專利名稱：一種包括循環(huán)冷卻水和鍋爐供水的工業(yè)用水系統(tǒng)清潔生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)用水系統(tǒng)清潔生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用疏水性微孔膜生產(chǎn)純水、回收廢熱、實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水無阻垢劑運(yùn)行的清潔生產(chǎn)方式及其技術(shù)。
背景技術(shù)：
在全世界總?cè)∷涂偱潘?，來自工業(yè)的取水和排水占一大半，而在工業(yè)取水中用于工業(yè)冷卻及動(dòng)力站(鍋爐)的供水又占了一大半。很多工業(yè)領(lǐng)域如電力、化工行業(yè)往往同時(shí)具有工業(yè)冷卻和動(dòng)力站供水的需求。
動(dòng)力站取水主要是為鍋爐生產(chǎn)提供軟化水或脫鹽水。目前工業(yè)生產(chǎn)中，動(dòng)力站取水幾乎都直接來自新鮮工業(yè)供水，并需要進(jìn)行軟化或脫鹽處理。通常采用的軟化或脫鹽工藝有離子交換、電滲析、反滲透、納濾等。上述工藝的產(chǎn)水率都比較低。離子交換工藝需要消耗大量的再生酸堿等化學(xué)品，產(chǎn)生二次污染，是一種較不清潔的工藝。電滲析、反滲透、納濾等投資或制水成本較高，并且這些膜法制水工藝需要消耗大量的能量。
工業(yè)冷卻水約占工業(yè)總?cè)∷囊话胍陨稀＠鋮s過程主要是利用水熱容量高的物理性質(zhì)，經(jīng)過冷卻換熱后，水的溫度通常要升至50～70℃。在冷卻系統(tǒng)，為節(jié)約水資源，國內(nèi)外普遍實(shí)行冷卻水循環(huán)使用。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的流量很高，通常是取水的3～4倍以上。在冷卻水循環(huán)使用過程中，由于蒸發(fā)、風(fēng)吹等原因?qū)е孪到y(tǒng)中水量損失和水質(zhì)下降。循環(huán)冷卻水水質(zhì)下降可以分為兩種情況。其一是懸浮污染物增加，其二是溶解性污染物質(zhì)濃度的增加。循環(huán)冷卻水中的懸浮污染物主要有下列來源(1)補(bǔ)充水中攜帶的懸浮污染物，包括水中原有溶解性污染物因水的物理化學(xué)狀態(tài)的變化轉(zhuǎn)變而成的懸浮污染物；(2)來自空氣和被冷卻器件上的污物如灰塵、碎屑、飛蟲、油污等；(3)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中孳生的微生物物質(zhì)如細(xì)菌、藻類等。循環(huán)冷卻水溶解性污染物濃度的增加主要是溶解性固體物質(zhì)濃度的增加。這主要是因蒸發(fā)失去的水幾乎是純水，水中原有的溶解性固體依然停留在系統(tǒng)中，而新補(bǔ)入的水通常都含有一定濃度的溶解性固體，這意味著循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的溶解性固體濃度有不斷增加的趨勢(shì)。為了維持系統(tǒng)中水質(zhì)水量的穩(wěn)定，必須通過一定的手段(如水處理或排污)予以控制。對(duì)于懸浮污染物的控制比較容易，目前已經(jīng)發(fā)展出各種成熟的工藝，如通過從系統(tǒng)中引出部分循環(huán)水進(jìn)行混凝—沉淀(氣浮)—過濾—?dú)⒕镜瘸Ｒ?guī)處理即能有效控制。對(duì)于溶解性無機(jī)鹽類物質(zhì)濃度的增加并沒有合適的處理手段。目前在實(shí)際水處理中，對(duì)于水中溶解性鹽類物質(zhì)的去除方法主要是反滲透、納濾、電滲析、離子交換等工藝，這是目前工業(yè)供水和民用供水的主要脫鹽手段。