CN101857321A - 反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法及设备。所述方法的步骤为：A、化学处理原水；B、分离化学处理的废水，化学处理的废水在膜分离主机入口固体含量以重量计为0.02％-15％；C、过滤分离处理的废水；D、反渗透处理过滤水。所述设备包括：反应装置、浓缩器、增压泵、分离主机、过滤器、及反渗透主机；所述的反应装置包括化学反应器和加药器；所述的分离主机为管式模分离主机。本发明的突出优点是：提高重金属离子、硬度离子、硅离子及COD的去除率；减少反渗透膜结垢，减少硅垢污染和生物性污染，阻断第二次污染；提高废水的回收率；且整机设备占地少、结构紧密、操作简单、运行费用低。
Description
技术领域
本发明涉及反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法及设备，是一种超高回收率膜系统处理与回用反渗透浓水和高含盐量复杂废水的方法及设备。
背景技术：
现有的用于污水处理的反渗透技术存在以下不足之处：
1、反渗透技术凭借其达到98％的稳定脱盐率在水脱盐处理领域得到很广泛的应用，但是其只有70～80％的回收率，使其有20～30％的反渗透浓水排放，造成水资源非常大的浪费；且反渗透浓水含有高盐量和大量的钙镁结垢离子、重金属离子、硅离子及其他特殊的物质，现阶段反渗透浓水基本上都是排放；回用反渗透浓水成为水处理应用上的一种趋势，同时也是一个技术难题。
2、高含盐量复杂废水中含有非常高的溶解固形物和大量的钙镁结垢离子、重金属离子、硅离子及其他特殊的物质，现阶段高含盐量复杂废水基本上都是简单处理后排放；回用高含盐量复杂废水成为水处理应用上的一种趋势，同时也是一个技术难题。
3、现有的关于反渗透浓水回用的技术研究，方法和原理存在一些问题。在中国专利号为ZL200920115523.5、名称为《反渗透浓水再利用装置》，及中国专利号为ZL200820232440.X、名称为《一种用膜过滤装置处理反渗透浓水》，还有中国专利号为ZL200820168798.0、名称为《反渗透浓水回收利用装置》等现有技术，在相关反渗透浓水回收利用研究中，他们共同的特点是：直接在反渗透浓水中加入阻垢剂和其他化学药剂、将PH值控制在小于9，从而抑制重金属离子及钙镁硬度离子在后面的浓水反渗透膜表面沉淀，从而达到回用反渗透浓水的目的；上述技术工艺的缺点是：靠阻垢剂和其他化学药剂抑制、分散可能引起结垢的重金属离子、硬度离子；一级反渗透浓水已经是将原水浓缩4倍后的高含盐量水，所有重金属离子、钙镁硬度离子、硅、COD和其他污染物质浓度已经非常高，早已经超出了各离子饱和浓度积，在一级反渗透系统添加了阻垢剂来就是为了阻止超过饱和浓度积而存在结垢污染；现在上述工艺技术在反渗透浓水里添加阻垢剂，存在以下问题：其一、过量的阻垢剂添加，会引起其他污染物的生成，造成第二次污染；其二、离子浓度太高，而阻垢剂无法达到阻垢目的；其三、不具有对COD去除效果；其四、反渗透系统回收率低。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术的缺点，提供一种反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法及设备，提高重金属离子、硬度离子、硅离子及COD的去除率；减少反渗透膜结垢，减少硅垢污染和生物性污染，阻断第二次污染；提高废水的回收率；且整机设备占地少、结构紧密、操作简单、运行费用低。
本发明的一种反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法技术方案，包括下述步骤：
A、化学处理原水：将反渗透浓水和高含盐量复杂的废水，即原水注入到具有化学反应器和通过加药器加入药剂的反应装置中进行化学处理并提高PH值，反应生成絮体颗粒悬浮于水中以及使原水软化；
B、分离化学处理的废水：将化学处理的废水注入浓缩器，然后一路经过增压泵注入分离主机，另一路排至含泥污水处理装置；分离主机对化学处理的废水中的絮体颗粒进行固液分离处理，排出分离出来的絮体颗粒物，并将经分离处理的废水送至下一步骤处理；所述的分离处理，其分离主机为管式膜分离主机，化学处理的废水在膜分离主机入口固体含量以重量计为0.02％-15％；
