冷凝液中TOC去除方法

程星耀

（江蘇同瑞環(huán)保有限公司，江蘇 南京 210006）

概況：某項目化工生產(chǎn)冷凝水熱量占蒸汽總熱的20%左右，水質(zhì)較長江水源有較大提升，將其回用可大幅減少系統(tǒng)能耗。由于其良好的經(jīng)濟(jì)效益，已逐漸發(fā)展成為電力、化工生產(chǎn)最直接有效的一種節(jié)能技術(shù)?，F(xiàn)有270 t/h左右高溫蒸汽換熱冷凝水，為減少能源浪費，針對此水系進(jìn)行回收試驗，試驗分三次進(jìn)行，耗時3月有余（2016年10月20日—2017年1月21日），以期為冷凝水回收利用項目提供基礎(chǔ)性建議。

結(jié)合目前的技術(shù)，針對有機物的去除方法主要有活性炭物理吸附，高級氧化技術(shù)（紫外線、臭氧、等離子體綜合氧化技術(shù)等）、生物化學(xué)處理、膜處理工藝等。由于目前國內(nèi)工業(yè)應(yīng)用均為有機物濃度以PPM數(shù)量級為主，相對于PPb數(shù)量級、大工業(yè)用量目前國內(nèi)無成熟案例[1]。

生化處理技術(shù)及高級氧化技術(shù)對于高濃度、可生化性強的有機物去除效果較佳，對于PPb數(shù)量級的工業(yè)案例較少且運行成本較高；而膜法、活性炭吸附工藝是目前處理低濃度有機物最成熟的工藝，結(jié)合現(xiàn)有冷凝水工況，由于其進(jìn)水溫度較高，TOC濃度低，含鹽量低（滲透壓低）、分子粒徑較小、分布窄，綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本，故本文以活性炭為試驗核心進(jìn)行裝置試驗、確定對冷凝液系統(tǒng)進(jìn)行改造的方案，從而使冷凝液系統(tǒng)滿足生產(chǎn)所需，實驗示意圖見圖1。

圖1 試驗示意圖

1 冷凝液水源改造

（1）冷凝液水源的改造、冷凝水啟動初期時水中TOC波動大，在2016年12月15日左右，原水停止加丙酮圬，停加丙酮圬后，轉(zhuǎn)為熱力除氧后，停止加藥前后的活性炭效率并未發(fā)生明顯變化，但進(jìn)水TOC含量穩(wěn)定（300～400 PPb之間），并未出現(xiàn)較高濃度的波動情況，冷凝水源水中的TOC明顯下降，而且持續(xù)穩(wěn)定。所以后期原水整改為熱力除氧[2]。

（2）通過對進(jìn)水進(jìn)行曝氣試驗，所得試驗數(shù)據(jù)表明當(dāng)進(jìn)水pH值高的時候，曝氣可以明顯降低pH值，增加后續(xù)設(shè)備對TOC的去除率，但當(dāng)pH值降到9.0左右時，曝氣對后續(xù)設(shè)備中TOC去除率的影響無法通過數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來，可以說沒有影響。故工程上不建議設(shè)計曝氣。

（3）改造前的冷凝水pH值過高，長期保持在10左右，改造后可降低冷凝水的pH值，后期的pH值可以穩(wěn)定在9.5以下。

需要特別指出的是，對于源水的加藥調(diào)整并沒有增加該公司的操作及維護(hù)費用，相反還減少了操作維護(hù)及藥品的費用。

2 冷凝液系統(tǒng)改造

2.1 活性炭的選擇

采用椰殼炭、煤質(zhì)炭（碘值在900～1 200范圍內(nèi)）、樹脂；炭層高度為1 m，1.5 m，2 m，2.5 m及3 m，通過在不同層高的狀態(tài)下進(jìn)行吸附效果的對比得出的曲線圖如圖2所示。

