一種基於電解和雙膜技術的再生水製造裝置的製作方法

2023-05-06 13:15:26 1

專利名稱：一種基於電解和雙膜技術的再生水製造裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高純再生水製造裝置及其方法，特別是涉及一種電解技術與雙膜技術結合的高純再生水製造裝置。
背景技術：
水資源與環境汙染問題日益受到人類社會的重視，一方面淡水用量不斷增加，水資源日益緊缺，另一方面汙水排放量日益增多，對環境汙染日益嚴重，因此，汙水處理和再生資源化循環利用越來越受到各國的重視。中國是一個水資源嚴重缺乏的國家，人均淡水資源佔有量僅為世界平均水平的四分之一，是世界上最缺水的13個國家之一，目前，在全國600多座城市中，有400多座城市缺水，因此汙水再生循環利用成為解決淡水資源不足的關鍵。但是，我國當前的汙水處理多為達標排放，成熟的汙水再生循環利用技術不多，應用到工程實踐的更是少之又少，每天都有大量的汙水經過處理達標後就直接排入江河、湖泊、 海域，既造成了水資源的浪費又汙染了環境，長此以往必將造成水資源的不可持續發展。據介紹，在我國城市水資源總消耗中，工業用水大約佔2/3，如將汙水經過再生處理後用於工業用水，在節水方面將有很大的潛力，等於增加了 2/3的淡水資源總量。近年來，我國環境工作者在汙水處理，再生循環利用方面作了大量工作，中國專利 CN200410024576. 8公開了「一種汙水抽取再生水的工藝和專用設備」，它是將汙水經過酶處理後，再經過濾和臭氧消毒而生產再生水的方法。中國專利CN101108760B公開了經過生化處理後達到排放標準的汙水經過連續微濾處理的再生水循環利用方法，它是將生化出水的尾水作為源水，經過旋流混凝反應池、平流多鬥沉澱池物化沉澱後進入中間水池，由提升泵送至連續微濾系統進行深度處理而生產再生水的方法。儘管汙水再生的方法已有不少， 各級政府和廣大環境工作者在汙水再生循環利用方面也做了大量的工作，但是汙水回用量在工業用水中所佔比例卻不到2%，汙水回用的領域也只限於對水質要求不高的行業，如工業衝渣除塵水、冷卻水、企業內部綠化、衝廁等雜用，在水質要求較高的生產工藝用水方面則嘗試很少。分析其原因，主要因為汙水在工業上的循環利用存在如下問題1、再生水質量不高首先表現在現有的汙水淨化再生技術難以去除汙水中的殘留色度和臭味，再生水中還殘留有各種營養物質和細菌、黴菌、藻類等，遇到適宜的溫度、光照條件即會迅速繁殖導致水體發黑髮臭，並產生難以處理的生物垢，對工藝設備也會造成不良影響，使再生水在工業生產中應用受到很大局限；其次是汙水中總溶解鹽含量高，並含有大量可以形成水垢的鈣鎂鹽類物質，當其通過管道被輸送到用水工藝設備時，會因長期的電化學腐蝕作用，使用水設備受到損壞，隨著水中鈣鎂鹽類在用水設備中不斷地循環濃縮，進一步形成水垢，會導致用水設備阻塞。2、經濟上不合算生化後經過多級膜處理，雖然能夠實現汙水再生，但是一次性設備投資大，運行成本高於現行自來水價，從經濟合算的標準衡量，仍然不盡如人意，再生水處理循環利用無法實現規模化。3 二次汙染傳統的再生水回用技術在對汙水的淨化過程中通常採用加入絮凝劑和殺菌劑對水中微生物、膠體物、固體顆粒進行沉澱後，再經過砂濾過濾、多介質過濾和膜過濾的淨化工藝，其缺點是處理過程中要加入絮凝劑和消毒殺菌劑，不僅投資大、運行成本較高，而且加入的絮凝劑和殺菌劑還對環境造成不同程度的汙染。由以上問題可知，研究開發適合中國經濟現狀和發展水平的安全、可靠、高效、低能耗、低投資、低成本的再生水循環利用技術和配套設備，為再生水回用的規模化、產業化發展奠定堅實的基礎成為一項迫在眉睫的任務。
