CN104341066B - 一种工业达标外排废水的深度处理与回用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工业达标外排废水的深度处理与回用系统及方法，属于水处理技术领域。该系统包括超滤、纳滤、电吸附以及混凝或电絮凝或酶电聚合‑电絮凝装置，其中超滤淡水出口依次连通所述的纳滤、电吸附装置，超滤、纳滤装置浓水分别连通混凝或电絮凝或酶电聚合‑电絮凝装置。本发明系统还可进一步包括反渗透装置；所述反渗透装置进水口与电吸附脱盐装置出水口相连通，反渗透装置浓水出口与所述混凝或电絮凝或酶电聚合‑电絮凝装置入口相连通。工业达标外排废水经过该系统处理后可用于工业循环水和循环冷却水补水；也可进一步经过反渗透处理用于锅炉给水。本发明的系统最大限度脱除废水中的各种污染物，降低处理成本。

Description

一种工业达标外排废水的深度处理与回用系统及方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种采用超滤-纳滤-电吸附-反渗透耦合强化处理工业达标排放废水及废水回用的系统及方法。
背景技术
随着工业化进程加速，我国已经成为工业大国，工业生产过程中产生的大量废水对环境和人类健康构成潜在威胁。经生化二级处理后达标排放的废水，尤其是焦化、化纤、造纸和印染等行业废水，仍含有部分悬浮物、有机物和无机盐，需要进一步脱盐和去除有机物才能实现废水回用。因此，开发工业达标外排水的深度处理和废水回用技术对节水减排和环境保护意义重大。
工业废水深度处理和回用的主要目标是去除水中的悬浮物、微生物、有机物和无机盐。到目前为止，人们已经开发了多种技术，包括混凝、高级氧化、吸附、离子交换、电去离子、膜过滤等技术。但单一技术很难低成本、高效地脱除水中的有机物和无机盐，实现废水回用。为了实现工业废水回用，研究人员发明了多种方法。如CN101659486A提出一种利用RO反渗透膜深度处理工业废水的工艺，该工艺将达标排放废水经过初步过滤、脱CO2、脱硬度和调pH等预处理工艺，进入RO反渗透装置。该工艺可以提高产水率和延长清洗周期。CN1803675A提出一种工业废水二级生化出水的好氧循环生物膨胀床-压力滤池-膜过滤处理工艺，该工艺的循环生物膨胀床能够去除废水中部分未降解的有机物和氨氮，经过压力滤池前加入絮凝剂去除大部分胶体和悬浮物，再经过一系列的微滤、超滤、纳滤和反渗透等膜技术达到不同回用目的水质要求。CN1524809A提出一种工业废水深度处理工艺，废水先经过一系列过滤装置，再经过二级反渗透处理，出水可以用于循环冷却水；此外出水还可以经过电脱离子装置，出水电导率低于0.1μS/cm，达到电子工业用水标准。但上述所涉及专利均没有考虑到有机污染物在脱盐过程中膜过滤产生的浓水处理问题。
总之，到目前为止还缺乏一种能够将工业达标外排废水中的有机物和无机盐同时低成本、高效脱除实现废水分质回用的技术。
发明内容
本发明的目的在于解决现有工业达标排放废水深度处理和回用技术存在成本高、产水率低、污染物脱除效果差的问题，提供一种工业达标外排废水的深度处理和回用系统及方法，通过超滤-纳滤-电吸附-反渗透-混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝的多过程耦合，脱除废水中的各种污染物并实现废水回用。
本发明系统及方法不仅最大限度脱除了水中的有机物和无机盐，而且运行成本低、能耗和设备投资也低，处理后的废水可用于工业循环水、循环冷却水和锅炉补水。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种工业达标外排废水的深度处理与回用系统，所述系统包括超滤装置、混凝装置、纳滤装置、电吸附脱盐装置和混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置；
所述超滤装置的超滤淡水出口依次与纳滤装置和电吸附脱盐装置的入口相连通；所述纳滤装置的纳滤浓水出口和电吸附脱盐装置的电吸附浓水出口分别与所述的混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置的入口相连通；所述超滤装置的超滤浓水出口与混凝装置的入口相连通；所述混凝装置的出水口与所述超滤装置的废水入口相连通。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
本发明所述系统还包括反渗透装置；所述电吸附脱盐装置的电吸附淡水出口经反渗透装置之后再与所述混凝/电絮凝装置的入口相连通。
所述超滤装置由加压泵、储水箱、反冲洗泵、反冲洗箱和超滤膜组件构成；所述超滤膜组件优选为板式超滤膜组件或卷式超滤膜组件。
所述纳滤装置由加压泵、储水箱、反冲洗泵、反冲洗箱和纳滤膜组件构成；所述纳滤膜组件优选为板式纳滤膜组件或卷式纳滤膜组件。
