一種用於汙水除鹽的裝置和方法

2023-05-13 02:08:56 2

專利名稱：一種用於汙水除鹽的裝置和方法
技術領域：
本發明屬於汙水深度處理領域，具體地涉及一種可用於城鎮汙水處理廠二級出水的除鹽的裝置。本發明還涉及一種汙水除鹽的方法。
背景技術：
近些年來，隨著科技的迅猛發展以及在國家在環保領域的大力投入，我國的工業用水技術取得了長足的進步。截止2011年，萬元國內生產總值用水量139m3，比2008年下降40. 0%;萬元工業增加值用水量82m3，比2008年下降37. I %。然而，隨著經濟發展，城市用水和工業用水的矛盾更加突出，其中2011年全年用水總量6080億m3，比上年增長1.0%。 其中，工業用水增長0.8%。水資源日益匱乏及受汙染程度的加劇，在一定程度上成為了制約一些企業發展的關鍵因素，為保護環境、節約水資源，必須不斷探索提高水資源利用率、減少汙水外排的方法。隨著我國汙水處理率的不斷提高，再生水回用量也不斷上升，但汙水回用佔廢汙水排放量仍很低。在這種情況下，汙水回用技術的改進將成為企業節水減排的重點。在工業生產中，工業循環冷卻水用量平均佔工業用水總量的80%，冷卻用水取水量佔工業取水總量的30% 40%。因此,將汙水回用於循環冷卻水補充水和鍋爐用水是實現工業節水減排的主要途徑。對於城鎮汙水處理廠二級出水，常規的汙水再生利用技術包括澄清、過濾、活性炭吸附等僅能去除一部分色度、懸浮物、濁度及有機物。若要滿足工業循環冷卻水的要求，就需要進一步去除水中的硬度、鹽度等。尤其是汙水的除鹽問題，成為了制約汙水回用技術發展的瓶頸。當前汙水回用中常用除鹽技術主要有離子交換、電滲析、納濾、反滲透、電去離子法等。離子交換法是化學除鹽法的一種，它是應用離子交換技術進行除鹽。離子交換除鹽過程主要是通過H型或Na型陽離子交換劑和OH型陰離子交換劑，通過離子交換反應，將水中陰陽離子去除掉，從而獲得脫鹽水。離子交換的實質是使得樹脂上的電解質與溶液中另一種電解質所進行的化學反應，這一反應可以是中和反應或複分解反應。離子交換法在除鹽領域廣泛應用，尤其是在去除水中Ca、Mg等離子時，但對樹脂的選取、管理和再生要求較高。此外，從經濟角度看，採用離子交換技術除鹽時，進水含鹽量不宜超過500mg/L，而且離子交換樹脂的運行費用較高，酸鹼液的排放還會造成二次汙染。電滲析脫鹽是在外加直流電場的作用下，利用陰陽離子交膜對溶液中陰陽離子的選擇透過性，使離子作定向地遷移，即陰離子只允許通過陰膜，陽離子只允許通過陽膜.達到溶質與溶液的分離，從而實現原水淡化的目的。為保證電滲析裝置長期穩定、可靠運行，原水進電滲析器前必須進行嚴格的前處理，使原水濁度控制在3NTU以下，並確保Fe、Mn、Cl等符合規定要求。電滲析法除鹽率可達80% 90%，但工作電壓較高，易發生水的分解，膜堆結垢現象比較嚴重，且汙水中的表面活性劑、蛋白質、微生物等可能對膜產生汙染。納濾法又稱為「低壓反滲透」，可以去除直徑Inm左右的溶質離子，截留分子量大約200-1000，對汙水中某些高價鹽類的截留量較高，可去除二級出水中2/3的鹽度，4/5的硬度，超過90%的溶解碳和THM前體，出水接近安全飲用水標準。但對於工業循環水而言，由於對一價離子、氨氮等基本沒有去除效果，且易結垢，因而沒有顯著的優勢。反滲透法是目前應用比較廣的汙水除鹽工藝，以大於溶質滲透壓的壓力為推動力，用半透膜過濾，使溶液中的溶劑和溶質分離的方法。反滲透的工藝包括預處理、膜分離和後處理。反滲透膜是一種用特殊材料(如芳香聚醯胺等)和加工方法製成的，具有半透性能的薄膜。它能在外加壓力作用下，使水溶液某一些組分選擇透過，從而達到脫鹽、淨化或濃縮分離目的。反滲透工藝的應用範圍較廣，如大型鍋爐補給水、各種工業純水、飲用水等。但反滲透膜的產水量較低，一般在60%左右，且對進水有較高的要求，此外，在對膜組件清洗時也需要投加大量的酸、鹼會對環境造成不利影響。