CN102863099B - 一种磷化废水制纯水的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磷化废水制纯水的装置及方法，其中，所述磷化废水制纯水的装置包括：袋式过滤器；活性炭过滤器；用于脱硅胶的离子交换器；阳离子交换器；用于脱磷的离子交换器；阴离子交换器；所述袋式过滤器、活性炭过滤器、用于脱硅胶的离子交换器、用于脱磷的离子交换器、阴离子交换器依次通过管道相连。本发明所提供的磷化废水制纯水装置制备所得到的纯水，溶解于水中的杂质全部被脱除，产品纯水的电导率可以稳定达到5μS/cm以下。而且，采用本发明所提供的磷化废水制纯水装置制备纯水，可降低废水的排放量90%左右，并且节约了水资源，具有低碳、节能、高效、保护环境的优点。

Description

一种磷化废水制纯水的装置及方法

技术领域

本发明涉及废水回收领域，尤其涉及一种磷化废水制纯水的装置及方法。

背景技术

目前市场上涂装生产线大多采用自来水通过反渗透膜来制纯水，虽然在生产过程中不会产生污水，对环境比较环保，但是现在水资源日益短缺，生活用水日益缺乏，采用自来水制备纯水不仅要占用大量的饮用水资源，而且采用自来水通过反渗透膜制备纯水的设备成本也较高，提高了生产成本。因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种磷化废水制纯水的装置及方法，旨在解决现有采用自来水通过反渗透膜制备纯水存在的浪费水资源和成本较高的问题。

本发明的技术方案如下：

一种磷化废水制纯水的装置，其中，所述磷化废水制纯水的装置包括：

用于过滤磷化废水中杂质颗粒的袋式过滤器；

用于吸附磷化废水中微量有机物的活性炭过滤器；

用于去除磷化废水中硅酸的用于脱硅胶的离子交换器；

用于去除磷化废水中盐类杂质的阳离子交换器；

用于去除磷化废水中磷酸的用于脱磷的离子交换器；

用于去除磷化废水中盐离子类杂质的阴离子交换器；

所述袋式过滤器、活性炭过滤器、用于脱硅胶的离子交换器、用于脱磷的离子交换器、阴离子交换器依次通过管道相连。

所述的磷化废水制纯水的装置，其中，所述磷化废水制纯水的装置还包括用于贮存磷化废水的磷化废水箱和用于贮存纯水的纯水箱，所述磷化废水箱与所述袋式过滤器通过管道连接，所述纯水箱与所述阴离子交换器通过管道连接。

所述的磷化废水制纯水的装置，其中，所述磷化废水制纯水装置还包括用于过滤大分子硅胶的第一精密过滤器，所述第一精密过滤器设置在所述用于脱硅胶的离子交换器和所述阳离子交换器之间。

所述的磷化废水制纯水的装置，其中，所述阳离子交换器为强酸性阳离子交换器，所述阴离子交换器为强碱性阴离子交换器。

所述的磷化废水制纯水的装置，其中，所述磷化废水制纯水的装置还包括为所述强酸性阳离子交换器提供酸溶液的酸溶液贮存箱，所述贮存箱通过管道与所述强酸性阳离子交换器相连。

所述的磷化废水制纯水的装置，其中，所述磷化废水制纯水的装置还包括为所述强碱性阴离子交换器提供氢氧化钠溶液的氢氧化钠溶液贮存箱，所述贮存箱通过管道与所述强碱性阴离子交换器相连。

所述的磷化废水制纯水的装置，其中，所述磷化废水制纯水的装置还包括为所述用于脱磷的离子交换器提供氢氧化钠溶液的氢氧化钠溶液贮存箱，所述贮存箱通过管道与所述用于脱磷的离子交换器相连。

