一種循環冷卻水的處理方法
2023-05-29 12:24:56
專利名稱：一種循環冷卻水的處理方法
技術領域：
本發明涉及一種循環冷卻水的處理方法，具體地說涉及一種降低循環冷卻水系統補充水量的方法，特別是用於在濃縮倍數較低的循環冷卻水系統中降低補充水量的方法。本發明屬於工業節水技術領域。
背景技術：
目前我國循環冷卻水系統多數採用敞開式結構，循環冷卻水在循環使用過程中，一方面因空氣所含大量的灰塵等汙染物進入循環冷卻水系統中，使循環水中的溶解氧濃度升高、懸浮物積聚以及造成微生物的繁衍滋生，造成生物粘泥危害；另一方面因蒸發損失、風冷塔風吹損失等原因使每一次的冷卻循環都使水量有所降低。因此，在循環冷卻水系統循環過程中，需要連續補充大量的補充水(一般選用新鮮的地表水或地下水)，一部分作為循環系統蒸發損失、風冷塔風吹損失水的補充，另一部分作為保障循環系統循環冷卻水水質穩定、避免因水質惡化造成冷換設備腐蝕、結垢和熱交換率下降而需要由循環系統排汙的水量補充。在這兩部分補充水中，作為循環系統蒸發損失、風冷塔風吹損失水的補充量一般是恆定的，主要取決於環境的溫度和風冷塔的形式；而第二部分作為保障循環系統循環冷卻水水質穩定需要由循環系統排汙的水量補充則受到循環水水質和對循環水處理技術的影響，如循環冷卻水中懸浮物的濃度、細菌和微生物的含量、總固體含量、補充水的來源和水質、對循環冷卻水水質採取的處理措施等。基於前面所述的各種原因，按照傳統的觀念和認識，目前的循環冷卻水處理系統主要採用向循環系統中投加各種類型的阻垢劑、緩蝕劑、殺菌劑等化學藥劑，以及對少部分水作旁路過濾除懸浮物處理等措施。這種處理方案存在以下問題，單存使用化學藥劑時由於水質的複雜性、化學藥劑的多樣性、藥劑間以及藥劑與循環水之間難免會發生不良的化學反應，而且化學藥劑必須定期定量添加，掌握不當反而會加快水質的惡化，產生相反的作用，同時所加入的化學藥劑失效後便成為新的汙染物，同時不能減少循環水中的固體含量，一般情況下仍需部分外排處理；單存對循環水系統中少部分水作旁路過濾除懸浮物處理的措施，只能緩解或部分解決循環水中的懸浮物所帶來的生物粘泥問題，並且要達到一定的處理效果，需要控制非常低的濃縮倍數；兩者結合使用，在添加化學藥劑的同時部分旁路過濾，但也只有控制著非常低的濃縮倍數(如2.0以下)，才能有效維持循環冷卻水系統的正常運行，由於採用較低的濃縮倍數，系統需要排出大量的汙水，同時需向循環系統中補充大量新鮮水，這不僅造成大量水資源的浪費、增加汙水排放量，而且增加了生產成本。
為了改善循環冷卻水系統的循環水水質、提高循環水系統的濃縮倍數、降低系統補充水量和系統排汙量，目前國內外進行了廣泛的技術研究，並多集中在對循環水處理的化學藥劑的開發上，如各種有機磷酸鹽、能與Ca2+、Mg2+絡合的螯合劑聚磷酸鹽等，對於某一種特定水質的循環冷卻水，選擇合適的化學藥劑進行處理確實能起到穩定循環水水質、防腐、防垢、殺死微生物的作用，但在對循環冷卻水處理過程中，但由於該方法的特點決定了仍會出現上面所述的問題。US6086772(EP0893412)公開了一種預防冷卻水系統循環水生物汙染的方法，在冷卻水循環系統中放置臭氧發生器，通過臭氧發生器產生高濃度的臭氧，代替殺菌劑如氯氣等，完成對循環冷卻水系統中循環水生物和微生物汙染的殺菌作用，但這種方法只改善了循環水水質中因生物汙染所帶來的問題，對循環水中因懸浮物和總固體等導致的循環水水質惡化的問題基本不發生作用，不能從根本上提高循環冷卻系統的濃縮倍數和降低冷卻循環水系統的補充水量。中國專利ZL93108366.4、93218891和94202193公開了一種用於空調系統冷卻水的處理方法及裝置，該方法及裝置是將一種功能碳纖維處理材料為主體的過濾器固定在空調系統的循環冷卻水流程中，讓水自然通過這種過濾設備，由於這種材料具有能降低水的電勢、消耗水中的溶解氧、吸附水中的Ca2+、Mg2+等汙染物的功效，因而對循環水起到了防腐、防垢、抑止微生物繁衍生長的作用，較之化學藥劑法處理具有效率高、節省人力物力、保持循環水水質穩定的作用，然而該方法在實施過程中，對於敞開式循環冷卻系統，處理材料用量要求為總循環水量的0.033-0.050％(重量)，如果用於循環水量幾萬m3/h以上的大型水循環系統中，這種材料的一次裝填量將達到數噸，由於碳纖維材料很輕，價格昂貴，因此裝置一次性投資和佔地面積很大，而且這種材料飽和再生又需要消耗大量的清水，產生大量的排汙水，在大規模循環冷卻水處理系統應用難以實現。