電去離子法是一種將「電滲析+離子交換」的除鹽工藝，其除鹽機理是汙水中離子、先通過交換作用吸附於樹脂顆粒上，然後在外加電場作用下經由樹脂顆粒構成的「離子傳輸通道」遷移到膜表面並透過離子交換膜進入濃室，存在於樹脂、膜與水相接觸的擴散層中的極化作用使水解離為H+和0H-，它們除部分參與負載電流外大多數對樹脂起再生作用，從而使離子交換、遷移、電再生三個過程相伴發生，相互促進，實現了連續去除離子的過程。該方法能脫除汙水中大部分鹽分，且無需加入酸鹼再生，但該技術僅限於純水的製作，不適合高含鹽水的除鹽。電吸附技術(EST)是將電化學理論與吸附分離技術相結合的一種技術，它是通過外加電壓，使水中溶解性鹽類及其它帶電物質在電極表面富集濃縮而實現水的淨化和鹽份去除的一種新型水處理技術。原水在陰、陽極組成的空間流動時，受電場力作用，水中帶電粒子(離子、膠體微粒、有機物和細菌等)將分別向帶相反電荷的電極遷移，被電極吸附並儲存在雙電層內，實現帶電粒子(雜質)與水的分離，除鹽水從另一端流出。當電極失電或瞬間反接時，富集在電極上的帶電粒子在水流或電場力的作用下，從電極脫落被衝走，電極獲得再生。與傳統的方法相比，系統再生不需要使用任何酸、鹼和鹽溶液，只是通過電極的放電完成，不會產生二次汙染；該方法能耗較低、操作簡單易行、得水率在70%以上，比反滲透具有良好的抗汙能力及較長的使用壽命。一般情況下，電吸附裝置對進水中餘氯、有機物、高價離子沒有特別限制，通常要求池度小於5NTU,懸浮物含量低於5mg/L,油小於3ml/L,pH值6_9左右。因此,一般米用砂濾、纖維過濾器、保安過濾器等進行預處理即可。但隨著處理過程的進行，負荷逐漸增大，再生次數頻繁，甚至需要經常更換電極。此外，常規採用加酸處理去除原水中重碳酸鹽防止電吸附裝置結垢的方法安全性較低，不易操作。

發明內容
本發明的目的在於提供一種用於汙水除鹽的裝置。本發明的又一目的在於提供一種利用上述裝置進行汙水除鹽的方法。為實現上述目的，本發明提供的用於汙水脫鹽的裝置，主要包括集水池通過渦流式管道混合器連接沉澱池，該渦流式管道混合器連接混凝劑加藥箱；沉澱池的出水口連接微濾系統，該微濾系統的出水口連接攪拌水箱，該攪拌水箱與阻垢劑加藥箱相連接；攪拌水箱的出水口連接電吸附裝置，該電吸附裝置的出水口連接儲水容器。所述的裝置，其中，集水池與渦流式管道混合器之間、沉澱池出水口與微濾系統之間、攪拌水箱出水口與電吸附裝置之間、電吸附裝置出水口與儲水容器之間各安裝有流量計和離心泵；渦流式管道混合器與混凝劑加藥箱之間、攪拌水箱與阻垢劑加藥箱之間各安裝有流量泵和計量泵；沉澱池底部安裝有離心泵。 所述的裝置，其中，微濾系統的材質為聚偏氟乙烯，結構為中空纖維式，膜孔徑為0. 2 u m0所述的裝置，其中，電吸附裝置採用炭氣凝膠做電極材料。本發明提供的利用上述裝置進行汙水脫鹽的方法，主要流程為I)汙水與混凝劑一同進入渦流式管道混合器，利用混凝作用去除懸浮物、膠體、少量細菌以及磷酸鹽，並降低濁度；2)渦流式管道混合器的出水進入沉澱池，沉澱後的出水經微濾系統過濾去除大分子溶解性有機物、大腸菌群，並進一步降低濁度；3)經微濾系統過濾後的出水進入攪拌水箱並投加阻垢劑，處理後的汙水進入電吸附裝置進行脫鹽；4)脫鹽後的出水進入儲水容器中。所述的方法，其中，汙水為城鎮汙水處理廠二級出水，汙水中C0D&含量在100mg/L以下，NH3-N含量在15mg/L以下，懸浮物含量在20mg/L以下，電導率在1500 y s/cm左右，總溶解性固體在800-1200mg/L。所述的方法，其中，混凝劑為聚合氯化鐵和聚二甲基二烯丙基氯化銨，質量比為5 I0所述的方法，其中，微濾系統的壓力為0. 05-0. 2MPa。所述的方法，其中，阻垢劑為MDC-200型阻垢劑。