CN108218087B - 一种基于多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统，所述系统包括废水预处理装置、废水初步减量化装置、废水深度减量化装置，所述废水深度减量化装置通过采用一价阳离子选择膜和一价阴离子选择膜的一级电驱动膜装置分离获得一价阳离子与一价阴离子形成的盐类的中度浓水和含有高价阳离子和/或高价阴离子的中度浓水，通过二级电驱动膜装置对含有高价阳离子和/或高价阴离子的中度浓水进一步浓缩获得回用水和高浓水，通过三级电驱动膜装置对所述一价阳离子与一价阴离子形成的盐类的中度浓水进一步浓缩获得回用水和高浓水。本发明对水和盐类的回收率高且成本低。

Description

一种基于多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统

本发明是申请号为201510980910.5，申请日为2015年12月23 日，申请类型为发明，申请名称为一种多级电驱动离子膜处理高含盐废水的方法的分案申请。

技术领域

本发明涉及污水回收处理装备领域，尤其涉及一种基于多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统。

背景技术

近年来，在石化、电力、冶金、煤化工等行业的快速发展，工业生产过程中产生的反渗透浓水、工业污水、循环排污水及部分工艺排水等含成分复杂的污水量逐年增加，这些高成分复杂的污水如何最终处置和利用问题受到广泛的重视。

目前反渗透技术用于处理废水发展比较快，但是经过反渗透处理后仍有大量的弄出不能得到有效的利用，且通过蒸发结晶回收其中所含盐类的成本过高。另外反渗透膜元件容易被有机物污染，趋于饱和的无机盐钙、镁化合物易在膜面发生结垢问题，从而影响反渗透膜元件的使用寿命，降低过滤效果。

中国专利CN104355431A公布了一种反渗透浓水及高含盐废水高效处理回收的设备。该设备通过两级振动膜进行初步过滤后，对得到的淡水通过反渗透膜进行深度过滤净化，而振动膜过滤得到的浓水则通过蒸发结晶回收盐类。没有废水的软化除油等措施，虽然缩短了处理工艺，但是对盐类和淡水的回收效率较低。而且两级振动膜浓缩处理后浓水中水的含量仍然较高，蒸发结晶回收盐的成本太高。

公开号为CN103319042A的专利(对比文件1)公开了一种高盐复杂废水回用与零排放集成设备及工艺，其具体公开了进行沉降或絮凝处理的废水预处理过程、采用中压膜元件和超高压膜元件进行反渗透过滤的废水浓缩处理过程和浓缩盐水结晶回收的处理过程。与本发明相比，其并未限定采用一级、二级和三级电驱动离子膜进行分离处理的技术手段以及浓水室与淡水室之间压力差的具体参数。其无法达到本发明的盐类高回收率的技术效果。

公开号为CN103508602A的专利(对比文件2)公开了一种膜与蒸发结晶集成的高盐度工业废水排放的工艺，其具体公开了采用超滤预处理滤除水中的不溶性固体杂质，并采用防渗透膜过滤装置和电渗析装置对超滤预处理得到的渗透液进行浓缩处理，最后通过蒸发结晶获得盐泥和盐类的技术手段。与本发明相比，其缺少两级反渗透装置和三级电驱动离子膜专职配合以分级处理废水的技术手段，无法获得本发明大大提高了淡水的回收效率的技术效果。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种多级电驱动离子膜处理高含盐废水的方法，其特征在于，所述方法通过对高含盐废水进行预处理后，再进行反渗透过滤和电驱动离子膜分离处理，以高效率地回收脱盐水。

其中所述预处理过程通过沉淀和/或絮凝吸附作用以除去高含盐废水中的重金属离子、硬度离子和有机物质并调节pH，得到预处理后的浓水。

所述反渗透过滤过程通过中压反渗透过滤和高压反渗透过滤对所述预处理后的浓水进行初步减量化处理，以得到中度浓水。

所述电驱动离子膜分离过程通过一级电驱动膜处理程序、二级电驱动膜处理程序和三级电驱动膜处理程序对所述中度浓水进行深度浓缩，以减量化得到高浓水，从而便于蒸发结晶回收盐类。

其中所述一级电驱动膜处理过程采用一价阳离子选择膜和一价阴离子选择膜，从而分离出中度浓水中的一价阳离子与一价阴离子，在浓水室获得一价阳离子与一价阴离子形成的盐类的中度浓水，在淡水室获得分离后的主要含有高价阳离子和/或高价阴离子的中度浓水。

