CN107010768A - 能源化工浓盐水零排放系统及其处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能源化工浓盐水零排放系统，包括分离系统、废水处理系统、污泥处理系统、浓水回收系统、清水池和浓水池；废水处理系统包括超滤膜装置、一级反渗透装置、二级反渗透装置和三级反渗透装置，二、三级反渗透装置之间设有透平式能量回收装置；浓水回收系统包括机械再压缩蒸发器。本发明还公开上述排放系统的处理工艺，先将浓盐水进行澄清软化处理，再调节pH后进行超滤处理，超滤后的废水进行一级反渗透浓缩分离，再进行二级反渗透浓缩分离，得到的二级浓水流经透平式能量回收装置后送入三级反渗透装置，三级浓水流入透平式能量回收装置给二级浓水增压后从排水端排入浓水池。本发明浓盐水实现98％以上的回用，实现了能源化工浓盐水零排放的目标。

Description

能源化工浓盐水零排放系统及其处理工艺

技术领域

本发明涉及工业废水处理技术领域，尤其涉及一种TDS值较高的能源化工浓盐水零排放系统及其处理工艺。

背景技术

现代能源化工通常是以煤、石油为原料，经化学加工使原料转化为气体、液体和固体产品，并进一步加工成一系列化工产品的新型工业。以煤为例，主要包括煤的气化、煤的液化、焦油化学、电石乙炔化学。近几年来，能源化工产业发展迅速，但是由于能源化工产业需要耗费大量用水，随之带来的水资源再利用与环境保护问题日益突出，尤其是处于多旱少雨的地区较为突出。因此，能源化工的环保问题亟待需要解决。

目前，传统的能源化工废水处理的工艺路线包括：首先，物化预处理；其次，A/O生化处理；最后，物化深度处理。其中，能源化工废水经过生化处理后，水中的COD、氨氮等显著降低，但难降解有机物仍使废水的色度、COD等指标无法达到排放标准，尤其是高含盐量的生化系统出水无法进行回用。因此，经过生化处理后的废水(浓盐水)，仍需进行深度处理。

能源化工浓盐水深度处理方法主要包括固定化生物技术、混凝沉淀法、吸附法和超滤、反渗透等膜处理法。

第一种固定化生物技术可选择性固定优势菌种，同时能有针对性地处理含有难降解有机物废水。但此技术对菌种的要求高，适合处理一些特定的难降解废水。

第二种混凝沉淀法是在生产过程中用混凝剂比如铝盐、铁盐、聚铁、聚铝及聚丙烯酰胺等来加强沉淀效果，同时要调节好pH值，使废水中悬浮物在混凝剂作用下能够加快聚集、下沉，达到固液分离，从而可以去除废水中悬浮有机物，有效地降低废水浊度，但该技术对废水的pH值要求高。

第三种吸附法利用固体表面具有吸附溶质、胶质的能力，因此，当废水通过比表面积很大的吸附剂时，其中的污染物就可能会被吸附到固体颗粒上。这种方法可以获得较好的效果，但只适合处理含有固体颗粒较多的废水，且吸附剂用量大、费用高，容易产生二次污染。

第四种超滤、反渗透等膜处理法通过超滤除去废水中的大多数浊度、有机物，减轻对反渗透膜的污染，可延长膜的寿命，减少运行成本。反渗透膜不仅能去除废水中的有机物，而且还可以进行脱盐、脱色，出水水质好，可直接为生产循环用水，可实现能源化工废水的零排放和能源化工清洁生产。但是，超滤、反渗透等膜处理法对进水水质、膜的要求高，不可直接适用于所有废水的处理，并且反渗透膜分离技术存在膜污染、堵塞、腐蚀、使用寿命短等问题，尤其是当给水TDS高于6000mg/L时，其脱盐率会急剧下降，膜处理成本也会提高。

