CN109052745A - 一种易结垢性废水浓缩减量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种易结垢性废水浓缩减量方法，包括以下步骤：A、将含有Aⁿ⁺、B^n‑、C⁺和D^‑离子的待处理废水澄清、过滤，去除悬浮颗粒物；B、将步骤A的产水通入至第一电渗析器进行离子分组；第一电渗析器具有浓室和淡室，步骤A的产水通入至所述淡室，向所述浓室中加入纯水；废水中Aⁿ⁺、C⁺和D^‑从淡室进入浓室，废水中的B^n‑保留在淡室中；C、将步骤B中浓室的产水通入至浓缩装置获得第一淡水和第一浓水；D、将步骤C中第一淡水回流通入至第一电渗析器的浓室进水端，并向浓室中补入纯水；该发明能够避免结垢性离子的结合，防止设备结垢，回收淡水，同时还能降低废水处理成本，简化废水处理流程。

Description

一种易结垢性废水浓缩减量方法

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，特别是涉及一种易结垢性废水浓缩减量方法。

背景技术

随着我国缺水问题的日益恶化，对废水进行处理，实现中水回用变得越来越重要。此外，我国环保政策要求火力发电厂、电镀、煤化工等行业实现废水零排放。

但是当前工业废水在进行中水回用处理和零排放处理的时候，由于其水质具有结垢倾向高、离子组成复杂和含盐量高等特点，极易给废水处理设备带来结垢问题。为了解决膜法回收淡水再利用，或者采用蒸发结晶系统进行零排放处理中的设备结垢问题，必须先对易结垢性废水进行软化预处理。但常规的双碱法软化预处理工艺，操作复杂，药剂费用高昂，且产生大量的污泥。

在处理含盐废水时，电渗析器具有浓缩倍数高，操作压力低，回收率高等优点。但是在许多含盐废水，例如脱硫废水、反渗透浓水和循环冷却塔排污水等，待处理的废水溶液中包含有多种离子，主要有Aⁿ⁺、B^n-、C⁺和D^-，其中Aⁿ⁺代表包括钙离子、镁离子、铁离子、铜离子等多价阳离子，B^n-代表硫酸根离子、磷酸根离子、碳酸根离子等多价阴离子，C⁺代表如钠离子、钾离子、铵根离子等单价阳离子，D^-代表如氯离子、硝酸根离子等单价阴离子，钙离子、镁离子与硫酸根离子、磷酸根离子、碳酸根离子之间容易结合形成沉淀，容易造成电渗析设备结垢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易结垢性废水浓缩减量方法，该发明能够避免结垢性离子的结合，防止设备结垢，回收淡水，同时还能降低废水处理成本，简化废水处理流程。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种易结垢性废水浓缩减量方法，包括以下步骤：

A、将含有Aⁿ⁺、B^n-、C⁺和D^-离子的待处理废水澄清、过滤，去除悬浮颗粒物；

B、将步骤A的产水通入至第一电渗析器进行离子分组；

第一电渗析器具有浓室和淡室，步骤A的产水通入至所述淡室，向所述浓室中加入纯水；废水中Aⁿ⁺、C⁺和D^-从淡室进入浓室，废水中的B^n-保留在淡室中；

C、将步骤B中浓室的产水通入至浓缩装置获得第一淡水和第一浓水；

D、将步骤C中第一淡水回流通入至第一电渗析器的浓室进水端，并向浓室中补入纯水。

进一步改进，所述第一电渗析器，包括阳极板、膜堆、阴极板和固定密封膜堆的压紧板；所述膜堆包括选择性透过单价阴离子的单价选择性阴离子交换膜、透过单价阳离子和多价阳离子的阳离子交换膜和隔板；所述单价选择性阴离子交换膜为n张，所述阳离子交换膜为n+1张，所述阳离子交换膜和所述单价选择性阴离子交换膜在压紧板之间交替设置；

