CN111762949A - 高效含硼废水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效含硼废水处理系统，包括依次连接的水质调节机构、袋式过滤器、反渗透处理机构以及后处理机构；水质调节机构包括pH调节机构和/或络合处理机构；pH调节机构包括一级水罐和pH加药装置，废水通过废水管路输送至一级水罐；络合处理机构包括自动检测填料系统和二级水罐；二级水罐分别与一级水罐和袋式过滤器连通；反渗透处理机构包括至少一个反渗透膜和反渗透回路；后处理机构包括并联的活性炭吸附机构和固化机构。本发明能够在高效处理含硼废水的基础上避免浓缩废水的产生，本发明水处理系统最终硼去除效率可达99%以上，根据核电站废水中硼含量50mg/L计算，经本净水系统净化后，水质可达到饮用水标准。
Description
技术领域
本发明属于水处理系统领域，具体涉及一种高效含硼废水处理系统。
背景技术
压水堆核电厂反应堆运行过程中，需要加入适量的硼酸来进行化学反应的补偿控制以降低反应性。该过程产生的核电厂废水需经过适当的废水处理系统对硼和各类放射性核素进行分离浓缩。如果核废水处理不当，就会使硼元素流失到自然环境中，长久的积累会使水体环境中硼元素的含量超标，对生态环境及人体健康产生不利影响。
在核应急状态下需充分考虑核电站含硼废水流入地下水的情况，为保证人员饮水安全，根据生物实验计算后得出饮用水中硼含量应低于0.5mg/。一般水处理设施无法达到该指标。
目前，对核废水处理的处理方法主要有蒸发处理方法、膜分离处理技术以及吸附法等等，然而上述方法均存在各种缺点。
蒸发处理方法存在系统工艺复杂、能耗高，处理效率低的缺点。
膜分离处理技术是一种新型高效的分离技术，因其具有分离过程中物料无相变、能耗低，去污系数高，出水水质好，设备简单，操作方便等特点，而被广泛应用于各类废水的处理中。经研究发现，原pH、添加络合剂种类、压力等条件的变化会较大程度的影响反渗透膜对硼的去除效率，以陶氏TW30为例，在水质pH值为6.54时其对原水硼的截留率仅为14.09%，而当pH值达到11时硼截留率达到了76.1%。然而，现有商业反渗透膜在高PH下运行会大幅缩减其寿命。同时使用反渗透膜进行水处理会产生少部分浓水，浓水的回收处理也是待解决的问题。
吸附法是指用多孔吸附性材料处理废水，使放射性废水中的放射性元素及硼酸吸附在吸附剂表面，达到水质净化的目的。吸附法除硼效率较高，同时对水质无特殊要求，但在硼含量极高的废水中需要吸附剂的量很大，根据数据显示核电站废水中硼浓度一般在20mg/L～50mg/L之间，直接利用吸附法在经济性方面有所欠缺。
基于以上处理方式的特点，每种方法单独使用都存在一定的缺陷，无法满足对高浓度含硼废水的高效处理。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种高效含硼废水处理系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高效含硼废水处理系统，包括依次连接的水质调节机构、袋式过滤器、反渗透处理机构以及后处理机构；所述水质调节机构包括pH调节机构和/或络合处理机构；所述pH调节机构包括一级水罐和pH加药装置，废水通过废水管路输送至一级水罐；所述络合处理机构包括自动检测填料系统和二级水罐；所述二级水罐分别与一级水罐和袋式过滤器连通；所述反渗透处理机构包括至少一个反渗透膜和反渗透回路，所述反渗透回路上按液体流向依次设置Ⅳ号水泵、Ⅱ号截止阀、Ⅱ号调节阀和Ⅱ号电导率仪；所述后处理机构包括并联连接的活性炭吸附机构和固化机构，反渗透膜的净水出口与活性炭吸附机构连通，浓缩废水出口与固化机构连通；所述活性炭吸附机构包括活性炭过滤棒和用于放置活性炭过滤棒的恒温振荡器。
