一种在线快速净化含油工业循环冷却水的水处理方法与装置

摘要

在线快速净化含油工业循环冷却水的水处理方法，包括的步骤如下：采用敞开式循环冷却水系统，其基本操作单元设备配置旁路吸附装置，基本操作单元设备包括储水箱、热交换器、凉水塔；旁路吸附装置中带有初滤层的吸附塔及其吸附填料；根据冷却水的实际状况给出相应的操作方法及其参数：吸附填料的用量、切换及再生、储水量、主流量、旁路流量、旁路流速、料/水比。本发明可以针对某一套具体的被某种油类有机物污染的工业循环冷却水系统的运行条件及其工艺参数，选用吸附填料，能够在实验室很快模拟出这套含油工业循环冷却水系统的在线快速净化的过程。本发明便于优化吸附塔结构及其吸油效率。本发明还包含一种在线快速净化含油工业循环冷却水的水处理装置。

说明书

技术领域

本发明主要涉及工业循环冷却水的水质处理领域，特指一种在线快速净化工业循环冷却水系统中油类有机物的模拟装置及其操作方法。 

背景技术

冷却水用量占工业用水总量的80％以上，我国自70年代末从国外引进若干套大型石化装置，同时配套引进了相应的工业循环冷却水技术，此后，逐步改变了过程工业(化工、石油化工、冶金、火力发电、核电、制药、电子加工、食品加工、造纸、酿造等)一直使用直排式冷却水的状况。循环冷却水系统能够在保证生产装置安全、稳定运行的同时，提高了冷却水的使用效率。目前，工业循环冷却水已是我国众多过程工业的生产工程中取出热量、保证生产连续运行，非常重要且不可缺少的组成部分。实际上，工业循环冷却水技术对降低工业用水，节约水资源具有更重要意义。然而，当前普遍使用的循环冷却水是敞开式循环冷却水系统。 

近些年，由于工业循环冷却水装备的陈旧老化，系统中机、泵及阀经常将机油泄漏于循环水中，特别是石化企业，由于越来越多地使用高含硫和高含酸原油，导致油类有机物泄漏于循环冷却水的事故频繁发生。含油工业循环冷却水系统带油运行具有很多危害：①微生物迅速繁殖，管壁的生物黏泥量迅速增加，热阻增加；②缓蚀阻垢剂失效，热交换器的水冷面均匀腐蚀和结垢加剧：③生物黏泥、无机垢层及腐蚀产物的的不断增加，热交换器水冷面的各种局部腐蚀破坏加速等等，将会导致生产装置过热或换热器快速穿孔，威胁生产和生产装置的安全。目前，在环境工程领域对于流量小、流速低而且总水量不是太大的含油工业污水或生活污水的净化已有许多成熟技术可以采用，如重力分离法、混凝沉淀法、膜分离法以及生物法等。但是，这些净化技术不能满足流量大(成千上万吨/每小时)、流速快的含油循环冷却水的在线快速净化的要求。企业为了抑制含油循环水系统中微生物的迅速繁殖，通常加入大量的杀菌剂，但是现有的杀菌剂大多为含氯化合物，很容易加速换热器的均匀腐蚀或小孔腐蚀。因此，目前大多数企业为了维持生产的正常运行，不得不采用降低浓缩倍数，以新鲜水置换出含油水的方法，此种大排大补方法除了净化速度(15～30天)不能满足生产要求以外，还需要消耗大量的优质水资源，同时向环境中排出大量的含油污水。 

发明内容

本发明目的是：首先提出在按比例模拟敞开式工业循环冷却水的各个主要操作单元及重要操作参数的基础上外加可弹性操作的旁路吸附装置，形成在线快速净化含油工业循环冷却水的水处理系统。本发明其次针对水处理系统发明一种操作简单，规模匹配包括初滤层在类的水处理设备、即旁路吸附塔。 

本发明是通过以下技术方案来实现的：在线快速净化含油工业循环冷却水的水处理方法，包括的步骤如下：敞开式循环冷却水系统的基本操作单元设备中配置旁路吸附装置，基本操作单元设备包括储水箱、热交换器、凉水塔等；旁路吸附装置中带有初 滤层的吸附塔及其吸附填料；根据冷却水的实际状况给出相应的操作方法及其参数：填料的用量、切换及再生、储水量、主流量、旁路流量、旁路流速、料/水比等。 

敞开式循环冷却水系统中的旁路吸附装置是两套并联在热交换器与凉水塔之间回水主管路上的，通过两个旁路阀门交替开启，实现连续净化含油循环水的操作功能，同时控制旁路吸附装置的流量，所述旁路流量为系统主流量的4％～10％。 

