CN103663759A - 一种高回收率的含盐废水膜组合分离工艺及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于水处理及资源循环利用技术领域的一种高回收率的含盐废水膜组合分离工艺及应用。首先使用纤维过滤器处理含盐废水；再经超滤膜处理，出水进入超滤水箱；超滤水箱的水再经反渗透膜处理，得到反渗透清水与反渗透浓水，清水回收利用，浓水经纳滤膜处理进一步浓缩；纳滤后得到纳滤清水与纳滤浓水，纳滤清水进入超滤水箱，纳滤浓水经收集后应用于建材或洗煤工业。本发明的分离工艺还可以包括物理冲洗和化学清洗单元，为了适应不同的处理出水水质要求还在一级反渗透产水后选配了二级反渗透膜组件。二级反渗透进水为一级反渗透产水，二级反渗透浓水则返回超滤水箱，在提高了脱盐率的同时保证了较高的总回收率。
Description
技术领域
本发明属于水处理及资源循环利用技术领域，特别涉及一种基于膜组合工艺的含盐废水的处理与回收利用的方法及应用，特别适用于地下苦咸水、电厂循环冷却排污水以及化工含盐废水的处理。
背景技术
我国属于淡水资源缺乏国家，人均淡水拥有量仅为世界平均水平的1/4，西北地区缺水状况则更为严重，人均淡水拥有量仅为全国人均水平的1/3，世界的1/12。与此同时，西北地区盐碱性地质条件和以煤炭开采及利用、氯碱等化工为主的产业结构使得每年向环境中排放大量的含盐废水。因此，提供一种高效经济的含盐废水处理工艺和技术，加强水资源的循环利用具有较大的环境效应和经济价值。
目前，对含盐废水的处理方法很多，如电渗析法、膜分离法、蒸发法、生物法、焚烧法等。其中电渗析法、蒸发法和焚烧法需要耗费大量的电能或热能，而生物法则存在对水质要求高，细菌培养周期长和脱盐率低等问题。膜分离作为一种有效筛分水中污染物的方法，在含盐废水的处理方面具有较大的开发应用前景。
膜分离根据膜的过滤精度通常分为微滤、超滤、纳滤及反渗透，其中以超滤+反渗透为核心的“双膜”系统在含盐废水处理中应用最为普遍。“双膜”系统通过超滤去除水中大部分悬浮颗粒和胶体离子，盐离子则在通过反渗透膜时被阻隔浓缩。由于超滤膜的过滤精度较高，大部分污染物在超滤过程中容易引起膜的阻塞和污染。此外，由于反渗透膜对含盐废水的浓缩倍数限制，处理过程中产生大量的含盐浓水，造成淡水回收率低等问题。
赵鹏等（CN101734820A）采用在膜处理前增加混凝沉淀的方法对废水进行前处理，以去除水中的大部分悬浮颗粒，减轻膜处理的负担和损伤，但是混凝效果的好坏受到水质状况和混凝剂种类和投量的严重制约，残留的混凝剂形成的胶状沉淀更能加重膜的污染，因此，增加混凝前处理以减轻膜污染受到诸多质疑。雍瑞生等（CN101219836A）采用经过脱酸脱脂处理的核桃壳作为滤料，对含盐量高的含油废水进行前处理，以去除大部分油类及悬浮物，但存在原料来源有限，处理工艺复杂，过滤精度低，反冲洗耗水量大等问题。
对于反渗透浓水目前多采用多效蒸发的方法进行处理，但存在能耗大等问题。采用二级反渗透对一级反渗透浓水进行再过滤，以减少浓水排放量，但由于一级反渗透浓水含盐量高，使得二级反渗透需要较大的工作压力，膜管、水管的承压能力都将提高，从而大大增加水处理成本。此外，反渗透浓水再回流至前段超滤或纳滤虽然可以提高回收率，增大膜表面冲洗流速，减少污堵，但回流率需控制在一定值，且这种不加处理的浓水直接回流，会使反渗透和其前段纳滤进水盐浓度严重升高，增加膜的负担，影响膜的寿命，降低了废水处理效率，加大了整个处理工艺的成本。
因此，稳定、高效、经济是膜分离技术的重要研究内容，对膜处理工艺进行合理的设计和巧妙组合将为含盐废水处理提供一条经济有效的处理途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高回收率的含盐废水膜组合分离工艺及应用技术。通过对膜处理工艺进行合理的设计和巧妙组合，形成高效节能的含盐废水处理工艺与技术，确保水处理系统良好的分离效果和运行稳定性，增加含盐废水回收率，并降低水处理的成本。
本发明的具体技术方案如下：
一种高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，该组合分离工艺包括纤维过滤前处理单元、超滤预处理单元、反渗透处理单元及纳滤回收反渗透浓水单元；首先使用纤维过滤器处理含盐废水；再经超滤膜处理，出水进入超滤水箱；超滤水箱的水再经反渗透膜处理，得到反渗透清水与反渗透浓水，反渗透清水回收利用，反渗透浓水经纳滤膜处理进一步浓缩；纳滤后得到纳滤清水与纳滤浓水，纳滤清水进入超滤水箱，纳滤浓水进入浓水收集池。浓水经收集后可应用于建材或洗煤工业。
