膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝的製作方法

2023-12-05 10:16:56 1

專利名稱：膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於廢水/汙水處理技術與膜分離技術的交叉領域。尤其涉及一種利用疏水性中空纖維膜接觸器曝氣，工業煙氣脫硫海水水質恢復工藝。
背景技術：
電力、化工、冶金等行業普遍使用的鍋爐、窯爐所排出的排煙廢氣中含有大量的二氧化硫(SO2),它對大氣造成嚴重的汙染是形成酸雨的主要汙染源。由於環境保護的需要， 工業燃燒含SA煙氣在排入大氣之前，必須脫除其中的一部分或大部分SO2,通常稱為煙氣脫硫工藝。近年來，沿海地區經濟發展迅速導致電荒帶來的經濟負擔加重，致使沿海火電發展迅猛，目前已約佔全國火電裝機總量的三分之一。電力行業排放煙氣中所含SO2約佔全國總排放量的50%。利用海水煙氣脫硫工藝可以實現煙氣汙染治理與海水資源利用有機的結合，既可節約大量的淡水，又可減少SO2的排放，其已成為沿海地區最具吸引力的煙氣脫硫工藝。海水煙氣脫硫工藝脫硫後的海水呈酸性，含有較多的亞硫酸根(SO:)以及溶解氧(DO)極低，不能直接排海，必須對脫硫海水進行水質恢復處理，進而達到國家海水排放標準。傳統的脫硫海水恢復工藝的採用的粗放式曝氣池曝氣工藝，即建設大規模的曝氣池，在池底鋪設曝氣管路，通過鼓風機將空氣鼓入曝氣管路，利用空氣中的氧氣來氧化 SO32-成為硫酸根(SO42-)。儘管該工藝能夠實現脫硫海水水質恢復，但在實際工程應用中將幾十萬立方米的空氣鼓入兩三米深的水體，不僅氧氣的利用率很低，能耗非常大，同時存在佔地面積大、SO2逸出汙染等問題。公開號為CN201581013U，其
公開日為2010年9月15日的中國專利申請公開了一種煙氣脫硫海水電解氧化裝置。主要是利用電解海水產生的強氧化劑氯氣和次氯酸來氧化亞硫酸根成為硫酸根，達到恢復海水水質的目的。然而該工藝存在氧化性氣體氯氣逸出汙染以及建設運行成本高等問題。膜分離技術具備高效、節能、環保、佔地小等特徵。在疏水膜及膜接觸器應用領域，氧合器、脫氣和充氣接觸器已廣泛應用。公開號如下且為日前公開的美國專利申請 US7264725B2和US6616841B2中雖然提供了兩種類型的中空纖維膜接觸器，但也只限於脫除水中溶解氣體，用於鍋爐補給水及超純水的製備。由於脫硫海水曝氣恢復過程是一個伴隨化學反應氣液接觸過程，迄今為止，未見膜接觸器應用於脫硫海水水質恢復的公開報導。

發明內容
針對現有工業煙氣脫硫海水恢復工藝的不足，本發明提供一種膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝，以達到高效、低成本處理恢復工業煙氣脫硫海水水質，同時不會引入二次汙染的目的。本發明膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝予以實現的技術方案是所採用的膜
3法曝氣エ業煙氣脫硫海水恢復エ藝裝置包括液路和氣路，液路包括依次連接的配水區、耐 腐蝕泵和海水流量控制元件，與所述海水流量控制元件並聯有多個液體壓カ監測裝置；氣 路包括依次連接的氣源發生裝置和氣體流量控制元件，與所述氣體流量控制元件並聯有多 個氣體壓カ監測裝置，所述液體壓カ監測裝置和氣體壓カ監測裝置的數量相同，相互一一 對應的所述液體壓カ監測裝置和所述氣體壓カ監測裝置之間均分別設有一疏水性中空纖 維膜接觸器；每個疏水性中空纖維膜接觸器的氣相出口為封閉的，每個疏水性中空纖維膜 接觸器的液相出ロ均並聯至一排出管道。