CN202131179U

CN202131179U - 水回收系统

Info

Publication number: CN202131179U
Application number: CN 201020657383
Authority: CN
Inventors: 小川高史; 小宫强介
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2020-12-13
Also published as: JP2011156483A; JP5562670B2

Abstract

本实用新型目的在于提供一种水回收系统，该系统具有蒸发纯水产生水蒸气的设备和使用循环冷却水的冷却设备，其中，在排出该冷却设备中的部分循环冷却水的工业过程中，可以有效减少作为工业用水的市政用水的使用量。为此，本实用新型提供一种水回收系统，该系统具有蒸发纯水产生水蒸气的设备和使用循环冷却水的冷却设备，在排出该冷却设备中的部分循环冷却水的工业过程中，向至少部分该排出水中添加碱及凝聚剂，然后通过MF或UF膜装置进行处理，再利用RO膜装置对透过MF或UF膜装置的水进行进一步处理，从而将透过该RO膜装置的至少一部分水作为所述纯水使用。

Description

水回收系统

技术领域

本实用新型涉及在化学工业、造纸工业、炼铁工业、电力工业等工业过程(工業プロセス)中的水回收系统，该水回收系统具有使纯水蒸发以产生水蒸气的设备和使用循环冷却水的冷却设备，其中，该冷却设备中的部分循环冷却水被排出(blowdown)。

背景技术

工业过程中，纯水被大量、且以多种不同品质水平地用于清洗用途、冷却用途、水蒸气原料等用途。特别是在锅炉等产生水蒸气的设备中，所使用的纯水的量非常大，而为了缓解全球范围内水资源不足的日益严重，强烈需要减少用于制造上述纯水的市政用水(市水)使用量的技术。作为减少市政用水使用量的方法，众所周知的是使产生的水蒸气冷凝后进行再利用的方法，在实际中，该方法已被多种工业过程所实际采用，但是，对于进一步削减市政用水使用量的要求仍然很高。另一方面，全球范围内的水污染问题也已影响到了制造纯水时废弃物的产生量。例如，当通过离子交换树脂处理市政用水从而制造纯水时，伴随着市政用水水质的恶化，离子交换树脂的劣化速度加快，废弃树脂的产生量增加，同时，还会导致用于再生离子交换树脂的药剂的用量增加，进而导致再生废液的产生量也随之增加。

另外，当使用河流水作为市政用水时，还会产生如下问题：河流水的水质会因气候的变化等而发生变化等，由此，会破坏制造纯水时的操作稳定性。

另一方面，还有非常多的工业过程具备使用循环冷却水的冷却设备。其代表例包括：在热交换器中利用循环冷却水对经水蒸气加热的工艺流体(プロセス流体)进行冷却，并利用冷却塔来冷却该循环冷却水的方法。在这种情况下，大多时候该工业过程具备上述产生水蒸气的设备和使用循环冷却水的冷却设备这两者。

已知有多种用来削减在冷却塔中使用的水的量的方法。例如，日本特开2003-1256号中公开了下述方法：向由循环冷却水系统排出的水中添加酸，然后通过反渗透膜(RO膜)进行去离子处理，并与冷却水混合，使混合后的pH为中性～碱性的方法。由于通过该方法可以削减用于冷却塔的市政用水等的用量，因此可以为解决水资源不足作出贡献，但该方法无法解决削减上述制造纯水时的废弃物的用量、以及提高上述制造纯水时的操作稳定性的问题。

即，在具备使纯水蒸发以产生水蒸气的设备和使用循环冷却水的冷却设备这两者的工业过程中，单独针对产生水蒸气的设备的用水量的削减、以及单独针对冷却设备的用水量的削减，均已提出了多种方法，但对于将这两种设备组合、最优化地削减用水量的方法，目前还完全不为人们所知。

另外，就冷却设备而言，还存在下述问题：在循环冷却水中会繁殖军团菌属(Legionella)细菌，而蓄积的军团菌属细菌从冷却塔飞散，会对附近环境造成不良影响。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-1256号公报

实用新型内容

实用新型要解决的问题

本实用新型的目的在于提供一种水回收系统，该系统具有蒸发纯水产生水蒸气的设备和使用循环冷却水的冷却设备，且在排出该冷却设备中的部分循环冷却水的工业过程中，可以减少作为工业用水的市政用水的使用量，削减离子交换树脂的废弃树脂、以及来自用于再生离子交换树脂的药剂的废液的产生量，并且能够在稳定的运转条件下制造纯水。

