CN110803808A - 一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法及成套装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法及成套装置，包括电化学破乳装置、预涂层膜过滤装置、臭氧催化氧化装置；所述的电化学破乳装置与预涂层膜过滤装置连接，预涂层膜过滤装置与臭氧催化氧化装置连接；双膜浓水首先经过电化学破乳装置进行破乳、絮凝；经过电化学破乳装置进行破乳、絮凝后的出水在预涂层膜过滤装置中进行过滤；经预涂层膜过滤装置过滤后的出水进入臭氧催化氧化装置进行氧化处理。最终实现出水达标，外排或者回流至污水处理系统前端的调节池，降低系统污水处理难度。本方法具有处理效果好，运行稳定，操作简便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法及成套装置，用以针对垃圾渗滤液处理过程中纳滤、RO膜产生的浓水的回用处理。
背景技术
垃圾渗滤液中有机污染物主要为腐殖酸，又称黑腐酸、胡敏酸（HA)，是大分子聚合物，化学结构复杂，通常带有羧基、酚基、酮基等活性基团。有以下特点。
⑴ 腐殖酸是微量金属元素的络合剂。腐殖酸的存在，一方面会使水中金属离子和微量元素含量下降，矿化度降低，从而破坏了人体对某些元素如Ca、Mg、Mn、V、Mo 、SO2 -4等的吸附和平衡；另一方面，可以影响金属离子的毒性和生物有效性。
⑵ 水体中的腐殖酸类物质是卤化副产品的重要前驱物。腐殖质极易在水厂加氯过程中形成消毒副产品DBPs 和三卤甲烷类致癌物质THMs。几乎所有水生天然有机物都可能在消毒过程中被氯化，其中占溶解态水生有机物一半左右的腐殖酸是产生THMs 最重要的先驱物质。研究表明，溶解态腐殖酸类是天然水体中生成MX的主要前驱物，这是一种具有强致突变性的消毒副产品，其中的一些酚、醛、芳香酸类化合物可能在MX的形成中起重要作用。
⑶ 腐殖酸是导致大骨节病的主要环境因素之一。大骨节病病区居民饮用水往往是阴暗潮湿的窖水，得不到充足的阳光照射，水中腐殖酸发生光解少，因而含量高。
⑷ 水体酸化引起腐殖质（HS) 特性改变，从而对环境造成影响。随着人类生存环境的不断恶化，酸雨的形成，湖泊等自然水体中pH值下降。水体中的HS 有机含氮量升高，其疏水性物质与亲水性物质比例降低，碳的含量和羧基的酸性降低，氧的含量和酚、醛的酸性增强，进而导致鱼类的毒性和浮游植物的初级生产量增加并使一些主要浮游动物物种消失,巨型植物减少，处理流域的附生植物增加。
目前应用的主要处理工艺处理到末端时产生的浓水中仍存在大量腐殖酸，后续的处理难度很大。
垃圾渗滤液目前主要处理工艺为：预处理（通过物理化学方式去除污水中大颗粒的泥质腐殖酸）→厌氧生化处理（将大分子的腐殖酸利用厌氧微生物降解成小分子的腐殖酸，同时去除部分其它有机污染物）→好氧生化处理（一般为两级好氧处理，第二级好氧生化常采用MBR，用好氧微生物降解去除部分有机污染物，同时利用MBR膜滤滤除粒径大于0.1μm腐殖酸）→纳滤+反渗透（根据前面超滤分类此时污水中主要以粒径小于0.1μm腐殖酸胶体为主，再通过膜滤的方式将腐殖酸基本拦截在浓水侧，实现出水达标）。
通过以上的处理工艺后纳滤—反渗透的出水可以实现达标排放，但是纳滤—反渗透双膜的产水率基本在75%，即其余25%的浓水是将处理末端水中的以大分子溶解性腐殖酸胶体为主的污染物进行的浓缩。膜处理只是实现了污染物与水的分离，并没有将难降解有机物分解而从环境中清除掉，膜处理产生的浓缩液是一种环境危险废物。由于浓水的 COD和重金属含量超标严重，故不能将浓水直接排放。目前的做法主要有两种：一种是将浓水回灌到填埋场，但该做法的弊端是造成 COD 类污染物和重金属在填埋场的系统内部循环累积；另一种是采用蒸发方式处理，但投资运行成本太高。这是一个目前垃圾发电厂和垃圾填埋场普遍存在的问题。
根据前期对北京一家垃圾处理公司、河南开封某垃圾填埋场、山东青岛某垃圾填埋场的垃圾渗滤液处理的出水进行的实验分析，发现纳滤—反渗透产生的浓水具有明显的丁达尔现象，说明含有大量的大分子腐殖酸胶体颗粒。该浓水具有如下特点：
①首先该浓水的有机物均以胶体状态存在，且为大分子的有机胶体，并且粘度较大。
