一種高鹽水的淡化處理方法
2023-07-01 23:03:21
一種高鹽水的淡化處理方法
【專利摘要】本發明涉及高鹽分水的淡化處理技術，具體涉及一種高鹽水的淡化處理方法，依次包括以下步驟：步驟一，電氣浮；步驟二，微電解流化床；步驟三，芬頓反應；步驟四，中和軟化；步驟五，膜過濾；步驟六，膜濃縮；步驟七，蒸發，收集冷凝水即可得到淨化後的淡水。本發明具有處理效果好，有效延長設備的使用壽命，得到的冷凝水使用性能高的特點。
【專利說明】一種高鹽水的淡化處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高鹽分水的淡化處理技術，具體涉及一種高鹽水的淡化處理方法。
【背景技術】
[0002]聞鹽水一般是指鹽分聞、COD聞，硬度聞，可能還有重金屬聞的天然水或工業廢水，例如中國內陸地區包括內蒙古、新疆、甘肅、陝西、山西、青海等的地下水、湖泊、河流。這些地區由於常年降水量低，水循環系統薄弱，因此大部分的河流長期處於乾涸狀態，因此造成地下水、湖泊等的含鹽量非常高，被稱為「苦鹹水」，無法飲用。高鹽水還存在於中國的沿海地區，如出海口、河口等近海淺海領域，是經典的海鹹水，已普遍受到嚴重汙染。高鹽水的另外一種是工礦企業實施廢水循環使用後排放出來的濃縮廢水，這些高鹽廢水一旦向外排出，對環境汙染很大。上述的各種模式構成的高鹽水數量以億噸計。目前中國的水資源也極度緊缺，如果能將這些高鹽水進行淡化處理，能有效緩解我國用水緊缺的問題。
[0003]高鹽水的特徵主要有①鹽分高，TDS (溶解性總固體，是溶解在水裡的無機鹽和有機鹽的總稱)可以在3000mg/L以上硬度高，總硬度可以大於1500mg/L COD (化學耗氧量)高，可以達到3000mg/L以上；④很多時候還有重金屬高達50ppm以上。目前中國每年要處理這類高鹽水的量高達上億噸。處理高鹽水的通常方式是蒸發，但是目前的高鹽水的蒸發遇到三大技術瓶頸:第一，蒸發出來的冷凝水COD高，氨氮高，鹼度高，鹽分高，往往不能用於直接飲用或工業用，大大降低了冷凝水的使用性能；第二:蒸發器結垢堵塞嚴重，高鹽水中的鈣、鎂、重金屬、氯化物、碳酸鹽和硫酸鹽等物質是造成結垢堵塞的主要物質，使得蒸發器傳熱效果差，需要經常停機清晰，從而降低產能。上述的單個物質的脫除早已具有成熟的工藝，但是當多種這些物質與COD同時存在構成特殊的化學體系時，用常規的軟化方法已經達不到有效的脫除效果，因而設備腐蝕嚴重，運行成本很高。第三:從初始水開始蒸發，總能耗很高，蒸發前用膜濃縮可以大大降低總能耗，但膜經常被上述結垢物質堵塞。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對現有技術中的不足，提供一種高鹽水的淡化處理方法，其具有處理效果好，能耗低，有效延長設備的使用壽命，得到的冷凝水使用性能好的特點。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案實現:
步驟一，電氣浮:調節高鹽水進水的pH至3-5，同時添加三價鐵離子，通入直流電，從而產生微氣泡，去除水中的油汙、色度、泥沙以及部分C0D，同時去除水中碳酸鹽以及固定游離氨；
步驟二，微電解流化床:步驟一處理後的高鹽水流經鐵碳填料三相循環流化床將有機汙染物的分子鏈斷裂；