發明內容本實用新型的目的在於針對現有汙水再生循環利用技術存在的問題，提供一種可克服現有汙水再生技術中再生水質量較差、難以滿足工業生產的生產工藝用水水質要求， 且投資大、運行成本高和對環境產生二次汙染等缺陷，可減少汙水排放，提高水的利用效率的基於電解和雙膜技術的再生水製造裝置。本實用新型是將工業汙水和城市生活汙水經過生化處理後達到排放標準的汙水 (稱之為生化出水或深度處理排放汙水)進行深度淨化處理的生產高純再生水製造裝置。本實用新型設有電解系統、膜生物反應器系統(以下簡稱為MBR系統)和反滲透系統；所述電解系統用於對深度處理排放汙水進行電解處理，電解系統設有截止閥、供水泵和電解機；截止閥的進口外接生化出水排出口，供水泵的進口接截止閥的出口，供水泵的出口接電解機的進口，電解機的出口與MBR系統的進水口聯接；所述電解機設有電源和電解槽，電解槽內的陽極材料為石墨、鈦、鐵、鋁、鋅、銅、 鉛、鎳、鉬、鉻、金屬的合金和納米催化惰性陽極等中的一種；所述納米催化惰性陽極的表層塗覆有晶粒為10 35nm的金屬氧化物惰性催化塗層，所述納米催化惰性陽極的基板可為鈦板或塑料板等，這種電極具有較高的電催化反應活性，可以大幅度降低電解的過電位，減少副反應的發生。所述MBR系統用於將電解系統所得淨化汙水進行進一步處理，MBR系統設有截止閥、格柵、MBR反應池、MBR膜組件、鼓風機、曝氣器、排汙泵、出水泵、初級再生水貯罐和MBR 清洗系統；所述截止閥的進口接電解系統的電解機的出口，截止閥出口接格柵的進口，格柵的出口接MBR反應池的進口，MBR膜組件浸沒在MBR反應池內，通過鼓風機及分布的曝氣器對其進行曝氣，MBR反應池的濾液(水)出口接出水泵的進口，出水泵的出口接初級再生水貯罐的進口，初級再生水貯罐收集到的濾液(水)用於進一步經過反滲透系統脫鹽得供生產上循環利用的高純再生水，MBR反應池的汙泥出口接排汙泵的進口，少量汙泥經過排汙泵抽吸排放；所述MBR膜組件可選自聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜、聚丙烯(PP)中空纖維膜、聚碸(PS)中空纖維膜、聚醚碸(PES)、聚丙烯腈(PAN)和聚氯乙烯(PVC)中空纖維膜等中的一種，所述MBR膜組件的膜孔徑可為0. 10 0. 2 μ m，能高效進行固液分離，工作壓力為-1 _50kPa，工作溫度為5 45°C，適用pH為1 14，出水固定懸浮物可降至lmg/L， 濁度可降至INTU以下。該系統可徹底去除汙水中的細菌和大腸桿菌，出水的大腸菌群為0， 而菌落總數低於lCFU/mL ；所述MBR清洗系統用於清洗MBR膜組件，MBR清洗系統設有清洗液罐、反衝洗泵和截止閥；清洗液罐的出口接反衝洗泵的進口，反衝洗泵的出口接截止閥的進口，截止閥的出口接MBR系統。所述反滲透系統用於將MBR系統處理所得的初級再生水過濾、分離，得透析水(再生水)和濃縮水。反滲透膜系統設有截止閥、供水泵、保安過濾器、高壓泵、反滲透膜組件和再生水貯罐。截止閥的進口接MBR系統的初級再生水貯罐的淨化汙水出口，截止閥的出口依次經供水泵、保安過濾器和高壓泵進入反滲透膜組件，反滲透膜組件的透析水出口接再生水貯罐的進口。反滲透系統將MBR系統所得初級再生水經保安過濾器後用高壓泵泵入反滲透系統，經反滲透膜過濾分離得透析水(再生水)和濃縮水，透析水進入貯罐得高純再生水；濃縮水一部分經過濃縮水增壓泵回流進行循環膜過濾分離，一部分回流進入電解工序循環使用，多餘部分排放；所述反滲透系統還包括反滲透濃縮液回收系統，反滲透濃縮液膜回收系統用於將反滲透膜過濾的濃縮水進行回收利用的系統，反滲透濃縮液回收系統設有回流濃縮水增壓泵、閥門和截止閥，回流濃縮水增壓泵入口接反滲透系統的濃縮水出口，回流濃縮水增壓泵出口接反滲透過濾膜系統，反滲透過濾膜系統的濃縮水出口另一路回流接電解系統重複利用。所述反滲透系統還包括一個反滲透膜清洗再生系統，反滲透膜清洗再生系統用於清洗反滲透過濾膜系統，反滲透膜清洗再生系統設有清洗液罐、反衝洗泵和截止閥，清洗液罐的進口經截止閥接反滲透過濾膜系統透析水出口，清洗液罐的一路出口接反滲透系統濃縮水出口，清洗液罐的另一路出口經反衝洗泵接供水泵出口。