冷却水的实际状况给出相应的操作方法是通过模拟实验方法来获得：模拟实验方法采用的基本操作单元设备中热交换器为电加热，功率2.0～2.5KW，热交换器中壳层的加热介质为导热油，温度保持40～44℃，与金属软管管程中的冷却水进行热交换，使得热交换器的冷却水出口温度为36～40℃；所述的加热器中的的金属软管是一种传导率高、韧性好的不锈钢金属软管，并以多圈盘绕的形式固定在导热油中。 

装置吸附塔构造是：由吸附塔体10、初滤层，11、吸附填料床，12、螺旋密封件，13、多孔玻璃挡板构成，内有初滤层的吸附塔体是由玻璃管制成，吸附填料填充在两块圆形多孔玻璃挡板之间形成吸附填料床，吸附填料床从长度的1/2处被分成两段，两段吸附填料均用一对螺旋密封件成对穿过吸附塔体固定并密封，易于吸油填料的的填充和更换以及吸附塔的清洗. 

带有的初滤层的吸附塔具有多种内径6～20mm，以变换在填料床中循环水的流速。装置吸附塔初滤层由多种孔径的圆形不锈钢金属网构成，80～300目，初滤层同样也被分成两段，初滤层前置于吸附填料床下面，使得水中悬浮物、生物黏泥和一些非均相物质先行被过滤，以免它们进入吸附填料装影响吸附填料对油类有机物的吸附效率，初滤层同样也被分成两段，且用一对螺旋密封件成对穿过吸附塔体固定并密封，便于更换滤网。所述的带有初滤层的吸附塔，其内径备有多种(￠6～20mm)，在一定旁路流量下，通过选用不同内径的吸附塔来改变旁流流速，可以获得旁流流速与吸附效果的关系。 

所述的敞开式循环冷却水系统的基本操作单元设备中凉水塔为的圆形玻璃钢水塔，采用逆流式气热交换技术，散热材料用改性聚氯乙烯波纹片，横向增加了凸筋，使得水流均匀分布分散，冷却效率高，凉水塔进水温度为36～38℃，出水温度为28～30℃。凉水塔即冷却塔。 

所述的料/水比是吸附填料用量与系统储水量的比值，可根据循环冷却水中油类有机物种类、浓度、旁路流量以及系统储水量等运行参数而定。其进一步的特征在于所述的吸附填料，根据循环冷却水中油类有机物种类的不同，可平均分成10～20次填入填料床，每次更换时间间隔值t先小后大，按t_n+1＝(1.10～1.15)ⁿ(n为切换次数)进行切换。 

本发明的在线快速净化含油工业循环冷却水的水处理方法，所述的敞开式循环冷却水系统的基本操作单元设备中凉水塔为的圆形玻璃钢水塔，采用逆流式气热交换技术，散热材料用改性聚氯乙烯波纹片，横向增加了凸筋，使得水流均匀分布分散，冷却效率 高，凉水塔进水温度为36～38℃，出水温度为28～30℃。凉水塔即冷却塔。 

对模拟系统的操作，见图3.。储水箱(1)中28～30℃的循环冷却水经过循环泵(2)进入加热器(5)加热至36～38℃后进入凉水塔(14)，再流回储水箱，同时通过补水泵(15)以一定流量向储水箱中投加原水，以保持系统储水量不变，从而保持储水量不变而循环运行，待系统的浓缩倍数升高为5～8时，在储水箱中加入定量的油类有机物配置成一定浓度的含油循环水，含油循环水运行一段时间后开启两个并联旁路吸附装置中的一个旁路阀门(7)来控制旁路流量，部分含油循环水进入旁路吸附塔(9)先经过底部的初滤层(10)后再流经吸附填料层(11)，最终，从吸附塔顶部的净化水与回水主管道的冷却水一同回流到凉水塔，吸油饱和的吸附填料进入油水分离装置(16)。 

本发明的在线快速净化含油工业循环冷却水的水处理方法，其进一步的技术方案是所述的带有初滤层的吸附塔中的吸附填料是一类高亲油高疏水性的超细化学纤维材料在油类有机物中的饱和吸油倍率≥30g/g，吸水率≤0.2g/g；在水中的动态饱和吸油倍率为≥0.45倍。吸油饱和后的吸附填料经过溶剂洗涤，经油水分离和再生处理后可重复利用10次以上。再进一步的技术方案还是所述的吸附填料在吸附塔中的填充方式有圆片式、散装式(平均直径≤3cm)及其混装式。 

本发明的在线快速净化含油工业循环冷却水的水处理方法，其进一步的技术方案是所述的料/水比是吸附填料用量与系统储水量的比值可根据循环冷却水中油类有机物种类、浓度、旁路流量以及系统储水量等运行参数而定。再进一步的技术方案是所述的吸附填料，根据循环冷却水中油类有机物种类的不同，可平均分成10～20次填入填料床，每次更换时间间隔值t先小后大，按t_n+1＝(1.10～1.15)ⁿ(n为切换次数)进行切换，以便提高吸附效率，这与在线快速净化含油工业循环冷却水吸附速度先快后慢有关。 