所述隔板包括中间板和中间板两侧的支撑板，所述中间板中部设有铺满隔网的隔室，所述中间板的上端和下端分别设有间隔设置的水流孔和连通孔；所述中间板设有连通所述水流孔和所述隔室的流道；所述支撑板中间设有与隔室相连通的第一孔；所述支撑板的上端和下端在对应所述水流孔和所述连通孔的位置分别设有相应的第二孔，所述流道朝向所述连通孔的一端位于其两侧所述第二孔之间，所述中间板两侧的所述支撑板覆盖其所述流道的剩余部分。

本发明中通过重复设置透过单价阳离子和多价阳离子的阳离子交换膜-隔板-选择性透过单价阴离子的单价选择性阴离子交换膜-隔板，两块隔板采用两种形式进行叠放，两隔板的隔室分别为一浓室和一淡室；本发明将待处理废水中的Aⁿ⁺、B^n-、C⁺和D^-(其中Aⁿ⁺代表包括钙离子、镁离子、铁离子、铜离子等多价阳离子，B^n-代表硫酸根离子、磷酸根离子、碳酸根离子等多价阴离子，C⁺代表如钠离子、钾离子、铵根离子等单价阳离子，D^-代表如氯离子、硝酸根离子等单价阴离子，其中钙离子、镁离子与硫酸根离子、磷酸根离子、碳酸根离子之间容易形成结垢)进行分离，浓室浓缩其两侧淡室中的Aⁿ⁺、C⁺和D^-，淡室中的Aⁿ⁺、C⁺和D^-分别从两侧的阳离子交换膜和单价选择性阴离子交换膜中透过进入其两侧浓室，由于淡室中的B^n-不能从两侧的离子交换膜中透过进入浓室，从而实现了B^n-与Aⁿ⁺的分离，浓室中形成由易结垢性废水中的多种价态的混合阳离子和单价阴离子组成的不易结垢的离子组成形式，即实现了将容易结垢的Aⁿ⁺和B^n-进行选择性分离和浓缩；上述膜对的搭配配合隔板的结构，所述中间板上端的连通孔以及与该连通孔对应位置的其两侧的第二孔构成所述隔板的出水孔或进水孔；所述中间板下端的连通孔以及与该连通孔对应位置的其两侧的第二孔构成所述隔板的进水孔或出水孔；位于所述中间板上端或者下端的所述流道指向其对应的所述连通孔的一端位于两侧所述支撑板的所述第二孔之间；所述流道的剩余部分由两侧的所述支撑板覆盖。本发明中通过将隔板设置为三层夹芯结构，即位于中间的中间板和位于中间板两侧的支撑板，支撑板将中间板上的流道覆盖，防止阳离子交换膜和单价选择性阴离子交换膜在流体压力的作用下凹陷入流道中，一方面防止流道阻塞，另一方面还能防止流道阻塞后水流不畅造成热扩散慢而发生烧膜现象；本发明不仅能实现选择性浓缩分离易结垢离子而且选择性分离浓缩的效果好；本发明还具有可靠，安全，使用寿命长的特点。

进一步改进，所述中间板每一个所述连通孔和所述隔室之间设有一组流道，每一组所述流道向着所述隔室呈放射状分布。由于支撑板的支撑作用，阳离子交换膜和单价选择性阴离子交换膜均能被支撑板保护，减少压痕的出现，二者之间由于三层夹芯结构的隔板保证本发明中的离子交换膜被有效的保护，具有使用可靠，寿命长的特点。

进一步改进，每一条所述流道从所述隔室向其对应的所述连通孔的转向处为圆弧状，圆弧半径为5至10mm。圆滑的流道在拐弯处呈圆弧状设计，圆滑的流道减小了水流阻力，同时还可以减轻水中颗粒物的沉淀造成流道的阻塞。

进一步改进，位于所述隔室两侧的每一组所述流道连通所述隔室的一端均匀间隔分布在所述中间板上，所述流道连通所述连通孔的另一端均匀间隔分布在所述中间板上。进一步均匀流道在隔室进水或者出水一侧的分布，使得隔室的布水更加均匀，防止隔室中产生死区。