所述含有高价阳离子和/或高价阴离子的浓水通过二级电驱动膜处理程序进一步浓缩获得高价盐的高浓水，以进行蒸发结晶回收，

所述一价阳离子与一价阴离子形成的盐类浓水经三级电驱动膜处理程序进一步浓缩获得低价盐的高浓水，以进行蒸发结晶回收，

其中所述二级电驱动膜处理程序和三级电驱动膜处理程序中浓水室的压力均比淡水室的压力高0.1-0.4MPa。

根据一个优选的实施方式，所述一价阳离子为钠离子，所述一价阴离子为氯离子，所述高价阴离子为硫酸根离子。所述低价盐为氯化钠，所述高价盐为硫酸盐。优选的所述高价盐为硫酸钠。

所述一级电驱动膜处理过程采用一价阳离子选择膜和一价阴离子选择膜以分离获得氯化钠浓水和主要含有硫酸盐的浓水。

所述主要含有硫酸盐的浓水进入二级电驱动膜处理程序，进一步浓缩获得硫酸盐的高浓水，从而直接进行蒸发结晶回收。

所述氯化钠浓水进入三级电驱动膜处理程序，进一步浓缩获得氯化钠的高浓水，从而直接进行蒸发结晶回收。

其中所述二级电驱动膜处理程序和三级电驱动膜处理程序中浓水室的压力均比淡水室的压力高0.2-0.35MPa。

通过预处理除去已结垢的硬度离子、重金属离子和易污染膜的有机物，使得反渗透过滤装置中的膜的使用寿命大大增加，另外也减轻了后续反渗透过滤和电驱动膜分离的负担，使得过滤和分离的效率增加，淡水的回收率得到了提升。

通过选择性电驱动离子膜分离氯化钠和硫酸盐，之后经过电驱动膜深度浓缩减量化后直接进行蒸发结晶得到氯化钠和硫酸盐。

经过反渗透处理和电驱动离子膜的多级减量化处理，浓水中盐含量大大升高，从而减轻了蒸发结晶回收盐类的负担，也使淡水回收更充分。

根据一个优选的实施方式，所述一级电驱动膜装置采用Neosepta CMS 一价阳离子选择性膜和Neosepta ACS一价阴离子选择性膜。

根据一个优选的实施方式，所述二级电驱动膜装置和三级电驱动膜装置的浓水室压力均高于淡水室的压力。

根据一个优选的实施方式，所述二级电驱动膜装置浓水室与淡水室的压力差为0.25MPa-0.35MPa，所述三级电驱动膜装置的浓水室与淡水室的压力差为0.2MPa-0.3MPa，

根据一个优选的实施方式，经预处理过程后，所述浓水的TDS值为0.1 ×10⁴mg/L～1×10⁴mg/L，经反渗透过滤过程后，所述中度浓水的TDS值为 1×10⁴mg/L～6×10⁴mg/L，经电驱动离子膜分离过程后，所述高浓水的TDS 值为1×10⁵mg/L～3×10⁵mg/L。

根据一个优选的实施方式，经预处理过程后，所述浓水的TDS值为0.5 ×10⁴mg/L～1×10⁴mg/L，经反渗透过滤过程后，所述中度浓水的TDS值为 5×10⁴mg/L～6×10⁴mg/L，经电驱动离子膜分离过程后，所述高浓水的TDS 值为1.2×10⁵mg/L～2×10⁵mg/L。

根据一个优选的实施方式，经一级电驱动膜处理后，所述氯化钠高浓水和硫酸盐高浓水的TDS值均为约1×10⁵mg/L，经二级电驱动膜处理和三级电驱动膜处理后，所述氯化钠高浓水和硫酸盐高浓水的TDS值均为约2× 10⁵mg/L。

通过反渗透过程回收了大部分的水，使高含盐的废水得到了浓缩，再经过两级电驱动膜处理后，进一步回收淡水并使废水深度浓缩，通过减量化处理，从而大大减少了结晶回收盐类时需要蒸发的水量，节省能耗，并提高了水和盐的回收率。