本发明的在线快速净化含油工业循环冷却水的水处理方法，其进一步的技术方案是所述的敞开式循环冷却水系统的基本操作单元设备中储水箱材质为碳钢，储水量10～40L，再进一步的技术方案是系统主流量为30～120L/h，使得系统储水量与系统主流量比值为1/3。 

本发明可以针对某一具体的被某种油类有机物污染的工业循环冷却水系统的运行条件及其参数，选用吸附填料和流量通过实验室的模拟，能够很快获得系列工艺运行参数及其与净化速率关系，以便制定技术方案。对于一个经常受到油类有机物污染的具体工业循环冷却水系统决定采用在线快速净化含油循环水技术时，其核心问题是净化速度，而净化速度与以下三类因素有关：第一类是工艺运行参数，包括系统储水量、流量、旁流吸附系统的旁路流量及路流速等；第二类是吸附填料及其性能，包括吸附填料种类、饱和吸附量、填充方式及吸附填料/储水量的比值(料/水比)等；第三类是油类有机物种类及其含量。一个实际的工业循环冷却水系统在实施在线快速净化含 油循环水技术之前必须要在准确了解净化速度与上述三类因素关系的基础上才能进行方案设计，以便配置旁路吸附装置的水泵、管道、阀门及管件、吸附塔及其吸附填料等等。 

本发明“在线快速净化含油工业循环冷却水水处理方法”，可以根据一个实际的工业含油循环冷却水系统的主要运行参数，通过实验室的模拟，能够很快获得净化速度与上述三类因素的关系，为制定技术方案提供技术依据。 

总之，本发明在工业循环冷却水系统的回水管路上并联上带有吸附塔的旁路吸附装置，吸附塔中装入具有高吸油功能的吸附填料，利用含油水在工业循环冷却水系统中快速循环流动的特点，部分含油循环水通过旁路，流经吸附塔，始终有部分油类有机物被连续不断地吸附于吸附填料内，并被连续不断地分离出循环水系统，使得循环冷却水系统中的油类有机物在浓缩比不变的条件下连续不断地减少，达到净化含油水的目的(见图1.在线快速净化含油循环水技术的原理示意图)。实践证明，对于C0D为150左右的循环水系统，采用在线快速净化含油循环水技术能够在3～4天内使其水质达标。 

本发明的有益效果在于：1、本发明的在线快速净化含油工业循环冷却水的水处理的装置结构简单，操作弹性大，实验室模拟成本低，模拟效果佳；2、本发明中的在线快速净化含油工业循环冷却水的吸附塔结构简单，填充、更换吸附填料和初滤层方便，易于清洗。 

本发明的有益效果还在于，本发明中的在线快速净化含油工业循环冷却水的水处理方法可以针对某一具体的被某种油类有机物污染的工业循环冷却水系统的运行条件及其参数，选用一种吸附填料通过实验室的模拟，能够很快获得系列工艺运行参数及其与净化速率关系，以便制定技术方案，减少工业上实施在线快速净化含油工业循环冷却水的盲目性。2、本发明的在线快速净化含油工业循环冷却水的水处理还可以在给定的工艺运行参数下优化吸附塔结构、评价吸附填料的吸附效率，研究吸附材料的吸附机理等，即可以作为一种研究吸附塔和吸附填料的研究工具使用。 

附图说明

图1.为本发明的在线快速净化含油循环水的原理示意图 

图2.为本发明的在线快速净化含油工业循环冷却水的模拟系统吸附塔结构示意图， 

图3.为本发明的在线快速净化含油工业循环冷却水的模拟系及操作统流程示意图 

图4.不同料/水比下水中机油浓度随吸附时间的关系 

图5.不同旁路流量下水中焦化柴油浓度随吸附时间的关系 

1、储水箱，2、循环泵，3、主流量计，4、温度计，5、加热器，6、金属软管，7、旁路阀门，8、旁路流量计，9、旁路吸附塔，10、初滤层，11、吸附填料床，12、螺旋密封件，13、多孔玻璃挡板，14、凉水塔，15、补水泵，16.油水分离装置其中1、储水箱，9-1、旁路吸附塔体。 

具体实施方案

以下结合上述附图对本发明以实例进一步详细描述本发明，但本发明并不限于以这些实例。 

实施例1 

1.关于操作参数 

(1).主流量45L/h；(2).储水量15L；(3).旁路流量5％；(4).旁路流速4.423×10^-3m/s。(5).切换时间间隔方案为t_n+1＝1.10ⁿ。 