能量回收装置的作用就是把反渗透系统高压浓海水的压力能量回收再利用，从而降低反渗透海水淡化的制水能耗和制水成本。能量回收装置有不同的应用方式：

1.回收的能量可直接用于提高海水给水的压力；

2.可用于提高第二段给水的升压，以提高或均衡第二段膜组件的产水量；

3.制备含盐量更低的淡水，用于第二级反渗透的给水升压。不同的能量回收装置回收效率不同，回收效率低的约为35％～70％，回收效率高的可达90％～95％。

能量回收装置按照工作原理主要可分为透平式和正位移式两种类型。透平式能量回收装置主要有水力透平式，通常需要经过“压能-机械能-压能”两步转换过程，能量回收效率一般在50～70％之间。正位移式能量回收装置利用反渗透系统排出的高压浓水直接增压进料海水的方式来回收能量，能量回收效率一般都在92％～95％之间。

水力(涡轮)透平式能量回收装置采用离心式原理，由安装叶轮的水泵侧和安装透平转子的透平侧组成，叶轮和透平转子间通过一根中心轴相连接。反渗透装置排出的高压浓水直接冲击涡轮驱动透平转子把压力能转换为机械能(轴功)，通过中心轴把机械能传递水泵侧的叶轮，叶轮再把机械能转换为压力能，对进入反渗透系统的海水实施增压。因此，水力透平式能量回收装置完全由浓水提供能量，不需要外加电能。

水力透平式出现最早，技术成熟，流程简易，组装方便，产品已形成系列化，但由于其在能量回收过程中存在2次能量转换，在转化过程中存在能量损失，所以能量回收效率较低。其能量回收效率曲线和离心水泵的效率曲线相似，随着进水流量的增加而提高，因此，适宜在大容量海水淡化系统中应用。

压力交换式能量回收装置采用正位移原理，低压海水从一端进入PX设备，来自反渗透膜的高压浓盐水从另一端进入PX设备。压力能量在设备内进行交换后，低压海水转变成高压海水流出，而高压浓盐水转变成低压浓盐水流出。这种能量转换效率非常高可达95％以上，比涡轮机的转换效率高1/3。经PX加压后的高压海水使进入反渗透装置的海水得到分流，通过高压泵的海水流量大幅度降低，从而降低了对高压水泵的能耗要求，因此安装此装置后可使海水淡化的运行费用大为降低。由于PX的使用，反渗透装置的比能耗最低可以小于2.0kW·h/m³。

随着反渗透海水淡化技术的发展，对能量回收技术和装置的研究与开发也引起高度关注和重视。

透平式能量回收装置在设计、维护、运行等各方面都比正位移式能量回收装置简单，不需要增压泵和自动阀门，但其能量回收效率较低。PX压力交换式能量回收装置需要控制系统，运行较复杂，但能耗低，投资回报率高。对于不同的海水淡化工程，要根据项目本身的特点合理选择合适的能量回收装置。对于透平式能量回收装置适合于大的系统设计采用，回收效率明显、经济效益良好、淡化成本显著降低。对于PX压力交换式能量回收装置大、小系统都适用，但大的系统需并联的PX较多，接口较多，占地较大。小系统在短期内就可收回投资成本，从节能的角度出发，采用PX压力交换式能量回收装置更好。

在不同的海水淡化项目中要根据情况选择采用何种能量回收装置和反渗透装置。现有技术中也有将能量回收装置用在高盐废水处理中，但是由于始终处于研发初期，根据不同的情况选择不同的布置方式。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能源化工浓盐水零排放系统及其处理工艺，主要适用于产量较大的能源化工行业，使浓盐水最终实现98％以上的回用，减少浓液外排带来的环境污染，从而实现了能源化工浓盐水零排放的目标。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种能源化工浓盐水零排放系统，包括分离系统、废水处理系统、污泥处理系统、浓水回收系统、清水池和浓水池；

所述分离系统包括相连接的分离池和调节池，所述分离池的上端设有搅拌机和加药装置，底部设有刮泥机，所述调节池为PH调节池；

所述废水处理系统根据处理过程依次包括变频给水泵、超滤膜装置、高压泵、一级反渗透装置、二级反渗透装置和三级反渗透装置，一级反渗透装置和二级反渗透装置之间设有变频增压泵，二级反渗透装置和三级反渗透装置之间还设有透平式能量回收装置；所述超滤膜装置的产水端通过高压泵后连接一级反渗透装置，滤水端连接调节池；所述一级反渗透装置的产水端连接清水池，浓水端通过变频增压泵后连接二级反渗透装置；所述二级反渗透装置的产水端连接清水池，浓水端与透平式能量回收装置的低压进水端连接；所述三级反渗透装置的产水端连接清水池，浓水端与透平式能量回收装置的增压进水端连接；所述透平式能量回收装置的高压出水端与三级反渗透装置的输入端连接，低压出水端与浓水池连接；

