一種催化劑汙水零排放處理系統的製作方法

2023-10-11 00:52:34

本實用新型涉及一種汙水處理系統，尤其涉及一種催化劑汙水零排放處理系統。

背景技術：

國內工業領域存在用水效率低、需求增長快、水汙染嚴重等問題，隨著國家對環境保護的要求日趨嚴格，工業領域推行汙水零排放是國家可持續發展的必然趨勢。在石油化工催化劑生產過程中產生的廢水已經成為制約催化劑發展的重要瓶頸之一，由於此類廢水成分特殊，處理難度大，往往需要開發特殊的處理方法實現零排放的目的。

石油化工催化劑汙水在其組成上的特殊性表現在：汙水氨氮含量高，鹽分含量高，COD較低，含有一定量的矽類物質。一般情況下，高氨氮汙水經過吹脫處理後與低氨氮汙水混合進入一級預處理，包括pH調節和混凝沉澱，經過混凝沉澱的汙水進入二級生化處理，去除剩餘的氨氮和COD，二級生化處理在效果理想的情況下可以實現COD、氨氮和懸浮物等指標的達標，但整個處理工藝對鹽分基本沒有去除，因此石化催化劑汙水零排放的主要目標就是脫鹽。

針對石化催化劑汙水，零排放技術是綜合利用汙水軟化預處理、膜分離、蒸髮結晶或乾燥等物理、化學過程，將汙水中的鹽分及固體雜質濃縮至極高濃度(90％以上)，大部分水循環回用，剩餘少量水封存在固體廢料中。目前大部分含鹽汙水零排放工藝實行兩步走的方式進行，首先對低含鹽量的汙水進行低能耗的高倍濃縮，再對濃縮後的高含鹽量的汙水進行高能耗的蒸髮結晶處理，從而可以在很大程度上降低總體零排放的處理費用。

低鹽水處理段常用的處理技術為機械過濾+脫鈣鎂技術+膜濃縮，其中機械過濾的目的是進一步去除廢水中懸浮物和膠體；脫鈣、鎂技術，主要目的是實現鈣、鎂的去除，防止後續處理段結垢問題，針對石化催化劑汙水還需要增加除矽的過程；膜濃縮是將鹽水濃縮進一步提高水的回用率。高含鹽量的汙水進入下一階段，該段常用處理技術為機械蒸發或蒸發塘，其中機械蒸發是利用蒸汽實現鹽的結晶，蒸發塘是利用太陽能，在自然條件下將高濃鹽水逐漸蒸發，實現鹽的結晶。目前，濃鹽水固化多採用蒸髮結晶，主要包括多效蒸發技術和機械蒸汽再壓縮技術，這兩類技術工藝成熟，可根據實際情況，選擇合適的蒸發技術。

目前，低鹽水的除鹽方法有離子交換法、膜分離法(主要指超濾-反滲透的雙膜法)、電滲析法等。同時，為實現以上脫鹽設備的有效穩定運行，還需要對來水進行一定的預處理，例如採用混凝沉澱、多介質過濾、活性炭吸附等工藝，目的是去除來水中的懸浮物、膠體物質，當採用膜法作為脫鹽工藝時，還需要對來水進行軟化處理，去除汙水中的鈣、鎂、矽等物質，抑制此類物質對膜的汙染。

上述現有技術的缺點；

離子交換法存在著設備佔地面積大、系統操作維護頻繁複雜的問題。並且，離子交換樹脂一旦吸附飽和，就需要再生，產生大量的再生廢液，出水水質也因此呈周期性波動，再生時需要投加絮凝劑和耗費大量的酸鹼，不利於環境保護；同時，離子交換器多為直徑較大的罐體，體積大、重量大，不便於運輸及安裝調試，施工周期長。

膜分離法對膜的質量和來水的要求很高，首先需要將有機物含量降到很低，否則有機物會在膜濃縮中形成汙堵，使膜壽命縮短、產水量下降，廢水的硬度會在膜濃縮中升高，易結晶，並在膜上結垢，使膜失去濃縮能力。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種流程合理、處理效果穩定、成本低廉、操作簡便、易於管理的催化劑汙水零排放處理系統。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

