CN107804943A - 一种零废水排放的制备超纯水的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零废水排放的制备超纯水的系统，包括预处理子系统、脱盐子系统、精处理子系统和再生废水预处理子系统；预处理子系统包括通过管道依次连接的原水储罐、水泵、软化过滤器、pH值调节罐、石英砂过滤器、活性炭过滤器、沸石过滤器和预处理水储罐，脱盐子系统包括一级反渗透主机和二级反渗透主机，精处理子系统为混床系统，再生废水预处理子系统包括再生废水中和池和蒸发结晶装置。本发明的制备超纯水的系统实现了超纯水制备过程废水零排放；制备超纯水的系统包括混床，混床中的阳树脂和阴树脂再生时产生的大量酸碱废水不是如现有处理方式那样排放到污水管网中，而是在本发明的系统中得到处理，并最终得到超纯水。

Description

一种零废水排放的制备超纯水的系统

本申请是申请号为201510779129.1，申请日为2015年11月13日，发明创造名称为“零废水排放的制备超纯水的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种纯水的制备方法，具体涉及一种生产过程零废水排放的制备超纯水的系统。

背景技术

水是一种最常见的化合物，它既是生命之源，也是现代工业不可或缺的重要资源。随着科学技术的发展，许多领域对水质量的要求越来越高，纯水制备技术成为一个热门研究领域。

纯水分为饮用纯水和工业纯水。工业纯水根据电导率分为三种，如下表1所示。

表1 工业纯水分类（25℃）

超纯水作为高品质的分析实验用水、生产工艺用水和锅炉设备补给用水广泛用于电子、医药、电力、化工等众多工业领域。它不仅与产品的质量和成品率有着直接的关系，而且对各个行业的发展产生积极的影响，是生产过程中不可或缺的原材料之一。

关于超纯水的制备方法，张志坤等在《超纯水制备》（现代化工，2011,04期：79-82）一文中提到用预处理+二级反渗透+电去离子EDI+抛光精混床的工艺流程处理石化公司地下水制备超纯水。文中将石英砂过滤器和精密过滤器作为预处理，去除原水中的悬浮物、胶体、色度、浊度、有机物等，一级反渗透作为预脱盐装置，脱除水中大部分的溶解盐类、颗粒、硬度、活性硅；二级反渗透和电去离子作为精脱盐装置，进一步脱除水中微量的溶解盐类、硬度和SiO₂，使整个系统的出水水质达到超纯水出水水质要求；电去离子EDI和抛光精混床作为第三套工序，主要起第三重保障作用，保障出水水质满足油田伴生气洗涤水质需要。该工艺工作性能可靠、产水量为3吨/h，出水水质稳定，产水电阻率在0.056μS/cm以下，符合工业超纯水的标准，而且抛光精混床的再生周期大大延长，减少了部分环境污染。但是，该工艺需要使用EDI装置，EDI装置的初期投资昂贵，维修比较困难，很多材料及配件均要求进口，初期投资非常昂贵，不适用于中小型企业，而且EDI在水电离模式下工作时，电能和除盐的效率较低。

又例如中国专利文献CN 104150663 A（申请号 201410438809.2）公开了一种超纯水生产系统，包括预处理子系统、反渗透子系统、混床子系统；所述预处理子系统包括依次相连接的原水箱、原水泵、多介质过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器；所述反渗透子系统包括一级高压泵、RO反渗透系统、RO水箱、二级高压泵、纯水箱，所述RO反渗透系统包括一级反渗透主机、二级反渗透主机；所述混床子系统包括纯水泵、混床、紫外线杀菌器、精密过滤器，纯水箱与纯水泵相连接，纯水泵、混床、紫外线杀菌器、精密过滤器依次连接。

上述超纯水制备工艺中均使用了混床，混床运行过程中需要频繁用酸碱进行再生，产生大量酸碱废液，上述文献中未提到酸碱废液的处理方法；目前混床再生产生的酸碱废水的处理是将其中和后排放到市政污水管网，这种处理方式也是水资源的浪费。

近年来，随着人们节约资源和环境保护意识的不断提高，不仅要求水质能够满足各领域的用水要求，还要对制备超纯水工艺中一些造成水资源浪费和污染环境的技术工艺加以改进，这些都推动了纯水制备技术的不断发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生产过程零废水排放的制备超纯水的系统。

