CN104609616A - 一种高盐高氨氮废水的零排放装置 - Google Patents

一种高盐高氨氮废水的零排放装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种处理高盐高氨氮废水的零排放装置，主要是为了解决高盐高氨氮废水处理时，目前装置存在的排放不达标、水资源回收率低等问题。本发明的装置为膜耦合装置，主要包括膜吸收单元、纳滤单元、正渗透单元以及冷却结晶单元，膜吸收单元和纳滤单元相连接，纳滤单元和正渗透单元相连接，正渗透单元又和膜吸收单元以及冷却结晶单元相连接，各单元之间的连接构成多个循环回路。本发明的装置操作简单，易于实现。采用本发明装置，能有效解决了高盐高氨氮废水的处理问题，水回收率高，产水水质好。采用本发明的装置对高盐高氨氮废水进行循环浓缩处理，基本无浓水排放，最大程度的回收了高盐高氨氮废水中的水资源。

Description

一种高盐高氨氮废水的零排放装置
技术领域
本发明涉及一种利用膜分离技术处理废水的零排放装置及方法，更具体地说，涉及一种采用膜吸收+纳滤+正渗透+冷却结晶耦合技术处理高盐高氨氮废水的零排放装置及方法。
背景技术
膜吸收是将膜和普通吸收相结合而出现的一种新型吸收过程。该技术主要采用微孔疏水膜。在膜吸收法中，所处理的混合气体和吸收液不直接接触，二者分别在膜两侧流动，所采用的微孔膜本身没有选择性，只是起到隔离混合气体和吸收液的作用，微孔膜上的微孔足够大，理论上可以允许膜一侧被分离的气体分子不需要很高的压力就可以穿过微孔膜到膜另一侧，该过程主要依靠膜另一侧吸收液的选择性吸收达到分离混合气体中某一组分的目的。与其他传统吸收过程相比，膜吸收技术有以下特点：（1）气液两相的界面是固定的，分别存在于膜孔的两侧表面处；（2）气液两相互不分散于另一相；（3）气液两相的流动互不干扰，流动特性各自可以进行调整；（4）使用中空纤维膜具有很大的比表面积，有效提高气液接触面积。膜吸收技术由于其在传质性能、操作、能耗等方面具有的优点，使得该技术具有很好的应用前景。
正渗透（FO）是一种依靠渗透压驱动的膜分离过程，即水通过选择性半透膜从较高水化学势区域（低渗透压侧）自发地扩散到较低水化学势区域（高渗透压侧）的过程。正渗透过程的驱动力是驱动液与原料液的渗透压差，不需要外加压力作为驱动力。和反渗透过程相比，正渗透具有如下优点：膜污染较轻，无需外加压力，能耗低，回收率高，浓水排放量少，污染小，环境友好。
正渗透过程实现的关键是需要一种高通量可循环使用的驱动液，本发明中，经过膜吸收过程后的吸收液为盐溶液，将盐溶液进一步浓缩后，完全可满足正渗透过程的需要。因此，如果将膜吸收和正渗透结合起来处理高盐、高氨氮废水，对其进行二次利用，将经过膜吸收过程后再经过浓缩的高浓度吸收液作为正渗透过程的驱动液，不仅解决了正渗透过程所需驱动液的问题，同时也解决了膜吸收液的再生、处理问题，并且通过正渗透过程同时处理了经过膜吸收后的高盐废水，两种技术的耦合最大限度的降低了废水的排放量，具有重要环境意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种处理高盐高氨氮废水的零排放装置，主要是为了解决高盐高氨氮废水处理时，目前装置存在的排放不达标、水资源回收率低等问题。本发明的装置为膜耦合装置，主要包括膜吸收单元、纳滤单元、正渗透单元以及冷却结晶单元。本发明装置各单元之间的连接顺序为：膜吸收单元和纳滤单元相连接，纳滤单元和正渗透单元相连接，正渗透单元又和膜吸收单元以及冷却结晶单元相连接，各单元之间的连接构成多个循环回路。本发明的装置操作简单，易于实现。采用本发明装置，能有效解决了高盐高氨氮废水的处理问题，水回收率高，产水水质好。采用本发明的装置及方法对高盐高氨氮废水进行循环浓缩处理，基本无浓水排放，最大程度的回收了高盐高氨氮废水中的水资源。