一种优选的高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，上述组合分离工艺还包括物理冲洗和化学清洗单元；所述物理冲洗是指在含盐废水膜组合分离过程中，用原水水箱中的水反冲洗纤维过滤器，超滤水箱中的水反冲洗超滤膜；所述化学清洗是指当反渗透或纳滤进水和浓水压差超过正常值的1.5倍，或产水量减小至正常值的1/3时，使用化学水清洗反渗透膜和纳滤膜。
上述原水水箱中的水为含盐废水。
上述在含盐废水膜组合分离过程中，超滤每进行10-30min，物理冲洗10-30s；物理冲洗可以通过继电器设置运行与清洗时间后在水处理过程中自动进行。
上述化学水为盐酸、氢氧化钠或柠檬酸水溶液等。
另一种优选的高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，上述反渗透清水又经二级反渗透膜处理进一步浓缩，得到二级反渗透清水与二级反渗透浓水；二级反渗透清水回收利用，二级反渗透浓水返回超滤水箱。
上述含盐废水是指pH在6-9，水温4-40℃，盐含量在10000mg/L以下的废水。本发明特别适用于西北地区地下苦咸水、电厂循环冷却排污水以及化工含盐废水的处理与回用。
上述纤维过滤器为无约束纤维束过滤器，过滤后出水的浊度达到1NTU以下。
上述超滤膜为中空纤维内压式超滤膜，超滤膜的材料为改性PVDF，纤维内径为1.0mm，膜表面孔径为0.01μm。
上述反渗透膜为卷式膜，反渗透膜材料为芳香族聚酰胺，膜表面孔径为0.5nm。
上述纳滤膜为卷式膜，纳滤膜材料为芳香族聚酰胺，膜表面孔径为1.0nm。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明采用无约束纤维束过滤器为废水前处理单元，对高浊度原水去浊率高，操作简单，冲洗方便，并且不存在水处理药剂残留引起的二次污染等问题。良好的前处理过程更好地保护了后续超滤和反渗透膜，增强了系统的运行稳定性和膜的使用寿命。
(2)本发明在反渗透处理单元后增加纳滤单元，对反渗透浓水进行进一步的浓缩，纳滤清水返回超滤水箱，提高了系统总的回收率，浓水则经收集后应用于建材或洗煤工业，达到废水的零排放。纳滤处理相比二级反渗透能够在较低压力下运行，设备投资和运行成本均较二级反渗透低。
(3)为了适应不同的处理出水水质要求，本发明还在一级反渗透产水后选配了二级反渗透膜组件。二级反渗透进水为一级反渗透产水，二级反渗透浓水则返回超滤水箱，在提高了脱盐率的同时保证了一定的总回收率。
总之，本发明通过对膜处理工艺进行合理的设计和巧妙组合，形成高效节能的含盐废水处理工艺与技术，确保水处理系统良好的系统回收率和运行稳定性，增加含盐废水的回收率并降低水处理成本。本发明工艺流程简单，结构紧凑，适用范围广，操作简便、易于控制、确保了系统的运行稳定性和分离效果，大大降低了处理的设备投资和运行成本，具有高效节能环保等技术优势，有很大的开发应用前景。
附图说明
图1为含盐废水膜组合分离工艺流程图。
具体实施方式
下面以具体实施例和附图详细地阐述本发明的内容，但并不因此而限制本发明的范围。
根据整个膜处理工艺的材料及膜组合方式，本发明所处理的含盐废水的pH在6-9之间，盐含量在10000mg/L以下。特别适用于西北地区地下苦咸水、电厂循环冷却排污水以及化工含盐废水的处理与回用。
实施例1：地下苦咸水的脱盐处理
采用NaCl模拟了总溶解性固体为10000mg/L，pH为9.0，温度为16.8℃的地下苦咸水，并用本发明的工艺设备和流程（如图1所示）进行处理。设备中超滤膜为中空纤维内压式超滤膜，超滤膜的材料为改性PVDF，纤维内径为1.0mm，膜表面孔径为0.01μm；反渗透膜为卷式膜，反渗透膜材料为芳香族聚酰胺，膜表面孔径为0.5nm；纳滤膜为卷式膜，纳滤膜材料为芳香族聚酰胺，膜表面孔径为1.0nm。
废水处理时，先将配制好的原水注入原水箱，开启纤维过滤器、超滤处理单元，原水经纤维过滤器过滤浊度降至1.0NTU，后直接进入超滤膜组件，超滤出水进入超滤水箱。待超滤水箱存水至一定水位时开启反渗透和纳滤处理单元，超滤水箱中的水经增压泵进入反渗透膜组件，反渗透产水进入回用水池。反渗透浓水进入纳滤处理单元，纳滤产水返回超滤水箱，纳滤浓水进入浓水收集池后输送至洗煤厂使用。
设备运行过程中通过继电器设置超滤运行30min，反洗30s，用原水水箱中的水反冲洗纤维过滤器，用超滤水箱中的水反冲洗超滤膜；当反渗透或纳滤进水和浓水压差超过正常值的1.5倍，或产水量减小至正常值的1/3时，使用化学水清洗反渗透膜和纳滤膜；调节纳滤进水和浓水阀，调整一级反渗透进水压力1.0Mpa左右，纳滤进水压力0.8Mpa左右。