实现本发明目的的技术方案是一种零废水排放的制备超纯水的系统，包括预处理子系统、脱盐子系统、精处理子系统和再生废水预处理子系统。

所述预处理子系统包括通过管道依次连接的原水储罐、水泵、软化过滤器、pH值调节罐、石英砂过滤器、活性炭过滤器、沸石过滤器和预处理水储罐。

脱盐子系统包括通过管道依次连接的第一高压泵、一级反渗透主机、反渗透水箱、第二高压泵、二级反渗透主机、紫外线杀菌器、精密过滤器和脱盐水储罐，第一高压泵的进水口与预处理子系统的预处理水储罐的出水口相连。

精处理子系统为混床系统，包括加压泵、2组混合离子交换柱和超纯水储罐，加压泵的进水口通过管道与脱盐子系统的脱盐水储罐的出水口相连，加压泵的出水口与混床的进水口通过管道连通，混床的出水口通过管道与超纯水储罐相连通。

再生废水预处理子系统包括再生废水中和池和蒸发结晶装置，所述蒸发装置设有冷凝水收集管道和冷凝水储罐，冷凝水储罐的出水口通过水泵和管道与预处理子系统的软化过滤器相连通，管道上设有阀门；其中精处理子系统的混合离子交换柱的再生酸液出口通过管道通入再生废水中和池中，再生碱液出口也通过管道通入再生废水中和池中，再生废水中和池的出水口通过水泵和管道将池中废水输送至蒸发装置中。

所述预处理子系统的pH值调节罐包括罐主体、酸液罐和碱液罐，酸液罐和碱液罐设置在罐主体的上方，酸液罐和碱液罐分别通过管道与罐主体联通，管道上设有阀门；罐主体上还设有pH值检测仪，pH值检测仪的电极浸在pH值调节罐内的液体中，即时读取测量罐内液体的pH值；酸液罐内储存20%～30%的盐酸，碱液罐内储存15%～20%的氢氧化钠溶液。

所述精处理子系统的混合离子交换柱的柱身上设有再生酸液进口、再生酸液出口、再生碱液进口、再生碱液出口；再生酸液进口通过管道与盐酸储罐相连通，再生碱液进口通过管道与氢氧化钠溶液储罐相连通，其中盐酸储罐中盐酸的浓度为20%～30%，氢氧化钠溶液储罐中氢氧化钠溶液的浓度为15%～20%。

预处理子系统的处理负荷为脱盐子系统处理负荷的8～12倍，预处理子系统的处理负荷为精处理子系统的处理负荷的8～12倍。

使用上述装置制备超纯水的方法，包括以下步骤：

①原水预处理；将原水通入原水储罐中，打开水泵，原水通过软化过滤器，去除水中结垢离子，降低原水硬度；从软化过滤器流出的水进入pH值调节罐内，pH值检测仪及时读取罐内水的pH值，若罐内水的pH值大于7.0，向罐内滴加盐酸至pH值读数为7.0，若罐内水的pH值小于7.0，向罐内滴加氢氧化钠溶液至pH值读数为7.0，若罐内水的pH值为7.0则不需要调节。

pH值调至7.0的水从pH值调节罐流出，依次经过石英砂过滤器、活性炭过滤器和沸石过滤器，经过该三级过滤除去水中的1~20μm的固体悬浮物、胶体、有机物，减轻后续反渗透膜处理负荷，从沸石过滤器流出的水储存在预处理水储罐内。

②脱盐处理；脱盐子系统的第一高压泵将预处理水储罐内的水输送至一级反渗透主机内，经过一级反渗透脱除水中大部分的溶解盐类、颗粒、硬度和活性硅；经一级反渗透处理的水再进行二级反渗透，进一步脱除水中微量的溶解盐类、硬度和SiO₂。

经过两级反渗透处理的水送入紫外线杀菌器中，紫外线破坏生物体的核酸功能而使细菌死亡；紫外线杀菌器流出的水进入精密过滤器中，水中的细菌被除去，从精密过滤器流出的水储存在脱盐水储罐内。

③精处理；精处理子系统的加压泵将步骤②脱盐处理后的水输送至混床中，在混床中深度去除水中的矿物质，出水水质的电导率达到超纯水的标准，得到的超纯水储存在超纯水储罐内。

