CN103304069B - 一种新型污水亚零排放处理方法及其装置 - Google Patents

一种新型污水亚零排放处理方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型污水亚零排放工艺方法及其装置，包括：（1）化学-膜过滤处理：经过预处理的污水进入加有适量沉淀剂和结晶聚集剂的快混器，然后进入慢混器，再进入沉淀器，进行沉淀分离，底部定时排泥；沉淀器中的污水通过循环泵提升进入管式超滤膜装置，采用管式超滤膜对上述化学处理过的污水进行错流膜过滤；过滤后的滤水送入pH调节器调节pH值至8～10；（2）高浓度反渗透处理：将调节好pH值的滤水通过反渗透进水提升泵送入保安过滤器处理，然后通过反渗透高压泵送入反渗透膜组器进行反渗透脱盐处理，得到反渗透产水和反渗透浓水。本发明同时改进了反渗透预处理和反渗透本身设计，使反渗透的回收率达到90～95%。

Description

一种新型污水亚零排放处理方法及其装置
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及一种新型污水的处理方法及其装置，尤其涉及一种新型污水亚零排放处理方法以及该方法中所使用的装置。
背景技术
水资源是人类非常重要和极其宝贵的自然资源。现代化工业的发展和人民生活水平的提高，工业废水和生活污水越来越多，水资源越来越匮乏。随着环境保护重要性的提高和工业废水排放标准的严格化，水处理技术越来越受到重视。
反渗透(RO)是五十年代初，美国为解决海水淡化问题首先开始研究的。如今，已经在水处理方面得到广泛的应用。海水淡化、高纯水制备，反渗透可以满足人们生活、半导体、微电子、电力、化工、医药等领域的用水要求。在水资源越来越缺乏的今天，反渗透作为废水深度处理技术和水资源回用技术在废水处理方面也得到广泛的应用。
一般的反渗透技术，回收率通常控制在75%左右，存在25%的反渗透浓水，而且反渗透技术对原水水质的要求也比较高，主要是防止反渗透进水中有机物和无机悬浮物颗粒引起的对反渗透膜的污染，以及防止反渗透进水中难溶盐结晶析出造成的在反渗透膜上的结垢。因此，在反渗透前一般需要一定的预处理工艺。
使用反渗透处理废水，影响反渗透回收率的主要因素在于：（1）水中难溶盐的结垢污染；（2）有机物、胶体的污堵；以及（3）细菌、微生物粘泥的污染。其中，水中难溶盐包括CaCO3、CaF2、CaSO4、BaSO4、SrSO4、Mg(OH)2、SiO2等，水中有机物、胶体包括COD(各种有机物的综合指标)、Fe(OH)3、Fe2O3、Al(OH)3、Al2O3、胶体SiO2等。
反渗透系统25%的浓水排放是当前反渗透技术应用中的主要问题之一。一是浓水排水率过高，水资源浪费大，不符合节水减排的基本国策；二是增加了制水的单位成本；三是在废水深度处理回用系统中，RO浓水中的化学耗氧量(COD)指标大大超过环保规定的废水排放标准，使得大量的RO浓水无处可排。
为了提高回收率，减少RO浓水排放，实现废水膜处理过程的“零排放”，通常的解决办法是增加/改进预处理工序以降低浓水量，或者，对反渗透出来的浓水进行进一步的处理回收。而采用蒸发器对RO浓水进行蒸发又是使用较多的途径，蒸发系统的投资一般在80～120万元/吨水，而吨水运行成本一般也在30元以上。
但所谓的“零排放”是建立在复杂工艺和大量投资的基础上，单纯从技术角度可以实现，但从经济角度看则很不“经济”，这样就严重制约了其工业化应用。因此，提供一种易于实现工业化应用的亚零排放处理方法及其装置就成为该技术领域急需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种易于实现工业化应用的污水亚零排放处理工艺方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：
一种新型污水亚零排放处理方法（CMLZD，Chemistry&Membrane Liquid ZeroDischarge化学-膜法液体零排放），包括如下步骤：
（1）化学-膜过滤（CMF：Chemical-Membrane Filtration）处理：经过预处理的污水进入加有适量沉淀剂(如石灰、纯碱等)和结晶聚集剂（如聚丙烯酰胺等）的快混器（使污水中各种结垢性物质结晶析出，形成乳浊液而不沉淀，其中所述的沉淀剂和结晶聚集剂需根据不同的水质条件选定），停留15～30min（分钟）；然后进入慢混器，停留15～30min（分钟）；再进入沉淀器，停留15～30min（分钟）进行沉淀分离，底部定时排泥；沉淀器中的污水通过循环泵提升进入管式超滤膜装置，采用管式超滤膜对上述化学处理过的污水进行错流膜过滤；过滤后的滤水送入pH调节器调节pH值至8～10，被滤膜过滤截留下来的结垢性物质和污染物被错流循环水带入沉淀器中继续沉淀处理；
