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21世紀以來,我國的經(jīng)濟高速發(fā)展、科學技術(shù)也有了顯著的提高,工業(yè)生產(chǎn)作為提高我國經(jīng)濟實力的重要一環(huán),取得了重大的進步。而在工業(yè)生產(chǎn)中,難免會消耗大量的水資源。因此,在工業(yè)生產(chǎn)中需要不斷的改善和提高工業(yè)的循環(huán)水裝置。在工業(yè)循環(huán)水裝置中,應(yīng)用最為廣泛的為淺除鹽技術(shù)。淺除鹽技術(shù)的運用不僅可以在保證水處理過程的效率的同時保證工業(yè)處理水的質(zhì)量,而且可以極大的降低工業(yè)企業(yè)對水處理裝置的投入成本,提升工業(yè)企業(yè)的利潤。
1淺除鹽技術(shù)概述
1.1除鹽技術(shù)分類
淺除鹽水技術(shù)是一種并不完全處理水中的溶解性鹽的除鹽新技術(shù),其在工藝的選擇上主要是使用具有特殊結(jié)構(gòu)的離子交換樹脂。與傳統(tǒng)的離子交換脫鹽技術(shù)是相似的,但經(jīng)營成本可以大大降低。它是基于原來的軟化、海水淡化系統(tǒng),改造而成的。出水水質(zhì)不僅可以對循環(huán)水進行補水,而且達到了淺除鹽水的要求,具有成本較少,少量的改造工程等特點,以下為淺除鹽技術(shù)特性:(1)淺除鹽技術(shù)所使用的樹脂與普通樹脂不同。普通樹脂容易被污染,使用壽命較短,而淺除鹽技術(shù)所使用的樹脂使用二次聚合的方法制造骨架,因此其具有更長的使用壽命。即使處理水的水質(zhì)很差,也可以使用其進行除鹽處理。(2)淺除鹽技術(shù)并沒有進行完全的脫鹽,而經(jīng)過其處理后的水的導電率一般在10μS/cm至100μS/cm的范圍內(nèi)。(3)淺除鹽技術(shù)的離子交換器可以利用廢酸和廢堿對其進行再生使用。
淺除鹽技術(shù)是工業(yè)水處理裝置中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù),其技術(shù)工藝主要如下所示:
1.1.1離子交換樹脂除鹽技術(shù)
離子交換樹脂除鹽技術(shù)的原理為:離子交換樹脂上具有許多活潑的、可進行交換的H+和OH-,這些離子可以和所處理工業(yè)水中的可溶性的鹽進行離子交換,從而將水中的可溶性鹽去除。離子交換樹脂除鹽技術(shù)的具體工藝過程為:溶液交換離子擴散至樹脂表面—樹脂交換離子擴散至表面—交換離子相互反應(yīng)—反應(yīng)后離子向樹脂擴散—反應(yīng)后離子向溶液擴散。
1.1.2電滲析除鹽技術(shù)
電滲析除鹽技術(shù)的原理為:離子在直流勻強電場中會發(fā)生定向的移動,因此,在所需處理水中提供一個直流的勻強電場,水中的陽離子和陰離子就會產(chǎn)生定性的移動,從而達到除鹽的效果。處理水中含鹽濃度大約在1000mol/L至5000mol/L范圍一般會使用電滲析除鹽技術(shù)來進行除鹽處理。電滲析除鹽技術(shù)的優(yōu)點在于對環(huán)境無污染,較為環(huán)保。同時,其也有脫鹽率不高(大約在60%-70%)、制水純度不穩(wěn)定(大約在50%-90%)、容易造成水資源的浪費以及能源浪費等缺點。現(xiàn)如今,如太陽能的一些新能源技術(shù)正在應(yīng)用于電滲析除鹽技術(shù),電滲析除鹽技術(shù)正在向節(jié)能高效的方向前進。
1.1.3電吸附除鹽技術(shù)