C、过滤分离处理的废水：分离主机处理后的废水经提升泵升压，经过过滤器后再由高压泵加压，进入反渗透主机；
D、反渗透处理过滤水：用反渗透主机对经过化学处理、分离、过滤处理的软化透过液进行反渗透处理，包括分离、脱盐，最后生产出供回收利用的净化水产品。
本发明所述的原水，其中的污染物质包括有重金属离子、硅离子、钙、镁类硬度离子、氟、COD中的一种或多种物质。
本发明所述的化学处理的废水在分离主机入口处流速为1-10米/秒。
本发明所述的化学反应器有一个或两个，各自至少有一个加药器；经化学反应后注入到浓缩器的化学反应后的废水PH值在9.0～12。
本发明所述的化学处理原水步骤中，加入药剂至少有一组或两组，第1组成份为碱性药剂，包括石灰或碱，加入到第1化学反应器中，用于提高PH值、对原水进行软化；软化过程中生成的絮体颗粒经过分离主机进行固液分离除去；第2组的成份为硫化物、PAM，加入到第2化学反应器中，用于去除化学反应器未能软化的重金属离子。
本发明所述的含泥污水处理，是将浓缩器中含泥污水经污泥泵送至污泥浓缩池中，然后将浓缩污泥送至污泥压滤机压制成形，并将污泥浓缩池上清液、污泥压滤机中滤液回流到化学反应器中进行再处理。
本发明一种反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用设备，包括：与原水联通的反应装置、浓缩器、增压泵、分离主机、过滤器、及反渗透主机；所述的反应装置包括化学反应器和加药器，用于将原始废水中的的污染物质反应生成絮体颗粒悬浮于水中并软化原始废水；所述的分离主机为管式模分离主机，用于将反应装置化学沉淀反应生成的固体颗粒分离出来随浓缩液体回流到浓缩器中并输出分离处理的废水；所述的分离主机与过滤器之间有提升泵，用于将经过分离主机分离出固体后的液体提升至过滤器作过滤处理；过滤器与反渗透主机之间有高压泵，用于将过滤的水送至反渗透主机进行净化后回用。
本发明所述的分离主机的膜丝是烧结而成的内径大于等于8毫米，小于等于105毫米的过滤膜丝；所述过滤膜丝材料选自耐腐蚀的PVDF、或PE、或不锈钢。
本发明所述的分离主机膜按下述技术指标选定：膜表面流速为1-10米/秒；所能处理的固体浓度以固体重量与化学处理后的废水重量比值计为：0.02％-15％。
本发明所述的化学反应器由一个化学反应池，或两个化学反应池及至少两个加药器组成。
本发明所述的浓缩器至少有两个排放口，其中一个排放口通过与污泥泵连接污泥浓缩池，另一个排放口与增压泵连接；污泥浓缩池有两个排放口，其中一个排放口与污泥压滤机连接，另一个排放口与反应装置连接，用于将污泥浓缩池的上部经沉淀处理的废水返回到反应装置中再处理。
对本发明的主要技术效果和基本原理说明如下：
1、本发明技术，简称UHR技术，是将重金属离子、钙镁等硬度离子在进入浓水反渗透之前除去；再进入反渗透主机；这样，反渗透主机膜表面就避免了重金属污染和钙镁结垢的倾向；
2、反渗透浓水中含有硅，浓缩4倍后会很高，而且现有技术进入浓水反渗透的水PH在6～9之间，更容易出现硅结垢；当硅浓度很高的时候，本发明实施例1在第1个化学反应器中加入氯化镁和其他化学药剂，将硅形成胶体，经过分离主机进行固液分离除去硅体，再进入反渗透主机；同时反渗透进水PH值在9.0～12，碱性条件下硅迅速大量的溶解于水中也避免了剩余少量硅的结垢倾向；这样，反渗透主机膜表面就避免硅垢的倾向；
3、一般反渗透浓水中含有COD，浓缩4倍后会很高，经常在反渗透浓水侧形成有机污染，现有技术不能去除COD，所以，其后面的反渗透膜容易形成有机污染；而本发明技术中，经过在实施例1第1化学反应池加入石灰，经实践其COD去除率在30％～40％；接着在浓缩池加入粉末活性炭，去除大部分COD，剩余的COD在抗污染浓水反渗透膜的承受范围内；同时，进入反渗透的水PH值在9.0～12，碱性条件下也抑制了有机污染的倾向；
4、本发明技术中的管式膜分离主机4的膜丝结构特点，所以管式膜分离主机及其工艺大大减少反应池的占地面积；而且其选用的大流量错流工艺，保证了膜丝表面的清洁和过滤性能；
