二效汽凝水反滲透處理的實(shí)驗(yàn)研究

二效汽凝水反滲透處理的實(shí)驗(yàn)研究

甘蔗糖業(yè)是一個新興的行業(yè)，具有高消耗和高污染。制糖企業(yè)每處理1t甘蔗耗用新鮮水約6m3,排放污水約6.2m3。多年來,由于含糖污水大量排放而引起的環(huán)境污染事故時有發(fā)生,制糖工業(yè)的結(jié)構(gòu)性污染和區(qū)域性污染已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大憂患。為了節(jié)約水資源,減少環(huán)境污染,對糖廠用水的工藝性改進(jìn)勢在必行。糖廠蒸發(fā)站的二效汽凝水是鍋爐給水的良好補(bǔ)充水源。以二效汽凝水取代原水回用鍋爐,將大大降低鍋爐的運(yùn)行成本。二效汽凝水含有糖分,目前糖廠現(xiàn)有技術(shù)除糖不徹底、不穩(wěn)定,對鍋爐的高效、安全使用帶來隱患。為此我們進(jìn)行了甘蔗糖廠汽凝水除糖新工藝研究。汽凝水除糖新工藝是使用反滲透技術(shù)對二效汽凝水進(jìn)行除糖處理,為制糖生產(chǎn)的“零取水”奠定了基礎(chǔ),做到了制糖生產(chǎn)用水的資源化。本研究分析反滲透技術(shù)的適應(yīng)性和可靠性,并且通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了在線驗(yàn)證。1除糖應(yīng)使用氣冷水法1.1水質(zhì)指標(biāo)及溫度實(shí)驗(yàn)用水取自廣西來賓市某糖廠蒸發(fā)工段的二效汽凝水。取樣分析二效汽凝水得其主要水質(zhì)指標(biāo)如下:總硬度≤2.0μmol·L-1,電導(dǎo)率≤316μS·cm-1,氧≤15.0μg·L-1,糖36mg·L-1,鐵≤50.0μg·L-1,銅≤10.0μg·L-1,pH值6.8～7.5,油≤1.0mg·L-1,溫度105℃。1.2反滲透系統(tǒng)操作參照其他行業(yè)的污水回用處理方法,選擇應(yīng)用反滲透技術(shù)來去除二效汽凝水所含的微量糖分。二效汽凝水首先通過換熱器冷卻至常溫,再經(jīng)過活性碳過濾器、保安過濾器預(yù)處理后進(jìn)入反滲透系統(tǒng),反滲透透過液經(jīng)清水泵送到板式換熱器與105℃的二效汽凝水進(jìn)行熱量交換,加熱到95℃以上,送到鍋爐給水箱,以補(bǔ)充鍋爐給水。二效汽凝水溫度達(dá)105℃,必須經(jīng)過冷卻才能符合反滲透膜正常工作溫度(不高于40℃)?；钚蕴歼^濾器和保安過濾器用于吸附去除水中微粒懸浮物,防止膜組件被污染。實(shí)驗(yàn)工藝流程如圖1所示。1.3反滲透系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)核心工藝為美國海德能科技有限公司生產(chǎn)的PA2-4040型復(fù)合膜反滲透膜元件,材料為聚酰胺復(fù)合材料,其主要技術(shù)參數(shù)為:產(chǎn)水量7.2m3·d-1,公稱脫鹽率99.5%,有效膜面積7.9m2,pH值運(yùn)行范圍為3～10,單支膜元件回收率15%,進(jìn)水溫度5～45℃。該反滲透系統(tǒng)的排列方式為一級二段,膜元件數(shù)量為9根?；阱佀碾妼?dǎo)率與二效汽凝水含糖量關(guān)系,實(shí)驗(yàn)過程中研制使用了二效汽凝水含糖量在線控制裝置。此裝置可以實(shí)現(xiàn)二效汽凝水電導(dǎo)率的實(shí)時在線監(jiān)視和二效汽凝水可否入爐的控制操作。1.4反滲透裝置運(yùn)行情況采用甲乙丙三班,每隔4h記錄下相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù):進(jìn)水電導(dǎo)率、凈水電導(dǎo)率、進(jìn)水糖量、凈水糖量、凈水流量、濃水流量、膜前壓力及膜后壓力等,以考察反滲透裝置運(yùn)行情況,使實(shí)驗(yàn)是在實(shí)際工況下進(jìn)行。2結(jié)果與分析2.1反滲透系統(tǒng)進(jìn)水糖量的特性整理試驗(yàn)數(shù)據(jù),可得到反滲透進(jìn)水壓力P1、操作壓力ΔP及產(chǎn)水量Qf變化情況如圖2所示。反滲透系統(tǒng)進(jìn)水含糖量變化情況如圖3所示。結(jié)合圖2和圖3分析可知,該系統(tǒng)反滲透進(jìn)水含糖量比較高(30～60mg·L-1),反滲透系統(tǒng)的操作壓力ΔP穩(wěn)定在0.03Mpa;反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行約480h后產(chǎn)水量沒有明顯下降,說明PA2-4040型復(fù)合膜具有很好的耐污染能力。2.2除糖劑的水質(zhì)指標(biāo)和脫鹽率根據(jù)火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T12145-1999),中壓(鍋爐過熱蒸汽壓力3.8～5.8MPa)鍋爐給水水質(zhì)指標(biāo)對比糖廠二效汽凝水樣的水質(zhì)指標(biāo),發(fā)現(xiàn)除了糖分含量外其他指標(biāo)均未超標(biāo),所以實(shí)驗(yàn)中,主要檢驗(yàn)糖分的去除情況即可。