CN105293803A - 一种高浓度废水的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高浓度废水的处理方法，包括如下步骤：(A)先对高浓度废水进行预处理，然后经过浓缩处理得到浓缩液以及产水；(B)产水回用处理，浓缩液进行结晶处理得到结晶固体；其中，预处理的方法包括：澄清处理、离子交换法处理以及多介质过滤处理的三种方法的结合；或预处理的方法包括：管式膜处理以及离子交换法处理的两种方法的结合。本发明的高浓度废水的处理方法具有处理方法简单、成本低、易于操作，操作条件温和，操作方法比较灵活，废水处理方法的组合方式多变，创造了一定的经济价值，整个废液处理过程中无任何污染源排放，充分绿色环保，值得广泛推广应用。

Description

一种高浓度废水的处理方法

技术领域

本发明涉及工业废水处理领域，具体而言，涉及一种高浓度废水的处理方法。

背景技术

电力、冶金、化工、海水淡化、印染、造纸等工业生产过程中产生的废水通常含有较高的硬度和较高的盐分，较高的硬度主要是指污水中的钙、镁离子的总浓度高，这样的废水如果未经处理直接排放，会造成水体和土壤的盐碱化，危害自然环境。

目前，对于这种高含盐以及高硬度的总浓度高的废水的软化方法主要包括化学法和离子交换法，化学法在各种高浓度废水去除钙镁的实际应用中最为普遍，其主要机理是向废水中投加一定的化学药剂，使钙镁离子形成难溶盐而沉淀或絮凝除去。高浓度废水中硬度较高且水量较大，采用化学法需要投入的化学品量也相应较大，费用较高；同时化学法往往产生大量的污泥对环境造成二次污染。离子交换法在废水去硬度生产软化水方面应用广泛。离子交换法能有效去除钙镁结垢离子，但是树脂或载体在使用过程中都存在再生问题。再生过程中一般都需要再生药剂，费用昂贵且存在对环境的二次污染，不适用高硬度废水软化的需要。

可见，现有技术中针对高浓度废水的处理方法主要为化学法与离子交换法，但是这种处理方式不仅消耗大量的化学药剂和蒸汽，无形之中增加了运行成本，还会污染环境。另外，这种处理方法操作类型比较单一，使得处理效果不佳。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高浓度废水的处理方法，所述的高浓度废水的处理方法提供了一种新颖的组合处理方式，具有处理方法简单、成本低、易于操作，操作条件温和，操作方法比较灵活，废水处理方法的组合方式多变，创造了一定的经济价值，整个废液处理过程中无任何污染源排放，充分绿色环保，值得广泛推广应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种高浓度废水的处理方法，包括如下步骤：

(A)先对高浓度废水进行预处理，然后经过浓缩处理得到浓缩液以及产水；

(B)产水回用处理，浓缩液进行结晶处理得到结晶固体；

其中，预处理的方法包括：澄清处理、离子交换法处理以及多介质过滤处理的三种方法的结合；

或预处理的方法包括：管式膜处理以及离子交换法处理的两种方法的结合。

现有技术中，电力、冶金、化工、海水淡化、印染、造纸等工业生产过程中产生的废水通常含有较高的硬度和较高的盐分，较高的硬度主要是指污水中的钙、镁离子的总浓度高，这样的废水如果未经处理直接排放，会造成水体和土壤的盐碱化，危害自然环境，因此这种高浓度废水的处理技术一直是人们立志研究的重点，常规技术一般是采用化学药剂处理或采用热浓缩法处理，但是这些技术本身消耗大量的化学药剂和蒸汽，无形之中增加了运行成本，而且在废水处理的流程设计上并没有依据用户的处理要求进行合理的规划，操作方法死板落后，导致处理效果不佳。为了解决以上出现的技术问题，本发明提供了一种高浓度废水的处理方法，主要流程为预处理-浓缩-结晶，其中预处理的方法可以为澄清处理、离子交换法处理以及多介质过滤处理的三种方法的结合，也可以为管式膜处理以及离子交换法处理的两种方法的结合。

