冷凝液中TOC去除方法

程星耀

（江蘇同瑞環保有限公司，江蘇 南京 210006）

概況：某項目化工生產冷凝水熱量占蒸汽總熱的20%左右，水質較長江水源有較大提升，將其回用可大幅減少系統能耗。由于其良好的經濟效益，已逐漸發展成為電力、化工生產最直接有效的一種節能技術?，F有270 t/h左右高溫蒸汽換熱冷凝水，為減少能源浪費，針對此水系進行回收試驗，試驗分三次進行，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性建議。

結合目前的技術，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（紫外線、臭氧、等離子體綜合氧化技術等）、生物化學處理、膜處理工藝等。由于目前國內工業應用均為有機物濃度以PPM數量級為主，相對于PPb數量級、大工業用量目前國內無成熟案例[1]。

生化處理技術及高級氧化技術對于高濃度、可生化性強的有機物去除效果較佳，對于PPb數量級的工業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，結合現有冷凝水工況，由于其進水溫度較高，TOC濃度低，含鹽量低（滲透壓低）、分子粒徑較小、分布窄，綜合考慮經濟成本，故本文以活性炭為試驗核心進行裝置試驗、確定對冷凝液系統進行改造的方案，從而使冷凝液系統滿足生產所需，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，轉為熱力除氧后，停止加藥前后的活性炭效率并未發生明顯變化，但進水TOC含量穩定（300～400 PPb之間），并未出現較高濃度的波動情況，冷凝水源水中的TOC明顯下降，而且持續穩定。所以后期原水整改為熱力除氧[2]。

（2）通過對進水進行曝氣試驗，所得試驗數據表明當進水pH值高的時候，曝氣可以明顯降低pH值，增加后續設備對TOC的去除率，但當pH值降到9.0左右時，曝氣對后續設備中TOC去除率的影響無法通過數據表現出來，可以說沒有影響。故工程上不建議設計曝氣。

（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值可以穩定在9.5以下。

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

2 冷凝液系統改造

2.1 活性炭的選擇

采用椰殼炭、煤質炭（碘值在900～1 200范圍內）、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下進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

通過實驗確認以下結論：

①破碎狀的椰殼炭對本水質的TOC去除效率較高。

②活性炭的設計吸附時間應以15-20 h為宜。

③設計的炭床高度以2 m為宜。

④設計流速宜為8 m/h。

2.2 進水溫度的選擇

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，以確定合適的進水溫度?；钚蕴?、陰床、陽床及混床去除TOC與溫度變化關系見表1。

表1 活性炭、陰床、陽床及混床去除TOC與溫度變化的關系

通過試驗數據表明，活性炭在25 ℃～32 ℃時去除TOC的效率最高，但當需要考慮熱源回收效率時，可將系統進水溫度控制在38 ℃范圍內。當進水TOC超過400 PPb時，為保證產水能保持在200 PPb以下，在超出此溫度的情況下，需要串聯活性炭炭柱方可保持出水的穩定性。

3 試驗結論

（1）對于本項目的水質，在TOC大于200 PPb以上的時候，炭床對TOC有很好的去除率。但當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，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。當來水的TOC降低時，更容易達到吸附平衡。

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

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。試驗顯示國產凝膠型樹脂的有機物去除率較低，隨著溫度的升高，國產大孔型樹脂對有機物的去除率明顯下降，而進口凝膠型樹脂對有機物的去除高效穩定，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，這和國產樹脂的試驗數據是一致的。本次沒有試驗進口的大孔型樹脂。如進行工程試驗，應考慮再進行相關的試驗。

4.2 膜處理的選擇。

通過采購的一體機進行試驗，發現一體機活性炭+反滲透工藝對有機物的去除率并不高，總體不到30%。這個試驗數據只能作為參考。因為飲用水一體機的膜及活性炭的選型不夠專業，也不能應用在工業場合。后續可以選擇進口工業膜，定制小試裝置或委托工程公司進行試驗。如證明有效且設備運行穩定，可以在春、秋、冬季利用熱電廠系統原有的膜進行處理。

后續可以選擇EDI對TOC的去除效率進行試驗。重新接管路，利用熱電廠原有的EDI單模塊試驗裝置進行試驗。如證明有效且設備運行穩定，可以在春、秋、冬季采用熱電廠系統原有的EDI系統進行處理。