CN106630381A - 一种碱减量废水梯级资源化处理技术与装备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碱减量废水梯级资源化技术与装备，包括有收集池、酸析池、板框压滤机、自清洗薄膜过滤器、多效催化氧化系统、pH调节池、MBR系统、纳滤膜系统、冷冻系统和离心机部分组成，处理废水的工艺流程：废水排入收集池进行均量和均质→投加98%的浓硫酸调节废水pH→在自清洗薄膜过滤器中过滤→进入多相催化氧化系统处理→投加30%氢氧化钠调节废水的pH→进入MBR系统处理→进入纳滤膜系统处理。本发明对难以降解的对苯二甲酸进行回收，节约处理成本，能够结合多相催化氧化和生物膜技术去除废水中有机物，实现了硫酸钠回用和纯水回用，真正实现了全面梯级资源化。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种碱减量废水梯级资源化处理技术与装备。
背景技术
目前聚酯纤维已成为服装行业的重要原料，随着我国涤纶纤维产量的增长，涤纶用量约占我国纺织品市场的50%以上，2015年1-10月止累计中国涤纶纤维产量32,213,978.41吨,同比增长12.96%。
涤纶（PET，聚对苯二甲酸乙二酯）是纤维的商品名称，是以对苯二甲酸和乙二醇为主要原料的高分子聚合物，因为分子结构中含有酯基，所以常称聚酷纤维。为使化纤织物具有类似真丝的飘逸、轻柔之风格，国内外印染行业使用最普遍、效果最佳的方法是织物在印染一前进行碱减量处理。涤纶织物通过碱减量加工获得像真丝绸一样的柔软活络感，被称为涤纶仿真丝。
碱减量加工就是用热碱浸泡织物，使织物表层涤纶降解、剥落离开组织，从而起到织物减量变柔的作用，这一过程实质上是发生酯的水解反应。对苯二甲酸在pH>12的碱性废水中，其酸根离子又与氢氧化钠的钠离子发生置换，最终以人肉眼看不见的有机盐对苯二甲酸钠(DT)溶解在废水中，这种废水就是俗称的碱减量废水。
碱减量废水的主要组分是对苯二甲酸、乙二醇、聚醋低聚物以及少量的各种助剂（如N,N-聚氧乙烯基烷基胺、耐碱渗透剂、季铵盐阳离子表面活性剂）等，具有可生化性差、COD浓度高，碱度高等特点，已成为印染行业污染重、处理难度大的环保难题。现有处理方法是先将碱减量废水进行酸析预处理后和其他印染废水混合，由于碱减量废水可生化性差，CODcr高等特点，使得普通印染废水处理系统可以接受的碱减量废水量非常有限，碱减量废水量略多或者浓度略高，就会导致原有普通印染处理系统出水不达标。因此，碱减量废水处理问题，已成为限制其生产工艺扩产的瓶颈问题。
本发明从碱减量废水特点出发，研究出一整套碱减量废水梯级资源化技术和装备，不仅可以有效的解决碱减量废水处理问题，而且可以实现废水中有价值物质的资源化。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明从碱减量废水特点出发，研究出一整套碱减量废水梯级资源化技术和装备，不仅可以有效的解决碱减量废水处理问题，而且可以实现废水中有价值物质的资源化。
一种碱减量废水梯级资源化处理技术，包括以下步骤：
步骤一，将碱减量废水排入收集池，在收集池中停留时间为大于等于12小时小于24小时，在收集池内进行均量和均质，然后由输送泵输送至酸析池内，通过投加98%的浓硫酸调节废水pH，析出对苯二甲酸颗粒，酸析原理：NaOOC-C6H4-COONa+H2SO4 → HOOC-C6H4-COOH↓+Na2SO4；
步骤二，酸析池内安装搅拌器，酸析后混合液进入自清洗薄膜过滤器，通过薄膜过滤分离酸析过程中产生的对苯二甲酸颗粒，滤出液进入后续多相催化氧化系统，浓液进入板框压滤机进行脱水处理，回收对苯二甲酸泥饼；
步骤三，将来自清洗薄膜过滤器的滤出液引入多相催化氧化系统，利用光催化氧化耦合强化剂，叠加氧化分解废水中难生化有机物；
步骤四，多相催化氧化系统出水进入pH调节池，投加30%氢氧化钠调节废水的pH在生化系统反应可接受的范围内；