其エ藝如下工業煙氣脫硫海水沿上述液路進入疏水性中空纖維膜接觸器；氣源 發生裝置產生的含氧氣體經氣體流量控制元件進入疏水性中空纖維膜接觸器；氣液兩相分 別在疏水纖維膜接觸器的殼程和管程，氣液兩相為非直接接觸，通過調控氣體流量控制元 件和海水流量控制元件使氣液兩相在疏水性中空纖維膜接觸器的中空纖維膜的微孔處形 成穩定傳質界面，含氧氣體透過所述微孔進入脫硫海水，將脫硫海水中的亞硫酸鹽氧化生 成穩定的硫酸鹽，從而達到固硫的效果，脫硫海水水質指標恢復後達到國家海水排放標準。進ー步講，所述エ業煙氣脫硫海水為脫除燃煤煙氣SA海水、脫除燃油煙氣SO2海 水和脫除エ業廢氣中海水中任一種，其PH值範圍為1. 0 6. 8。另外，所述配水區中，新鮮海水和脫硫海水的摻混比例範圍為1/1 10/1。本發明與現有技術相比，所具有的有益效果是(1)本發明為封閉式曝氣，具有無SO2逸出汙染，綠色環保；(2)氣液兩相非直接接觸、均勻分布、接觸面積大、曝氣效率高，動カ消耗小；(3)膜接觸器佔地面積小，安裝靈活，便於集成放大。


圖1是本發明膜法曝氣エ業煙氣脫硫海水恢復エ藝流程圖；圖2-1是本發明中疏水性中空纖維膜接觸器中脫硫海水-流經殼程和含氧氣 體-流經管程運行模式及傳質示意圖；圖2-2是本發明中疏水性中空纖維膜接觸器中脫硫海水-流經管程和含氧氣 體-流經殼程運行模式及傳質示意圖。圖中1-配水區2-耐腐蝕泵3-海水流量控制元件4-液體壓カ監測裝置5-疏水性中空纖維膜接觸器6-氣源發生裝置7-氣體流量控制元件8-氣體壓カ監測裝置9-中空纖維膜10-微孔Al-エ業煙氣脫硫海水A2-曝氣恢復海水B-含氧氣體。
具體實施例方式如圖1所示，本發明ー種膜法曝氣エ業煙氣脫硫海水恢復エ藝，所採用的膜法曝 氣エ業煙氣脫硫海水恢復エ藝裝置包括液路和氣路，液路包括依次連接的配水區1、耐腐蝕 泵2和海水流量控制元件3，與所述海水流量控制元件3並聯有多個液體壓カ監測裝置4 ； 氣路包括依次連接的氣源發生裝置6和氣體流量控制元件7，與所述氣體流量控制元件7並聯有多個氣體壓力監測裝置8，所述液體壓力監測裝置4和氣體壓力監測裝置8的數量相同，相互一一對應的所述液體壓力監測裝置4和所述氣體壓力監測裝置8之間均分別設有一疏水性中空纖維膜接觸器5 ；每個疏水性中空纖維膜接觸器5的氣相出口為封閉的，每個疏水性中空纖維膜接觸器5的液相出口均並聯至一排出管道；其工藝如下工業煙氣脫硫海水Al沿上述液路進入疏水性中空纖維膜接觸器5 ； 氣源發生裝置6產生的含氧氣體經氣體流量控制元件7進入疏水性中空纖維膜接觸器5 ； 如圖2-1和圖2-2所示，氣液兩相分別在疏水纖維膜接觸器5的殼程(管程)和管程(殼程)，氣液兩相為非直接接觸，通過疏水纖維膜接觸器5的中空纖維膜9分隔，兩相獨立控制，通過調控氣體流量控制元件7和海水流量控制元件3使氣液兩相在疏水性中空纖維膜接觸器5的中空纖維膜9的微孔10處形成穩定傳質界面，含氧氣體透過所述微孔10進入脫硫海水，將脫硫海水中的亞硫酸鹽氧化生成穩定的硫酸鹽，從而達到固硫的效果，脫硫海水水質指標恢復後即曝氣恢復海水A2達到國家海水排放標準，可以排入大海。所述疏水性中空纖維膜接觸器5的中空纖維膜9的材料選自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚碸、聚醚碸、聚芳醚碸、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、矽橡膠中的一種，或其中兩種以上聚合物共混或複合的膜材料。所述氣源發生裝置6為增壓風機、空氣壓縮機和氧氣發生裝置中的一種。所述工業煙氣脫硫海水Al為脫除燃煤煙氣海水、脫除燃油煙氣海水和脫除工業廢氣中SA海水中任一種，其PH值範圍為1.0 6. 8。本發明所述配水區1中，工業煙氣脫硫海水Al與一定比例的新鮮海水進行摻混， 其中新鮮海水和脫硫海水的摻混比例範圍為1/1 10/1。所述疏水性中空纖維膜接觸器5採用自動在線反向衝洗工藝設計，以控制和減輕膜接觸器進水端面堵塞及膜汙染。