CN102557194B - 膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺 - Google Patents

膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺。工业烟气脱硫海水依次经过配水区掺混新鲜海水、耐腐蚀泵、海水流量控制元件进入疏水性中空纤维膜吸收器壳程(管程)。含氧气体通过气源发生装置产生，经过气体流量控制元件进入疏水性中空纤维膜接触器管程(壳程)。气液两相在膜接触器中非直接接触，通过中空纤维膜分隔，两相独立控制。通过调控气体和海水流量控制元件使气液两相在中空纤维膜微孔处形成稳定传质界面，含氧气体透过膜微孔进入脱硫海水，将脱硫海水的亚硫酸盐氧化生成稳定的硫酸盐，达到固硫、恢复海水水质的效果。与现有技术相比，本发明为封闭式曝气，具有无SO2逸出、效率高、动力消耗小、占地小、安装灵活、便于集成放大等优点。

Description

膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺
技术领域
本发明属于废水/污水处理技术与膜分离技术的交叉领域。尤其涉及一种利用疏水性中空纤维膜接触器曝气，工业烟气脱硫海水水质恢复工艺。
背景技术
电力、化工、冶金等行业普遍使用的锅炉、窑炉所排出的排烟废气中含有大量的二氧化硫(SO2)，它对大气造成严重的污染是形成酸雨的主要污染源。由于环境保护的需要，工业燃烧含SO2烟气在排入大气之前，必须脱除其中的一部分或大部分SO2，通常称为烟气脱硫工艺。
近年来，沿海地区经济发展迅速导致电荒带来的经济负担加重，致使沿海火电发展迅猛，目前已约占全国火电装机总量的三分之一。电力行业排放烟气中所含SO2约占全国总排放量的50％。利用海水烟气脱硫工艺可以实现烟气污染治理与海水资源利用有机的结合，既可节约大量的淡水，又可减少SO2的排放，其已成为沿海地区最具吸引力的烟气脱硫工艺。海水烟气脱硫工艺脱硫后的海水呈酸性，含有较多的亚硫酸根(SO3 2-)以及溶解氧(DO)极低，不能直接排海，必须对脱硫海水进行水质恢复处理，进而达到国家海水排放标准。
传统的脱硫海水恢复工艺的采用的粗放式曝气池曝气工艺，即建设大规模的曝气池，在池底铺设曝气管路，通过鼓风机将空气鼓入曝气管路，利用空气中的氧气来氧化SO3 2-成为硫酸根(SO4 2-)。尽管该工艺能够实现脱硫海水水质恢复，但在实际工程应用中将几十万立方米的空气鼓入两三米深的水体，不仅氧气的利用率很低，能耗非常大，同时存在占地面积大、SO2逸出污染等问题。公开号为CN201581013U，其公开日为2010年9月15日的中国专利申请公开了一种烟气脱硫海水电解氧化装置。主要是利用电解海水产生的强氧化剂氯气和次氯酸来氧化亚硫酸根成为硫酸根，达到恢复海水水质的目的。然而该工艺存在氧化性气体氯气逸出污染以及建设运行成本高等问题。
膜分离技术具备高效、节能、环保、占地小等特征。在疏水膜及膜接触器应用领域，氧合器、脱气和充气接触器已广泛应用。公开号如下且为日前公开的美国专利申请US7264725B2和US6616841B2中虽然提供了两种类型的中空纤维膜接触器，但也只限于脱除水中溶解气体，用于锅炉补给水及超纯水的制备。
由于脱硫海水曝气恢复过程是一个伴随化学反应气液接触过程，迄今为止，未见膜接触器应用于脱硫海水水质恢复的公开报道。
发明内容
针对现有工业烟气脱硫海水恢复工艺的不足，本发明提供一种膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺，以达到高效、低成本处理恢复工业烟气脱硫海水水质，同时不会引入二次污染的目的。
本发明膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺予以实现的技术方案是：所采用的膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺装置包括液路和气路，液路包括依次连接的配水区、耐腐蚀泵和海水流量控制元件，与所述海水流量控制元件并联有多个液体压力监测装置；气路包括依次连接的气源发生装置和气体流量控制元件，与所述气体流量控制元件并联有多个气体压力监测装置，所述液体压力监测装置和气体压力监测装置的数量相同，相互一一对应的所述液体压力监测装置和所述气体压力监测装置之间均分别设有一疏水性中空纤维膜接触器；每个疏水性中空纤维膜接触器的气相出口为封闭的，每个疏水性中空纤维膜接触器的液相出口均并联至一排出管道。
其工艺如下：工业烟气脱硫海水沿上述液路进入疏水性中空纤维膜接触器；气源发生装置产生的含氧气体经气体流量控制元件进入疏水性中空纤维膜接触器；气液两相分别在疏水纤维膜接触器的壳程和管程，气液两相为非直接接触，通过调控气体流量控制元件和海水流量控制元件使气液两相在疏水性中空纤维膜接触器的中空纤维膜的微孔处形成稳定传质界面，含氧气体透过所述微孔进入脱硫海水，将脱硫海水中的亚硫酸盐氧化生成稳定的硫酸盐，从而达到固硫的效果，脱硫海水水质指标恢复后达到国家海水排放标准。
