CN103910456B

CN103910456B - 一种运用半导体膜处理废水的方法

Info

Publication number: CN103910456B
Application number: CN201310103093.6A
Authority: CN
Inventors: 李飞; 李艳芬
Original assignee: SUZHOU JIUPEI ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU JIUPEI ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: CN103910456A

Abstract

本发明涉及一种运用半导体膜处理废水的方法，包含下列步骤：将废水通过5μm纸带过滤器进行初步过滤；废水进入进料循环罐；由阀门调节废水进入进料循环罐的量；将废水的温度升至60⁰C；将升温之后的废水输送到半导体膜单元系统中进行油水分离；废水被分为清液和浓液；清液从半导体膜的膜孔中流到储存罐中；浓液回流至进料循环罐；将清液输入脉冲复合电解装置，确保清液的COD≤500mg/L；完成后将清液排出。本发明相对于现有的技术具备以下技术优势：本发明可以在较少的透析水的情况下获得较高的过滤收率；本发明处理后的水清澈透明并确保稳定达标；本发明操作简单、占地面积小，处理成本不到传统工艺的1/3。

Description

一种运用半导体膜处理废水的方法

技术领域

本发明涉及一种废水的处理工艺，具体地说是一种运用半导体膜处理废水的方法。

背景技术

目前，废水的来源十分广泛，主要来自石油、石工、钢铁、机械加工等行业。其中很多废水含有乳化液。乳化液由于表面活性剂使得废油容易形成O/W型乳化微粒，其粒径小于l μm，表面常覆盖一层带负电荷的双电层，体系较稳定，不易上浮于水面。这种废水的破乳和COD的降解都较困难，成为较难解决的问题。

乳化液的处理中，通常认为“破乳”是关键工序。国内外经常使用的破乳方法有:盐析法、凝聚法、酸化法、混合法、超滤法、电解法、高梯度磁过滤法、离心分离法、离子交换法、泡沫乳选法和吸附法及热裂解法等。这些方法，均难以满足排放或回用要求。因此，钢铁企面临着的废水排放治理是一个较为艰巨的问题。

含有乳化液的废水的处理方法在实际应用中通常会组合起来，形成多级处理工艺，使出水水质达到排放标准。由于传统处理方法的局限性与排放标准严格化之间的矛盾，还需不断开发研制有效而适用的方法来处理废油。

目前处理乳化液的技术中，膜技术以其分离效率高、易操作、占地面积小、无需添加化学药剂等优点，特别是陶瓷膜近几年来一直为含油废水处理领域中的研究热点。但是陶瓷膜受材质的限制，难以适应温度变化，在使用过程中易发生断裂及破损的不利情况。陶瓷膜由于单元膜元件面积小，因而在系统连接中，需要大量密封圈，在工业生产过程中极易发生泄露。此外，采用膜工艺进行乳化液处理的过程中，膜的清洗再生经常会用到烧碱，而陶瓷膜基材含有硅酸盐类成份与烧碱反应会生成水玻璃，长期运行将对膜元件造成严重破坏。