所述的方法，其中，電吸附裝置採用炭氣凝膠做電極材料，採用兩級模塊交替運行的方式，運行過程通過PLC進行自動控制，各模塊工作與再生能實現自動切換。本發明提供了可以對汙水深度除鹽回用的處理工藝，汙水與混凝劑一同進入渦流式管道混合器，利用混凝作用去除懸浮物、膠體、少量細菌等雜質以及磷酸鹽並降低濁度，出水進入沉澱池，沉澱後出水經中空纖維微濾膜的過濾作用去除大分子溶解性有機物、大腸菌群等，並進一步降低濁度，出水進入加藥水箱，由計量泵投加阻垢劑，防止電吸附裝置長期運行導致碳酸鈣、碳酸鎂和硫酸鈣等難溶鹽濃縮後析出結垢。預處理後的汙水進入電吸附裝置進行脫鹽，本方法的產水率能達到75%以上，除鹽率大於80%，脫鹽後的汙水可直接用於工業循環冷卻水。


圖I是本發明的裝置示意圖。附圖中主要組件符號說明I集水池；2沉澱池；3微濾系統；4攪拌水箱；5電吸附裝置；6儲水容器；7阻垢劑加藥箱；8混凝劑加藥箱；9、10計量泵；11、12、13、14、15離心泵；16、17、18、19、20、21流量計；22渦流式管道混合器；23機械攪拌裝置。
具體實施例方式本發明將預處理方法與電吸附技術相結合，提供了一種汙水深度除鹽回用的處理工藝，進一步提聞了除鹽效果。請結合圖1，是本發明的裝置示意圖集水池I通過渦流式管道混合器22連接沉澱池2，該渦流式管道混合器22還連接混凝劑加藥箱8。沉澱池2的出水口連接微濾系統3，該微濾系統3的出水口連接設有機械攪拌裝置23的攪拌水箱4，該攪拌水箱4與阻垢劑加藥箱7相連接。攪拌水箱4的出水口連接電吸附裝置5，該電吸附裝置5的出水口連接儲水容器
6。其中，集水池I與渦流式管道混合器22之間、沉澱池2出水口與微濾系統3之間、攪拌水箱4的出水口與電吸附裝置5之間、電吸附裝置5的出水口與儲水容器6之間各安裝有流量計16、18、20、21，以及離心泵11、12、13、14。渦流式管道混合器22與混凝劑加藥箱8之間、攪拌水箱4與阻垢劑加藥箱7之間各安裝有流量計17、19和計量泵9、10。沉澱池底部安裝有離心泵15。本發明的汙水深度除鹽方法如下城鎮汙水處理廠二級出水進入集水池1，經離心泵11的抽吸作用直接進入渦流式管道混合器22，由流量計16控制流速，混凝劑加藥箱8經計量泵9投加的混凝劑作用在渦流式管道混合器22內進行混凝沉澱，混凝劑的投加量由流量計17控制。沉澱所產生的絮凝體沉澱後經由沉澱池2底部的離心泵15排出。出水經離心泵12的抽吸作用進入微濾系統3，由流量計18控制流速，微濾系統3的出水進入攪拌水箱4，由計量泵10從阻垢劑加藥箱7中抽取阻垢劑後投入攪拌水箱4，攪拌水箱4內設有機械攪拌裝置23，保證進水與阻垢劑混合均勻，阻垢劑投加量由流量計19控制，投加阻垢劑的目的是防止電吸附裝置長期運行時結垢。處理後的出水經離心泵13抽入電吸附裝置5進行脫鹽，由流量計20控制流速。產生的脫鹽水經離心泵14抽入到儲水容器6中，流量由流量計21控制。本方法的產水率能達到75%以上，除鹽率大於80%，脫鹽後的汙水可直接用於工業循環冷卻水。本發明所指的汙水是來自城鎮汙水處理廠二級出水，C0D&含量在100mg/L以下，NH3-N含量在25mg/L以下，懸浮物含量在30mg/L以下，電導率在1500 u s/cm左右，總溶解性固體在1000mg/L左右。本發明的沉澱池為公知設備。本發明的混凝劑和阻垢劑投加裝置，由計量泵和內設攪拌泵的加藥箱構成，加藥泵前設濾網，出口裝設脈衝緩衝器、安全閥，溶解固體的加藥箱內宜設耐腐蝕的溶解用筐網。本發明的微濾膜的材質為聚偏氟乙烯(PVDF)，結構為中空纖維式，膜孔徑為