但這些手段通常都需要較大的投資和運(yùn)行成本，僅在特殊場(chǎng)合如工業(yè)脫鹽水生產(chǎn)、海水淡化制飲用水等中采用，對(duì)于大規(guī)模的循環(huán)冷卻水處理而言幾乎沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。因此，在循環(huán)冷卻水方面為了控制溶解性固體的濃度幾乎都是依賴排污，即不斷從系統(tǒng)中排出一定量的水(即排污)以排出多余的溶解性固體物質(zhì)。排污越多，需要補(bǔ)充的水越多。為了減少排污，必須提高排污中的溶解性固體濃度。目前，工業(yè)循環(huán)冷卻水排污的方式是直接從系統(tǒng)中排出一定的水量，因此提高排污的濃度實(shí)際上意味著需要提高系統(tǒng)中所有循環(huán)水的濃度，在專業(yè)上稱之為提高冷卻循環(huán)水濃縮倍數(shù)。這是目前循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮運(yùn)行的基本原理，也是通行的工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行方式。隨著濃縮倍數(shù)的增加，水中一些溶解度較小的鹽類物質(zhì)在被冷卻對(duì)象和管道中結(jié)晶沉淀的趨勢(shì)增加，這就是結(jié)垢。結(jié)垢的危害非常大，因此提高循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)并防止結(jié)垢是目前工業(yè)循環(huán)冷卻水運(yùn)行中所要解決的最關(guān)鍵問題，所依賴的手段是各種阻垢方法，其中尤以投加阻垢劑為主。阻垢劑是工業(yè)水處理中最大宗的水處理藥劑，構(gòu)成了循環(huán)冷卻水運(yùn)行的主要費(fèi)用(除取水成本外)。對(duì)阻垢劑的依賴一方面增加了運(yùn)行成本，另一方面目前絕大多數(shù)阻垢劑都是環(huán)境污染物質(zhì)，勢(shì)必增加循環(huán)冷卻水排污對(duì)環(huán)境的污染。
從上面的簡要論述可以看出(1)工業(yè)生產(chǎn)中的冷卻水和動(dòng)力站供水占新鮮工業(yè)供水的絕大部分，在這兩個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)施清潔生產(chǎn)和提高水的循環(huán)利用率對(duì)于整個(gè)工業(yè)的清潔生產(chǎn)、節(jié)約用水、減少污水排放意義重大；(2)工業(yè)生產(chǎn)中的動(dòng)力站供水基本上都直接來自新鮮工業(yè)供水，水處理的目標(biāo)主要是制取軟化水或除鹽水，目前的制水工藝或不夠清潔、或制水成本和能耗較高；(3)循環(huán)冷卻水主要利用水的冷卻性能，使用后的高溫循環(huán)水中含有大量廢熱；(4)排出溶解性固體、污染物防止結(jié)垢是循環(huán)冷卻水排污的主要任務(wù)；(5)目前循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮運(yùn)行的排污方式必然導(dǎo)致對(duì)阻垢劑的依賴和對(duì)環(huán)境的污染，是一種相對(duì)而言不清潔的生產(chǎn)方式。為此，本發(fā)明的目標(biāo)是提出一種更清潔的循環(huán)冷卻水—?jiǎng)恿φ竟┧\(yùn)行方式及其工藝方法。本發(fā)明中將利用膜蒸餾法實(shí)現(xiàn)回收廢熱、提高水循環(huán)利用率、制取純水、取消向循環(huán)冷卻水中投加阻垢劑的清潔生產(chǎn)方式。
