反渗透处理糖厂二效汽凝水回用锅炉的研究.pdf

反渗透处理糖厂二效汽凝水回用锅炉的研究 ＊ 钮德明 1 郝媛媛 2 李耀熙 3 1.广西工业职业技术学院, 南宁 530003; 2.广西大学化学化工学院, 南宁 530000; 3.珠海城市职业技术学院, 广东 珠海 519000 摘要 糖厂以二效汽凝水取代原水回用锅炉是“ 节能减排”的重要措施, 但含糖量过高的二效汽凝水回用锅炉后, 将影 响锅炉高效、安全使用。 故此采用一级反渗透装置对二效汽凝水进行除糖净化处理。 实验结果表明 反渗透系统的脱 盐率能够稳定在 87. 82左右, 出水水质完全达到中压锅炉补充给水水质标准。 建议拥有中压锅炉的糖厂采用糖厂锅 炉补充给水除糖净化新工艺。 关键词 反渗透; 糖厂; 汽凝水; 锅炉 RESEARCH ON REVERSEOSMOSIS TREATMENT OF THE RECYCLE OF THE CONDENSATE FROM CANE MILLS TO THE BOILER SUPPLY WATER Niu Deming1 Hao Yuanyuan2 Li Yaoxi3 1. Guangxi Industrial Vocational Technical College, Nanning 530003, China; 2. School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Nanning 530000, China; 3. Zhuhai Urban Vocational Technical College, Zhuhai 519000, China Abstract The important measure to reduce energy consumption and discharge in cane mills is to use the condensate of the second effect evaporator to replace raw water as the boiler supply water. But the boilers are not used efficiently and securely when the sugar content of the condensate is too high.The condensate of the second effect evaporator has been purified carefully by using one stage reverse osmosis equipment. The results show that after the treatment, the desalination rate of the reverse osmosis system is stabilized about 87. 82, and the effluent water quality has completely reached standards of the medium pressure boiler supply water.It is suggested that the new process of the condensate purification should be used in cane mills with medium pressure boilers. Keywordsreverse osmosis;cane mills; condensate; boiler ＊广西科学研究与技术开发计划项目 桂科攻0815004 -2 -2 。 0 引言 甘蔗制糖业是一个高耗水 、 高污染的行业 。制糖 生产具有季节性 ,其“榨季”为 11 月到次年的 4 月左 右,这时恰为江河的枯水期 ,大量取水 ,大量排污, 给 江河造成极大的负担 ,也为工农业用水带来很大的压 力。糖厂以蒸发工段二效汽凝水取代原水回用锅炉 是“节能减排”的重要措施, 但二效汽凝水含糖量过 高,回用锅炉,将影响锅炉高效 、 安全使用。故此采用 一级反渗透装置处理二效汽凝水, 去除二效汽凝水所 含的糖分及其他有害杂质 ,保证其达到中压锅炉给水 水质标准 。 1 实验部分 1. 1 材料及二效汽凝水水质 本实验中使用的膜组件为海德能科技有限公司 的PA2-4040 反渗透膜元件 ,材料为聚酰胺复合材料, 其主要技术参数见表 1。膜元件排列为 1 级 2 段, 元 件为 2 根。 