解决问题的方法

本发明人等针对从二氧化硅被浓缩至市政用水的3～10倍的冷却设备中排出的排出水的再利用进行了研究，结果发现：通过向排出水中添加碱和凝聚剂，然后用微滤(MF)或超滤(UF)膜装置进行处理，并利用RO膜装置进一步对透过MF或UF膜的水进行处理，可以将透过该RO膜装置的水作为纯水，提供给蒸发纯水产生水蒸气的设备，并且，可以将来自该RO膜装置的浓缩水用作冷却设备的循环冷却水，从而完成了本实用新型。

即，本实用新型提供下述发明。

(1).一种水回收系统，其特征在于，具有蒸发纯水产生水蒸气的水蒸气生成设备和使用循环冷却水的冷却设备，

所述水蒸气生成设备和所述冷却设备彼此连接，以使所述水蒸气生成设备生成的水蒸气向所述冷却设备供给，由所述冷却设备冷凝的冷凝水向所述水蒸气生成设备供给，

所述冷却设备与将一部分所述循环冷却水排出的排出管路连接，

所述排出管路上分别设置有碱添加设备和凝聚剂添加设备，向至少部分被排出水中添加碱及凝聚剂，

所述排出管路与微滤或超滤膜装置连接，以使添加了所述碱和凝聚剂的水流入所述微滤或超滤膜装置，

在所述微滤或超滤膜装置的下游连接有反渗透膜装置，对透过所述微滤或超滤膜装置的水进行进一步处理，

所述反渗透膜装置与所述水蒸气生成设备连接，以使透过该反渗透膜装置的至少一部分水作为纯水使用。

(2).上述项(1)所述的水回收系统，其特征在于，所述反渗透膜装置与所述冷却设备连接，以使未透过所述反渗透膜装置的浓缩水的至少一部分作为循环冷却水使用。

(3).上述项(1)或(2)所述的水回收系统，其特征在于，所述微滤或超滤膜装置与所述冷却设备连接，以使透过所述微滤或超滤膜装置的水的至少一部分作为循环冷却水使用。

(4).上述项(1)～(3)中任一项所述的水回收系统，其中，所述反渗透膜装置的回收率为60～90％。

实用新型的效果

根据上述(1)～(4)所述的本实用新型的水回收系统，该系统具有使纯水蒸发以产生水蒸气的设备和使用循环冷却水的冷却设备这两者，在排出该冷却设备中的部分循环冷却水的工业过程中，不仅可以减少用于制造纯水、以及用作循环冷却水的补给水的市政用水的使用量，还可以削减离子交换树脂的废弃树脂、以及来自用于再生离子交换树脂的药剂的废液的产生量，此外，令人惊奇的是，该系统可以在稳定的运转条件下制造纯水。作为上述制造纯水的原料水以及上述的补给冷却水，通常使用的是市政用水。由于上述排出水是由补给冷却水浓缩而得，因此其水质必然比市政用水差。但是，即便使用水质比市政用水差的排出水，利用本实用新型的水回收系统也可以稳定地制造纯水。其理由在于：本实用新型的水回收系统是含有MF/UF膜和RO膜的运转稳定性良好的设备；另外，就上述冷却设备而言，通常循环水的滞留量比补给冷却水量多、且循环水量也大，因此可以实现在冷却设备中的均匀组成，这样一来，即使市政用水的水质发生变化，也不易引发排出水的变化。在由市政用水制造纯水时，通常不必设置用于循环或搅拌市政用水从而吸收其组成变化的设备。尽管该冷却设备通过循环而达到组成均匀化的事实、以及在常规的由市政用水制造纯水的设备中没有用于使组成均匀化的装置的事实对于本领域技术人员而言都是已知的，但是关于通过本实用新型可以增加纯水制造的稳定性这一点，却是以往所未能想到的。已想到了分别在产生水蒸气的设备和冷却设备中进行水的循环使用，却未想到将它们组合在一起来构建最优化的水回收系统，其原因可推测为：可能是由于冷却设备的排出水水质差，因而存在通过对其进行处理而制成纯水使用是非常困难的这样的先入为主的想法。

此外，根据本实用新型，还可以有效地除去在循环冷却水中蓄积的包括军团菌属细菌的杂菌。

附图说明

图1为示出本实用新型的水回收系统的一例的图。

符号说明

1蒸发纯水产生水蒸气的设备

2冷却塔

3热交换器

4MF或UF膜装置

5RO膜装置

6碱

7凝聚剂

10市政用水

11生产用水(プロセス水)

