一種基於膜集成技術的含無機磷廢水的處理工藝的製作方法
2023-10-09 12:56:14
專利名稱：一種基於膜集成技術的含無機磷廢水的處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於廢水處理技術領域，特別涉及一種基於膜集成技術的含無機磷廢水的
處理工藝。
背景技術：
中國是磷儲量最多的三個國家之一，磷是生命不可或缺的元素，包括人在內的生物體內都含有少量的磷，它是促進細胞活動的關鍵物質。在農業上磷被廣泛用於提高農作物的產量。磷有著非常廣泛的工業用途，也是許多工業生產的原料。農業生產中農田、草坪所施的含磷化肥及工業生產中含磷的廢水被排放等是導致湖泊、河流和溪流汙染的主要原因。磷酸鹽很容易被植物利用，並由光合作用轉化為蛋白質，所以天然地表水中不會發現高濃度的磷。就目前情況而言，水體中高含量的磷主要是由於未處理的含磷廢水直接排放到自然界中引起的，富裕的磷將導致水體富營養化(若水體中的總磷含量超過20mg/L 時，即可認為水體富營養化)。水體富營養化會造成水藻大量繁殖，水藻汙染可以導致淡水生態系統失衡和水質下降，水藻死亡後會將更多的磷釋放到水中，對魚類等水生動植物以及依賴清潔水源的動物和人類構成嚴重威脅。2001年《中國海洋環境質量公告》報導，2001年，全國海域海水中磷酸鹽中度汙染海域面積約13110平方公裡，嚴重汙染海域面積約9232平方公裡。東海、黃海海域頻頻發生「赤潮」，也是水體富營養化的一個嚴重後果。僅此，2001年造成我國的漁業損失為123 億元人民幣.另外，據統計，我國90%以上的城市湖泊和內陸湖泊也在不同程度上被磷汙染。鑑於磷的危害，我國已把磷列為II類汙染控制排放物。選用合適的方法集中對城市的生活外排水及與磷相關的工業外排水進行回收處理，既是保護我國良好的水域生態、自然環境的需要，也是維護我國漁業生產資源、穩定發展國民經濟的需要。膜分離集成技術由於無相變、低能耗、設備模塊化、操作方便安全、啟動快、運行可靠性高、不汙染環境、投資少等優點，而廣泛應用於各領域中用於物質的分離和提純。在廢水治理方面，膜分離集成技術已得到了廣泛的重視，使用膜分離集成技術進行廢水處理的一個難點是如何對膜分離後的濃縮物進行處理，從而實現真正意義上的零汙染排放。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種基於膜集成技術的含無機磷廢水的處理工藝，其可實現真正意義上的零汙染排放，且工藝成本低。為解決以上技術問題，本發明採取如下技術方案
一種基於膜集成技術的含無機磷廢水的處理工藝，所述的含無機磷廢水被收集於廢水收集池中，其pH為10 12，總硬度小於等於50ppm，總鐵小於等於0. 8ppm,耗氧量小於等於lOOppm，氯化物含量小於等於lOOppm，磷酸根離子含量小於等於200ppm，電導小於等於 7000 μ s/cm，所述處理工藝包括(1)、物化處理在沉澱池中，向所述含無機磷廢水中加入化學藥劑以使至少部分總磷轉化為磷酸鹽沉澱以及選擇性地加入混凝劑進行混凝沉澱，所述的處理工藝還包括對經過步驟(1)處理後的上清液依次進行如下步驟的處理
(2)、粗過濾所述粗過濾是指通過過濾除去上清液中粒徑大於等於5微米的大顆粒懸浮物獲得初級澄清液，調節pH至7 8 ；
