濃鹽水零排放分質結晶的膜濃縮設備及處理工藝的製作方法
2023-09-19 20:18:40 4
本發明涉及一種水處理設備,特別涉及一種濃鹽水零排放分質結晶的膜濃縮設備及處理工藝。
背景技術：
廢水零排放是煤化工、鋼鐵、石油化工、造紙等工業行業要求實現的目標，實現可持續穩定發展的重要環節，而整個廢水零排放處理環節中，蒸髮結晶裝置高昂的投資成本與運行成本是制約零排放實現的一大瓶頸，因此對進入蒸髮結晶前的廢水減量回用，是有效降低整體處理成本的關鍵一環。而傳統蒸髮結晶產生的結晶體由於混雜了廢水及廢水處理過程中產生的其它雜質，使生產出來的晶體不能作為產品使用，通常只能作為固體廢棄物進行安全處置，使企業背負沉重的廢水處理成本。為減輕廢水處理成本，需將廢水處理最終產生的鹽進行資源化利用。
煤化工、鋼鐵、石油化工、造紙等行業所產生的廢水具有較高cod(化學需氧量)、高含鹽量、高硬度、高鹼度等特點，無法直接採用常規反滲透進一步濃縮回用，而由於廢水量較大，直接進行蒸髮結晶熱法濃縮投資及運行成本高昂。現今國內外處理針對此類濃鹽水的減量回用方法一般有：高效氧化、高效反滲透、正滲透、電除鹽、膜蒸餾等。儘管處理的方法很多，但在應用上都有一定局限性，缺少系統性流程，無法完成全流程處理，實際處理效果與經濟性方面具有明顯的欠缺。
技術實現要素：
本發明的目的是針對已有技術中存在的缺陷,提供一種用於濃鹽水零排放分質結晶的膜濃縮設備及處理工藝。本發明通過多種工藝的組合，有效提高濃鹽水的濃縮倍數，去除濃鹽水中的有機物、硬度，實現濃鹽水的 減量化，純淨化，以實現減少蒸髮結晶裝置規模，降低整體運行成本，提高結晶體的純度，產生一定的經濟效益。
本發明包括：預處理工段、膜濃縮工段二部分，預處理工段由貯存調節池101、高級氧化裝置102、反應濃縮槽103、軟化微濾裝置104、中間水池105、汙泥脫水單元106、調節池提升泵107、微濾膜抽吸泵108、強氧化劑投加裝置110、軟化藥劑投加裝置111組成，膜濃縮工段由陽離子交換裝置201、陽離子交換出水槽202、保安過濾器203、濃鹽水淡化反滲透裝置204、反滲透濃水槽205、保安過濾器206、濃縮電滲析裝置207、回用水槽208、陽離子交換進水泵211、反滲透進水泵212、反滲透高壓泵213、濃縮電滲析給料泵214、化學清洗裝置220、再生劑投加裝置221、阻垢劑投加裝置223、再生裝置224、蒸髮結晶裝置230組成，其特徵在於所述濃鹽水貯存在貯存調節池101進行水質水量調節，貯存調節池出水口通過管道及調節池提升泵107與高級氧化裝置102的進水口連接，高級氧化裝置102設有強氧化劑投加裝置110，投加強氧化劑進行氧化。高級氧化裝置102出水口通過管道接至反應濃縮槽103，反應濃縮槽103設有軟化藥劑投加裝置111，投加軟化劑，使水中的鈣鎂等離子生成沉澱物在後續工序中去除，投加軟化劑裝置只加入軟化劑，不需加入混凝劑與助凝劑。反應濃縮槽103出水口通過管道與軟化微濾裝置104連接。碳酸鈣、氫氧化鎂等金屬絮體在軟化微濾裝置104中經過微濾膜過濾得以去除。軟化微濾裝置104出水通過管道及微濾膜抽吸泵108進入中間水池105，軟化微濾裝置104中的沉澱物通過出泥口經泵抽至汙泥處理單元106處理。中間水池105出水口通過管道和陽離子交換進水泵211將預處理段的中間水池106出水口接至陽離子交換裝置201，廢水經過陽離子交換裝置201處理後，廢水中的二價離子等被去除，陽離子交換裝置201選擇適用於微汙染水軟化的大孔弱酸樹脂，提高陽離子交換裝置的抗汙染能力，出水口通過管道接至 陽離子交換出水槽202。陽離子交換裝置201設有再生裝置224，當樹脂飽和後，通過再生劑投加裝置221投加再生劑，進行再生，再生液排至貯存調節池101。