以下通過對實施例描述本發明所具有的特點，提供實施例是為了理解的方便，絕不是限制本發明。實施例1 採用如圖1所示的膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝，其裝置的脫硫核心部分由1級疏水性中空纖維柱式膜組件，其直徑90mm，有效長度900mm，內部填充MOO根內徑 400 μ m,外徑500 μ m疏水性聚丙烯中空纖維膜。膜絲為熔融紡絲拉伸法製得，其最大孔徑範圍為0.0111111 2.(^111，壁厚為50 μ m。工業煙氣脫硫海水為燃煤煙氣脫硫海水，其pH 值為5. 20，溶解氧(DO)為Omg/L。含氧氣體為壓縮空氣，由空氣壓縮機製得。燃煤煙氣脫硫海水Al經配水區摻混新鮮海水，新鮮海水與燃煤煙氣脫硫海水的摻混比例為3 1，經由耐腐蝕泵2、調節海水流量控制元件3使海水以0. 6m3/h的流量進入疏水性中空纖維膜接觸器5殼程。壓縮空氣B通過空氣壓縮機6產生，調節氣體流量控制元件7使煙氣以0. 4Nm3/ h的流量進入疏水性中空纖維膜接觸器5管程。氣相壓力為70KPa，液相壓力為30KPa，曝氣時間為20s。曝氣恢復海水A2的pH值為6. 85，DO為4. 15mg/L,滿足《海水水質標準》 (GB3097-1997)三類標準的pH彡6. 8，DO > 4mg/L的要求，從而達到國家海水排放標準，可以排入大海。實施例2 採用與上述實施例1相同的工藝、裝置和工業煙氣脫硫海水，含氧氣體為純氧，由氧氣發生器製得。燃煤煙氣脫硫海水Al經配水區摻混新鮮海水，摻混比例為3 1，經由耐腐蝕泵2、調節海水流量控制元件3使海水以0. 6m3/h的流量進入疏水性中空纖維膜接觸器 5殼程。純氧B通過氧氣鋼瓶6產生，調節氣體流量控制元件7使純氧以0. OSNmVh的流量進入疏水性中空纖維膜接觸器5管程。氣相壓力為70KPa，液相壓力為30KPa，曝氣時間為 20s.曝氣恢復海水A2的pH值為6. 90，DO為9. 40mg/L，從而達到國家海水排放標準，可以排入大海。實施例3 採用與上述實施例1相同的工藝、裝置、工業煙氣脫硫海水和含氧氣體。燃煤煙氣脫硫海水Al，其pH值為2. 70，溶解氧(DO)為Omg/L，燃煤煙氣脫硫海水Al經配水區摻混新鮮海水，摻混比例為5 1，經由耐腐蝕泵2、調節海水流量控制元件3使海水以0.4m3/h的流量進入疏水性中空纖維膜接觸器5殼程。壓縮空氣B通過空氣壓縮機6產生，調節氣體流量控制元件7使煙氣以0. 3Nm3/h的流量進入疏水性中空纖維膜接觸器5管程。氣相壓力為70KPa，液相壓力為30KPa，曝氣時間為20s。曝氣恢復海水A2的pH值為6. 91，DO為 4. 03mg/L，從而達到國家海水排放標準，可以排入大海。儘管上面結合圖對本發明進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬於本發明的保護之內。
權利要求
1.一種膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝，其特徵在於所採用的膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝裝置包括液路和氣路，液路包括依次連接的配水區(1)、耐腐蝕泵( 和海水流量控制元件(3)，與所述海水流量控制元件(3)並聯有多個液體壓力監測裝置(4)；氣路包括依次連接的氣源發生裝置(6)和氣體流量控制元件(7)，與所述氣體流量控制元件(7)並聯有多個氣體壓力監測裝置(8)，所述液體壓力監測裝置(4)和氣體壓力監測裝置(8)的數量相同，相互一一對應的所述液體壓力監測裝置(4)和所述氣體壓力監測裝置(8)之間均分別設有一疏水性中空纖維膜接觸器(5)；每個疏水性中空纖維膜接觸器(5)的氣相出口為封閉的，每個疏水性中空纖維膜接觸器(5) 