利用本實用新型進行所述基於電解和雙膜技術的再生水製造的具體方法如下1)電解將生化出水經水泵提取後，輸入電解機中進行電解，再經過格柵進入MBR 系統，除去汙水中被電解殺滅的浮遊生物屍體、細菌及因電解產生的大顆粒固體雜質、膠體物質得淨化汙水；所述生化出水是指汙水經過生化處理達到GB 18918-2002《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》三級排放標準的汙水，其CODtt彡120mg/L,B0D5彡60mg/L, SS彡50mg/ L，色度彡50，動植物油彡20mg/L，石油類彡15mg/L,陰離子表面活性劑彡5mg/L，氨氮 (25mg/L,總磷彡5mg/L，電導率小於1500 μ s/cm ；所述電解是將生化出水經過電解使之生成初生態的氯[Cl]、羥基[0H]和初生態的氧[0]，用以氧化分解汙水中的動植物油、石油類、陰離子表面活性劑、有色物質等有機物和氨氮，並殺滅汙水中微生物，同時，在電場作用下使汙水中的懸浮物、膠體、帶電微粒凝聚形成較大顆粒；所述電解的電解槽的工作電壓可為2 250V，相鄰兩個電極間的電壓可為2 18V，相鄰兩個電極間的最佳電壓為3 8V， 電流密度可為10 300mA/cm2，最佳為電流密度為50 210mA/cm2，生化出水經過電解後經閥門進入MBR系統。2)MBR系統過濾將經過電解系統處理所得的淨化汙水經管道流入MBR系統，進行MBR系統處理分離得初級再生水；所述MBR系統是膜分離技術與生物技術有機結合的新型廢水處理技術，它利用膜分離設備將生化反應池中的活性汙泥和大分子有機物質進行截留，具有適應性強、生化效率高、抗負荷衝擊能力強、佔地面積小、處理效果好等優勢。3)反滲透脫鹽將經過MBR系統過濾所得的初級再生水經過高壓泵泵入反滲透系統，經反滲透膜過濾脫鹽，分離得透析水和濃縮水，透析水進入貯罐得高純再生水。所述反滲透系統的工作條件是常溫 45°C，工作壓力為5 35kPa ；反滲透系統的反滲透膜為對氯化鈉截留率為98%的反滲透膜，膜組件的結構為卷式膜組件或管式膜組件，膜材料為醋酸纖維膜或複合膜，膜材料的截留分子量可為50 200MWC0。本實用新型的技術方案為生化處理後汙水一電解一MBR系統一反滲透系統一高純再生水。該高純再生水水質良好，各項指標遠優於GB/T19923-2005《城市汙水再生利用工業用水水質》標準，可作為各種行業的工業的生產工藝用水，即直接應用到工業的生產各工序中，達到清潔生產的目的。採用該技術路線解決了現有汙水回用技術難題，具有如下優勢1、本實用新型採用電解的方法，具有如下突出效果(1)在電流作用下電解使使殘留於汙水中的大分子開環或斷鏈，增強汙水的可生化性；( 電解產生的初生態的氯 [Cl]、羥基[0H]和初生態的氧[0]並氧化分解有機物，快速降低C0D& ； (3)氧化分解汙水中的氨氮，使殘留氨氮進一步氧化，氨氮的脫除率可達80 90%，同時消除水中臭味。(4)大幅度降低汙水的色度，經過了生化、物化等多種方法處理後二沉池出水的色度在80 300 之間，一般的處理方法很難進一步脫除色度，經過電解可以將汙水的色度從80 300之間降低到16 32。( 使汙水中的懸浮物、膠體、帶電微粒在電場作用下凝聚形成較大顆粒後，經過後續的MBR系統過濾去除得淨化汙水。(6)汙水中的重金屬離子向電解機電解槽的陰極移動，在陰極形成沉澱，從而降低汙水中的重金屬離子含量。2、降低汙水COD總排放量，大幅提高汙水可生化性傳統的生化末端加膜過濾技術，雖然可以實現部分中水回用，但不能降低汙水COD的總排放量，本實用新型電解產生的初生態的氯[Cl]、羥基[0H]和初生態的氧[0]使殘留於汙水中的大分子開環或斷鏈並迅速氧化分解有機物，不但大幅度降低汙水COD的總排放量，而且提高汙水的可生化性；3、回用水率高、成本低汙水的回用率高達70% 90%，排放汙水少，能耗低，高純再生水生產成本低於1元/噸，遠低於現行自來水價；4、回用水質高採用該技術路線產生的高純再生水無色、無味，水質主要指標如表 1，可以滿足各種行業工業用水的水質要求；表1高純再生水水質指標
