CN103723799A - 一种电渗析器及近零排放工业废水回用工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电渗析器及近零排放工业废水回用工艺。所述电渗析器为立式布置；所述电渗析器采用非对称的进出水流道结构，进水流道窄于出水流道；其阳离子交换膜采用一价离子交换膜，阴离子交换膜采用通用型离子交换膜；所述电渗析器的负极板和正极板采用贵金属涂敷钛基电极。所述工艺首先将工业废水进行电絮凝处理，在电场和气浮作用下，发生电解和絮凝反应，然后通过沉淀和过滤，对工业废水进行预处理；然后采用超滤+反渗透的组合工艺，其淡水直接回用，浓水采用电渗析器进行深度浓缩，所产淡水回用，浓水进入蒸发结晶装置进行蒸发结晶。本发明工艺主要处理循环水排污水、达标污水及一次反渗透浓水等工业污水。

Description

一种电渗析器及近零排放工业废水回用工艺

技术领域

本发明涉及废水回用技术领域，具体涉及一种电渗析器及近零排放工业废水回用工艺，其主要内容是将预处理和脱盐工艺进行组合，提高工业废水回用工艺的水回收率。

背景技术

工业废水是指工矿企业在生产过程中产生的含有大量有机和无机盐的废水。随着工业化程度越来越高，工业用水和废水的排放量越来越大，对生态环境造成的危害越严重。同时，有些地区严重缺水，成为对社会经济持续发展的制约。为进一步加强工业节水工作，缓解我国水资源的供需矛盾，遏制水环境恶化的势头，促进工业经济与水资源及环境的协调发展，2005年颁布的《中国节水技术政策大纲》首先提出了发展外排废水回用和“零排放”技术的要求。2007年11月国家新颁布的《国家环境保护“十一五”规划》更明确要求在钢铁、电力、化工、煤炭等重点行业推广废水循环利用，努力实现废水少排放或零排放。

工业废水的减排或零排放解决方案是项系统工程，首先应优化工艺，采用节水工艺等措施提高用水效率，降低生产水耗。因此，如何进一步优化工艺，降低整套工艺的运行成本，同时节省设备投资，是实现工业废水减排或零排放的关键。

目前，很多工矿企业多采用超滤、反渗透膜或电渗析等工艺技术将生产废水回收利用，但由于废水回收率较低，一般为60～80%，最终产出的20～40%高含盐废水若直接通过蒸发系统进行处理，其设备投资和处理成本很高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的废水回收率低、处理成本高等问题，提出了一种电渗析器及近零排放工业废水回用工艺。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种电渗析器，所述电渗析器为立式布置；所述电渗析器采用非对称的进出水流道结构，进水流道窄于出水流道；其阳离子交换膜采用一价离子交换膜，阴离子交换膜采用通用型离子交换膜；

所述电渗析器的负极板和正极板采用贵金属涂敷钛基电极。

本发明所述的电渗析器是一种适用于高含盐浓度废水脱盐的设备。区别于常规的卧式电渗析，采用立式布置，电渗析膜竖向叠放，脱盐水自下而上垂直流动。

所述电渗析器的进口采用窄流道，出口采用宽流道，比现有电渗析器提高3%以上的脱盐率。电渗析进、出水流道结构决定了电渗析膜堆各室的布水均匀性，进而影响电渗析的脱盐率。

所述电渗析器的阳膜采用一价离子交换膜，以减少二价结垢性阳离子透过。阴离子交换膜采用通用型离子交换膜，降低电渗析结垢倾向，确保电渗析长期稳定运行。

所述电渗析器的极板采用贵金属涂敷钛基电极，大大提高电流效率，耐腐蚀性能提高。

所述电渗析器由阳离子交换膜、阴离子交换膜、隔板网、电极、进水配水管、出水汇流管、夹紧装置及直流电源组成；

在负极板和正极板之间，按照阳离子交换膜、隔板网、阴离子交换膜和隔板网的排列形式组成多个重复单元，经夹紧装置夹紧后组成电渗析器。

本发明的目的之二在于提供一种近零排放工业废水回用工艺，所述工艺包括以下步骤：

1）将工业废水进行电絮凝处理，在电场和气浮作用下，发生电解和絮凝反应，然后通过沉淀和过滤，对工业废水进行预处理；

2）将预处理产水进入超滤、反渗透装置进行脱盐处理；

3）反渗透产出的浓水进入如上所述的电渗析器进行深度脱盐处理；

4）反渗透和电渗析产出的淡水直接回用，浓水去蒸发结晶装置再处理。

步骤1）所述的预处理在一体化装置中进行；所述一体化装置将电化学反应池、斜管沉淀池和多介质过滤池组成一体化形式。所述一体化装置以电化学为核心，其中包括电化学絮凝、电催化氧化还原、电气浮、高效沉淀及多介质过滤等综合作用，对工业废水进行预处理。在电场和气浮作用下，经过电絮凝、高效沉淀、多介质过滤等，去除水中的硬度、碱度、悬浮物及部分COD等。