發明內容
現有技術中循環冷卻水處理技術的主要存在經濟性問題，本發明的目的在於提供一種投資低、循環水回收利用率高、佔地面積小的降低循環冷卻水補充水量的處理方法。
本發明申請人經過長期研究發現，循環冷卻水系統中因蒸發損失和風冷塔風吹損失導致循環水總固體含量不斷濃縮，特別是可溶性固體和微小游離微生物的濃縮問題是限制循環水處理系統濃縮倍數提高的重要因素，加入化學藥劑雖然可以起防垢作用，但有一定限度，一般的過濾只能對懸浮物有較好的效果，但對於可溶性固體和微水游離微生物無能為力，因此只有外排一定數量或在較低濃縮倍數下操作，才能維持正常運轉。為降低循環水系統中固體含量，一般可操作的方案為採用固體含量極低的新鮮補充水，或在循環水系統中脫除固體，採用後者在經濟上更為合理。具體採用何種方式及操作條件也是影響投資費用和運行費用的重要因素，申請人經過經濟核算和反覆實驗研究後確定為「過濾+反滲透對少量水深度淨化處理」為最終方案，具體方案如下在循環冷卻水系統中設置旁濾引出線，引出水量為循環水量的0.2％-2.0％，引出水進行粗過濾、纖維過濾，過濾出水進行反滲透處理，濃縮液排出量為處理量的15％-25％，滲透液循環回冷卻水系統中，濃縮液排出處理。
本發明方法採用「粗濾+纖維過濾+反滲透」淨化處理工藝，不但使不宜進行反滲透處理的冷卻循環水可以進行反滲透處理，而且反滲透膜汙染輕，可較長周期運轉。另外，由於只對循環冷卻水系統中旁濾水進行深度淨化處理，處理總量僅為循環冷卻水系統循環水總量的0.2％-2.0％，使需要處理的水量較小，反滲透壓力低，所需要的處理設備投資和運行費用較低，佔地面積少，不消耗化學藥劑，水回用率高，汙水排放量少，具有較高的實用性和非常理想的經濟性，同時具有良好的環境效益和社會效益。據初步推算，將循環冷卻水系統的濃縮倍數由2.0提高到3.0和4.0，用於系統的補充水量將相應降低25％和33％。
圖1是本發明循環冷卻水處理流程示意圖，將少部分循環冷卻水進行深度處理，可以達到穩定運行的目的。
具體實施例方式
下面結合附圖進一步說明本發明的方案和效果。
在圖1的循環冷卻水系統中，系統循環冷卻水1因蒸發損失、風冷塔風吹損失2使循環水量有所降低並被濃縮為循環水3，循環水3少部分進入旁濾線經粗過濾設施4和纖維過濾器5過濾處理，進入旁濾池處理的水量優選為循環水3水量的0.5％-2.0％。粗過濾設施可以為為澄清、砂濾等，去除其中泥沙及部分懸浮物。纖維過濾器5中填充纖維束或纖維球過濾介質，使旁濾處理的循環水中95％以上的懸浮物和微生物被纖維介質截留和吸附，截留液用壓縮空氣和過濾出水反洗再生，截留液及再生液8和粗濾排放液7排出系統。經纖維過濾器5過濾後的出水進入反滲透裝置6作脫鹽淨化處理，反滲透裝置6的濃縮液9排出循環水系統，排出量優選為反滲透裝置進水量的20％-25％，反滲透裝置滲透淨化水與循環系統補充水10混合後回至循環冷卻水系統。
纖維過濾器5中的過濾介質可採用各類纖維束或纖維球，過濾線速度為10-25mh-1，當達到過濾飽和需要對纖維介質再生時，用0.3-0.5MPa的空氣和過濾出水對過濾器進行再生，使纖維介質性能得以回復，纖維介質截留液和再生液作為汙水排出循環冷卻水系統，其排出總量為所處理循環水量的2％-5％。反滲透裝置6可以採用卷式膜組件、板式膜組件或管式膜組件，但最好選用卷式膜組件，膜材料可以選用醋酸纖維素、多醋酸纖維素、聚醯胺、聚碸複合膜等材料中的一種，滲透水通量為10-40Lh-1m-2，平均脫鹽率為90％-95％，操作過程中控制濃縮液排出量為15％-25％，濃縮液作為汙水直接排出循環冷卻水系統，操作壓力一般為2.0MPa左右。循環冷卻水系統補充水10的補充水量依據循環過程中的蒸發損失、風冷塔風吹損失和旁濾線的處理裝置排水7、8、9的水量總和予以補充。
本發明通過對現有循環冷卻水系統的旁濾線少部分循環水的深度淨化處理，改善了整個循環水系統的水質，使目前循環冷卻水系統中較低的濃縮倍數控制提高到較高的水平，如一般可達到3.0以上，大幅度降低了循環水系統的補充水量和系統排汙量。