一种采用如上所述的磷化废水制纯水的装置制备纯水的方法，其中，具体包括以下步骤：

S1、输入水；

S2、通过袋式过滤器过滤水中的杂质颗粒；

S3、通过活性炭过滤器去除水中的微量有机物；

S4、通过用于脱硅胶的离子交换器去除水中的硅酸；

S5、通过阳离子交换器去除水中的盐类杂质；

S6、通过用于脱磷的离子交换器去除中的磷酸；

S7、通过阴离子交换器去除水中的盐离子类杂质；

S8、输出纯水。

所述的制备纯水的方法，其中，在经过步骤S3后包括以下步骤：

S31、通过第一精密过滤器去除磷化废水中的大分子硅胶；

经过步骤S7后包括以下步骤：

S71、通过第二精密过滤器对磷化废水进行过滤。

所述的制备纯水的方法，其中，所述制备纯水的方法，还包括以下步骤：

用酸溶液清洗所述阳离子交换器中的离子交换树脂，并收集所产生的酸性清洗废水；

用碱溶液清洗所述用于脱磷的离子交换器中的离子交换树脂，并收集所产生的碱性清洗废水；

用碱溶液清洗所述阴离子交换器中的离子交换树脂，并收集所产生的碱性清洗废水； 

用收集到的酸性清洗废水和碱性清洗废水交替清洗所述用于脱硅胶的离子交换器中的离子交换树脂；

其中，所述磷化废水制纯水的装置中的所述阳离子交换器为强酸性阳离子交换器，所述阴离子交换器为强碱性阴离子交换器。

有益效果：本发明所提供的磷化废水制纯水装置制备所得到的纯水，溶解于水中的杂质全部被脱除，产品纯水的电导率可以稳定达到5μS/cm 以下。而且，采用本发明所提供的磷化废水制纯水装置制备纯水，可降低废水的排放量90%左右，并且节约了水资源，具有低碳、节能、高效、保护环境的优点。

附图说明

图1为本发明磷化废水制纯水的装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种磷化废水制纯水的装置及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中所提供的磷化废水制纯水的装置及方法，采用磷化废水制纯水，该设备在水资源短缺和对排污量有严格要求的地区不仅可以降低废水的排放量，还能节约水资源。

由于磷化废水中的主要污染物为：PH值、磷酸盐、锌离子及盐类，因此，所述磷化废水制纯水装置中采用碳滤器做预处理，吸附磷化废水中存在的微量有机物，然后采用了四级交换处理去除磷酸盐及盐类。所述四级交换处理为：第一级处理采用了脱硅吸附交换器，交换器中装填有混合的吸附树脂，去除废水中的硅酸；第二级采用了强酸性阳离子交换器去除废水中的盐类杂质；第三级采用了用于脱磷的离子交换器去除废水中的磷酸；第四级采用了强碱性阴离子交换器，用于脱出清洗水中的盐离子类杂质。

具体地，如图1所示，所述磷化废水制纯水的装置，包括：

用于过滤磷化废水中杂质颗粒的袋式过滤器2；

用于吸附磷化废水中微量有机物的活性炭过滤器3；

用于去除磷化废水中硅酸的用于脱硅胶的离子交换器4；

用于去除磷化废水中盐类杂质的阳离子交换器6；

用于去除磷化废水中磷酸的用于脱磷的离子交换器7；

用于去除磷化废水中盐离子类杂质的阴离子交换器8；

所述袋式过滤器2、活性炭过滤器3、用于脱硅胶的离子交换器4、用于脱磷的离子交换器7、阴离子交换器8依次通过管道相连。

所述磷化废水制纯水装置还包括用于贮存磷化废水的磷化废水箱1和用于贮存纯水的纯水箱10，所述磷化废水箱1与所述袋式过滤器2通过管道连接，所述纯水箱10与所述阴离子交换器8通过管道连接。

所述磷化废水制纯水装置还包括用于过滤的第二精密过滤器9，所述第二精密过滤器9设置在所述阴离子交换器8和所述纯水箱10之间。所述第二精密过滤器9对磷化废水中的颗粒再一次进行过滤，保证纯水的质量。

