專利名稱：膜集成工藝處理高溫凝結(jié)水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凈化處理高溫凝結(jié)水的方法，特別是一種膜集成工藝處理過鍋爐熱蒸汽高溫凝結(jié)水的方法，屬于水處理和熱能回收技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
化工、火電等行業(yè)廣泛采用過熱蒸汽作為熱動力和熱源使用，過熱蒸汽經(jīng)過功耗和熱交換冷凝成高溫凝結(jié)水，水溫一般在50℃～95℃，具有相當(dāng)高的的熱單值。據(jù)計算，1噸90℃的高溫凝結(jié)水具有4.94元的熱單值，進行回收的經(jīng)濟效益顯著。
如果未受污染，蒸汽凝結(jié)水近于純凈的蒸餾水，可以回鍋爐回收再利用，但大多數(shù)企業(yè)的蒸汽凝結(jié)水因為管道腐蝕、物料泄漏、管理不善等原因，存在著少量固體雜質(zhì)、油、膠體、可溶性小分子有機物和無機離子等污染物，所以不能直接進鍋爐再循環(huán)利用，致使現(xiàn)今大多數(shù)企業(yè)的高溫凝結(jié)水大多數(shù)就地排放，不僅浪費了大量的水資源和熱能，也給環(huán)境造成了一定程度的熱污染。
一般來說，凝結(jié)水溫度一般在50℃～95℃，而傳統(tǒng)的鍋爐水處理設(shè)備僅能處理50℃以下的凝結(jié)水，因此在進傳統(tǒng)的鍋爐水處理設(shè)備前需對凝結(jié)水進行冷卻降溫處理，需要配置大型換熱設(shè)備，不僅增加了設(shè)備投資，浪費了熱能，而且還可能使水質(zhì)進一步被污染。鑒于此種結(jié)果，專利號為200410030636.7的發(fā)明專利采用水處理工段失效尚未再生的陰離子樹脂床脫除蒸汽冷凝液中的微量油及有機物，但該方法實施為間歇性操作過程，樹脂再生過程比較繁瑣，且凝結(jié)水中的油容易堵塞樹脂孔道，對樹脂造成不可恢復(fù)性危害；專利號為02236450.1的實用新型公開了一種高溫凝結(jié)水除鐵裝置，采用能與鐵離子快速反應(yīng)的填料來除去高溫凝結(jié)水中的鐵離子，但該裝置主要針對高溫凝結(jié)水中的鐵離子的去除而設(shè)計，而對油、膠體、可溶性小分子有機物和無機離子的去除效果很差，同時也存在著油包覆填料使鐵離子去除不能有效進行的弊端；中石油天然氣有限公司撫順石化分公司引進國外技術(shù)，采用活性炭過濾器預(yù)處理加粉末樹脂覆蓋過濾器深度處理高溫凝結(jié)水，能有效去除凝結(jié)水中的鐵、硅、油等雜質(zhì)，但由于凝結(jié)水中的油容易堵塞孔道，造成活性炭和樹脂吸附過濾的容量大大減少，所以要頻繁更換，存在著操作運行繁瑣，費用較高的問題。
蒸汽凝結(jié)水一股含有油、固體雜質(zhì)、膠體、可溶性小分子有機物和無機離子等污染物，且溫度比較高，凝結(jié)水的回用至鍋爐對可靠性要求很高，給水處理工藝帶來較大的難度，已超出了常規(guī)鍋爐水處理技術(shù)的范圍，現(xiàn)有的高溫凝結(jié)水處理技術(shù)多采用直接進吸附床對污染物進行吸附處理的方法來處理高溫凝結(jié)水，然而吸附處理中吸附材料的孔隙一般很小，大的油粒和其他污染物會很快將孔口堵死，如果未能將此部分污染物去除，則油粒等污染物很快會將外部吸附孔道堵死，使吸附材料內(nèi)部孔道失去作用，吸附能力下降，造成吸附材料產(chǎn)生“饑餓”性飽和。
目前我國還有相當(dāng)多相關(guān)企業(yè)的凝結(jié)水沒有回收作鍋爐用水，其主要原因在于缺乏穩(wěn)定有效的水處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對高溫凝結(jié)水的水質(zhì)特點，提供一種膜集成工藝處理高溫凝結(jié)水方法，解決常規(guī)處理方法處理效果不穩(wěn)定，需頻繁更換吸附材料的問題，實現(xiàn)處理出水達標(biāo)回用，為相關(guān)企業(yè)的高溫凝結(jié)水處理與回用提供一條穩(wěn)定、有效的途徑。