④混床再生废液处理；连续处理完毕100～150吨原水后，混床内的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂使用盐酸和氢氧化钠分别再生后，对再生废液预处理，即将再生的废酸和废碱液通入再生废水预处理子系统的再生废水中和池中，在中和池中中和后送入蒸发结晶装置中加热，随着蒸发结晶装置中盐浓度的升高，氯化钠析出，收集结晶的氯化钠，蒸发过程中产生的水蒸汽冷凝后储存在冷凝水储罐内。

预处理后，冷凝水储罐内的水送入制备超纯水系统的预处理子系统的软化过滤器中，按照上述步骤①至步骤③进行纯化得到超纯水。

具体的，预处理后，冷凝水储罐内的水从软化过滤器流出的水进入pH值调节罐内，pH值检测仪读取罐内水的pH值，并将pH值调节罐内水的pH调至7.0；pH值调至7.0的水从pH值调节罐流出，依次经过石英砂过滤器、活性炭过滤器和沸石过滤器，经过该三级过滤除去水中的固体悬浮物、胶体、有机物，从沸石过滤器流出的水储存在预处理水储罐内；脱盐子系统的第一高压泵将预处理水储罐内的水输送至一级反渗透主机内，经一级反渗透处理的水再进行二级反渗透；经过两级反渗透后进入紫外线杀菌器中，紫外线破坏生物体的核酸功能而使细菌死亡；紫外线杀菌器流出的水进入精密过滤器中，水中的细菌被除去，从精密过滤器流出的水储存在脱盐水储罐内；精处理子系统的加压泵将脱盐处理后的水输送至混床中，在混床中深度去除水中的矿物质，混床出水的电导率达到超纯水的标准。

上述步骤①原水预处理的处理负荷是步骤②脱盐处理负荷的8～12倍，步骤①原水预处理的处理负荷是步骤③精处理负荷的8～12倍。

本发明具有积极的效果：（1）本发明的制备超纯水的系统和方法实现了超纯水制备过程废水零排放；制备超纯水的系统包括混床，混床中的阳树脂和阴树脂再生时产生的大量酸碱废水不是如现有处理方式那样排放到污水管网中，而是在本发明的系统中得到处理，并最终得到超纯水。

（2）本发明的制备超纯水的系统的预处理子系统的处理负荷为后续脱盐子系统和精处理子系统的处理负荷的8～12倍，经过预处理的水提高了进入反渗透装置的水质，减轻了反渗透膜的工作压力，降低了膜污染，而且较大的负荷能力保证本系统可以同时处理较为纯净的自来水、混床的再生水，经过预处理的中间水的电导率可以达到2μs/cm，可以直接作为生活用水使用。

由于精处理子系统之前的预处理子系统和脱盐子系统对原水的处理，混床树脂的再生周期变长，处理水量达到120吨才需对混床的阴阳树脂进行再生。

（3）本发明的制备超纯水的系统和方法未使用价格昂贵的装置，处理设备投入成本较低，设备占地面积小，适合中小型企业生产工业用超纯水。

（4）本发明的制备超纯水的系统和方法制备的超纯水的电导率低至0.02 μs/cm。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

（实施例1、零废水排放的制备超纯水的系统）

见图1，本实施例的零废水排放的制备超纯水的系统包括预处理子系统、脱盐子系统、精处理子系统和再生废水预处理子系统。

所述预处理子系统包括通过管道依次连接的原水储罐、水泵、软化过滤器、pH值调节罐、石英砂过滤器、活性炭过滤器、沸石过滤器和预处理水储罐。

其中pH值调节罐包括罐主体、酸液罐和碱液罐，酸液罐和碱液罐设置在罐主体的上方，酸液罐和碱液罐分别通过管道与罐主体联通，管道上设有阀门。罐主体上还设有pH值检测仪，pH值检测仪的电极浸在pH值调节罐内的液体中，随时测量罐内液体的pH值。酸液罐内储存20%～30%的盐酸，碱液罐内储存15%～20%的氢氧化钠溶液。

所述脱盐子系统包括通过管道依次连接的第一高压泵、一级反渗透主机、反渗透水箱、第二高压泵、二级反渗透主机、紫外线杀菌器、精密过滤器和脱盐水储罐。第一高压泵的进水口与预处理子系统的预处理水储罐的出水口相连。

精处理子系统为混床系统，包括加压泵、2组直径为600mm的混合离子交换柱（简称混床）和超纯水储罐；加压泵的进水口通过管道与脱盐子系统的脱盐水储罐的出水口相连，加压泵的出水口与混床的进水口通过管道连通，混床的出水口通过管道与超纯水储罐相连通。