本发明采用的技术方案是：
一种高盐高氨氮废水的零排放装置，包括膜吸收单元、纳滤单元、正渗透单元和冷却结晶单元，主要包括如下部件：
膜吸收原水箱2：用于存储待膜吸收的原水；
膜吸收进料泵3：用于将待进行膜吸收的原水泵入膜吸收组件；
膜吸收组件4：用于分离原水中的气体；
吸收液水箱6：用于存储膜吸收过程所需的吸收液；
吸收液进料泵7：用于将吸收液泵入膜吸收组件；
纳滤原水箱8：用于存储待纳滤的盐溶液；
纳滤原水泵9：用于将待纳滤的盐溶液泵入纳滤组件；
纳滤膜组件10：用于分离盐溶液中的一价离子和二价离子；
驱动液水箱13：用于存储作为正渗透驱动液的硫酸铵溶液；
正渗透驱动液泵14：用于将作为正渗透驱动液的硫酸铵溶液泵入正渗透膜组件15；
正渗透膜组件15：用于分离经过膜吸收去除氨氮后高盐废水中的水分；
正渗透原水箱16：用于存储经过膜吸收去除氨氮后的高盐废水；
正渗透原水泵17：用于将作为正渗透原水的经过膜吸收去除氨氮后的高盐废水泵入正渗透组件15;
冷却结晶单元19：用于将少量的正渗透浓水冷却结晶。
所述膜吸收单元，包括：膜吸收原水箱2、膜吸收进料泵3、膜吸收组件4、吸收液水箱6和吸收液进料泵7；膜吸收原水箱2、膜吸收进料泵3、膜吸收组件4进料侧，通过管路依次相连，构成循环回路；吸收液水箱6、吸收液进料泵7、膜吸收组件4吸收液侧，通过管路及阀门依次相连，构成循环回路；
所述纳滤单元，包括：纳滤原水箱8、纳滤原水泵9和纳滤膜组件10；纳滤原水箱8、纳滤原水泵9、纳滤组件10，通过管路依次相连；
所述正渗透单元，包括：驱动液水箱13、正渗透驱动液泵14、正渗透膜组件15、正渗透原水箱16和正渗透原水泵17；驱动液水箱13、正渗透驱动液泵14、正渗透膜组件15驱动液侧，通过管路依次相连，构成循环回路；正渗透原水箱16、正渗透原水泵17、正渗透膜组件15进料侧，通过管路依次相连，构成循环回路；
正渗透原水箱16和冷却结晶单元19通过管路相连构成循环回路；
此外，膜吸收进料泵3后管路还与正渗透原水箱16通过管路及阀门相连；膜吸收组件4吸收液侧还与纳滤原水箱8通过管路及阀门相连；纳滤组件10还与驱动液水箱13通过管路相连；驱动液水箱13还与纳滤原水泵9后管路，通过管路及阀门相连。
在具体实施时，所述膜吸收单元的膜组件的膜材料包括聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯、聚丙烯，优选聚四氟乙烯，膜孔径为0.2μm；
在具体实施时，所述膜吸收单元的膜组件形式为中空纤维膜组件；
在具体实施时，所述纳滤单元的膜组件的膜材料为聚酰胺，膜孔径为2nm；
在具体实施时，所述纳滤单元的膜组件形式为板式或卷式；
在具体实施时，所述正渗透单元的膜组件的膜材料包括醋酸纤维素、聚酰胺或聚丙烯腈；
在具体实施时，所述正渗透单元的膜组件形式包括板式、卷式、中空纤维式或管式；
在具体实施时，所述的正渗透单元的膜组件、纳滤单元的膜组件和膜吸收单元的膜组件为一组或多组串联或并联；
本发明公开一种处理高盐高氨氮废水的零排放装置，采用膜吸收+纳滤+正渗透+冷却结晶耦合技术，处理高盐高氨氮废水。该装置可用于高盐高氨氮废水的深度处理回用。