步驟三，芬頓反應:將有機汙染物降解；
步驟四，中和軟化:添加石灰或苛性鈉以及純鹼將鈣、鎂及其它重金屬等會引起結垢的硬度物質生成低溶解度的氫氧化物與碳酸鹽沉澱以達到水質軟化的目的； 步驟五，膜過濾；通過微濾膜將上述步驟形成的沉澱物去掉；
步驟六，膜濃縮:通過反滲透膜將高鹽水濃縮，同時得到淡水與膜濃水；
步驟七，蒸發:將步驟六中的膜濃水蒸發並收集冷凝水即可得到淨化後的淡水。
[0006]進一步的，一種高鹽水的淡化處理方法，依次包括以下步驟:
步驟一:電氣浮:調節高鹽水進水的pH至3-5，同時添加三價鐵離子，使用電極板通入直流電，從而產生微氣泡，去除水中的油汙、色度、泥沙以及部分C0D，同時去除水中碳酸鹽以及固定游離氨，反應時間為3-15分鐘。
[0007]步驟二:微電解流化床:步驟一處理後的高鹽水流經鐵碳填料三相循環流化床，反應時間為0.5-1小時。
[0008]步驟三:芬頓反應:添加H2O2,反應溫度為25_50°C，反應時間為2_5小時。
[0009]步驟四:中和軟化:添加石灰調節將pH值調節至9-11，反應時間控制在0.25-0.5小時，然後投加純鹼，反應時間控制在0.25-0.5小時。
[0010]步驟五:膜過濾；通過濾膜將上述步驟形成的沉澱物去掉。
[0011]步驟六:通過反滲透膜，把高鹽水濃縮，產生淡水的同時得到膜濃水。
[0012]步驟七:將步驟六中的膜濃水蒸發，收集冷凝水即可得到淨化後的淡水。
[0013]步驟一，電氣浮:回流10%_15%的微電解流化床出水到電氣浮池當中，添加硫酸將高鹽水pH調節至3-5，並通入直流電，產生微氣泡，把水中的油汙、色度、泥沙以及部分COD等物質通過氣浮除去，同時達到去除水中碳酸鹽以及固定游離氨的目的。電氣浮的過程當中需要添加一定量的絮凝劑以使水中的懸浮物質形成絮凝顆粒，從而能通過氣浮過程更有效地去除，而一般當PH調節至3-5時應該使用三價鐵離子作為絮凝劑。一般只要可以解離出亞鐵離子或者鐵離子的含鐵化合物都可以作為本發明步驟一的絮凝劑，鐵離子可以直接產生絮凝作用，而亞鐵離子則可通過電極的氧化作用被氧化為鐵離子，從而產生絮凝作用。通直流電的主要目的是電解水，在電極板上產生微小的氣泡，然後通過這些氣泡的上浮把絮凝起來的顆粒帶到水面上，最後可以直接用刮板除去。特別地，本發明中由於有微電解流化床裝置可以提供鐵離子，因此電氣浮過程可以不需要額外添加三價鐵絮凝劑。通過將10%-15%的微電解流化床出水回流至電氣浮池中，向電氣浮池帶入一定量的二價鐵離子，二價鐵離子在電解的條件下被氧化為三價鐵離子，從而達到絮凝的作用。同時通過電解的作用可以去除部分C0D。
[0014]步驟二，微電解流化床:步驟一處理後的高鹽水流經鐵碳填料三相循環流化床，時間為0.5-1小時。其中，所述步驟二中的鐵碳填料三相循環流化床的Fe:C (重量比)比例為1:1-1.3。鐵碳填料流化床是經過高溫燒結的顆粒，高鹽水在流化床內不斷翻滾，表面不斷摩擦更新，有效防止反應顆粒在流化床表面結巴堵塞，反應速度加快至少10倍以上，通過流化床的反應，有機汙染物的分子鏈發生斷裂，同時提供芬頓反應所需要的Fe離子。步驟一處理後的高鹽水流經鐵碳填料三相循環流化床將有機汙染物的分子鏈斷裂，同時還可以通過置換反應去除水中的重金屬離子。高鹽水中含有一定量的重金屬離子，採用含鐵的填料可以通過置換反應，將活潑性相對較低的重金屬離子還原成零價，並固定於固體填料當中，當填料中鐵的量接近耗盡的時候隨填料排出系統之外，從而達到去除水中重金屬離子的作用。