本發(fā)明高溫凝結(jié)水膜處理的方法是將溫度為50℃～95℃的高溫凝結(jié)水在0.01～1.5MPa壓力下，經(jīng)孔徑為0.01～1μm的微濾或超濾膜過濾，截留水中的大部分油、膠體及懸浮物雜質(zhì)，膜透過水經(jīng)吸附劑吸附除去水中剩余的溶解態(tài)油、膠體、小分子有機物等污染物，所說的吸附劑選自活性炭、膨脹石墨、改性纖維、無煙煤、石英砂、吸附樹脂中的一種或幾種。
對于含有離子型雜質(zhì)的高溫凝結(jié)水，則在吸附步驟之后或之前將料液用離子交換樹脂吸附去除其中的無機離子雜質(zhì)。
經(jīng)以上處理后的高溫凝結(jié)水達到鍋爐給水指標(biāo)，直接回用作鍋爐補充給水。
所說的微濾或超濾膜過濾可采用死端過濾或錯流過濾方式。
死端過濾方式是高溫凝結(jié)水的料液被泵入膜的進料側(cè)，透過液進入膜的透過側(cè)，被截留的未透過物滯留于進料側(cè)的膜面上。對于含油量較低(＜10mg/L)的高溫凝結(jié)水，其水中的油多以溶解態(tài)存在，易于透過膜孔，對膜污染較輕，較適用于死端過濾方式。
死端過濾須周期性清洗膜表面的污染層，因此多為間歇操作。膜清洗方式采用壓縮空氣反沖或加化學(xué)藥劑高流速沖洗膜面的方式，反沖時間為3-20s。為便于清洗，優(yōu)先采用膜中空纖維膜或管式膜。
錯流過濾的運行過程為高溫凝結(jié)水的料液在泵作用下被送入膜的進料側(cè)，平行于膜面連續(xù)流動，膜面流速為0.5-5m/s，其中部分清液透過膜孔進入膜的透過側(cè)，未透過液最后從膜進料側(cè)的出口排出并返回料液罐，料液在料液罐與膜過濾器之間不斷循環(huán)，同時不斷地濾出清液，料液所含的污染物逐漸變濃，當(dāng)膜通量降低到一定程度后，將濃縮的污水排放并對膜進行清洗，清洗時的膜面流速3-8m/s。
采用錯流過濾方式使料液平行于膜面流動，流經(jīng)膜面時產(chǎn)生剪切力把滯留在膜面上的未透過的顆粒帶走，從而使膜面的污染保持在較低的水平，整個操作為連續(xù)循環(huán)過程。對于含油量較高(＞20mg/L)的高溫凝結(jié)水，因水中的油多以分散態(tài)和乳化態(tài)存在，較易污染膜面，采用錯濾方較為有利。
采用錯流過濾的膜可為中空纖維膜、管式膜或者卷式膜。
對于含油量在10mg/L～20mg/L的蒸汽凝結(jié)水，可結(jié)合實際情況選用死端過濾或錯流過濾的操作方式。
高溫凝結(jié)水通過微濾或超濾膜預(yù)處理后，水中含油量可降至5mg/L以下，基本以溶解態(tài)油存在，固體懸浮物含量＜5mg/L。
本發(fā)明的微濾或超濾膜是在50℃～95℃的高溫下使用，膜通量為常溫下的3-5倍，所以設(shè)備投資和運行費用大大降低，每噸水采用錯流過濾的運行費用不超過1.5元。與錯流過濾相比，死端過濾因采用非循環(huán)過濾方式，能耗可以降到錯流過濾的1/10甚至更低，其每噸水運行費用不超過0.15元。本方法采用微濾或超濾膜預(yù)處理，除去了凝結(jié)水中較大的油顆粒和其他易堵塞吸附材料孔道的污染物，使后續(xù)吸附系統(tǒng)進水的水質(zhì)穩(wěn)定，不會產(chǎn)生吸附材料孔道被油堵塞的情況，因此吸附材料的更換周期大大延長，比未經(jīng)膜預(yù)處理的更換周期延長9倍以上，進而降低勞動強度，有利于設(shè)備長期穩(wěn)定運行。
吸附處理采用固定床方式，過濾速度為4～20m/h，由于微濾或超濾膜過濾出水的雜質(zhì)含量已經(jīng)很少，吸附材料的使用壽命能夠大大延長，一般運行時間可以達到一個月以上，當(dāng)吸附處理出水中的油含量超過5mg/L時更換材料。如果凝結(jié)水中的離子含量超標(biāo)，則后續(xù)為了去除離子要另加離子交換處理工藝；如果凝結(jié)水中的離子含量本來就比較低，能夠滿足鍋爐給水水質(zhì)指標(biāo)，則可結(jié)合實際情況省去后續(xù)的離子交換處理工藝。
離子交換處理采用固定床方式，可分別通過陽離子交換樹脂床和陰離子交換樹脂床處理凝結(jié)水，或直接采用離子交換混床處理，由于蒸汽凝結(jié)水中的離子含量很低，所以一般采用離子交換混床就可以使出水達標(biāo)，凝結(jié)水通過離子交換樹脂床的速度為4～20m/h。整個系統(tǒng)密閉運行，不僅避免了雜質(zhì)的引入，還有利于控制離子交換樹脂的鐵離子污染，出水電導(dǎo)一般可穩(wěn)定在10μS/cm以下，當(dāng)出水電導(dǎo)大于20μS/cm時，對樹脂進行再生。