本发明与现有技术的实质性区别在于，本发明涉及一种高盐高氨氮废水的零排放装置，针对现有技术中存在的高盐高氨氮废水的处理及处置问题，本发明的装置主要采用膜吸收+纳滤+正渗透+冷却结晶的耦合过程，针对石化企业的高盐高氨氮废水进行处理。采用本发明的装置，有效解决了高盐高氨氮废水的处理问题，水回收率高，产水水质好。采用本发明的装置，对高盐高氨氮废水进行循环浓缩处理，基本无浓水排放，最大程度的回收了高盐高氨氮废水中的水资源。本发明的装置，流程简单，容易操作，采用本发明的装置，基本可实现高盐高氨氮废水的零排放。
本发明的有益效果是：
1、本发明的装置及方法采用膜吸收+纳滤+正渗透+冷却结晶的耦合过程，针对石化企业的高盐高氨氮废水进行深度处理回用，处理后基本无浓水排放，水回收率高，产水水质好，最大限度的回收了水资源，基本达到零排放的目的，最大限度的提高了高盐高氨氮废水的回收率；
2、本发明的装置中的膜吸收过程和正渗透过程都不需要外加压力或外压压力很小，简单易行，容易操作；
3、本发明的装置中的膜吸收过程、纳滤过程以及正渗透过程中的膜污染均较轻，延长了耦合过程的连续稳定运行时间；
4、采用本发明的的装置，处理高盐高氨氮废水，氨氮脱除率高，水回收率高，产水水质好，能耗低，处理费用低，基本无浓水排放；
5、本发明的的装置，实现了膜分离技术用于石化废水处理的高效耦合。采用本发明的装置，整个耦合过程不仅可以获得大量纯净水，水回收率高，产水水质好，同时也解决了高盐高氨氮废水的难以处理问题，最大限度的提高了废水回收率，整个耦合过程基本无浓水排放，具有重要环境效益。
附图说明
图1是本发明装置示意图
图中：1：高盐高氨氮废水；2：膜吸收原水箱；3：膜吸收进料泵；4：膜吸收组件；5：吸收液；6：吸收液水箱；7：吸收液进料泵；8：纳滤原水箱；9：纳滤原水泵；10：纳滤膜组件；11：纳滤产水；12：硫酸铵溶液；13：驱动液水箱；14：正渗透驱动液泵；15：正渗透膜组件；16：正渗透原水箱；17：正渗透原水泵；19：冷却结晶单元；20：盐类晶体。
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施例，对发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例中涉及的高盐高氨氮废水的零排放装置如图1所示。
该零排放装置主要部件包括：膜吸收原水箱2：用于存储待膜吸收的原水；膜吸收进料泵3：用于将待进行膜吸收的原水泵入膜吸收组件；膜吸收组件4：用于分离原水中的气体；吸收液水箱6：用于存储膜吸收过程所需的吸收液；吸收液进料泵7：用于将吸收液泵入膜吸收组件；纳滤原水箱8：用于存储待纳滤的盐溶液；纳滤原水泵9：用于将待纳滤的盐溶液泵入纳滤膜组件；纳滤膜组件10：用于分离盐溶液中的一价离子和二价离子；驱动液水箱13：用于存储作为正渗透驱动液的硫酸铵溶液；正渗透驱动液泵14：用于将作为正渗透驱动液的硫酸铵溶液泵入正渗透膜组件15；正渗透膜组件15：用于分离经过膜吸收去除氨氮后高盐废水中的水分；正渗透原水箱16：用于存储经过膜吸收去除氨氮后的高盐废水；正渗透原水泵17：用于将作为正渗透原水的经过膜吸收去除氨氮后的高盐废水泵入正渗透膜组件15；冷却结晶单元19：用于将少量的正渗透浓水冷却结晶。