所述磷化废水制纯水装置还包括一个促进水体流动的增压泵11，所述增压泵11设置在所述磷化废水箱1和袋式过滤器2之间。

因为磷化清洗水中含有氟硅酸，而氟硅酸在PH大于3.5的时候会全部发生分解反应，生成氢氟酸和胶体硅酸。具体化学分解反应如下：

H₂SiF₄ + H₂O → H₂SiO₃ + HF + H⁺

胶体硅酸将严重影响常规的离子交换脱盐工艺的进行，因此必须首先通过所述用于脱硅胶的离子交换器4对磷化废水中的胶体硅酸进行脱除。所述脱硅离子交换器中设置有用于脱硅的吸附树脂，可将磷化废水中的胶体硅酸吸附脱除。该吸附过程为物理吸附过程，吸附过程中不发生化学反应，树脂吸附饱和后可以通过使用酸碱交替清洗的方式回复其吸附能力。因清洗过程中不发生化学变化，因此可以使用后面的阳离子交换器6及阴离子交换器8的再生废液作为清洗溶液，一般不需要特殊消耗酸碱药剂，因此在本发明工艺中没有再生废水产生。但用后面的阳离子交换器6及阴离子交换器8的再生废液清洗之后还需要用纯水进行重新，因此还会产生1.5-2.0立方米的清洗废水。所述用于脱硅胶的离子交换器4后面还可设计一精密过滤器，用于过滤已经聚合成大分子不能被吸附树脂吸附的大分子硅胶。因此，所述磷化废水制纯水装置还包括用于过滤大分子硅胶的第一精密过滤器5，所述第一精密过滤器5设置在所述用于脱硅胶的离子交换器4和所述阳离子交换器6之间。

第二级离子交换设备的阳离子交换器6采用了强酸性阳离子交换器，用于脱出清洗水中的盐离子类杂质。磷化废水进入该级设备之后，磷化废水中的所有阳离子与强酸性阳离子交换器中的树脂发生如下的化学交换反应：

R-H  +  M⁺ → R-M + H⁺

式中R代表阳离子离子交换树脂，M⁺代表水中的各种阳离子，交换反应的结果是水中的全部阳离子全部转变成H⁺，磷化废水转化成很稀的无机酸溶液。阳离子树脂交换饱和后需要使用酸溶液进行再生，本工程中设计使用盐酸作为再生药剂，根据本工程中的实际设备选型，每次再生需要30%的盐酸100升，产生再生废水1.0立方米，同时产生清洗废水1.5-2.0立方米。再生废水可以用于前面的用于脱硅胶的离子交换器4的清洗。每次再生后的运行时间可以达到48小时以上。因此，所述磷化废水制纯水装置还包括为所述强酸性阳离子交换器提供酸溶液的酸溶液贮存箱，所述贮存箱通过管道与所述强酸性阳离子交换器相连。所述磷化废水制纯水装置还包括用于收集清洗所述强酸性阳离子交换器所产生的清洗废水的清洗废水收集箱，所述清洗废水收集箱通过管道与所述强酸性阳离子交换器相连。

第三级离子交换设备采用了用于脱磷的离子交换器7，因为磷化废水中含有大量的磷酸根离子，而普通的阴离子交换树脂的交换容量比较低，不使用用于脱磷的离子交换器7时阴离子交换器8的运行周期将大大的缩短。用于脱磷的离子交换器7中的用于脱磷的吸附树脂对磷酸根的交换容量很大，可以延长整套设备的运行周期。具体的化学交换反应为：

R-OH  +  H2PO4-  → R-H2PO4 + OH-

式中R代表离子交换树脂，交换反应置换下来的OH-离子立即与水中的H+离子结合形成水分子，这样清洗水的磷酸成分就得到脱出。

               2 H+ + OH- → H2O

树脂交换饱和后需要使用氢氧化钠溶液进行再生，根据本工程中的实际设备选型，每次再生需要40%的液体碱30公斤，产生再生废水0.8立方米，同时产生清洗废水1.5-2.0立方米。因此，所述磷化废水制纯水装置还包括为所述用于脱磷的离子交换器7提供氢氧化钠溶液的氢氧化钠溶液贮存箱，所述贮存箱通过管道与所述用于脱磷的离子交换器7相连。所述磷化废水制纯水装置还包括用于收集清洗所述用于脱磷的离子交换器7所产生的清洗废水的清洗废水收集箱，所述清洗废水收集箱通过管道与所述用于脱磷的离子交换器7相连。