②以上浓水是经过了一级厌氧生化处理、两级好氧生化处理之后的废水，经过了如此长的生化处理后仍然稳定存在于水中，说明该类有机物胶体已经非常难生化处理了，再利用生化法进行深度处理的话，意义不大。
③实验测试，水中大部分胶体粒径都在0.1μm以下，浓水水样外观呈透亮澄清状态，要想通过常规的加药破乳方式实现胶体颗粒的脱稳也不可能。
针对以上技术问题，本发明提供一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法及成套装置，采用电化学破乳的方式，即在外加电源的作用下实现电絮凝、电气浮、电解氧化还原反应的同步进行，可以有效的去除废水中的阳离子、阴离子、COD、SS及色度等。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法及成套装置。本发明的技术方案是这样实现的：
本发明技术方案的思路是鉴于该水质中有机物特点，需要运用强氧化工艺处理，在此选择用活性炭作催化剂的臭氧催化氧化装置，臭氧可直接氧化水样中的污染物，也可通过产生氧化性更强的羟基自由基，氧化水样中的难降解物质，有效提高废水可生化性，多数情况下将会使有机污染物彻底反应生成二氧化碳和水、氧化或转换成无机物，实现污染物的去除。在臭氧装置中加活性炭处理，可吸附臭氧反应的中间产物、以及水体中残留的污染物，提高处理水质，同时在多孔的活性炭表面积存的污染物通过水体中的臭氧、氧化性自由基或者微生物作用等继续反应，最终去除有机物。为保证此装置效果，进水不能有大量胶体或沉淀物质存在，以免堵塞活性炭孔隙，所以需要使大分子胶体颗粒失稳凝聚成大颗粒物质并被滤除，仅留存溶解性有机物。根据对该水位电位检测结果显示，电位分布呈乱序状态，正负电荷均有，分布区间广，通过各种方式（化学、超声、氧化）很难将电性破除，因此选择电化学破乳装置。电化学破乳法处理废水是利用铝或铁阳极溶出，原位生成高活性的多态聚铝或聚铁絮凝剂，将水体中污染物微粒聚集成团并沉降或气浮分离的除污工艺。它兼具电化学氧化、絮凝和气浮三者特点。电化学破乳后产生大量的非溶解性沉淀物、悬浮物，根据粒径分析废水中颗粒粒径在几微米~几百纳米之间分布，采用化学加药、沉降或浮选仅能去除部分粒径较大的颗粒；采用普通的过滤方式（如石英砂、纤维球等）由于过滤精度所限，也仅能去除微米级的颗粒；这两种方式很难将1微米以下颗粒有效去除。经过多方的分析研究，采用膜滤工艺是解决该问题最有效的处理手段，但是传统的针对微米级悬浮物的膜滤装置对进水油、悬浮物含量的要求非常高，无法适应此类废水，因而选择浮选预涂层膜滤一体化装置。预涂层膜是采用特殊工艺制作的合金烧结管作为膜骨架，特制氧化物粉末作为预涂层，以全新的设计理念制作的膜组件。其不同于传统膜技术的设计思路使其非常适合处理高油、高浊度废水。
所以本发明的方案为：电化学破乳（使大分子胶体颗粒失稳、凝聚成可被滤除的0.1μm以上的大颗粒胶体）→预涂层膜过滤（可以高效去除纳米级的胶体污染物）→臭氧—活性炭催化氧化（氧化、去除大分子溶解性有机物），最终实现出水回应或达标排放。
由于双膜浓水中小分子量的腐殖酸比较多，先采用电化学对污水进行调质。本发明的技术方案采用电化学破乳的方式，即在外加电源的作用下实现电絮凝、电气浮、电解氧化还原反应的同步进行，可以有效的去除废水中的阳离子、阴离子、COD、SS及色度等。电化学破乳装置的出水进入预涂层膜过滤装置。预涂层膜装置是以动态膜理论为基础设计的死端过滤系统，涂膜、过滤、爆膜和水洗全自动操作；死端过滤，无浓水产生；压缩气洗和水冲再生，不需要酸洗、碱洗和漂洗，配套设施少，没有酸碱国家专控的难题、无次生污染，属于绿色处理工艺，其可以高效去除纳米级的胶体污染物，出水浊度通常控制在1NTU以下，最大限度地保证了后续处理设施的进水条件。