5、本发明技术中的管式膜分离主机与前面的设备一起组成对重金属离子、硬度离子、硅、COD及其它污染物的去除与分离工艺，除了少部分泥之外，没有形成二次废水，其回收率达到99.4％；
6、本发明技术不仅可以用于处理反渗透浓水回收利用，还可以处理回收高含盐量、高非溶解性固体含量的复杂废水；
7、本发明技术能将传统反渗透工艺的回收率从75～80％提高到93～98％；
综上所述，本发明的原理是将进入浓水反渗透之前的重金属离子、钙镁等硬度离子、硅、COD及其他污染物除去，保护了浓水反渗透主机；而且由于其特殊的管式膜固液分离技术及特点，还有，由于化学反应，使用更少的药剂，产生更少的污泥；
附图说明
图1是本发明废水处理与回用方法流程示意图；
图2是本发明废水处理与回用设备示意图。
图中各附图标记的名称为：
1-反应装置；1.1-化学反应器；1.11-第1化学反应器；1.12-第2化学反应器；1.2-加药器；2-浓缩器；3-增压泵；4-分离主机；5-过滤器；6-反渗透主机；7-水箱；8-提升泵；9-高压泵；10-污泥泵；11-污泥浓缩池；12-污泥压滤机；13-原水；14-净化水产品。
具体实施方式
1、结合附图和实施例对本发明一种反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法作进一步说明如下：
实施例1：
如图1、2所示，本发明的一种反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法技术方案为下述步骤：
A、化学处理原水：将反渗透浓水和高含盐量复杂的废水，即原水13注入到具有化学反应器1.1和通过加药器1.2加入药剂的反应装置1中进行化学处理并提高PH值，反应生成絮体颗粒悬浮于水中以及使原水软化；
B、分离化学处理的废水：将化学处理的废水注入浓缩器2，然后一路经过增压泵3注入分离主机4，另一路排至含泥污水处理装置；分离主机4对化学处理的废水中的絮体颗粒进行固液分离处理，排出分离出来的絮体颗粒物，并将经分离处理的废水送至下一步骤处理；所述的分离处理，其分离主机4为管式膜分离主机，化学处理的废水在膜分离主机4入口固体含量以重量计为0.02％-15％；
C、过滤分离处理的废水：分离主机4处理后的废水经提升泵8升压，经过过滤器5后再由高压泵9加压，进入反渗透主机6；
D、反渗透处理过滤水：用反渗透主机6对经过化学处理、分离、过滤处理的软化透过液进行反渗透处理，包括分离、脱盐，最后生产出供回收利用的净化水产品14；
上述步骤中，所述的原水13，其中的污染物质包括有重金属离子、硅离子、钙、镁类硬度离子、氟、COD不少于一种；所述的化学处理的废水在分离主机4入口处流速为1-10米/秒。所述的化学反应器1.1为化学反应池，有两个，各自有一个加药器1.2，当原水13中除重金属离子外，其他有害离子未超标时，化学反应器(1.1)也可以只有一个；经化学反应后注入到浓缩器2的化学反应后的废水PH值在9.0～12。所述的化学处理原水步骤中，加入药剂有两组，第1组成份为碱性药剂，为石灰，也可以为碱，加入到第1化学反应器1.11中，用于提高PH值、对原水进行软化；软化过程中生成的絮体颗粒经过分离主机4进行固液分离除去；第2组的成份为硫化物、PAM，加入到第2化学反应器1.12中，用于去除化学反应器1.11未能软化的重金属离子。所述含泥污水处理，是将浓缩器2中含泥污水经污泥泵送至污泥浓缩池11中，然后将浓缩污泥送至污泥压滤机12压制成形，并将污泥浓缩池11上清液、污泥压滤机12中滤液回流到化学反应器1.1中进行再处理。
在分离化学处理的废水程序之后，与分离主机4相连接的可以有一个水箱7，用于为后续工序储存、调节分离化学处理的废水的量。
实施例2：
与上述实施例1不同的是，所述的化学反应器1.1为一个化学反应容器，化学处理的废水在膜分离主机4入口固体含量以重量计为0.02-10％，入口处流速为1-5米/秒；
实施例3：
与上述实施例1不同的是，化学处理的废水在膜分离主机4入口固体含量以重量计为3-15％，入口处流速为3-10米/秒；
2、结合附图和实施例对本发明一种反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用设备作进一步说明如下：
