CN103193351A - 污水再生并零排放的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境保护技术领域，特别是水处理技术领域，涉及利用多种膜分离方法将污水中污染物分别去除的方法。该方法通过1、膜强化化学软化，将中水中碱性沉淀物以沉淀物(1)的方式去除；2、用纳滤膜过滤，得到有机污染物浓缩液(2)和纳滤产水(3)，其中纳滤膜的回收率为80-95％；3、将至少一部分纳滤产水(3)经反渗透浓缩，得到反渗透产水(4)和溶解盐浓缩液(5)，其中反渗透利用率可以达到80-97％；4、将有机污染物浓缩液(2)蒸发浓缩，并将蒸馏水(6)回用，将有机物浓液(7)燃烧；5、将溶解盐浓缩液(5)蒸发结晶，并将蒸馏水(8)回用，同时得到固体盐类。该方法中纳滤和反渗透可以在高利用率下运行稳定，显著减少蒸发结晶器处理水量，因而降低运行成本；同时避免了结晶设备结垢问题，解决了无机盐和有机污染混合物结晶困难问题，使得结晶器可以长期稳定运行。

Description

污水再生并零排放的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，特别是水处理技术领域，涉及利用多种膜分离方法将污水中污染物分别去除的方法。
技术背景
随着经济发展，人类对水的污染越来越严重，对水净化、污水处理和污水再生的要求越来越高。在此前提下，新型污水处理技术和方法也越来越显得至关重，尤其是污水零排放的技术和方法。
在水处理和水再生的众多方法中过滤膜技术是较为关键的技术。一般把过滤精度为0.005-0.1微米的膜称为超滤膜，将0.1-2微米的膜称为微滤膜，将能够让大部分一价盐透过，截留大部分二价盐类的半透膜称为纳滤膜，将能够截留绝大部分一价盐类的半透膜成为反渗透膜。其中反渗透膜和纳滤膜也可以将水中绝大部分有机污染物截留。
虽然膜法水处理是水再生与零排放的必要手段，但是简单地使用膜技术，不能解决水再生与零排放的众多的技术挑战。
中国专利200510060895.9揭示了包括预处理、膜分离、浓缩处理回流和污泥处理的造纸、印染工业污水零排放循环利用的方法。其中膜分离主要是用纳滤膜将经过预处理的污水分离成可再利用产水和纳滤浓水，纳滤浓水回到前级实现零排放。然而纳滤浓水经预处理再回到膜过滤，势必使得被膜过滤截留的污染物(特别是二价盐类)不断富集，形成“死循环”，系统难以长期稳定运行。
中国专利200910077025.0揭示了以双膜法为核心的钢铁综合污水回用工艺，使用超滤为反渗透预处理，使反渗透系统运行更稳定。其中并未揭示对超滤和反渗透浓水的处理方法，也未揭示该技术方案与常见超滤系统和反渗透系统结合技术方案的区别。
中国专利201010609350.X将经过处理的生活污水用反渗透分离成透析液和浓缩液，将浓缩液经过催化氧化处理用于绿化。这一方法虽然可以将生化处理后污水部分再生，但是事实上并没有实现零排放，因为生化处理后的生活污水也通常被直接用于绿化。
中国专利申请200810052861.9揭示了采用两级膜蒸馏与化学强化超滤耦合的方法，将高浓度工业污水浓缩的方法。其中膜蒸馏方法技术复杂，工业化较困难。
现有技术中一般通过反渗透膜分离将污水分为回用水和浓水，再将浓水蒸发结晶实现零排放。其中由于反渗透入水污染程度过高，利用率要求过高，使之稳定运行较为困难。蒸发后浓水污染物包括有机物、难溶盐类和可溶盐类。难溶盐使得蒸发结晶设备结垢问题严重；有机物本身没有结晶性，难以以固体方式排出系统；有机物干扰溶解性盐类的结晶。这些因素使得结晶器无法长期稳定运行。
由此可见，虽然污水零排放已经具有广泛的市场需求，但是已知技术中缺乏实用可行的技术方案。
本发明发挥各种膜分离技术的优势，将污水中的杂质分离，再根据这些杂质的特点分别处理，以达到零排放的目的。
本发明所述污水一般是指经过生化处理的生活污水或工业废水或二者混合污水。预处理方法可以采用已知技术中物化、厌氧生化处理、缺氧生化、好氧生化处理、气浮或机械过滤或这些方法的组合，预处理的目的是使污水或废水达到常见的污水或废水处理排放标准。为了叙述方便，这里将经过预处理的达到或接近排放标准的废水或污水统称为中水。
发明内容
本发明提供一种中水再生并零排放的方法，其特征在于包括：
1、通过膜强化化学软化，将中水碱性沉淀物以沉淀物(1)的方式去除。
2、用纳滤膜过滤，得到有机污染物浓缩液(2)和纳滤产水(3)。
3、将至少一部分纳滤产水(3)经反渗透浓缩，得到反渗透产水(4)和溶解盐浓缩液(5)。
4、将有机污染物浓缩液(2)蒸发浓缩，并将蒸馏水(6)回用，将有机物浓液(7)燃烧。
5、将溶解盐浓缩液(5)蒸发结晶，并将蒸馏水(8)回用，同时得到固体盐类。
本发明污水再生并零排放的方法以膜分离为核心，将水中杂质分成碱性沉淀物、有机污染物和溶解性盐类分别去除，使得纳滤和反渗透在高利用率下运行稳定，显著减少蒸发结晶器处理水量，因而降低运行成本；避免了结晶设备结垢问题，解决了无机盐和有机污染混合物结晶困难问题，使得结晶器可以长期稳定运行。