在反滲透系統(tǒng)中用脫鹽率來表示糖分的去除情況。整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),反滲透系統(tǒng)進(jìn)水電導(dǎo)率、產(chǎn)水電導(dǎo)率及脫鹽率的變化情況如圖4所示。圖4結(jié)果顯示,反滲透系統(tǒng)的脫鹽率能夠穩(wěn)定在87.28%左右。處理后的二效汽凝水的含糖量≤10mg·L-1,低于中壓鍋爐回用二效汽凝水含糖量≤25mg·L-1的允許值,說明采用一級反滲透裝置處理二效汽凝水,其水質(zhì)完全達(dá)到中壓鍋爐補(bǔ)充給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。2.3主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析2.3.1按60%回收率計算以日榨7000t的糖廠為例,鍋爐需水量為120t/h。一效乏汽汽凝水無污染,流量為105t/h可直接回用鍋爐(回收率為70%),流量為100t/h的二效汽凝水,實(shí)際運(yùn)行中按60%回收率產(chǎn)水達(dá)到鍋爐補(bǔ)水要求。1個榨季(120d)可以節(jié)省新鮮原水172800t,按每噸新鮮水綜合費(fèi)用為0.5元計,則每年節(jié)約新鮮水綜合費(fèi)8.64萬元;每年可減少外排污水172800t,按每噸外排污水綜合費(fèi)用為1.5元計,則每年節(jié)約外排污水綜合費(fèi)25.92萬元。2.3.2ue006有效及節(jié)約燃料供給的經(jīng)濟(jì)性對甘蔗糖廠鍋爐使用ue006分析方法,基本依據(jù)為ue006平衡方程:帶入ue006(Ei)為鍋爐給水的ue006,供給ue006(Eq)為燃料的ue006,有效ue006(Ee)為蒸汽所獲得ue006,ue006損失分為內(nèi)部ue006損失(燃燒的ue006損失、未燃燒燃料的ue006損失、熱燃?xì)鈱o水、蒸汽及燃燒空氣傳熱所引起的ue006損失)和外部ue006損失(熱量散失于環(huán)境的ue006損失)。經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料得鍋爐的ue006效率(ηex一般僅能達(dá)到50%左右或更低,其中燃燒不可逆ue006損失和傳熱不可逆ue006損失占據(jù)了ue006損失中的主體,故此假設(shè)鍋爐的ue006效率為50%,即:ηex=50%。選取0.1MPa,20℃(293.15K)的新鮮原水為ue006分析的基準(zhǔn)態(tài)。以日榨7000t的糖廠為例,新鮮原水(基態(tài))帶入鍋爐的ue006Ei1為0kJ,經(jīng)反滲透處理后的二效汽凝水(0.1MPa,90℃)帶入鍋爐的ue006Ei2為7.7397×1010kJ,中壓鍋爐產(chǎn)生蒸汽(3.8MPa,450℃)的ue006即為有效ue006Ee,其值為2.2215×1011kJ。利用公式(2)計算出所需鍋爐燃料的供給ue006值分別為供給ue006Eq1為4.4430×1011kJ,Eq2為3.6690×1011kJ。則由此可知,以二效汽凝水取代原水回用鍋爐一個榨季可以節(jié)省燃料的供給ue006ΔEq7.7400×1010kJ。鍋爐燃料為含49%水分的蔗渣,可提供的ue006為eq=17760.53kJ/kg。1個榨季可減少蔗渣消耗4358t(折合標(biāo)準(zhǔn)煤2642t),以蔗渣售價120元/噸計算,折合人民幣為52.3萬元。合計經(jīng)濟(jì)效益為節(jié)約新鮮水費(fèi)用、節(jié)約外排水費(fèi)用及節(jié)省蔗渣費(fèi)用的總合,共計86.9萬元。按處理能力為1t二效汽凝水的反滲透系統(tǒng)需投資3.3萬元人民幣計,糖廠汽凝水除糖新工藝的技改項(xiàng)目總投資為330萬元。因反滲透系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低于鍋爐取用原水所采用的全離子交換法水處理工藝的運(yùn)行費(fèi)用,項(xiàng)目年收益為86.9萬元。項(xiàng)目投資回收期為330/86.9=3.8a,即項(xiàng)目投資4年便可收回成本,該項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上是可行的。3糖廠成功處理了中壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到了水質(zhì)高效低(1)采用反滲透技術(shù)深度處理二效汽凝水在技術(shù)上是切實(shí)可行的。連續(xù)運(yùn)行表明,糖廠二效汽凝水經(jīng)該工藝處理后,出水水質(zhì)穩(wěn)定,反滲透的脫鹽率能夠穩(wěn)定在87.28%左右,含糖量低于10mg·L-1,完全達(dá)到中壓鍋爐