膜蒸餾，又稱為低溫膜蒸餾，是一種采用疏水微孔膜、以膜兩側(cè)的蒸汽壓力差為驅(qū)動(dòng)力的膜分離過程。當(dāng)不同溫度的水溶液被疏水膜分隔的時(shí)候，由于膜的疏水性，兩側(cè)的水溶液均不能通過膜進(jìn)入另一側(cè)。但由于高溫側(cè)水溶液與膜界面的水蒸汽壓高于低溫側(cè)，水蒸汽會(huì)從高溫側(cè)透過膜孔進(jìn)入低溫側(cè)并冷凝成為滲出水，這種通過蒸餾的原理獲得的滲出水是一種品質(zhì)很好的純水；濃水則留在高溫側(cè)成為滲余水。膜蒸餾過程無須將溶液加熱到沸點(diǎn)，只要膜兩側(cè)維持適當(dāng)?shù)臏夭?，該過程就能夠進(jìn)行，因此又被稱為低溫膜蒸餾。
膜蒸餾最初是為大規(guī)模海水脫鹽而提出，早在上世紀(jì)60年代就開始了較系統(tǒng)的研究。與同為膜法的反滲透工藝相比，膜蒸餾的優(yōu)點(diǎn)非常顯著(1)膜蒸餾的過程幾乎在常壓下進(jìn)行，設(shè)備簡單，操作方便；(2)在非揮發(fā)性水溶液的膜蒸餾過程中，由于僅有水蒸氣能透過膜孔，因此蒸餾液十分純凈；(3)可以處理極高濃度的含鹽水，甚至可以將溶液濃縮到過飽和狀態(tài)而成為所謂的膜蒸餾結(jié)晶技術(shù)，因此膜蒸餾的產(chǎn)水率可以遠(yuǎn)高于反滲透。但膜蒸餾的缺點(diǎn)也同樣顯著由于膜蒸餾是一個(gè)相變的過程，汽化潛熱降低了熱能利用效率，使膜蒸餾成為一種高耗能的過程。因此數(shù)十年來，膜蒸餾領(lǐng)域所進(jìn)行的研究開發(fā)主要集中在(1)降低膜蒸餾過程能耗、提高膜蒸餾裝置的性能、降低膜蒸餾裝置的成本，如中國專利申請(qǐng)03120257.8、02160555.6、98809445.2、88209756.3、98809445.2，荷蘭專利申請(qǐng)NL1012167、美國專利4545862、英國專利申請(qǐng)GB1225254A、德國專利申請(qǐng)3123409、歐洲專利申請(qǐng)0164326、國際專利申請(qǐng)WO8607585A等的記載；(2)開發(fā)適合膜蒸餾工藝應(yīng)用的領(lǐng)域，如中國專利申請(qǐng)02138636.6、01106877.9、01801127.6、93104942.3。但客觀地說，由于膜蒸餾與其它脫鹽方法如反滲透相比在運(yùn)行成本上并無優(yōu)勢(shì)，因此至今并未獲得真正意義上的大規(guī)模商用。雖然在對(duì)膜蒸餾工藝進(jìn)行的研究和開發(fā)中通常都聲稱要利用廢熱資源生產(chǎn)純水，但在發(fā)明人所知范圍內(nèi)，目前在國內(nèi)外均未有將膜蒸餾工藝應(yīng)用到循環(huán)冷卻水—?jiǎng)恿φ竟┧到y(tǒng)全面清潔生產(chǎn)、回收廢熱、生產(chǎn)純水、削減取水和污染排污的發(fā)明創(chuàng)造。關(guān)于膜蒸餾技術(shù)的應(yīng)用和研究進(jìn)展，可以參考相關(guān)文獻(xiàn)(1.膜蒸餾技術(shù)的回顧與展望，《天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)》第9卷第2期pp100～110；2.膜蒸餾技術(shù)及其應(yīng)用研究進(jìn)展，《膜科學(xué)與技術(shù)》第23卷第4期pp67～92)。
“一種循環(huán)冷卻水的處理方法”(公開號(hào)CN1448342)提出在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中設(shè)置旁路凈化線，其中采用反滲透作為主要排污手段。另有“一種工業(yè)循環(huán)冷卻水的旁流處理方法”(公開號(hào)CN1522974A)與前一公開發(fā)明相似，只不過提出以離子交換作為主要的循環(huán)冷卻水排污手段。無論是離子交換還是反滲透，其排污的成本都比較高，而且工藝和裝置復(fù)雜，幾乎不可能在大規(guī)模循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種更清潔的工業(yè)循環(huán)冷卻水—?jiǎng)恿φ竟┧a(chǎn)方式及其相關(guān)技術(shù)。
