環(huán)境管理_循環(huán)冷卻水處理與海水淡化概述

1 循環(huán)冷卻水處理與海水淡化 2 冷卻水系統(tǒng)的類型 直流冷卻水系統(tǒng) 循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 封閉式和敞開式常用的為敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 1 循環(huán)冷卻水水系統(tǒng) 3 循環(huán)冷卻水引起的腐蝕溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕Fe2 O2 H2O Fe OH 3活性離子引起的腐蝕Cl 和SO42 腐會降低金屬上保護(hù)膜的性能微生物引起的腐蝕 4 循環(huán)冷卻水處理 工業(yè)循環(huán)水處理技術(shù)就是利用水處理藥劑有效控制工業(yè)循環(huán)水水質(zhì)的技術(shù) 要求做到 防垢 防腐 防藻類生長 關(guān)鍵技術(shù)是防垢劑及緩蝕劑 還必須考慮環(huán)保 對工業(yè)循環(huán)水的處理 其核心問題就是要選擇采用優(yōu)質(zhì)安全的水處理藥劑 5 循環(huán)水處理方法 降低結(jié)垢物質(zhì)含量 石灰處理 離子交換法 酸化法防垢處理方法 穩(wěn)定結(jié)垢物質(zhì) 硬度 含有機穩(wěn)定處理法 復(fù)合 無機 有機藥劑處理 法 磷化 無機聚磷酸鹽 法綜合處理 酸化磷化法 酸化 有機藥劑處理 6 環(huán)水系統(tǒng)中微生物的控制工業(yè)循環(huán)水處理不僅要防垢防腐 還要防微生物 微生物種類較多 在工業(yè)循環(huán)水中引發(fā)問題的主要有三類 藻類 細(xì)菌和真菌 它們一是從補給水中帶入 二是由空氣中帶入 藻類的危害 一是死亡的藻類成為水中的懸浮物和沉淀物 二是藻類在冷卻塔填料上的生長會影響水分散和通風(fēng)量 降低冷卻效果 工業(yè)循環(huán)水中存在大量細(xì)菌 其在新陳代謝過程中能分泌黏液 把原來懸浮在水中的固體物和無機沉淀物粘合起來 附著于換熱表面上 引起結(jié)生污垢和腐蝕 因此對這三類微生物 必須進(jìn)行殺滅 控制 通用的方法就是定期投放殺菌滅藻劑進(jìn)行殺滅 7 8 9 1 2生物粘泥生物粘泥是細(xì)菌的分泌液與水中的懸浮物 膠體和不溶性有機物等形成的粘狀沉積物 生物粘泥一旦形成附著在凝汽器管壁上 不僅會影響凝汽器的傳熱效率 還會在粘泥覆蓋的金屬表面形成缺氧區(qū) 形成氧濃差電池而使金屬遭受局部腐蝕或點蝕 要消除和控制粘泥 就要殺滅循環(huán)水中的細(xì)菌 降低懸浮物 有機物的濃度 破環(huán)微生物的生長繁殖條件 阻止生物膜的形成 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 反滲透膜采用東麗公司的TM720 400型抗污染高脫鹽率低壓復(fù)合膜 系統(tǒng)水回收率大于75 脫鹽率大于97 電除鹽系統(tǒng)整個裝置由2套EDI膜組件組成 型號為EDI210 18支 套 出力Q 34m3 h 23 2 海水淡化 海水淡化即利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水 是實現(xiàn)水資源利用的開源增量技術(shù) 可以增加淡水總量 且不受時空和氣候影響 水質(zhì)好 價格漸趨合理 可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補水等穩(wěn)定供水 從海水中取得淡水的過程謂海水淡化 現(xiàn)在所用的海水淡化方法有海水凍結(jié)法 電滲析法 蒸餾法 反滲透法 目前應(yīng)用反滲透膜的反滲透法以其設(shè)備簡單 易于維護(hù)和設(shè)備模塊化的優(yōu)點迅速占領(lǐng)市場 逐步取代蒸餾法成為應(yīng)用最廣泛的方法 24 冷凍法 即冷凍海水使之結(jié)冰 在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時鹽被分離出去 冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端 其中蒸餾法會消耗大量的能源并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢 而所得到的淡水卻并不多 而冷凍法同樣要消耗許多能源 但得到的淡水味道卻不佳 難以使用 真空冷凍海水淡化法工藝包括脫氣 預(yù)冷 蒸發(fā)結(jié)晶 冰晶洗滌 蒸汽冷凝等步驟 海水淡化水產(chǎn)品可達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn) 是一種較理想的海水淡化法 25 反滲透法 通常又稱超過濾法 是1953年才開始采用的一種膜分離淡化法 該法是利用只允許溶劑透過 不允許溶質(zhì)透過的半透膜 