所以本发明公开的半导体膜替代传统陶瓷膜的工艺对于上述问题是一个很好的解决方案。

发明内容

本发明为解决现有的问题，旨在提供一种运用半导体膜处理废水的方法，包含下列步骤：

步骤一：将废水通过5μm纸带过滤器进行初步过滤；

步骤二：初步过滤之后，废水进入进料循环罐；由阀门调节废水进入进料循环罐的量；

步骤三：通过交换热器将废水的温度升至60⁰C；

步骤四：将升温之后的废水输送到半导体膜单元系统中进行油水分离，；

步骤五：油水分离后废水被分为清液和浓液；清液从半导体膜的膜孔中流到储存罐中；浓液回流至进料循环罐，之后通过半导体膜单元系统重复步骤三和步骤四；

步骤六：将清液输入脉冲复合电解装置，去除清液中的可溶性盐分、胶体、有机物和微生物，确保清液的COD≤500mg/L；完成后将清液排出。

其中在于步骤四中，废水在半导体膜单元系统中进行过滤时，加入透析水以进一步去除废水中的杂质。

其中在于步骤五中，油水分离后的浓液回流至进料循环罐的过程中还通过1μm纸带过滤器，以去除其中的悬浮物和固体物质。

本发明相对于现有的技术具备以下技术优势：

1、本发明对于含有乳化液的废水的处理采用了半导体膜单元系统。半导体膜的材料是乳化液的高效截留屏障；半导体膜的宽通道膜管适用于高黏度、高固体悬浮物、高温度、复杂的废水，半导体膜通道的直径可以达到25mm，相比其他无机膜可以达到更高的物料浓缩倍数，半导体膜过滤可以在较少的透析水的情况下获得较高的过滤收率；

2、本发明采用脉冲复合电解装置，在电场作用下进行电化学反应，废水中的水先被电离，立即产生三种原生态的氢离子、氧离子和氢氧根离子，使污染因子彻底被降解。处理后的水清澈透明并确保稳定达标；

3、乳化油废水传统处理方法包括重力分离、溶气气浮、化学破乳、后续处理等方法；本发明只要通过预处理-膜过滤-电解装置处理后即能达到排放标准；

4、本发明是连续运行方式，操作简单、占地面积小，处理成本不到传统工艺的1/3。

附图说明

图1为本发明的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方法作进一步描述。该实施例用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

优选实施例,采用碳化硅材料制成半导体膜单元系统来处理含有乳化液的废水。该含有乳化液的废水的水质参数如下：

COD含量：7960mg/L；PH值：5.06mg/L；悬浮物含量：402 mg/L；油含量：644mg/L；氰化物:0.013 mg/L；氨氮:9.71 mg/L;凯氏测氮：161 mg/L；有机氮：151 mg/L；硫化物：0.11 mg/L；硫酸盐：146 mg/L；氯化物：2950 mg/L；总酚含量：2020 mg/L；铝离子：4.09 mg/L；二价铁离子：30.5 mg/L；钼离子：10.2 mg/L；磷：11.0 mg/L；锌离子：2.18 mg/L。

含有乳化液的废水的排放要求为：油含量≤10mg/L，COD含量要求≤150 mg/L。

为了达到上述的含有乳化液的废水的排放标准，在本实施例中还专门设计一个运用半导体膜处理乳化液的装置，包括5μm纸带过滤器、进料循环罐、阀门、循环泵、交换热器、半导体膜系统、浓液出料口、贮存罐、脉冲复合电解装置、1μm纸带过滤器和若干水管，它的结构是：进料循环罐的第一个进口通过水管连接5μm纸带过滤器，进料循环罐的第二个进口通过水管连接自来水水源；进料循环罐的出口通过水管连接循环泵的一端，所述循环泵的另一端通过水管连接交换热器的介质进口，在进料循环罐的出口和循环泵之间的水管上依次设有第一个取样口、阀门和第二个取样口；所述交换热器的介质出口通过水管连接半导体膜系统的进口；所述半导体膜系统的第一个出口通过浓液回输管连接进料循环罐的第三个进口，在所述浓液回输管上设有1μm纸带过滤器；所述半导体膜系统的第二个出口通过膜孔排水收纳管连接贮存罐的进口；所述贮存罐的出口通过水管连接脉冲复合电解装置；所述贮存罐和脉冲复合电解装置之间的水管上还设有另一个循环泵；所述脉冲复合电解装置的设有清液出水口；所述半导体膜系统上设有第三个取样口和浓液出料口。