(3)、圓形疊片微濾膜分離所述圓形疊片微濾膜分離在清水池中進行，採用浸入式平板微濾分離膜設備，該浸入式平板微濾分離膜設備利用負壓抽吸使所述初級澄清液透過微濾膜，所述微濾膜能夠截留初級澄清液殘留的粒徑大於等於0. 03微米的懸浮雜質及絕大部分不溶性有機物而獲得清水，在進行微濾膜分離時，所述微濾膜是不斷旋轉著的，並且還同時通入壓縮空氣來衝刷微濾膜表面，被截留的初級澄清液定期回流至廢水收集池中；
(4)、一級納濾膜分離使上述清水連續通過一級納濾膜設備進行分離獲得70% 90% 的透過液和10% 30%的濃縮液，所述一級納濾膜設備選用截留高價離子而允許一價離子透過、總磷除去能力大於等於98%的納濾膜，通過一級納濾膜分離能夠截留部分有機物及絕大部分的高價離子，所得濃縮液的一部分在所述一級納濾膜設備中循環，剩餘部分回流至廢水收集池中；
(5)、反滲透膜分離所述反滲透膜分離是使一級納濾膜分離所得透過液連續通過反滲透膜分離系統進行反滲透分離獲得透析液和濃縮液，所述透析液能夠直接用於磷化工生產工藝用水、冷卻循環的補充水及鍋爐用水；
(6)、二級納濾膜分離所述二級納濾膜分離是使反滲透膜分離所得濃縮液連續通過二級納濾膜設備進行濃縮獲得澄清液和濃縮液，所述二級納濾膜設備採用有機物截留率在 98%以上的納濾膜，所得澄清液回流至反滲透膜分離系統之前；所述的濃縮液進入到多效蒸發設備，蒸汽經冷凝回收，結晶物通過離心機分離後回收或外運，分離液再蒸發。本發明進一步實施如下
步驟(1)的具體實施過程為將廢水收集池中的含無機磷廢水通入渦流反應器中，加入化學藥劑和選擇性的混凝劑，使大部分溶解在水中的總磷含量轉化為磷酸鹽固態沉澱物，磷酸鹽固態沉澱物在沉澱池中發生沉澱，由分離設備進行固液分離，所得固態物質可由化肥廠回收生產肥料；所述液態物質回流至廢水收集池中。所述的化學藥劑為石灰，其將溶解在水中的總磷轉化為磷酸鈣而沉澱。化學藥劑的加入量以控制初級澄清液的總磷含量低於20ppm為準。步驟(2)採用所述平板圓形疊片微濾分離膜設備進行分離時，所述圓形疊片微濾膜的膜片中心孔被出水總管夾緊，並出水管相連通，圓形疊片微濾膜的外端自由伸展在水中，且在通入的空氣的作用下產生振動，通過膜片的旋轉以及膜片的振動，可以有效防止汙染物沾粘在膜表面，從而達到防止、減輕和延緩膜表面的汙染。通過膜片的旋轉以及膜片的振動，可以有效防止汙染物沾粘在膜表面，從而達到防止、減輕和延緩膜表面的汙染。優選地，所述平板圓形疊片微濾分離膜設備採取連續脈衝間歇性的低壓過濾工作模式以進一步延長微濾膜表面的汙染，此外還可選擇性地配置高位自流在線清洗裝置，其可在不影響系統正常運行的情況下，對微濾膜組件進行化學清洗。步驟(2)中各具體的工藝參數條件的選擇應能滿足控制清水的汙染指數小於等於2的要求。步驟(3)中，進行所述一級納濾膜分離時，透過液和濃縮液比例優選為4 :1。濃縮液的一部分在內循環，可提高納濾膜的回收率；剩餘部分回流至廢水收集池中，再經過步驟(1)的處理後，高價離子轉化為沉澱，避免了廢水回用過程中的離子富集現象。步驟(4)中，所述反滲透膜分離系統包括進液泵系統、反滲透膜裝置以及濃縮液循環排放系統，所述的進液泵系統包括低壓啟動泵和高壓串聯進液泵，在進行反滲透膜產生分離之前，由低壓泵向反滲透裝置泵入一級納濾膜分離所得透過液，進行低壓循環衝刷，衝刷的水回流到低壓啟動泵前的儲存水箱中，此時高壓串聯進液泵被自動啟動，回流的水的回流點自動切換至高壓串聯進液泵進口形成內循環，循環管路上設置定量排放口，濃縮液進入後續處理設備，反滲透膜在高壓泵的作用下透析出透析液。採取該實施方式，可以減少反滲透膜表面汙染，降低膜表面的濃差極化，同時提高回收率。步驟(6)中，所述二級納濾膜的濃縮倍數可以為3 10倍。通過二級納濾膜的濃縮，有效地降低了濃縮液的體積，減少了多效蒸發器的蒸汽使用量。由於以上技術方案的實施，本發明與現有技術相比具有如下優點