具体实施方式

以下，利用附图对本实用新型的水回收系统进行详细说明。

图1示出了本实用新型的水回收系统的一例。图中，1为蒸发纯水产生水蒸气的设备，2为冷却塔，3为热交换器，4为MF或UF膜装置，5为RO膜装置，6为碱，7为凝聚剂，10为市政用水，11为生产用水。

在本实用新型中，蒸发纯水产生水蒸气的设备是指通常被称为锅炉的设备。另外，使纯水与高温的金属等接触从而蒸发的情况也属于本实用新型产生水蒸气的设备的范围。在图1中由1表示。

另外，在本实用新型中，使用循环冷却水的冷却设备指的是下述方式的冷却设备：例如，在热交换器中利用循环冷却水对经过加热的工艺流体进行冷却，并利用冷却塔来冷却升温后的循环冷却水。在图1中，由冷却塔2和热交换器3表示，并通过管道21使循环冷却水在二者之间循环。

在蒸发纯水产生水蒸气的设备1中产生的水蒸气经过在工艺(プロセス)中其它设备中被使用后，通过管道22被送往热交换器3，进行冷凝，并通过管道23返回到蒸发纯水产生水蒸气的设备1中，作为纯水再利用。管道31为纯水的排出管道，用于防止在纯水中蓄积金属盐等杂质。

在冷却塔2和热交换器3中循环的循环冷却水通常使用市政用水，通过管道24将其排出并重新补给市政用水10，以使市政用水中含有的二氧化硅浓缩至3～10倍左右的浓缩倍率，达到浓缩但不析出的状态。

一般而言，市政用水中含有金属盐等杂质，电导率通常为100～300μS/cm，二氧化硅浓度通常为1～10mg/l。因此，循环冷却水中杂质经浓缩，电导率通常为500～2000μS/cm左右，二氧化硅浓度通常为5～70mg/l。此外，从空气中混入的军团菌属细菌等繁殖，可能导致包括军团菌属细菌的杂菌的菌体个数高于每100毫升10000个。

在本实用新型中，当对排出水进行再利用时，首先，在管道24中向排出水添加碱6，再进一步添加凝聚剂7，然后将其供给到MF或UF膜装置4中。

作为向排出水中添加碱的方法，可以举出：直接将碱添加到设置在管道24中的管路混和器中、或者利用加料泵等将碱添加到另外设置的pH调节槽中等方法。对于此时使用的碱没有特别限定，可以优选使用氢氧化钠及氢氧化钾等碱金属氢氧化物。

调节碱的添加量使得排出水的pH为8～10，优选为9～10。当排出水的 pH处于上述范围时，通过添加后述的凝聚剂，可使循环冷却水中经过浓缩的二氧化硅易于凝聚，进而能够通过MF或UF膜装置4被有效除去。

作为添加凝聚剂的方法，与碱的添加方法同样，可以举出：直接将凝聚剂添加到设置在管道24中的管路混和器中、或者利用加料泵等将凝聚剂添加到另外设置的调节槽中等方法。作为此时使用的凝聚剂，只要具有二氧化硅凝聚作用即可，没有特别限定，可以举出：聚合氯化铝(PAC)、氯化铁、硫酸铝及铝酸钠等，优选聚合氯化铝(PAC)。

一般而言，优选调节凝聚剂的添加量使得凝聚剂浓度与二氧化硅浓度(以SiO₂换算)之比为0.5～10、更优选为1～8。例如，在使用PAC作为凝聚剂时，调节凝聚剂的添加量从而使得排出水中的PAC(以Al₂O₃换算)与二氧化硅浓度(以SiO₂换算)之比(Al₂O₃/SiO₂)为0.5～3，优选为1～2。另外，使用氯化铁(FeCl₃)作为凝聚剂时，使得排出水中的FeCl₃浓度与二氧化硅浓度(以SiO₂换算)之比优选为1～8、更优选2～6。如果排出水中的凝聚剂相对于二氧化硅以上述比例存在，则循环冷却水中经过浓缩的二氧化硅容易凝聚，进而能够通过MF或UF膜装置4而被有效除去。