的液相出口均並聯至一排出管道；其工藝如下工業煙氣脫硫海水(Al)沿上述液路進入疏水性中空纖維膜接觸器(5)；氣源發生裝置 (6)產生的含氧氣體經氣體流量控制元件(7)進入疏水性中空纖維膜接觸器(5)；氣液兩相分別在疏水纖維膜接觸器(5)的殼程和管程，氣液兩相為非直接接觸，通過調控氣體流量控制元件(7)和海水流量控制元件( 使氣液兩相在疏水性中空纖維膜接觸器(5)的中空纖維膜(9)的微孔(10)處形成穩定傳質界面，含氧氣體透過所述微孔(10) 進入脫硫海水，將脫硫海水中的亞硫酸鹽氧化生成穩定的硫酸鹽，從而達到固硫的效果，脫硫海水水質指標恢復後達到國家海水排放標準。
2.根據權利要求1所述的膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝，其特徵在於，所述疏水性中空纖維膜接觸器( 中氣液兩相流體非直接接觸，通過中空纖維膜(9)分隔，兩相獨立控制。
3.根據權利要求1所述的膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝，其特徵在於，所述疏水性中空纖維膜接觸器( 的中空纖維膜(9)的材料選自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚碸、聚醚碸、聚芳醚碸、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、矽橡膠中的一種，或其中兩種以上聚合物共混或複合的膜材料。
4.根據權利要求1所述的膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝，其特徵在於，所述工業煙氣脫硫海水(Al)為脫除燃煤煙氣SO2海水、脫除燃油煙氣SO2海水和脫除工業廢氣中 SO2海水中任一種，其pH值範圍為1.0 6. 8。
5.根據權利要求1所述的膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝，其特徵在於，所述配水區(1)中，新鮮海水和工業煙氣脫硫海水(Al)的摻混比例範圍為1/1 10/1。
6.根據權利要求1所述的膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝，其特徵在於，所述氣源發生裝置(6)為增壓風機、空氣壓縮機和氧氣發生裝置中的一種。
7.根據權利要求1所述的膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝，其特徵在於，所述疏水性中空纖維膜接觸器( 採用自動在線反向衝洗工藝設計，以控制和減輕膜接觸器進水端面堵塞及膜汙染。
全文摘要
本發明公開了一種膜法曝氣工業煙氣脫硫海水恢復工藝。工業煙氣脫硫海水依次經過配水區摻混新鮮海水、耐腐蝕泵、海水流量控制元件進入疏水性中空纖維膜吸收器殼程(管程)。含氧氣體通過氣源發生裝置產生，經過氣體流量控制元件進入疏水性中空纖維膜接觸器管程(殼程)。氣液兩相在膜接觸器中非直接接觸，通過中空纖維膜分隔，兩相獨立控制。通過調控氣體和海水流量控制元件使氣液兩相在中空纖維膜微孔處形成穩定傳質界面，含氧氣體透過膜微孔進入脫硫海水，將脫硫海水的亞硫酸鹽氧化生成穩定的硫酸鹽，達到固硫、恢復海水水質的效果。與現有技術相比，本發明為封閉式曝氣，具有無SO2逸出、效率高、動力消耗小、佔地小、安裝靈活、便於集成放大等優點。
文檔編號C02F1/74GK102557194SQ20111046004
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者關毅鵬, 劉國昌, 張召才, 李曉明, 李 浩, 郭春剛, 陳穎 申請人:國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所