所述电吸附脱盐装置由进水泵、储水箱、反冲洗泵、反冲洗箱和吸附电极构成；所述吸附电极的活性组分优选为石墨毡、活性炭纤维、碳纳米管、粉末活性炭、石墨或石墨烯中的一种或至少两种的组合。
所述反渗透装置由高压泵、产水箱、反冲洗泵、浓水箱和反渗透膜组件构成；所述反渗透膜组件优选为板式反渗透膜组件或卷式反渗透膜组件。
所述混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置为混凝装置或电絮凝装置或酶电聚合-电絮凝装置；
所述的混凝装置由加药单元、混合单元和絮凝沉淀单元组成；
所述的电絮凝装置由电源、电极板、水泵和沉淀单元组成；所述电极板优选为铝电极板、铁电极或铝铁复合电极板；
本发明所述的酶电聚合-电絮凝装置可采用本申请人的在先申请CN102701337A中提到的酶电极耦合电絮凝去除有机物的反应器。例如，其可由电源、酶阴极或固载酶填料、牺牲阳极、水泵和沉淀单元组成；所述牺牲阳极优选为铝电极、铁电极或铝铁复合电极；所述的酶阴极优选为固载酶的三维碳材料电极；所述的固载酶填料优选为三维碳材料。
一种利用如上所述的系统进行工业废水深度处理与回用的方法，所述方法将达到排放标准的工业废水经超滤装置去除微生物和剩余悬浮物后，超滤浓水经混凝装置处理后返回超滤装置；超滤淡水经纳滤装置去除>200Da的大分子有机物和高价离子，纳滤淡水经电吸附脱盐装置去除部分无机盐和有机物后，用于工业循环水和循环冷却水补水；电吸附浓水和纳滤浓水经混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置处理后，出水达到工业废水排放标准后外排。
电吸附脱盐装置得到的电吸附淡水进一步经过反渗透装置后用于锅炉用水；反渗透浓水与吸附浓水和纳滤浓水一起进入混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置进行处理。
所述超滤处理的压力为0.2～10MPa，例如可选择0.21～9.96MPa，0.28～9.3MPa，0.8～8.5MPa，2.2～7.8MPa，4～7MPa，4.6～5.5MPa，5.2MPa等，进一步优选为8MPa。
所述纳滤处理的压力为1～10MPa，例如可选择1.02～9.9MPa，1.8～9.1MPa，2.3～8.6MPa，2.8～8MPa，3.3～7.2MPa，4～6.7MPa，4.6～6.2MPa，5.5MPa等，进一步优选为6MPa。
所述反渗透处理的压力为10～100MPa，例如可选择10.02～99.4MPa，16～86MPa，23.5～80.2MPa，32～73MPa，40～70MPa，46.8～64.5MPa，52MPa等，进一步优选为60MPa。
与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的工业达标外排废水深度处理与回用系统，可对多种污染物进行处理，且去除效果好、运行成本低、易操作、适用范围广。
首先，本发明通过超滤装置，将水中的悬浮物、细菌、颗粒以及胶体转移到浓水中提高污染物的浓度，从而有利于混凝方法将其去除，混凝后清水再返回到超滤系统；其次，本发明通过混凝或电絮凝或酶电聚合-电絮凝将纳滤、电吸附和反渗透浓水中的有机物去除，实现了浓水的达标排放。尤其是通过酶电聚合-电絮凝装置的酶聚合作用可以提高水中溶解性有机物的分子量和疏水性，更有利于电絮凝对污染物的去除，实现浓水达标排放。本发明通过组合工艺可以实现废水分质回用，可分别用于循环冷却水、工艺循环补水和锅炉给水，且实现浓水达标排放。另外，本发明通过多过程耦合，不仅最大限度脱除了水中的多种污染物，而且运行成本低、产水率高。
附图说明
图1为本发明实施例1～3的工业废水深度处理与回用系统的工艺流程图；
图2为本发明实施例4～6的工业废水深度处理与回用系统的工艺流程图。
图中：A-超滤装置；B-混凝装置；C-纳滤装置；D-电吸附脱盐装置；E-反渗透装置；F-混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置。
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
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：
实施例1
如图1所示，本实施例的工业达标外排废水的深度处理和回用系统，其包括：超滤装置A、混凝装置B、纳滤装置C、电吸附脱盐装置D和混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F；