（2）高浓度反渗透（HCRO：High Concentrate Reverse Osmosis）处理：将步骤（1）中调节好pH值的滤水通过反渗透进水提升泵送入保安过滤器处理，然后通过反渗透高压泵送入反渗透膜组器进行反渗透脱盐处理，得到反渗透产水和反渗透浓水。
一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤（1）中所述沉淀剂的加入量为10～50毫克/升污水，所述沉淀剂为石灰或纯碱；所述步骤（1）中所述结晶聚集剂的加入量为0.5～5毫克/升污水（药剂的投入量根据具体水质确定），所述结晶聚集剂为聚丙烯酰胺。
一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤（1）中所述化学处理后的污水采用管式膜进行过滤，且错流膜过滤的循环流量为200～400%。该管式膜与其他形式的超滤膜相比具有很强的抗污染性、及清洗后性能恢复性。
一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤（2）中所述反渗透膜组器设有阻垢剂、还原剂和/或杀菌剂投放装置。
一种优选技术方案，其特征在于：所述步骤（1）中所述预处理为以去除COD和氨氮为主要目的的一、二级处理。
本发明的另一目的是提供一种易于实现工业化应用的污水亚零排放处理的装置。
本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：
一种污水亚零排放处理装置，包括化学-膜过滤处理装置（CMF：Chemical-Membrane Filtration）和高浓度反渗透处理装置（HCRO：High ConcentrateReverse Osmosis），所述化学-膜过滤处理装置（CMF：Chemical-Membrane Filtration）与所述高浓度反渗透处理装置（HCRO：High Concentrate Reverse Osmosis）相连接；所述化学-膜过滤处理装置包括快混器、慢混器、沉淀器、管式超滤膜装置，所述快混器、慢混器以及所述沉淀器为整体结构，所述沉淀器通过管道和泵与所述管式超滤膜装置相连接，所述管式超滤膜装置一方面与pH调节器相连接，另一方面与沉淀器相连接；所述高浓度反渗透处理装置包括反渗透进水提升泵，保安过滤器，反渗透高压泵以及反渗透膜组器，所述反渗透进水提升泵一端与所述pH调节器相连接，另一端与所述保安过滤器相连接，所述保安过滤器通过反渗透高压水泵与所述反渗透膜组器相连接。
一种优选技术方案，其特征在于：所述快混器和慢混器中分别配置不同转速的搅拌机。
一种优选技术方案，其特征在于：所述沉淀器底部设有排泥系统。
一种优选技术方案，其特征在于：所述快混器、慢混器和沉淀器使用强耐腐蚀材料玻璃钢制成。
一种优选技术方案，其特征在于：所述管式超滤膜装置中的管式超滤膜的内径为5mm（毫米）或8mm（毫米），过滤精度0.04～0.08微米；错流流速为2～5m/s（秒/米）。
一种优选技术方案，其特征在于：所述反渗透膜组器中的反渗透膜为卷式反渗透膜，并且具有交联聚乙烯醇(PVA)的聚酰胺分离层，与普通反渗透膜相比，具有更强的抗污染性能；所述反渗透膜组器中的反渗透膜采用低压差（压差比普通反渗透膜降低约15%）的浓水格网，且浓水通道大于34mil。
本发明的优点是：
本发明同时改进了反渗透（RO）预处理和RO本身设计，使RO的回收率可以达到90～95%，为污水处理领域提供一种新的亚零排放技术。
本发明的污水亚零排放处理工艺方法，在化学处理中，通过加入特定的沉淀剂(石灰、纯碱等)和结晶聚集剂（如聚丙烯酰胺等），使水中各种结垢性物质充分反应、接触、碰撞，生成悬浮固体颗粒物质，在结晶聚集剂的作用下，使残余硬度完全结晶析出，形成乳浊液而不沉淀，使其对水中的各种结垢性物质和污染物有较强的吸附和混凝作用；经过化学处理的原水通过错流膜过滤，彻底去除水中的硬度以及铁、铝等金属胶体，克服了对RO膜结垢的影响；控制水pH在特定的范围内，大大降低了细菌微生物的滋生条件，有效克服了细菌微生物和有机物对RO膜的污染。HCRO产品水的脱盐率大于97%，可以全部回用于工业生产中；HCRO系统回收率可达90～95%，浓水排放至盐水蒸发池，从而实现亚零排放。
本发明根据水的特性，将化学处理、错流膜过滤和反渗透膜分离等水处理技术有机组合的集成水处理方法，主要应用于工业废水、RO浓水、循环排放水的深度处理回用，使系统回水率达到90～95%，达到污水排放量最小化。
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并为意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为本发明工艺的流程示意图。
附图标记说明：
0污水的预处理                 1′化学-膜过滤处理
2′高浓度反渗透处理           3′除盐水