实施例4：
如图2所示，本发明一种反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用设备，其结构是：有一个与原水13联通的反应装置1，还有浓缩器2、增压泵3、分离主机4、过滤器5、及反渗透主机6；所述的反应装置1包括化学反应器1.1和加药器1.2，用于将原始废水中的的污染物质，例如是重金属离子、硅离子、钙、镁类硬度离子、氟、COD中的若干种物质，本实施例为全部污染物反应生成絮体颗粒悬浮于水中并软化原始废水；化学反应器1.1为化学反应池；所述的分离主机4为管式模分离主机，用于将反应装置1化学沉淀反应生成的固体颗粒分离出来随浓缩液体回流到浓缩器2中并输出分离处理的废水；所述的分离主机4与过滤器5之间有提升泵8，用于将经过分离主机4分离出固体后的液体提升至过滤器5作过滤处理；过滤器5与反渗透主机6之间有高压泵9，用于将过滤的水送至反渗透主机6进行净化后回用。所述的分离主机4的膜丝是烧结而成的内径大于等于8毫米，小于等于105毫米的过滤膜丝，本实施例分离主机4的膜丝内径等于25毫米；所述过滤膜丝材质选自耐腐蚀的PVDF、或PE、或不锈钢，本实施例过滤膜丝选自耐腐蚀的PVDF膜丝。所述的分离主机4膜按下述技术指标选定：膜表面流速为1-10米/秒；所能处理的固体浓度以固体重量与化学处理后的废水重量比值计为0.02％-15％。所述的化学反应器1.1由一个化学反应池，或两个化学反应池及至少两个加药器1.2组成，本实施例由两个化学反应池及两个加药器1.2组成，还可以有三个加药器，便于使用。所述的浓缩器2有两个排放口，其中一个排放口通过与污泥泵10连接污泥浓缩池11，另一个排放口与增压泵3连接，还可以有检修应急用的泄液口；污泥浓缩池11有两个排放口，其中一个排放口与污泥压滤机12连接，另一个排放口与反应装置1连接，用于将污泥浓缩池11的上部经沉淀处理的废水返回到反应装置1中再处理。
实施例5：
与上述实施例4不同的是，分离主机4的膜丝内径等于12毫米；所述过滤膜丝选自耐腐蚀的PE。所述的分离主机4膜按下述技术指标选定：膜表面流速为1-8米/秒；所能处理的固体浓度以固体重量与化学处理后的废水重量比值计为0.02％-10％。本实施例由一个化学反应池及一个加药器1.2组成，
实施例6：与上述实施例4不同的是，分离主机4的膜丝内径等于100毫米；所述过滤膜丝选自耐腐蚀的不锈钢丝。所述的分离主机4膜按下述技术指标选定：膜表面流速为2-10米/秒；所能处理的固体浓度以固体重量与化学处理后的废水重量比值计为0.05％-15％。
本发明权利要求保护范不限于上述实施例。
Claims (11)
1.一种反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法，其特征在于，它包括下述步骤：
A、化学处理原水：将反渗透浓水和高含盐量复杂的废水，即原水(13)注入到具有化学反应器(1.1)和通过加药器(1.2)加入药剂的反应装置(1)中进行化学处理并提高PH值，反应生成絮体颗粒悬浮于水中以及使原水软化；
B、分离化学处理的废水：将化学处理的废水注入浓缩器(2)，然后一路经过增压泵(3)注入分离主机(4)，另一路排至含泥污水处理装置；分离主机(4)对化学处理的废水中的絮体颗粒进行固液分离处理，排出分离出来的絮体颗粒物，并将经分离处理的废水送至下一步骤处理；所述的分离处理，其分离主机(4)为管式膜分离主机，化学处理的废水在膜分离主机(4)入口固体含量以重量计为0.02％-15％；
C、过滤分离处理的废水：分离主机(4)处理后的废水经提升泵(8)升压，经过过滤器(5)后再由高压泵(9)加压，进入反渗透主机(6)；
D、反渗透处理过滤水：用反渗透主机(6)对经过化学处理、分离、过滤处理的软化透过液进行反渗透处理，包括分离、脱盐，最后生产出供回收利用的净化水产品(14)。
2.根据权利要求1所述的反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法，其特征在于，所述原水(13)，其中的污染物质包括有重金属离子、硅离子、钙、镁类硬度离子、氟、COD中的一种或多种物质。
