一种循环冷却水系统清洁生产方法技术方案

本发明专利技术提出适用于工业和民用循环冷却水系统的清洁生产方法：在系统中设置膜蒸馏器；循环冷却水补水与低温循环水一起构成低温冷却水，并通过系统中的热交换器成为高温冷却水；从高温冷却水中分流一定量给入膜蒸馏器，利用废热通过膜蒸馏器生产纯水并获得浓缩的排污水，所生产纯水返回循环冷却系统的冷却装置如冷却塔中；其余高温冷却水最终给入系统中的冷却装置如冷却塔，冷却装置的出水与循环冷却水补水一起构成低温冷却水；本发明专利技术同时提供了主要的优化及控制方法。通过本发明专利技术可以取得的技术进步包括：循环冷却水与循环冷却水排污的浓缩倍数相互独立可调、循环冷却水无须采取阻垢措施特别是无须投加阻垢剂、减少排污及节约取水。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工业和民用循环冷却水系统清洁生产
和水处理
，特别涉及一种利用疏水性微孔膜实现循环冷却水系统自发排污并且无须阻垢剂或极少使用阻垢剂运行的清洁生产方法及其水处理工艺。
技术介绍
在工业和民用中有大量取水被用作冷却水。工业冷却水约占工业总取水的一半以上。冷却过程主要是利用水热容量高的物理性质，经过冷却换热后，水的温度通常要升至50～70℃。在冷却系统，为节约水资源，国内外普遍实行冷却水循环使用。循环冷却水系统的流量很高，通常是取水的3～4倍以上。在冷却水循环使用过程中，由于蒸发、风吹等原因导致系统中水量损失和水质下降。循环冷却水水质下降可以分为两种情况。其一是悬浮污染物增加。循环冷却水中的悬浮污染物主要有下列来源(1)补充水中携带的悬浮污染物，包括水中原有溶解性污染物因水的物理化学状态的变化转变而成的悬浮污染物；(2)来自空气和被冷却器件上的污物如灰尘、碎屑、飞虫、油污等；(3)循环冷却水系统中孳生的微生物物质如细菌、藻类等。其二是溶解性污染物质浓度的增加，主要是溶解性固体物质浓度的增加。这主要是因蒸发失去的水几乎是纯水，水中原有的溶解性固体依然停留在系统中，而新补入的水通常都含有一定浓度的溶解性固体，这意味着循环冷却水系统中的溶解性固体浓度有不断增加的趋势。为了维持系统中水质水量的稳定，必须通过一定的手段(如水处理或排污)予以控制。对于悬浮污染物的控制比较容易，目前已经发展出各种成熟的工艺，如通过从系统中引出部分循环水进行混凝—沉淀(气浮)—过滤—杀菌消毒等常规处理即能有效控制。对于溶解性无机盐类物质浓度的增加并没有合适的处理手段。目前在实际水处理中，对于水中溶解性盐类物质的去除方法主要是反渗透、纳滤、电渗析、离子交换等工艺，这是目前工业供水和民用供水的主要脱盐手段。但这些手段通常都需要较大的投资和运行成本，仅在特殊场合如工业脱盐水生产、海水淡化制饮用水等中采用，对于大规模的循环冷却水处理而言几乎没有实际应用价值。因此，在循环冷却水方面为了控制溶解性固体的浓度几乎都是依赖排污，即不断从系统中排出一定量的水(即排污)以排出多余的溶解性固体物质。排污越多，需要补充的水越多。为了减少排污，必须提高排污中的溶解性固体浓度。目前，工业循环冷却水排污的方法是直接从系统中排出一定的水量，因此提高排污的浓度实际上意味着需要提高系统中所有循环水的浓度，在专业上称之为提高冷却循环水浓缩倍数。这是目前循环冷却水系统浓缩运行的基本原理，也是通行的工业和民用冷却水系统的运行方法。随着浓缩倍数的增加，水中一些溶解度较小的盐类物质在被冷却器件和管道中结晶沉淀的趋势增加，这就是结垢。结垢的危害非常大，因此提高循环冷却水浓缩倍数并防止结垢是目前工业循环冷却水运行中所要解决的最关键问题，所依赖的手段是各种阻垢方法，其中尤以投加大量阻垢剂为主。阻垢剂是工业水处理中最大宗的水处理药剂，构成了循环冷却水运行的主要费用(除取水成本外)。对阻垢剂的依赖一方面增加了运行成本，另一方面目前绝大多数阻垢剂都是环境污染物质，势必增加循环冷却水排污对环境的污染。从上面的简要论述可以看出(1)排出溶解性固体污染物、防止结垢是循环冷却水排污的主要任务；(2)目前循环冷却水系统的排污方法主要是从系统中排出部分循环冷却水作为排污水，减少排污水量主要依靠提高循环冷却水浓缩倍数；(3)目前循环冷却水系统浓缩运行的排污方法必然导致对阻垢剂的依赖和对环境的污染，是一种相对而言不清洁的生产方法。为此，本专利技术的目标是提出一种更清洁、更经济的循环冷却水运行方法。本专利技术中将利用膜蒸馏法实现循环冷却水自发排污(以溶解性固体为主)、不向或极少向循环冷却水中投加阻垢剂的清洁生产方法及其相关技术。膜蒸馏，又称为低温膜蒸馏，是一种采用疏水微孔膜、以膜两侧的蒸汽压力差为驱动力的膜分离过程。