電吸附除鹽技術(shù)的原理為:使用帶電吸附水中離子或帶電粒子,溶解的鹽和其他物質(zhì)在電極表面帶電、富水純化和脫鹽。對于電吸附除鹽技術(shù)設(shè)備,電極起到了非常重要的作用。對于電極的選用,一般采用3D結(jié)構(gòu)的非金屬復合材料制成的電極。電吸附除鹽系統(tǒng)的組成一共包括九大部分,主要為:水泵、水池、電吸附模塊、前置過濾器、后置過濾器、電源系統(tǒng)、檢測儀表、管閥系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)。電吸附除鹽技術(shù)的裝置結(jié)構(gòu)一般為模塊化結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)可以通過模塊之間進行不同的組合、串聯(lián)或并聯(lián),實現(xiàn)在不同種的應(yīng)用情況下進行使用。電吸附除鹽技術(shù)與其他的淺除鹽技術(shù)相比有更多的優(yōu)點、使用率更高,主要在于:首先,電吸附除鹽技術(shù)的自動化程度非常高,全程采用電腦控制,因此對于工作人員技術(shù)上的要求不是很高,減少了企業(yè)對于工作人員進行培訓的過程。其次,電吸附除鹽技術(shù)的運行能量消耗量很低,相對于其他淺除鹽技術(shù)節(jié)約了很多的能源。最后,電吸附除鹽技術(shù)的使用過程中,并沒有化學反應(yīng)的發(fā)生,因此對環(huán)境基本上沒有污染與破壞,相對于其他淺除鹽技術(shù)更加的環(huán)保。
1.2淺除鹽技術(shù)的優(yōu)勢
淺除鹽技術(shù)對于工業(yè)水處理過程具有非常重要的意義,較其他的除鹽技術(shù),其優(yōu)勢主要在于以下幾點:(1)淺除鹽技術(shù)雖然是沒有對于處理水進行完整的脫鹽,而是部分的脫鹽,但這種技術(shù)的脫鹽率仍然很高,可以達到90%至95%,而且經(jīng)過淺除鹽水技術(shù)處理后的水的水質(zhì)也很高。(2)淺除鹽技術(shù)大大方便了對循環(huán)水的使用,因為在使用其技術(shù)的過程中可以進行自動的補水過程。(3)淺除鹽技術(shù)主要利用離子交換器進行工作,離子交換器對于所用的酸堿原料要求較低,從而大大降低了企業(yè)工業(yè)水處理的成本,提升企業(yè)利潤。同時也大大減少了工作過程中對于環(huán)境的破壞和資源的浪費。(4)將淺除鹽技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)水處理過程中時,無需對水處理工程設(shè)備進行大規(guī)模的改造,其特有的便捷性可以在減少成本,減少時間的前提下保證工業(yè)水處理工作的質(zhì)量和效率。
2淺除鹽技術(shù)對原軟化水處理系統(tǒng)的改造
2.1改造前的水處理系統(tǒng)
工業(yè)水經(jīng)氫離子交換器和1、2級鈉離子交換器處理后,軟化水的硬度≤10mol/L。軟化水進入鍋爐汽包后,經(jīng)蒸發(fā)濃縮使鍋爐爐水的堿度增高,增加了金屬苛性脆化的可能性,需增大排污量;另外水中的Ca2+、Mg2+等金屬離子由Na+取代,軟水中的陽離子主要是Na+,而陰離子如S042-、CL-等未處理,使處理水中的固形物比原水有所增加,總含鹽量有所增加。因而在蒸汽中溶解度較大的NaCL、Na2S04;就成為蒸汽溶解攜帶的主要物質(zhì)。攜帶量隨壓力的提高而增大,形成了蒸汽污染,導致蒸汽系統(tǒng)觸媒結(jié)塊、活性降低、管道堵塞和腐蝕。針對上述問題,以原有的軟化水處理系統(tǒng)為基礎(chǔ),進行改造,采用淺除鹽水處理技術(shù)解決水質(zhì)差的問題,使給水由軟化水提質(zhì)為淺除鹽水,滿足了工藝要求,并對系統(tǒng)再生排廢酸的問題進行完善,使給水成本大幅度降低。 2.2改造后的淺除鹽水處理系統(tǒng)
