CN108017213A - 一种高含盐废水资源化处理系统及工艺 - Google Patents

一种高含盐废水资源化处理系统及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高含盐废水资源化处理系统及工艺，包括调节池、澄清软化装置、过滤装置、纳滤装置、高压反渗透装置、反渗透装置和蒸发结晶装置；调节池内设有曝气装置、搅拌装置和辅助加药系统；澄清软化装置采用两级澄清软化工艺，包括用于一级和二级澄清软化池；过滤装置采用双介质过滤装置；高压反渗透装置和反渗透装置的膜元件采用一级两段布置；一级澄清软化池和高压反渗透装置的进水口处设有管道混合器。通过该系统或工艺，产水回收率达到90％，废水中盐分资源化利用率达到85％，并能够浓缩进蒸发结晶单元的处理量，大大降低了蒸发热法出盐的能耗，节约投资与运行费用，是一种环境友好、资源节约型工艺系统。

Description

一种高含盐废水资源化处理系统及工艺
技术领域
本发明属于水处理领域，具体涉及一种高含盐废水资源化处理系统及工艺。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，工业用水量激增。同时，产生废水量也在逐步增大，给当前的废水处理与回收利用技术带来了巨大挑战。对于高含盐废水，由于缺乏技术、经济上的可行性与可靠性，大多数采取稀释外排方法。此方法不仅不能真正减少污染物的排放总量，且造成了淡水的浪费，特别是高含盐废水的排放，势必造成淡水水资源矿化和土壤碱化。因此，如何开发经济有效的高含盐废水脱盐处理工艺技术，促进高含盐废水的资源化利用，也是解决水资源循环利用的严峻问题。
国外最早的高含盐废水处理方法有直接蒸发法，例如美国MERRIMACK电厂，Mayo电厂等，但该法能耗巨大，经济型太差。中国华东华能某电厂等采用反渗透与蒸发工艺，一定程度上减少耗量，但产生的固体废弃物仍需处理，势必带来昂贵的投资费用、运行费用，无法实现资源的利用最大化。
发明内容
本发明从资源利用化角度克服了现有技术的不足，提供了一种高含盐废水资源化处理工艺系统，具体技术方案如下：
本发明公开一种高含盐废水资源化处理系统，包括调节池、澄清软化装置、过滤装置、纳滤装置、高压反渗透装置、反渗透装置和蒸发结晶装置；调节池、澄清软化装置、过滤装置、纳滤装置和高压反渗透装置顺序连接，高压反渗透装置的产水出口连接反渗透装置，浓水出口连接蒸发结晶装置，过滤装置的浓水出口通过管道连接至澄清软化装置的进水口连接；纳滤产水出口和反渗透装置的浓水出口分别通过管道连接至经反渗透装置的进水口；其中：调节池内设有曝气装置、搅拌装置和辅助加药系统；澄清软化装置采用两级澄清软化工艺，包括用于一级澄清软化池和二级澄清软化池；过滤装置采用双介质过滤装置，介质选用无烟煤和粒径为0.5～1.2mm的石英砂；高压反渗透装置的膜元件采用一级两段布置，并采用耐50bar～160bar高压的反渗透膜；反渗透装置的膜元件采用一级两段布置；一级澄清软化池和高压反渗透装置的进水口处设有管道混合器。
本发明还公开一种高含盐废水资源化处理工艺，包括以下步骤：
高含盐废水进入调节池内，调节池内设有的曝气装置和搅拌装置，经调节池的均质作用降低废水中COD含量，减少水质波动，降低废水的水温；
经调节池均质后的废水进入澄清软化装置，澄清软化装置采用两级澄清软化工艺，通过一级澄清软化工艺软化去除废水中的重金属离子、氟离子和暂时硬度；通过二级软化澄清工艺软化去除废水中的镁离子和残留钙离子；
经澄清软化后的废水进入双介质过滤装置，介质选用无烟煤和粒径为0.5～1.2mm的石英砂，双介质过滤装置的产水达到纳滤装置的SDI进水水质要求；