具体来讲，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，包括电化学破乳装置、预涂层膜过滤装置、臭氧催化氧化装置；所述的电化学破乳装置与预涂层膜过滤装置连接，预涂层膜过滤装置与臭氧催化氧化装置连接；双膜浓水首先经过电化学破乳装置进行破乳、絮凝；经过电化学破乳装置进行破乳、絮凝后的出水在预涂层膜过滤装置中进行过滤；经预涂层膜过滤装置过滤后的出水进入臭氧催化氧化装置进行氧化处理。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，在电化学破乳装置和预涂层膜过滤装置之间还设有离心澄清装置；所述的电化学破乳装置与离心澄清装置连接，离心澄清装置与预涂层膜过滤装置连接；经过电化学破乳之后的双膜浓水在离心澄清装置中用离心方式进行泥水分离；经离心澄清装置离心分离后的出水在预涂层膜过滤装置中进行过滤。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，所述电化学破乳装置采用直接电解氧化还原、絮凝方式处理污染物。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，所述预涂层膜过滤装置为金属材质、压网式膜柱结构；所述预涂层膜过滤装置的膜粉采用硅藻土；所述预涂层膜过滤装置中的预涂层膜厚度为1-5mm。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，所述预涂层膜过滤装置为不锈钢材质5微米孔径压网式预涂层膜柱；所述预涂层膜过滤装置的膜粉采用硅藻土；所述预涂层膜过滤装置中的预涂层膜厚度为1-5mm。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，所述臭氧催化氧化装置采用活性炭或活性焦作为催化剂。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，还包括臭氧发生器，所述的臭氧发生器与臭氧催化氧化装置连接，所述臭氧催化氧化装置氧化污水所用臭氧浓度为30-200mg/l。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，还包括混合出水池，经臭氧催化氧化装置氧化处理后的废水与RO产水经混合出水池混合，经检验达标后直接排放或者作进一步处理以提升水质。
本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法，包括以下步骤：
1）将双膜浓水在电化学破乳装置中由电化学方式进行破乳、絮凝；
2）处理过的水在预涂层膜过滤装置中进行过滤；
3）过滤后出水进入臭氧催化氧化装置处理；
4）氧化完成后的废水达标排放。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法，在步骤1和步骤2之间还包括以下步骤：
a）将破乳的出水用离心方式进行泥水分离。
本发明的有益效果是：经过以上处理后，双膜浓水中的有机胶体基本去除，污水中一些溶解性有机物的化学键断裂，氧化难度降低，可以直接进入臭氧催化氧化装置进行处理，臭氧可直接氧化水样中的污染物，也可通过产生氧化性更强的羟基自由基，氧化水样中的难降解物质，有效提高废水可生化性，最终将会使有机污染物彻底反应生成二氧化碳和水、氧化或转换成无机物，实现污染物的去除。通过此工艺，出水COD浓度可以降至100mg/L以下。在出水要求不高的地方，也可以和RO产水混合后直接外排；或者可以再增加处理装置提高出水水质。
附图说明
图1为本发明的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法及成套装置布局示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行进一步描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本发明公开了一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法及成套装置，如图1所示，该装置通过以下技术手段来对垃圾渗透液双膜浓水进行处理：电化学破乳（使大分子胶体颗粒失稳、凝聚成可被滤除的0.1μm以上的大颗粒胶体）→预涂层膜过滤（可以高效去除纳米级的胶体污染物）→臭氧—活性炭催化氧化（氧化、去除大分子溶解性有机物），最终出水回流至污水处理系统前端的调节池，降低系统污水处理难度，或者达标排放。下面根据以上说明，选择典型的工业废水为处理对象，进行具体实施说明。