混床的柱身上设有再生酸液进口、再生酸液出口、再生碱液进口、再生碱液出口；再生酸液进口通过管道与盐酸储罐相连通，再生碱液进口通过管道与氢氧化钠溶液储罐相连通，其中盐酸的浓度为20%～30%，氢氧化钠溶液的浓度为15%～20%。

再生废水预处理子系统包括再生废水中和池和蒸发结晶装置，所述蒸发装置设有冷凝水收集管道和冷凝水储罐。混床的再生酸液出口通过管道通入再生废水中和池中，再生碱液出口也通过管道通入再生废水中和池中，再生废水中和池的出水口通过水泵和管道将中和废水即高浓度的氯化钠溶液输送至蒸发装置中。中和后的废水在蒸发装置中加热蒸发，产生的蒸汽冷凝后得到的冷凝水经冷凝水管道储存在冷凝水储罐中。冷凝水储罐的出水口通过水泵和管道与预处理子系统的软化过滤器相连通，管道上设有阀门。

上诉零废水排放的制备超纯水的系统中，预处理子系统的处理负荷为后续脱盐子系统和精处理子系统的处理负荷的8～12倍；本实施例中，预处理子系统的处理负荷为5吨/h，脱盐子系统和精处理子系统的处理负荷为0.5吨/h。

（实施例2、零废水排放的制备超纯水的方法）

本实施例处理的原水为自来水，电导率为400~500μs/cm。

本实施例的零废水排放的制备超纯水的方法使用实施例1所述的系统，处理时包括以下步骤：

①原水预处理。将自来水通入原水储罐中，打开水泵，原水通过软化过滤器，去除水中钙、镁等结垢离子，降低原水硬度；从软化过滤器流出的水进入pH值调节罐内，pH值检测仪及时读取罐内水的pH值，若罐内水的pH值大于7.0，向罐内滴加盐酸至pH值读数为7.0，若罐内水的pH值小于7.0，向罐内滴加氢氧化钠溶液至pH值读数为7.0，若罐内水的pH值为7.0则不需要调节。

pH值调至7.0的水从pH值调节罐流出，依次经过石英砂过滤器、活性炭过滤器和沸石过滤器，经过该三级过滤除去水中的1~20μm的固体悬浮物、胶体、有机物等，减轻后续反渗透膜处理负荷。从沸石过滤器流出的水储存在预处理水储罐内，经步骤①处理的中间水的电导率为2μs/cm。

原水预处理时的处理负荷是5吨/h。

②脱盐处理。脱盐子系统的第一高压泵将预处理水储罐内的水输送至一级反渗透主机内，经过一级反渗透脱除水中大部分的溶解盐类、颗粒、硬度和活性硅；经一级反渗透处理的水再进行二级反渗透，进一步脱除水中微量的溶解盐类、硬度和SiO₂。

预处理后的水经过两级反渗透后进入紫外线杀菌器中，紫外线破坏生物体的核酸功能而使细菌死亡；紫外线杀菌器流出的水进入精密过滤器中，水中的细菌被除去，从精密过滤器流出的水储存在脱盐水储罐内。

步骤②的处理负荷是0.5吨/h。

经步骤②脱盐处理的水的电导率为0.2～0.3μs/cm。

③精处理。精处理子系统的加压泵将步骤②脱盐处理后的水输送至混床中，在混床中深度去除水中的矿物质，使得出水水质的电导率达到了0.02 μs/cm，达到超纯水的标准（0.055 ~ 0.1μs/cm），得到的超纯水储存在超纯水储罐内待用或待售。

步骤③的处理负荷是0.5吨/h，全套设备的处理负荷为0.5吨/h。

④混床再生废液处理。本实施例连续处理完毕100～150（本实施例中为120）吨原水后，混床内的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂需要再生，按照现有的再生方法，使用盐酸和氢氧化钠分别对两种树脂再生后，首先对再生废水预处理，再生的废酸和废碱液通入再生废水预处理子系统的再生废水中和池中，在中和池中中和后送入蒸发结晶装置中加热，随着蒸发结晶装置中盐浓度的升高，氯化钠析出，收集结晶的氯化钠；蒸发过程中产生的水蒸汽冷凝后储存在冷凝水储罐内，冷凝水的电导率为800μs/cm。

