CN101092258A - 膜集成工艺处理高温凝结水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种膜集成工艺处理高温凝结水的方法,用于净化处理过锅炉热蒸汽高温凝结水,属于水处理和热能回收技术领域。本法用孔径为0.01~1μm的微滤或超滤膜,在0.01~1.5MPa压力下,对温度为50℃~95℃的高温凝结水进行过滤,截留水中的大部分油、胶体及悬浮物杂质,然后进行后续的吸附或进一步采用离子交换处理,本发明解决了常规处理方法处理效果不稳定,需频繁更换吸附材料的问题,实现处理出水达标回用,为相关企业的高温凝结水处理与回用提供了一条稳定、有效的途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种净化处理高温凝结水的方法,特别是一种膜集成工艺处理过锅炉热蒸汽高温凝结水的方法,属于水处理和热能回收技术领域。
背景技术
化工、火电等行业广泛采用过热蒸汽作为热动力和热源使用,过热蒸汽经过功耗和热交换冷凝成高温凝结水,水温一般在50℃~95℃,具有相当高的的热单值。据计算,1吨90℃的高温凝结水具有4.94元的热单值,进行回收的经济效益显著。
如果未受污染,蒸汽凝结水近于纯净的蒸馏水,可以回锅炉回收再利用,但大多数企业的蒸汽凝结水因为管道腐蚀、物料泄漏、管理不善等原因,存在着少量固体杂质、油、胶体、可溶性小分子有机物和无机离子等污染物,所以不能直接进锅炉再循环利用,致使现今大多数企业的高温凝结水大多数就地排放,不仅浪费了大量的水资源和热能,也给环境造成了一定程度的热污染。
一般来说,凝结水温度一般在50℃~95℃,而传统的锅炉水处理设备仅能处理50℃以下的凝结水,因此在进传统的锅炉水处理设备前需对凝结水进行冷却降温处理,需要配置大型换热设备,不仅增加了设备投资,浪费了热能,而且还可能使水质进一步被污染。鉴于此种结果,专利号为200410030636.7的发明专利采用水处理工段失效尚未再生的阴离子树脂床脱除蒸汽冷凝液中的微量油及有机物,但该方法实施为间歇性操作过程,树脂再生过程比较繁琐,且凝结水中的油容易堵塞树脂孔道,对树脂造成不可恢复性危害;专利号为02236450.1的实用新型公开了一种高温凝结水除铁装置,采用能与铁离子快速反应的填料来除去高温凝结水中的铁离子,但该装置主要针对高温凝结水中的铁离子的去除而设计,而对油、胶体、可溶性小分子有机物和无机离子的去除效果很差,同时也存在着油包覆填料使铁离子去除不能有效进行的弊端;中石油天然气有限公司抚顺石化分公司引进国外技术,采用活性炭过滤器预处理加粉末树脂覆盖过滤器深度处理高温凝结水,能有效去除凝结水中的铁、硅、油等杂质,但由于凝结水中的油容易堵塞孔道,造成活性炭和树脂吸附过滤的容量大大减少,所以要频繁更换,存在着操作运行繁琐,费用较高的问题。
蒸汽凝结水一股含有油、固体杂质、胶体、可溶性小分子有机物和无机离子等污染物,且温度比较高,凝结水的回用至锅炉对可靠性要求很高,给水处理工艺带来较大的难度,已超出了常规锅炉水处理技术的范围,现有的高温凝结水处理技术多采用直接进吸附床对污染物进行吸附处理的方法来处理高温凝结水,然而吸附处理中吸附材料的孔隙一般很小,大的油粒和其他污染物会很快将孔口堵死,如果未能将此部分污染物去除,则油粒等污染物很快会将外部吸附孔道堵死,使吸附材料内部孔道失去作用,吸附能力下降,造成吸附材料产生“饥饿”性饱和。
目前我国还有相当多相关企业的凝结水没有回收作锅炉用水,其主要原因在于缺乏稳定有效的水处理方法。
发明内容
本发明的目的是针对高温凝结水的水质特点,提供一种膜集成工艺处理高温凝结水方法,解决常规处理方法处理效果不稳定,需频繁更换吸附材料的问题,实现处理出水达标回用,为相关企业的高温凝结水处理与回用提供一条稳定、有效的途径。