淺除鹽水處理技術(shù)就是根據(jù)工藝要求,不完全地處理水中鹽類物質(zhì)的一種技術(shù),具體地說,就是對水質(zhì)影響不大的SiO32-不作處理。這種技術(shù)特別適用于工業(yè)鍋爐的水處理(工業(yè)鍋爐的給水一般只作軟化處理),與常規(guī)的軟化處理相比工藝系統(tǒng)相近,但運行費用可大幅度降低,在有氨源的企業(yè)特別適合。改造方法:①是將原有1、2級鈉離子交換器改造成為弱堿陰離子交換器,使工業(yè)水中的S042-、CL-等陰離子置換為OH-離子;②是增設(shè)前置陽離子交換器,以吸收陽床的剩余再生廢酸,降低再生用酸比耗,消除廢酸排放,滿足環(huán)保要求。
2.2.1淺除鹽的原理
淺除鹽的化學公式如下:在前置陽床中,發(fā)生的化學反應(yīng)如下:
通過各種交換,水中的陽、陰離子得到處理,導電程度發(fā)生變化,出水的硬度得到了改善。
2.2.2改造說明
①將原有系統(tǒng)的Ⅰ級鈉離子交換器,經(jīng)防腐處理后改造成陰床,內(nèi)裝徐州水處理研究所專利產(chǎn)品大孔型特種弱堿樹脂,四臺陰床,二開二備。陰床再生用合成氨分廠的廢銨液作再生劑,其氨濃度應(yīng)保持1%(質(zhì)量分數(shù))左右。②脫碳器后置。按常規(guī)設(shè)計,脫碳器應(yīng)在陰床前,但是陽床前加了前置陽床,而工業(yè)水壓力僅0.2MPa,滿足不了工藝要求,因而將脫碳器放在聯(lián)床后,其原有的中間水箱與除鹽水箱連通。③陽床不作改動。④增設(shè)前置床。將原有的三臺Ⅱ級鈉床拆除,更新為三臺Ф2000的陽床,內(nèi)裝D113大孔型弱酸樹脂。⑤陰床再生仍用硫酸再生。因為原有的陽床用2%的硫酸溶液再生,其再生酸比耗2.5,即有60%的pH值在1~2之間的廢酸排放,造成很大浪費;另外排出的廢酸雖經(jīng)中和池中的螢石處理,但是仍達不到排放標準,對排水管道設(shè)施造成嚴重腐蝕,廢酸水滲漏使排出線管網(wǎng)及周圍多處地基下沉,設(shè)備傾斜,給公司生產(chǎn)造成很大的損失和許多不安全隱患。設(shè)置前置陽床后,陽床再生后的廢液經(jīng)前置床再生吸收利用,由于前置陽床內(nèi)裝的樹脂的特性,可以使排出廢液接近中性,達到不排酸,既使陽床再生用的硫酸溶液得到充分利用,又保證了前置陽床的再生,提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性,滿足環(huán)保要求。
2.2.3系統(tǒng)主要設(shè)備及工藝技術(shù)參數(shù)
根據(jù)企業(yè)蒸汽用量和除鹽水用量,總出力定為120t/h,選定的主要設(shè)備及技術(shù)參數(shù)見表1。
3淺除鹽技術(shù)的經(jīng)濟效益分析
淺除鹽技術(shù)就是根據(jù)工業(yè)的需要,對水質(zhì)進行處理的一種技術(shù),在工業(yè)中應(yīng)用比較廣泛。通過技術(shù)改造,提高了工作效率,提高了安全性能,減少了污染,更加環(huán)保,可操作型強。
3.1降低了成本
在原有的淺除鹽技術(shù)中,對鍋爐的損害較大,產(chǎn)生的污染比較嚴重。傳統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用普遍存在這樣的問題,既耗時,又費力,導致了大量人力、物力資源的浪費,最后還產(chǎn)生了很多的廢棄物,對廢氣物的處理還要進行一定的統(tǒng)籌,浪費了大量的金錢資本。同時還要對鍋爐的應(yīng)用進行一定的維護,又有一大筆的資金支出。這種生產(chǎn)方式已經(jīng)不能適應(yīng)社會的需求,需要加以改進。改造后的技術(shù),降低了能耗,提高了效率,在一定程度上節(jié)約了成本。