第四级采用的阴离子交换器8为强碱性阴离子交换器，用于脱除磷化废水中的盐离子类杂质。磷化废水进入该级设备之后，磷化废水中的所有阳离子与树脂发生如下的化学交换反应：

R-OH  +  A- → R-A + OH-

式中R代表离子交换树脂，A-代表水中的各种其他阴离子，交换反应的结果是水中的全部阴离子全部转变成OH-，交换反应置换下来的OH-离子立即与水中的H+离子结合形成水分子，这样清洗水的所有杂质就得到脱出。

树脂交换饱和后需要使用氢氧化钠溶液进行再生，根据本工程中的实际设备选型，每次再生需要40%的液体碱50公斤，产生再生废水1.0立方米，同时产生清洗废水1.5-2.0立方米。再生废水可以用于前面的脱硅交换器的清洗。每次再生后的运行时间可以达到48小时以上。因此，所述磷化废水制纯水装置还包括为所述强碱性阴离子交换器提供氢氧化钠溶液的氢氧化钠溶液贮存箱，所述贮存箱通过管道与所述强碱性阴离子交换器相连。所述磷化废水制纯水装置还包括用于收集清洗所述强碱性阴离子交换器所产生的清洗废水的清洗废水收集箱，所述清洗废水收集箱通过管道与所述强碱性阴离子交换器相连。

磷化废水经过上述的四级处理后，溶解于水中的杂质将全部予以脱出，产品水的电导率可以稳定达到5μS/cm 以下。当然所述磷化废水制纯水装置也能用于采用自来水制备纯水，只要在自来水通入本发明装置即可，也能得到质量非常好的纯水。

本发明中还提供采用上述磷化废水制纯水装置制备纯水的方法，具体包括以下步骤：

S1、输入磷化废水；

S2、通过袋式过滤器过滤磷化废水中的杂质颗粒；

S3、通过活性炭过滤器去除磷化废水中的微量有机物；

S4、通过用于脱硅胶的离子交换器去除磷化废水中的硅酸；

S5、通过阳离子交换器去除磷化废水中的盐类杂质；

S6、通过用于脱磷的离子交换器去除磷化废水中的磷酸；

S7、通过阴离子交换器去除磷化废水中的盐离子类杂质；

S8、输出纯水。

所述制备纯水的方法，在经过步骤S3后还可以包括以下步骤：

S31、通过第一精密过滤器去除磷化废水中的大分子硅胶。

所述制备纯水的方法，在经过步骤S7后还可以包括以下步骤：

S71、通过第二精密过滤器对磷化废水进行过滤。

所述制备纯水的方法，还可以包括以下步骤：

用酸溶液清洗所述强酸性阳离子交换器中的离子交换树脂，并收集所产生的酸性清洗废水；

用碱溶液清洗所述用于脱磷的离子交换器中的离子交换树脂，并收集所产生的碱性清洗废水；

用碱溶液清洗所述强碱性阴离子交换器中的离子交换树脂，并收集所产生的碱性清洗废水； 

用收集到的酸性清洗废水和碱性清洗废水交替清洗所述用于脱硅胶的离子交换器中的离子交换树脂。

采用磷化废水制纯水可节约水资源，并且有一定经济效益，下面我们拿产水量1m³/h两种工艺比较：

采用自来水反渗透工艺制纯水费用为12元/ m³，而采用磷化废水制纯水费用为1.9元/ m³，并且还可以减少废水处理设备建设废用。

综上所述，经过本发明所提供的磷化废水制纯水装置制备所得到的纯水，溶解于水中的杂质将全部被脱除，产品纯水的电导率可以稳定达到5μS/cm 以下。而且，采用本发明所提供的磷化废水制纯水装置制备纯水，可降低废水的排放量90%左右，并且节约了水资源。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种磷化废水制纯水的装置，其特征在于，所述磷化废水制纯水的装置包括：