过滤的产水进入纳滤装置，将过滤产水中的二价离子与一价离子分离；
纳滤的产水进入高压反渗透装置，高压反渗透装置采用耐50bar～160bar高压的反渗透膜，给水压力为60～120bar，纳滤浓水部分回流至一级澄清软化池，部分外排至外部的处理系统；
高压反渗透装置的膜元件采用一级两段布置，高压反渗透的产水进入反渗透装置，浓水进行蒸发结晶；
反渗透装置的膜元件采用一级两段布置，反渗透的产水进入回收水箱，浓水作为高压反渗透装置的进水。
作为一种优选方案，通过调节池内增的辅助加药系统，添加用于高含盐废水预处理的石灰、纯碱、混凝剂和絮凝剂。
作为一种优选方案，一级澄清软化池的进水口处设有管道混合器，将部分纳滤浓水和调节池出水混合后进入一级澄清软化池，并在管道混合器的进水管道中添加阻垢剂和酸药剂；
高压反渗透装置的进水口处设有管道混合器，将纳滤产水和反渗透浓水混合后进入高压反渗透装置，并在管道混合器的进水管道中添加阻垢剂和酸药剂。
作为一种优选方案，酸药剂为2％～5％的盐酸溶液，阻垢剂为磷系列聚合物。
作为一种优选方案，澄清软化装置中，经混凝沉淀后得到的污泥通过外接的污泥池脱水处理后的水重新进入一级软化澄清池。
作为一种优选方案，通过控制一级澄清软化工艺中石灰、混凝剂、絮凝剂和助凝剂的加药量，使产水中的SiO2含量小于8ppm，硬度降低为1.0mmol/L；通过控制一级澄清软化工艺中有机硫的加药量，使得产水中的重金属离子的含量降低到0.2ppm以下，F离子的含量降低到5ppm。
作为一种优选方案，通过控制二级澄清软化工艺中碱、混凝剂及絮凝剂的加药量，从而控制纳滤进水的钙镁离子配比，使得纳滤产水中至少98％的硫酸根和镁离子被去除，至少70％的钙离子被去除。
作为一种优选方案，控制纳滤装置的回收率为55％～75％；控制高压反渗透装置的回收率为60％～80％；控制反渗透装置的回收率达到90％。
作为一种优选方案，该系统中添加的混凝剂为聚合硫酸铁，助凝剂为APAM，絮凝剂为聚合硫酸铝。
作为一种优选方案，所述高含盐废水含盐量为2000～200000ppm，硬度为100～10000ppm，碱度为100～10000ppm。
有益效果：
本发明能有效的去除高含盐废水中的F离子及重金属离子等，产水回收率达到90％，废水中盐分资源化利用率达到85％，制得达到工业盐国家标准GB5462-2003中工业精制盐一级及以上标准的结晶盐，且是纯白色。
该工艺系统的实际产水指标TDS低于50ppm，氯离子含量低于20ppm，处理过程简便高效，运行费用较一般工艺低，操作自动化程度高，处理能力达到并超过设计能力。该工艺系统能够浓缩进蒸发结晶单元的处理量，大大降低了蒸发热法出盐的能耗，节约投资与运行费用，是一种环境友好、资源节约型工艺系统。
该系统尤其适用于含盐量为2000～200000ppm，硬度为100～10000ppm，碱度为100～10000ppm的含盐废水。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
图中：1—调节池、2—澄清软化装置、3—双介质过滤装置、4—纳滤装置、5—高压反渗透装置、6—反渗透装置、7—蒸发结晶装置。
具体实施方式
TDS(Total dissolved solids)：溶解性固体总量；
COD(Chemical Oxygen Demand)：化学需氧量；
SDI(Silting Density Index)污水水质指标；