本发明中纳滤清水是返回至超滤水箱进行循环的，整个系统最终处理后可回用的水为反渗透清水，最终排水为纳滤浓水。总回收率=反渗透清水/(反渗透清水+纳滤浓水)*100%，脱盐率=（原水电导率-反渗透清水电导率）/原水电导率*100%。
运行结果表明，系统脱盐率达到98.7%，总回收率达到75%。
实施例2：电厂循环冷却排污水的回收处理
某电厂循环冷却排污水水质情况为：pH=6.0，浊度23.7NTU，电导率2255μs/cm，用本发明的工艺设备和方法进行处理。与上述实施例1不同的是，为了保证更好的出水水质，在一级反渗透产水后增加二级反渗透。二级反渗透进水为一级反渗透产水，二级反渗透浓水返回超滤水箱。设备运行过程中通过继电器设置超滤运行20min，反洗20s；通过调节纳滤进水和浓水阀，调整一级反渗透进水压力0.5Mpa左右，纳滤进水压力0.3Mpa左右。
运行结果表明，系统脱盐率达到99.8%，总回收率达到80%。
实施例3：PVC生产排污水的回收处理
某PVC生产企业排水水质情况为：pH=8.4，浊度18.7NTU，电导率1310μs/cm，用本发明的工艺设备和方法进行处理。与上述实施例1不同的是，设备运行过程中通过继电器设置超滤运行10min，反洗10s；通过调节纳滤进水和浓水阀，调整一级反渗透进水压力0.6Mpa左右，纳滤进水压力0.4Mpa左右。运行结果表明，系统脱盐率达到99.0%，总回收率达到90%。
Claims (10)
1.一种高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，其特征在于，该组合分离工艺包括纤维过滤前处理单元、超滤预处理单元、反渗透处理单元及纳滤回收反渗透浓水单元；首先使用纤维过滤器处理含盐废水；再经超滤膜处理，出水进入超滤水箱；超滤水箱的水再经反渗透膜处理，得到反渗透清水与反渗透浓水，反渗透清水回收利用，反渗透浓水经纳滤膜处理进一步浓缩；纳滤后得到纳滤清水与纳滤浓水，纳滤清水进入超滤水箱，纳滤浓水进入浓水收集池。
2.根据权利要求1所述的高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，其特征在于，所述组合分离工艺还包括物理冲洗和化学清洗单元；
所述物理冲洗是指在含盐废水膜组合分离过程中，用原水水箱中的水反冲洗纤维过滤器，用超滤水箱中的水反冲洗超滤膜；
所述化学清洗是指当反渗透进水和浓水压差或纳滤进水和浓水压差超过正常值的1.5倍，或反渗透与纳滤产水量减小至正常值的1/3时，使用化学水清洗反渗透膜和纳滤膜。
3.根据权利要求2所述的高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，其特征在于，在含盐废水膜组合分离过程中，超滤每进行10-30min，物理冲洗10-30s。
4.根据权利要求2所述的高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，其特征在于，所述原水水箱中的水为含盐废水。
5.根据权利要求1所述的高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，其特征在于，所述反渗透清水又经二级反渗透膜处理进一步浓缩，得到二级反渗透清水与二级反渗透浓水；二级反渗透清水回收利用，二级反渗透浓水返回超滤水箱。
6.根据权利要求1至5任一项所述的高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，其特征在于，所述含盐废水的pH在6-9之间，盐含量在10000mg/L以下。
7.根据权利要求1至5任一项所述的高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，其特征在于，所述纤维过滤器为无约束纤维束过滤器，过滤后出水的浊度达到1NTU以下。
8.根据权利要求1至5任一项所述的高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，其特征在于，所述超滤膜为中空纤维内压式超滤膜，超滤膜的材料为改性PVDF，纤维内径为1.0mm，膜表面孔径为0.01μm。
9.根据权利要求1至5任一项所述的高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，其特征在于，所述反渗透膜为卷式膜，反渗透膜材料为芳香族聚酰胺，膜表面孔径为0.5nm。
10.根据权利要求1至5任一项所述的高回收率的含盐废水膜组合分离工艺，其特征在于，所述纳滤膜为卷式膜，纳滤膜材料为芳香族聚酰胺，膜表面孔径为1.0nm。
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