根据一个优选的实施方式，所述二级电驱动膜装置和三级电驱动膜装置的淡水室中均具有硬质多孔的膜支撑元件以使液体流均匀化，液体在经过多孔的膜支撑元件时发生混乱流可以进行混合，并增加了液体流过的路程，延长了液体的停留时间，使分离更加充分。膜支撑元件为电驱动膜提供支撑力，使膜上受到的压力更加均匀，平衡浓水室的渗透压，防止电驱动膜在压力下受损。

根据一个优选的实施方式，膜支撑元件为多孔石和/或多孔塑料。优选的，所述膜支撑元件填充在淡水室中。

根据一个优选的实施方式，所述膜支撑元件表面的有效孔隙率大于50％。

根据一个优选的实施方式，所述膜支撑元件为通过硬质框架固定的多孔织物。所述多孔织物固定在淡水室中，靠近电驱动膜或与电驱动膜贴合。

根据一个优选的实施方式，所述多孔织物为玻璃纤维和/或麻纤维制成的织物。

根据一个优选的实施方式，所述膜支撑元件上的孔为相互连通的不规则孔。

根据一个优选的实施方式，所述电驱动离子膜分离过程中得到的淡水再次进行反渗透过滤过程以进一步分离淡水和盐类。电驱动离子膜分离过程的进水为含盐量较高的中度浓水，分离出的淡水含盐量也稍高，通过对其进行再次反渗透处理以增加盐类的回收率。

根据一个优选的实施方式，所述中压反渗透过滤过程采用流道宽度为 50mil-70mil的中压反渗透装置，所述高压反渗透过滤过程采用流道宽度为 70mil-90mil的高压反渗透装置。

根据一个优选的实施方式，所述中压反渗透过滤过程采用流道宽度为 65mil的中压反渗透装置，所述高压反渗透过滤过程采用流道宽度为80mil 的高压反渗透装置。通过大流道设计使得反渗透过滤元件不易发生结垢或有机物污堵。

根据一个优选的实施方式，所述预处理过程包括通过加入预处理剂进行沉淀和/或絮凝吸附初步排出污泥后，再通过微滤装置再次排出污泥，以得到所述浓水。

根据一个优选的实施方式，所述预处理过程中包括预处理剂处理、微滤处理和树脂除硬处理，以生成浓水。通过树脂除去饱和的废水中硬度离子，防止在反渗透过程中的膜上结垢。优选的所述微滤处理采用的是管式微滤装置或浸没式微滤装置。优选的所述树脂为阳离子交换树脂。

根据一个优选的实施方式，所述预处理过程通过沉淀和/或絮凝吸附作用除去有机物、硅离子、镁离子和/或钙离子并调节浓水的pH呈碱性，以防止反渗透过程中膜污染和结垢。

根据一个优选的实施方式，所述预处理剂包括石灰、氢氧化钠、碳酸钠、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺絮凝剂中的一种或多种。

根据一个优选的实施方式，所述预处理过程为依次加入氢氧化钠、碳酸钠、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺絮凝剂，通过氢氧化钠和碳酸钠与重金属离子和硬度离子发生反应来生成沉淀物并且调节废水的PH，通过聚合氯化铝和聚丙烯酰胺絮凝剂来对沉淀物以及有机物质进行混凝和吸附，在重力作用下成污泥沉淀下来。所述污泥沉淀于预处理装置的底部排出，上清液进入管式微滤装置进行进一步的过滤，去除废水中残留的沉淀物，防止对后续的反渗透过滤装置和电驱动离子膜分离装置造成不良影响。

根据一个优选的实施方式，所述预处理浓水的PH为7.5-10.0。

根据一个优选的实施方式，所述预处理浓水的PH为8.0-9.5，优选的所述预处理浓水的PH为8.5-9.0。碱性条件可抑制在反渗透膜表面的硅结垢和有机物污染的倾向。

根据一个优选的实施方式，所述中度浓水在进入电驱动离子膜分离过程前要经过树脂进行除硬处理，优选的所述树脂为阳离子交换树脂。

根据一个优选的实施方式，所述污泥通过压滤脱水形成干污泥，脱出的水进入预处理过程再次处理。

根据一个优选的实施方式，所述废水在进入中压反渗透过滤装置、高压反渗透过滤装置、一级电驱动膜装置和/或二级电驱动膜装置前要经过保安过滤器，防止杂物对装置造成不良影响。

