程的進行而增加，其表現出的結垢傾向會隨著濃縮倍數的增加而增加。如果僅采取簡單的減少排污量，甚至不排污的方式，蒸發器內管和冷卻塔上會出現嚴重的結垢現象，造成能耗增加和檢修工作量增加，這種代價是不合理的和不可取的。所以為了避免這種代價的交換，應選擇好合理的濃縮倍數，適量排污。或選擇好的水質穩定技術和相應的技術改造，以達到更好的水處理效果和減少更多的排污⑵。

濃縮倍數的選擇是根據水質情況來確定的，循環冷卻水的蒸發和排污與循環水量、溫差、濃縮倍數等因素相關。在沒有采用過濾器前，運行期的分析數據見表一：

表一2003年天安門西站運行期冷卻水平均分析數據站點名稱PH值TDSmg/l總硬度mg/l氯離子mg/l最低濃縮倍數最高濃縮倍數平均的濃縮倍數

天安門西8.821043636771.144.222.54

按照常規預測：一套循環水量在500M3/H的系統，當濃縮倍數在2.54時，它的排污量大約在2M3/H，每天運行12小時，每天的排污量在24噸，而當濃縮倍數提高到5時，排污量下降到0.75M3/H，每天是9噸，減少15噸。

如果一個系統可以每天節水10-20噸，整個沿線的節水率是非常可觀的。按每年運行時間120天計算，13個站，每個運行季節可以節水22000噸，按每噸水5.7元計算，節約費用大約是12.54萬元，其節水的社會、環境效益和經濟效益非常顯著的。隨著對環境和節水要求的日益提高，循環冷卻水“零”排污技術的推廣和應用是國內水處理界的新技術目標。

二、解決方案----化學處理與旁流過濾技術結合：

在理論上，大幅度提高循環冷卻水運行的濃縮倍數是可能的，在技術上是可行的，一些文獻還提出冷卻水處理的“零”排污方案。這種方案是利用化學水穩定劑的處理技術與旁流過濾設備相結合來達到目的⑶。

在冷卻水運行過程中，冷卻塔是開放式運行，塔上的污物很多，像風沙帶進的懸浮物，破碎的塔片和在冷卻塔上滋生的藻類粘泥，這些污物在冷卻水運行過程中，會在流速低的地方沉積，造成水的濁度增加；也會導致水中成垢物質結集在一起，形成垢質，沉積在換熱面上，影響換熱效率。冷卻水的排污，實際上就是通過增加的新水降低這些污物的影響。如果能夠通過過濾器的方式將冷卻水中的懸浮物，藻類粘泥和風沙及碎塔片等過濾去除，是可以提高運行水的濃縮倍數，減少排污量的。

常規的物理過濾處理是在循環管線上，安裝一個管道過濾器。大部分管道過濾器采用單層濾網直接阻擋機械雜質。由于管道水的正面壓力，濾網很容易堵塞，而小于孔徑的雜質依然會透過過濾器。我們采用旁流精確過濾的方式，是通過安裝旁路精密管道過濾器的方式，將冷卻水中的懸浮物，藻類粘泥和風沙及碎踏片等過濾，提高運行水的潔凈度。該過濾器采用剛性濾網與復合纖維組成，多層過濾，不但有機械阻擋作用，還具有溶膠吸附作用，不僅能吸附小于孔徑的雜質，還能吸附部分水溶性物質，如：銹水、膠體等。這種過濾器盡管也是串聯在管道中，但由于采用了切向進水，水在容器中形成漩流，這樣，大的雜質由于離心力的作用向外擴散，進而靠重力下移，過濾層在中心出水管四周。另外由于向心力的作用，水對過濾層的正面壓力減小，因而為吸附過濾制造了條件，即吸附的雜質不易因為水壓而透過過濾層。不但如此，圍繞中心出水管而旋轉的水流對擋在過濾層外面的雜質還有沖刷作用（用水流對過濾層的剪切力自動清洗）。向心力形成的旋渦促使雜質向下集中，這樣，自動控制系統就可適時的將雜質排出。這種過濾的特殊結構巧妙的使水流產生離心力、向心力、剪切力、漩流沉淀，因此，具有過濾效果好，不易堵塞，工作可靠的特點。