[0015]鐵碳填料顆粒FeC在地心重力的作用下會下沉，高鹽水高速向上通過鐵碳填料層時，則會對鐵碳填料顆粒FeC產生一個上升力。通過不斷加大高鹽水空氣上升的流速，使上升力 >重力，則鐵碳填料顆粒FeC便會在高鹽水空氣混合物中懸浮，相互間不斷磨擦，鐵碳填料顆粒FeC表面上附著的反應產物便被高鹽水流帶走,而鐵碳填料顆粒FeC —直懸浮在高鹽水中形成一個流態化懸浮層，不會被高鹽水流帶走。
[0016]本流化床使鐵碳顆粒相互摩擦表面隨時更新，反應產物不能在顆粒表面上積累，從根本上解決鐵碳填料鈍化、板結的問題，可以永久性地保證鐵碳填料在微電解反應中不會發生鈍化、板結、堵塞的問題，可以廣泛地工業化應用到各行業的廢水處理中。
[0017]一種鐵碳填料三相循環流化床微電解反應工藝，它包括以下方法步驟:
(a)高鹽水進入流化床的分布孔板的下方，鐵碳填料層設置於流化床的分布孔板的上方；
(b)壓縮空氣同時進入鐵碳填料層；
(c)逐步增加高鹽水的流量，鐵碳填料層形成流態化懸浮層，鐵碳填料相互碰撞摩擦，廢水中的汙染物組分於鐵碳填料的表面發生微電解反應；
Cd)微電解反應的產物被高鹽水帶出流化床外，然後進入循環槽進行沉積；
(e)高鹽水在循環槽內沉積分離微電解反應的產物後，部分流出作為產水進入步驟三，部分作為循環水返回流化床中。
[0018]關於本流化床的具體詳情可參考本 申請人:的在先申請發明專利，專利號為201210194162.4。
[0019]步驟三，芬頓反應:添加H2O2，反應溫度為25_50°C，反應時間為2_5小時。經過步驟二處理過的高鹽水進行芬頓反應時不需要另外添加Fe離子，降低生產成本和提高反應效率，通過芬頓反應將有機汙染物降解成二氧化碳和水。常溫下此步驟反應慢，需要5-10個小時，本發明將溫度提高到30-50°C，反應速度加快至2-5小時，大大提高的反應速度，降低時間成本。每個反應步驟要確保一定的反應時間，時間過短會使處理效果不能達到預期；但時間過長的話處理效果提升不明顯，反而會使反應器容積增大，提高設備和電力成本，甚至會降低反應速率；所以需要根據經驗給出一個合適的時間範圍，確保處理效果的同時使反應器容積維持在合理的範圍之內。
[0020]其中，所述步驟三中的H2O2添加量為500_1500mg/L，添加量是根據溶液中的Fe離子的含量添加的，適當的配比能與溶液中的Fe離子形成很強的氧化體系，能迅速將有機物氧化成無機態。芬頓反應是去除COD的有效措施，然而傳統的處理方式沒有預先將水中的碳酸鹽去除掉，C032_是羥基自由基[-0H]的淬滅劑，而芬頓反應降解有機物是利用[-0H]進行的，所以高鹽水中大量的碳酸鹽是芬頓反應失效的主要原因。本發明通過步驟一的酸化除碳處理再進行芬頓反應，能大大提高芬頓反應的效果。
[0021]步驟四，中和軟化:分別添加石灰或苛性鈉以及純鹼將高鹽水調節pH至9-11，反應時間均控制在0.25-0.5小時。向芬頓反應後的高鹽水添加石灰，將或苛性鈉碳酸鎂、碳酸鈣、碳酸鋁、碳酸鐵等硬度物質形成氫氧化物沉澱與水分離，再通過添加純鹼時水中剩餘的鈣鎂離子形成更難溶的碳酸鹽沉澱，從而將其從水中去除。由於步驟三已經將有機物大量地去除，則此步的反應效率高，效果好；否則效果較差。