其中，所述半导体膜系统由九段串联排列的半导体膜构成。

其中，半导体膜系统的半导体膜长度为0.8米、膜孔径为40nm。

其中，半导体膜系统的清洗端口还连接膜清理系统。

本实施例运用上述装置来对含有乳化液的废水进行处理，包含下列步骤：

先将废水通过5μm纸带过滤器进行初步过滤；

初步过滤之后，废水进入进料循环罐；由阀门调节废水进入进料循环罐的量；

废水由循环泵打到系统的交换热器将废水中的热流体的部分热量传递给废水中的冷流体，使流体温度达到60⁰C左右后自动将废水送到半导体膜单元系统；

将升温之后的废水输送到半导体膜单元系统中进行油水分离；

油水分离后废水被分为清液和浓液；清液从半导体膜的膜孔中流到储存罐中；浓液回流至进料循环罐，之后通过半导体膜单元系统重复升温和油水分离。

由于乳化液的成分复杂废水成分里面含有很细小铁屑、氧化铁及其他颗粒、表面活性剂、碱等，其中最主要污染物是高浓度、细小粒度乳化油；多数粒径在0.1-3um之间，浓度在0.1-3％之间、COD浓度一般在80000mg/L ~150000 mg/L不等，而通过半导体膜单元系统处理之后的废水COD已经降级到8000 mg/L ~10000 mg/L左右，这时候还没法达到排放标准，所以还需将清液输入脉冲复合电解装置，使其在直流电场作用下进行电化学反应。在这个过程中水先被电离，立即产生三种原生态的氢离子、氧离子和氢氧根离子，随即产生四项功能：氧化还原—脱色脱臭—气浮—絮凝，使废水的污染因子被氧化、被还原、被絮凝、被气浮，在电解区中充分进行电化学反应，去除水中的可溶性盐分、胶体、有机物和微生物，使处理后的水清澈透明并确保稳定达标。确保清液的COD≤500mg/L后，将清液排出。

此外，废水在半导体膜单元系统中进行过滤时，加入透析水以进一步去除废水中的杂质。

此外，油水分离后的浓液回流至进料循环罐的过程中还通过1μm纸带过滤器，以去除其中的悬浮物和固体物质，防止大颗粒杂质进入输送泵以及碳化硅膜系统。

经过上述处理后，出水的水质为：

PH值：5-5.6；悬浮物含量<35mg/L;COD含量<30mg/L;油含量<5mg/L;氨氮<8 mg/L。

在半导体膜系统结束对废水的过滤作业后，应当对半导体膜系统的半导体膜进行清洗。在作业结束后，对半导体膜的清洗一般是先后经过水洗、酸洗、碱洗、再水洗的过程。具体过程如下。

水洗：向半导体膜系统中的液体中加入纯水，压力控制在2bar左右，洗至比较清澈时即可；

酸洗：加入浓度为0.1-0.5% 的酸洗液（柠檬酸）。当半导体膜系统中废水冲洗干净后，用酸洗液清洗，一般循环15分钟左右；

碱洗：加入浓度为1-2% 的碱洗液（NaOH溶液）。当半导体膜系统中的废水冲洗干净后，用碱洗液清洗系统，一般循环15分钟左右；

再水洗：当酸洗、碱洗过程结束后，用纯水清洗半导体膜系统，直至半导体膜系统中的液体的PH值为中性；

最后当半导体膜系统中的废水冲洗干净后，关闭膜清理系统。最后放空本发明内的所有液体。

本发明采用的半导体膜相对于现在普遍使用的陶瓷膜，在材质优势、结构优势和工艺技术上具有较大优势。

半导体膜具有机械强度高、韧性好的优点。从材料特性上看，不锈钢机械强度高、韧性好，而陶瓷（Al₂O₃）虽然硬度高但机械强度较差、韧性较差、易碎。

半导体膜的使用寿命较长。不锈钢支撑层的高机械强度、韧性及专利的牢固的烧结涂层技术给半导体膜带来了超长的使用寿命：一般在20-30年，而陶瓷膜在低膜表面流速运行时其使用寿命一般可以达到2-3年。

半导体膜的运行稳定性好。在现有陶瓷膜的两年使用寿命内，并不是一次性的更换所有膜组件，不定期的不可预见地会发生膜组件破损、断裂，两年后所有组件更换一次。由于不定期地不可预见地发生膜组件损伤这会严重干扰正常生产秩序，给生产过程造成严重损失。而半导体膜则没有换膜顾虑。生产过程中的误操作也会带来陶瓷膜的破损，如高温运行状态（如清洗）突然遇到冷水热胀冷缩造成膜断裂，更换密封圈时拆卸过程中的误操作造成的膜管破损等。而半导体膜则没有这方面的顾虑。