本發明的處理工藝解決了對膜分離後的濃縮物的處理問題，以較低的成本實現了真正意義上的零汙染排放。
圖1為根據本發明的含無機磷廢水的處理工藝的工藝流程圖； 圖2為根據發明的含無機磷廢水的處理工藝的水量平衡圖。
具體實施例方式下面結合具體的實施例對本發明做進一步詳細的說明，但本發明不限於以下實施例。本實施例所涉及的含無機磷廢水的處理規模為綜合廢水量2000m3/d，設計處理總水量為2500 m3/d。含無機磷廢水的水質如下
外觀清澈無異味濁度3 pH 值11 12 總硬度50ppm 總鐵彡0. 8ppm 耗氧量IOOppm 氯化物IOOppm 磷酸根200ppm 電導彡 7000us/cm 要求回用水的水質如下 外觀無色無味濁度2 pH 值6. 5 8. 5 總硬度450ppm 總鐵彡0. 03ppm 耗氧量3ppm
6氯化物50ppm 磷酸根彡3ppm 電導200 300us/cm
參見圖1所示的工藝流程和圖2所示的水量平衡圖，本發明處理工藝主要步驟如下 (1)、物化處理將廢水收集池中的含無機磷廢水經廢水泵打入渦流反應器中，加入石灰和PAC混凝劑，使大部分溶解在水中的總磷含量轉化為磷酸鹽固態沉澱物，磷酸鹽固態沉澱物在沉澱池中發生沉澱，由分離設備進行固液分離，所得固態物質由化肥廠回收生產肥料；所述液態物質回流至廢水收集池中。經過該步驟處理後，沉澱池中的上清液中的總磷含量低於20ppm。(2)、粗過濾將步驟(1)所得上清液經粗濾裝置過濾除去上清液中粒徑大於等於 5微米的大顆粒懸浮物獲得初級澄清液，通過加入鹽酸調節初級澄清液的pH至7 8 ；
(3)、圓形疊片微濾膜分離將浸入式平板圓形疊片微濾分離膜設備的平板微濾分離膜放置在清水池中，平板微濾分離膜設備包括平板微濾膜裝置以及輔助裝置例如減速機，平板圓形疊片微濾膜裝置主要包括微濾水箱、浸沒在微濾水箱中的平板微濾膜，微濾膜的膜片的一端固定，一端自由伸展在水中，微濾膜組件連接有減速機和電機，在工作時可被驅動旋轉。平板微濾膜裝置利用負壓抽吸泵使膜兩側形成壓差，高壓側的廢水經微濾膜向負壓側流動，微濾出水進行到中間水箱。微濾膜截留廢水中的大顆粒物質(分子量> 10萬或粒徑> 0.03 um的顆粒)、膠體、部分有機物及懸浮狀態的磷酸鹽，膜在水中的自動旋轉具有自清洗功能，定時的氣體反衝能迅速恢復膜的過濾通量。微濾水箱中被截留的懸浮物質會越積越多，該些物質可定期回流到廢水收集池，通過原廢水處理系統處理。平板微濾膜工作時無汙水排放，反衝洗採用氣洗方式，只有進行化學清洗時有酸鹼廢水排放。另外，平板微濾分離膜設備採取連續脈衝間歇性的低壓過濾工作模式以進一步延長微濾膜表面的汙染。 對於汙染特別嚴重的微濾膜，可配置高位自流在線清洗裝置，可在不影響系統正常運行的情況下，對微濾膜組件進行化學清洗以恢復膜的使用性能。經過該步驟的處理，所得清水的汙染指數SDI小於2。(4)、一級納濾膜分離所述一級納濾膜分離是使上述清水連續通過一級納濾膜設備進行分離獲得80%的透過液和20%的濃縮液，所述一級納濾膜設備選用日東電工製造的聚醯胺複合膜，型號ESNA，該納濾膜能夠截留高價離子而允許一價離子透過、總磷除去能力大於等於98%，通過一級納濾膜分離能夠截留部分有機物及絕大部分的高價離子，所得濃縮液的一部分在所述一級納濾膜設備中循環，剩餘部分回流至廢水收集池中；