进一步改进，每一块所述中间板位于下端的所述连通孔与位于所述中间板上端的所述连通孔交错设置；位于所述中间板同侧的相邻两所述连通孔之间设有一个水流孔。每一块通过上述设置，保证隔室的浓水或者淡水都能充分流动，防止死区的产生。

优选每一条所述流道宽度相等，每一条流道的宽度为0.5至2.5mm，每个所述连通孔对应的流道数量为5至15条；所述中间板的厚度为0.3至1mm；所述支撑板厚度为0.15至0.5mm。通过调整流道个数和中间板厚度保证每个所述连通孔对应的所述流道的总过水截面积为5至12mm²。结合流道选择的宽度和支撑板的厚度，以保证支撑板在0.5Mpa压强下支撑板在流道处不产生明显压痕。

优选所述浓缩装置为第二电渗析器或者碟管式反渗透系统，通过该处理装置进一步将浓室的产水进行浓缩，提高第一浓水的浓度，减小第一浓水的体积，利于末端浓水的处理。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明中将经过澄清过滤去除悬浮颗粒的废水通入至第一电渗析器的淡室，第一电渗析器对淡室废水中的离子选择性分离和浓缩，实现易结垢离子的分离，避免第一电渗析器发生结垢问题；本发明中浓室的产水通入至浓缩装置对产水进一步浓缩，获得第一浓水和第一淡水，获得的第一浓水不易结垢且浓度进一步提高，减小了第一浓水的体积，第一浓水的含盐量为10～16％，利于末端浓水的处理，同时获得的第一淡水，第一淡水可回用至浓室中，减少了纯水的使用，一方面减少了水污染，另一方面降低了运营成本；本发明实现80％的超高废水回收率，浓水体积大大减小，回用淡水量多。本发明省去了传统工艺中的药剂软化环节，无需添加软化药剂、无软化污泥产生，运行费用大大降低。

从而实现本发明的上述目的。

附图说明

图1是本发明涉及的一种易结垢性废水浓缩减量方法的工艺流程图；

图2是本发明中第一电渗析器的结构示意图；

图3是本发明中第一电渗析器在对废水进行浓缩减量方法的原理示意图；

图4是本发明中第一电渗析器隔板的局部放大图；

图5是本发明中第一电渗析器中间板的结构示意图；

图6是本发明中第一电渗析器支撑板的结构示意图。

图中：

膜堆100；压紧板2；单价选择性阴离子交换膜3；阳离子交换膜4；隔板5；中间板51；隔室511；水流孔512；连通孔513；流道514；隔网515；支撑板52；第一孔521；第二孔522。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1至图6所示，本发明公开一种易结垢性废水浓缩减量方法，包括以下步骤：

A、将含有Aⁿ⁺、B^n-、C⁺和D^-离子的待处理废水澄清、过滤，去除悬浮颗粒物；

B、将步骤A的产水通入至第一电渗析器100进行离子分组；

第一电渗析器100具有浓室和淡室，步骤A的产水通入至所述淡室，向所述浓室中加入纯水；废水中Aⁿ⁺、C⁺和D^-从淡室进入浓室，废水中的B^n-保留在淡室中；

C、将步骤B中浓室的产水通入至浓缩装置获得第一淡水和第一浓水；

D、将步骤C中第一淡水回流通入至第一电渗析器100的浓室进水端，并向浓室中补入纯水。

进一步改进，所述第一电渗析器100，包括阳极板、膜堆、阴极板和固定密封膜堆的压紧板2；所述膜堆包括选择性透过单价阴离子的单价选择性阴离子交换膜3、透过单价阳离子和多价阳离子的阳离子交换膜4和隔板5；所述单价选择性阴离子交换膜3为n张，所述阳离子交换膜4为n+1张，所述阳离子交换膜4和所述单价选择性阴离子交换膜3在压紧板2之间交替设置；