[0022]步驟五，膜過濾:通過微濾膜將上述步驟形成的沉澱物過濾掉。通過上述的熟化步驟，再利用微濾膜或超濾膜，即可將大部分的固體雜質過濾掉。由於省去一步靜置沉澱，該步驟的處理對象中所含的不溶性固體濃度較大。因此該步驟的關鍵在於通過控制流速使微濾膜表面始終維持一層較薄的濾餅，以維持較好的過濾效果，同時又可保證不造成膜堵塞。最後蒸發得到的冷凝水雜質成分很低，可以用作飲用水，使用率高。
[0023]步驟六，膜濃縮:通過使用反滲透膜加壓預濃縮上述步驟五中得到的過濾水，得到含鹽量較高(TDS可達50000-100000mg/L)的膜濃水以及淡水。將膜濃水用於蒸發能大大提高蒸發的效率，降低蒸發過程所產生的能耗。
[0024]所述步驟六中的膜濃縮的要求為:只要高鹽水中的總鹽分(TDS)不超過10000?15000mg/L,就應該設置膜濃縮步驟。這樣在產生淡水的同時還能產生超高濃度的膜濃水，總鹽分TDS可以達到5000(Tl00000mg/L，這樣才能大大降低蒸發能耗。如果不實行步驟一?五，則膜濃縮過程會產生堵塞，不可行。(常規高鹽水總鹽分TDS為3000-5000mg/L)。
[0025]步驟七，蒸發:經過上述步驟六處理之後得到的膜濃水進行常規的蒸發，不但結垢率低，而且對設備的腐蝕率也大大降低，有效延長設備的使用壽命，最後蒸發得到的冷凝水COD含量低，收集冷凝水即可得到淨化後的淡水。
[0026]為了進一步提高冷凝水的水質，將冷凝水再通過臭氧生物濾池進行處理，能有效去除由於蒸發被一起帶走的最終游離在冷凝水中的有機小分子。將傳統的臭氧生物濾池技術應用到冷凝水的進一步淨化工藝中，能有效改善冷凝水的水質，大大緩解了飲用水緊缺的問題。
[0027]本發明的有益效果:本發明通過對高鹽水的淨化淡化工藝的改進，有效解決了高鹽水在蒸發過程中結垢嚴重、對蒸發設備損耗嚴重、冷凝水COD含量高的問題，得到的冷凝水飲用利用率高，極大地緩解了用水緊缺的問題。而本發明所針對的高鹽水遍布中國內陸和沿海大部分地區，對內陸高鹽水的綜合利用提供了有效的解決方案。對於工業生產產生的高鹽廢水同樣具有極好的處理效果。對於環境保護，水資源缺乏，解決人類用水困難的問題，起有極大的貢獻。
【具體實施方式】
[0028]結合以下實施例對本發明作進一步描述。
[0029]實施例1
一種PH值為7的高鹽水的淡化處理方法，依次包括以下步驟:
步驟一，電氣浮:添加少量硫酸鐵作為絮凝劑，並加入硫酸調節PH至3.5，通入直流電電解5分鐘；
步驟二，微電解流化床:步驟一處理後的高鹽水流經鐵碳填料三相循環流化床，時間為0.5小時。
[0030]步驟三，芬頓反應:添加H2O2，反應溫度為30°C，反應時間為2小時。
[0031]步驟四，中和軟化:添加石灰與純鹼，反應時間控制在0.25小時，pH調節至9。
[0032]步驟五，膜過濾；通過微濾膜將雜質去掉。
[0033]步驟六，膜濃縮:通過反滲透膜濃縮處理所得高鹽水，得到膜濃水以及淡水。
[0034]步驟七，蒸發:蒸發步驟六中所得的膜濃水，收集冷凝水即可得到淨化後的淡水。
[0035]實施例2