本實用新型的催化劑汙水零排放處理系統，包括依次連接的高密度澄清池、高密池產水箱、多介質過濾器、弱酸陽床、弱酸陽床產水箱、脫碳塔、脫碳塔產水箱、電滲析裝置組件，所述電滲析裝置組件包括電滲析裝置，所述電滲析裝置連接有淡水箱、電極液箱、濃水箱、電滲析產水箱，所述脫碳塔水箱通過提升泵與所述淡水箱連接，所述電滲析產水箱通過高壓泵與所述反滲透裝置連接。

由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型實施例提供的催化劑汙水零排放處理系統，流程合理、處理效果穩定、成本低廉、操作簡便、易於管理。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的催化劑汙水零排放處理系統的結構示意圖。

圖中：

1-高密度澄清池，2-攪拌，3-高密池產水箱，4-多介質過濾器，5-弱酸陽床，6-弱酸陽床產水箱，7-脫碳塔，8-脫碳塔水箱，9-提升泵，10-電滲析裝置，11-淡水箱，12-電極液箱，13-濃水箱，14-電滲析產水箱，15-高壓泵，16-反滲透裝置。

具體實施方式

下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型的保護範圍。

本實用新型的催化劑汙水零排放處理系統，其較佳的具體實施方式是：

包括依次連接的高密度澄清池、高密池產水箱、多介質過濾器、弱酸陽床、弱酸陽床產水箱、脫碳塔、脫碳塔產水箱、電滲析裝置組件，所述電滲析裝置組件包括電滲析裝置，所述電滲析裝置連接有淡水箱、電極液箱、濃水箱、電滲析產水箱，所述脫碳塔水箱通過提升泵與所述淡水箱連接，所述電滲析產水箱通過高壓泵與所述反滲透裝置連接。

所述高密度澄清池前端的混合區和反應區分別設置攪拌裝置，沉澱分離區設置斜管沉澱裝置，集泥鬥的出泥管與所述反應區相連，高密池出水由出水堰收集後通過出水口與所述高密池產水箱相連；

所述高密池產水箱與所述多介質過濾器之間連接有提升泵；

所述多介質過濾器內部填裝包括鵝卵石、石英砂、錳砂的多介質濾料；

所述弱酸陽床內部填充弱酸性陽離子交換樹脂；

所述弱酸陽床產水箱與所述脫碳塔之間連接有提升泵；

所述脫碳塔內部填充填料，底部設有風機，頂部設有尾氣排出口。

所述淡水箱的出水口通過泵與所述電滲析裝置的各淡水室連接，所述淡水室的出水口與所述淡水箱和電滲析產水箱分別連接，所述濃水箱的出水口通過泵與所述電滲析裝置的各濃水室連接，所述濃水室的出水口與所述濃水箱和濃縮水排水口分別連接，所述電極液箱的硫酸鈉電極液出口通過泵與所述電滲析裝置的陰極室和陽極室連接，所述陰極室和陽極室的電極液回流口與所述電極液箱連接。

所述反滲透裝置設置濃水回流口和回用水出口。

本實用新型的催化劑汙水零排放處理系統，著重在低鹽水處理階段。此階段的主要目的是儘可能的將廢水的鹽分提高，減小後續蒸發器的規模，降低投資和運行成本。

本實用新型針對石化催化劑汙水的特點，及對石化催化劑汙水零排放鹽濃縮的要求，採用「軟化澄清-多介質過濾-弱酸陽床-脫碳塔」的預處理系統，可以最大限度的將汙水中的有機物、懸浮物、結垢物質等雜質去除，採用「電滲析-反滲透」的主體脫鹽系統可以將進水中的鹽分濃縮到較高濃度，並且保證產水水質良好。該汙水零排放處理系統預處理工藝選擇合理，鹽濃縮效率高，產水水質良好，可以大大節省後端濃鹽水蒸發濃縮的投資和運行成本，是石化催化劑汙水零排放的較佳處理系統。流程合理、處理效果穩定、成本低廉、操作簡便、易於管理。