在上述技术方案中，还包括设置于袋式过滤器与反渗透处理机构之间的超滤膜处理机构。
在上述技术方案中，所述一级水罐和二级水罐内均设置液位计。
在上述技术方案中，所述废水管路上按液体流向依次设置Ⅰ号调节阀、Ⅰ号水泵、Ⅰ号压力探测器和Ⅰ号电导率仪
在上述技术方案中，所述一级水罐和二级水罐之间的管路上按液体流向依次设置Ⅰ号截止阀和Ⅱ号水泵；所述二级水罐和袋式过滤器之间的管路上按液体流向依次设置Ⅲ号水泵和电磁阀。
在上述技术方案中，所述袋式过滤器与反渗透处理机构之间的管路上按液体流向依次设置Ⅰ号单向阀和Ⅱ号压力探测器；
在上述技术方案中，当所述反渗透膜为多个时，多个反渗透膜之间串联或并联连接。
在上述技术方案中，所述Ⅳ号水泵和Ⅱ号截止阀设置于反渗透膜进口侧，Ⅱ号调节阀和Ⅱ号电导率仪设置于反渗透膜出口侧
在上述技术方案中，所述反渗透膜的净水出口与活性炭吸附机构之间的管路上设置单向阀；所述反渗透膜的浓缩废水出口与固化机构之间的管路上按液体流向依次设置Ⅲ号单向阀和Ⅲ号调节阀。
在上述技术方案中，所述固化机构为蒸发装置或者沥青固化装置。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种采用络合沉淀、反渗透膜、吸附、蒸发等多种处理方法相结合的，针对核电站一回路冷却水中含硼废水的水处理系统，能够在高效处理含硼废水的基础上避免浓缩废水的产生，本发明水处理系统最终硼去除效率可达99%以上，根据核电站废水中硼含量50mg/L计算，经本净水系统净化后，水质可达到饮用水标准。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中反渗透膜与一般商用RO膜对硼酸的截留率对比图。
其中：
1 一级水罐 2 pH加药装置
3 自动检测填料系统 4 二级水罐
5 袋式过滤器 6 反渗透膜
7 蒸发处理机构 8 活性炭吸附机构
9 废水管路 10 Ⅰ号调节阀
11 Ⅰ号水泵 12 Ⅰ号压力探测器
13 Ⅰ号电导率仪 14 Ⅰ号截止阀
15 Ⅱ号水泵 16 Ⅲ号水泵
17 电磁阀 18 Ⅰ号单向阀
19 Ⅱ号压力探测器 20 Ⅳ号水泵
21 Ⅱ号截止阀 22 Ⅱ号调节阀
23 Ⅱ号电导率仪 24 Ⅱ号单向阀
25 Ⅲ号单向阀 26 Ⅲ号调节阀
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明高效含硼废水处理系统的技术方案。
实施例1
如图1所示，一种高效含硼废水处理系统，包括依次连接的水质调节机构、袋式过滤器5、反渗透处理机构以及后处理机构；
所述水质调节机构包括pH调节机构和络合处理机构；
所述pH调节机构包括一级水罐1和pH加药装置2，废水通过废水管路9输送至一级水罐1，废水管路9上按液体流向依次设置Ⅰ号调节阀10、Ⅰ号水泵11、Ⅰ号压力探测器12和Ⅰ号电导率仪13；所述pH加药装置2的型号为AMS200型；
所述络合处理机构包括自动检测填料系统3和二级水罐4；所述二级水罐4分别与一级水罐1和袋式过滤器5连通，一级水罐1和二级水罐4之间的管路上按液体流向依次设置Ⅰ号截止阀14和Ⅱ号水泵15，二级水罐4和袋式过滤器5之间的管路上按液体流向依次设置Ⅲ号水泵16和电磁阀17；所述自动检测填料系统3由EMC E-Scan高精度在线浓度仪与AMS200全自动加药装置组成，可实现硼酸浓度在线检测功能，并通过PLC控制系统调节加药量，使添加的络合剂的量与硼酸的量近似于1:1，可使络合效果达到最佳；所述络合剂为甘露醇或山梨醇；
所述袋式过滤器5与反渗透处理机构之间的管路上按液体流向依次设置Ⅰ号单向阀18和Ⅱ号压力探测器19；所述袋式过滤器5的型号为1P2S型；