所述超滤装置A的超滤淡水出口依次通过管道与纳滤装置C和电吸附脱盐装置D的入口相连通；所述纳滤装置C的纳滤浓水出口和电吸附脱盐装置D的电吸附浓水出口分别与所述的混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F入口相连通；所述超滤装置A的超滤浓水出口与混凝装置B入口相连通；所述混凝装置B的出水口与所述超滤装置A的废水入口相连通。本实施例的混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F为混凝装置。
实施例2
与实施例1相比，混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F为电絮凝装置，其余同实施例1的结构。
实施例3
与实施例1相比，混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F为酶电聚合-电絮凝装置，其余同实施例1的结构。
实施例4
如图2所示，本实施例的工业达标外排废水的深度处理和回用系统，其包括超滤装置A、混凝装置B、纳滤装置C、电吸附脱盐装置D、反渗透装置E和混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F；
所述超滤装置A的超滤淡水出口依次通过管道与纳滤装置C、电吸附脱盐装置D和反渗透装置E的入口相连通；所述纳滤装置C的纳滤浓水出口、电吸附脱盐装置D的电吸附浓水出口和反渗透装置E浓水出口分别与混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F入口相连通；所述超滤装置A的超滤浓水出口与所述混凝装置B的入口相连通，所述混凝装置B的出水口与所述超滤装置A的废水入口相连通。本实施例的混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F为混凝装置。
实施例5
与实施例4相比，混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F为电絮凝装置，其余同实施例4的结构。
实施例6
与实施例4相比，混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F为酶电聚合-电絮凝装置，其余同实施例4的结构。
实施例7：
在实施例1和实施例4的系统中进行废水处理，其中废水取自某钢铁公司焦化厂通过生化处理后的出水，原水和各阶段处理后出水的水质指标如表1所示：
表1各阶段污染物去除效果
阶段 SS（mg/L） CODCr（mg/L） 电导率（μS/cm）
原水 50 150 14000
超滤出水 20 90 11000
纳滤出水 18 40 2300
电吸附出水 10 15 500
反渗透出水 8 2 10
具体步骤如下：
1）将表1所示的原水连续由超滤装置A进口输送到超滤装置A中，在10MPa压力条件下进行超滤处理；得到超滤淡水和超滤浓水；其超滤所得超滤淡水的产水率为80～90%；
所得超滤浓水由超滤装置A的浓水出口流入混凝装置B进行混凝处理，之后再通过管道由超滤装置A进口返回至超滤装置A；所述混凝装置B内的混凝剂采用市售的聚合硫酸铁和阳离子聚丙烯酰胺混合物，聚合硫酸铁和阳离子聚丙烯酰胺混合物添加量分别为50ppm和2ppm；
2）超滤装置A所产淡水经由超滤装置A的淡水出口流至纳滤装置C；纳滤装置采用板式纳滤膜，膜材料为PVDF，膜孔径为100～400nm；纳滤压力为10MPa；纳滤装置C流出的淡水产率为60～80%；纳滤装置C产生的浓水进入混凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F），混凝条件同步骤1）；
3）纳滤装置C产生的淡水进入电吸附除盐装置D，吸附电极由粉末活性炭与PVDF粘结剂混合而成，经电吸附除盐装置D的电吸附淡水直接用于生产工艺循环水或循环冷却水，电吸附浓水进入混凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F），混凝条件同步骤1）；
4）电吸附除盐装置D产水还可进一步进入反渗透装置E（采用卷式反渗透膜，反渗透压力为100MPa），反渗透装置E的淡水产率为60～80%，产生的淡水直接用于锅炉给水；产生的浓缩水进入混凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F），混凝条件同步骤1）；
5）步骤2）和4）产生的浓水以及步骤3）产生的电吸附浓水经混凝装置（混凝/电絮凝装置F）处理后，废水达标外排；混凝装置B和混凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F）产生的污泥经压缩和干燥处理后外运处理。
实施例8