本發(fā)明提供的工業(yè)循環(huán)冷卻水—?jiǎng)恿φ竟┧鍧嵣a(chǎn)方式包括以下內(nèi)容(1)在系統(tǒng)中設(shè)置包含疏水性微孔膜的膜蒸餾器。疏水性微孔膜的一側(cè)為高溫側(cè)，用以通過高溫的水。疏水性微孔膜的另一側(cè)為低溫側(cè)，用以冷凝從高溫側(cè)滲出的蒸汽并收集冷凝水。在低溫側(cè)采取一定的措施，如水冷和氣冷，以促進(jìn)滲出蒸汽的凝集。高溫側(cè)的水在膜蒸餾過程中有降溫的趨勢(shì)，因此優(yōu)選在高溫側(cè)采取措施，如從系統(tǒng)中另外引入高溫循環(huán)水Q2通過換熱器G2對(duì)高溫側(cè)的水Q1加熱使其與環(huán)境氣溫的差ΔT1保持在5℃以上，Q2與Q1不直接接觸。優(yōu)選ΔT1＞20℃。
(2)將用于動(dòng)力站供水的新鮮工業(yè)水E1和循環(huán)冷卻水補(bǔ)水E2全部先給入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的冷水池，并用作循環(huán)冷卻水。
(3)低溫的循環(huán)冷卻水通過換熱器G0冷卻被冷卻對(duì)象后成為高溫循環(huán)水?？刂蒲h(huán)冷卻水的循環(huán)速度Q0以控制高溫循環(huán)水與環(huán)境氣溫的差ΔT0，優(yōu)選ΔT0＝30℃～50℃。
(4)從Q0(高溫循環(huán)水)分流出流量為Q1的高溫循環(huán)水引入膜蒸餾器的高溫側(cè)，利用高溫循環(huán)水在疏水性微孔膜兩側(cè)所產(chǎn)生的蒸汽壓力差驅(qū)使水蒸氣從高溫側(cè)透過膜進(jìn)入低溫側(cè)。在疏水性微孔膜的低溫側(cè)采取適當(dāng)?shù)拇胧節(jié)B出的水蒸氣凝結(jié)成30～40℃以上的純水，其中數(shù)量為P1的純水供鍋爐生產(chǎn)使用或供其它用途使用，其余數(shù)量為P2(或汽水混合物)的純水用于補(bǔ)充循環(huán)冷卻水系統(tǒng)因蒸發(fā)損失的純水。
(5)純水P1可以直接供鍋爐生產(chǎn)使用，也可經(jīng)過濾作業(yè)去除其中可能含有的懸浮雜質(zhì)后再供給鍋爐使用。
(6)疏水性微孔膜高溫側(cè)殘留的最終滲余水B作為系統(tǒng)的總排鹽水予以排放。總排鹽水B中的溶解性固體含量相當(dāng)于目前脫鹽水生產(chǎn)排污和循環(huán)冷卻水排污中的溶解性固體含量的總和。
(7)根據(jù)新鮮工業(yè)供水的水質(zhì)和疏水性微孔膜運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)技術(shù)要求，確定總排鹽水B的濃縮倍數(shù)K2。
(8)P1根據(jù)動(dòng)力站生產(chǎn)用水量或其它需求確定。
(9)P2由循環(huán)冷卻系統(tǒng)的蒸發(fā)損失水量E2、設(shè)定的循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)K1、設(shè)定的總排鹽水濃縮倍數(shù)K2確定P2≈K2-K1K1(K2-1)E2---(1)]]>(10)由于疏水性微孔膜將循環(huán)冷卻水與排污隔離，使循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)和其排污的濃縮倍數(shù)可以單獨(dú)控制?？刂蒲h(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)K1，使循環(huán)冷卻水無須投加阻垢劑。