所述污泥处理系统包括污泥收集池和板框压滤机，所述分离池底部的污泥输出端与污泥收集池连接，所述板框压滤机的出水端与分离池连接；

所述浓水回收系统包括机械再压缩蒸发器。

作为上述技术方案的进一步改进：

优选的，所述分离池包括混凝池、絮凝池和沉淀池，所述刮泥机位于沉淀池。

优选的，所述透平式能量回收装置可自动或者手动调节压力和流量。

本发明的还提供了一种上述的能源化工浓盐水零排放系统的处理工艺，包括以下步骤：

a.将能源化工浓盐水经过分离池进行澄清软化处理，除去重金属、氟、悬浮物；

b.将步骤a得到的软化水泵入调节池调节pH至中性；

c.将步骤b调节后的废水送入超滤膜装置进行超滤处理，吸附废水中的剩余钙、镁金属离子，超滤后得到处理过的废水和被截留的滤液，滤液回流至分离池；

d.将步骤c得到的废水泵入一级反渗透装置进行一级反渗透浓缩分离，得到一级浓水和产水，产水流入清水池；

e.将步骤d得到的一级浓水增压后送入二级反渗透装置进行二级反渗透浓缩分离，得到二级浓水和产水产水流入清水池；

f.将步骤e得到的二级浓水流经透平式能量回收装置后送入三级反渗透装置，得到三级浓水和产水，三级浓水流入透平式能量回收装置给二级浓水增压后从排水端排入浓水池，产水流入清水池；

g.将步骤f中浓水池的水送入机械再压缩蒸发器中得到工业盐。

上述处理工艺中，优选的，所述能源化工浓盐水经过过滤池、分离池过滤排出的污泥，采用板框压滤机进行脱水处理，再送去做污泥集中处理，脱水得到的浓液送入分离池进行循环处理。

上述处理工艺中，优选的，所述步骤a的分离池中加入氧化剂、氢氧化钙、碳酸纳、混凝剂以及絮凝剂。

上述处理工艺中，优选的，所述能源化工浓盐水中总溶解固形物TDS大于8000mg/L。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的能源化工浓盐水零排放系统及其处理工艺，采用三段式反渗透装置，回收率达到99％以上。本发明的能源化工浓盐水零排放系统及其处理工艺，能够有效减少处理过程中化学品的添加量和反渗透膜的清洗次数，通过透平式能量回收装置和三级反渗透膜装置降低系统能耗，降低水处理的成本。本发明的能源化工浓盐水零排放系统及其处理工艺，减少了浓液外排带来的环境污染，实现了零排放的目标。本发明的能源化工浓盐水零排放系统及其处理工艺，采用透平式能量回收装置主要是利用反渗透浓水的能量给进入反渗透装置的原水进行增压，以降低高压泵的扬程，起到节能的作用，同时可以拥有能量回收和段间增压功能，使能量消耗降低20％～30％，段间增压成本为零。

附图说明

图1是本发明能源化工浓盐水零排放系统的结构示意图。

图例说明：

1、清水池；2、分离池；21、刮泥机；22、搅拌机；23、加药装置；24、混凝池；25、调节池；26、絮凝池；27、沉淀池；3、超滤膜装置；31、变频给水泵；4、三级反渗透装置；41、透平式能量回收装置；5、一级反渗透装置；51、高压泵；6、二级反渗透装置；61、变频增压泵；7、污泥收集池；71、板框压滤机；8、机械再压缩蒸发器；9、浓水池。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

图1示出了本发明能源化工浓盐水零排放系统的一种实施方式，包括分离系统、废水处理系统、污泥处理系统、浓水回收系统、清水池1和浓水池9。

分离系统包括相连接的分离池2和调节池25，分离池2设有混凝池24、絮凝池26和沉淀池27，加药装置23位于三个池子的上方，混凝池24设有搅拌机22，用于加药搅拌，絮凝池26上方的加药装置用于添加高分子絮凝剂，沉淀池27的底部设有刮泥机21。沉淀池27与调节池25连接，分离后的废水通过提升泵进入调节池25中调节pH值至中性。