作为在MF或UF膜装置4中使用的MF或UF膜，优选每单位膜面积可以通过的流量大的MF膜。从对于经过凝聚的二氧化硅及杂菌的除去性能这一观点考虑，MF或UF膜的平均孔径优选为0.2μm以下。除平均孔径之外，对于该膜没有限制，例如就材质而言，可以任选使用聚丙烯腈、聚砜、聚烯烃、聚偏氟乙烯以及它们的化学改性物等。

对于MF或UF膜装置4的规格和使用条件没有特别地限定，只要在通常的使用条件下使用公知的MF或UF膜装置即可。例如，作为膜组件，可以使用中空纤维型、螺旋型以及管型等中的任意膜组件，另外，对于过滤方式也没有限定，可以使用内压式过滤、外压式过滤、错流过滤及全流过滤中的任意方式。

透过MF或UF膜的水经由管道26被送往RO膜装置5。排出水中的二氧化硅、杂菌与凝聚剂一起，通过MF或UF膜而被除去，因此，透过膜的水中的二氧化硅浓度减少到与市政用水相当或更低的水平，为2～10mg/l，而杂菌基本为0。这样一来，也可以通过管道27将透过MF或UF膜的水的一部分送往冷却塔2，并将其作为循环冷却水利用。

未透过MF或UF膜的浓缩水，由于其中二氧化硅和杂菌浓度增大，因此全部经由管道25被直接废弃。不过，也可以将其中的至少一部分回流至管道24中添加碱6的位置的上游侧，由此可提高排出水的利用率。

在RO膜装置5中，通过管道26接收经MF或UF膜装置处理后的排出水，并将该排出水分离为透过RO膜的部分即透过膜的水(膜透

水)、和未透过RO膜的部分即浓缩水。RO膜装置可以为一段，也可以为多段。对于所使用的RO膜装置没有特别限定，例如，作为膜组件，可以使用中空纤维型、螺旋型及管型等中的任意膜组件，另外，对于过滤方式也没有限制，可以使用内压式过滤、外压式过滤以及错流过滤等中的任何方式。对于RO膜装置的运转压力及回收率等运转条件、以及所使用的RO膜的规格，只要是依据常规方法即可，没有特别限制。但是，为了获得高纯水生产量、以及在RO浓缩水一侧不会引起二氧化硅的析出，优选回收率在60～90％左右。

透过RO膜之后，残留在透过MF或UF膜的水中残留的二氧化硅及金属盐等杂质基本被RO膜除去，透过RO膜的水中的二氧化硅浓度为0～2mg/l左右，电导率为0.5～10μS/cm左右，因此，可以通过管道29将其送往蒸发纯水产生水蒸气的设备1中，作为纯水利用。但也可以通过管道30将部分透过RO膜的水抽出，在工艺中的其它设备中加以利用。

未透过RO膜的浓缩水经由管道28被送往冷却塔2中，作为循环冷却水的补给水使用。此时，由于浓缩水中的二氧化硅及金属盐等杂质相比于透过MF或UF膜的水而言有所增加，因此优选运转RO膜装置从而将浓缩水中的二氧化硅浓度控制在120mg/l以下，更优选控制在90mg/l以下，特别优选控制在50mg/l以下。

图1示出了本实用新型实施方式的一例，但在不超出本实用新型的要点的范围内，并不受限于图示的方式。例如，图1中是将透过RO膜的水从RO膜装置5直接供给到蒸发纯水产生水蒸气的设备1中，但根据透过RO膜的水的二氧化硅浓度以及电导率的不同，也可以利用离子交换树脂对透过RO膜的水进行处理，然后再将该处理后的纯水供给到蒸发纯水产生水蒸气的设备中。对于该实施方式而言，从使用循环冷却水的冷却设备和蒸发纯水产生水蒸气的设备之间的规模关系考虑，有效的方式是：减少RO膜装置的浓缩水进行运转，使透过膜的水中的二氧化硅浓度等稍提高。

另外，图1中是将排出水全部供给到MF或UF膜装置4中，但也可以在供给碱之前将其中的一部分废弃。同样地，对于RO膜装置5中的浓缩水而言，也可以将其中的一部分废弃，或者送回到管道24的碱供给之前。

实施例

以下，基于实施例和比较例对本实用新型进行更为具体的说明。但是，本实用新型并不仅限定于该实施例。

(实施例1)

通过与图1所示的水回收系统相同的系统进行了实验。MF或UF膜装置4使用了旭化成化学株式会社制造的MF过滤膜(商品名：Microza UNA-620A，公称孔径：0.1μm)，RO膜装置5使用了东洋纺织株式会社制造的RO膜(商品名：HU10155EI)。