將海水與淡水分隔開的 在通常情況下 淡水通過半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè) 從而使海水一側(cè)的液面逐漸升高 直至一定的高度才停止 這個過程為滲透 反滲透海水淡化技術(shù)發(fā)展很快 工程造價和運行成本持續(xù)降低 主要發(fā)展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力 提高反滲透系統(tǒng)回收率 廉價高效預(yù)處理技術(shù) 增強系統(tǒng)抗污染能力等 26 低溫多效蒸發(fā) 低溫多效蒸餾淡化技術(shù)的概念低溫多效海水淡化技術(shù)是指鹽水的最高蒸發(fā)溫度低于 的淡化技術(shù) 其特征是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來 用一定量的蒸汽輸入通過多次的蒸發(fā)和冷凝 后面一效的蒸發(fā)溫度均低于前面一效 從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水的淡化過程 27 多級閃蒸 所謂閃蒸 是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下 部分海水急驟蒸發(fā)的現(xiàn)象 多級閃蒸海水淡化是將經(jīng)過加熱的海水 依次在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)行蒸發(fā) 將蒸汽冷凝而得到淡水 目前全球海水淡化裝置仍以多級閃蒸方法產(chǎn)量最大 技術(shù)最成熟 運行安全性高彈性大 主要與火電站聯(lián)合建設(shè) 適合于大型和超大型淡化裝置 主要在海灣國家采用 多級閃蒸技術(shù)成熟 運行可靠 主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機造水能力 降低單位電力消耗 提高傳熱效率等 28 電滲析法 該法的技術(shù)關(guān)鍵是新型離子交換膜的研制 離子交換膜是0 5 1 0mm厚度的功能性膜片 按其選擇透過性區(qū)分為正離子交換膜 陽膜 與負(fù)離子交換膜 陰膜 電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列 組成多個相互獨立的隔室海水被淡化 而相鄰隔室海水濃縮 淡水與濃縮水得以分離 電滲析法不僅可以淡化海水 也可以作為水質(zhì)處理的手段 為污水再利用作出貢獻(xiàn) 此外 這種方法也越來越多地應(yīng)用于化工 醫(yī)藥 食品等行業(yè)的濃縮 分離與提純 29 海水淡化現(xiàn)狀 目前 全球海水淡化日產(chǎn)量約3500萬立方米左右 其中80 用于飲用水 解決了1億多人的供水問題 即世界上1 50的人口靠海水淡化提供飲用水 全球有海水淡化廠1 3萬多座 海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術(shù) 愈來愈受到世界上許多沿海國家的重視 全球直接利用海水作為工業(yè)冷卻水總量每年約6000億立方米左右替代了大量寶貴的淡水資源 全世界每年從海洋中提鹽5000萬噸 鎂及氧化鎂260多萬噸 溴20萬噸等 海水淡化需要大量能量 所以在不富裕的國家經(jīng)濟(jì)效益并不高 沙特阿拉伯的海水淡化廠占全球海水淡化能力的24 阿拉伯聯(lián)合酋長國的杰貝勒阿里海水淡化廠第二期是全球最大的海水淡化廠 每年可產(chǎn)生3億立方米淡水 30 海水淡化進(jìn)展 截至2006年底 中國日淡化海水能力接近15萬噸 中國在反滲透法 蒸餾法等主流海水淡化關(guān)鍵技術(shù)方面均取得重大突破 完成了自主知識產(chǎn)權(quán)的3000立方米 日低溫多效海水淡化工程 以及5000立方米 日反滲透海水淡化工程 中國海水淡化成本逐步下降 已接近5元 立方米 中國海水淡化雖基本具備了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展條件 但研究水平及創(chuàng)新能力 裝備的開發(fā)制造能力 系統(tǒng)設(shè)計和集成等方面與國外仍有較大的差距 當(dāng)務(wù)之急是盡快形成中國海水淡化設(shè)備市場的完整產(chǎn)業(yè)鏈條 圍繞制約海水淡化成本降低的關(guān)鍵問題 發(fā)展膜與膜材料 關(guān)鍵裝備等核心技術(shù) 研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海水淡化新技術(shù) 新工藝 新裝備和新產(chǎn)品 提高關(guān)鍵材料和關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化率 增強自主建設(shè)大型海水淡化工程的能力 未來20年內(nèi)國際海水淡化市場將有近700億美元的商機 