(11)控制補(bǔ)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的純水量P2可以控制循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)，其方法是K1≈K2E2(K2-1)P2+E2---(2)]]>(12)優(yōu)選高溫循環(huán)水Q1在進(jìn)入膜蒸餾器之前進(jìn)行前處理。前處理的目的主要是去除水中的懸浮污染物。前處理的方法可以采用混凝—澄清(沉淀或氣浮)—過濾—消毒，也可以采取其它具有類似功能的水處理方法。
結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)上述清潔生產(chǎn)方式的工藝進(jìn)行說明附圖中，粗實(shí)線框表示裝置或組合裝置，粗點(diǎn)線表示疏水性微孔膜，細(xì)實(shí)線及其箭頭表示水流和方向，雙線及其箭頭表示純水，方框內(nèi)、方框旁以及線旁的文字和數(shù)字為標(biāo)注。
來自工業(yè)供水的循環(huán)冷卻水補(bǔ)水和動(dòng)力站取水均直接給入冷水池1。來自冷水池1的低溫循環(huán)水，通過熱交換器2冷卻被冷卻對(duì)象并成為高溫循環(huán)水。一部分高溫循環(huán)水給入前處理單元3，另一部分高溫循環(huán)水給入熱交換器5。前處理單元3主要用來去除循環(huán)水中的懸浮固體污染物，前處理單元3優(yōu)選混凝—澄清(沉淀或氣浮)—過濾—消毒工藝組合，也可以選擇其它具有類似功能的水處理工藝組合。前處理單元3的產(chǎn)水31給入膜蒸餾器。本發(fā)明中的膜蒸餾器包含疏水性微孔膜，除此外也可以包含其它一些設(shè)施。本發(fā)明中的疏水性微孔膜在材料上可以是由PTFE、PVDF、PE、PP或類似材料制成的商品膜，也可以使用如聚醚砜、聚砜、聚丙稀腈、聚酰胺等制成的所謂非對(duì)稱性微孔膜；本發(fā)明中的疏水性微孔膜，在形狀上優(yōu)選中空纖維膜或管式膜，但也可以采用平板膜、卷式膜或其它形狀膜。本實(shí)施例中選用PTFE中空纖維膜，高溫水給入膜管內(nèi)，低溫蒸汽透過管壁滲出至管外冷凝并收集，滲余液在膜管內(nèi)并最終排出。本發(fā)明工藝中的膜蒸餾器可以僅有一級(jí)，但優(yōu)選為串聯(lián)的多級(jí)膜蒸餾器，每級(jí)膜蒸餾器可以包含多個(gè)并聯(lián)的疏水性微孔膜單元。在相鄰兩級(jí)膜蒸餾器之間設(shè)置熱交換器，用于對(duì)前級(jí)膜蒸餾器的滲余液進(jìn)行加熱，熱交換器的熱源來自系統(tǒng)中的高溫循環(huán)水。在本發(fā)明如附圖所示的實(shí)施例中僅表示出兩級(jí)膜蒸餾器，即膜蒸餾器41和膜蒸餾器42，并設(shè)置一個(gè)熱交換器5。來自熱交換器2的高溫循環(huán)水22流經(jīng)熱交換器5，完成熱交換后流入冷卻塔6。高溫循環(huán)水22與滲余液411不直接接觸。前處理單元3的產(chǎn)水31首先給入膜蒸餾器41。膜蒸餾器41的滲余液通過熱交換器5加熱，然后給入膜蒸餾器42。膜蒸餾器42的滲余液421作為排污。多級(jí)膜蒸餾器所產(chǎn)的純水可以單獨(dú)收集，也可以混合收集。在本實(shí)施例中，膜蒸餾器41和42所產(chǎn)純水混合收集，并根據(jù)需要分別提供給動(dòng)力站和外供純水，但其中給入冷水池的純水43按計(jì)量P2控制，P2可由公式(1)計(jì)算。前處理單元3的排污水可與膜蒸餾器的排污水混合作為最終排污，也可以分別排放。本實(shí)施例中前處理單元3的排污水與膜蒸餾器的排污水混合作為最終排污水排放。
