冷凝液中TOC去除方法

程星耀

（江苏同瑞环保有限公司，江苏 南京 210006）

概况：某项目化工生产冷凝水热量占蒸汽总热的20%左右，水质较长江水源有较大提升，将其回用可大幅减少系统能耗。由于其良好的经济效益，已逐渐发展成为电力、化工生产最直接有效的一种节能技术。现有270 t/h左右高温蒸汽换热冷凝水，为减少能源浪费，针对此水系进行回收试验，试验分三次进行，耗时3月有余（2016年10月20日—2017年1月21日），以期为冷凝水回收利用项目提供基础性建议。

结合目前的技术，针对有机物的去除方法主要有活性炭物理吸附，高级氧化技术（紫外线、臭氧、等离子体综合氧化技术等）、生物化学处理、膜处理工艺等。由于目前国内工业应用均为有机物浓度以PPM数量级为主，相对于PPb数量级、大工业用量目前国内无成熟案例[1]。

生化处理技术及高级氧化技术对于高浓度、可生化性强的有机物去除效果较佳，对于PPb数量级的工业案例较少且运行成本较高；而膜法、活性炭吸附工艺是目前处理低浓度有机物最成熟的工艺，结合现有冷凝水工况，由于其进水温度较高，TOC浓度低，含盐量低（渗透压低）、分子粒径较小、分布窄，综合考虑经济成本，故本文以活性炭为试验核心进行装置试验、确定对冷凝液系统进行改造的方案，从而使冷凝液系统满足生产所需，实验示意图见图1。

图1 试验示意图

1 冷凝液水源改造

（1）冷凝液水源的改造、冷凝水启动初期时水中TOC波动大，在2016年12月15日左右，原水停止加丙酮圬，停加丙酮圬后，转为热力除氧后，停止加药前后的活性炭效率并未发生明显变化，但进水TOC含量稳定（300～400 PPb之间），并未出现较高浓度的波动情况，冷凝水源水中的TOC明显下降，而且持续稳定。所以后期原水整改为热力除氧[2]。

（2）通过对进水进行曝气试验，所得试验数据表明当进水pH值高的时候，曝气可以明显降低pH值，增加后续设备对TOC的去除率，但当pH值降到9.0左右时，曝气对后续设备中TOC去除率的影响无法通过数据表现出来，可以说没有影响。故工程上不建议设计曝气。

（3）改造前的冷凝水pH值过高，长期保持在10左右，改造后可降低冷凝水的pH值，后期的pH值可以稳定在9.5以下。

需要特别指出的是，对于源水的加药调整并没有增加该公司的操作及维护费用，相反还减少了操作维护及药品的费用。

2 冷凝液系统改造

2.1 活性炭的选择

采用椰壳炭、煤质炭（碘值在900～1 200范围内）、树脂；炭层高度为1 m，1.5 m，2 m，2.5 m及3 m，通过在不同层高的状态下进行吸附效果的对比得出的曲线图如图2所示。

图2 不同吸附剂对TOC透过率比较的曲线图

通过实验确认以下结论：

①破碎状的椰壳炭对本水质的TOC去除效率较高。

②活性炭的设计吸附时间应以15-20 h为宜。

③设计的炭床高度以2 m为宜。

④设计流速宜为8 m/h。

2.2 进水温度的选择

考虑到后期部分热源的回收情况，分别将试验进水温度控制在20 ℃～45 ℃，检测并观察温度对TOC去除效率的影响，以确定合适的进水温度。活性炭、阴床、阳床及混床去除TOC与温度变化关系见表1。

表1 活性炭、阴床、阳床及混床去除TOC与温度变化的关系

通过试验数据表明，活性炭在25 ℃～32 ℃时去除TOC的效率最高，但当需要考虑热源回收效率时，可将系统进水温度控制在38 ℃范围内。当进水TOC超过400 PPb时，为保证产水能保持在200 PPb以下，在超出此温度的情况下，需要串联活性炭炭柱方可保持出水的稳定性。

3 试验结论

（1）对于本项目的水质，在TOC大于200 PPb以上的时候，炭床对TOC有很好的去除率。但当TOC小于200 PPb时，炭床对TOC的去除率明显下降。这可能有两个方面的因素，一是来水的TOC为200 PPb以上的物质，可能是某种工艺带入的有机物，其更易被炭床去除，而TOC为200 PPb以下的有机物不易被炭床去除。也就是说，炭床只是去除了它可以去除的部分有机物。另一个原因是炭床本身有吸附平衡。当来水的TOC降低时，更容易达到吸附平衡。

（2）破碎状的椰壳炭对本水质的TOC去除效率较高。当炭床高度为2 m、炭层设计流速为8 m/h、进水温度为25 ℃～32 ℃时，去除TOC的效率最高，但当需要考虑热源回收效率时，可将系统进水温度控制在38 ℃范围内。

4 本项目拓展

4.1 树脂的选择

试验选择了三种不同的树脂装填树脂床进行试验，分别为争光D001/D201，争光D001-Z/D201-Z，陶氏凝胶型树脂AmberJet1 500/AmberJet4 400。试验显示国产凝胶型树脂的有机物去除率较低，随着温度的升高，国产大孔型树脂对有机物的去除率明显下降，而进口凝胶型树脂对有机物的去除高效稳定，是去除有机物的很好屏障。一般来说，大孔型树脂去除有机物效果更好，这和国产树脂的试验数据是一致的。本次没有试验进口的大孔型树脂。如进行工程试验，应考虑再进行相关的试验。

4.2 膜处理的选择。

通过采购的一体机进行试验，发现一体机活性炭+反渗透工艺对有机物的去除率并不高，总体不到30%。这个试验数据只能作为参考。因为饮用水一体机的膜及活性炭的选型不够专业，也不能应用在工业场合。后续可以选择进口工业膜，定制小试装置或委托工程公司进行试验。如证明有效且设备运行稳定，可以在春、秋、冬季利用热电厂系统原有的膜进行处理。

后续可以选择EDI对TOC的去除效率进行试验。重新接管路，利用热电厂原有的EDI单模块试验装置进行试验。如证明有效且设备运行稳定，可以在春、秋、冬季采用热电厂系统原有的EDI系统进行处理。