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例中公开一种高含盐废水资源化处理系统(简称该系统)，该系统主要包括调节池1、澄清软化装置2(澄清软化子系统)、双介质过滤装置3(过滤子系统)、纳滤装置4(纳滤子系统)、高压反渗透装置5和反渗透装置6(反渗透子系统)、蒸发结晶装置7以及相应的辅助加药系统。
调节池1：调节池内设有曝气装置、搅拌装置，使得调节池内水充分混合。通过调节池的均质作用，降低废水中COD含量，减少水质波动，保障后期一级、二级澄清软化处理段效果，还能降低含盐废水的水温，防止水温波动对澄清软化的影响。进一步的，调节池内还增设辅助加药子系统，用于添加一定量的石灰、纯碱、混凝剂和絮凝剂等药剂，以对高含盐废水进行预处理。
澄清软化装置2：采用的是两级澄清软化工艺，即包括一级澄清软化池和二级澄清软化池。通过向两级澄清软化池的进水管道中添加适量混凝剂、助凝剂、絮凝剂等药剂进行反应沉淀，其中，一级澄清软化主要用于去除重金属离子、氟离子和暂时硬度，二级澄清软化主要用于去除镁离子和残留的钙离子。经澄清软化装置2排出的废水，重金属离子的量小于0.2ppm，F离子的含量小于5ppm。。
双介质过滤装置3：采用双介质过滤装置，介质选用优质石英砂和无烟煤，例如，粒径为0.5～1.2mm的石英砂，一方面可使出水达到纳滤装置的SDI进水水质要求，另一方面具有良好的耐污泥浓度，当前面的反应沉淀有不正常情况时，也能得到较好的出水水质。同时，可通入进水自身进行反洗以降低污染。
纳滤装置4：采用对此类水质较适宜的纳滤装置作为高压反渗透进水的前端处理，一方面可以去除有机物，另一方面可以使二价离子量减少96％以上，保证后续的高压反渗透装置6和蒸发结晶装置7的出盐纯度。
高压反渗透装置5：其膜元件采用一级两段布置，针对高含盐量的废水具体可采用耐50bar～160bar高压的反渗透膜，将纳滤装置4的产水进一步浓缩，减少进蒸发装置的水量，大大降低了运行成本。高压反渗透装置5的给水压力范围为60～120bar，其回收率为60％～80％。
反渗透装置6：为了满足出水TDS标准，进一步采用反渗透工艺。反渗透装置6的膜元件采用一级两段布置，其回收率达到90％，且反渗透浓水作为高压反渗透给水的一部分，提高水资源利用率。
蒸发结晶装置7：主要处理高压反渗透浓水，采用蒸发技术将该浓水结晶析出，经干燥打包封装，最终产品为纯度高于98.5％的袋装氯化钠，满足工业精制盐一级标准，实现固体废物的综合利用和减量处置。
进一步的，在一级澄清软化池和高压反渗透装置的进水口处均设置管道混合器，并在管道混合器内添加阻垢剂和酸药剂，使得整个运行稳定，保证膜使用寿命。
该系统尤其适用于含盐量为2000～200000ppm，硬度为100～10000ppm，碱度为100～10000ppm的含盐废水。基于该系统，高含盐废水资源化处理的工艺流程如下：
高含盐废水通过提升泵进入该系统中的调节池1，经调节池1内的曝气装置、搅拌装置及辅助加药系统，降低废水COD，同时降低废水的水温。
经调节池均质后的废水进入澄清软化装置2，在一级澄清软化工艺中添加混凝剂、絮凝剂、助凝剂及有机硫药剂，以软化去除废水中的重金属离子、氟离子和暂时硬度；在二级软化澄清工艺中添加碱、混凝剂及絮凝剂，以软化去除废水中的镁离子和残留钙离子。经混凝沉淀后得到的污泥通过外接的污泥池脱水处理后水重新进入该系统循环。二级澄清软化池产生的污泥主要成份为硫酸钙及氢氧化镁，该污泥经脱水后可作为一般固废处理。
作为优选，在澄清软化子系统中，为了有效降低废水的硬度及碱度，向一级澄清软化池中根据进水量控制石灰、纯碱、混凝剂和絮凝剂的加药量，使得出水的SiO2含量小于8ppm，出水的硬度降低为1.0mmol/L。通过控制一级澄清软化池中有机硫的加药量，使得澄清软化装置2产水中的重金属离子的含量降低到0.2ppm以下，F离子的含量降低到5ppm。通过控制二级澄清软化工艺中碱、混凝剂及絮凝剂等药剂的加药量，从而控制纳滤进水的钙镁离子配比。