本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，包括电化学破乳装置、预涂层膜过滤装置、臭氧催化氧化装置；所述的电化学破乳装置与预涂层膜过滤装置连接，预涂层膜过滤装置与臭氧催化氧化装置连接；双膜浓水首先经过电化学破乳装置进行破乳、絮凝；经过电化学破乳装置进行破乳、絮凝后的出水在预涂层膜过滤装置中进行过滤；经预涂层膜过滤装置过滤后的出水进入臭氧催化氧化装置进行氧化处理。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，在电化学破乳装置和预涂层膜过滤装置之间还设有离心澄清装置；所述的电化学破乳装置与离心澄清装置连接，离心澄清装置与预涂层膜过滤装置连接；经过电化学破乳之后的双膜浓水在离心澄清装置中用离心方式进行泥水分离；经离心澄清装置离心分离后的出水在预涂层膜过滤装置中进行过滤。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，所述电化学破乳装置采用直接电解氧化还原、絮凝方式处理污染物。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，所述预涂层膜过滤装置为金属材质、压网式膜柱结构；所述预涂层膜过滤装置的膜粉采用硅藻土；所述预涂层膜过滤装置中的预涂层膜厚度为1-5mm。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，所述预涂层膜过滤装置为不锈钢材质5微米孔径压网式预涂层膜柱；所述预涂层膜过滤装置的膜粉采用硅藻土；所述预涂层膜过滤装置中的预涂层膜厚度为1-5mm。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，所述臭氧催化氧化装置采用活性炭或活性焦作为催化剂。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，还包括臭氧发生器，所述的臭氧发生器与臭氧催化氧化装置连接，所述臭氧催化氧化装置氧化污水所用臭氧浓度为30-200mg/l。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，还包括混合出水池，经臭氧催化氧化装置氧化处理后的废水与RO产水经混合出水池混合，经检验达标后直接排放或者作进一步处理以提升水质。
本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法，包括以下步骤：
1）将双膜浓水在电化学破乳装置中由电化学方式进行破乳、絮凝；
2）处理过的水在预涂层膜过滤装置中进行过滤；
3）过滤后出水进入臭氧催化氧化装置处理；
4）氧化完成后的废水达标排放。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法，在步骤1和步骤2之间还包括以下步骤：
a）将破乳的出水用离心方式进行泥水分离。
以下是本发明实施例的具体实施效果举例。
案例1
北京某公司垃圾渗滤液双膜处理过程中产生的纳滤浓水和RO浓水，混合液COD为752mg/L，浊度为57NTU。
采用本发明所述的技术方案进行处理：纳滤浓水和RO浓水混合收集后，进入电化学破乳装置，电流密度设定在100A/m2,极板间距为2cm,停留时间为20分钟，使大分子胶体颗粒失稳、凝聚成可被滤除的大颗粒胶体后出水进入预涂层膜过滤装置，该装置选择不锈钢材质5微米孔径压网式预涂层膜柱，用硅藻土涂膜，其能高效去除纳米级的胶体污染物，出水浊度可控制在1NTU以下，出水可以直接进入臭氧催化氧化装置进行氧化处理，在此装置，控制臭氧浓度在200mg/l，停留时间2小时，并用活性炭作催化剂处理后达标，直接排放。处理后水质：COD为80mg/L，浊度为1NTU。
案例2
河南开封某公司垃圾渗沥液双膜处理过程中产生的纳滤浓水和RO浓水，混合液COD为1900mg/L，浊度为87NTU。
采用本发明所述的方法进行处理：纳滤浓水和RO浓水混合收集后，进入电化学破乳装置，电流密度设定在80A/m2,极板间距为2cm,停留时间为20分钟，使大分子胶体颗粒失稳、凝聚成可被滤除的大颗粒胶体后出水进入预涂层膜过滤装置，该装置选择不锈钢材质5微米孔径压网式预涂层膜柱，用硅藻土涂膜，其高效去除纳米级的胶体污染物，出水浊度可控制在10NTU以下，出水可以直接进入臭氧催化氧化装置进行处理，在此装置，控制臭氧浓度在50mg/L，停留时间2小时，并用活性炭作为催化剂，处理后达标直接排放。处理后水质：COD为200mg/L，浊度为10NTU。