權利要求1.一種基於電解和雙膜技術的再生水製造裝置，其特徵在於設有電解系統、MBR系統和反滲透系統；所述電解系統設有截止閥、供水泵和電解機；截止閥的進口外接生化出水排出口，供水泵的進口接截止閥的出口，供水泵的出口接電解機的進口，電解機的出口與MBR系統的進水口聯接；所述電解機設有電源和電解槽；所述MBR系統設有截止閥、格柵、MBR反應池、MBR膜組件、鼓風機、曝氣器、排汙泵、出水泵、初級再生水貯罐和MBR清洗系統；所述截止閥的進口接電解系統的電解機的出口，截止閥出口接格柵的進口，格柵的出口接MBR反應池的進口，MBR膜組件浸沒在MBR反應池內， 通過鼓風機及分布的曝氣器進行曝氣，MBR反應池的濾液出口接出水泵的進口，出水泵的出口接初級再生水貯罐的進口，MBR反應池的汙泥出口接排汙泵的進口，汙泥經過排汙泵抽吸排放；所述反滲透膜系統設有截止閥、供水泵、保安過濾器、高壓泵、反滲透膜組件和再生水貯罐，截止閥的進口接MBR系統的初級再生水貯罐的淨化汙水出口，截止閥的出口依次經供水泵、保安過濾器和高壓泵進入反滲透膜組件，反滲透膜組件的透析水出口接再生水貯罐的進口，反滲透系統將MBR系統所得初級再生水經保安過濾器後用高壓泵泵入反滲透系統；所述反滲透系統還包括反滲透濃縮液回收系統，反滲透濃縮液回收系統設有回流濃縮水增壓泵、閥門和截止閥，回流濃縮水增壓泵入口接反滲透系統的濃縮水出口，回流濃縮水增壓泵出口接反滲透過濾膜系統，反滲透過濾膜系統的濃縮水出口另一路回流接電解系統；所述反滲透系統還包括一個反滲透膜清洗再生系統，反滲透膜清洗再生系統設有清洗液罐、反衝洗泵和截止閥，清洗液罐的進口經截止閥接反滲透過濾膜系統透析水出口，清洗液罐的一路出口接反滲透系統濃縮水出口，清洗液罐的另一路出口經反衝洗泵接供水泵出□。
2.如權利要求1所述的一種基於電解和雙膜技術的再生水製造裝置，其特徵在於所述電解槽內的陽極為納米催化惰性陽極，所述納米催化惰性陽極的表層塗覆有晶粒為10 35nm的金屬氧化物惰性催化塗層。
3.如權利要求1所述的一種基於電解和雙膜技術的再生水製造裝置，其特徵在於所述 MBR膜組件的膜孔徑為0. 10 0. 2 μ m。
4.如權利要求1所述的一種基於電解和雙膜技術的再生水製造裝置，其特徵在於所述 MBR清洗系統設有清洗液罐、反衝洗泵和截止閥；清洗液罐的出口接反衝洗泵的進口，反衝洗泵的出口接截止閥的進口，截止閥的出口接MBR系統。
專利摘要一種基於電解和雙膜技術的再生水製造裝置，涉及一種高純再生水製造裝置。裝置設有電解系統、MBR系統和反滲透系統；電解系統設有截止閥、供水泵和電解機；MBR系統設有截止閥、格柵、MBR反應池、MBR膜組件、鼓風機、曝氣器、排汙泵、出水泵、初級再生水貯罐和MBR清洗系統；反滲透膜系統設有截止閥、供水泵、保安過濾器、高壓泵、反滲透膜組件和再生水貯罐。先電解，再進行MBR系統過濾，最好反滲透脫鹽。可克服現有汙水再生技術中再生水質量較差、難以滿足工業生產的生產工藝用水水質要求，且投資大、運行成本高和對環境產生二次汙染等缺陷，可減少汙水排放，提高水的利用效率。
文檔編號C02F1/461GK202089868SQ201120162740
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月19日 優先權日2011年5月19日
發明者張世文 申請人:波鷹(廈門)科技有限公司