经澄清软化处理后的废水进入双介质过滤装置3，介质选用优质石英砂和无烟煤，通过双介质过滤装置3使出水达到纳滤装置4的进水水质要求。双介质过滤装置3所产生的污泥主要成分为碳酸钙，含固率5％左右，这部分污泥优先考虑回收利用，例如，可作为脱硫系统的脱硫剂，或者与二级澄清软化池产生的污泥一起经脱水处理后作为一般固废处置。
过滤后的产水进入纳滤装置4，纳滤装置用于去除有机物，将过滤产水中的二价离子与一价离子分离，二价离子量截留率在96％以上。通过控制澄清软化系统的碱、混凝剂及絮凝剂等药剂的加药量，从而控制纳滤装置4的进水的钙镁离子配比，使得纳滤出水中有98％的硫酸根和镁离子被去除，70％左右的钙离子被去除，降低后续高压反渗透装置的结垢率。
纳滤产水进入高压反渗透装置5，纳滤浓水部分回流至二级澄清软化池，部分外排至外部的处理系统，需要注意的是，此处不能全部回流，否则会在系统中富集，需要外排5％～10％浓水。控制纳滤系统的回收率为55％～75％。
为了使进入蒸发装置的浓水更少，高压反渗透装置5的膜元件采用一级两段布置，并采用耐50bar～160bar高压的反渗透膜，此种反渗透膜不仅耐高压，且对进水水质适应性很强，即使进水中COD、BOD、氨氮及悬浮物浓度较高时也可正常运行。高压反渗透装置的给水压力范围为60～120bar，控制回收率为60％～80％。
由于高压反渗透的产水达不到回用要求，高压反渗透产水进入反渗透装置6，反渗透产水进入回收水箱，此时，反渗透的浓水TDS含量约为13900mg/L，可将此股浓水与纳滤产水经高压反渗透子系统进水处的管道混合器混合后作为高压反渗透进水进入高压反渗透装置5。
蒸发工艺用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发产生的二次蒸汽，将进入蒸发结晶装置7的高压反渗透浓水结晶析出，经干燥打包封装，最终产品为纯度高于98.5％的袋装氯化钠，满足工业精制盐一级标准。
进一步的，还可在纳滤子系统与反渗透子系统中添加相应的药剂使得整个运行稳定，保证膜使用寿命。具体的，通过纳滤装置4和反渗透装置6中设置的辅助加药系统，根据进水量在纳滤装置4和反渗透装置6中添加一定量的阻垢剂、酸药剂等药剂。
作为优选，该系统中采用的酸药剂为2％～5％的盐酸溶液，混凝剂为聚合硫酸铁，助凝剂为APAM，絮凝剂为聚合硫酸铝，阻垢剂为磷系列聚合物。
以某电厂含盐废水处理为例，经过此工艺系统，实际出水指标TDS低于50ppm，氯离子含量低于20ppm，处理过程简便高效，运行费用较一般工艺低，操作自动化程度高，处理能力达到并超过设计能力。
以上所述，仅为本发明的具体控制方法的实例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到替换或变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高含盐废水资源化处理系统，其特征在于：包括调节池、澄清软化装置、过滤装置、纳滤装置、高压反渗透装置、反渗透装置、蒸发结晶装置和辅助加药系统；调节池、澄清软化装置、过滤装置、纳滤装置和高压反渗透装置顺序连接，高压反渗透装置的产水出口连接反渗透装置，浓水出口连接蒸发结晶装置，过滤装置的浓水出口通过管道连接至澄清软化装置的进水口连接；纳滤产水出口和反渗透装置的浓水出口分别通过管道连接至经反渗透装置的进水口；其中：调节池内设有曝气装置、搅拌装置和辅助加药系统；澄清软化装置包括用于一级澄清软化池和二级澄清软化池；过滤装置采用双介质过滤装置，介质选用无烟煤和粒径为0.5～1.2mm的石英砂；高压反渗透装置的膜元件采用一级两段布置，并采用耐50bar～160bar高压的反渗透膜；反渗透装置的膜元件采用一级两段布置；一级澄清软化池和高压反渗透装置的进水口处设有管道混合器。