本發(fā)明具有以下有益效果(1)由于在高溫條件下運行，微濾或超濾膜的過濾通量更大，可以實現(xiàn)裝置的小型化和降低操作費用。
(2)整個系統(tǒng)密閉運行，避免了水與外界接觸而引入新的污染，出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠。
(3)由于前段工藝采用微濾或超濾膜過濾膜過濾，去除了大部分固體雜質(zhì)、油和膠體等污染物，使得進入后續(xù)工藝的水質(zhì)相對簡單，有利于后續(xù)工藝的長期穩(wěn)定運行，吸附材料和離子交換材料的使用壽命延長了9倍以上，進而降低勞動強度，有利于設(shè)備長期穩(wěn)定運行。
(4)對高溫凝結(jié)水中的懸浮物、油、膠體、溶解性小分子有機物和無機離子等各種雜質(zhì)各種雜質(zhì)都有很好的去除效果，廣泛適用于化工、火電等行業(yè)的高溫凝結(jié)水處理，出水水質(zhì)好。


附圖1為膜集成吸附和離子交換工藝高溫凝結(jié)水的工藝流程圖；附圖2為膜集成離子交換和吸附工藝高溫凝結(jié)水的工藝流程圖；附圖3為膜集成吸附工藝高溫凝結(jié)水的工藝流程圖；其中A為高溫凝結(jié)水進水，B為處理后的高溫凝結(jié)水出水，1為儲液罐，2為輸送泵，3為膜過濾處理單元，4為吸附處理單元，5為離子交換處理單元。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述。
實施例1(流程如圖1)將50L65℃的蒸汽凝結(jié)水A通入凝結(jié)水處理系統(tǒng)，蒸汽凝結(jié)水的水質(zhì)如表1所示。
膜過濾單元3采用孔徑為0.8μm的改性聚醚砜中空纖維微濾膜，膜面積為8m2。采用如附圖1所示的死端過濾方式，膜過濾單元3為改性聚醚砜中空纖維微濾膜，將它置于高溫凝結(jié)水貯罐1內(nèi)，由連接在膜滲透側(cè)的抽吸泵2提供動力，操作壓力為0.02MPa，在此條件下，透過微濾膜的穩(wěn)定通量為0.5m3/h，膜濾出水水質(zhì)如表1所示。
由泵2抽吸出膜過濾單元3的膜透過水并送入吸附處理單元4，吸附處理單元采用20目果殼活性炭填充的固定吸附床，水流速度為10m/h，吸附出水水質(zhì)如表1所示。
吸附處理出水進離子交換單元5，先后經(jīng)過D001型陽離子交換樹脂床和D201型陰離子交換樹脂床，出水水質(zhì)如表2所示，各項指標(biāo)完全達到鍋爐補充水水質(zhì)指標(biāo)(GB1576-2001)，經(jīng)處理的出水B回用作鍋爐補充水。
表1膜處理系統(tǒng)進出水用各步驟出水水質(zhì)數(shù)據(jù)

實施例2(流程如圖2)
將50L、80℃的蒸汽凝結(jié)水A通入凝結(jié)水處理系統(tǒng)，蒸汽凝結(jié)水的水質(zhì)如表1所示。
膜過濾單元3采用孔徑為200nm的19通道管式陶瓷微濾膜，膜面積為0.5m2。采用如附圖2所示的死端過濾方式，膜過濾單元3為氧化鋯材料的多通道管式微濾膜，與高溫凝結(jié)水貯罐1相連通，由連接在高溫凝結(jié)水貯罐與膜進口之間的離心泵2提供動力，操作壓力1.2MPa，在此條件下微濾膜的平均通量為1.7m3/h，當(dāng)膜通量下降到0.5m3/h時，對陶瓷膜滲透側(cè)通壓縮空氣進行反沖洗10s，然后繼續(xù)進水并加壓過濾，膜濾出水水質(zhì)如表2所示。
膜過濾單元3的膜透過水進入離子交換單元5，經(jīng)過D001型陽離子和D201型陰離子交換樹脂填充的混合樹脂床，出水水質(zhì)如表2所示。
經(jīng)離子交換處理后的水進入吸附處理單元4，吸附處理單元采用石英砂和大孔吸附樹脂填充的混合樹脂床，水流速度為8m/h，出水水質(zhì)如表2所示，各項指標(biāo)完全達到鍋爐補充水水質(zhì)指標(biāo)(GB1576-2001)，經(jīng)處理的出水B回用作鍋爐補充水。
表2膜處理系統(tǒng)進出水及各步驟出水水質(zhì)數(shù)據(jù)

實施例3(流程如圖3)將50L、95℃的蒸汽凝結(jié)水A通入凝結(jié)水處理系統(tǒng)，蒸汽凝結(jié)水的水質(zhì)如表3所示。