(5)、反滲透膜分離所述反滲透膜分離是使一級納濾膜分離所得透過液連續通過反滲透膜分離系統進行反滲透分離獲得透析液和濃縮液，所述透析液能夠直接用於磷化工生產工藝用水、冷卻循環的補充水及鍋爐用水。反滲透膜分離系統包括進液泵系統、反滲透膜裝置以及濃縮液循環排放系統，所述的進液泵系統包括低壓啟動泵和高壓串聯進液泵，在進行反滲透膜產生分離之前，由低壓泵向反滲透裝置泵入一級納濾膜分離所得透過液，進行低壓循環衝刷，衝刷的水回流到低壓啟動泵前的儲存水箱中，此時高壓串聯進液泵被自動啟動，回流的水的回流點自動切換至高壓串聯進液泵進口形成內循環，循環管路上設置定量排放口，濃縮液進入後續處理設備，反滲透膜在高壓泵的作用下透析出透析液。採取該實施方式，可以減少反滲透膜表面汙染，降低膜表面的濃差極化，同時提高回收率。本例中，反滲透膜選用寬流道、耐鹼洗、抗汙染、自動排氣的聚醯胺複合膜，可市購得到。(6)、二級納濾膜分離所述二級納濾膜分離是使反滲透膜分離所得濃縮液連續通過二級納濾膜設備進行濃縮獲得澄清液和濃縮液，濃縮倍數為4倍，所述二級納濾膜設備採用日東電工製造的型號為ESNA的聚醯胺複合膜，其有機物截留率在98%以上，所得澄清液回流至反滲透膜分離系統之前；所述的濃縮液進入到三效蒸發器，蒸汽經冷凝回收，結晶物通過離心機分離後回收或外運，分離液再蒸發。含無機磷廢水經過本發明上述步驟處理後，全部回收再利用，實現了廢水零排放， 而且廢水中的磷也被回收用於化肥廠的化肥生產。上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明做出的任何修改和改變，都應當落入本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種基於膜集成技術的含無機磷廢水的處理工藝，所述的含無機磷廢水被收集於廢水收集池中，其PH為10 12，總硬度小於等於50ppm，總鐵小於等於0. 8ppm，耗氧量小於等於lOOppm，氯化物含量小於等於lOOppm，磷酸根離子含量小於等於200ppm，電導小於等於7000 μ s/cm，所述處理工藝包括(1)、物化處理在沉澱池中，向所述含無機磷廢水中加入化學藥劑以使至少部分總磷轉化為磷酸鹽沉澱以及選擇性地加入混凝劑進行混凝沉澱， 其特徵在於所述的處理工藝還包括對經過步驟(1)處理後的上清液依次進行如下步驟的處理(2)、粗過濾所述粗過濾是指通過過濾除去上清液中粒徑大於等於5微米的大顆粒懸浮物獲得初級澄清液，調節pH至7 8 ；(3)、微濾膜分離所述圓形疊片浸沒式微濾膜分離在清水池中進行，採用浸入式平板圓形疊片微濾分離膜設備，該浸入式平板圓形疊片微濾分離膜設備利用負壓抽吸使所述初級澄清液透過微濾膜，所述微濾膜能夠截留初級澄清液殘留的粒徑大於等於0. 03微米的懸浮雜質及絕大部分不溶性有機物而獲得清水，在進行微濾膜分離時，所述微濾膜是不斷旋轉著的，並且還同時通入壓縮空氣來衝刷微濾膜表面，被截留的初級澄清液定期回流至廢水收集池中；(4)、一級納濾膜分離所述一級納濾膜分離是使上述清水連續通過一級納濾膜設備進行分離獲得70% 90%的透過液和10% 