在冷却塔2和热交换器3之间循环有循环冷却水，通过管道22将蒸汽锅炉1中产生的水蒸气以400立方米/小时输送到热交换器3中，凝固后作为纯水由管道23送回到蒸汽锅炉1中。在冷却塔2中蒸发的循环冷却水的量约为400立方米/小时，以474立方米/小时向冷却塔2中供给作为循环冷却水补给水的市政用水10，并由管道24以100立方米/小时抽出排出水。

市政用水的二氧化硅浓度为10mg/l，电导率为150μS/cm，在市政用水中未检测出包括军团菌属细菌在内的杂菌。另外，排出水的二氧化硅浓度为50mg/l，电导率为750μS/cm，杂菌浓度为每100毫升100个。

对从管道24抽出的排出水连续地进行了下述处理。首先，将作为碱6的氢氧化钠供给到管道24中，通过管路混和器混合，并将排出水的pH调节到9。进一步，将作为凝聚剂7的PAC供给到管道24中，通过管路混和器混合，并将排出水中的PAC浓度与二氧化硅浓度之比(Al₂O₃/SiO₂)调节为1.5。随后，将排出水输送到MF或UF膜装置4中。

运转MF或UF膜装置4，使得透过膜的透过水为90立方米/小时，未透过膜的浓缩水为10立方米/小时。透过水中的二氧化硅浓度为2mg/l，未检测到杂菌，电导率为879μS/cm。经由管道26将透过水90立方米/小时中的80立方米/小时送至膜装置5中，其余的10立方米/小时作为循环冷却水的补给水通过管道27送回到冷却装置2中。另一方面，浓缩水中的二氧化硅浓度为400mg/l，杂菌浓度为每100毫升1000个，全部通过管道25废弃。

以回收率80％运转RO膜装置5。这样一来，透过膜的透过水为64立方米/小时，未透过膜的浓缩水为16立方米/小时。由于透过水中的二氧化硅浓度非常低为0.9mg/l，电导率也非常低为0.8μS/cm，因此将相当于管道31的排出量为20立方米/小时的量的水，经由管道29直接输送到水蒸气锅炉1中。其余的44立方米/小时在其它设备中作为生产用水11使用。

另一方面，浓缩水的二氧化硅浓度为35mg/l，电导率为4320μS/cm，通过管道28作为循环冷却水的补给水送回到冷却装置2中。

如上所述，在本实施例中，排出水的90％实现了回收及再利用。

(比较例)

在实施例所述的系统中进行实验，但未向排出水供给碱6和凝聚剂7。与实施例类似，运转MF或UF膜装置4使得透过膜的透过水为90立方米/小时，未透过膜的浓缩水为10立方米/小时，透过水中的二氧化硅浓度与供给的排出水同样为50mg/l。需要说明的是，未检测到包括军团菌在内的杂菌。

由于透过MF或UF膜装置4的水中的二氧化硅浓度高，因此将90立方米/小时全部输送到RO膜装置5，将回收率控制于50％的低水平进行运转。但由RO膜装置5得到的透过膜的水中的二氧化硅浓度为2.0mg/l。由此，利用离子交换树脂对透过RO膜的水进行处理，并供给到水蒸气锅炉1中，作为生产用水11利用。

另一方面，由于浓缩水中的二氧化硅浓度较高，为96mg/l，因此将其全部废弃。

如上所述，在本比较例中，排出水的回收率较低，为45％，需要利用离子交换树脂进行处理。

工业实用性

本实用新型具有蒸发纯水产生水蒸气的设备和使用循环冷却水的冷却设备，在排出该冷却设备中的部分循环冷却水的工业过程中，可以有效地减少作为工业用水的市政用水的使用量，因此在工业方面的利用价值极高。

Claims

1.一种水回收系统，其特征在于，具有蒸发纯水产生水蒸气的水蒸气生成设备和使用循环冷却水的冷却设备，

2.根据权利要求1所述的水回收系统，其特征在于，所述反渗透膜装置与所述冷却设备连接，以使未透过所述反渗透膜装置的浓缩水的至少一部分作为循环冷却水使用。

3.根据权利要求1或2所述的水回收系统，其特征在于，所述微滤或超滤膜装置与所述冷却设备连接，以使透过所述微滤或超滤膜装置的水的至少一部分作为循环冷却水使用。