所述反渗透处理机构包括至少一个反渗透膜20和反渗透回路，所述反渗透回路上按液体流向依次设置Ⅳ号水泵20、Ⅱ号截止阀21、Ⅱ号调节阀22和Ⅱ号电导率仪23，Ⅳ号水泵20和Ⅱ号截止阀21设置于反渗透膜20进口侧，Ⅱ号调节阀22和Ⅱ号电导率仪23设置于反渗透膜20出口侧；
所述反渗透膜20为特质新型聚醚砜RO复合膜，所述新型聚醚砜RO复合膜制备过程如下：将SPES材料和添加剂溶解 N-甲基吡咯烷酮中均匀搅拌，制成铸膜液，过滤该溶液除去杂质，将溶液静置 24 h 后置于恒温真空烘箱中，完全脱泡后，将聚醚砜基膜浸润45s后，以恒定的提拉时间慢慢垂直提拉2次，静置数秒，放入冰水中相转化，随后进行水浴更换，从膜中完全剔除掉溶剂和部分聚合物添加剂，即可。特质新型聚醚砜RO复合膜指状孔结构更加致密和整齐，孔径更小，结构更加致密，膜内部的通道更窄。新型聚醚砜RO复合膜比商业化RO膜水接触角度更小，新型聚醚砜RO复合膜要比商业化RO膜亲水性好。由于商业化RO膜改变PH值及络合物等条件时，可能会造成二次污染，而新型聚醚砜RO复合膜在制备时可以达到最优化条件。
所述后处理机构包括并联连接的活性炭吸附机构和固化机构，反渗透膜20的净水出口与活性炭吸附机构连通，浓缩废水出口与固化机构连通，所述反渗透膜20的净水出口与活性炭吸附机构之间的管路上设置单向阀；所述反渗透膜20的浓缩废水出口与固化机构之间的管路上按液体流向依次设置Ⅲ号单向阀25和Ⅲ号调节阀26；
所述活性炭吸附机构包括活性炭过滤棒和用于放置活性炭过滤棒的恒温振荡器，恒温振荡器采用恒温系统保证废水温度处于25℃～35℃之间，并保持特定的震荡频率，增加吸附效率。；
所述固化机构为蒸发装置，蒸发装置采用常规液体蒸发装置，浓缩后的含硼废水进入蒸发装置，蒸发后固体废物回收处理，蒸发后的净水直接排放。所述活性炭吸附机构出口排出的净水直接排放。
所述Ⅰ~Ⅳ号水泵、Ⅰ~Ⅲ号调节阀、Ⅰ~Ⅱ号截止阀、电磁阀和Ⅰ~Ⅱ号单向阀保证了整体装置内废水的正常运输，Ⅰ~Ⅱ号压力探测器和Ⅰ~Ⅱ号电导率仪实现对装置内水处理回路进行试试检测，并可引入PLC控制系统，通过PLC控制系统实现浓水回流，进一步实现系统的自动化控制。
本发明中所使用到的标准零件均可从市场上购买。
实施例2
以实施例1为基础，当初始废水的pH值较高时（已处于8.5～10.5范围内），所述水质调节机构直接采用络合处理机构，省去pH调节机构。
实施例3
以实施例1为基础，当废水含有较高的放射性，所述固化机构采用沥青固化装置，浓缩废水直接固化封存处理。沥青固化装置采用螺杆挤压法，螺杆挤压机由两根（或四根）平行的、螺纹互相啮合的长螺杆和套筒组成。废水和熔化的沥青从一端加入，在螺纹上分散成薄膜，随着螺杆转动,废水和沥青混合,蒸出水分并向前移动，混合物以粘条状挤压入接受桶。沥青固化体具有良好的性能，废物包容量和盐含量适宜时,浸出率比类似的水泥固化体低到1/100～1/1000；由于水分除去，减容比大于1。
实施例4
以实施例1为基础，当废水进水流量较大时，反渗透处理机构采用可采用多支反渗透膜20并联连接的方式，反渗透膜20的数量可以是两个或三个。多个反渗透膜20并联的方式可以有效增加处理效率。
实施例5
以实施例1为基础，当废水中硼含量较高时，反渗透处理机构采用两支反渗透膜20串联的方式增加硼去除效率。
实施例6
以实施例1为基础，当废水中盐含量较高时，反渗透处理机构前增加超滤膜进行处理，以减轻反渗透膜的处理压力。
本发明的水处理系统可用于处理废水中硼的含量在10mg/L～100mg/L之间， pH不限的任何废水，根据废水的水质条件本系统的实施方式可以有所变化。
本发明的使用方法（以实施例1为例）：
通过水泵将含硼废水吸至pH加药装置，通过添加NaOH等碱性试剂调节废水pH，将调整pH后的废水加至络合处理装置，添加络合剂使硼酸更容易被反渗透膜截留，通过袋式过滤器除去大颗粒不溶物，经新型聚醚砜RO复合膜处理的浓水经过电导率仪检测，浓缩至50倍以上，浓缩后的含硼废水进入蒸发装置，蒸发后固体废物回收处理，反渗透膜排放净水进入活性炭吸附机构，经恒温震荡吸附处理后同蒸发后产生的净水一同排放。
