本发明专利技术提出的工业用水系统清洁生产方法包括：将用于锅炉供水和循环冷却水的工业新鲜水取水都给入循环冷却系统的冷水池；在系统中设置包括膜蒸馏器在内的纯水制取和水处理工艺单元；将经冷却使用后的高温冷却水的一部分给入纯水生产和水处理工艺单元，其余部分仍最终返回冷却塔；纯水生产和水处理工艺单元所生产的纯水一部分用于锅炉生产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；纯水生产和水处理工艺单元的排污水作为系统的最终排污排出系统外；控制冷却水浓缩倍数使冷却水无须采取阻垢措施如加入阻垢剂；本发明专利技术同时提出了主要工艺参数的控制和优化方法。通过本发明专利技术可以实现的技术进步包括：冷却水无须采取阻垢措施、获取廉价纯水、减少取水和排污、减少锅炉生产的燃料消耗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业用水系统清洁生产
，特别涉及一种利用疏水性微孔膜生产纯水、回收废热、实现循环冷却水无阻垢剂运行的清洁生产方式及其技术。
技术介绍
在全世界总取水和总排水中，来自工业的取水和排水占一大半，而在工业取水中用于工业冷却及动力站(锅炉)的供水又占了一大半。很多工业领域如电力、化工行业往往同时具有工业冷却和动力站供水的需求。动力站取水主要是为锅炉生产提供软化水或脱盐水。目前工业生产中，动力站取水几乎都直接来自新鲜工业供水，并需要进行软化或脱盐处理。通常采用的软化或脱盐工艺有离子交换、电渗析、反渗透、纳滤等。上述工艺的产水率都比较低。离子交换工艺需要消耗大量的再生酸碱等化学品，产生二次污染，是一种较不清洁的工艺。电渗析、反渗透、纳滤等投资或制水成本较高，并且这些膜法制水工艺需要消耗大量的能量。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，其二是溶解性污染物质浓度的增加。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。循环冷却水溶解性污染物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式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，也是通行的工业冷却水系统的运行方式。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对象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)工业生产中的冷却水和动力站供水占新鲜工业供水的绝大部分，在这两个环节设施清洁生产和提高水的循环利用率对于整个工业的清洁生产、节约用水、减少污水排放意义重大；(2)工业生产中的动力站供水基本上都直接来自新鲜工业供水，水处理的目标主要是制取软化水或除盐水，目前的制水工艺或不够清洁、或制水成本和能耗较高；(3)循环冷却水主要利用水的冷却性能，使用后的高温循环水中含有大量废热；(4)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；(5)目前循环冷却水系统浓缩运行的排污方式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式。为此，本专利技术的目标是提出一种更清洁的循环冷却水—动力站供水运行方式及其工艺方法。本专利技术中将利用膜蒸馏法实现回收废热、提高水循环利用率、制取纯水、取消向循环冷却水中投加阻垢剂的清洁生产方式。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。虽然在对膜蒸馏工艺进行的研究和开发中通常都声称要利用废热资源生产纯水，但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—动力站供水系统全面清洁生产、回收废热、生产纯水、削减取水和污染排污的专利技术创造。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本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种工业用水中循环冷却水和动力站供水系统清洁生产方式，主要包括：－提高水的重复利用率，降低水耗，减少排污，－获取廉价纯水，－回收高温循环冷却水中的废热，削减锅炉生产燃料费，－循环冷却水中无须加入阻垢剂， 其特征在于：将动力站用于制取除盐水、软化水或纯水的取水Ｅ↓［１］先给入循环冷却水系统，优选将动力站用于制取除盐水、软化水或纯水的取水Ｅ１先全部给入循环冷却系统的冷水池，低温的循环冷却水通过换热器Ｇ↓［０］冷却被冷却对象后成为高温循 环水，控制循环冷却水的循环速度Ｑ↓［０］以控制高温循环水与环境气温的差ΔＴ↓［０］，设置包括膜蒸馏器在内的纯水制取和水处理工艺流程，从Ｑ↓［０］中分出一部分高温循环水Ｑ↓［１］通过所说的制水和水处理工艺流程制取纯水和排放废水，其中数 量为Ｐ↓［１］的纯水供锅炉生产使用或供其它用途使用，其余数量为Ｐ↓［２］（或汽水混合物）的纯水用于补充循环冷却水系统因蒸发损失的纯水，从高温循环水中引入高温循环水Ｑ↓［２］通过换热器Ｇ↓［２］对膜蒸馏器高温侧的水Ｑ↓［１］加热使其与 环境气温的差ΔＴ↓［１］保持在５℃以上，Ｑ↓［２］与Ｑ↓［１］不直接接触，纯水Ｐ↓［１］可以直接供锅炉生产使用，也可经过滤作业去除其中可能含有的悬浮杂质后再供给锅炉使用，膜蒸馏器高温侧残留的最终渗余水Ｂ作为系统的总排盐水予以 排放，并根据新鲜工业供水的水质和疏水性微孔膜运行的经济技术要求，确定总排盐水Ｂ的浓缩倍数Ｋ↓［２］，Ｐ↓［２］由循环冷却系统的蒸发损失水量Ｅ↓［２］、设定的循环冷却水浓缩倍数Ｋ↓［１］、设定的总排盐水浓缩倍数Ｋ↓［２］确定： Ｐ↓［２］≈Ｋ↓［２］－Ｋ↓［１］／Ｋ↓［１］（Ｋ↓［２］－１）Ｅ↓［２］，控制循环冷却水的浓缩倍数Ｋ↓［１］，使循环冷却水无须投加阻垢剂，控制补入循环冷却水系统的纯水量Ｐ↓［２］可以控制循环冷却水浓缩倍数，其方法是：Ｋ↓［ １］≈Ｋ↓［２］Ｅ↓［２］／（Ｋ↓［２］－１）Ｐ↓［２］＋Ｅ↓［２］，。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：范彬，栾兆坤，贾智萍，
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]
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