在实施例2和实施例5的系统中进行废水处理，其中废水取自某化纤厂通过经过中和、沉淀处理后的出水，原水及各个阶段处理后出水的水质指标如表2所示：
表2各阶段污染物去除效果
阶段 SS（mg/L） CODCr（mg/L） 电导率（μS/cm）
原水 300 300 20000
超滤出水 60 100 14000
纳滤出水 21 40 2800
电吸附出水 12 15 300
反渗透出水 5 5 15
具体步骤如下：
1）将表2所示的原水连续输送到超滤装置A中进行过滤处理，超滤压力为0.2MPa，产水率为80～90%，浓水经过混凝装置B处理后再返回超滤装置A进水口；混凝剂采用市售的聚合硫酸铝和阳离子聚丙烯酰胺混合物，其添加量分别为50ppm和2ppm；
2）超滤装置A淡水出水口连接到纳滤装置C，采用卷式纳滤膜，膜材料为PVDF，膜孔径为100～400nm；纳滤压力为1MPa，淡水产率为60～80%。产生的浓水进入电絮凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F），电絮凝条件如下：2片铝电极、槽电压为1V、电絮凝时间为5min；
3）纳滤装置C产生的淡水进入电吸附除盐装置D，吸附电极为活性组分为石墨粉、粘结剂为PVDF，电吸附淡水可用于生产工艺循环水或循环冷却水，电吸附浓水进入电絮凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F），电絮凝条件同步骤2）；
4）如实施例5步骤3）电吸附除盐装置D产水可进一步进入反渗透装置E，采用卷式反渗透膜，反渗透压力为10MPa，淡水产率为60～80%，产生的淡水可以用于锅炉给水，产生的浓水进入电絮凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F），电絮凝条件同步骤2）；
5）步骤2）和4）产生的浓水以及步骤3）产生的电吸附浓水经电絮凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F）处理后，废水可达标外排；混凝装置B和电絮凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F）产生的污泥经压缩和干燥处理后外运处理。
实施例9
在实施例3和实施例6的系统中进行废水处理，其中废水取自某印染厂经过生化处理后的出水，原水及各个阶段处理后出水的水质指标如表3所示：
表3各阶段污染物去除效果
阶段 SS（mg/L） CODCr（mg/L） 电导率（μS/cm）
原水 200 150 10000
超滤出水 50 100 8000
纳滤出水 16 45 2000
电吸附出水 9 23 260
反渗透出水 2 2 19
具体步骤如下：
1）将表3所示的原水连续输送到超滤装置A中进行过滤处理，超滤压力为8MPa，产水率为80～90%，浓水经过混凝装置B处理后再返回超滤装置A进水口；混凝剂采用市售的聚合硫酸铝铁和阳离子聚丙烯酰胺，添加量分别为50ppm和2ppm；
2）超滤装置A淡水出水口连接到纳滤装置C，采用卷式纳滤膜，膜材料为PVDF，膜孔径为100～400nm；纳滤压力为6MPa，淡水产量为60～80%。产生的浓水进入酶电聚合-电絮凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F），酶电聚合-电絮凝条件如下：10mg辣根过氧化物酶通过水合肼固载到石墨毡电极上做阴极（电极体积为1cm×1cm×4cm）、1片铝电极为阳极（电极面积为4cm×4cm）、氧气流量为1L/min，反应器体积为100ml、槽电压为2V、电絮凝时间为20min；
3）纳滤装置C产生的淡水进入电吸附除盐装置D，吸附电极为活性组分为活性炭纤维，电吸附淡水可用于生产工艺循环水或循环冷却水，电吸附浓水进入酶电聚合-电絮凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F），酶电聚合-电絮凝条件同步骤2）；
4）步骤3）电吸附除盐装置D产水可进一步进入反渗透装置E，采用卷式反渗透膜，反渗透压力为60MPa，淡水产率为60～80%，产生的淡水可以用于锅炉给水，产生的浓水进入酶电聚合-电絮凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F），酶电聚合-电絮凝条件同步骤2）；
5）步骤2）和4）产生的浓水以及步骤3）产生的电吸附浓水经酶电聚合-电絮凝处理后，废水可达标外排。混凝装置B和酶电聚合-电絮凝装置（混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置F）产生的污泥经压缩和干燥处理后外运处理。