所述隔板5包括中间板51和中间板51两侧的支撑板52，所述中间板51中部设有铺满隔网515的隔室511，所述中间板51的上端和下端分别设有间隔设置的水流孔512和连通孔513；所述中间板51设有连通所述水流孔512和所述隔室511的流道514；所述支撑板52中间设有与隔室511相连通的第一孔521；所述支撑板52的上端和下端在对应所述水流孔512和所述连通孔513的位置分别设有相应的第二孔522，所述流道514朝向所述连通孔513的一端位于其两侧所述第二孔522之间，所述中间板51两侧的所述支撑板52覆盖其所述流道514的剩余部分。

本发明中通过重复设置透过单价阳离子和多价阳离子的阳离子交换膜4-隔板5-选择性透过单价阴离子的单价选择性阴离子交换膜3-隔板5，两块隔板5采用两种形式进行叠放，两隔板5的隔室511分别为一浓室和一淡室；本发明将待处理废水中的Aⁿ⁺、B^n-、C⁺和D^-(其中Aⁿ⁺代表包括钙离子、镁离子、铁离子、铜离子等多价阳离子，B^n-代表硫酸根离子、磷酸根离子、碳酸根离子等多价阴离子，C⁺代表如钠离子、钾离子、铵根离子等单价阳离子，D^-代表如氯离子、硝酸根离子等单价阴离子，其中钙离子、镁离子与硫酸根离子、磷酸根离子、碳酸根离子之间容易形成结垢)进行分离，浓室浓缩其两侧淡室中的Aⁿ⁺、C⁺和D^-，淡室中的Aⁿ⁺、C⁺和D^-分别从两侧的阳离子交换膜4和单价选择性阴离子交换膜3中透过进入其两侧浓室，由于淡室中的B^n-不能从两侧的离子交换膜中透过进入浓室，从而实现了B^n-与Aⁿ⁺的分离，浓室中形成由易结垢性废水中的多种价态的混合阳离子和单价阴离子组成的不易结垢的离子组成形式，即实现了将容易结垢的Aⁿ⁺和B^n-进行选择性分离和浓缩；上述膜对的搭配配合隔板5的结构，所述中间板51上端的连通孔513以及与该连通孔513对应位置的其两侧的第二孔522构成所述隔板5的出水孔或进水孔；所述中间板51下端的连通孔513以及与该连通孔513对应位置的其两侧的第二孔522构成所述隔板5的进水孔或出水孔；位于所述中间板51上端或者下端的所述流道514指向其对应的所述连通孔513的一端位于两侧所述支撑板52的所述第二孔522之间；所述流道514的剩余部分由两侧的所述支撑板52覆盖。本发明中通过将隔板5设置为三层夹芯结构，即位于中间的中间板51和位于中间板51两侧的支撑板52，支撑板52将中间板51上的流道514覆盖，防止阳离子交换膜4和单价选择性阴离子交换膜3在流体压力的作用下凹陷入流道514中，一方面防止流道514阻塞，另一方面还能防止流道514阻塞后水流不畅造成热扩散慢而发生烧膜现象；本发明不仅能实现选择性浓缩分离易结垢离子而且选择性分离浓缩的效果好；本发明还具有可靠，安全，使用寿命长的特点。

本实施例中所述中间板51每一个所述连通孔513和所述隔室511之间设有一组流道514，每一组所述流道514向着所述隔室511呈放射状分布。由于支撑板52的支撑作用，阳离子交换膜4和单价选择性阴离子交换膜3均能被支撑板52保护，减少压痕的出现，二者之间由于三层夹芯结构的隔板5保证本发明中的离子交换膜被有效的保护，具有使用可靠，寿命长的特点。

本实施例中每一条所述流道514从所述隔室511向其对应的所述连通孔513的转向处为圆弧状，圆弧半径为5至10mm。圆滑的流道514在拐弯处呈圆弧状设计，圆滑的流道514减小了水流阻力，同时还可以减轻水中颗粒物的沉淀造成流道514的阻塞。