可以看出预处理的方法是根据处理要求具体进行灵活选择的，如果废水本身的浓度不高，可以采用澄清、离子交换膜以及过滤沉淀的方式结合进行预处理，这种方法本身造价比较低，通过这三种方法的结合基本可以降低废水的硬度，还能去除高浓度废水中所含的颗粒杂质以及沉淀。如果对处理要求更高的话，可以选用管式膜处理以及离子交换法两种方法的结合。管式膜本身使用寿命长，独特的膜支撑体结构防止膜破裂，过滤精度高，管式膜不仅能去除看似浓浊的悬浮固体、纤维等，同时能去除细菌和一些大分子物质，比如果胶、淀粉、蛋白质等；料液的流动状态好，压力损失较小，适合处理含有较大颗粒和悬浮物的液体；抗污堵能力强，独特的开放式通道设计，离子交换技术是借助固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除废液中某些影响硬度的离子的目的，是一种属于传质分离过程的单元操作，离子交换是可逆的等当量交换反应。利用管式膜与离子交换膜各自的特点进行结合达到对高浓度废水进行预处理的目的，不仅本身预处理效果好还避免了澄清过程中利用化学药剂絮凝会污染环境的问题出现，管式膜与离子交换技术的有机结合方式是值得广泛推广应用的，弥补了现有技术中这种结合方式的空白。

另外，值得注意的在于，在预处理过程中也可以加纳滤处理环节以增强处理效果，纳滤膜分离对二价离子(如钙离子、镁离子和硫酸根离子等)和多价离子有很好的截留性，可以去除钙、镁、硅和硫酸根等离子，大大降低水垢形成的可能性，其中，纳滤处理的运行压力最好在0.2-4.0MPa，可以更加高效的去除废水中钙、镁等离子，大大降低水垢形成的可能性。同时，纳滤技术具有绿色环保，不会对环境造成污染的优点。因此，在对高浓度废水进行处理过程中，一般会多增加纳滤处理环节，与其他预处理方法结合进行使用，这样可以更好的去除钙、镁、硅和硫酸根等离子，大大降低水垢形成的可能性，为后续浓缩环节的成功实施提供了保障，二价离子基本完全被截留下来，这是任何一种预处理方法所不能比拟的强大优势，是比较优选的一种方法，值得广泛推广应用。

其中，纳滤处理得到的纳滤浓缩液结晶处理后得到固体盐，固体盐为主要含硫酸钠的晶浆；结晶处理的方法可以采用结晶器或蒸发塘处理。这里结晶处理的方式与后续经过浓缩处理后的浓缩液的结晶方式类似，要么采用结晶器要么采用蒸发塘，只是结晶器与蒸发塘本身的负荷与前面的浓缩处理步骤是分不开的，如果前序浓缩倍率高，则后续结晶器与蒸发塘的本身负荷也会相对较小。结晶器属于常用的结晶操作设备，按溶液获得过饱和状态的方法可分蒸发结晶器和冷却结晶器；按流动方式可分母液循环结晶器和晶浆(即母液和晶体的混合物)循环结晶器；按操作方式可分连续结晶器和间歇结晶器。本发明的结晶器一般选择蒸发结晶器。

蒸发塘相对于结晶器能耗比较低，但是对场地要求比较高，占地面积较广，如果需要将最后的浓盐水完全蒸发，则场地要求更高，气候条件则需要选择年蒸发量大院降雨量，差值越大也就越利于蒸发，尤其是北方干旱少雨地区最适宜建设蒸发塘，这种自然蒸发的方式装置建造成本低，运营维护简单，使用寿命长，充分的利用了太阳能、抗冲击负荷好、运营稳定，非常适用于有优势地理条件的地区。为了对浓盐水进行有针对性的浓缩，蒸发塘还可根据浓盐水的浓度进行等级分级，一般5-9级，过少的分级不利于充分利用较低浓度盐水蒸发速度快的优点，因而降低蒸发塘总体蒸发速率，过多的分级不仅增加筑坝工程量，也不能显著提高蒸发速率，因此蒸发塘的分级需要控制在合理的范围内。