通過本發(fā)明預(yù)期可取得以下主要技術(shù)進(jìn)步A提高水的重復(fù)利用率，降低水耗，減少排污水量本發(fā)明中將目前單獨(dú)取水、處理和使用的動(dòng)力站取水E1首先給入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，發(fā)揮E1本身所具備的冷卻功能，這種功能在現(xiàn)有循環(huán)冷卻水—?jiǎng)恿φ竟┧到y(tǒng)中被白白浪費(fèi)了。
由于E1在冷卻作業(yè)中相當(dāng)于一次性冷卻水，在離開循環(huán)冷卻水系統(tǒng)時(shí)攜出一定熱量H1。如果循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的原循環(huán)流量Q00保持不變，由于增加了E1作為冷卻水，通過熱交換器G0的冷卻水量Q0為Q0＝Q00+E1(3)設(shè)在未引入E1前，通過換熱器G0后循環(huán)冷卻水水溫增加Δt00，并設(shè)水的熱容h為常數(shù)，則總交換熱量H0H0＝Q00Δt00C (4)在引入E1后，水溫增加Δt0
Δt0=H0Q0C=Q00Δt00C(Q00+E1)C=Q00Q00+E1Δt00---(5)]]>顯而易見，Δt0＜Δt00，亦即在引入E1之后高溫循環(huán)水的升溫幅度減小。若假設(shè)E1＝0.3Q00、Δt00＝40℃，根據(jù)Δt0=H0Q0C=Q00Δt00C(Q00+E1)C=Q00Q00+E1Δt00]]>計(jì)算引入E1后高溫循環(huán)水升溫Δt0＝30.7℃，比原升溫約低10℃，則高溫循環(huán)冷卻水在冷卻塔中的蒸發(fā)損失率約下降20％～30％，相當(dāng)于節(jié)約循環(huán)水補(bǔ)水20％～30％。如果保持循環(huán)冷卻水流經(jīng)熱交換器G0的速度不變，即Q0＝Q00，則需要通過冷卻塔冷卻的水量將下降E1，蒸發(fā)損失率也將下降約20％～30％。
B獲取廉價(jià)純水資源目前工業(yè)企業(yè)制取純水或脫鹽水所采用的工藝主要是離子交換、反滲透、電滲析或納濾，這些工藝都要消耗大量的資源(化學(xué)品、能量)，制水成本都比較高。而本發(fā)明中利用廢熱資源采用膜蒸餾工藝制取純水，與目前所用的制水方法相比幾乎沒有消耗，加之膜蒸餾工藝所需要的設(shè)備非常簡單，因此制水成本將是十分低廉，初步估計(jì)制水的運(yùn)行費(fèi)約在0.1元/噸左右。
由于廢熱資源十分豐富，在本發(fā)明中通過膜蒸餾工藝制造純水根本無須象目前膜蒸餾工藝那樣追求熱能利用效率，因此對(duì)膜蒸餾系統(tǒng)的設(shè)備要求十分低。假設(shè)生產(chǎn)每噸純水消耗的熱量相當(dāng)于將水加熱10℃(這種熱量損失水平是普通膜蒸餾制水工藝根本不允許的)，并假設(shè)目前循環(huán)冷卻水體系高溫循環(huán)水與環(huán)境氣溫的差為30℃，則已有的廢熱資源足以生產(chǎn)3倍于循環(huán)冷卻水量的溫暖純水(30℃～40℃)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一半工業(yè)企業(yè)對(duì)動(dòng)力站供水的需求。因此，利用本發(fā)明，具有大量廢熱資源的企業(yè)可以生產(chǎn)大量的外供純水。
C回收廢熱資源，削減鍋爐生產(chǎn)燃料費(fèi)通過本發(fā)明的方法獲取的純水溫度將在40℃左右，相當(dāng)于供給鍋爐的水預(yù)加熱20℃～30℃，將大幅削減鍋爐生產(chǎn)的燃料費(fèi)，經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義十分顯著。