再生废水预处理后，冷凝水储罐内的水送入预处理子系统的软化过滤器中，按照上述步骤①至步骤③进行纯化。

具体的，冷凝水储罐内的水送入预处理子系统的软化过滤器中软化后，从软化过滤器流出的水进入pH值调节罐内，pH值检测仪读取罐内水的pH值，并将pH值调节罐内水的pH调至7.0。

pH值调至7.0的水从pH值调节罐流出，依次经过石英砂过滤器、活性炭过滤器和沸石过滤器，经过该三级过滤除去水中的固体悬浮物、胶体、有机物等，从沸石过滤器流出的水储存在预处理水储罐内，此时水的电导率为150～200μs/cm。

脱盐子系统的第一高压泵将预处理水储罐内的水输送至一级反渗透主机内，经过一级反渗透脱除水中大部分的溶解盐类、颗粒、硬度和活性硅；经一级反渗透处理的水再进行二级反渗透，进一步脱除水中微量的溶解盐类、硬度和SiO₂。

预处理后的水经过两级反渗透后进入紫外线杀菌器中，紫外线破坏生物体的核酸功能而使细菌死亡；紫外线杀菌器流出的水进入精密过滤器中，水中的细菌被除去，从精密过滤器流出的水储存在脱盐水储罐内。

精处理子系统的加压泵将脱盐处理后的水输送至混床中，在混床中深度去除水中的矿物质，混床出水的电导率达到了0.03 μs/cm，同样达到超纯水的标准（0.055 ~ 0.1μs/cm）。

因此本发明的制备超纯水的系统和方法实现了超纯水制备过程废水零排放；制备超纯水的系统包括混床，混床中的阳树脂和阴树脂再生时产生的大量酸碱废水不是如现有处理方式那样排放到污水管网中，而是在本发明的系统中得到处理，并最终得到超纯水。

Claims (1)

1.一种零废水排放的制备超纯水的系统，其特征在于：包括预处理子系统、脱盐子系统、精处理子系统和再生废水预处理子系统，预处理子系统的处理负荷为脱盐子系统处理负荷的8～12倍，预处理子系统的处理负荷为精处理子系统的处理负荷的8～12倍；

所述预处理子系统包括通过管道依次连接的原水储罐、水泵、软化过滤器、pH值调节罐、石英砂过滤器、活性炭过滤器、沸石过滤器和预处理水储罐；pH值调节罐包括罐主体、酸液罐和碱液罐，酸液罐和碱液罐设置在罐主体的上方，酸液罐和碱液罐分别通过管道与罐主体联通，管道上设有阀门；罐主体上还设有pH值检测仪，pH值检测仪的电极浸在pH值调节罐内的液体中，即时读取测量罐内液体的pH值；酸液罐内储存20%～30%的盐酸，碱液罐内储存15%～20%的氢氧化钠溶液；

脱盐子系统包括通过管道依次连接的第一高压泵、一级反渗透主机、反渗透水箱、第二高压泵、二级反渗透主机、紫外线杀菌器、精密过滤器和脱盐水储罐，第一高压泵的进水口与预处理子系统的预处理水储罐的出水口相连；

精处理子系统为混床系统，包括加压泵、2组混合离子交换柱和超纯水储罐，加压泵的进水口通过管道与脱盐子系统的脱盐水储罐的出水口相连，加压泵的出水口与混床的进水口通过管道连通，混床的出水口通过管道与超纯水储罐相连通；其中混合离子交换柱的柱身上设有再生酸液进口、再生酸液出口、再生碱液进口、再生碱液出口；再生酸液进口通过管道与盐酸储罐相连通，再生碱液进口通过管道与氢氧化钠溶液储罐相连通，其中盐酸储罐中盐酸的浓度为20%～30%，氢氧化钠溶液储罐中氢氧化钠溶液的浓度为15%～20%；

再生废水预处理子系统包括再生废水中和池和蒸发结晶装置，所述蒸发装置设有冷凝水收集管道和冷凝水储罐，冷凝水储罐的出水口通过水泵和管道与预处理子系统的软化过滤器相连通，管道上设有阀门；其中精处理子系统的混合离子交换柱的再生酸液出口通过管道通入再生废水中和池中，再生碱液出口也通过管道通入再生废水中和池中，再生废水中和池的出水口通过水泵和管道将池中废水输送至蒸发装置中。