半导体膜具有通道膜管较宽的优点。由于机械强度较高，半导体膜通道直径可以达到19mm，而现有的陶瓷膜通道通常只有3-6mm。由于半导体膜过滤膜管较宽，适用于更高黏度、更高固体悬浮物、更高温度、更复杂的料液；与陶瓷膜相比可以达到更高的物料浓缩倍数，这意味着采用半导体膜过滤，可以在较少的透析水量下获得较高的过滤收率。由于膜管较宽，物料在膜管通道内流动时的阻力较小。半导体膜系统通常可以将膜管长度串联到12米，从而达到节能的目的，而陶瓷膜通常只能两组件串联膜管长度为2-2.4米。

半导体膜具有组件方式上的便利。半导体膜的膜管可以通过无缝焊接进行连接，半导体膜系统没有任何一个密封圈。而陶瓷膜则需要大量的密封圈。一套100M²的陶瓷膜组件通常需要800-1000个密封圈，这对生产管理十分不利，并且很难杜绝跑、冒、滴、漏以及浓缩液渗漏到滤液中。

Al₂O₃在工业上被广泛地作为吸附剂使用。因此，在实验过程中陶瓷膜厂家采用新膜进行实验通常会得到较佳的滤液质量。部分色素、杂质甚至产品会被陶瓷膜不可再生性地吸附。这会带来几方面的后果：杂质被陶瓷膜吸附事实上是一个深层污染以及污染物的累积表现，经过较长一段时间运行后，陶瓷膜通量和滤液质量均会降低。而半导体膜二氧化钛涂层及不锈钢支撑层不会对产品产生任何吸附作用，不会带来二次污染问题。

乳化液中含有金属颗粒、金属氧化物、油、脂类、胶体类等杂质，这些物质对膜污染比较严重。特别是对于多通道的陶瓷膜膜组件，造成严重污染，这是因为陶瓷膜的支撑层对于中心管而言较厚而相对于边缘的管要薄得多，滤液由膜的中心管流出经过的支撑层流程比边缘管要长的多，非常容易造成膜的深层污染。而清洗的时候，边缘管容易被清洗出来，中心管很难被清洗出来，随着时间的推移，膜的污染有中心向边缘逐步的扩大，通量也就越来越低。将新的陶瓷膜管同使用过的陶瓷膜管的截面进行比较可以明显地发现，旧的陶瓷膜管的中心颜色明显较深，并逐渐向外延伸。

基于以上的认知，陶瓷膜在乳化油的过滤中无法长期操作，容易系统瘫痪；而半导体膜相对于陶瓷膜具备了相当大的优势。

综上所述，本实施例相对于现有的技术具备以下技术优势：

上述仅为本发明的优选实施方式，应指出的是，对于本行业内的普通技术技术人员而言，在本发明的原理之下可以由一些改进和替换，该改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种运用半导体膜处理废水的方法，其特征在于包含下列步骤：

步骤一：将废水通过5μm纸带过滤器进行初步过滤；

步骤三：通过交换热器将废水的温度升至60℃；

步骤四：将升温之后的废水输送到半导体膜单元系统中进行油水分离；所述半导体膜为碳化硅膜；

步骤五：油水分离后废水被分为清液和浓液；清液从半导体膜的膜孔中流到储存罐中；浓液回流至进料循环罐，之后通过半导体膜单元系统重复步骤四；

步骤六：将清液输入脉冲复合电解装置，去除水中的可溶性盐分、胶体、有机物和微生物，确保清液的COD≤500mg/L；完成后将清液排出。

2.根据权利要求1所述的一种运用半导体膜处理废油的方法，其特征在于步骤四中，废水在半导体膜单元系统中进行过滤时，加入透析水以进一步去除废水中的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种运用半导体膜处理废油的方法，其特征在于步骤五中，油水分离后的浓液回流至进料循环罐的过程中还通过1μm纸带过滤器，以去除其中的悬浮物和固体物质。