一種PH值為8的高鹽水的淡化處理方法，依次包括以下步驟: 步驟一，電氣浮:回流12%微電解流化床出水至氣浮池中，並加入硫酸調節pH至4.5，通入直流電電解10分鐘；
步驟二，微電解流化床:步驟二處理後的高鹽水流經鐵碳填料三相循環流化床，時間為
0.8小時。
[0036]步驟三，芬頓反應:添加H2O2，反應溫度為40°C，反應時間為4小時。
[0037]步驟四，中和軟化:添加石灰與純鹼，反應時間控制在0.4小時，pH調節至11。
[0038]步驟五，膜過濾；通過微濾膜將雜質去掉。
[0039]步驟六，膜濃縮:通過反滲透膜濃縮處理所得高鹽水，得到膜濃水以及淡水。
[0040]步驟七，蒸發:蒸發步驟六中所得的膜濃水，收集冷凝水即可得到淨化後的淡水。
[0041]實施例3
一種PH值為7.5的高鹽水的淡化處理方法，依次包括以下步驟:
步驟一，電氣浮:回流15%微電解流化床出水至氣浮池中，並加入硫酸調節pH至4，通入直流電電解15分鐘；
步驟二，微電解流化床:步驟二處理後的高鹽水流經鐵碳填料三相循環流化床，時間為I小時。
[0042]步驟三，芬頓反應:添加H2O2，反應溫度為50°C，反應時間為5小時。
[0043]步驟四，軟化反應:添加石灰與純鹼，反應時間控制在0.5小時，pH調節至10。
[0044]步驟五，膜過濾；通過微濾膜將雜質去掉。
[0045]步驟六，膜濃縮:通過反滲透膜濃縮處理所得高鹽水，得到膜濃水以及淡水。
[0046]步驟七，蒸發:蒸發步驟六中所得的膜濃水，收集冷凝水即可得到淨化後的淡水。
[0047]實施例4
一種PH值為7.5的高鹽水的淡化處理方法，依次包括以下步驟:
步驟一，電氣浮:回流15%微電解流化床出水至氣浮池中，並加入硫酸調節pH至4，通入直流電電解15分鐘；
步驟二，微電解流化床:步驟二處理後的高鹽水流經鐵碳填料三相循環流化床，時間為I小時。
[0048]步驟三，芬頓反應:添加H2O2，反應溫度為50°C，反應時間為5小時。
[0049]步驟四，軟化反應:添加石灰與純鹼，反應時間控制在0.5小時，pH調節至10。
[0050]步驟五，膜過濾；通過微濾膜將雜質去掉。
[0051]步驟六，膜濃縮:通過反滲透膜濃縮處理所得高鹽水，得到膜濃水以及淡水。
[0052]步驟七，蒸發:蒸發步驟六中所得的膜濃水，收集冷凝水即可得到淨化後的淡水。
[0053]步驟八，將收集到的冷凝水通過臭氧生物濾池去除小分子的有機物。
[0054]實施例5
一種PH值為7.5的高鹽水的淡化處理方法，依次包括以下步驟:
步驟一，電氣浮:回流15%微電解流化床出水至氣浮池中，並加入硫酸調節pH至4，通入直流電電解15分鐘；
步驟二，微電解流化床:步驟二處理後的高鹽水流經鐵碳填料三相循環流化床，時間為I小時。
[0055]步驟三，芬頓反應:添加H2O2，反應溫度為30°C，反應時間為3小時。
[0056]步驟四，軟化反應:添加石灰與純鹼，反應時間控制在0.4小時，pH調節至10。
[0057]步驟五，膜過濾；通過微濾膜將雜質去掉。
[0058]步驟六，膜濃縮:通過反滲透膜濃縮處理所得高鹽水，得到膜濃水以及淡水。
[0059]步驟七，蒸發:蒸發步驟六中所得的膜濃水，收集冷凝水即可得到淨化後的淡水。
[0060]淨化後的淡水pH值為6.5-7.5，COD含量小於5mg/L，硬度小於20mg/L。
