附录五 水集成设计书

水集成设计书1.1 概述随着世界人口的不断增长和工业的发展，水将成为短缺资源，工业用水节约与废水减量已成为人类持续发展的重要前提之一。过程工业（包括化学、石化、造纸、制药和冶金等）为用水大户，承担着不可推卸的责任。特别在我国，经济的发展带来了缺水、水源污染的副作用。对此现状，展望未来，除了提高环保意识、国民素质和加强法制外，更切实可行的是工业用水节约和排放废水减量的方法。目前国际上最先进的是采用过程集成的方法来处理用水，是90年代中期开发出来的，称之为水夹点技术。水夹点技术是质量交换集成技术在用水操作上的应用。水夹点技术将用水操作简化为一个从富含杂质的过程流股到水流股之间的质量传递。这里杂质包括悬浮的固体颗粒，化学耗氧量以及其它的束水回用的水质因子。如何换热网络设计中热夹点一样，水回用过程集成也需要确定一个夹点，称之为水夹点。所用不同的是水夹点是基于某关键杂质的浓度，而不是温度。所含杂质水平在夹点之上的流股不需要用新鲜水，而可回用过程中其它现有水流股。采用这种原则，可使工业水回用最大化，废水排放最小化。过程集成：定位于系统的角度，基于热力学方法以及集成的方法，用于过程装置的分析、综合和改造。目的在于原材料和能量利用的集成：排放物和废物生成量最小化。过程集成是由三个基本概念建立（1） 首先把全部生产流程作为相互联系的过程单元的集成系统，以及工艺过程、公用工程和废物流，看作一个统一的整体进行系统分析和设计；（2） 应用过程系统工程的基本原理，来调节过程的关键步骤，在利用物料和能量，并产生排放物和废物时，预先建立一个优化的可行的性能目标；（3） 根据综合分析的结果最终确定详细的过程设计和改造，以实现与预先的性能目标。水夹点技术的目标（1） 减少新鲜水消耗，在全厂范围内寻找可回用水源；（2） 减少废水流量和污水排放量；（3） 实现零排放最终的理想目标。水夹点技术能帮助解决的问题（1） 生产过程当中水回用最大目标值和废水产生最小目标值是多少？（2） 如何设计一个新的废水处理系统的处理流量的最小目标值？（3） 在生产过程中的一个废水处理系统或改造一个现有的系统来实现最小处理流量？（4） 如何设计一个新的废水处理系统或改造一个现有的系统来实现最小处理流量？（5） 如何修正一个生产过程使水回用最充分和废水产生最小？水夹点技术的内涵（1） 水夹点分析，在用水操作中，判别一个预先的新鲜水消耗和废水产生的最小值；（2） 水夹点综合，通过水回用、再循环技术，设计一个用水网络来实现新鲜水消耗和废水产生量的目标值；（3） 水夹点改造，通过有效的工艺改变，改造现有的用水网络实现水回用最大化和废水产生最小化。1.2 水夹点技术优化一般来说，从一个用水单元出来的废水如果在浓度、腐蚀性方面满足另一个单元的进口要求，则可为其所用，从而达到节约新鲜水的目的。这种废水的重复利用是节水工作的主要着眼点。化工生产除了耗能外，还是一个大量耗水的过程。本着节能减排的生产原则，降低水资源的消耗是工艺设计过程中的重点之一。本项目为辽宁新城热电100MW锅炉烟气镁法脱硫项目，生产中耗水量较大，因此我们选用Water Design软件对本流程进行水网络优化。考虑如图1所示的用水单元。该单元中，物料通过与水接触到达净化的目的。这个过程可以用图2所示的负荷-浓度图来表示，浓度最高的为物料线，较低的为供水线。供水线斜率越大，流量越小。由图可以看出，位于物料线下发的供水线均可满足要求。但是，为了确定别的单元来的废水能被本单元再利用的可能性，需要指定本单元最大进口浓度。同时，为了确定所需水的最小流率，需要指定本单元最大出口浓度。这样就得到了该单元用水的极限曲线。图中，C表示污染物浓度；角标M表示物料，W表示水，IN表示进口，OUT表示出口，MAX表示最大。图2 极限曲线将工艺用水和公用工程用水的流股信息输入到Water Design中，为了方便计算和更直观的表现优化结果，将用水流股简化为单杂质流体。根据本工艺情况，选取Mg2+为杂质，则流股信息如图3所示：图3 用水流股信息具体用水情况如下表1所示：表1 工艺流程用水情况 生产时间h每小时单耗水量 t/h总量wt/a占生产用水量比值%车间用水72008.09958312.827.47公用工程用水720019.967143762.467.73废液处理用水72001.4100804.75罐区用水72000.014100.80.05总计212256100水夹点技术是水网络集成技术的一个分支，用各操作单元的用水的负荷对浓度参数作图，得到负荷浓度关系图。用水系统的极限复合曲线与最小供水线的交点就是的水的“夹点”。在夹点的上方，该操作单元的用水的极限进口浓度高于夹点浓度，要通过处理后利用，不能使用新鲜水，通过其他操作单元的处理用水来补充；在水夹点下方，该操作单元的极限出口浓度低于夹点浓度，不应排放废水，应将提高它的重复利用价值。这就是用水的“夹点技术”。在实施所设计出的最大水复用率的用水网络时，要对某些作为中间用水过程 出口水流中的部分非关键组分进行水处理，使它们的浓度达到匹配的用水单元进 口浓度要求。最小供水线斜率的倒数就是系统的最小新鲜水用量。由用水系统夹 点分析图可知夹点位置处最小用水量为 901.15t/h，新鲜水浓度为 35.00 ppm，平均输出水浓度 62.06ppm。用水网络浓度间隔如图所示，用水组合曲线和最佳供水量如图所示： 图4 用水组合曲线图5 最佳供水量从系统某一单元操作中产生的废水或多个单元操作产生废水的总汇，经过全部再生和部分再生后，在对其它单元无不利影响条件下，作为该单元操作的水源，从而大幅度减少新鲜水的需求和废水处理量。废水的再生再利用中，夹点处再生可实现新鲜水用量和废水处理量最小，此时最小新鲜用水量为 901.15t/h。其初步用水网络和优化后用水网络分别如图所示：图6 初步用水网图7