专利名称：一种工业循环冷却水的旁流处理方法
技术领域：
本发明涉及一种水质处理方法，更具体说，是一种具有水质净化和软化作用的工业循环冷却水的旁流处理方法。
背景技术：
敞开式循环冷却水系统存在水的浓缩过程和水-空气的洗涤过程，使水中的溶解盐和悬浮物等杂质浓度不断增大，导致冷却水的腐蚀和结垢倾向加剧、微生物大量繁殖；为达到水质稳定的目的，大型冷却水系统通常采用投加多种水质稳定剂并必须排出一部份冷却水。系统排污不但造成水处理剂流失和补水量的增加，还因通常含有磷酸盐水处理剂，对接受水体具有富营养化作用，受到越来越严格的限制。
采用适当的工艺对循环冷却水进行旁流处理，可将系统中不断增高的、限制水处理效果的有害成分除去，相当于将排污水再生处理后作为补充水、回用到循环冷却水系统中。这样可以进一步提高工业水的重复利用率、减少废水的排放量，基本实现系统的“零排放”，对工业企业具有节水、节能及降低生产成本等作用，对保护和合理使用淡水资源、促进经济的可持续发展，具有重要意义。
用于去除冷却水中悬浮物和溶解固体等有害成份、回收排污水的处理工艺包括1、过滤最常用的是旁流处理方式，处理水量通常为循环水量的1～5％，可以除去水中大部分悬浮固体、粘泥和微生物等，但不能降低水的硬度和含盐量；反冲洗时，杂质随反洗水排出系统。由于反洗水中杂质浓度比循环水的排污水高得多，所以排出的杂质很多、而消耗的水量很少，旁滤可使得排污水量显著降低。近几年来，纤维过滤器在工业循环冷却水旁流处理中应用得到关注。
2、沉淀软化投加石灰-纯碱可以去除硬度、碱度和SiO2，生成难溶的CaCO3或Mg(OH)2后沉淀析出；加入混凝剂，可使呈胶体状态的CaCO3和Mg(OH)2等形成大的絮状物颗粒，并吸附水中的悬浮物而沉降下来，达到同时降低水质浊度和硬度的目的。该法的缺点是出水残留硬度高、pH值较高、需加酸调节，泥渣量过多，加酸使冷却水中的盐含量增高(包括氯离子和硫酸盐)，加剧冷却水的腐蚀倾向。此外，石灰乳制备系统的操作条件、运行环境差，管道易堵塞、自动化难度大等成为限制其应用的主要因素。冷却水中膦酸盐缓蚀阻垢剂的存在，可能干扰软化处理过程；而石灰乳对阻垢剂的性能也有不利影响。
3、膜分离反渗透法和电渗析法是常见的两种膜分离方法，可以有效去除冷却水中硬度物质、微生物等有害成份，有较高的脱盐率，将较纯净的水返回系统中，水的回收率为75～90％。膜分离法的缺点是，对进水水质的要求苛刻，运行过程中的压力波动易导致膜的破坏，水中的腐蚀产物和微生物易使预滤装置和反渗透膜堵塞、污染，频繁的清洗增大了运行费用，处理成本和一次性投入较高，通常只适用于电厂等大型循环冷却水系统。
4、离子交换用于纯水制备的离子交换法日常运行需消耗大量酸碱，并产生大量废水，处理成本很高；如采用Na型树脂进行软化处理，购置工业盐的成本较高，再生时可能带入大量Cl-离子，增加冷却水的腐蚀倾向。离子树脂软化工艺的缺点是水中悬浮物和有机物的存在对树脂的运行周期有严重的影响；树脂价格较高、再生操作复杂也限制了其应用。
5、蒸汽压缩冷凝法。将排污水加热蒸发-蒸汽压缩冷凝，可使冷却水中的有害成份得到高度浓缩，并使95％的排污水以冷凝液的形式得到回收、可作为循环水和锅炉补充水返回系统。这种方法存在能耗过高的缺点，只可能在特别缺水的地区的热电厂采用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种工艺流程简单、污水排放少、设备投入及运行成本低、可同时净化和软化水质、同时可保留大部分水处理剂的工业循环冷却水的旁流处理方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为该种工业循环冷却水的旁流处理方法，它以旁流形式处理循环冷却水，其特征在于其过程包括a、往进入旁流系统内的循环冷却水中加入混凝剂和沉淀剂，并使其混合均匀，待经前述处理的循环冷却水的沉淀反应和微絮凝反应充分后进行过滤，从而去除水中的悬浮物和部分永久硬度，并适当增加水的碱度，使剩余的永久硬度转化为暂时硬度；b、将经上述处理的循环冷却水采用弱酸阳离子交换树脂作进一步处理，使出水水质达到补充水的水质要求。