[0061]最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和範圍。
【權利要求】
1.一種高鹽水的淡化處理方法，其特徵在於:依次包括以下步驟: 步驟一:電氣浮:調節高鹽水進水的pH至3-5，同時添加三價鐵離子，通入直流電，從而產生微氣泡，去除水中的油汙、色度、泥沙以及部分COD，同時去除水中碳酸鹽以及固定游離氨； 步驟二:微電解流化床:步驟一處理後的高鹽水流經鐵碳填料三相循環流化床將有機汙染物的分子鏈斷裂； 步驟三:芬頓反應:將有機汙染物降解； 步驟四:中和軟化:分別添加石灰或苛性鈉以及純鹼將會引起結垢的硬度物質生成低溶解度的氫氧化物及碳酸鹽沉澱以達到水質軟化的目的； 步驟五:膜過濾；通過濾膜將上述步驟形成的沉澱物去掉； 步驟六:膜濃縮:通過反滲透膜將高鹽水濃縮，同時得到淡水與膜濃水； 步驟七:蒸發:將步驟六中的膜濃水蒸發並收集冷凝水即可得到淨化後的淡水。
2.根據權利要求1所述的高鹽水的淡化處理方法，其特徵在於:依次包括以下步驟: 步驟一:電氣浮:調節高鹽水進水的pH至3-5，同時添加三價鐵離子，使用電極板通入直流電，從而產生微氣泡，去除水中的油汙、色度、泥沙以及部分COD，同時去除水中碳酸鹽以及固定游離氨，反應時間為3-15分鐘； 步驟二:微電解流化床:步驟一處理後的高鹽水流經鐵碳填料三相循環流化床，反應時間為0.5-1小時； 步驟三:芬頓反應:添加H2O2,反應溫度為25-50°C，反應時間為2-5小時； 步驟四:中和軟化:添加石灰調節將pH值調節至9-11，反應時間控制在0.25-0.5小時，然後投加純鹼，反應時間控制在0.25-0.5小時； 步驟五:膜過濾；通過濾膜將上述步驟形成的沉澱物去掉； 步驟六:通過反滲透膜，把高鹽水濃縮，產生淡水的同時得到膜濃水； 步驟七:將步驟六中的膜濃水蒸發，收集冷凝水即可得到淨化後的淡水。
3.根據權利要求1所述的高鹽水的淡化處理方法，其特徵在於:所述步驟一中所添加的絮凝劑為可以解離出亞鐵離子或者鐵離子的含鐵化合物。
4.根據權利要求1所述的高鹽水的淡化處理方法，其特徵在於:所述步驟一中的絮凝劑為步驟二中的10%-15%的微電解回流液。
5.根據權利要求1所述的高鹽水的淡化處理方法，其特徵在於:所述步驟二中的鐵碳填料三相循環流化床的Fe:C的重量比例為1:1-1.3。
6.根據權利要求2所述的高鹽水的淡化處理方法，其特徵在於:所述步驟三中的H2O2添加量為 500-1500mg/L。
7.根據權利要求1所述的高鹽水的淡化處理方法，其特徵在於:所述步驟四中純鹼的添加量為300-1000ppm。
8.根據權利要求1所述的高鹽水的淡化處理方法，其特徵在於:所述步驟五中的濾膜為微濾膜。
9.根據權利要求1所述的高鹽水的淡化處理方法，其特徵在於:還包括步驟八:將收集到的冷凝水通過臭氧生物濾池去除小分子的有機物。
【文檔編號】C02F9/10GK104230087SQ201410517360
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月30日 優先權日:2014年9月30日
【發明者】袁偉光, 焦偉麗, 曾慶波, 趙銳柏, 潘成, 黃家樂, 張卓智 申請人:東莞市珠江海鹹水淡化研究所