D無須向循環(huán)冷卻水中投加阻垢劑通過本發(fā)明使循環(huán)冷卻水與排污的濃縮倍數(shù)可以分別控制。利用廢熱通過膜蒸餾工藝可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水自發(fā)濃縮排污，因此可以將循環(huán)冷卻水控制在無須投加阻垢劑的濃縮倍數(shù)以內(nèi)，從而節(jié)約藥劑費(fèi)并削減對(duì)環(huán)境的污染。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)用水中循環(huán)冷卻水和動(dòng)力站供水系統(tǒng)清潔生產(chǎn)方式，主要包括——提高水的重復(fù)利用率，降低水耗，減少排污，——獲取廉價(jià)純水，——回收高溫循環(huán)冷卻水中的廢熱，削減鍋爐生產(chǎn)燃料費(fèi)，——循環(huán)冷卻水中無須加入阻垢劑，其特征在于將動(dòng)力站用于制取除鹽水、軟化水或純水的取水E1先給入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，優(yōu)選將動(dòng)力站用于制取除鹽水、軟化水或純水的取水E1先全部給入循環(huán)冷卻系統(tǒng)的冷水池，低溫的循環(huán)冷卻水通過換熱器G0冷卻被冷卻對(duì)象后成為高溫循環(huán)水，控制循環(huán)冷卻水的循環(huán)速度Q0以控制高溫循環(huán)水與環(huán)境氣溫的差ΔT0，設(shè)置包括膜蒸餾器在內(nèi)的純水制取和水處理工藝流程，從Q0中分出一部分高溫循環(huán)水Q1通過所說的制水和水處理工藝流程制取純水和排放廢水，其中數(shù)量為P1的純水供鍋爐生產(chǎn)使用或供其它用途使用，其余數(shù)量為P2(或汽水混合物)的純水用于補(bǔ)充循環(huán)冷卻水系統(tǒng)因蒸發(fā)損失的純水，從高溫循環(huán)水中引入高溫循環(huán)水Q2通過換熱器G2對(duì)膜蒸餾器高溫側(cè)的水Q1加熱使其與環(huán)境氣溫的差ΔT1保持在5℃以上，Q2與Q1不直接接觸，純水P1可以直接供鍋爐生產(chǎn)使用，也可經(jīng)過濾作業(yè)去除其中可能含有的懸浮雜質(zhì)后再供給鍋爐使用，膜蒸餾器高溫側(cè)殘留的最終滲余水B作為系統(tǒng)的總排鹽水予以排放，并根據(jù)新鮮工業(yè)供水的水質(zhì)和疏水性微孔膜運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)技術(shù)要求，確定總排鹽水B的濃縮倍數(shù)K2，P2由循環(huán)冷卻系統(tǒng)的蒸發(fā)損失水量E2、設(shè)定的循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)K1、設(shè)定的總排鹽水濃縮倍數(shù)K2確定P2≈K2-K1K1(K2-1)E2,]]>控制循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)K1，使循環(huán)冷卻水無須投加阻垢劑，控制補(bǔ)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的純水量P2可以控制循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)，其方法是K1≈K2E2(K2-1)P2+E2,]]>
2.如權(quán)利要求1所說的高溫循環(huán)水與環(huán)境氣溫的差ΔT0，其特征是優(yōu)選ΔT0＝30℃～50℃。
3.如權(quán)利要求1所說的溫度差ΔT1，其特征是優(yōu)選ΔT1＞20℃。
4.如權(quán)利要求1所說的高溫循環(huán)水Q1，其特征是在進(jìn)入膜蒸餾器之前進(jìn)行前處理以去除去除水中的懸浮污染物并消毒殺菌。
5.如權(quán)利1所說的制取純水，其特征是所制的純水溫度控制在30℃～40℃以上。