根据一个优选的实施方式，所述中压反渗透过滤装置和/或所述高压反渗透过滤装置的反渗透膜采用芳香族聚酰胺复合材料。

根据一个优选的实施方式，所述中压反渗透过滤装置的操作压力为1.5- 4MPa，所述高压反渗透过滤装置的操作压力为3-5MPa。优选的中压反渗透过滤装置的操作压力为2.0-3.5MPa，所述高压反渗透过滤装置的操作压力为3.5-4.5MPa。

根据一个优选的实施方式，所述高浓水通过蒸汽机械再压缩技术进行蒸发结晶回收硫酸钠和氯化钠。

根据一个优选的实施方式，所述方法先通过加入碱性的预处理剂进行絮凝沉淀除去部分有机物、硅离子、镁离子和/或钙离子后得到浓水，再依次通过流道宽度为65mil的中压反渗透装置和流道宽度为80mil的高压反渗透装置进行反渗透过滤，进行初步减量化处理以回收淡水，反渗透得到的中度浓水通过一级电驱动膜装置分离一价离子与高价离子，以分别在浓水室得到氯化钠的浓水，和在淡水室获得主要含有硫酸盐的浓水，其中所述一级电驱动膜装置采用Neosepta CMS一价阳离子选择性膜和Neosepta ACS一价阴离子选择性膜，所述主要含有硫酸盐的浓水通过二级电驱动膜装置进一步浓缩获得硫酸盐的高浓水，其中所述二级电驱动膜装置的浓水室的压力比淡水室的压力高0.3MPa，所述氯化钠的浓水通过三级电驱动膜装置进一步浓缩获得氯化钠的高浓水，其中所述三级电驱动膜装置浓水室的压力比淡水室的压力高0.2MPa，所述二级电驱动膜装置和三级电驱动膜装置的淡水室均含有多孔石和/或多孔塑料作为膜支撑元件以防止电驱动膜在压力下受损，所述电驱动离子膜分离过程中得到的淡水再次进行反渗透过滤过程以进一步分离淡水和盐类。

本发明提供的多级电驱动离子膜处理高含盐废水的方法通过对高含盐废水进行预处理除去其中的重金属离子、硬度离子及有机物等，防止结垢或膜污染等对反渗透装置造成的不良影响。通过两级反渗透装置和三级电驱动离子膜专职配合，分级处理废水，大大提高了淡水的回收效率，同时通过深度浓缩对废水进行减量化处理，减轻了盐类结晶回收时的蒸发负担，该方法简单，淡水和盐类回收率高，成本低。

附图说明

图1是本发明多级电驱动离子膜处理高含盐废水的工艺流程图；和

图2是本发明多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统装置示意图。

附图标记列表

10：预处理过程 40：淡水回收过程

11：均质均量处理 50：污泥处理过程

12：预处理剂处理 60：盐类回收过程

13：微滤处理 61：硫酸钠回收

14：一级软化处理 62：氯化钠回收

20：初步减量化过程 101：调节池

21：中压反渗透过滤 102：高密池

22：高压反渗透过滤 103：管式微滤器

23：二级软化处理 104：一级树脂罐

30：深度减量化过程 201：中压反渗透装置

31：一级电驱动膜处理 202：高压反渗透装置

32：二级电驱动膜处理 203：二级树脂罐

33：三级电驱动膜处理 301：一级电驱动膜装置。

Claims (8)

1.一种基于多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统，其特征在于，所述系统通过对高含盐废水进行预处理后再进行反渗透过滤和电驱动离子膜分离处理以高效率地回收脱盐水，其包括废水预处理装置、废水初步减量化装置、废水深度减量化装置，其中，

所述废水预处理装置通过加入碱性的预处理剂的方式进行絮凝沉淀除去部分有机物、硅离子、镁离子和/或钙离子后得到浓水，

所述废水初步减量化装置包括流道宽度为50mil-70mil的中压反渗透装置和流道宽度为70mil-90mil的高压反渗透装置并按照所述浓水依次经过中压反渗透装置和高压反渗透装置的方式进行反渗透过滤以回收淡水并得到中度浓水，其中，

经过所述废水预处理装置得到的浓水再通过依次流道宽度为65mil的中压反渗透装置和流道宽度为80mil的高压反渗透装置进行反渗透过滤进行初步减量化处理以回收淡水，反渗透得到的中度浓水通过一级电驱动膜装置分离一价离子与高价离子以分别在浓水室得到氯化钠的浓水和在淡水室获得主要含有硫酸盐的浓水；