圖2 不同吸附劑對TOC透過率比較的曲線圖

通過實驗確認(rèn)以下結(jié)論：

①破碎狀的椰殼炭對本水質(zhì)的TOC去除效率較高。

②活性炭的設(shè)計吸附時間應(yīng)以15-20 h為宜。

③設(shè)計的炭床高度以2 m為宜。

④設(shè)計流速宜為8 m/h。

2.2 進(jìn)水溫度的選擇

考慮到后期部分熱源的回收情況，分別將試驗進(jìn)水溫度控制在20 ℃～45 ℃，檢測并觀察溫度對TOC去除效率的影響，以確定合適的進(jìn)水溫度?；钚蕴?、陰床、陽床及混床去除TOC與溫度變化關(guān)系見表1。

表1 活性炭、陰床、陽床及混床去除TOC與溫度變化的關(guān)系

通過試驗數(shù)據(jù)表明，活性炭在25 ℃～32 ℃時去除TOC的效率最高，但當(dāng)需要考慮熱源回收效率時，可將系統(tǒng)進(jìn)水溫度控制在38 ℃范圍內(nèi)。當(dāng)進(jìn)水TOC超過400 PPb時，為保證產(chǎn)水能保持在200 PPb以下，在超出此溫度的情況下，需要串聯(lián)活性炭炭柱方可保持出水的穩(wěn)定性。

3 試驗結(jié)論

（1）對于本項目的水質(zhì)，在TOC大于200 PPb以上的時候，炭床對TOC有很好的去除率。但當(dāng)TOC小于200 PPb時，炭床對TOC的去除率明顯下降。這可能有兩個方面的因素，一是來水的TOC為200 PPb以上的物質(zhì)，可能是某種工藝帶入的有機物，其更易被炭床去除，而TOC為200 PPb以下的有機物不易被炭床去除。也就是說，炭床只是去除了它可以去除的部分有機物。另一個原因是炭床本身有吸附平衡。當(dāng)來水的TOC降低時，更容易達(dá)到吸附平衡。

（2）破碎狀的椰殼炭對本水質(zhì)的TOC去除效率較高。當(dāng)炭床高度為2 m、炭層設(shè)計流速為8 m/h、進(jìn)水溫度為25 ℃～32 ℃時，去除TOC的效率最高，但當(dāng)需要考慮熱源回收效率時，可將系統(tǒng)進(jìn)水溫度控制在38 ℃范圍內(nèi)。

4 本項目拓展

4.1 樹脂的選擇

試驗選擇了三種不同的樹脂裝填樹脂床進(jìn)行試驗，分別為爭光D001/D201，爭光D001-Z/D201-Z，陶氏凝膠型樹脂AmberJet1 500/AmberJet4 400。試驗顯示國產(chǎn)凝膠型樹脂的有機物去除率較低，隨著溫度的升高，國產(chǎn)大孔型樹脂對有機物的去除率明顯下降，而進(jìn)口凝膠型樹脂對有機物的去除高效穩(wěn)定，是去除有機物的很好屏障。一般來說，大孔型樹脂去除有機物效果更好，這和國產(chǎn)樹脂的試驗數(shù)據(jù)是一致的。本次沒有試驗進(jìn)口的大孔型樹脂。如進(jìn)行工程試驗，應(yīng)考慮再進(jìn)行相關(guān)的試驗。

4.2 膜處理的選擇。

通過采購的一體機進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)一體機活性炭+反滲透工藝對有機物的去除率并不高，總體不到30%。這個試驗數(shù)據(jù)只能作為參考。因為飲用水一體機的膜及活性炭的選型不夠?qū)I(yè)，也不能應(yīng)用在工業(yè)場合。后續(xù)可以選擇進(jìn)口工業(yè)膜，定制小試裝置或委托工程公司進(jìn)行試驗。如證明有效且設(shè)備運行穩(wěn)定，可以在春、秋、冬季利用熱電廠系統(tǒng)原有的膜進(jìn)行處理。

后續(xù)可以選擇EDI對TOC的去除效率進(jìn)行試驗。重新接管路，利用熱電廠原有的EDI單模塊試驗裝置進(jìn)行試驗。如證明有效且設(shè)備運行穩(wěn)定，可以在春、秋、冬季采用熱電廠系統(tǒng)原有的EDI系統(tǒng)進(jìn)行處理。