本實用新型是通過以下處理系統實現對石化催化劑汙水進行鹽濃縮的：

該系統包括高密度澄清池、多介質過濾器、弱酸陽床、脫碳塔、電滲析和反滲透裝置。石化催化劑汙水經過一級預處理和二級生化處理後出水進入本實用新型涉及的高密度澄清池內，高密度澄清池由混合區、反應區和沉澱/濃縮區組成，在混合區和反應區設置機械攪拌，在混合區投加絮凝劑、助凝劑、碳酸鈉、除矽鎂劑等藥劑，完成懸浮物、鈣鎂矽等物質的同步去除，汙水與藥劑混合進入反應區，在一定頻率的攪拌作用下完成混凝反應，懸浮物和膠體絮凝，鈣鎂矽等離子形成沉澱析出，形成礬花；礬花進入沉澱區，沉澱區採用逆流式斜管沉澱方式，在此完成泥水分離，汙泥一部分回流到反應區內維持反應區的汙泥濃度，一部分外排。

高密度澄清池的出水與高密池水箱相連，由提升泵將汙水泵入多介質過濾器，過濾器內填充濾料，汙水中殘留的懸浮物和濁度進一步降低；多介質過濾器出水與弱酸陽床相連，弱酸陽床內填裝弱酸性陽離子交換樹脂，進一步去除汙水中剩餘的鈣鎂等陽離子。多介質過濾器設置氣水反衝洗系統；弱酸陽床設置離子交換樹脂再生系統。

弱酸陽床出水進入弱酸陽床產水罐，由提升泵將汙水泵入脫碳塔，在脫碳塔內用鹽酸將汙水pH降低後，採用空氣吹脫的方式將汙水中的二氧化碳、碳酸根的濃度降低，減緩後續裝置結垢。脫碳塔出水進入脫碳塔產水罐。

脫碳塔產水由提升泵泵入電滲析裝置的淡水箱中，淡水箱出水由高壓泵泵入電滲析的淡水室，淡水室出水一部分回流到淡水箱中，一部分作為電滲析產水進入電滲析產水罐。濃水箱的濃縮水由高壓泵泵入電滲析的濃水室，濃水室出水一部分回流到濃水箱，一部分作為濃鹽水進入蒸髮結晶工序。電極液箱的電極液由泵打入陽極室和陰極室，再從陽極室和陰極室循環回流至電極液箱中。電滲析各室之間由陰、陽離子透過膜相隔。陽極室和陰極室分別設置電極材料。在電極上加直流電場，使淡水室的陰陽離子實現定向遷移，完成鹽水的高倍濃縮和分離。

電滲析產水進入產水罐後通過高壓泵加壓泵入反滲透裝置。在高壓泵提供的滿足反滲透運行的壓力作用下，大部分水分子和微量其它離子透過反滲透膜，經收集後成為產品水，通過產水管道進入產水箱；水中的大部分鹽分和膠體、有機物等不能透過反滲透膜，殘留在少量濃水中，由濃水管排出回到前端生化系統內。在反滲透裝置停運時，由程序控制自動衝洗3～5分鐘，以免濃水側汙染物、鹽分等沉積在膜表面，使反滲透膜在停機時能夠得到有效的保養。反滲透膜經過長期運行後，會積累某些難以衝洗的汙垢，如有機物、無機鹽結垢等，造成反滲透膜性能下降。這類汙垢必須使用化學藥品進行清洗才能去除，以恢復反滲透膜的性能。

與現有技術相比，本系統具有以下有益的技術效果：

以「高密度澄清池-多介質過濾器-弱酸陽床-脫碳塔」為主體的預處理系統，可以有效的去除包含有機物、懸浮物、膠體、鈣、鎂、矽等各類雜質，可以有效的減緩後端電滲析膜和反滲透膜的汙堵。

以「電滲析-反滲透」為主體的鹽濃縮和分離系統，可以最大限度的將原水鹽分濃縮到較高程度，與傳統電滲析過程不同，本系統在正常運行生產過程中，原料水進入淡水槽，經泵輸入電滲析膜堆，而後返回淡水槽，在溢流側形成脫鹽水產品；在電滲析膜堆中電場作用下，鹽分離子和水分子遷移進入濃水室，隨著循環濃縮水返回濃水槽，溢流形成濃縮水產品，而濃水槽則無需原料水補充。電滲析的濃水總懸浮固體可以達到20000mg/L以上，反滲透產水總懸浮固體可以達到300mg/L以下。