该工业循环冷却水的旁流处理方法还包括后续三级处理，所述三级处理为采用反渗透膜或纳滤膜处理，使水质得到进一步提高。
经上述步骤a处理后水的硬度降低1～1.5mmol/L，浊度低于1 NIU，pH值升至8.5～10。
经上述步骤b处理后水的硬度和碱度均降低至1mmol/L以下，pH值至3～6，并保留水中原有磷酸盐水处理剂50％以上。
所述的混凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)，所述的沉淀剂选自纯碱、烧碱、小苏打和石灰乳中至少一种。
所述的弱酸阳离子交换树脂为丙烯酸阳离子交换树脂。
所述步骤a中的过滤操作采用的是高效纤维过滤器，高效纤维过滤器中设有纤维滤料层。
所述的纤维过滤器的滤料上方留有用于进行沉淀和絮凝过程的反应空间。
在水质软化处理中弱酸阳离子交换树脂的应用越来越广泛，由于弱酸树脂不能与中性盐所分解的离子(即强酸阴离子如SO42-、Cl-、NO3-等)起反应，只能与弱酸盐类(即碱度)起反应，因而能同时去除水中的硬度和碱度，其主要反应为 弱酸树脂的羧酸基团对Ca2+、Mg2+离子具有较大的亲和力，能有效去除水中的碳酸盐硬度，工作交换容量通常可达2000mmol/L；其再生剂比耗约为理论值的1.05～1.10倍，因而具有良好的经济效果。再生剂可以是盐酸或硫酸，前者的成本是后者的3倍左右，但采用硫酸时，必须严格控制再生液的浓度和流速，以抑制CaSO4的生成。采用双流式离子交换器可以节约投资和占地面积，获得较高的再生效率和较低的水耗。
此外，还可视需要而增加后续三级处理，三级处理可以采用反渗透膜或纳滤膜处理，进一步去除水中的SiO2和可溶性盐类，使水质得到进一步提高。出水除单独供作冷却塔补充水或锅炉给水，也可将经膜分离的出水分作两路，浓水含水处理剂回到冷却塔，淡水用作锅炉补充水。
本发明方法具有以下特点1、该方法具有工艺流程简单、设备紧凑、操作方便、灵活性大等特点。一般只需经一体化过滤器和弱酸阳离子交换树脂处理两道程序，并可根据水质情况，可以在适当时候，选择只运行高效过滤器的模式；通常情况下，运行两台主要设备；必要时，还可增加反渗透、电渗析等膜处理工艺作为后续处理。
2、将反应器与过滤器合二为一的“一体化”设备，工艺过程在一体化设备中完成，占地面积小，易于实现。利用高效纤维过滤器内滤料层的上部空间作为“三合一”处理工艺的反应器，可省去一个体积庞大的反应澄清池；由于“微絮凝效应”的存在，反应生成的微小沉淀物颗粒可通过纤维滤料的深层、高精度过滤得以去除；具有过滤精度高、运行周期长、纳污量大等优点。
3、其自身耗水量不到旁流水量的10％，因而污水排放量少。本方法适用于大型工业循环冷却水系统，实现真正意义上的“零排放”，具有良好的经济效益。
4、无需澄清池，弱酸阳离子交换树脂容易再生、对永久硬度没有去除作用、软化水质时不产生强酸，树脂在失效后容易再生，通常酸的消耗量仅为理论值的1.1倍，并且出水中可保留50％以上的水处理剂，因而比较经济。
5、该方法的出水可后接反渗透或电渗析等膜分离方法，进一步去除水中的SiO2和可溶性盐类，由于该水硬度和碱度均非常低，且水中含磷酸盐水处理剂具有良好的阻垢作用，因此膜分离的运行成本可以较低。出水除单独供作冷却塔补充水或锅炉给水，也可将膜分离的出水分作两路，浓水含水处理剂回到冷却塔，淡水用作锅炉补充水。
6、本方法的工艺处理过程中水中增加的盐含量较小，相对其它方法，水质明显改善，出水的pH值偏酸性，有利于冷却水系统的水质稳定，减少冷却水的结垢倾向。
7、本方法中过滤器反冲洗的废液呈碱性，而离子交换树脂再生废液呈酸性，二者可以中和处理，并利用工厂现有的化学水车间废酸液池进行中和处理。