4′化学污泥                   5′浓盐水
1管式超滤膜装置               2pH调节器
3反渗透进水提升泵             4保安过滤器
5反渗透高压泵                 6反渗透膜组器
7－1快混器                    7－2慢混器
7－3  沉淀器
具体实施方式
实施例1
如图1所示，为本发明一种污水亚零排放处理装置的结构示意图，包括管式超滤膜装置1，pH调节器2，反渗透进水提升泵3，保安过滤器4，反渗透高压泵5，反渗透膜组器6，快混器7－1，慢混器7－2，沉淀器7－3。
快混器7－1、慢混器7－2以及沉淀器7－3为整体结构，沉淀器7－3通过管道和泵与管式超滤膜装置1相连接，管式超滤膜装置1一方面与pH调节器2相连接，另一方面与沉淀器7－3相连接；反渗透进水提升泵3一端与pH调节器2相连接，另一端与保安过滤器4相连接，保安过滤器4通过反渗透高压水泵5与反渗透膜组器6相连接。快混器和慢混器中分别配置不同转速的搅拌机。沉淀器底部设有排泥系统。快混器、慢混器和沉淀器使用强耐腐蚀材料玻璃钢制成。管式超滤膜装置中的管式超滤膜的内径为5mm（毫米）或8mm（毫米），过滤精度0.04～0.08微米；错流流速为2～5m/s（米/秒）。反渗透膜组器中的反渗透膜为卷式反渗透膜，并且具有交联聚乙烯醇(PVA)的聚酰胺分离层，与普通反渗透膜相比具有更强的抗污染性能；该卷式膜组件采用低压差的浓水格网（压差比普通反渗透膜降低15%），且浓水通道大于34mil。
如图2所示，为本发明一种污水亚零排放处理方法的工艺流程图，其包括如下步骤：
（1）化学-膜过滤（CMF：Chemical-Membrane Filtration）处理：
a.经过一定预处理（可以是以去除COD和氨氮为主要目的的一、二级处理，比如混凝沉淀、活性污泥法处理等）的污水0进入化学-膜过滤处理步骤1′进行处理，该化学-膜过滤处理步骤1′的处理包括：先进入加有适量沉淀剂(如石灰、纯碱等)和结晶聚集剂（如聚丙烯酰胺等）的快混器（使污水中各种结垢性物质结晶析出，形成乳浊液而不沉淀，其中所述的沉淀剂和结晶聚集剂需根据不同的水质条件选定），停留15～30min（分钟）；然后进入慢混器，停留15～30min（分钟）；再进入沉淀器，停留15～30min（分钟）进行沉淀分离，底部定时排泥4′。
b.沉淀器中的污水通过循环泵提升进入管式超滤膜，采用管式超滤膜对上述化学处理过的污水进行错流膜过滤，循环流量为200～400%，管式超滤膜的内径为5mm（毫米）或8mm（毫米），过滤精度0.04～0.08微米；错流流速为2～5m/s（米/秒）。
c.过滤后的滤水送入pH调节器（水箱）调节pH值至8～10。
d.被管式超滤膜过滤截留下来的结垢性物质和污染物被错流循环水带入沉淀器中继续沉淀处理，沉淀器底部定时排泥4′。
（2）高浓度反渗透处理2′（HCRO）：
a.化学-膜过滤（CMF）出水依次进入反渗透进水提升泵、保安过滤器、反渗透高压泵和特殊设计的反渗透膜组器。
b.反渗透进水提升泵由pH调节器取水，将水以不低于0.3MPa的压力输送进入保安过滤器。
c.保安过滤器内安装数支精度为5微米的PP熔喷滤芯；
d.保安过滤器出水经过反渗透高压泵的增压，进入反渗透膜组器，膜通量不高于18LMH，得到反渗透产水3′和浓水5′，高浓度反渗透处理（HCRO）系统回收率可达90%～95%，高于一般的反渗透系统。
e.反渗透膜组器配备有定期的冲洗、清洗系统和加药系统（包括阻垢剂、还原剂、杀菌剂）。通过冲洗水泵将反渗透产水正向输入反渗透膜组器进行冲洗，同时在清洗水中投加约200mg/L的非氧化杀菌剂用于缓解反渗透的有机污染。反渗透进水分别投加1～5mg/L阻垢剂和还原剂，分别用于缓解膜面无机物结垢，和消除进水余氯对反渗透膜的氧化作用。
沉淀剂石灰、纯碱的加入量为10～50毫克/升污水，结晶聚集剂聚丙烯酰胺的加入量为0.5～5毫克/升污水。
本发明的污水亚零排放处理工艺方法，在化学处理中，通过加入特定的沉淀剂(石灰、纯碱等)和结晶聚集剂（如聚丙烯酰胺等），使水中各种结垢性物质充分反应、接触、碰撞，生成悬浮固体颗粒物质，在结晶聚集剂的作用下，使残余硬度完全结晶析出，形成乳浊液而不沉淀，使其对水中的各种结垢性物质和污染物有较强的吸附和混凝作用；经过化学处理的原水通过错流膜过滤，彻底去除水中的硬度以及铁、铝等金属胶体，克服了对RO膜结垢的影响；控制水pH在特定的范围内，大大降低了细菌微生物的滋生条件，有效克服了细菌微生物和有机物对RO膜的污染。HCRO产品水的脱盐率大于97%，可以全部回用于工业生产中；HCRO系统回收率可达90～95%，浓水排放至盐水蒸发池，从而实现亚零排放。
本发明根据水的特性，将化学处理、错流膜过滤和反渗透膜分离等水处理技术有机组合的集成水处理方法，主要应用于工业废水、RO浓水、循环排放水的深度处理回用，使系统回水率达到90～95%，达到污水排放量最小化。