陽離子交換出水槽202的一個出水口通過管道和反滲透進水泵212與保安過濾器203的進水口相連，另一個出水口通過管道和再生水泵217與再生裝置224的進水口相連。保安過濾器203的出口通過管道和反滲透高壓泵213與濃鹽水淡化反滲透裝置204的進水口連接，廢水經過反滲透膜分離後，可將廢水中的鹽濃縮到濃水中，濃鹽水淡化反滲透裝置設有阻垢劑投加裝置223，可投加阻垢劑減緩膜結垢。反滲透產水為除鹽水，通過濃鹽水淡化反滲透裝置204的清水口通過管道接至回用水槽208，濃水則通過管道接至反滲透濃水槽205。濃鹽水淡化反滲透裝置204的清洗進出口通過管道分別與化學清洗裝置220的出口和進口相連，當反滲透膜受汙染後，可進行化學清洗。反滲透濃水槽205的出水口通過管道和濃縮電滲析給料泵214與保安過濾器206相連，保安過濾器206出水口通過管道和濃縮電滲析裝置207的進水口連接，在濃縮電滲析裝置207通過離子交換膜分離，濃水中的鹽分進一步濃縮。濃縮電滲析裝置207產生的淡水由濃縮電滲析裝置的清水口通過管道進入返回貯存調節池101，濃縮電滲析裝置207產生的濃液通過管道連接到分質結晶裝置230。濃縮電滲析裝置207的出水口與原濃鹽水混合，接到高級氧化裝置102的進水口。濃縮電滲析裝置207採用適用於高含鹽的、面電阻小、一價離子選擇性好特種離子交換膜。可同時滿足耐受高cod汙染、高含鹽量濃縮工況要求，設計回收率≥70％，濃縮電滲析裝置207濃縮液含鹽量達到18％以上，減少進入分質結晶裝置230的濃縮液量。濃縮電滲析裝置207的清洗設有化學清洗裝置220，當膜受汙染後可進行化學清洗。
所述高級氧化裝置102為臭氧系列高級氧化成套設備，如臭氧氧化、臭氧雙氧水氧化、臭氧催化氧化等，也可用傳統芬頓、異相催化，該裝置為成套設備。
所述軟化微濾裝置104的濾膜為有機管式微濾膜，過濾精度＜0.1微米，或為浸沒式微濾膜或浸沒式超濾膜裝置。
所述軟化微濾裝置104的出水口前設有ph值調節機構。
所述陽離子交換裝置201的陽離子交換樹脂為適用於二價金屬鹽分離並且耐受高cod的大孔弱酸型陽離子交換樹脂，為雙柱，可並聯，也可串聯運行。
所述濃鹽水淡化反滲透裝置204為一價金屬鹽濃縮的濃鹽水淡化膜組件，並通過多段串聯。通過多段串聯，提高濃鹽水淡化濃鹽水淡化反滲透裝置的回收率，設計回收率≥75％。
所述高級氧化裝置102與軟化微濾裝置104的前後接入位置可根據原水的水質情況設置。
所述陽離子交換裝置201在原水硬度較低時可省略不用。
所述軟化微濾裝置(104)可用藥劑軟化+沉澱+過濾代替。
本發明的處理工藝包括下列步驟：
(1)將濃鹽水輸送至預處理工段的高級氧化裝置102，用於將原水中的有機物通過強氧化劑氧化分解；
(2)將強氧化處理後的濃鹽水輸送至反應濃縮槽103，進行加藥反應後送入軟化微濾膜裝置104；
(3)將處理後的水送入軟化微濾膜裝置104對濃鹽水進行軟化除濁預處理，預處理軟化厚的汙泥輸送至汙泥脫水單元，經壓濾脫水後，壓濾形成的濾餅作為普通固廢物處置，濾液返回與原濃鹽水混合，重新進入本成套裝置處理；
(4)將軟化除濁後的濃鹽水輸送至陽離子交換裝置201，形成以二價金屬鹽為主體的再生液與以一價金屬鹽、微量cod為主體的出水；
(5)將陽離子交換後的出水輸送至濃鹽水淡化反滲透膜裝置204，形成滿足回用水質要求的反滲透產水與濃縮了一價鹽的反滲透濃水；
(6)將經反滲透濃縮後的高濃鹽水輸送至濃縮電滲析裝置207進一步減量濃縮經濃縮電滲析的產水返回與原濃鹽水混合，重新進入本成套裝置處理；
(7)將濃縮液送入分質結晶裝置230結晶處理。
所述步驟(1)經過高級氧化裝置處理後，濃鹽水中的cod含量通常可降至50-80mg/l。可減輕對後續膜處理工序的汙染。