表 1 反渗透膜元件主要技术参数 产水量 m3d- 1 脱盐 率 有效面 积 m2 pH 单支膜元件 回收率 进水温 度 ℃ 7 . 299. 57. 93～ 10155～ 45 实验用水取自糖厂蒸发工段的二效汽凝水,二效 汽凝水含有微量糖分及其他杂质 ,温度达105 ℃。对 二效汽凝水取样分析 ,测得主要水质指标如表 2。 48 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 表 2 二效汽凝水主要水质指标 总硬度 μ molL- 1 电导率 μ s cm- 1 糖 mgL- 1 铁 μ gL- 1 铜 μ gL- 1 油 mgL- 1 pH ≤ 2 . 034062≤50. 0≤10. 0≤1. 06. 8 ～ 7. 5 1. 2 工艺流程 糖厂锅炉补充给水除糖净化方法的工艺流程 见图 1。 1冷却板式换热器; 2低压泵; 3活性炭过滤器; 4保安器; 5高压泵; 6反渗透装置; 7净水罐; 8净水泵; 9加热板式换热器。 图 1 锅炉补充给水除糖净化工艺流程 2 结果与讨论 实验是从 2009 年 1 月 7 日2009 年 2 月 24 日, 采用甲、乙 、丙三班 , 每隔 4 h 记录下相关的实验数 据,以考察反渗透装置运行情况。 2. 1 水与溶质的通量 反渗透过程中水和溶质透过膜的通量用式 1 、 式 2 表示。 JWWp ΔP -Δ π 1 JsKpΔC 2 式中 JW 水透过膜的通量 ,cm 3 cm2s ; Wp 水的透过系数, cm 3 cm2sPa ; ΔP 膜两侧的压力差 ,Pa ; Δπ 膜两侧的渗透压力差 ,Pa ; Js 溶质透过膜的通量,mg cm 2s ; Kp 溶质的透过系数 ,cm s; ΔC 膜两侧的浓度差 ,mg cm 3 。 整理实验数据, 可得到压力差与净水流量 产水 量 变化关系,如图 2 所示。 由式 1 ,式 2 与图 2 可知 ,在给定条件下,透过 膜的水通量与压力差成正比, 而透过膜的溶质通量则 主要与分子扩散有关 ,因而只与浓度差成正比 。 2. 2 回收率 y 回收率 透过水 产品水 的流量与给水 进料水 的流量比 ,见式 3 。 图 2 反渗透系统压差和净水流量的变化 y Qf Q 100 3 式中 Qf 净水流量,L min; Q 给水流量,L min。 回收率与压差的关系见图 3。 图 3 回收率与压差关系 在回收率方面要注意浓差极化的问题。当回收 率增大时, 浓差极化度也会增加, 出现的浓差极化现 象造成膜堵塞和截留率的下降。尤其对较低扩散系 数的物质, 如高分子有机物或胶体更易极化 ,回收率 应控制在更低的水平 。对于本实验使用的卷式膜组 件,整体回收率约为 42. 53 50 是比较合理的。 2. 3 脱盐率 R 反渗透的脱盐率 或溶质去除率 表示为膜两侧 的含盐浓度差与进水含盐量的比率 ,见式 4 R Cb-Cf Cb 100 4 式中 Cb 进水含盐量,mg L ; Cf 淡化水含盐量 ,mg L。 式 4 仅适用于间歇反渗透。实际反渗透装置 中,膜面水流量由于渗出淡水而减小, 导致含盐浓度 逐渐增大, 因此含盐量是变化的。反渗透过程中的物 料衡算关系为式 5 。 QCb Q -Qf CcQfCf 5 其中 Q 为进水流量 , Qf为淡化水流量, L s; Cb、Cc、 Cf分别表示进水 、浓水 、淡化水中的含盐量, mg L。 49 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 在此情况下,膜进水侧的含盐量平均浓度 Cm可表示 为式 6 。 Cm QCb Q -Qf Cc Q Q -Qf 6 脱盐率见式 7 。 R Cm-Cf Cm 或 Cf Cm 1 -R 7 整理实验数据 ,反渗透系统进水、产水导电率与 脱盐率的变化情况见图 4。 ◇进水电导;□净水电导;△脱盐率。 图 4 反渗透系统进水、产水导电率及脱盐率的变化 如图 4 所示, 反渗透系统的脱盐率能够稳定在 87. 82 左右。 通过实验 , 采用一级反渗透装置处理二效汽凝 水,获得的纯净水水质指标如表3 。 表 3 二效汽凝水经处理后的纯净水水质指标 总硬度 μ molL- 1 电导率 μ s cm- 1 糖 mgL- 1 铁 μ gL- 1 铜 μ gL- 1 油 mgL- 1 pH ≤0≤32≤8≤50. 0≤10. 0≤1. 06. 8 ～ 7. 