本实施例中位于所述隔室511两侧的每一组所述流道514连通所述隔室511的一端均匀间隔分布在所述中间板51上，所述流道514连通所述连通孔513的另一端均匀间隔分布在所述中间板51上。进一步均匀流道514在隔室511进水或者出水一侧的分布，使得隔室511的布水更加均匀，防止隔室511中产生死区。

本实施例中每一块所述中间板51位于下端的所述连通孔513与位于所述中间板51上端的所述连通孔513交错设置；位于所述中间板51同侧的相邻两所述连通孔513之间设有一个水流孔512。每一块通过上述设置，保证隔室511的浓水或者淡水都能充分流动，防止死区的产生。

本实施例中优选每一条所述流道514宽度相等，每一条流道514的宽度为0.5至2.5mm，每个所述连通孔513对应的流道514数量为5至15条；所述中间板51的厚度为0.3至1mm；所述支撑板52厚度为0.15至0.5mm。通过调整流道514个数和中间板51厚度保证每个所述连通孔513对应的所述流道514的总过水截面积为5至12mm²。结合流道514选择的宽度和支撑板52的厚度，以保证支撑板52在0.5Mpa压强下支撑板52在流道514处不产生明显压痕。

本实施例中优选所述浓缩装置为第二电渗析器或者碟管式反渗透系统，通过该处理装置进一步将浓室的产水进行浓缩，提高第一浓水的浓度，减小第一浓水的体积，利于末端浓水的处理。

某火力发电厂产生的脱硫废水使用本实施例的方法，取脱硫废水首先经过三联箱预处理，调节废水pH至9.5左右，加入有机硫50mg/L，聚合硫酸氯化铁80mg/L，使废水混凝、沉淀，去除大部分重金属离子及悬浮颗粒物。经沉淀后，获得的初步澄清液再通过管式微滤膜系统处理，进一步去除悬浮颗粒物等。然后废水再进入第一电渗析器100的淡室中进行离子分组。第一电渗析器100的浓室对应的进水箱中通入1m³/h的反渗透处理过的纯水和浓缩装置获得的全部第一淡水，纯水电导率为4.3us/cm，淡室对应的进水箱中通入10m³/h的经过管式微滤膜系统处理过的脱硫废水，脱硫废水电导率为46706us/cm，钙离子含量4470mg/L，镁离子含量3150mg/L，钠离子含量2275mg/L，氯离子18200mg/L,硫酸根3000mg/L，硫酸根与钙离子的饱和指数高达158％，极易容易产生结垢。采用第一电渗析器100采用恒定电压操作方式，操作电压为150V，电流范围为40～150A。淡室废水中的钙离子、镁离子、钠离子等多种价态的阳离子透过阳离子交换膜4进入浓室，氯离子、硝酸根离子等单价离子则选择性透过单价选择性阴离子交换膜3进入浓室，多价阴离子则保留在淡室中。淡室和浓室分别获得产水9m³/h和4m³/h。对产水进行取样化验分析，水质分析结果为：浓室产水电导率为99950us/cm，钙离子含量10200mg/L，镁离子含量7708mg/L，钠离子含量4969mg/L，氯离子48545mg/L,硫酸根44.5mg/L。淡室产水电导率为5439us/cm，钙离子含量558mg/L，镁离子含量328mg/L，钠离子含量485mg/L，氯离子245mg/L,硫酸根3315mg/L。经过该第一电渗析器处理后脱硫废水得到淡化，并获得的9m³/h淡水，此淡水可以回用于脱硫塔使用。浓室产水进一步全部进入第二电渗析器进行浓缩处理，操作电压为150V，电流范围为120～150A。经过第二电渗析器处理后获得第一浓水2m³/h和第一淡水2m³/h。第一浓水主要以单价阴离子和多种价态阳离子的组合形式，电导率为153253us/cm，钙离子含量18889mg/L，镁离子含量14274mg/L，钠离子含量9201mg/L，氯离子89891mg/L,硫酸根82mg/L，硫酸根与钙离子的饱和指数仅为8.65％，避免了硫酸钙在电渗析器中浓室中产生结垢。