本发明高温凝结水膜处理的方法是将温度为50℃~95℃的高温凝结水在0.01~1.5MPa压力下,经孔径为0.01~1μm的微滤或超滤膜过滤,截留水中的大部分油、胶体及悬浮物杂质,膜透过水经吸附剂吸附除去水中剩余的溶解态油、胶体、小分子有机物等污染物,所说的吸附剂选自活性炭、膨胀石墨、改性纤维、无烟煤、石英砂、吸附树脂中的一种或几种。
对于含有离子型杂质的高温凝结水,则在吸附步骤之后或之前将料液用离子交换树脂吸附去除其中的无机离子杂质。
经以上处理后的高温凝结水达到锅炉给水指标,直接回用作锅炉补充给水。
所说的微滤或超滤膜过滤可采用死端过滤或错流过滤方式。
死端过滤方式是:高温凝结水的料液被泵入膜的进料侧,透过液进入膜的透过侧,被截留的未透过物滞留于进料侧的膜面上。对于含油量较低(<10mg/L)的高温凝结水,其水中的油多以溶解态存在,易于透过膜孔,对膜污染较轻,较适用于死端过滤方式。
死端过滤须周期性清洗膜表面的污染层,因此多为间歇操作。膜清洗方式采用压缩空气反冲或加化学药剂高流速冲洗膜面的方式,反冲时间为3-20s。为便于清洗,优先采用膜中空纤维膜或管式膜。
错流过滤的运行过程为:高温凝结水的料液在泵作用下被送入膜的进料侧,平行于膜面连续流动,膜面流速为0.5-5m/s,其中部分清液透过膜孔进入膜的透过侧,未透过液最后从膜进料侧的出口排出并返回料液罐,料液在料液罐与膜过滤器之间不断循环,同时不断地滤出清液,料液所含的污染物逐渐变浓,当膜通量降低到一定程度后,将浓缩的污水排放并对膜进行清洗,清洗时的膜面流速3-8m/s。
采用错流过滤方式使料液平行于膜面流动,流经膜面时产生剪切力把滞留在膜面上的未透过的颗粒带走,从而使膜面的污染保持在较低的水平,整个操作为连续循环过程。对于含油量较高(>20mg/L)的高温凝结水,因水中的油多以分散态和乳化态存在,较易污染膜面,采用错滤方较为有利。
采用错流过滤的膜可为中空纤维膜、管式膜或者卷式膜。
对于含油量在10mg/L~20mg/L的蒸汽凝结水,可结合实际情况选用死端过滤或错流过滤的操作方式。
高温凝结水通过微滤或超滤膜预处理后,水中含油量可降至5mg/L以下,基本以溶解态油存在,固体悬浮物含量<5mg/L。
本发明的微滤或超滤膜是在50℃~95℃的高温下使用,膜通量为常温下的3-5倍,所以设备投资和运行费用大大降低,每吨水采用错流过滤的运行费用不超过1.5元。与错流过滤相比,死端过滤因采用非循环过滤方式,能耗可以降到错流过滤的1/10甚至更低,其每吨水运行费用不超过0.15元。本方法采用微滤或超滤膜预处理,除去了凝结水中较大的油颗粒和其他易堵塞吸附材料孔道的污染物,使后续吸附***进水的水质稳定,不会产生吸附材料孔道被油堵塞的情况,因此吸附材料的更换周期大大延长,比未经膜预处理的更换周期延长9倍以上,进而降低劳动强度,有利于设备长期稳定运行。
吸附处理采用固定床方式,过滤速度为4~20m/h,由于微滤或超滤膜过滤出水的杂质含量已经很少,吸附材料的使用寿命能够大大延长,一般运行时间可以达到一个月以上,当吸附处理出水中的油含量超过5mg/L时更换材料。如果凝结水中的离子含量超标,则后续为了去除离子要另加离子交换处理工艺;如果凝结水中的离子含量本来就比较低,能够满足锅炉给水水质指标,则可结合实际情况省去后续的离子交换处理工艺。
离子交换处理采用固定床方式,可分别通过阳离子交换树脂床和阴离子交换树脂床处理凝结水,或直接采用离子交换混床处理,由于蒸汽凝结水中的离子含量很低,所以一般采用离子交换混床就可以使出水达标,凝结水通过离子交换树脂床的速度为4~20m/h。整个***密闭运行,不仅避免了杂质的引入,还有利于控制离子交换树脂的铁离子污染,出水电导一般可稳定在10μS/cm以下,当出水电导大于20μS/cm时,对树脂进行再生。
本发明具有以下有益效果:
(1)由于在高温条件下运行,微滤或超滤膜的过滤通量更大,可以实现装置的小型化和降低操作费用。
(2)整个***密闭运行,避免了水与外界接触而引入新的污染,出水水质稳定可靠。
(3)由于前段工艺采用微滤或超滤膜过滤膜过滤,去除了大部分固体杂质、油和胶体等污染物,使得进入后续工艺的水质相对简单,有利于后续工艺的长期稳定运行,吸附材料和离子交换材料的使用寿命延长了9倍以上,进而降低劳动强度,有利于设备长期稳定运行。
(4)对高温凝结水中的悬浮物、油、胶体、溶解性小分子有机物和无机离子等各种杂质各种杂质都有很好的去除效果,广泛适用于化工、火电等行业的高温凝结水处理,出水水质好。
附图说明
附图1为膜集成吸附和离子交换工艺高温凝结水的工艺流程图;
附图2为膜集成离子交换和吸附工艺高温凝结水的工艺流程图;
附图3为膜集成吸附工艺高温凝结水的工艺流程图;
其中A为高温凝结水进水,B为处理后的高温凝结水出水,1为储液罐,2为输送泵,3为膜过滤处理单元,4为吸附处理单元,5为离子交换处理单元。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1(流程如图1)
将50L65℃的蒸汽凝结水A通入凝结水处理***,蒸汽凝结水的水质如表1所示。
膜过滤单元3采用孔径为0.8μm的改性聚醚砜中空纤维微滤膜,膜面积为8m2。采用如附图1所示的死端过滤方式,膜过滤单元3为改性聚醚砜中空纤维微滤膜,将它置于高温凝结水贮罐1内,由连接在膜渗透侧的抽吸泵2提供动力,操作压力为0.02MPa,在此条件下,透过微滤膜的稳定通量为0.5m3/h,膜滤出水水质如表1所示。
由泵2抽吸出膜过滤单元3的膜透过水并送入吸附处理单元4,吸附处理单元采用20目果壳活性炭填充的固定吸附床,水流速度为10m/h,吸附出水水质如表1所示。
吸附处理出水进离子交换单元5,先后经过D001型阳离子交换树脂床和D201型阴离子交换树脂床,出水水质如表2所示,各项指标完全达到锅炉补充水水质指标(GB1576-2001),经处理的出水B回用作锅炉补充水。
表1膜处理***进出水用各步骤出水水质数据
水质项目 | 进水水质 | 膜过滤水质 | 吸附处理水质 | 离子交换处理水质 |
油,mg/L | 15 | 4.5 | 0.5 | 0.1 |
电导率,μS/cm | 78 | 76 | 53 | 8 |
化学耗氧量,mg/L | 53 | 18 | 12 | 5 |
悬浮物,mg/L | 18 | 5 | 0.5 | 0.3 |
铁,μg/L | 850 | 453 | 131 | 23 |
二氧化硅,μg/L | 4 | 3 | 0.5 | 0.3 |
溶氧,μg/L | 5 | 5 | 3 | 3 |
温度,℃ | 65 | 65 | 65 | 65 |
实施例2(流程如图2)
将50L、80℃的蒸汽凝结水A通入凝结水处理***,蒸汽凝结水的水质如表1所示。
膜过滤单元3采用孔径为200nm的19通道管式陶瓷微滤膜,膜面积为0.5m2。采用如附图2所示的死端过滤方式,膜过滤单元3为氧化锆材料的多通道管式微滤膜,与高温凝结水贮罐1相连通,由连接在高温凝结水贮罐与膜进口之间的离心泵2提供动力,操作压力1.2MPa,在此条件下微滤膜的平均通量为1.7m3/h,当膜通量下降到0.5m3/h时,对陶瓷膜渗透侧通压缩空气进行反冲洗10s,然后继续进水并加压过滤,膜滤出水水质如表2所示。
膜过滤单元3的膜透过水进入离子交换单元5,经过D001型阳离子和D201型阴离子交换树脂填充的混合树脂床,出水水质如表2所示。
经离子交换处理后的水进入吸附处理单元4,吸附处理单元采用石英砂和大孔吸附树脂填充的混合树脂床,水流速度为8m/h,出水水质如表2所示,各项指标完全达到锅炉补充水水质指标(GB1576-2001),经处理的出水B回用作锅炉补充水。