本發明方法適用於工廠中循環冷卻水的處理，特別是用於目前以較低濃縮倍數運行的循環冷卻水系統中，只需增加簡單的設備即可實現，達到降低系統補充水量和排汙量的目的。
採用本發明對循環冷卻系統旁濾池出水進行纖維過濾和低壓反滲透處理，處理水量為206m3h-1，纖維過濾器內裝填纖維束，控制線過濾深度15mh-1，用0.5MPa的空氣和過濾出水對過濾器內的纖維束再生，排出的截留液和反洗水水量平均為10m3h-1，低壓反滲透裝置採用醋酸纖維素膜組件，滲透液流速為20Lh-1m-2，操作壓力為2.0MPa，控制濃縮液排出量為49m3h-1，處理後的淨化水為149m3h-1與269m3h-1的地表水系統補充水混合回至循環水系統中。
經本發明的方法處理後得到的整個循環系統的循環水水質為鈣硬101.7mgL-1，鹼度114.9mgL-1，濁度14.6mgL-1，電導1576.8mgL-1，Cl-146mgL-1，pH8.2，完全滿足循環水的水質要求。系統補充水量269m3h-1，系統排汙量59m3h-1，系統濃縮倍數提高到3.32。與現有的循環冷卻水系統相比，循環水補充量降低了38％，系統排汙降低了73.5％，循環水水質基本不變。
採用本發明對循環冷卻系統旁濾池出水進行纖維過濾和低壓反滲透處理，處理水量為422m3h-1，纖維過濾器內裝填纖維束，控制線過濾深度18mh-1，用0.5MPa的空氣和過濾出水對過濾器內的纖維束再生，排出的截留液和反洗水水量為21m3h-1，反滲透裝置採用醋酸纖維素膜組件，滲透液流速為25Lh-1m-2，操作壓力為2.0MPa，控制濃縮液排出量為80m3h-1，處理後的淨化水為321m3h-1與793m3h-1的地表水系統補充水混合回至循環水系統中。
經本發明的方法處理後得到的整個循環系統的循環水水質為鈣硬59.9mgL-1，鹼度58.5mgL-1，濁度11.6mgL-1，電導383.3mgL-1，Cl-46mgL-1，pH8.0，完全滿足循環水的水質要求。系統補充水量793m3h-1，系統排汙量101m3h-1，系統濃縮倍數提高到5.5。與現有的循環冷卻水系統相比，循環水補充量降低了33.7％，系統排汙量降低了80.0％，循環水水質基本不變。
權利要求
1.一種循環冷卻水的處理方法，在循環冷卻水系統中設置包括粗濾的旁路淨化線，其特徵在於在粗濾後設置纖維過濾和反滲透處理，其處理量為循環水量的0.2％-2.0％，反滲透出水與補充水回到循環水系統，反滲透濃縮液排放。
2.按照權利要求1所述的循環冷卻水的處理方法，其特徵在於所述的纖維過濾介質為纖維束或纖維球。
3.按照權利要求1所述的循環冷卻水的處理方法，其特徵在於所述的反滲透採用的反滲透膜為從醋酸纖維素、多醋酸纖維素、聚醯胺、聚碸複合膜等材料中的一種。
4.按照權利要求1或3所述的循環冷卻水的處理方法，其特徵在於所述的反滲透採用卷式膜組件、板式膜組件或管式膜組件。
5.按照權利要求3所述的循環冷卻水的處理方法，其特徵在於所述的反滲透膜的滲透水通量為10～40Lh-1m-2。
6.按照權利要求1所述的循環冷卻水的處理方法，其特徵在於所述的反滲透過程中控制濃縮液排出量為處理量的15％-25％。
7.按照權利要求1或2所述的循環冷卻水的處理方法，其特徵在於所述的纖維過濾採用壓縮空氣和過濾出水再生，再生液排放。
全文摘要
本發明涉及一種循環冷卻水的處理方法，屬於工業節水技術領域。現有技術中可以深度處理循環冷卻水方法的經濟性較差，本發明在現有濃縮倍數較低的循環冷卻水系統中的旁濾線後增加纖維過濾和低壓反滲透處理設備，引出水量為循環水量的0.2％－2.0％，引出水進行粗過濾、纖維過濾，過濾出水進行反滲透處理，濃縮液排出量為處理量的15％－25％，滲透液循環回冷卻水系統中，濃縮液排出處理。本發明方法經濟性好，在達到節水的同時增加的成本很少，可以用於濃縮倍數低的循環冷卻水系統中。
文檔編號B01D39/02GK1448342SQ0210941
公開日2003年10月15日 申請日期2002年4月4日 優先權日2002年4月4日
發明者郭宏山 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院