本发明电絮凝处理中使用的电极反应器中设有相互对应的阴极和阳极，至少所述阳极由含铁金属制成，所述电极反应器通电后对水产生电解效应并在阳极处生成大量亚铁离子，亚铁离子经氧化后生成铁离子，铁离子与水中的氢氧根离子结合生成Fe(OH)₃，进而形成Fe(OH)₃及其聚合物等高活性絮体。

步骤1）所述电絮凝处理吨水的平均电流为≤2A。

步骤1）所述电絮凝处理在曝气条件下进行。曝气能够增大水的扰动性，使其混合均匀，同时由于水电解产生大量微小气泡，在反应器内创造微氧化环境，使产生的金属离子和氢氧根离子混合均匀，结合生成氢氧化物絮体。

本发明脱盐处理主要是将反渗透和电渗析进行组合，充分发挥两种工艺的优势。首先采用超滤、反渗透对工业废水进行脱盐，然后用配套的电渗析器对反渗透浓水作进一步浓缩处理。此组合工艺在保证脱盐率的前提下，可大大提高废水回收率，降低运行成本，同时也可减少整套系统的设备投资。

一种近零排放工业废水回用工艺，所述工艺包括以下步骤：

1）将工业废水在一体化装置中进行电絮凝处理，在电场和气浮作用下，发生电解和絮凝反应，然后通过沉淀和过滤，对工业废水进行预处理，去除水中的硬度、碱度、悬浮物及部分COD；

所述一体化装置将电化学反应池、斜管沉淀池和多介质过滤池组成一体化形式；

2）将预处理产水进入超滤、反渗透装置进行脱盐处理；

3）反渗透产出的浓水进入如权利要求1所述的电渗析器进行深度脱盐处理；

4）反渗透和电渗析产出的淡水直接回用，浓水去蒸发结晶装置再处理。

与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所述工艺可实现废水回收率≥95%，其中预处理无水损失，反渗透系统设计70～75%回收率，剩余25～30%的反渗透浓水继续采用电渗析器进行浓缩减量，最终剩余5%的浓水进行蒸发。

附图说明

图1是本发明所述电渗析器的原理图；

图2是所述电渗析器的隔板网结构示意图；

图3是所述电渗析器的阴阳离子交换膜结构示意图；

图4是本发明所述近零排放工业废水回用工艺流程图。

图中：1-阴离子交换膜；2-阳离子交换膜；3-隔板网；4-负极板；5-正极板；6-原水；7-浓水；8-淡水。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

如图1所示，一种电渗析器，所述电渗析器为立式布置；所述电渗析器采用非对称的进出水流道结构，进水流道窄于出水流道；其阳离子交换膜2采用一价离子交换膜，阴离子交换膜1采用通用型离子交换膜；所述电渗析器的负极板4和正极板5采用贵金属涂敷钛基电极。

在图1中，阴离子交换膜1、阳离子交换膜2及隔板网3上的进水口宽度均小于出水口宽度，以形成进水流道窄于出水流道的形式。

图2和图3分别示出了所述电渗析器的隔板网结构示意图、阴阳离子交换膜结构示意图。从图2、图3可以看出，阴阳离子交换膜、隔板网右侧的进水流道窄于出水流道。

原水6进入电渗析器中，经脱盐处理后获得浓水7和淡水8。

所述电渗析器由阳离子交换膜2、阴离子交换膜1、隔板网3、电极、进水配水管、出水汇流管、夹紧装置及直流电源组成；

在负极板4和正极板5之间，按照阳离子交换膜、隔板网、阴离子交换膜和隔板网的排列形式组成多个重复单元，经夹紧装置夹紧后组成电渗析器。

如图4所示，一种近零排放工业废水回用工艺，所述工艺包括以下步骤：

1）将工业废水在一体化装置中进行电絮凝处理，在电场和气浮作用下，发生电解和絮凝反应，然后通过沉淀和过滤，对工业废水进行预处理，去除水中的硬度、碱度、悬浮物及部分COD；

所述一体化装置将电化学反应池、斜管沉淀池和多介质过滤池组成一体化形式；

2）将预处理产水进入超滤、反渗透装置进行脱盐处理；

3）反渗透产出的浓水进入如上所述的电渗析器进行深度脱盐处理；

4）反渗透和电渗析产出的淡水直接回用，浓水去蒸发结晶装置再处理。

步骤1）所述的预处理在一体化装置中进行；所述一体化装置将电化学反应池、斜管沉淀池和多介质过滤池组成一体化形式。

步骤1）所述电絮凝处理吨水的平均电流为≤2A。

步骤1）所述电絮凝处理在曝气条件下进行。

具体实施例1

某电厂废水为循环水排污水、达标污水及RO浓水的混合污水。混合污水总硬度为2009mg/L(CaCO₃计)，总碱度为444mg/L(CaCO₃计)，电导率为2790uS/cm，浊度为1.51NTU，SiO₂含量为16.8mg/L。由于混合污水的硬度、浊度和含盐量等指标均较高，若要处理后回用于厂内循环水系统，同时保证较高的水回收率，处理难度较大。