Claims (1)

1.一种用于污水亚零排放处理方法的污水亚零排放处理装置，由化学-膜过滤处理装置和高浓度反渗透处理装置组成，所述化学-膜过滤处理装置与所述高浓度反渗透处理装置相连接；所述化学-膜过滤处理装置包括快混器、慢混器、沉淀器、管式超滤膜装置，所述快混器、慢混器以及所述沉淀器为整体结构，所述沉淀器通过管道和泵与所述管式超滤膜装置相连接，所述管式超滤膜装置一方面与pH调节器相连接，另一方面与沉淀器相连接；所述高浓度反渗透处理装置包括反渗透进水提升泵，保安过滤器，反渗透高压泵以及反渗透膜组器，所述反渗透进水提升泵一端与所述pH调节器相连接，另一端与所述保安过滤器相连接，所述保安过滤器通过反渗透高压水泵与所述反渗透膜组器相连接；所述快混器和慢混器中分别配置不同转速的搅拌机；所述沉淀器底部设有排泥系统；所述快混器、慢混器和沉淀器使用强耐腐蚀材料玻璃钢制成；所述管式超滤膜装置中的管式超滤膜的内径为5mm或8mm，过滤精度0.04～0.08微米；错流流速为2～5m/s；所述反渗透膜组器中的反渗透膜具有交联聚乙烯醇的聚酰胺分离层，是具有抗污染性能的卷式反渗透膜，并且所述反渗透膜组器中的反渗透膜采用比普通反渗透膜阻力低15%的浓水格网，且浓水通道大于34mil。
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Assignee: CHINA TECHNOLOGY EXCHANGE Co.,Ltd.

Assignor: BEIJING SCINOR WATER CO.,LTD.

Contract record no.: X2021980013263

Denomination of invention: A new sewage sub zero discharge treatment method and its device

Granted publication date: 20140604

License type: Exclusive License

Record date: 20211124

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of invention: A new sewage sub zero discharge treatment method and its device

Effective date of registration: 20211125

Granted publication date: 20140604

Pledgee: CHINA TECHNOLOGY EXCHANGE Co.,Ltd.

Pledgor: BEIJING SCINOR WATER CO.,LTD.

Registration number: Y2021110000065

EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract

Assignee: CHINA TECHNOLOGY EXCHANGE Co.,Ltd.

Assignor: BEIJING SCINOR WATER CO.,LTD.

Contract record no.: X2021980013263

Date of cancellation: 20230530

EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
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Date of cancellation: 20230530

Granted publication date: 20140604

Pledgee: CHINA TECHNOLOGY EXCHANGE Co.,Ltd.

Pledgor: BEIJING SCINOR WATER CO.,LTD.

Registration number: Y2021110000065