8、该方法用于电厂冷却水“零排放”处理尤其适合，可以利用其现有的循环冷却水泵和盐酸/硫酸的贮存设备和计量设备，所述的两台主要设备可安装在化水车间厂房内，以便于管理和维护。对某些化水能量富余的工厂，可以利用闲置的活性碳过滤器和离子交换塔进行技术改造，用作“零排放”处理装置。
本发明方法的成本效益分析运行成本包括沉淀剂和混凝剂的消耗及弱酸树脂再生所用硫酸作为再生剂的费用，冷却水旁流处理的运行成本中药剂成本视系统的运行水质不同在0.5～0.75元/m3之间，加上电力消耗部分(主要包括进水泵、反冲泵和罗茨风机所消耗的电能)，总成本可控制在1.0元/m3以下，比采用反渗透等其它方法较为经济。
收益包括减少补充水量和排污水量而节省的水费和排污费、减少水处理剂消耗量而节省的费用、以及改善水质稳定效果，延长设备使用寿命、改善传热效率而产生的效益。
图1为本发明的工艺流程参考图；具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例如图1所示，为本发明方法的一个较佳实施方式，适合用于大型工业循环冷却水的“零排放”处理。如图1所示，循环冷却水系统的冷水池中的水，经循环泵进入循环管道，大部分经换热器后去冷却塔，而1～5％的循环水量经一支管进入旁路水处理系统，进入支管的循环冷却水先经射流器加入混凝剂和沉淀剂。其中，混凝剂为PAM，沉淀剂可自纯碱、烧碱、小苏打和石灰乳中选用，本实施例中选用纯碱。混凝剂和沉淀剂在管道中混合均匀后，进入一体化高效纤维过滤器中。该纤维过滤器的下层设有纤维滤料层1，而纤维滤料层1的上方留有用于进行沉淀和絮凝过程的反应空间2。循环冷却水进入纤维过滤器后，在滤床上方的反应空间2内发生部分软化反应和微絮凝反应，生成的CaCO3和Mg(OH)2颗粒，与水中的悬浮物一起，被纤维滤料截留、除去，滤后水的硬度约降低1mmol/L左右(主要降低水中的永久硬度即非碳酸盐硬度)，浊度可降到1 NTU以下、水的碱度适当增加，pH值升到9.5左右。经过滤后的水随后流入弱酸阳离子树脂交换器中进行下一步处理，本实施例中采用的弱酸阳离子树脂为丙烯酸阳离子交换树脂，经离子交换处理后水中硬度和碱度降低至均为1mmol/L以下，出水pH值3～6，达到补充水的水质要求，返回冷却水系统中。出水中可保留50％以上的水处理剂。
弱酸阳离子交换树脂的再生以盐酸或硫酸为再生剂，通常酸的消耗量仅为理论值的1.1倍，再生废液呈酸性；而高效纤维过滤器反冲洗的废液呈碱性，二者可以利用工厂现有的化学水车间废酸液池进行中和处理。
本发明方法的成本效益分析实例实例1南方某热电厂冷却水系统主要参数如下循环水量Q＝40000m3/h，系统总容积V约700m3。补充水用量M约为10800m3/d，其中蒸发水量E约为9000m3/d，风吹损失约为40m3/h，浓缩倍数N约为6，污水量B约840m3/d。采用本发明的旁流处理工艺，将部分冷却水引出采用混凝过滤-弱酸树脂软化后，返回到系统中。系统主要参数为补充水用量M约为9960m3/d，浓缩倍数N约为9.9，污水量B约67m3/d。
南方某热电厂成本效益分析表单价 处理前 处理后减少 减少费用分类品名 备注元/tt/d t/d t/d 万元/年用水 新鲜水量 1.910800 9960 840 57.46排污量0 840 67 773 0 暂时不收排污费药剂 水稳剂10000 0.042 0.0080.03412.1 投加浓度50mg/L，用量节省80％纯碱 1200 0 0.042 -0.042 -1.81 投加浓度50g/m3盐酸32％ 8000 0.53-0.53-15.1PAM 10000 0 0.00034 -0.00034 -0.12 投加浓度为0.4mg/L动力 未计忽略反冲和正洗动力设备 折旧-5 以100万元、20年计人工 未计综合 47.5