具体实施方式
本发明提供一种中水再生并零排放的方法，其特征在于包括：
1、通过膜强化化学软化，将中水中碱性沉淀物以沉淀物(1)的方式去除。
水中最常见的碱性沉淀物是以钙盐和镁盐为代表的硬度。水硬度通常可以离子交换器或化学方法去除。本发明中使用的“膜强化化学软化”就是通过向水中添加化学品将水中二价阳离子沉淀为氢氧化物或碳酸盐，经过沉淀和膜过滤，使原水得到较彻底的软化。其中所述膜过滤是超滤膜过滤或微滤膜过滤，其排放水回到预处理再利用。添加的化学品一般是氢氧化钠和碳酸钠。为了利用水中的碳酸氢跟，一般先加入氢氧化钠或氢氧化钙，将镁离子沉淀为氢氧化镁，将部分钙沉淀为碳酸钙；然后再加入纯碱(Na2CO3)将剩余的钙沉淀。必要时加入适量絮凝剂或助凝剂以协助沉淀。如果最终保持水中有1毫摩尔(60mg/L)过量的碳酸根离子，将pH值控制到11，根据碳酸钙和氢氧化镁的浓度积计算，水中剩余钙镁离子浓度分别为0.134mg/L和0.432mg/L，总硬度为2.14mg/L(CaCO3计)。由此可见只要将形成的硬度悬浮物过滤干净，水中绝大部分硬度均可以用这一方法去除。然而，常见的化学软化法产水硬度通常明显高于这一计算值，原因是化学反应产水的细小颗粒通常不能用沉淀的方法去除，这些细小颗粒将影响纳滤或反渗透膜的运行，因为这些膜通常不能实现反冲。超滤膜或微滤膜过滤法是保证将沉淀物，包括细小沉淀物，去除干净的有效手段。膜强化化学软化同时也可以明显降低水中胶体杂质如胶体硅的含量。超滤或微滤浓水或反洗水中仅仅富集了固体悬浮物，因此可以将这部分水回流到预处理工艺，将其中悬浮物以固体杂质的方式去除，不会形成污染物的死循环。沉淀物可以通过压滤等已知技术浓缩。
2、用纳滤膜过滤，得到有机污染物浓缩液(2)和纳滤产水(3)。
纳滤膜够使大部分一价盐透过，截留二价盐类。纳滤膜可以将水中绝大部分有机污染物截留。一般认为纳滤膜可以截留90％以上的COD贡献物。
由于进入纳滤的水已经经过膜强化化学软化，因此此处纳滤膜的回收率较高，可以达到80-95％。由于一价盐类大部分可以透过纳滤膜，因此纳滤膜的运行压力不必克服一价盐形成的渗透压，运行压力较低。
为了进一步降低纳滤膜被污染的可能性，也可以在纳滤给水中加入少量酸，以降低纳滤膜结垢的倾向。
纳滤产水已经可以达到很多工业用水标准，可以回用。然而对于一些封闭的工业体系，如果将纳滤水全部回用，原水中的一价盐类将不断富集，使系统难以长期运行。因此必须将部分纳滤产水中的溶解盐类通过反渗透浓缩，最终结晶成固体盐类。
当然，纳滤产水在一些要求较高的情况下还不能到达回用标准，需要经过反渗透处理。
3、将至少一部分纳滤产水(3)经反渗透浓缩，得到反渗透产水(4)和溶解盐浓缩液(5)。
反渗透膜可以将几乎全部盐类和常见有机污染物截留。由于进入反渗透的水是经过纳滤处理的水，有机污染和硬度均非常低，因此反渗透利用率可以达到85-97％。
4、将有机污染物浓缩液(2)蒸发浓缩，并将蒸馏水(6)回用，将有机物浓液(7)燃烧。
纳滤浓水中主要污染物是有机污染物，不能通过蒸发结晶的方式去除，只能将这部分浓水蒸发浓缩后燃烧。
5、将溶解盐浓缩液(5)蒸发结晶，并将蒸馏水(8)回用，同时得到固体盐类。
为了更有效地保护膜过滤装置，本发明污水再生并零排放的方法还包括臭氧氧化步骤。
中水中有机物会对过滤膜分离污染。经过臭氧氧化，这些有机物转化成较小分子的有机物，而小分子有机物对膜的污染也较轻微。可以在以上工艺流程中一处或多处添加臭氧。添加点包括超滤或微滤过滤前、纳滤前和/或反渗透前。为了避免参与臭氧对膜的氧化作用，在臭氧氧化之后需要添加还原剂破坏残余臭氧。
为了更有效地保护膜过滤装置，本发明污水再生并零排放的方法还包括臭氧-生物炭步骤。
经过预处理的水中有机物的可生化性一般较差。经过臭氧氧化，这些有机物转化成可生化性更好的有机物，再经过生物炭滤池去除。其中臭氧生物炭步骤可以设置在以上所述任何膜处理工艺之前。

Claims (3)

1.一种污水再生并零排放的方法，其特征在于包括：通过膜强化化学软化，将中水中碱性沉淀物以沉淀物(1)的方式去除；用纳滤膜过滤，得到有机污染物浓缩液(2)和纳滤产水(3)，其中纳滤膜的回收率为80-95％；将至少一部分纳滤产水(3)经反渗透浓缩，得到反渗透产水(4)和溶解盐浓缩液(5)，其中反渗透利用率可以达到80-97％；将有机污染物浓缩液(2)蒸发浓缩，并将蒸馏水(6)回用，将有机物浓液(7)燃烧；将溶解盐浓缩液(5)蒸发结晶，并将蒸馏水(8)回用，同时得到固体盐类。
2.根据权利要求1所述的污水再生并零排放的方法，其特征在于还包括臭氧氧化步骤。
3.根据权利要求1所述的污水再生并零排放的方法，其特征在于还包括臭氧生物炭步骤。
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