案例3
山东青岛某公司垃圾渗沥液双膜处理过程中产生的纳滤浓水和RO浓水，混合液COD为1300mg/L，浊度为76NTU。
采用本发明所述的方法进行处理：纳滤浓水和RO浓水混合收集后，进入电化学破乳装置，电流密度设定在80A/m2,极板间距为2cm,停留时间为20分钟，使大分子胶体颗粒失稳、凝聚成可被滤除的大颗粒胶体后出水进入预涂层膜过滤装置，该装置选择不锈钢材质5微米孔径压网式预涂层膜柱，用硅藻土涂膜，其高效去除纳米级的胶体污染物，出水浊度可控制在10NTU以下，出水可以直接进入臭氧催化氧化装置进行处理，在此装置，控制臭氧浓度在100mg/l，停留时间2小时，并用活性炭作催化剂处理，处理后达标直接排放。处理后水质：COD为200mg/L，浊度为10NTU。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，其特征在于：包括电化学破乳装置、预涂层膜过滤装置、臭氧催化氧化装置；所述的电化学破乳装置与预涂层膜过滤装置连接，预涂层膜过滤装置与臭氧催化氧化装置连接；双膜浓水首先经过电化学破乳装置进行破乳、絮凝；经过电化学破乳装置进行破乳、絮凝后的出水在预涂层膜过滤装置中进行过滤；经预涂层膜过滤装置过滤后的出水进入臭氧催化氧化装置进行氧化处理。
2.根据权利要求1所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，其特征在于：在电化学破乳装置和预涂层膜过滤装置之间还设有离心澄清装置；所述的电化学破乳装置与离心澄清装置连接，离心澄清装置与预涂层膜过滤装置连接；经过电化学破乳之后的双膜浓水在离心澄清装置中用离心方式进行泥水分离；经离心澄清装置离心分离后的出水在预涂层膜过滤装置中进行过滤。
3.根据权利要求1或2所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，其特征在于：所述电化学破乳装置采用直接电解氧化还原、絮凝方式处理污染物。
4.根据权利要求1或2所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，其特征在于：所述预涂层膜过滤装置为金属材质、压网式膜柱结构；所述预涂层膜过滤装置的膜粉采用硅藻土；所述预涂层膜过滤装置中的预涂层膜厚度为1-5mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，其特征在于：所述预涂层膜过滤装置为不锈钢材质5微米孔径压网式预涂层膜柱；所述预涂层膜过滤装置的膜粉采用硅藻土；所述预涂层膜过滤装置中的预涂层膜厚度为1-5mm。
6.根据权利要求1或2所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，其特征在于：所述臭氧催化氧化装置采用活性炭或活性焦作为催化剂。
7.根据权利要求1或2所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，其特征在于：还包括臭氧发生器，所述的臭氧发生器与臭氧催化氧化装置连接，所述臭氧催化氧化装置氧化污水所用臭氧浓度为30-200mg/l。
8.根据权利要求1或2所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的成套装置，其特征在于：还包括混合出水池，经臭氧催化氧化装置氧化处理后的废水与RO产水经混合出水池混合，经检验达标后直接排放或者作进一步处理以提升水质。
9.一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将双膜浓水在电化学破乳装置中由电化学方式进行破乳、絮凝；
2）处理过的水在预涂层膜过滤装置中进行过滤；
3）过滤后出水进入臭氧催化氧化装置处理；
4）氧化完成后的废水达标排放。
10.根据权利要求9所述的一种预涂层膜技术处理双膜浓水的方法，其特征在于，在步骤1和步骤2之间还包括以下步骤：
a）将破乳的出水用离心方式进行泥水分离。
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