所述步驟(3)經過軟化微濾膜裝置104處理後的濃鹽水，硬度可以降到100mg/l以內。可大大減輕後續陽離子交換裝置201的負擔，減輕後續膜處理的汙染。
所述步驟(4)經過陽離子交換裝置201產生的出水主要含一價金屬鹽及微量cod，因此可採用濃鹽水淡化膜裝置進行再濃縮回用。經過處理後形成的高濃鹽水，cod達到250-300mg/l左右，含鹽量達到5-6％左右，採用常規反滲透膜組件無法繼續濃縮，因此採用可同時滿足耐受高cod及高含鹽量工況的濃縮電滲析組件進行超濃縮，將步驟(4)形成的高濃鹽水進一步濃縮減量，使超濃鹽水含鹽量達到18％以上。濃縮電滲析裝置產水與cod達到250-300mg/l，並含有較高含量的溶解固體，不能滿足回用水水質要求，需返回系統重新處理。
所述工藝步驟(2)(3)(4)(5)中的衝洗、化學清洗、再生用水均採用裝置自產水，周期性產生的化學清洗再生排放水均回收至預處理單元。
本發明的優點是零排放和分質結晶裝置針對的濃鹽水是煤化工、鋼 鐵、石油化工、造紙等生產過程中所產生的廢水進行處理，經過廢水生化處理、高級氧化、中水回用水雙膜系統後，提高效率節約成本。通過多種水處理的工藝組合，有效提高濃鹽水的處理效果，去除濃鹽水中的有機物、硬度，實現濃鹽水的減量化，純淨化，以實現減少蒸髮結晶裝置規模，降低整體運行成本，提高結晶體的純度，提高經濟效益。
附圖說明
圖1本發明的工藝框圖；
圖2本發明的結構示意圖。
圖中：101貯存調節池、102高級氧化裝置、103反應濃縮槽、104軟化微濾裝置、105中間水池、106汙泥脫水單元、107調節池提升泵、108微濾膜抽吸泵、110強氧化劑投加裝置、111軟化藥劑投加裝置、201陽離子交換裝置、202陽離子交換出水槽、203保安過濾器、204濃鹽水淡化反滲透裝置、205反滲透濃水槽、206保安過濾器、207濃縮電滲析裝置、208回用水槽、211陽離子交換進水泵、212反滲透進水泵、213反滲透高壓泵、214濃縮電滲析給料泵、217再生水泵、220化學清洗裝置、221再生劑投加裝置、223阻垢劑投加裝置、224再生裝置、230蒸髮結晶裝置。
具體實施方式
實施例一
下面結合附圖進一步說明本發明的實施例：
參見圖1、圖2，本實施例由預處理工段、膜濃縮工段組成。
預處理工段：在預處理段，濃鹽水貯存在貯存調節池101進行水質水量調節，貯存調節池101出水口通過管道及調節池提升泵107與高級氧化裝置102的進水口連接，高級氧化裝置102設有強氧化劑投加裝置110，投加強氧化劑進行氧化，高級氧化裝置102出水口通過管道接至反應濃縮槽103，反應濃縮槽103設有軟化藥劑投加裝置111，投加軟化劑，使水中的 鈣鎂等離子生成沉澱物在後續工序中去除，反應濃縮槽103出水口通過管道與軟化微濾裝置104連接；碳酸鈣、氫氧化鎂等金屬絮體在軟化微濾裝置104中經過微濾膜過濾得以去除，軟化微濾裝置104出水口通過管道及微濾膜抽吸泵108進入中間水池105，中間水池105出水口通過管道接至膜濃縮工段。軟化微濾裝置104中的沉澱物通過出泥口經泵抽至汙泥處理單元106處理。
在膜濃縮工段，中間水池105出水口通過管道和陽離子交換進水泵211將預處理段的廢水接至陽離子交換裝置201，廢水經過陽離子交換裝置201處理後，廢水中的二價金屬離子等被去除，出水口通過管道接至陽離子交換出水槽202，陽離子交換出水槽202設有再生裝置224，陽離子交換出水槽202的一個出水口通過管道和反滲透進水泵212與保安過濾器203的進水口相連，另一個出水口通過管道和再生水泵217與再生裝置224的進水口相連。當樹脂飽和後，通過再生劑投加裝置221投加再生劑進行再生，再生液排至貯存調節池101。