膜過濾單元3采用孔徑為20nm的19通道管式陶瓷超濾膜，膜面積為3m2。采用如附圖3所示的錯流過濾方式，膜過濾單元3為氧化鋁材料的多通道管式超濾膜，與高溫凝結(jié)水貯罐1相連通，由連接在高溫凝結(jié)水貯罐與膜進口之間的離心泵2提供動力，操作壓力0.35MPa，儲液罐1內(nèi)的高溫凝結(jié)水通過泵2送入膜過濾處理單元3的超濾膜一側(cè)，透過液透入膜的另一側(cè)(即透過側(cè))，未透過液沿膜面繼續(xù)流動，最后返回儲液罐1，形成循環(huán)，隨著膜過濾過程的不斷進行，儲液罐1內(nèi)水的污染物濃度漸增，至透過液流量明顯減小時停機進行清洗。膜濾出水水質(zhì)如表2所示。
膜過濾滲透出水進入吸附處理單元4，吸附材料采用改性纖維和大孔吸附樹脂，水流速度為5m/h，出水水質(zhì)如表2所示，各項指標(biāo)完全達到鍋爐補充水水質(zhì)指標(biāo)(GB1576-2001)，經(jīng)處理的出水B回用作鍋爐補充水。
表3膜處理系統(tǒng)進出水及各步驟出水水質(zhì)數(shù)據(jù)

權(quán)利要求
1.膜集成工藝處理高溫凝結(jié)水方法，其特征是將高溫凝結(jié)水料液在0.01～1.5MPa壓力下，用孔徑為0.01～1μm的微濾或超濾膜過濾，截留水中的大部分油、膠體及懸浮物雜質(zhì)，將膜濾出液用吸附劑吸附處理，進一步除去水中剩余的溶解態(tài)油、膠體、小分子有機污染物，得凈化水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜集成工藝處理高溫凝結(jié)水方法，其特征是在所說的吸附步驟之后或之前將料液通過離子交換樹脂床吸附去除離子雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜集成工藝處理高溫凝結(jié)水方法，其特征是所說的吸附劑選自活性炭、膨脹石墨、改性纖維、無煙煤、石英砂、吸附樹脂中的一種或一種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膜集成工藝處理高溫凝結(jié)水方法，其特征是所說的微濾或超濾膜過濾采用死端過濾方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膜集成工藝處理高溫凝結(jié)水方法，其特征是微濾或超濾膜采用中空纖維膜或管式膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膜集成工藝處理高溫凝結(jié)水方法，其特征是所說的微濾或超濾膜過濾采用錯流過濾方式，料液的膜面流速為0.5-5m/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膜集成工藝處理高溫凝結(jié)水方法，其特征是微濾或超濾膜采用中空纖維膜、管式膜或者卷式膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜集成工藝處理高溫凝結(jié)水方法，其特征是所說的離子交換樹脂床為陰陽離子混合樹脂床。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜集成工藝處理高溫凝結(jié)水方法，其特征所說的離子交換樹脂床包含陽離子樹脂床和陰離子樹脂床。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種膜集成工藝處理高溫凝結(jié)水的方法，用于凈化處理過鍋爐熱蒸汽高溫凝結(jié)水，屬于水處理和熱能回收技術(shù)領(lǐng)域。本法用孔徑為0.01～1μm的微濾或超濾膜，在0.01～1.5MPa壓力下，對溫度為50℃～95℃的高溫凝結(jié)水進行過濾，截留水中的大部分油、膠體及懸浮物雜質(zhì)，然后進行后續(xù)的吸附或進一步采用離子交換處理，本發(fā)明解決了常規(guī)處理方法處理效果不穩(wěn)定，需頻繁更換吸附材料的問題，實現(xiàn)處理出水達標(biāo)回用，為相關(guān)企業(yè)的高溫凝結(jié)水處理與回用提供了一條穩(wěn)定、有效的途徑。
文檔編號C02F1/28GK101092258SQ200710024848
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月5日
發(fā)明者邢衛(wèi)紅, 徐南平 申請人:南京九思高科技有限公司