步骤五，pH调节池出水进入MBR系统，包括水解酸化区、好氧区和膜分离区；
步骤六，MBR系统出水进入纳滤膜系统，纳滤膜可截留硫酸钠，让硫酸钠浓缩至10%以上，同时让纯水透过，纯水可以回用作工艺用水，浓水液再进入后续的冷冻系统，将其硫酸钠浓液中的硫酸钠冷冻结晶出来，回收硫酸钠。
进一步地，所述的多相催化氧化系统，一方面，在一定波长光照条件下,半导体材料发生光生载流子的分离,然后光生电子和空穴在与离子或分子结合生成具有氧化性或还原性的活性自由基,这种活性自由基能将有机物大分子降解为二氧化碳或其他小分子有机物以及水，半导体材料采用纳米二氧化钛；另一方面，强氧化剂在光辐射作用下产生·OH，产生的强氧化剂氧化分解废水中有机物，将废水中难生物降解的大分子物质直接或间接的分解成易生化的小分子有机物或直接矿化成CO2与H2O，通过本系统不仅有效提高废水的可生化性，同时可降低CODCr。
进一步地，步骤一中投加98% 的浓硫酸将出水pH 控制在2.5~4，并且使废水在酸析池停留时间为2~4 小时。
进一步地，所述多相催化氧化系统内含有密封防水石英石玻璃套管的高压紫外灯，系统功率范围为0.64~6.4kw，催化剂为纳米二氧化钛，涂膜在反应器内壁，强氧化剂可选用H2O2、O3、O2和空气中的一种或多种，催化氧化系统处理时间为0.5-2h。
进一步地，废水在pH调节池内的反应时间为0.5-1小时，pH控制在6~9。
进一步地，废水在MBR系统中停留时间共计为30-40小时，水解酸化区内设置有微生物生长填料，气水比为30:1，MBR系统中膜分离系统采用浸没式板式膜，材质为PVDF或PTFE。
进一步地，所述纳滤膜系统选用GE公司生产的DL系列产品或者陶氏生产的NF90系列产品，操作压力在2.5-4.5Mpa，膜壳材质选用玻璃钢或者不锈钢，纳滤膜进口设置5um保安过滤器，纳滤膜产水能够直接回用作工艺生产。
进一步地，所述冷冻系统由冷冻机组和结晶器组成，冷冻结晶温度在-10℃~-5℃。冷冻结晶出来的硫酸钠晶体经过离心分离后可回收利用。
一种碱减量废水梯级资源化装备，包括收集池（1）、酸析池（2）、PH调节池（6）、MBR系统（7）和纳滤膜系统（8），其特征在于所述收集池（1）一侧面设置入液管道，另一侧面设置出液管道，所述酸析池（2）一侧与所述收集池（1）的出液管道相连，另一侧通过管道与自清洗薄膜过滤器（4）连接，所述酸析池（2）内设置有搅拌器，所述自清洗薄膜过滤器（4）还设置三个连接通道依次连接第一回收池、多相催化系统（5）和板框压滤机（3），所述多相催化系统（5）内部设置有系统功率范围为0.64~6.4kw的密封防水石英石玻璃套管的高压紫外灯，还设置有反应器，位于反应器内壁涂膜有催化剂层，所述多相催化系统另一侧面通过管道与所述PH调节池（6）连接，所述PH调节池（6）另一侧面通过管道与MBR系统（7）相连，所述MBR系统（7）另一侧面通过管道与纳滤膜系统（8）相连，所述纳滤膜系统（8）还设置两个连接通道分别连接第二回收池、冷冻系统（9），所述冷冻系统另一侧面通过管道连接离心机（10），所述离心机另一侧面通过管道连接第三回收池。
与现有处理技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明能够对难以降解的对苯二甲酸进行回收，节约处理成本，结合了多相催化氧化和生物膜技术去除废水中有机物，实现了硫酸钠回用和纯水回用，真正实现了全面梯级资源化。
附图说明
图1是本发明的工艺流程框图。
图中：
1.收集池 2.酸析池 3.板框压滤机
4.自清洗薄膜过滤器 5.多相催化氧化系统 6.pH调节池
7.MBR系统 8.纳滤膜系统 9.冷冻系统
10.离心机。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
待处理的碱减量废水的水质如下：
| 序号 | 指标项 | 数值 |
| 1 | pH | 13.11 |