当不同温度的水溶液被疏水膜分隔的时候，由于膜的疏水性，两侧的水溶液均不能通过膜进入另一侧。但由于高温侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于低温侧，水蒸汽会从高温侧透过膜孔进入低温侧并冷凝成为渗出水，这种通过蒸馏的原理获得的渗出水是一种品质很好的纯水；浓水则留在高温侧成为渗余水。膜蒸馏过程无须将溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就能够进行，因此又被称为低温膜蒸馏。膜蒸馏最初是为大规模海水脱盐而提出，早在上世纪60年代就开始了较系统的研究。与同为膜法的反渗透工艺相比，膜蒸馏的优点非常显著(1)膜蒸馏的过程几乎在常压下进行，设备简单，操作方便；(2)在非挥发性水溶液的膜蒸馏过程中，由于仅有水蒸气能透过膜孔，因此蒸馏液十分纯净；(3)可以处理极高浓度的含盐水，甚至可以将溶液浓缩到过饱和状态而成为所谓的膜蒸馏结晶技术，因此膜蒸馏的产水率可以远高于反渗透。但膜蒸馏的缺点也同样显著由于膜蒸馏是一个相变的过程，汽化潜热降低了热能利用效率，使膜蒸馏成为一种高耗能的过程。因此数十年来，膜蒸馏领域所进行的研究开发主要集中在(1)降低膜蒸馏过程能耗、提高膜蒸馏装置的性能、降低膜蒸馏装置的成本，如中国专利申请03120257.8、02160555.6、98809445.2、88209756.3、98809445.2，荷兰专利申请NL1012167、美国专利4545862、英国专利申请GB1225254A、德国专利申请3123409、欧洲专利申请0164326、国际专利申请WO8607585A等的记载；(2)开发适合膜蒸馏工艺应用的领域，如中国专利申请02138636.6、01106877.9、01801127.6、93104942.3。但客观地说，由于膜蒸馏与其它脱盐方法如反渗透相比在运行成本上并无优势，因此至今并未获得真正意义上的大规模商用。在专利技术人所知范围内，目前在国内外均未有将膜蒸馏工艺应用到循环冷却水清洁生产的专利技术创造。关于膜蒸馏技术的应用和研究进展，可以参考相关文献(1.膜蒸馏技术的回顾与展望，《天津城市建设学院学报》第9卷第2期pp100～110；2.膜蒸馏技术及其应用研究进展，《膜科学与技术》第23卷第4期pp67～92)。“一种循环冷却水的处理方法”(公开号CN1448342)提出在循环冷却水系统中设置旁路净化线，其中采用反渗透作为主要排污手段。另有“一种工业循环冷却水的旁流处理方法”(公开号CN1522974A)与前一公开专利技术相似，只不过提出以离子交换作为主要的循环冷却水排污手段。无论是离子交换还是反渗透，其排污的成本都比较高，而且工艺和装置复杂，几乎不可能在大规模循环冷却水系统中应用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种更清洁的工业循环冷却水运行方法及其相关水处理工艺。本专利技术提供的工业循环冷却水清洁运行方法是以疏水性微孔膜为隔离循环冷却水与循环冷却排污水的手段，将经过冷却作业的高温(通常为50～70℃)循环水给入上述疏水性微孔膜的一侧，并使疏水性微孔膜的另一侧维持适当的低温或低压；以高温循环水自身携带的废热资源为主要驱动力，使循环水自发浓缩成为系统的排污水；根据给排水成本、所用膜的生产能力以及操作运行的需要，控制排污水的浓缩倍数，达到减少排放水量的目标；根据用于冷却的循环水在不加或极少加阻垢剂而不会在被冷却器件及系统器壁上结垢的具体要求，通过控制溶解性固体的总排出量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种循环冷却水系统的清洁生产方法，其包括：－使循环冷却水浓缩倍数和排污水浓缩倍数相互独立，－使循环水自发浓缩成为系统的排污水，－控制排污水的浓缩倍数减少排放和取水水量，－控制循环冷却水的浓缩倍数，其特 征在于：通过疏水性微孔膜使循环冷却水和排污水相互隔离，将一定量Ｆ的高温循环水给入疏水性微孔膜的一侧，通过高温循环水自身携带的废热驱使水蒸汽自发透过疏水性微孔膜进入其另一侧经冷凝后冷凝回到系统中，并使高温循环水浓缩成为排污水，控制给入疏水性微孔膜一侧的高温循环水的量，使循环冷却水无须投加或极少投加阻垢剂而不会发生结垢，优选地，对给入疏水性微孔膜一侧的高温循环水进行前处理以去除其中的悬浮污染物并杀菌消毒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范彬，王晓军，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]