除了以上预处理以及结晶步骤需要根据具体处理要求不同进行工艺上的选择以及各种处理方法的有机结合，浓缩步骤同样具有多种选择方式，所述浓缩处理的方法包括：卷式反渗透膜处理以及卷式正渗透膜处理两种处理方法的结合，通过将卷式反渗透膜浓缩与卷式正渗透膜浓缩两种方法结合，此时正渗透浓缩处理后的产水要先返回进行反渗透处理后再返回生产，以充分提高产水的洁静度，满足对水质要求高的用户的需求。其中，反渗透预浓缩处理方法可将产水的含盐量由5000-10000mg/L提升至50000-70000mg/L。而反渗透的产水作为工业回用水直接使用，反渗透的浓缩液继续进入正渗透膜浓缩处理。正渗透浓缩处理后的浓缩液的浓度是反渗透浓缩液的4-5倍，此时正渗透浓缩液含盐量可达到200000-250000mg/L，正渗透产水回流至反渗透预浓缩进行精制，正渗透浓缩液则可直接进行结晶处理，不用额外寻找其他处理方法，不但节约了人力物力，还降低了废水处理成本，这种优势是现如今任何一种废水处理方法所不能比拟的。这样将正渗透与反渗透处理结合，即保证了产水的水质可直接回用，又提高了浓缩液的浓度，一举两得，非常环保。

所谓正渗透技术是在半透膜两侧产生的渗透压差为驱动力下，水分子自发的从高盐水向汲取液渗透的过程，而主要产生动力源的物质为汲取液，该浓缩处理方法的优点是不需要高压泵便可运行，并且在能耗小于热法的情况下，能够有选择性的去除水中溶解的物质。这些特点保证正渗透浓缩技术具有更高的抗污染性能，并且相对与已有的脱盐工艺而言，这种技术的能耗和化学药剂的消耗更低。能保证正渗透膜与反渗透膜具有相似的脱盐率。这种正渗透技术在国内尚属首创，通过与反渗透的完美结合既保证产水质量，又提高了浓缩倍率，是现有技术中未曾涉及的新方法，非常值得借鉴应用。而在所有浓缩处理方法中，卷式反渗透膜处理以及卷式正渗透膜处理两种处理方法的结合也是最优选的一种方法，适于对品质要求高的用户。

浓缩处理方法还可采用碟管式反渗透膜处理替代卷式反渗透膜膜处理，碟管式反渗透膜本身通道宽：膜片之间的通道(导流盘)为6mm，而常规膜组件只有0.2mm；流程短：液体在膜表面的流程仅7cm，而常规膜组件为100cm；湍流行：由于高压的作用，渗滤液打到导流盘上的凸点后形成高速湍流，这种湍流的冲刷下，膜表面不易沉降污染物，在常规膜组件中，网状支架会截留污染物，造成静水区从而带来膜片的污染。碟管式反渗透可以容忍较高的悬浮物SS/SDI/高回收率，泥浆水进入后都不容易堵塞，另外碟管式反渗透膜还有其他特点，比如预处理简单、进水水质要求低、回收率高、脱盐率高，操作压力高、排污强、流体通道宽、维修清洗耐受性高、维修更换简单方便，还有运行费用低、占地面积小，适用范围广，其浓缩倍率比卷式膜要高，如果对于要求不是很高的用户，碟管式反渗透膜处理后无需再与卷式膜反渗透膜处理结合处理。

还有，所述浓缩处理可以直接进行蒸发处理，也可以直接震动膜浓缩处理。蒸发处理的造价成本较高，且处理周期长，震动膜浓缩处理就是针对利用模组以及式模组产生往复运动的机械动力进行浓缩处理，模组里是圆形的平板膜，膜片可按需求使用不同精度的膜材，膜片与膜片之间的间隙比较大，进口通道宽，这样使得在进水位置不容易产生结垢，大幅度减少后续的蒸发器的投资和蒸发量，使得零排放达到经济运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明在对高浓度废水进行处理过程中，主要流程为预处理-浓缩-结晶，每个流程均根据处理废水的具体要求可选择特定的组合方式，选择比较灵活，虽然其中有些废水处理方法属于常规操作，但是特定的组合方式是发明要保护的重点，摒弃了以往采用化学药剂以及热浓缩这种简单落后的方式处理，这些水处理的组合方式均是发明人通过实践优化出的较优方式，后续应用时可根据不同工况在本发明的方案的指导下进行选择，具有一定的指导意义和借鉴意义，为高浓度废水处理领域提供了系统的可参考处理方法；

(2)浓缩处理步骤中，通过将卷式反渗透膜浓缩与卷式正渗透膜浓缩两种方法结合，此时正渗透浓缩处理后的产水要先返回进行反渗透处理后再返回生产，以充分提高产水的洁静度，满足对水质要求高的用户的需求，创造性的提出了利用正渗透浓缩处理方法来处理高浓度废水，得到的浓缩液具有较高的浓度，可实现直接结晶处理，不用额外其他处理工序，降低了人力物力成本，简化了处理工序；