装置各个部件之间的连接关系为：膜吸收原水箱2和膜吸收进料泵3通过管路相连，膜吸收进料泵3和膜吸收组件4进料侧通过管路相连，膜吸收组件4进料侧和膜吸收原水箱2通过管路相连，构成循环回路；此外，膜吸收进料泵3还和正渗透原水箱16通过管路、阀门相连；吸收液水箱6和吸收液进料泵7通过管路相连，吸收液进料泵7和膜吸收组件4吸收液侧通过管路相连，膜吸收组件4吸收液侧和吸收液水箱6通过管路、阀门相连，构成循环回路；此外，膜吸收组件4吸收液侧还和纳滤原水箱8通过管路、阀门相连。纳滤原水箱8和纳滤原水泵9通过管路相连，纳滤原水泵9和纳滤组件10通过管路相连，纳滤组件10和驱动液水箱13通过管路相连，驱动液水箱13和纳滤原水泵9后管路通过管路、阀门相连；驱动液水箱13和正渗透驱动液泵14通过管路相连，正渗透驱动液泵14和正渗透膜组件15驱动液侧通过管路相连，正渗透膜组件15驱动液侧和驱动液水箱13通过管路、阀门相连，构成循环回路；正渗透原水箱16和正渗透原水泵17通过管路相连，正渗透原水泵17和正渗透膜组件15进料侧通过管路相连，正渗透膜组件15进料侧和正渗透原水箱16通过管路相连，构成循环回路；正渗透原水箱16和冷却结晶单元19通过管路相连构成循环回路。
采用上述的零排放装置，通过膜吸收+纳滤+正渗透+冷却结晶的耦合过程处理高盐高氨氮废水的方法，步骤包括：
(1)膜吸收：高盐高氨氮废水1进入膜吸收原水箱2，膜吸收原水箱2中的高盐高氨氮废水，通过膜吸收进料泵3，泵入膜吸收组件4的进料液侧循环流动；吸收液5进入吸收液水箱6，吸收液水箱6中的吸收液，通过吸收液进料泵7泵入膜吸收组件4的吸收液侧循环流动。吸收液为硫酸，浓度质量分数为5～10%。
在膜吸收过程中，高盐高氨氮废水中的氨氮不断通过微孔疏水膜进入到吸收液侧，和吸收液侧的吸收液硫酸反应生成硫酸铵，当硫酸铵溶液pH达到3～5时，进入步骤（2）浓缩处理；
(2)纳滤：膜吸收过程中吸收液侧的硫酸铵溶液泵入纳滤膜组件10进行浓缩处理。通过纳滤分离，硫酸铵溶液中的水透过纳滤膜组件10形成纳滤产水11，而纳滤膜组件10的截留液侧的浓缩的硫酸铵溶液12进入驱动液水箱13；
(3)正渗透：膜吸收后进料液侧去除氨氮后的高盐废水进入正渗透原水箱16，以正渗透原水箱16中的高盐废水作为正渗透进料液，以驱动液水箱13中的硫酸铵溶液为正渗透驱动液，分别进入正渗透膜组件15两侧循环流动，进行正渗透浓缩处理；正渗透驱动液侧被稀释后的硫酸铵溶液与要进入纳滤膜组件的纳滤原水箱中的硫酸铵溶液按1:5～1:10混合后进入纳滤膜组件进行浓缩；正渗透单元的浓水与进水按1:50～1:100比例排放；
在渗透压作用下，膜吸收进料液侧去除氨氮后的高盐废水中的水不断通过正渗透膜组件15进入到正渗透驱动液侧的硫酸铵溶液中，硫酸铵溶液不断被稀释，被稀释后的硫酸铵溶液部分重新返回到纳滤膜组件10进行浓缩处理。
（4）冷却结晶：将经过步骤（3）正渗透膜组件15浓缩后排放的正渗透浓水18进入冷却结晶单元19进行冷却结晶处理，以自来水作为冷却剂，冷却方式为少量浓水与自来水或含有冰块的水间接逆流冷却，冷却后废水温度为5～20℃。经过冷却结晶单元19处理后，析出的盐类晶体20干燥后集中处置，上清液则循环回到正渗透原水箱16和正渗透进水混合后进入正渗透膜组件15继续浓缩；
应用例1
高盐高氨氮废水1的水质特征为：废水pH9.3，电导25mS/cm，CODcr80mg/L，SS100mg/L，Na+5000mg/L，NO3 -10000mg/L，Cl-270mg/L，Ca2+30mg/L，NH4-N6000mg/L。
所用膜吸收组件为聚四氟乙烯（PTFE）中空纤维微孔疏水膜组件，膜孔径为0.2μm；所用纳滤膜组件为聚酰胺卷式膜组件，膜孔径为2nm；所用正渗透膜组件为醋酸纤维素板框式膜组件；正渗透膜组件、纳滤膜组件和膜吸收组件为多组串联或并联。