本实施例中可将脱硫废水中钙离子、镁离子与硫酸根、亚硫酸根、碳酸根同时存在的易结垢性混合离子组成形式进行选择性离子分离和浓缩，在浓室中形成难以结垢的氯化钙、氯化镁离子组成形式，从而解决了第一电渗析器100和后续浓缩装置中的结垢难题。再进一步通过第二电渗析器将重组过后的难结垢性废水进行浓缩，使浓缩装置获得的浓水的含盐量达到13.2％，实现80％的水回收率。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (9)

1.一种易结垢性废水浓缩减量方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、将含有Aⁿ⁺、B^n-、C⁺和D^-离子的待处理废水澄清、过滤，去除悬浮颗粒物；

B、将步骤A的产水通入至第一电渗析器进行离子分组；

第一电渗析器具有浓室和淡室，步骤A的产水通入至所述淡室，向所述浓室中加入纯水；废水中Aⁿ⁺、C⁺和D^-从淡室进入浓室，废水中的B^n-保留在淡室中；

C、将步骤B中浓室的产水通入至浓缩装置获得第一淡水和第一浓水；

D、将步骤C中第一淡水回流通入至第一电渗析器的浓室进水端，并向浓室中补入纯水。

2.如权利要求1所述的一种易结垢性废水浓缩减量方法，其特征在于：所述第一电渗析器，包括阳极板、膜堆、阴极板和固定密封膜堆的压紧板；所述膜堆包括选择性透过单价阴离子的单价选择性阴离子交换膜、透过单价阳离子和多价阳离子的阳离子交换膜和隔板；所述单价选择性阴离子交换膜为n张，所述阳离子交换膜为n+1张，所述阳离子交换膜和所述单价选择性阴离子交换膜在压紧板之间交替设置；

所述隔板包括中间板和中间板两侧的支撑板，所述中间板中部设有铺满隔网的隔室，所述中间板的上端和下端分别设有间隔设置的水流孔和连通孔；所述中间板设有连通所述水流孔和所述隔室的流道；所述支撑板中间设有与隔室相连通的第一孔；所述支撑板的上端和下端在对应所述水流孔和所述连通孔的位置分别设有相应的第二孔，所述流道朝向所述连通孔的一端位于其两侧所述第二孔之间，所述中间板两侧的所述支撑板覆盖其所述流道的剩余部分。

3.如权利要求2所述的一种易结垢性废水浓缩减量方法，其特征在于：所述中间板每一个所述连通孔和所述隔室之间设有一组流道，每一组所述流道向着所述隔室呈放射状分布。

4.如权利要求3所述的一种易结垢性废水浓缩减量方法，其特征在于：每一条所述流道从所述隔室向其对应的所述连通孔的转向处为圆弧状，圆弧半径为5至10mm。

5.如权利要求4所述的一种易结垢性废水浓缩减量方法，其特征在于：位于所述隔室两侧的每一组所述流道连通所述隔室的一端均匀间隔分布在所述中间板上，所述流道连通所述连通孔的另一端均匀间隔分布在所述中间板上。

6.如权利要求2所述的一种易结垢性废水浓缩减量方法，其特征在于：每一块所述中间板位于下端的所述连通孔与位于所述中间板上端的所述连通孔交错设置；位于所述中间板同侧的相邻两所述连通孔之间设有一个水流孔。

7.如权利要求2所述的一种易结垢性废水浓缩减量方法，其特征在于：每一条所述流道宽度相等，每一条流道的宽度为0.5至2.5mm，每个所述连通孔对应的流道数量为5至15条；所述中间板的厚度为0.3至1mm；所述支撑板厚度为0.15至0.5mm。

8.如权利要求1所述的一种易结垢性废水浓缩减量方法，其特征在于：所述步骤B中所述淡室的产水回用至生产。

9.如权利要求1所述的一种易结垢性废水浓缩减量方法，其特征在于：所述浓缩装置为第二电渗析器或者碟管式反渗透系统。