中國應(yīng)占有充分份額 根據(jù)全國海水利用專項規(guī)劃 2010年 中國海水淡化規(guī)模達(dá)到每日80萬至100萬噸 2020年中國海水淡化能力達(dá)到每日250萬至300萬噸 尤其是國家積極支持海水淡化產(chǎn)業(yè) 自2008年1月1日起 企業(yè)的海水淡化工程所得將免征所得稅 中國海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊 31 反滲透工藝特點 反滲透方法可以從水中除去90 以上的溶解性鹽類和99 以上的膠體微生物及有機物等 反滲透淡化法不僅適用于海水淡化 也適合于苦咸水淡化 現(xiàn)有的淡化法中 反滲透淡化法是最經(jīng)濟(jì)的 它甚至已經(jīng)超過電滲析淡化法 由于反滲透過程的推動力是壓力 過程中沒有發(fā)生相變化 膜僅起著 篩分 的作用 因此反滲透分離過程所需能耗較低 在現(xiàn)有海水和苦咸水淡化中 反滲透法是最節(jié)能的 反滲透膜分離的特點是它的 廣譜 分離 即它不但可以脫除水中的各種離子 而且可以脫除比離子大的微粒 如大部分的有機物 膠體 病毒 細(xì)菌 懸浮物等 故反滲透分離法又有廣譜分離法之稱 32 工藝流程 常規(guī)反滲透法工藝流程是 原水 預(yù)處理系統(tǒng) 高壓水泵 反滲透膜組件 凈化水 其中預(yù)處理系統(tǒng)視原水的水質(zhì)情況和出水要求可采取粗濾 活性炭吸附 精濾等 精濾必不可少 是為了保護(hù)反滲透膜 延長其使用壽命而設(shè)立的 另外 復(fù)合膜對水中的游離氯非常敏感 因而預(yù)處理系統(tǒng)中通常都配備活性炭吸附 33 預(yù)處理 給水預(yù)處理對反滲透法安全運行是至關(guān)重要的 無論地表水或地下水 都含有一些可溶或不可溶的有機物和無機物 如果反滲透給水中含有過多的濁度 懸浮物質(zhì) 這些物質(zhì)將會淤積在膜表面上 此外還可使水中硬度過高而結(jié)垢 這些將使流道堵塞 造成膜組件壓差增大 產(chǎn)水量和脫鹽率下降 甚至使膜組件報廢的嚴(yán)重結(jié)果 另外不同膜材料具有不同的化學(xué)穩(wěn)定性 它們對pH 余氯 溫度 細(xì)菌 某些化學(xué)物質(zhì)等的穩(wěn)定性也有很大的影響 對給水預(yù)處理的要求也不同 34 淡化系統(tǒng)的安全運行 反滲透淡化系統(tǒng)安全運行必須注意以下問題 1 定期測試SDI指數(shù) SDI過高 會造成膜組件的不可逆污染 縮短組件的壽命 2 控制回收率 回收率過高 一方面使難溶鹽的組分超過溶度積而結(jié)垢 另一方面組件里的濃水流速過低 易于產(chǎn)生濃差極化引起結(jié)垢 同時不利于把水中膠體 懸浮物等排出 3 注意膜組件的壓差 膜組件的初期壓差是很小的 如若壓差增大較快 預(yù)示膜組件被污染或結(jié)垢 必須查出原因 并予以糾正 4 注意產(chǎn)水量和脫鹽率的變化 通常與壓差變化同時出現(xiàn) 如在短時間內(nèi) 產(chǎn)水量和脫鹽率明顯變化 必須檢查預(yù)處理系統(tǒng)運行是否正常 如加藥量是否合適 過濾器是否漏砂等 35 淡化苦咸水效果分析 陽離子陰離子Fe3 Ca2 Mg2 K Na SO2 4Cl F HCO 3100 098 899 598 596 598 496 496 094 7 2 反滲透系統(tǒng)對水質(zhì)極差的SO4 Cl2Na Mg型和SO4 Cl2Na型苦咸水中的溶解性總固體 總硬度 鐵 錳 鈣 鎂 鉀 鈉 硫酸鹽 氯化物 二氧化硅等無機鹽的去除率為96 100 總硬度 氯化物 硫酸鹽 溶解性固體等指標(biāo)去除率大于98 出水水質(zhì)優(yōu)于國家和國際水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 3 反滲透系統(tǒng)對人體健康危害較大的氟化物去除率為96 六價鉻去除率為92 5 4 反滲透系統(tǒng)對污染性及毒理學(xué)指標(biāo) 耗氧量 NH3 NO2 NO3 砷去除率40 83 低于上述無機鹽類去除率 但原水中污染性指標(biāo)含量相對較低 40 83 的去除率完全可以滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求 5 苦咸水中 微生物含量在地表水 地下水中差異較大 反滲透系統(tǒng)對細(xì)菌總數(shù)檢測的去除率從44 6 提高到93 2 去除效果明顯 6 原水中毒理學(xué)指標(biāo)及部分理化指標(biāo)如銅 鋅 鉛 鉻 鎘 銀 汞 硒 氰 揮發(fā)酚類 三氯甲烷 四氯化碳 苯并 a 芘 滴滴涕 六六六含量均較低 大都低于檢驗方法的檢出下限 不做加標(biāo)檢驗 上述指標(biāo)的去除率絕大部分達(dá)到100 36 優(yōu)缺點 優(yōu)點 與其他水處理方法相比具有無相態(tài)變化 常溫操作 設(shè)備簡單 效益高 占地少 操作方便 能