6.一種實(shí)現(xiàn)工業(yè)用水中循環(huán)冷卻水和動(dòng)力站供水系統(tǒng)清潔生產(chǎn)方式的工藝，內(nèi)容包括——回收廢熱，——制取純水，——對(duì)水進(jìn)行處理，——獲得排污，其特征是工藝流程中包含冷水池1、用于冷卻被冷卻對(duì)象的熱交換器2、前處理單元3、膜蒸餾器4、熱交換器5、冷卻塔6，來自工業(yè)供水的循環(huán)冷卻水補(bǔ)水和動(dòng)力站取水均直接給入冷水池1，來自冷水池1的低溫循環(huán)水通過熱交換器2冷卻被冷卻對(duì)象并成為高溫循環(huán)水，一部分高溫循環(huán)水給入前處理單元3進(jìn)行主要去除懸浮污染物和殺菌消毒的處理，另一部分高溫循環(huán)水給入熱交換器5，在對(duì)膜蒸餾器4中的滲余水進(jìn)行加熱后流入冷卻塔6，前處理單元3的產(chǎn)水給入膜蒸餾器4，膜蒸餾器4所產(chǎn)純水一部分返回冷水池1，其余供動(dòng)力站鍋爐使用或作為外供純水，前處理單元3的排污水和膜蒸餾器4的滲余水作為系統(tǒng)的總排污水。
7.如權(quán)利要求6所說的前處理單元3，其特征是優(yōu)選混凝-澄清(沉淀或氣浮)-過濾-消毒工藝組合，也可以選擇其它具有類似功能的水處理工藝組合。
8.如權(quán)利要求6所說的膜蒸餾器，其特征是包含疏水性微孔膜，疏水性微孔膜在材料上可以是由PTFE、PVDF、PE、PP或類似材料制成的商品膜，也可以使用如聚醚砜、聚砜、聚丙稀腈、聚酰胺等制成的所謂非對(duì)稱性微孔膜，在形狀上優(yōu)選中空纖維膜或管式膜，但也可以采用平板膜、卷式膜或其它形狀膜。
9.如權(quán)利要求6和權(quán)利要求8所說的膜蒸餾器，其特征是優(yōu)選為串聯(lián)的多級(jí)膜蒸餾器，每級(jí)膜蒸餾器可以包含多個(gè)并聯(lián)的疏水性微孔膜單元，上一級(jí)膜蒸餾器的滲余水作為下一級(jí)膜蒸餾器的進(jìn)水，在相鄰兩級(jí)膜蒸餾器之間設(shè)置熱交換器，用于對(duì)上一級(jí)級(jí)膜蒸餾器的滲余水進(jìn)行加熱，熱交換器的熱源來自系統(tǒng)中的高溫循環(huán)水。
10.如權(quán)利要求6和權(quán)利要求9所說的膜蒸餾器，其特征是如果采用串聯(lián)的多級(jí)膜蒸餾器，每級(jí)膜蒸餾器所產(chǎn)的純水可以單獨(dú)收集也可以根據(jù)不同的組合混合收集，最后一級(jí)膜蒸餾器的滲余液作為排污水。
全文摘要
本發(fā)明提出的工業(yè)用水系統(tǒng)清潔生產(chǎn)方法包括將用于鍋爐供水和循環(huán)冷卻水的工業(yè)新鮮水取水都給入循環(huán)冷卻系統(tǒng)的冷水池；在系統(tǒng)中設(shè)置包括膜蒸餾器在內(nèi)的純水制取和水處理工藝單元；將經(jīng)冷卻使用后的高溫冷卻水的一部分給入純水生產(chǎn)和水處理工藝單元，其余部分仍最終返回冷卻塔；純水生產(chǎn)和水處理工藝單元所生產(chǎn)的純水一部分用于鍋爐生產(chǎn)使用或外供其它用途，另一部分可以返回冷水池但通常并不需要；純水生產(chǎn)和水處理工藝單元的排污水作為系統(tǒng)的最終排污排出系統(tǒng)外；控制冷卻水濃縮倍數(shù)使冷卻水無須采取阻垢措施如加入阻垢劑；本發(fā)明同時(shí)提出了主要工藝參數(shù)的控制和優(yōu)化方法。通過本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)進(jìn)步包括冷卻水無須采取阻垢措施、獲取廉價(jià)純水、減少取水和排污、減少鍋爐生產(chǎn)的燃料消耗。
文檔編號(hào)C02F1/44GK1760136SQ20041008399
公開日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者范彬, 欒兆坤, 賈智萍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心