| 2 | 电导率 | 29800μs/cm |
| 3 | COD | 49700mg/L |
| 4 | PTA | 22300mg/L |
一种碱减量废水梯级资源化装备，包括收集池（1）、酸析池（2）、PH调节池（6）、MBR系统（7）和纳滤膜系统（8），其特征在于所述收集池（1）一侧面设置入液管道，另一侧面设置出液管道，所述酸析池（2）一侧与所述收集池（1）的出液管道相连，另一侧通过管道与自清洗薄膜过滤器（4）连接，所述酸析池（2）内设置有搅拌器，所述自清洗薄膜过滤器（4）还设置三个连接通道依次连接第一回收池、多相催化系统（5）和板框压滤机（3），所述多相催化系统（5）内部设置有系统功率范围为0.64~6.4kw的密封防水石英石玻璃套管的高压紫外灯，还设置有反应器，位于反应器内壁涂膜有催化剂层，所述多相催化系统另一侧面通过管道与所述PH调节池（6）连接，所述PH调节池（6）另一侧面通过管道与MBR系统（7）相连，所述MBR系统（7）另一侧面通过管道与纳滤膜系统（8）相连，所述纳滤膜系统（8）还设置两个连接通道分别连接第二回收池、冷冻系统（9），所述冷冻系统另一侧面通过管道连接离心机（10），所述离心机另一侧面通过管道连接第三回收池。
通过如下步骤对废水进行处理：（如图1所示）
1）碱减量废水排入收集池1，水力停留时间为18h，由泵输送至酸析池2，通过投加98%的浓硫酸使酸析池2的废水pH控制在2-3，废水在酸析池内的停留时间为3-4小时；
2）酸析池2内安装搅拌器，反应后废水输送至自清洗薄膜过滤器4，通过薄膜过滤分离，对苯二甲酸颗粒被截留，清液透过薄膜进入多相催化氧化系统5，薄膜过滤器浓液进入板框压滤机3，板框压滤机3对对苯二甲酸白泥进行脱水，泥饼可回收外售，实现有价物质的资源化利用。
3）多相催化氧化系统5内含有密封防水石英石玻璃套管的高压紫外灯，系统功率范围为0.64~6.4kw，催化剂为纳米二氧化钛，涂膜在反应器内壁，本次实施中强氧化剂选用H2O2和空气，催化氧化系统5处理时间为1h，H2O2投加量为200-300mg/L和空气曝气量为0.5m3/min。
4) 多相催化氧化系统5出水进入pH调节池6，投加30%氢氧化钠调节废水的pH在6-9，停留时间为0.5h。
5）pH调节池6出水进入MBR系统7，其包括水解酸化区、好氧区和膜分离区。本次实施过程中废水在MBR系统7中停留时间共计为35-40小时，水解酸化区内设置有微生物生长填料，气水比为30:1，MBR系统7中膜分离系统采用浸没式板式膜，材质为PVDF。
6）MBR系统7出水进入纳滤膜系统8，纳滤膜系统8可选用GE公司生产的DL系列产品或者陶氏生产的NF90系列产品，操作压力在2.5-4.5Mpa，膜壳材质选用玻璃钢或者不锈钢，纳滤膜进口设置5um保安过滤器。纳滤膜系统产水可直接回用作工艺生产。
7）纳滤膜系统8浓水进入冷冻系统9，冷冻结晶温度在-10℃~-5℃。冷冻结晶出来的硫酸钠晶体经过离心机10离心分离后可回收利用。
8）整个处理系统实现对苯二甲酸回收、纯水回用和硫酸钠回收的梯级资源化利用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种碱减量废水梯级资源化处理技术，包括以下步骤：
步骤一，将碱减量废水排入收集池，在收集池中停留时间为大于等于12小时小于24小时，在收集池内进行均量和均质，然后由输送泵输送至酸析池内，通过投加98%的浓硫酸调节废水pH，析出对苯二甲酸颗粒，酸析原理：NaOOC-C6H4-COONa+H2SO4 → HOOC-C6H4-COOH↓+Na2SO4；
步骤二，酸析池内安装搅拌器，酸析后混合液进入自清洗薄膜过滤器，通过薄膜过滤分离酸析过程中产生的对苯二甲酸颗粒，滤出液进入后续多相催化氧化系统，浓液进入板框压滤机进行脱水处理，回收对苯二甲酸泥饼；
步骤三，将来自清洗薄膜过滤器的滤出液引入多相催化氧化系统，利用光催化氧化耦合强化剂，叠加氧化分解废水中难生化有机物；