废水处理系统根据处理过程依次包括变频给水泵31、超滤膜装置3、高压泵51、一级反渗透装置5、二级反渗透装置6和三级反渗透装置4，一级反渗透装置5和二级反渗透装置6之间设有变频增压泵61，二级反渗透装置6和三级反渗透装置4之间还设有透平式能量回收装置41。透平式能量回收装置41为涡轮式能量回收装置，通过3D几何设计叶轮来优化效率，主要是利用反渗透浓水的能量给进入反渗透装置的原水进行增压以降低高压泵的扬程，起到节能的作用。透平式能量回收装置41设有自带的分配管，可以手动调节压力和流量，或者通过低压旁通管路和阀门可自动调节压力和流量。使用时，二级浓水的能量需要大于段间增压压力，否则段间需要另外设置段间增压泵。透平式能量回收装置41可以节省段间增压泵和浓水高压泵排放阀，能够直接平衡第二和第三段的流量，防止第二段污堵，更能够降低投资成本。

超滤膜装置3的产水端通过高压泵51后连接一级反渗透装置5，滤水端连接调节池25。超滤膜装置3设置在反渗透装置的上游，能够保护反渗透装置。一级反渗透装置5的产水端连接清水池1，浓水端通过变频增压泵61后连接二级反渗透装置6；二级反渗透装置6的产水端连接清水池1，浓水端与透平式能量回收装置41的低压进水端连接；三级反渗透装置4的产水端连接清水池1，浓水端与透平式能量回收装置41的增压进水端连接；透平式能量回收装置41的高压出水端与三级反渗透装置4的输入端连接，低压出水端与浓水池9连接。

污泥处理系统包括污泥收集池7和板框压滤机71，分离池2底部的污泥输出端与污泥收集池7连接，板框压滤机71的出水端与沉淀池27连接。分离池2排出的污泥通过板框压滤机71进行脱水压缩处理，得到的废水回流至沉淀池27循环处理。

浓水回收系统包括机械再压缩蒸发器8。

以某能源化工企业的水处理项目为例，来说明本发明能源化工浓盐水零排放系统的处理工艺，包括以下步骤：

a.原水水质、水量变化不大，客户提供了很详细的原水资料，pH为6～9，TDS为8000mg/L～9000mg/L，确定只采用透平式能量回收装置就可以提供段间压力，无需再增加多余的泵。

b.将能源化工浓盐水经过分离池2进行澄清软化处理，在常温条件下，加入氧化剂、氢氧化钙、碳酸纳、混凝剂以及絮凝剂，将废水中的SS、COD、氟、总硅以及钙镁等金属离子沉淀，分离后得到的污泥进入污泥收集池7。

c.将步骤b得到的软化水泵入调节池25调节pH至中性。

d.将步骤c调节后的废水以10m³/h的流量送入超滤膜装置3进行超滤处理，吸附废水中的剩余钙、镁金属离子，超滤后得到处理过的废水和被截留的滤液，滤液回流至分离池2循环处理，回收率为80％～90％。

e.将步骤d过滤后的废水以15m³/h的流量泵入一级反渗透装置5，在15～30bar的压力条件下，进行一级反渗透浓缩分离，得到一级浓水和产水，截留了大部分盐、小分子有机物等，产水流入清水池1，回收率在75％～85％。

f.将步骤e得到的一级浓水增压后送入二级反渗透装置6，在25～45bar的压力条件下，进行二级反渗透浓缩分离，得到二级浓水和产水，产水流入清水池1，回收率在70％～80％。

g.将步骤f得到的二级浓水流经透平式能量回收装置41后送入三级反渗透装置4，在40～55bar的压力条件下，得到三级浓水和产水，三级浓水流入透平式能量回收装置41给二级浓水增压后从排水端排入浓水池9，产水流入清水池1，回收率在70％～75％。

h.将步骤g中浓水池9的水送入机械再压缩蒸发器8中得到工业盐。

i.能源化工浓盐水经过分离池2过滤排出的污泥，采用板框压滤机71进行脱水处理，再送去做污泥集中处理，脱水得到的浓液送入分离池2进行循环处理。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种能源化工浓盐水零排放系统，其特征在于，包括分离系统、废水处理系统、污泥处理系统、浓水回收系统、清水池(1)和浓水池(9)；