(3)本发明针对高浓度废水的处理方法提供了一种新颖的组合处理方式，具有处理方法简单、成本低、易于操作，操作条件温和，操作方法比较灵活，废水处理方法的组合方式多变，创造了一定的经济价值，整个废液处理过程中无任何污染源排放，充分绿色环保，值得广泛推广应用。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

1)预处理：原水为FGD排放的脱硫废水并被处理后的洁净含盐水18m³/h以及凝结水精处理混床和化补水混床再生排放含盐水4m³/h，采用原水泵进行输送到澄清池中，在澄清池中投加碳酸钠以及氢氧化钠药剂，使水中Ca²⁺与Mg²⁺形成CaCO₃沉淀和Mg(OH)₂，在澄清器中软化后的水质的硬度约100mg/L，然后从澄清池中出来的产水进入多介质过滤器和离子交换器进一步去除水中的剩余硬度和大部分的悬浮物，此时经离子交换软化后的软化水的总硬度＜10mg/L，由此完成了水质软化操作。整个水质软化系统按照26.4m³/h配置，而正常设计进水量为22m³/h，因此系统配置满足设计水量的120％负荷，后续浓缩处理系统也考虑按照设计水量的120％负荷，以保证水量波动时能够保证系统的稳定运行；

2)浓缩处理：经过软化处理的水进入卷式反渗透膜系统进行反渗透处理，反渗透系统设计为单级处理，反渗透产水直接回用，反渗透浓缩液进入卷式正渗透膜系统将RO浓水进一步提浓处理；

3)结晶处理：提浓处理后再经过汽提塔蒸发初结晶后并从汽提塔底部的出液去往结晶器，而从结晶器析出的固体颗粒经离心机脱水干燥后，由振动输送机输送至结晶盐包装车间进一步处理。

实施例2

1)预处理：原水为FGD排放的脱硫废水并被处理后的洁净含盐水18m³/h以及凝结水精处理混床和化补水混床再生排放含盐水4m³/h，采用原水泵进行输送到管式膜系统中，然后从管式膜系统中出来的产水进入离子交换器进一步去除水中的剩余硬度和大部分的悬浮物，此时经离子交换软化后的软化水的总硬度＜10mg/L，由此完成了水质软化操作。整个水质软化系统按照26.4m³/h配置，而正常设计进水量为22m³/h，因此系统配置满足设计水量的120％负荷，后续浓缩系统也考虑按照设计水量的120％负荷，以保证水量波动时能够保证系统的稳定运行；

2)浓缩处理：经过软化处理的水进入碟管式反渗透膜系统进行反渗透处理，反渗透系统设计为单级处理，反渗透产水直接回用；

3)结晶处理：反渗透系统出来的浓缩液经过汽提塔蒸发初结晶后并从汽提塔底部的出液去往蒸发塘进行蒸发结晶，蒸发结晶一段时间后析出的固体颗粒经离心机脱水干燥后，由振动输送机输送至结晶盐包装车间进一步处理。

实施例3

1)预处理：原水为FGD排放的脱硫废水并被处理后的洁净含盐水18m³/h以及凝结水精处理混床和化补水混床再生排放含盐水4m³/h，采用原水泵进行输送到澄清池中，在澄清池中投加碳酸钠以及氢氧化钠药剂，使水中Ca²⁺与Mg²⁺形成CaCO₃沉淀和Mg(OH)₂，在澄清器中软化后的水质的硬度约100mg/L，然后从澄清池中出来的产水进入多介质过滤器和离子交换器进一步去除水中的剩余硬度和大部分的悬浮物，此时经离子交换软化后的软化水的总硬度＜10mg/L，经离子交换后的软化水进入纳滤软化装置进行处理，纳滤处理的运行压力为0.2MPa，纳滤软化浓缩液结晶处理得到主要成分为硫酸钠的浓缩溶液，钙镁离子浓度被纳滤膜截留下来浓缩数倍，结晶处理的方法选用结晶器处理，由此完成了水质软化操作，水质可以达到TDS<20mg/L，水质远好于工业用水回用国家标准。整个水质软化系统按照26.4m³/h配置，而正常设计进水量为22m³/h，因此系统配置满足设计水量的120％负荷，后续浓缩系统也考虑按照设计水量的120％负荷，以保证水量波动时能够保证系统的稳定运行；

