二效汽凝水反滲透處理的實驗研究

二效汽凝水反滲透處理的實驗研究

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)的結構性污染和區(qū)域性污染已經成為國民經濟發(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行成本。二效汽凝水含有糖分,目前糖廠現(xiàn)有技術除糖不徹底、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對二效汽凝水進行除糖處理,為制糖生產的“零取水”奠定了基礎,做到了制糖生產用水的資源化。本研究分析反滲透技術的適應性和可靠性,并且通過實驗進行了在線驗證。1除糖應使用氣冷水法1.1水質指標及溫度實驗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指標如下:總硬度≤2.0μmol·L-1,電導率≤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,選擇應用反滲透技術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,再經過活性碳過濾器、保安過濾器預處理后進入反滲透系統(tǒng),反滲透透過液經清水泵送到板式換熱器與105℃的二效汽凝水進行熱量交換,加熱到95℃以上,送到鍋爐給水箱,以補充鍋爐給水。二效汽凝水溫度達105℃,必須經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。實驗工藝流程如圖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的PA2-4040型復合膜反滲透膜元件,材料為聚酰胺復合材料,其主要技術參數(shù)為:產水量7.2m3·d-1,公稱脫鹽率99.5%,有效膜面積7.9m2,pH值運行范圍為3～10,單支膜元件回收率15%,進水溫度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。基于鍋水的電導率與二效汽凝水含糖量關系,實驗過程中研制使用了二效汽凝水含糖量在線控制裝置。此裝置可以實現(xiàn)二效汽凝水電導率的實時在線監(jiān)視和二效汽凝水可否入爐的控制操作。1.4反滲透裝置運行情況采用甲乙丙三班,每隔4h記錄下相關的試驗數(shù)據(jù):進水電導率、凈水電導率、進水糖量、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行情況,使實驗是在實際工況下進行。2結果與分析2.1反滲透系統(tǒng)進水糖量的特性整理試驗數(shù)據(jù),可得到反滲透進水壓力P1、操作壓力ΔP及產水量Qf變化情況如圖2所示。反滲透系統(tǒng)進水含糖量變化情況如圖3所示。結合圖2和圖3分析可知,該系統(tǒng)反滲透進水含糖量比較高(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)的運行約480h后產水量沒有明顯下降,說明PA2-4040型復合膜具有很好的耐污染能力。2.2除糖劑的水質指標和脫鹽率根據(jù)火力發(fā)電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準(GB/T12145-1999),中壓(鍋爐過熱蒸汽壓力3.8～5.8MPa)鍋爐給水水質指標對比糖廠二效汽凝水樣的水質指標,發(fā)現(xiàn)除了糖分含量外其他指標均未超標,所以實驗中,主要檢驗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。整理實驗數(shù)據(jù),反滲透系統(tǒng)進水電導率、產水電導率及脫鹽率的變化情況如圖4所示。圖4結果顯示,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,其水質完全達到中壓鍋爐補充給水水質標準。2.3主要經濟指標分析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,實際運行中按60%回收率產水達到鍋爐補水要求。1個榨季(120d)可以節(jié)省新鮮原水172800t,按每噸新鮮水綜合費用為0.5元計,則每年節(jié)約新鮮水綜合費8.64萬元;每年可減少外排污水172800t,按每噸外排污水綜合費用為1.5元計,則每年節(jié)約外排污水綜合費25.92萬元。2.3.2ue006有效及節(jié)約燃料供給的經濟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損失分為內部ue006損失(燃燒的ue006損失、未燃燒燃料的ue006損失、熱燃氣對給水、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)。經查閱相關文獻資料得鍋爐的ue006效率(ηex一般僅能達到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(折合標準煤2642t),以蔗渣售價120元/噸計算,折合人民幣為52.3萬元。合計經濟效益為節(jié)約新鮮水費用、節(jié)約外排水費用及節(jié)省蔗渣費用的總合,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目總投資為330萬元。因反滲透系統(tǒng)運行費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行費用,項目年收益為86.9萬元。項目投資回收期為330/86.9=3.8a,即項目投資4年便可收回成本,該項目在經濟上是可行的。3糖廠成功處理了中壓鍋爐水質標準,達到了水質高效低(1)采用反滲透技術深度處理二效汽凝水在技術上是切實可行的。連續(xù)運行表明,糖廠二效汽凝水經該工藝處理后,出水水質穩(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,完全達到中壓鍋爐