所述分离系统包括相连接的分离池(2)和调节池(25)，所述分离池(2)的上端设有搅拌机(22)和加药装置(23)，底部设有刮泥机(21)，所述调节池(25)为PH调节池；

所述废水处理系统根据处理过程依次包括变频给水泵(31)、超滤膜装置(3)、高压泵(51)、一级反渗透装置(5)、二级反渗透装置(6)和三级反渗透装置(4)，一级反渗透装置(5)和二级反渗透装置(6)之间设有变频增压泵(61)，二级反渗透装置(6)和三级反渗透装置(4)之间还设有透平式能量回收装置(41)；所述超滤膜装置(3)的产水端通过高压泵(51)后连接一级反渗透装置(5)，滤水端连接调节池(25)；所述一级反渗透装置(5)的产水端连接清水池(1)，浓水端通过变频增压泵(61)后连接二级反渗透装置(6)；所述二级反渗透装置(6)的产水端连接清水池(1)，浓水端与透平式能量回收装置(41)的低压进水端连接；所述三级反渗透装置(4)的产水端连接清水池(1)，浓水端与透平式能量回收装置(41)的增压进水端连接；所述透平式能量回收装置(41)的高压出水端与三级反渗透装置(4)的输入端连接，低压出水端与浓水池(9)连接；

所述污泥处理系统包括污泥收集池(7)和板框压滤机(71)，所述分离池(2)底部的污泥输出端与污泥收集池(7)连接，所述板框压滤机(71)的出水端与分离池(2)连接；

所述浓水回收系统包括机械再压缩蒸发器(8)。

2.根据权利要求1所述的能源化工浓盐水零排放系统，其特征在于，所述分离池(2)包括混凝池(24)、絮凝池(26)和沉淀池(27)，所述刮泥机(21)位于沉淀池(27)。

3.根据权利要求1所述的能源化工浓盐水零排放系统，其特征在于，所述透平式能量回收装置(41)可自动或者手动调节压力和流量。

4.一种根据权利要求1～3任一项所述的能源化工浓盐水零排放系统的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a.将能源化工浓盐水经过分离池(2)进行澄清软化处理，除去重金属、氟、悬浮物；

b.将步骤a得到的软化水泵入调节池(25)调节pH至中性；

c.将步骤b调节后的废水送入超滤膜装置(3)进行超滤处理，吸附废水中的剩余钙、镁金属离子，超滤后得到处理过的废水和被截留的滤液，滤液回流至分离池(2)；

d.将步骤c得到的废水泵入一级反渗透装置(5)进行一级反渗透浓缩分离，得到一级浓水和产水，产水流入清水池(1)；

e.将步骤d得到的一级浓水增压后送入二级反渗透装置(6)进行二级反渗透浓缩分离，得到二级浓水和产水产水流入清水池(1)；

f.将步骤e得到的二级浓水流经透平式能量回收装置(41)后送入三级反渗透装置(4)，得到三级浓水和产水，三级浓水流入透平式能量回收装置(41)给二级浓水增压后从排水端排入浓水池(9)，产水流入清水池(1)；

g.将步骤f中浓水池(9)的水送入机械再压缩蒸发器(8)中得到工业盐。

5.根据权利要求4所述的处理工艺，其特征在于，所述能源化工浓盐水经过过滤池(24)、分离池(2)过滤排出的污泥，采用板框压滤机(71)进行脱水处理，再送去做污泥集中处理，脱水得到的浓液送入分离池(2)进行循环处理。

6.根据权利要求4所述的处理工艺，其特征在于，所述步骤a的分离池(2)中加入氧化剂、氢氧化钙、碳酸纳、混凝剂以及絮凝剂。

7.根据权利要求4所述的处理工艺，其特征在于，所述能源化工浓盐水中总溶解固形物TDS大于8000mg/L。