30%的濃縮液，所述一級納濾膜設備選用截留高價離子而允許一價離子透過、總磷除去能力大於等於98%的納濾膜，通過一級納濾膜分離能夠截留部分有機物及絕大部分的高價離子，所得濃縮液的一部分在所述一級納濾膜設備中循環，剩餘部分回流至廢水收集池中；(5)、反滲透膜分離所述反滲透膜分離是使一級納濾膜分離所得透過液連續通過反滲透膜分離系統進行反滲透分離獲得透析液和濃縮液，所述透析液能夠直接用於磷化工生產工藝用水、冷卻循環的補充水及鍋爐用水；(6)、二級納濾膜分離所述二級納濾膜分離是使反滲透膜分離所得濃縮液連續通過二級納濾膜設備進行濃縮獲得澄清液和濃縮液，所述二級納濾膜設備採用有機物截留率在 98%以上的納濾膜，所得澄清液回流至反滲透膜分離系統之前；所述的濃縮液進入到多效蒸發設備，蒸汽經冷凝回收，結晶物通過離心機分離後回收或外運，分離液再蒸發。
2.根據權利要求1所述的處理工藝，其特徵在於步驟(1)的具體實施過程為將廢水收集池中的含無機磷廢水通入渦流反應器中，加入化學藥劑和選擇性的混凝劑，使大部分溶解在水中的總磷含量轉化為磷酸鹽固態沉澱物，磷酸鹽固態沉澱物在沉澱池中發生沉澱，由分離設備進行固液分離，所得固態物質可由化肥廠回收生產肥料；所述液態物質回流至廢水收集池中。
3.根據權利要求1或2所述的處理工藝，其特徵在於所述的化學藥劑為石灰。
4.根據權利要求1或2所述的處理工藝，其特徵在於控制所述初級澄清液的總磷含量低於20ppm。
5.根據權利要求1所述的處理工藝，其特徵在於採用所述平板圓形疊片微濾分離膜設備進行分離時，所述圓形疊片微濾膜的膜片中心孔被出水總管夾緊，並出水管相連通，圓形疊片微濾膜的外端自由伸展在水中，且在通入的空氣的作用下產生振動，產生自清潔效^ ο
6.根據要求1所述的處理工藝，其特徵在於所述平板圓形疊片微濾分離膜設備採取連續脈衝間歇性的低壓過濾工作模式，且配置了對微濾膜組件進行化學清洗的高位自流在線清洗裝置。
7.根據權利要求1或5或6所述的處理工藝，其特徵在於控制清水的汙染指數小於等於2。
8.根據權利要求1所述的處理工藝，其特徵在於進行所述一級納濾膜分離時，控制透過液和濃縮液比例為4:1。
9.根據權利要求1所述的處理工藝，其特徵在於所述反滲透膜分離系統包括進液泵系統、反滲透膜裝置以及濃縮液循環排放系統，所述的進液泵系統包括低壓啟動泵和高壓串聯進液泵，在進行反滲透膜產生分離之前，由低壓泵向反滲透裝置泵入一級納濾膜分離所得透過液，進行低壓循環衝刷，衝刷的水回流到低壓啟動泵前的儲存水箱中，此時高壓串聯進液泵被自動啟動，回流的水的回流點自動切換至高壓串聯進液泵進口形成內循環，循環管路上設置定量排放口，濃縮液進入後續處理設備，反滲透膜在高壓泵的作用下透析出透析液。
10.根據權利要求1所述的處理工藝，其特徵在於所述二級納濾膜的濃縮倍數為3 10倍。
全文摘要
本發明涉及一種基於膜集成技術的含無機磷廢水的處理工藝，所述的含無機磷廢水被收集於廢水收集池中，其pH為10～12，總硬度小於等於50ppm，總鐵小於等於0.8ppm，耗氧量小於等於100ppm，氯化物含量小於等於100ppm，磷酸根離子含量小於等於200ppm，電導小於等於7000μs/cm，所述處理工藝包括依次進行的物化處理、粗過濾、圓形疊片浸沒式微濾膜分離、一級納濾膜分離、反滲透膜分離和二級納濾膜分離，最後對濃縮液進行多效果蒸發，回收結晶物。本發明的處理工藝解決了對膜分離後的濃縮物的處理問題，以較低的成本實現了真正意義上的零汙染排放。
文檔編號C02F1/44GK102173519SQ20111006579
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月18日 優先權日2011年3月18日
發明者項振榮 申請人:太倉華辰淨化設備有限公司, 項振榮