表2膜处理***进出水及各步骤出水水质数据
水质项目 | 进水水质 | 膜过滤水质 | 离子交换处理水质 | 吸附处理水质 |
油,mg/L | 9 | 3.2 | 0.6 | 0.2 |
电导率,μS/cm | 53 | 51 | 5 | 6 |
化学耗氧量,mg/L | 37 | 19 | 5 | 2 |
悬浮物,mg/L | 15 | 2 | 2.8 | 2.5 |
铁,μg/L | 950 | 637 | 142 | 37 |
溶氧,μg/L | 4 | 4 | 4 | 3 |
温度,℃ | 80 | 80 | 80 | 80 |
实施例3(流程如图3)
将50L、95℃的蒸汽凝结水A通入凝结水处理***,蒸汽凝结水的水质如表3所示。
膜过滤单元3采用孔径为20nm的19通道管式陶瓷超滤膜,膜面积为3m2。采用如附图3所示的错流过滤方式,膜过滤单元3为氧化铝材料的多通道管式超滤膜,与高温凝结水贮罐1相连通,由连接在高温凝结水贮罐与膜进口之间的离心泵2提供动力,操作压力0.35MPa,储液罐1内的高温凝结水通过泵2送入膜过滤处理单元3的超滤膜一侧,透过液透入膜的另一侧(即透过侧),未透过液沿膜面继续流动,最后返回储液罐1,形成循环,随着膜过滤过程的不断进行,储液罐1内水的污染物浓度渐增,至透过液流量明显减小时停机进行清洗。膜滤出水水质如表2所示。
膜过滤渗透出水进入吸附处理单元4,吸附材料采用改性纤维和大孔吸附树脂,水流速度为5m/h,出水水质如表2所示,各项指标完全达到锅炉补充水水质指标(GB1576-2001),经处理的出水B回用作锅炉补充水。
表3膜处理***进出水及各步骤出水水质数据
水质项目 | 进水水质 | 膜过滤水质 | 吸附处理水质 |
油,mg/L | 35 | 2.8 | 0.2 |
电导率,μS/cm | 10 | 9 | 9 |
化学耗氧量,mg/L | 113 | 12 | 3 |
悬浮物,mg/L | 24 | 2 | 2.9 |
铁,μg/L | 950 | 156 | 13 |
二氧化硅,μg/L | 5 | 3.8 | 0.6 |
溶氧,μg/L | 4 | 4 | 3 |
温度,℃ | 95 | 95 | 95 |
Claims (9)
1.膜集成工艺处理高温凝结水方法,其特征是将高温凝结水料液在0.01~1.5MPa压力下,用孔径为0.01~1μm的微滤或超滤膜过滤,截留水中的大部分油、胶体及悬浮物杂质,将膜滤出液用吸附剂吸附处理,进一步除去水中剩余的溶解态油、胶体、小分子有机污染物,得净化水。
2.根据权利要求1所述的膜集成工艺处理高温凝结水方法,其特征是在所说的吸附步骤之后或之前将料液通过离子交换树脂床吸附去除离子杂质。
3.根据权利要求1所述的膜集成工艺处理高温凝结水方法,其特征是所说的吸附剂选自活性炭、膨胀石墨、改性纤维、无烟煤、石英砂、吸附树脂中的一种或一种以上。
4.根据权利要求1或2所述的膜集成工艺处理高温凝结水方法,其特征是所说的微滤或超滤膜过滤采用死端过滤方式。
5.根据权利要求4所述的膜集成工艺处理高温凝结水方法,其特征是微滤或超滤膜采用中空纤维膜或管式膜。
6.根据权利要求1或2所述的膜集成工艺处理高温凝结水方法,其特征是所说的微滤或超滤膜过滤采用错流过滤方式,料液的膜面流速为0.5-5m/s。
7.根据权利要求6所述的膜集成工艺处理高温凝结水方法,其特征是微滤或超滤膜采用中空纤维膜、管式膜或者卷式膜。
8.根据权利要求2所述的膜集成工艺处理高温凝结水方法,其特征是所说的离子交换树脂床为阴阳离子混合树脂床。
9.根据权利要求2所述的膜集成工艺处理高温凝结水方法,其特征所说的离子交换树脂床包含阳离子树脂床和阴离子树脂床。
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