2.关于油类有机物 

(1).SE 15W-40机油；(2).含油水初始油浓度185mg/L。 

3.关于吸附填料 

(1).吸附填料性能：油中的饱和吸油倍率为30g/g，对水中油的动态饱和吸油倍率为0.45g/g；(2).吸附填料散装式。 

4.关于料/水比 

两种料/水比：A为1/1000，B为1/500。 

5.结合图3所示，储水箱(1)中28℃的循环冷却水经过循环泵(2)进入加热器(5)加热至37℃后流经凉水塔(14)，再流回储水箱，此时29℃左右，同时补给1％原水以保持系统储水量不变，循环运行，待系统的浓缩倍数升为6时，在储水箱中配制好含油循水，继续运行2h后开启两个并联旁路吸附装置中的一个旁路阀门(7)控制旁流路流量使得部分含油循环水先经过底部的初滤层(10)后再流入吸附填料层(11)，最终从吸附塔(9)顶部与回水主管道冷却水一同流入凉水塔。运行中根据切换方案更换吸附塔中的吸附填料，并及时更换滤网和定时检测水中浓度，得到水中油浓度与吸附时间的关系曲线，模拟结果如图4(不同料/水比下水中机油浓度随吸附时间的关系)所示。由图可知，在规定的系统操作参数下、确定的油类有机物及其浓度下、选择好吸附填料及其装填方式后的模拟结果表明，料/水比大的(1/500)和料/水比B小的(1/500)都能在不同的时间将水中油净化到≤10mg/L，符合GB50050-2007要求。料/水比大的所需净化短(约22小时)，料/水比小的所需净化时间长(约30小时)。但是料/水比大的消耗吸附填料多，成本高，而料/水比小的的消耗吸附填料少，对于一个实际的漏油循环冷却系统可根据实验室的模拟结果和生产的需求选择在线快速净化含油工业循环冷却水时旁路吸附塔中的吸附填料用量。 

实施例2 

1.关于操作参数 

(1).主流量45L/h；(2).储水量15L；(3).旁路流量5％；(4).旁路流速4.423×10^-3m/s。(5).切换时间间隔方案为t_n+1＝1.10ⁿ。 

2.关于油类有机物 

(1).焦化柴油；(2).含油水初始油浓度108.5mg/L。 

3.关于吸附填料 

(1).吸附填料性能：油中的饱和吸油倍率为30g/g，对水中油的动态饱和吸油倍率为0.45g/g；(2).吸附填料散装式。 

4.关于旁路流量 

两种旁路流量：A为5％，B为10％。 

5.储水箱(1)中28℃的循环冷却水经过循环泵(2)进入加热器(5)加热至37℃后流经凉水塔(14)，再流回储水箱，此时29℃左右，同时补给1％原水以保持系统储水量不变，循环运行，待系统的浓缩倍数升为6时，在储水箱中配制好含油循水，继续运行2h后开启两个并联旁路吸附装置中的一个旁路阀门(7)控制旁流路流量使得部分含油循环水先经过底部的初滤层(10)后再流入吸附填料层(11)，最终从吸附塔(9)顶部与回水主管道冷却水一同流入凉水塔。运行中根据切换方案更换吸附塔中的吸附填料，并及时更换滤网和定时检测水中浓度，得到水中油浓度与吸附时间的关系曲线，如图5.所示，其它系统操作参数不变、在确定的油类有机物及其浓度条件下、选择好吸附填料、料/水比及其装填方式后的模拟结果表明，旁流流量大的(10％)与旁流流量小的(5％)比较可知，将焦化柴油浓度为108.5mg/L的含循环水净化到≤10mg/L符合GB GB50050-2007时，前者所需时间短(约16小时)，后者所需时间长(约24小时)。但是旁流流量大的旁路管线要求高，而旁流流量小的旁路管线要求低，对于一个实际的漏油循环冷却系统可根据实验室的模拟结果和生产需求选择在线快速净化含油工业循环冷却水时的旁流流量大小。 

实施例3 

结合图3.所示，将题述的模拟系统，除了料水比为1/800以外，其它操作参数、油类有机物及其浓度、吸附填料及其装填方式等和例1相同，进行实验室模拟，并将其模拟结果和放大了的的循环冷却水系统实施在线净化进行对比(操作参数、油和填料等所有相似)，主要参数和结果见表1.。 

表1.两种系统下在线净化含循环水条件比较 

比较可知，在相似的工艺操作参数条件下，模拟系统下进行模拟的在线快速净化含油循环水效果与放大后的循环冷却水系统效果相似。这对于再放大的实际循环冷却水系统进行在线快速净化含油循环水的实施有着明确的指导作用。