2.一种高含盐废水资源化处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
高含盐废水进入调节池内，调节池内设有的曝气装置和搅拌装置，经调节池的均质作用降低废水中COD含量，减少水质波动，降低废水的水温；
经调节池均质后的废水进入澄清软化装置，澄清软化装置采用两级澄清软化工艺，通过一级澄清软化工艺软化去除废水中的重金属离子、氟离子和暂时硬度；通过二级软化澄清工艺软化去除废水中的镁离子和残留钙离子；
经澄清软化后的废水进入双介质过滤装置，介质选用无烟煤和粒径为0.5～1.2mm的石英砂，双介质过滤装置的产水达到纳滤装置的SDI进水水质要求；
过滤的产水进入纳滤装置，将过滤产水中的二价离子与一价离子分离；
纳滤的产水进入高压反渗透装置，高压反渗透装置采用耐50bar～160bar高压的反渗透膜，给水压力为60～120bar，纳滤浓水部分回流至一级澄清软化池，部分外排至外部的处理系统；
高压反渗透装置的膜元件采用一级两段布置，高压反渗透的产水进入反渗透装置，浓水进行蒸发结晶；
反渗透装置的膜元件采用一级两段布置，反渗透的产水进入回收水箱，浓水作为高压反渗透装置的进水。
3.根据权利要求2所述的种高含盐废水资源化处理工艺，其特征在于：通过调节池内的辅助加药系统添加用于高含盐废水预处理的石灰、纯碱、混凝剂和絮凝剂。
4.根据权利要求2所述的高含盐废水资源化处理工艺，其特征在于：
一级澄清软化池的进水口处设有管道混合器，将部分纳滤浓水和调节池出水混合后进入一级澄清软化池，并在管道混合器的进水管道中添加阻垢剂和酸药剂；
高压反渗透装置的进水口处设有管道混合器，将纳滤产水和反渗透浓水混合后进入高压反渗透装置，并在管道混合器的进水管道中添加阻垢剂和酸药剂。
5.根据权利要求4所述的高含盐废水资源化处理工艺，其特征在于：酸药剂为2％～5％的盐酸溶液，阻垢剂为磷系列聚合物。
6.根据权利要求2所述的高含盐废水资源化处理工艺，其特征在于：澄清软化装置中，经混凝沉淀后得到的污泥通过外接的污泥池脱水处理后的水重新进入一级软化澄清池。
7.根据权利要求2所述的高含盐废水资源化处理工艺，其特征在于：
通过控制一级澄清软化工艺中石灰、混凝剂、絮凝剂和助凝剂的加药量，使产水中的SiO2含量小于8ppm，硬度降低为1.0mmol/L；
通过控制一级澄清软化工艺中有机硫的加药量，使得产水中的重金属离子的含量降低到0.2ppm以下，F离子的含量降低到5ppm；
通过控制二级澄清软化工艺中碱、混凝剂及絮凝剂的加药量，从而控制纳滤进水的钙镁离子配比，使得纳滤产水中至少98％的硫酸根和镁离子被去除，至少70％的钙离子被去除。
8.如权利要求7所述的高含盐废水资源化处理工艺，添加的混凝剂为聚合硫酸铁，助凝剂为APAM，絮凝剂为聚合硫酸铝。
9.根据权利要求2所述的高含盐废水资源化处理工艺，其特征在于：控制纳滤装置的回收率为55％～75％；控制高压反渗透装置的回收率为60％～80％；控制反渗透装置的回收率达到90％。
10.根据权利要求2至9任意一项所述的高含盐废水资源化处理工艺，其特征在于：所述高含盐废水含盐量为2000～200000ppm，硬度为100～10000ppm，碱度为100～10000ppm。
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