保安過濾器203的出口通過管道和反滲透高壓泵213與濃鹽水淡化反滲透裝置204的進水口連接，廢水經過反滲透膜分離後，可將廢水中的鹽濃縮到濃水中，濃鹽水淡化反滲透裝置204設有阻垢劑投加裝置223，可投加阻垢劑減緩膜結垢。反滲透產水為除鹽水，通過濃鹽水淡化反滲透裝置204的清水口通過管道接至回用水槽208。濃水則通過管道接至反滲透濃水槽205。濃鹽水淡化反滲透裝置204的清洗進口和出口通過管道分別與化學清洗裝置220的出口和進口相連，當反滲透膜受汙染後，可進行化學清洗。反滲透濃水槽205的出水口通過管道和濃縮電滲析給料泵214與保安過濾器206相連，保安過濾器206出水口通過管道和濃縮電滲析裝置207的進水口連接，廢水經濃縮電滲析裝置207的離子交換膜分離，濃水中的鹽分進一步濃縮，濃縮電滲析裝置207產生的淡水由濃縮電滲析裝置207的清水口通過管道進入返回貯存調節池101， 濃縮電滲析裝置207產生的濃液通過管道連接到分質結晶裝置230。濃縮電滲析裝置207的清洗設有化學清洗裝置220，當膜受汙染後可進行化學清洗。
本實施例的處理工藝包括下列步驟：
(1)將濃鹽水輸送至預處理工段的高級氧化裝置102，用於將原水中的有機物通過強氧化劑氧化分解；
(2)將強氧化處理後的濃鹽水輸送至反應濃縮槽103，進行加藥反應後送入軟化微濾膜裝置104；
(3)將處理後的水送入軟化微濾膜裝置104對濃鹽水進行軟化除濁預處理，預處理軟化厚的汙泥輸送至汙泥脫水單元，經壓濾脫水後，壓濾形成的濾餅作為普通固廢物處置，濾液返回與原濃鹽水混合，重新進入本成套裝置處理；
(4)將軟化除濁後的濃鹽水輸送至陽離子交換裝置201，形成以二價金屬鹽為主體的再生液與以一價金屬鹽、微量cod為主體的出水；
(5)將陽離子交換後的出水輸送至濃鹽水淡化反滲透膜裝置204，形成滿足回用水質要求的反滲透產水與濃縮了一價金屬鹽的反滲透濃水；
(6)將高濃鹽水輸送至濃縮電滲析裝置207進一步減量濃縮經濃縮電滲析的產水返回與原濃鹽水混合，重新進入本成套裝置處理；
(7)將濃縮液送入分質結晶裝置230結晶處理。
工藝步驟(2)(3)(4)(5)中的衝洗、化學清洗、再生用水均採用裝置自產水，周期性產生的化學清洗再生排放水均回收至預處理單元。
在上述預處理工段中，貯存調節槽101的停留時間，強氧化投加裝置110的加藥量及ph，反應濃縮槽103中軟化藥劑的投加量及ph、懸浮物濃度，軟化微濾裝置104的膜通量、膜面積及出水的濁度、sdi及硬度。
在膜濃縮工段中，陽離子交換裝置201的離子交換容量，濃鹽水淡化反滲透裝置204的膜通量，濃縮電滲析裝置207的電流密度、流速、流道長度、淡水鹽含量，上述各種膜的膜通量隨不同的原水水質將有不同的值。還要控制各段膜出水的電導率，另外各種膜化學清洗藥劑的種類和用量、清洗頻率等也隨原水的變化而變化。分質結晶裝置230的各類鹽的組成、含量、蒸發量、操作溫度及壓力。
以典型煤化工零排放裝置待處理濃鹽水為例，進水水量60m3/h，含鹽量1.7％，cod300mg/l，總硬度1000mg/l，總鹼度2000mg/l，經過本膜濃縮工藝減量回用後，最終形成超濃鹽水水量＜6m3/h，含鹽量達17.8％，膜濃縮系統整體運行成本＜6元/m3。
實施例二
本實施例與實施例一相同，所不同的是高級氧化裝置102為臭氧催化氧化或臭氧雙氧水氧化。濃縮電滲析裝置207為高壓膜或正滲透膜。軟化微濾膜裝置104為沉澱+浸沒式微(超)濾，或者沉澱+管式微(超)濾膜，或者管式微(超)濾膜，或者為傳統藥劑軟化工藝，即加藥反應+沉澱+過濾+超濾。陽離子交換裝置201為納濾膜分離裝置。
實施例三
本實施例與實施例一相同，所不同的是當原水中硬度較低時，陽離子交換裝置201省略不用。