3.2生態(tài)效益突出
通過改造,鍋爐的排污量減少,降低了對生態(tài)環(huán)境的污染,減少了排污費用的支出,這是一個雙向收益。與發(fā)達國家相比,我們還存在一定的差距,技術(shù)研發(fā)的程度還不夠深入,對技術(shù)的應(yīng)用也不嫻熟,但是有一點我們是可以避免的。自從歐洲工業(yè)革命開展以來,生態(tài)環(huán)境遭到了嚴重的破壞,后期又進行了大量的資金投入進行環(huán)境的修復,本身的做法是非常不科學的。我們要吸取經(jīng)驗教訓,在工業(yè)發(fā)展中,要不斷的進行技術(shù)革新,將技術(shù)的負面影響降到最低,實現(xiàn)經(jīng)濟環(huán)境和生態(tài)的雙贏。
3.3廢酸再生液的排放量減小
廢酸再生液主要是對排水管道的一個危害。大量的廢酸再生液的侵蝕,將會降低排水管道的使用壽命,增加維修費用。在工業(yè)體系建立之初,對基礎(chǔ)實施的建設(shè)和完善也是一個比較重要的部分,占據(jù)著資金支出的大部分,同時對基礎(chǔ)實施不僅要進行修建費用的支出,還要進行后期維修費用的支出,就像汽車的使用一樣,除了購買費用,后面的維修費用也占很大的部分。所以,在使用過程中,要懂得珍惜愛護,工業(yè)中產(chǎn)生的廢棄物的侵蝕要控制在一定的程度內(nèi),不能把損害擴大化。廢酸再生液排放的減少,既降低了對基礎(chǔ)設(shè)施的傷害,同時也減少了水污染,降低了工業(yè)生產(chǎn)中的成本。
3.4節(jié)約螢石費用
改造后的淺除鹽技術(shù),提高了水的利用率,降低了廢水的排放。廢水的排放,在一定程度上污染人們的生活用水,破壞了地表水,導致整個生態(tài)環(huán)境惡化,另一方面提高了螢石處理水的費用。在社會快速發(fā)展的今天,即使是污染物的排放,也要經(jīng)過科學合理的方法,進行處理。該項技術(shù)中的廢水,主要通過螢石進行處理,廢水量越大,所需要花費螢石費用也就越大,造成后期處理成本的增加。
3.5延長了生產(chǎn)設(shè)施的使用壽命
毋容置疑,效率的提高,排放物的減少在一定程度上減少了生產(chǎn)設(shè)施的傷害,提高了它們的使用壽命。這個是相互關(guān)聯(lián)的,當一件生產(chǎn)設(shè)施的使用壽命由十年提高到了二十年,那么節(jié)省下來的也是一筆不小的開支。低成本,高效益,是每個企業(yè)都追求的目標。當然都是從細節(jié)上來進行實現(xiàn)的,技術(shù)在其中發(fā)揮著很重要的作用。技術(shù)的提高是一本萬利的轉(zhuǎn)變,在提高企業(yè)效益,拉動企業(yè)長遠發(fā)展的同時,也降低了企業(yè)的成本,保證了企業(yè)的經(jīng)濟效益。
如今,隨著工業(yè)化生產(chǎn)的的不斷發(fā)展,越來越多的水資源被使用在工業(yè)生產(chǎn)中,合理的使用水資源以及對水資源進行工業(yè)除鹽的處理也成了影響我國工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。而對于工業(yè)水處理中淺除鹽技術(shù)的應(yīng)用的研究,對于工業(yè)水處理技術(shù)的完善有非常重要的意義。隨著淺除鹽技術(shù)的不斷完善和發(fā)展,其前景非常廣闊。