实例2华北某电业公司循环冷却水系统主要参数为循环水量Q＝40000m3/h，补充水用量M约为16000m3/d，其中蒸发水量E约为8400m3/d，风吹损失约为40m3/h，浓缩倍数N约为2.2，污水量B约7000m3/d，硬度6.7mmol/L，碱度4.9mmol/L，氯离子19mg/L；采用本发明的旁流处理工艺后，补充水用量M约为9340m3/d，浓缩倍数N约为7.3，污水量B约336m3/d。预计可节约新鲜水量7000m3/d，经济效益十分明显。
华北某电业公司成本效益分析表单价处理前处理后减少 减少费用分类品名 备注元/t t/d t/d t/d 万元/年用水 新鲜水量 1.9 16341 9341 7000 478.8排污量07000 336 66640 暂时不收排污费药剂 水稳剂100000.35 0.18 0.18 63 投加浓度50mg/L，用量节省80％纯碱 1200 0 0.42-0.42-18.1 投加浓度50g/m3盐酸32％ 800 0 5.15-5.15-148.2PAM 100000 0.00168 -0.00168 -0.60 投加浓度为0.4mg/L动力 0 -20忽略反冲和正洗动力设备 折旧 -15以300万元、20年计人工综合 339.8权利要求
1.一种工业循环冷却水的旁流处理方法，它以旁流形式处理循环冷却水，其特征在于其过程包括a、往进入旁流系统内的循环冷却水中加入混凝剂和沉淀剂，并使其混合均匀，待经前述处理的循环冷却水的沉淀反应和微絮凝反应充分后进行过滤，从而去除水中的悬浮物和部分永久硬度，并适当增加水的碱度，使剩余的永久硬度转化为暂时硬度；b、将经上述处理的循环冷却水采用弱酸阳离子交换树脂作进一步处理，使出水水质达到补充水的水质要求。
2.根据权利要求1所述的工业循环冷却水的旁流处理方法，其特征在于还包括后续三级处理，所述三级处理为采用反渗透膜或纳滤膜处理，使水质得到进一步提高。
3.根据权利要求1所述的工业循环冷却水的旁流处理方法，其特征在于经上述步骤a处理后水的硬度降低1～1.5mmol/L，浊度低于1NTU，pH值升至8.5～10。
4.根据权利要求1所述的工业循环冷却水的旁流处理方法，其特征在于经上述步骤b处理后水的硬度和碱度均降低至1mmol/L以下，pH值至3～6，并保留水中原有磷酸盐水处理剂50％以上。
5.根据权利要求1所述的工业循环冷却水的旁流处理方法，其特征在于所述的混凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)，所述的沉淀剂选自纯碱、烧碱、小苏打和石灰乳中至少一种。
6.根据权利要求1所述的工业循环冷却水的旁流处理方法，其特征在于所述的弱酸阳离子交换树脂为丙烯酸阳离子交换树脂。
7.根据权利要求1所述的工业循环冷却水的旁流处理方法，其特征在于所述步骤a中的过滤操作采用的是高效纤维过滤器，高效纤维过滤器中设有纤维滤料层。
8.根据权利要求7所述的工业循环冷却水的旁流处理方法，其特征在于所述的纤维过滤器的滤料上方留有用于进行沉淀和絮凝过程的反应空间。
全文摘要
本发明公开了一种工业循环冷却水的旁流处理方法。它以旁流形式处理循环冷却水，其过程是往进入旁流系统内的循环冷却水中投加一定量的沉淀剂和混凝剂，在混凝过滤一体化纤维过滤器去除悬浮物和部分永久硬度、适当增加碱度使剩余永久硬度转化为暂时硬度，在弱酸阳离子交换器中去除大部分硬度和碱度，返回系统中的水中保留大部分磷酸盐或膦酸盐水处理剂。还可根据需要，方便地增加后续三级处理。这种方法工艺流程简单，可显著降低排污水量，节约水处理剂用量，同时可有效改善冷却水的水质，提高水质稳定效果，基本实现冷却水系统的“零排污”，具有显著的经济效益。
文档编号C02F9/02GK1522974SQ0315090
公开日2004年8月25日 申请日期2003年9月11日 优先权日2003年9月11日
发明者高华生 申请人:浙江大学, 浙江德安新技术发展有限公司