步骤四，多相催化氧化系统出水进入pH调节池，投加30%氢氧化钠调节废水的pH在生化系统反应可接受的范围内；
步骤五，pH调节池出水进入MBR系统，包括水解酸化区、好氧区和膜分离区；
步骤六，MBR系统出水进入纳滤膜系统，纳滤膜可截留硫酸钠，让硫酸钠浓缩至10%以上，同时让纯水透过，纯水可以回用作工艺用水，浓水液再进入后续的冷冻系统，将其硫酸钠浓液中的硫酸钠冷冻结晶出来，回收硫酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种碱减量废水梯级资源化处理技术，其特征在于，所述步骤三的多相催化氧化系统，一方面，在一定波长光照条件下,半导体材料发生光生载流子的分离,然后光生电子和空穴在与离子或分子结合生成具有氧化性或还原性的活性自由基,这种活性自由基能将有机物大分子降解为二氧化碳或其他小分子有机物以及水，半导体材料采用纳米二氧化钛；另一方面，强氧化剂在光辐射作用下产生·OH，产生的强氧化剂氧化分解废水中有机物，将废水中难生物降解的大分子物质直接或间接的分解成易生化的小分子有机物或直接矿化成CO2与H2O，通过本系统不仅有相提高废水的可生化性，同时可降低CODCr。
3.根据权利要求1所述的一种碱减量废水梯级资源化处理技术，其特征在于，步骤一中投加98% 的浓硫酸将出水pH 控制在2.5~4，并且使废水在酸析池停留时间为2~4 小时。
4.根据权利要求2所述的一种碱减量废水梯级资源化处理技术，其特征在于，所述多相催化氧化系统内含有密封防水石英石玻璃套管的高压紫外灯，系统功率范围为0.64~6.4kw，催化剂为纳米二氧化钛，涂膜在反应器内壁，强氧化剂可选用H2O2、O3、O2和空气中的一种或多种，催化氧化系统处理时间为0.5-2h。
5.根据权利要求1所述的一种碱减量废水梯级资源化处理技术，其特征在于，废水在pH调节池内的反应时间为0.5-1小时，pH控制在6~9。
6.根据权利要求1所述的一种碱减量废水梯级资源化处理技术，其特征在于，废水在MBR系统中停留时间共计为30-40小时，水解酸化区内设置有微生物生长填料，气水比为30:1，MBR系统中膜分离系统采用浸没式板式膜，材质为PVDF或PTFE。
7.根据权利要求1所述的一种碱减量废水梯级资源化处理技术，其特征在于，所述纳滤膜系统选用GE公司生产的DL系列产品或者陶氏生产的NF90系列产品，操作压力在2.5-4.5Mpa，膜壳材质选用玻璃钢或者不锈钢，纳滤膜进口设置5um保安过滤器，纳滤膜产水能够直接回用作工艺生产。
8.根据权利要求1所述的一种碱减量废水梯级资源化处理技术，其特征在于，所述冷冻结晶温度在-10℃~-5℃，冷冻结晶出来的硫酸钠晶体经过离心分离后可回收利用。
9.一种碱减量废水梯级资源化装备，包括收集池（1）、酸析池（2）、PH调节池（6）、MBR系统（7）和纳滤膜系统（8），其特征在于所述收集池（1）一侧面设置入液管道，另一侧面设置出液管道，所述酸析池（2）一侧与所述收集池（1）的出液管道相连，另一侧通过管道与自清洗薄膜过滤器（4）连接，所述酸析池（2）内设置有搅拌器，所述自清洗薄膜过滤器（4）还设置三个连接通道依次连接第一回收池、多相催化系统（5）和板框压滤机（3），所述多相催化系统（5）内部设置有系统功率范围为0.64~6.4kw的密封防水石英石玻璃套管的高压紫外灯，还设置有反应器，位于反应器内壁涂膜有催化剂层，所述多相催化系统另一侧面通过管道与所述PH调节池（6）连接，所述PH调节池（6）另一侧面通过管道与MBR系统（7）相连，所述MBR系统（7）另一侧面通过管道与纳滤膜系统（8）相连，所述纳滤膜系统（8）还设置两个连接通道分别连接第二回收池、冷冻系统（9），所述冷冻系统另一侧面通过管道连接离心机（10），所述离心机另一侧面通过管道连接第三回收池。
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