5 比较表2 和表3 可知,采用一级反渗透装置处理 二效汽凝水,去除了二效汽凝水所含的糖分及其他有 害杂质, 而获得的纯净水的电导率 X ≤32 μ s cm , 折 算成水中溶解固形物含量 TDS≤22 mg L ,含糖量 T ≤ 8 mg L , 均低于中压锅炉回用二效汽凝水 TDS ≤ 42 mg L, 含糖量 T ≤ 14 mg L的允许值, 说明采用一级 反渗透装置处理二效汽凝水, 其水质完全达到中压锅 炉补充给水水质标准 。 3 经济分析 二效汽凝水在未处理前, 温度高 , 若排放掉会造 成很大浪费,但又由于含糖量高而不能直接利用。采 用一级反渗透装置处理后的二效汽凝水 ,可以达到锅 炉回用的要求, 节约了大量水和热能。 日榨 量 7 000 t 的 糖 厂, 每 天 需补 充 入 炉 水 1 200 t ,如果榨季按150 d计, 以二效汽凝水取代原水 回用锅炉 ,每年节约新鲜水 1 200 150 180 000 t 按每吨新鲜水综合费用为 0. 5 元计 ,则每年节约 新鲜水综合费 9. 0万元。 每年减少外排废水 18. 0 万 t ,按每吨外排废水综 合费用为 1. 5 元计 , 则每年节约外排废水综合费 27. 0 万元 。 每天以1 200 t二效汽凝水取代原水回用锅炉 ,若 这部分软化水从常温15 ℃ 冬季 加热到95 ℃, 经除 氧后进入锅炉, 取 15 ～ 95 ℃水的平 均比热容为 4. 2 kJ kg℃ ,所耗热量为 Q WC t2-t1403 200 000 kJ 另外, 采用处理后的二效汽凝水回用锅炉, 可降 低锅炉的排污率 。目前糖厂锅炉的排污率为 5～ 15,按10降为 2 计 ,日榨量7 000 t糖厂的锅炉少 排污12 t h , 取绝对压力是39. 2 MPa的饱和热水的比 焓为1 070 kJ kg ,15 ℃水的比焓为4. 18 kJ kg , 则每天 可少耗热量为 Q W h2-h124 290 102 400 kJ 榨季按150 d计 ,锅炉燃料为 49 水分的蔗渣 ,其 低位发热量为7 901 kJ kg , 取锅炉热效率为 82, 加 热补充给水所耗热量与因锅炉少排污而少耗热量之 和可折合 49 水分的蔗渣为 G 15 650. 3 t 以二效汽凝水取代原水回用锅炉,一个榨季可少 耗蔗渣为15 650. 3 t 折合标煤4 328 t , 以蔗渣售价 100 元 t 计算, 折合人民币为 156. 5 万元 。 以日榨7 000 t糖厂为例 ,按处理能力为 1 t 二效 汽凝水的反渗透系统需投资 3. 5 万元人民币计 ,糖厂 锅炉补充给水除糖净化新工艺的技改项目总投资 3. 5 50 175 万元 。因反渗透系统运行费用低于锅 炉取用原水所采用的全离子交换法水处理工艺的运 行费用 , 故项目年收益 156. 5 9. 0 27. 0 192. 5 万元 。 经计算项目投资回收期为 0. 91 年。该项目在 经济上是可行的 。 4 结论 1 本实验说明糖厂锅炉补充入炉水除糖净化工 艺在理论上 、 技术上是切实可行的 。连续运行表明, 糖厂二效汽凝水经该工艺处理后 , 出水水质稳定, 处 理效果良 好。反渗 透装置的脱盐率能够稳定在 87. 82 左右。 2 采用一级反渗透系统处理二效汽凝水 , 去除 下转第 55 页 50 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 其是对TP 去除率可达到30左右, 出水的 ρ BOD5 ρ COD 值达 0. 7, 提高幅度达 0. 4 以上 ,相比于传统 的膜法工艺具有明显的优势。 2 在改进的水解酸化工艺, 悬浮污泥层具有重要 作用 ,其强大的吸附截流能力是新工艺处理效果的根 本保证,无论是在分解高分子复杂有机物提高废水的 可生化性方面, 还是 COD 和色度的去除方面都发挥 着关键作用。 3 在使用填料量仅为传统膜法工艺一半, 潜水搅 拌器器能耗为传统泥法工艺 1 3的情况下, 改进的水 解酸化工艺无论是在前期的建设性投资还是后期的 运行管理成本方面, 都能节省费用 。 参考文献 [ 1] Wu Huifang , Wang Shihe, Kong Huoliang, et al.Perance of combined process of anoxic baffleed reactor -biological contact oxidation treating printing and dyeing wastewater[ J] .Bioresource Technology , 2007, 98 1501-1504. 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