雖然過濾器并聯安裝在循環系統中，但通過的水量只是循環水量的5%左右，對系統總的循環流量影響不大，即使過濾器發生堵塞，也不會對整個系統運行有影響。如果采用串聯方式，利用壓差排污，對系統的總流量是有影響的，會減少系統循環水量，會直接影響換熱效率，如果發生堵塞，系統運行將有困難。

三、試驗數據分析：

我們通過近幾年在地鐵復八線實際冷卻水處理技術的實施和對水質等問題的了解，及對現場管理和運行模式的認識，我們認為，在地鐵復八線推廣“零”排污技術是可行的，通過技術實施和雙方協商好的運行方式，可以獲得相當大的節水效果。

2003年開始，我們對整個復八線的濃縮倍數提升做了一些嘗試，將部分站點的濃縮倍數達到6左右，總硬度達到1000以上。在這個硬度下運行，結垢傾向會很嚴重。由于天安門西站原設計的水箱不合理，每次停機水都有泄漏問題，2003年運行期濃縮倍數只有2.54。在2004年，我們采用了采用旁流過濾方法，安裝了一臺20M3/H的精密旁通過濾器，具體安裝見附圖：

運行期間，我們請中石化集團的水處理藥劑評定中心進行水樣抽檢和腐蝕掛片檢驗，其中水樣分析報告和掛片數據見表二和表三⑶⑷⑸。

分析項目自來水循環冷卻水

總硬度mg/l280-360900-1700

總堿度mg/l200-250500-770

氯離子mg/l30-46163-352

濃縮倍數6-8

按照濃縮倍數7計算，排污量為0.6M3/H，每天的排污量為7.2噸，與2003年比，每天節水16.8噸。達到了預期的目的。

從運行效果看，整個運行期，制冷機沒有出現任何結垢跡象，從腐蝕掛片的腐蝕率看，效果也很好。

表三腐蝕率數據懸掛掛片號材質腐蝕率

mm/年說明

2157碳鋼A30.1017掛片露出水面，所以偏高

2152碳鋼A30.0804

2198碳鋼A30.0679

2178碳鋼A30.0483

2151碳鋼A30.0580

2176碳鋼A30.0411

2179碳鋼A30.0388

平均值0.0623

6141黃銅0.0013

6145黃銅0.0011

6144黃銅0.0002

平均值0.0008

國家行業規范要求：開放式水處理系統腐蝕率允許值：≤0.125mm/年，我們的實驗數據表明均符合國家水處理規范要求。

四、實施方案和節約的費用：

我們在循環管道上引出一條旁路，水量是總循環水量的1/20，安裝一個精密過濾器，水通過精密過濾器過濾后，再返回到運行管線中。設備費用大約在8200-10000元

采用精密過濾器的綜合效益可以從幾個方面統計：

1.節水量：每臺制冷機可以節約用水10-20噸/天，節水總量在23400噸

2.節省費用：按每噸水5.7元計算，全年節水費用達到13.34萬元。

3.節能源：當采用旁流過濾技術后，水的潔凈度增加，在冷卻塔上的附著量減少，提高了冷卻塔的換熱效率，相當節約了能源消耗，估計至少可以降低5-10%的能源消耗。

4.節約水處理藥劑：水處理藥劑是按照補充水量投加的，當采用過濾器后，補水量降低，加藥量也可以節省10%左右。

安裝一臺旁流過濾器的成本從一年的節水和節電、藥劑費用中就可以收回。

五、結論

通過我們在地鐵天安門西站進行化學水處理與旁通過濾技術聯合應用試驗表明，在滿足國家對循環水的行業標準的前提下，可以大量減少排污量，節省水資源。從而真正實現冷卻水系統的零排污運行模式，會為北京地鐵贏得更好的社會影響和經濟效益。如果在地鐵和相關單位推廣應用、將會產生巨大的社會效益、環境效益和經濟效益。

六、參考文獻：

1.金熙等編《工業水處理技術問答及常用數據》北京.化學工業出版社，1997年，274-290

2.齊冬子編《敞開式循環冷卻水系統的化學處理》北京.化學工業出版社，2001年，8-10，169-181，212；

3.中石化總公司水處理藥劑評價中心實驗報告，2004年,未發表；

4.北京宇清源水處理技術開發有限公司，2003年地鐵運行總結報告未發表；

5.北京宇清源水處理技術開發有限公司，2004年地鐵運行總結報告未發表；