进一步讲，所述工业烟气脱硫海水为脱除燃煤烟气SO2海水、脱除燃油烟气SO2海水和脱除工业废气中SO2海水中任一种，其pH值范围为1.0～6.8。
另外，所述配水区中，新鲜海水和脱硫海水的掺混比例范围为1/1～10/1。
本发明与现有技术相比，所具有的有益效果是：
(1)本发明为封闭式曝气，具有无SO2逸出污染，绿色环保；
(2)气液两相非直接接触、均匀分布、接触面积大、曝气效率高，动力消耗小；
(3)膜接触器占地面积小，安装灵活，便于集成放大。
附图说明
图1是本发明膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺流程图；
图2-1是本发明中疏水性中空纤维膜接触器中脱硫海水-流经壳程和含氧气体-流经管程运行模式及传质示意图；
图2-2是本发明中疏水性中空纤维膜接触器中脱硫海水-流经管程和含氧气体-流经壳程运行模式及传质示意图。
图中：
1-配水区            2-耐腐蚀泵                3-海水流量控制元件
4-液体压力监测装置  5-疏水性中空纤维膜接触器  6-气源发生装置
7-气体流量控制元件  8-气体压力监测装置        9-中空纤维膜
10-微孔             A1-工业烟气脱硫海水       A2-曝气恢复海水
B-含氧气体。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺，所采用的膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺装置包括液路和气路，液路包括依次连接的配水区1、耐腐蚀泵2和海水流量控制元件3，与所述海水流量控制元件3并联有多个液体压力监测装置4；气路包括依次连接的气源发生装置6和气体流量控制元件7，与所述气体流量控制元件7并联有多个气体压力监测装置8，所述液体压力监测装置4和气体压力监测装置8的数量相同，相互一一对应的所述液体压力监测装置4和所述气体压力监测装置8之间均分别设有一疏水性中空纤维膜接触器5；每个疏水性中空纤维膜接触器5的气相出口为封闭的，每个疏水性中空纤维膜接触器5的液相出口均并联至一排出管道；
其工艺如下：工业烟气脱硫海水A1沿上述液路进入疏水性中空纤维膜接触器5；气源发生装置6产生的含氧气体经气体流量控制元件7进入疏水性中空纤维膜接触器5；如图2-1和图2-2所示，气液两相分别在疏水纤维膜接触器5的壳程(管程)和管程(壳程)，气液两相为非直接接触，通过疏水纤维膜接触器5的中空纤维膜9分隔，两相独立控制，通过调控气体流量控制元件7和海水流量控制元件3使气液两相在疏水性中空纤维膜接触器5的中空纤维膜9的微孔10处形成稳定传质界面，含氧气体透过所述微孔10进入脱硫海水，将脱硫海水中的亚硫酸盐氧化生成稳定的硫酸盐，从而达到固硫的效果，脱硫海水水质指标恢复后即曝气恢复海水A2达到国家海水排放标准，可以排入大海。
所述疏水性中空纤维膜接触器5的中空纤维膜9的材料选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚芳醚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、硅橡胶中的一种，或其中两种以上聚合物共混或复合的膜材料。
所述气源发生装置6为增压风机、空气压缩机和氧气发生装置中的一种。
所述工业烟气脱硫海水A1为脱除燃煤烟气SO2海水、脱除燃油烟气SO2海水和脱除工业废气中SO2海水中任一种，其pH值范围为1.0～6.8。
本发明所述配水区1中，工业烟气脱硫海水A1与一定比例的新鲜海水进行掺混，其中新鲜海水和脱硫海水的掺混比例范围为1/1～10/1。
所述疏水性中空纤维膜接触器5采用自动在线反向冲洗工艺设计，以控制和减轻膜接触器进水端面堵塞及膜污染。
以下通过对实施例描述本发明所具有的特点，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。
实施例1：
采用如图1所示的膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺，其装置的脱硫核心部分由1级疏水性中空纤维柱式膜组件，其直径90mm，有效长度900mm，内部填充5400根内径400μm，外径500μm疏水性聚丙烯中空纤维膜。膜丝为熔融纺丝拉伸法制得，其最大孔径范围为0.01μm～2.0μm，壁厚为50μm。工业烟气脱硫海水为燃煤烟气脱硫海水，其pH值为5.20，溶解氧(DO)为0mg/L。含氧气体为压缩空气，由空气压缩机制得。燃煤烟气脱硫海水A1经配水区掺混新鲜海水，新鲜海水与燃煤烟气脱硫海水的掺混比例为3∶1，经由耐腐蚀泵2、调节海水流量控制元件3使海水以0.6m3/h的流量进入疏水性中空纤维膜接触器5壳程。压缩空气B通过空气压缩机6产生，调节气体流量控制元件7使烟气以0.4Nm3/h的流量进入疏水性中空纤维膜接触器5管程。气相压力为70KPa，液相压力为30KPa，曝气时间为20s。曝气恢复海水A2的pH值为6.85，DO为4.15mg/L，满足《海水水质标准》(GB3097-1997)三类标准的pH≥6.8，DO＞4mg/L的要求，从而达到国家海水排放标准，可以排入大海。