2)浓缩处理：经过软化处理的水直接蒸发操作进一步提浓处理；

3)结晶处理：提浓处理后再经过汽提塔蒸发初结晶后并从汽提塔底部的出液去往结晶器，而从结晶器析出的固体颗粒经离心机脱水干燥后，由振动输送机输送至结晶盐包装车间进一步处理。

实施例4

1)预处理：原水为FGD排放的脱硫废水并被处理后的洁净含盐水18m³/h以及凝结水精处理混床和化补水混床再生排放含盐水4m³/h，采用原水泵进行输送到澄清池中，在澄清池中投加碳酸钠以及氢氧化钠药剂，使水中Ca²⁺与Mg²⁺形成CaCO₃沉淀和Mg(OH)₂，在澄清器中软化后的水质的硬度约100mg/L，然后从澄清池中出来的产水进入多介质过滤器和离子交换器进一步去除水中的剩余硬度和大部分的悬浮物，此时经离子交换软化后的软化水的总硬度＜10mg/L，经离子交换后的软化水进入纳滤软化装置进行处理，纳滤处理的运行压力为4.0MPa，纳滤软化浓缩液结晶处理得到主要成分为硫酸钠的浓缩溶液，结晶处理的方法选用结晶器处理，由此完成了水质软化操作,水质可以达到TDS<20mg/L，水质远好于工业用水回用国家标准。整个水质软化系统按照26.4m³/h配置，而正常设计进水量为22m³/h，因此系统配置满足设计水量的120％负荷，后续浓缩系统也考虑按照设计水量的120％负荷，以保证水量波动时能够保证系统的稳定运行；

2)浓缩处理：经过软化处理的水进入震动膜浓缩处理系统进行提浓处理；

3)结晶处理：提浓处理后再经过汽提塔蒸发初结晶后并从汽提塔底部的出液去往结晶器，而从结晶器析出的固体颗粒经离心机脱水干燥后，由振动输送机输送至结晶盐包装车间进一步处理。

本发明各个处理环节中的处理方法的前后顺序没有特意的限定，可根据实际需要前后顺序进行调整，比如纳滤处理可以在离子交换之前进行也可以在之后进行。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种高浓度废水的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

(A)先对高浓度废水进行预处理，然后经过浓缩处理得到浓缩液以及产水；

(B)产水回用处理，浓缩液进行结晶处理得到结晶固体；

其中，预处理的方法包括：澄清处理、离子交换法处理以及多介质过滤处理的三种方法的结合；

或预处理的方法包括：管式膜处理以及离子交换法处理的两种方法的结合。

2.根据权利要求1所述的一种高浓度废水的处理方法，其特征在于，所述步骤(A)中，预处理的方法还包括纳滤处理。

3.根据权利要求2所述的一种高浓度废水的处理方法，其特征在于，纳滤处理的运行压力为0.2-4.0MPa。

4.根据权利要求2所述的一种高浓度废水的处理方法，其特征在于，所述纳滤处理得到的纳滤浓缩液结晶处理得到固体盐；优选地，结晶处理的方法包括采用结晶器或蒸发塘处理。

5.根据权利要求1所述的一种高浓度废水的处理方法，其特征在于，所述步骤(A)中，所述浓缩处理的方法包括：卷式反渗透膜处理以及卷式正渗透膜处理两种处理方法的结合。

6.根据权利要求1所述的一种高浓度废水的处理方法，其特征在于，所述步骤(A)中，所述浓缩处理的方法包括蒸发处理。

7.根据权利要求1所述的一种高浓度废水的处理方法，其特征在于，所述步骤(A)中，所述浓缩处理的方法包括碟管式反渗透膜处理。

8.根据权利要求1所述的一种高浓度废水的处理方法，其特征在于，所述步骤(A)中，所述浓缩处理的方法包括震动膜浓缩处理。

9.根据权利要求1所述的一种高浓度废水的处理方法，其特征在于，所述步骤(B)中，浓缩液进行结晶处理的方法包括采用结晶器处理。

10.根据权利要求1所述的一种高浓度废水的处理方法，其特征在于，所述步骤(B)中，浓缩液进行结晶处理的方法包括采用蒸发塘处理。