用于过滤磷化废水中杂质颗粒的袋式过滤器；

用于吸附磷化废水中微量有机物的活性炭过滤器；

用于去除磷化废水中硅酸的用于脱硅胶的离子交换器；

用于去除磷化废水中盐类杂质的阳离子交换器；

用于去除磷化废水中磷酸的用于脱磷的离子交换器；

用于去除磷化废水中盐离子类杂质的阴离子交换器；

所述袋式过滤器、活性炭过滤器、用于脱硅胶的离子交换器、阳离子交换器、用于脱磷的离子交换器、阴离子交换器依次通过管道相连。

2.根据权利要求1所述的磷化废水制纯水的装置，其特征在于，所述磷化废水制纯水的装置还包括用于贮存磷化废水的磷化废水箱和用于贮存纯水的纯水箱，所述磷化废水箱与所述袋式过滤器通过管道连接，所述纯水箱与所述阴离子交换器通过管道连接。

3.根据权利要求1所述的磷化废水制纯水的装置，其特征在于，所述磷化废水制纯水装置还包括用于过滤大分子硅胶的第一精密过滤器，所述第一精密过滤器设置在所述用于脱硅胶的离子交换器和所述阳离子交换器之间。

4.根据权利要求1所述的磷化废水制纯水的装置，其特征在于，所述阳离子交换器为强酸性阳离子交换器，所述阴离子交换器为强碱性阴离子交换器。

5.根据权利要求4所述的磷化废水制纯水的装置，其特征在于，所述磷化废水制纯水的装置还包括为所述强酸性阳离子交换器提供酸溶液的酸溶液贮存箱，所述酸溶液贮存箱通过管道与所述强酸性阳离子交换器相连。

6.根据权利要求4所述的磷化废水制纯水的装置，其特征在于，所述磷化废水制纯水的装置还包括为所述强碱性阴离子交换器提供氢氧化钠溶液的氢氧化钠溶液贮存箱，所述氢氧化钠溶液贮存箱通过管道与所述强碱性阴离子交换器相连。

7.根据权利要求1所述的磷化废水制纯水的装置，其特征在于，所述磷化废水制纯水的装置还包括为所述用于脱磷的离子交换器提供氢氧化钠溶液的氢氧化钠溶液贮存箱，所述氢氧化钠溶液贮存箱通过管道与所述用于脱磷的离子交换器相连。

8.一种采用磷化废水制纯水的装置制备纯水的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、输入水；

S2、通过袋式过滤器过滤水中的杂质颗粒；

S3、通过活性炭过滤器去除水中的微量有机物；

S4、通过用于脱硅胶的离子交换器去除水中的硅酸；

S5、通过阳离子交换器去除水中的盐类杂质；

S6、通过用于脱磷的离子交换器去除中的磷酸；

S7、通过阴离子交换器去除水中的盐离子类杂质；

S8、输出纯水。

9.根据权利要求8所述的制备纯水的方法，其特征在于，在经过步骤S3后包括以下步骤：

S31、通过第一精密过滤器去除磷化废水中的大分子硅胶；

经过步骤S7后包括以下步骤：

S71、通过第二精密过滤器对磷化废水进行过滤。

10.根据权利要求8所述的制备纯水的方法，其特征在于，所述制备纯水的方法，还包括以下步骤：

用酸溶液清洗所述阳离子交换器中的离子交换树脂，并收集所产生的酸性清洗废水；

用碱溶液清洗所述用于脱磷的离子交换器中的离子交换树脂，并收集所产生的碱性清洗废水；

用碱溶液清洗所述阴离子交换器中的离子交换树脂，并收集所产生的碱性清洗废水； 

用收集到的酸性清洗废水和碱性清洗废水交替清洗所述用于脱硅胶的离子交换器中的离子交换树脂；

其中，所述磷化废水制纯水的装置中的所述阳离子交换器为强酸性阳离子交换器，所述阴离子交换器为强碱性阴离子交换器。

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