0.2iim，操作壓力為 0. 05-0. 2MPa。本發明的電吸附裝置，選定炭氣凝膠為電極材料，操作電壓為I. 5V，流量為2. Om3/h，整個系統運行周期由PLC實現自動化控制。實施例採用本工藝對某城市汙水處理廠二沉池出水作為原水進行脫鹽處理，原水pH值為 7. 75，濁度為 7NTU, SS 為 7. 5mg/L,電導率為 1175 u s/cm, CODcr 值為 90mg/L, TN 為22. 13mg/L，TP為0. 83mg/L，全鹽量為1150mg/L。原水進入澄清池混凝沉澱後，通過投加聚合氯化鐵去除懸浮物和膠體物質，出水再經0. 2 y m微濾膜處理後懸浮物低於5mg/L，濁度小於2NTU，C0D&值小於50mg/L，出水電導率降至500 y s/cm以下，經投加阻垢劑後，懸浮物含量和濁度有所上升，但不影響電吸附裝置的進水水質。出水進入電吸附裝置除鹽，電導率降低80%左右，產水率能達到75%以上，除鹽率大於80%，脫鹽後的汙水可直接用於工業循環冷卻水。·
權利要求
1.一種用於汙水脫鹽的裝置，主要包括 集水池通過渦流式管道混合器連接沉澱池，該渦流式管道混合器連接混凝劑加藥箱； 沉澱池的出水口連接微濾系統，該微濾系統的出水口連接攪拌水箱，該攪拌水箱與阻垢劑加藥箱相連接； 攪拌水箱的出水口連接電吸附裝置，該電吸附裝置的出水口連接儲水容器。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中，集水池與渦流式管道混合器之間、沉澱池出水口與微濾系統之間、攪拌水箱出水口與電吸附裝置之間、電吸附裝置出水口與儲水容器之間各安裝有流量計和離心泵； 渦流式管道混合器與混凝劑加藥箱之間、攪拌水箱與阻垢劑加藥箱之間各安裝有流量泵和計量泵； 沉澱池底部安裝有離心泵。
3.根據權利要求I或2所述的裝置，其中，微濾系統的材質為聚偏氟乙烯，結構為中空纖維式，膜孔徑為0.2 Pm。
4.根據權利要求I或2所述的裝置，其中，電吸附裝置採用炭氣凝膠做電極材料。
5.一種汙水脫鹽的方法，主要流程為 1)汙水與混凝劑一同進入渦流式管道混合器，利用混凝作用去除懸浮物、膠體、少量細菌以及磷酸鹽，並降低濁度； 2)渦流式管道混合器的出水進入沉澱池，沉澱後的出水經微濾系統過濾去除大分子溶解性有機物、大腸菌群，並進一步降低濁度； 3)經微濾系統過濾後的出水進入攪拌水箱並投加阻垢劑，處理後的汙水進入電吸附裝置進行脫鹽； 4)脫鹽後的出水進入儲水容器中。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，汙水為城鎮汙水處理廠二級出水，汙水中COD&含量在100mg/L以下，NH3-N含量在15mg/L以下，懸浮物含量在20mg/L以下，電導率在1500 u s/cm左右，總溶解性固體在800-1200mg/L。
7.根據權利要求5所述的方法，其中，混凝劑為聚合氯化鐵和聚二甲基二烯丙基氯化銨，質量比為5 I。
8.根據權利要求5所述的方法，其中，微濾系統的壓力為0.05-0. 2MPa。
9.根據權利要求5所述的方法，其中，阻垢劑為MDC-200型阻垢劑。
10.根據權利要求5所述的方法，其中，電吸附裝置採用炭氣凝膠做電極材料，採用兩級模塊交替運行的方式，運行過程通過PLC進行自動控制，各模塊工作與再生實現自動切換。
全文摘要
一種用於汙水脫鹽的裝置，主要包括集水池通過渦流式管道混合器連接沉澱池，該渦流式管道混合器連接混凝劑加藥箱；沉澱池的出水口連接微濾系統，該微濾系統的出水口連接攪拌水箱，該攪拌水箱與阻垢劑加藥箱相連接；攪拌水箱的出水口連接電吸附裝置，該電吸附裝置的出水口連接儲水容器。本發明還公開了汙水脫鹽的方法。本發明的汙水深度脫鹽後的產水率能達到75％以上，除鹽率大於80％，脫鹽後的汙水可直接用於工業循環冷卻水。
文檔編號C02F5/08GK102718351SQ20121024148
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月12日 優先權日2012年7月12日
發明者席北鬥, 張列宇, 張靖天, 霍守亮 申請人:中國環境科學研究院