具體實施例：

以下將結合附圖，對本實用新型較佳實施例進行較為詳細的說明。

見圖1，本實用新型的石化催化劑汙水零排放脫鹽系統主體設備，包括高密度澄清池1、高密池產水箱3、多介質過濾器4、弱酸陽床5、弱酸陽床產水箱6、脫碳塔7、脫碳塔產水箱8、電滲析裝置10～14、反滲透裝置16。高密度澄清池1前端的混合區和反應區分別設置攪拌裝置2，沉澱分離區設置斜管沉澱，集泥鬥的出泥管與反應區相連，可由泵將集泥鬥汙泥回流到反應區內，高密池出水由出水堰收集後從出水口流出，出水口與高密池產水箱3相連。高密池產水箱出水口連接提升泵9，提升泵出口與多介質過濾器4的進水口相連，多介質過濾器4內部填裝鵝卵石、石英砂、錳砂作為多介質濾料，經過濾後的出水口與弱酸陽床5的進水口相連，弱酸陽床5內部填充弱酸性陽離子交換樹脂，弱酸陽床5的出水口與弱酸陽床產水箱6相連。弱酸陽床產水箱6出水口連接提升泵9，提升泵9出水口與脫碳塔7頂部進水口相連，在脫碳塔7內部填充填料，由風機向脫碳塔7底部鼓風，吹脫後的尾氣從脫碳塔7頂部排出，脫碳塔7底部出水管與脫碳塔產水罐8相連。脫碳塔產水箱8出水口與提升泵9相連，提升泵9的出水口與電滲析裝置的淡水箱11相連，淡水箱11出水由泵打入電滲析裝置10的各淡水室內，從淡水室出水管一部分回流到淡水箱11，一部分作為電滲析產水進入電滲析產水箱14，電滲析濃水箱13出水由泵打入到電滲析裝置10的各濃水室內，從濃水室出水管一部分回流到濃水箱13，一部分作為濃縮水排水進入蒸髮結晶工序；在電極液箱12中配置硫酸鈉電極液，電極液由泵打入到陰極室和陽極室內，從陰極室和陽極室出來的電極液回流到電極液箱12中。電滲析產水箱14的出水口與高壓泵15相連，高壓泵15的出水進入反滲透裝置16中，反滲透出水作為產水回用，反滲透的濃水通過管線回流到前端生化處理系統內。

經過本實用新型所提供的裝置處理該實例中的汙水，經過濃縮的電滲析濃水總懸浮固體濃度可達到20000mg/L以上，反滲透產水的總懸浮固體可達到300mg/L以下。

本實用新型的特點及優點是：

本實用新型採用「高密度澄清池-多介質過濾-弱酸陽床-脫碳塔」的預處理系統，可以為後面的電滲析-反滲透的主體脫鹽系統創造良好的條件，減緩電滲析的陰陽離子膜和反滲透的反滲透膜的汙染和堵塞，從而提高系統的穩定性。另外，電滲析作為該系統的膜濃縮單元，具有可以保持連續運行、投資費用省，運行能耗低，不需消耗蒸汽，低溫低壓條件下實現高倍濃縮，操作維護簡單，佔地面積小等特點。反滲透作為該系統最終的處理單元，其產水水質良好，可以直接回用於生產。

經試驗證明，該系統用於石化催化劑汙水的零排放脫鹽處理，經過濃縮的電滲析濃水總懸浮固體濃度可達到20000mg/L以上，大大降低了後段蒸發濃縮工序的投資和運行費用，反滲透產水的總懸浮固體可達到300mg/L以下，達到回用的水質要求。是石化催化劑汙水零排放鹽濃縮過程的較佳技術方案。

本實用新型以「高密度澄清池-多介質過濾-弱酸陽床-脫碳塔」為主體的預處理+以「電滲析-反滲透」為主的鹽濃縮和膜分離裝置處理石化催化劑汙水，實現此類汙水的零排放。其特徵在於採用高密度澄清池可集絮凝、沉澱，去除懸浮物、膠體和鈣鎂離子於一身，在經過過濾和弱酸陽床的離子交換及脫碳，可以將大部分對膜有汙堵的物質去除。另外，電滲析裝置的特徵在於原料水進入淡水槽，經泵輸入電滲析膜堆，而後返回淡水槽，在溢流側形成脫鹽水產品；在電滲析膜堆中電場作用下，鹽分離子和水分子遷移進入濃水室，隨著循環濃縮水返回濃水槽，溢流形成濃縮水產品，而濃水槽則無需原料水補充。電滲析+反滲透的組合一方面提高濃縮水的鹽分，另一方面保證產水水質。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。