3.根据权利要求1所述的反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法，其特征在于，所述的化学处理的废水在分离主机(4)入口处流速为1-10米/秒。
4.根据权利要求1或4所述的反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法，其特征在于，所述的化学反应器(1.1)有一个或两个，各自至少有一个加药器(1.2)；经化学反应后注入到浓缩器(2)的化学反应后的废水PH值在9.0～12。
5.根据权利要求1所述的反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法，其特征在于，所述的化学处理原水步骤中，加入药剂至少有一组或两组，第1组成份为碱性药剂，包括石灰或碱，加入到第1化学反应器(1.11)中，用于提高PH值、对原水进行软化；软化过程中生成的絮体颗粒经过分离主机(4)进行固液分离除去；第2组的成份为硫化物、PAM，加入到第2化学反应器(1.12)中，用于去除化学反应器(1.11)未能软化的重金属离子。
6.根据权利要求1所述的反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用方法，其特征在于，所述含泥污水处理，是将浓缩器(2)中含泥污水经污泥泵送至污泥浓缩池(11)中，然后将浓缩污泥送至污泥压滤机(12)压制成形，并将污泥浓缩池(11)上清液、污泥压滤机(12)中滤液回流到化学反应器(1.1)中进行再处理。
7.一种反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用设备，其特征在于，包括：与原水联通的反应装置(1)、浓缩器(2)、增压泵(3)、分离主机(4)、过滤器(5)、及反渗透主机(6)；所述的反应装置(1)包括化学反应器(1.1)和加药器(1.2)，用于将原始废水中的的污染物质反应生成絮体颗粒悬浮于水中并软化原始废水；所述的分离主机(4)为管式模分离主机，用于将反应装置(1)化学沉淀反应生成的固体颗粒分离出来随浓缩液体回流到浓缩器(2)中并输出分离处理的废水；所述的分离主机(4)与过滤器(5)之间有提升泵(8)，用于将经过分离主机(4)分离出固体后的液体提升至过滤器(5)作过滤处理；过滤器(5)与反渗透主机(6)之间有高压泵(9)，用于将过滤的水送至反渗透主机(6)进行净化后回用。
8.根据权利要求7所述的反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用设备，其特征在于，所述的分离主机(4)的膜丝是烧结而成的内径大于等于8毫米，小于等于105毫米的过滤膜丝；所述过滤膜丝材料选自耐腐蚀的PVDF、或PE、或不锈钢。
9.根据权利要求7所述的反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用设备，其特征在于，所述的分离主机(4)膜按下述技术指标选定：膜表面流速为1-10米/秒；所能处理的固体浓度以固体重量与化学处理后的废水重量比值计为：0.02％-15％。
10.根据权利要求7所述的反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用设备，其特征在于，所述的化学反应器(1.1)由一个化学反应池，或两个化学反应池及至少两个加药器(1.2)组成。
11.根据权利要求7所述的反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用设备，其特征在于，所述的浓缩器(2)至少有两个排放口，其中一个排放口通过与污泥泵10连接污泥浓缩池(11)，另一个排放口与增压泵(3)连接；污泥浓缩池(11)有两个排放口，其中一个排放口与污泥压滤机(12)连接，另一个排放口与反应装置(1)连接，用于将污泥浓缩池(11)的上部经沉淀处理的废水返回到反应装置(1)中再处理。
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