通过对混合污水水质进行分析，采用本发明提供的近零排放工业废水回用工艺，即先利用一体化装置，对污水进行电絮凝、气浮、高效沉淀及多介质过滤等综合作用后，有效降低水中的硬度、浊度等指标。

一体化产水的电导率依然很高，本发明采用反渗透设备对其进行脱盐。反渗透产出的淡水即可满足回用要求。而反渗透浓水电导率一般为进水的3～4倍，对于这种含盐量较高的污水采用与工艺配套的专用电渗析器对反渗透浓水进行再浓缩。电渗析产出的淡水可回用或回到反渗透进行再处理，产出的浓水可以直接送至蒸发系统。

本实施例提供的近零排放工业废水回用工艺的总脱盐率为75%，总废水回收率为95%。

表1某电厂混合污水处理工艺进出水指标

实施例2

某油田的压裂废水TDS为7012mg/L，TSS为482mg/L，浊度为280NTU。产水要求一部分水回用，回用水的TDS为<350mg/L；另一部分回注，回注水的TDS<2100mg/L。产出的浓水要求含盐量100000mg/L以上，去蒸发装置处理。

通过对混合污水水质进行分析，采用本发明提供的近零排放工业废水回用工艺，即先利用一体化装置，对污水进行电絮凝、气浮、高效沉淀及多介质过滤等综合作用后，有效降低水中的悬浮物和浊度指标。

本发明采用反渗透设备对其中一部分一体化产水进行脱盐。反渗透产出的淡水即可满足回用要求。为提高废水回收率，反渗透浓水与另外一部分一体化产水混合后进入专用电渗析器。电渗析产出的淡水可作为回注水，产出的浓水可以直接送至蒸发系统。

本实施例提供的近零排放工业废水回用工艺的总脱盐率为73%，总水回收率为>95%。

表2某油田压裂废水处理工艺进出水指标

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及回用工艺，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及回用工艺，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及回用工艺才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种电渗析器，其特征在于，所述电渗析器为立式布置；所述电渗析器采用非对称的进出水流道结构，进水流道窄于出水流道；其阳离子交换膜采用一价离子交换膜，阴离子交换膜采用通用型离子交换膜；

所述电渗析器的负极板和正极板采用贵金属涂敷钛基电极。

2.如权利要求1所述的电渗析器，其特征在于，所述电渗析器由阳离子交换膜、阴离子交换膜、隔板网、电极、进水配水管、出水汇流管、夹紧装置及直流电源组成；

在负极板和正极板之间，按照阳离子交换膜、隔板网、阴离子交换膜和隔板网的排列形式组成多个重复单元，经夹紧装置夹紧后组成电渗析器。

3.一种近零排放工业废水回用工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：

1）将工业废水进行电絮凝处理，在电场和气浮作用下，发生电解和絮凝反应，然后通过沉淀和过滤，对工业废水进行预处理；

2）将预处理产水进入超滤、反渗透装置进行脱盐处理；

3）反渗透产出的浓水进入如权利要求1所述的电渗析器进行深度脱盐处理；

4）反渗透和电渗析产出的淡水直接回用，浓水去蒸发结晶装置再处理。

4.如权利要求3所述的工艺，其特征在于，步骤1）所述的预处理在一体化装置中进行；所述一体化装置将电化学反应池、斜管沉淀池和多介质过滤池组成一体化形式。

5.如权利要求3或4所述的工艺，其特征在于，步骤1）所述电絮凝处理吨水的平均电流为≤2A。

6.如权利要求3-5之一所述的工艺，其特征在于，步骤1）所述电絮凝处理在曝气条件下进行。

7.如权利要求3-6之一所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：

1）将工业废水在一体化装置中进行电絮凝处理，在电场和气浮作用下，发生电解和絮凝反应，然后通过沉淀和过滤，对工业废水进行预处理，去除水中的硬度、碱度、悬浮物及部分COD；

所述一体化装置将电化学反应池、斜管沉淀池和多介质过滤池组成一体化形式；

2）将预处理产水进入超滤、反渗透装置进行脱盐处理；

3）反渗透产出的浓水进入如权利要求1所述的电渗析器进行深度脱盐处理；

4）反渗透和电渗析产出的淡水直接回用，浓水去蒸发结晶装置再处理。

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