实施例2：
采用与上述实施例1相同的工艺、装置和工业烟气脱硫海水，含氧气体为纯氧，由氧气发生器制得。燃煤烟气脱硫海水A1经配水区掺混新鲜海水，掺混比例为3∶1，经由耐腐蚀泵2、调节海水流量控制元件3使海水以0.6m3/h的流量进入疏水性中空纤维膜接触器5壳程。纯氧B通过氧气钢瓶6产生，调节气体流量控制元件7使纯氧以0.08Nm3/h的流量进入疏水性中空纤维膜接触器5管程。气相压力为70KPa，液相压力为30KPa，曝气时间为20s.曝气恢复海水A2的pH值为6.90，DO为9.40mg/L，从而达到国家海水排放标准，可以排入大海。
实施例3：
采用与上述实施例1相同的工艺、装置、工业烟气脱硫海水和含氧气体。燃煤烟气脱硫海水A1，其pH值为2.70，溶解氧(DO)为0mg/L，燃煤烟气脱硫海水A1经配水区掺混新鲜海水，掺混比例为5∶1，经由耐腐蚀泵2、调节海水流量控制元件3使海水以0.4m3/h的流量进入疏水性中空纤维膜接触器5壳程。压缩空气B通过空气压缩机6产生，调节气体流量控制元件7使烟气以0.3Nm3/h的流量进入疏水性中空纤维膜接触器5管程。气相压力为70KPa，液相压力为30KPa，曝气时间为20s。曝气恢复海水A2的pH值为6.91，DO为4.03mg/L，从而达到国家海水排放标准，可以排入大海。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺，其特征在于：
所采用的膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺装置包括液路和气路，液路包括依次连接的配水区（1）、耐腐蚀泵（2）和海水流量控制元件（3），与所述海水流量控制元件（3）并联有多个液体压力监测装置（4）；气路包括依次连接的气源发生装置（6）和气体流量控制元件（7），与所述气体流量控制元件（7）并联有多个气体压力监测装置（8），所述液体压力监测装置（4）和气体压力监测装置（8）的数量相同，相互一一对应的所述液体压力监测装置（4）和所述气体压力监测装置（8）之间均分别设有一疏水性中空纤维膜接触器（5）；每个疏水性中空纤维膜接触器（5）的气相出口为封闭的，每个疏水性中空纤维膜接触器（5）的液相出口均并联至一排出管道；
其工艺如下：
工业烟气脱硫海水（A1）沿上述液路进入疏水性中空纤维膜接触器（5）；气源发生装置（6）产生的含氧气体经气体流量控制元件（7）进入疏水性中空纤维膜接触器（5）；
气液两相分别在疏水性中空纤维膜接触器（5）的壳程和管程，气液两相为非直接接触，通过调控气体流量控制元件（7）和海水流量控制元件（3）使气液两相在疏水性中空纤维膜接触器（5）的中空纤维膜（9）的微孔（10）处形成稳定传质界面，含氧气体透过所述微孔（10）进入脱硫海水，将脱硫海水中的亚硫酸盐氧化生成稳定的硫酸盐，从而达到固硫的效果，脱硫海水水质指标恢复后达到国家海水排放标准。
2.根据权利要求1所述的膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺，其特征在于，所述疏水性中空纤维膜接触器（5）中气液两相流体非直接接触，通过中空纤维膜（9）分隔，两相独立控制。
3.根据权利要求1所述的膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺，其特征在于，所述疏水性中空纤维膜接触器（5）的中空纤维膜（9）的材料选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚芳醚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、硅橡胶中的一种，或其中两种以上聚合物共混或复合的膜材料。
4.根据权利要求1所述的膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺，其特征在于，所述工业烟气脱硫海水（A1）为脱除燃煤烟气SO2海水、脱除燃油烟气SO2海水和脱除工业废气中SO2海水中任一种，其pH值范围为1.0～6.8。
5.根据权利要求1所述的膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺，其特征在于，所述配水区（1）中，新鲜海水和工业烟气脱硫海水（A1）的掺混比例范围为1/1～10/1。
6.根据权利要求1所述的膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺，其特征在于，所述气源发生装置（6）为增压风机、空气压缩机和氧气发生装置中的一种。
7.根据权利要求1所述的膜法曝气工业烟气脱硫海水恢复工艺，其特征在于，所述疏水性中空纤维膜接触器（5）采用自动在线反向冲洗工艺设计，以控制和减轻膜接触器进水端面堵塞及膜污染。
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