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处理方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及处理方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及处理方法才能实施。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。

Claims (15)

1.一种工业达标外排废水的深度处理与回用系统，其特征在于，所述系统包括超滤装置(A)、混凝装置(B)、纳滤装置(C)、电吸附脱盐装置(D)和混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置(F)；
所述超滤装置(A)的超滤淡水出口依次与纳滤装置(C)和电吸附脱盐装置(D)的入口相连通；所述纳滤装置(C)的纳滤浓水出口和电吸附脱盐装置(D)的电吸附浓水出口分别与所述的混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置(F)的入口相连通；所述超滤装置(A)的超滤浓水出口与混凝装置(B)的入口相连通；所述混凝装置(B)的出水口与所述超滤装置(A)的废水入口相连通；
所述系统还包括反渗透装置(E)；所述电吸附脱盐装置(D)的电吸附淡水出口经反渗透装置(E)之后再与所述混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置(F)的入口相连通。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超滤装置(A)的超滤膜组件为板式超滤膜组件或卷式超滤膜组件。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述纳滤装置(C)的纳滤膜组件为板式纳滤膜组件或卷式纳滤膜组件。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电吸附脱盐装置(D)的吸附电极的活性组分为石墨毡、活性炭纤维、碳纳米管、粉末活性炭、石墨或石墨烯中的一种或至少两种的组合。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反渗透装置(E)的反渗透膜组件为板式反渗透膜组件或卷式反渗透膜组件。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置(F)为混凝装置或电絮凝装置或酶电聚合-电絮凝装置。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的电絮凝装置的电极板为铝电极板、铁电极或铝铁复合电极板。
8.一种利用如权利要求1-7之一所述的系统进行工业废水深度处理与回用的方法，其特征在于，所述方法将达到排放标准的工业废水经超滤装置(A)去除微生物和剩余悬浮物后，超滤浓水经混凝装置(B)处理后返回超滤装置(A)；超滤淡水经纳滤装置(C)去除大分子有机物和高价离子；纳滤淡水经电吸附脱盐装置(D)去除部分无机盐和有机物后，用于工业循环水和循环冷却水补水；电吸附浓水和纳滤浓水经混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置(F)处理后，出水达到工业废水排放标准后外排。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，电吸附淡水进一步经过反渗透装置(E)后用于锅炉用水；反渗透浓水与电吸附浓水和纳滤浓水一起进入混凝/电絮凝/酶电聚合-电絮凝装置(F)进行处理。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述超滤处理的压力为0.2～10MPa。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述超滤处理的压力为8MPa。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述纳滤处理的压力为1～10MPa。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述纳滤处理的压力为6MPa。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述反渗透处理的压力为10～100MPa。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述反渗透处理的压力为60MPa。
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