具体操作过程中，膜吸收单元的操作条件为：进料液侧废水pH9.3，废水温度45℃，两侧膜面流速0.7m/s；纳滤单元的操作条件为：进料液侧废水pH4，废水温度45℃，操作压力0.4MPa，进料液侧膜面流速0.7m/s；正渗透单元的操作条件为：进料液侧废水pH8，废水温度45℃，两侧膜面流速0.7m/s；冷却结晶单元的操作条件为：冷却剂自来水的进水温度15℃。
在上述膜吸收单元的操作条件下，膜吸收膜通量保持在6～9L/m2·h，经过膜吸收后的浓水NH4-N含量10mg/L左右；在上述纳滤单元的操作条件下，纳滤膜通量保持在17～22L/m2·h，纳滤产水电导率小于300μs/cm，产水水质优于自来水，可回用于生产工艺；在上述正渗透单元的操作条件下，正渗透膜通量保持在5～7L/m2·h。
高盐高氨氮废水通过上述步骤处理，水回收率大于99%。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高盐高氨氮废水的零排放装置，包括膜吸收单元、纳滤单元、正渗透单元和冷却结晶单元；
所述膜吸收单元，包括：膜吸收原水箱、膜吸收进料泵、膜吸收组件、吸收液水箱和吸收液进料泵；膜吸收原水箱、膜吸收进料泵、膜吸收组件进料侧，通过管路依次相连，构成循环回路；吸收液水箱、吸收液进料泵、膜吸收组件吸收液侧，通过管路及阀门依次相连，构成循环回路；
所述纳滤单元，包括：纳滤原水箱、纳滤原水泵和纳滤组件；纳滤原水箱、纳滤原水泵、纳滤组件，通过管路依次相连；
所述正渗透单元，包括：驱动液水箱、正渗透驱动液泵、正渗透膜组件、正渗透原水箱和正渗透原水泵；驱动液水箱、正渗透驱动液泵、正渗透膜组件驱动液侧，通过管路依次相连，构成循环回路；正渗透原水箱、正渗透原水泵、正渗透膜组件进料侧，通过管路依次相连，构成循环回路；
正渗透原水箱和冷却结晶单元通过管路相连构成循环回路；
此外，膜吸收进料泵后管路还与正渗透原水箱通过管路及阀门相连；膜吸收组件吸收液侧还与纳滤原水箱通过管路及阀门相连；纳滤组件还与驱动液水箱通过管路相连；驱动液水箱还与纳滤原水泵后管路，通过管路及阀门相连。
2.根据权利要求1所述高盐高氨氮废水的零排放装置，其特征在于，所述膜吸收组件的膜材料为聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯或聚丙烯。
3.根据权利要求2所述高盐高氨氮废水的零排放装置，其特征在于，所述膜吸收组件的膜材料为聚四氟乙烯。
4.根据权利要求1所述高盐高氨氮废水的零排放装置，其特征在于，所述膜吸收组件形式为中空纤维膜组件。
5.根据权利要求1所述高盐高氨氮废水的零排放装置，其特征在于，所述纳滤膜组件的膜材料为聚酰胺，膜孔径为2nm。
6.根据权利要求1所述高盐高氨氮废水的零排放装置，其特征在于，所述的纳滤膜组件形式为板式或卷式。
7.根据权利要求1所述高盐高氨氮废水的零排放装置，其特征在于，所述的正渗透膜组件的膜材料采用醋酸纤维素、聚酰胺或聚丙烯腈。
8.根据权利要求1所述高盐高氨氮废水的零排放装置，其特征在于，所述的正渗透膜组件形式采用板式、卷式、中空纤维式或管式。
9.根据权利要求1所述高盐高氨氮废水的零排放装置，其特征在于，所述正渗透膜组件、纳滤膜组件和膜吸收组件为一组或多组串联或并联。
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