所述一级电驱动膜装置采用Neosepta CMS一价阳离子选择性膜和Neosepta ACS一价阴离子选择性膜分离所述中度浓水中的一价离子与高价离子以分别在其浓水室得到氯化钠的浓水和在其淡水室获得主要含有硫酸盐的浓水，

二级电驱动膜装置的浓水室的压力比淡水室的压力高0.3MPa并用于进一步浓缩所述主要含有硫酸盐的浓水以获得硫酸盐的高浓水，三级电驱动膜装置浓水室的压力比淡水室的压力高0.2MPa并用于进一步浓缩所述氯化钠的浓水以获得氯化钠的高浓水，其中，

二级电驱动膜装置和三级电驱动膜装置的淡水室均含有多孔石和/或多孔塑料作为膜支撑元件以防止电驱动膜在压力下受损，经所述废水深度减量化装置处理得到的淡水返回废水初步减量化装置并与废水预处理装置处理后的浓水混合后再次过滤以进一步分离淡水和盐类。

2.如权利要求1所述的基于多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统，其特征在于，所述废水深度减量化装置按照通过一级电驱动膜处理程序、二级电驱动膜处理程序和三级电驱动膜处理程序的方式对中度浓水进行深度浓缩以得到高浓水从而便于蒸发结晶回收盐类，

其中所述一级电驱动膜处理程序通过一级电驱动膜装置执行并采用一价阳离子选择膜和一价阴离子选择膜以分离获得一价阳离子与一价阴离子形成的盐类的中度浓水和含有高价阳离子和/或高价阴离子的中度浓水，

所述含有高价阳离子和/或高价阴离子的中度浓水通过由二级电驱动膜装置执行的二级电驱动膜处理程序进一步浓缩获得高价盐的高浓水从而直接进行蒸发结晶回收，

所述一价阳离子与一价阴离子形成的盐类的中度浓水经由三级电驱动膜装置执行的三级电驱动膜处理程序进一步浓缩获得低价盐的高浓水从而直接进行蒸发结晶回收，

其中所述二级电驱动膜装置和所述三级电驱动膜装置的浓水室的压力均比其各自的淡水室的压力高0.1-0.4MPa。

3.如权利要求2所述的基于多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统，其特征在于，所述废水预处理装置包括高密池和管式微滤器，其中，所述废水预处理装置通过在所述高密池中加入预处理剂进行沉淀和/或絮凝吸附初步排出污泥后再通过微滤装置再次排出污泥以得到所述浓水，所述废水预处理装置将其处理得到的所述浓水的TDS和pH分别控制在0.1×10⁴mg/L～1×10⁴mg/L和7.5-10.0范围内。

4.如权利要求3所述的基于多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统，其特征在于，所述废水初步减量化装置将其处理得到的中度浓水的TDS值控制在1×10⁴mg/L～6×10⁴mg/L范围内，所述废水深度减量化装置将其处理得到的高浓水的TDS值控制在1×10⁵mg/L～3×10⁵mg/L范围内。

5.如权利要求4所述的基于多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统，其特征在于，所述废水预处理装置还包括用于对高含盐废水进行均质均量处理的调节池和用于对管式微滤器产生的滤液进行一级软化处理的一级树脂罐。

6.如权利要求5所述的基于多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统，其特征在于，所述废水初步减量化装置还包括用于对所述高压反渗透装置处理得到的反渗透浓溶液进行二级软化处理的二级树脂罐。

7.如权利要求6所述的基于多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统，其特征在于，所述系统还包括设置在所述管式微滤器和所述一级树脂罐之间，及所述一级树脂罐和所述中压反渗透装置之间，及所述中压反渗透装置、所述高压反渗透装置、所述二级树脂罐和所述一级电驱动膜装置彼此之间的用于收集和暂时存储上级装置处理后的高含盐废水的中间水池和用以将中间水池中的高含盐废水转移到下级装置中增压泵。

8.如权利要求1所述的基于多级电驱动离子膜处理高含盐废水的系统，其特征在于，所述系统还包括用于收集污泥的污泥池、用于收集淡水的回收水箱和用于收集盐类的盐类回收装置，其中，

所述盐类回收装置通过蒸汽机械再压缩技术对所述高浓水进行蒸发结晶以回收硫酸钠和氯化钠。

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