本发明先将废水水质进行预处理，即通过水泵将含硼废水吸至pH加药调节机构，通过添加NaOH等碱性试剂将废水pH调节至8.5～10.5。将调整pH后的废水加至络合处理机构，加入络合剂可以生成较大颗粒的络合物，同时可使硼酸的电离程度加大，更容易被反渗透膜截留，经实验发现当络合剂与硼酸的量近似于1:1时除硼效果最好；络合处理后再将废水通过袋式过滤器除去大颗粒不溶物，防止损害反渗透膜，经过对比发现新型聚醚砜RO复合膜的硼去除率远高于商业RO膜，如图2所示。经反渗透膜处理的浓水经过电导率仪检测，若电导率低于进水数值30～50倍的预设数值，则浓水回流到反渗透膜前，继续浓缩，本发明可使废水原水浓缩50倍以上，浓缩水进行固化处理，相较于传统硼废水的蒸发处理法，可节约95%以上的能源。反渗透膜排放净水含硼量仅为2~5mg/L，将净水送入活性炭吸附装置，吸附装置通过恒温25℃～35℃震动系统增加硼的去除率，本发明系统最终硼去除效率可达99%以上，根据核电站废水中硼含量50mg/L计算，经本净水系统净化后，水质可达到饮用水标准。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，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，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种高效含硼废水处理系统，其特征在于：包括依次连接的水质调节机构、袋式过滤器（5）、反渗透处理机构以及后处理机构；
所述水质调节机构包括pH调节机构和/或络合处理机构；
所述pH调节机构包括一级水罐（1）和pH加药装置（2），废水通过废水管路（9）输送至一级水罐（1）；
所述络合处理机构包括自动检测填料系统（3）和二级水罐（4）；所述二级水罐（4）分别与一级水罐（1）和袋式过滤器（5）连通；
所述反渗透处理机构包括至少一个反渗透膜（20）和反渗透回路，所述反渗透回路上按液体流向依次设置Ⅳ号水泵（20）、Ⅱ号截止阀（21）、Ⅱ号调节阀（22）和Ⅱ号电导率仪（23）；
所述后处理机构包括并联连接的活性炭吸附机构和固化机构，反渗透膜（20）的净水出口与活性炭吸附机构连通，浓缩废水出口与固化机构连通；所述活性炭吸附机构包括活性炭过滤棒和用于放置活性炭过滤棒的恒温振荡器。
2.根据权利要求1所述的高效含硼废水处理系统，其特征在于：还包括设置于袋式过滤器（5）与反渗透处理机构之间的超滤膜处理机构。
3.根据权利要求1所述的高效含硼废水处理系统，其特征在于：所述一级水罐（1）和二级水罐（4）内均设置液位计。
4.根据权利要求1所述的高效含硼废水处理系统，其特征在于：所述废水管路（9）上按液体流向依次设置Ⅰ号调节阀（10）、Ⅰ号水泵（11）、Ⅰ号压力探测器（12）和Ⅰ号电导率仪（13）。
5.根据权利要求1所述的高效含硼废水处理系统，其特征在于：所述一级水罐（1）和二级水罐（4）之间的管路上按液体流向依次设置Ⅰ号截止阀（14）和Ⅱ号水泵（15）；所述二级水罐（4）和袋式过滤器（5）之间的管路上按液体流向依次设置Ⅲ号水泵（16）和电磁阀（17）。
6.根据权利要求1所述的高效含硼废水处理系统，其特征在于：所述袋式过滤器（5）与反渗透处理机构之间的管路上按液体流向依次设置Ⅰ号单向阀（18）和Ⅱ号压力探测器（19）。
7.根据权利要求1所述的高效含硼废水处理系统，其特征在于：当所述反渗透膜（20）为多个时，多个反渗透膜（20）之间串联或并联连接。
8.根据权利要求1所述的高效含硼废水处理系统，其特征在于：所述Ⅳ号水泵（20）和Ⅱ号截止阀（21）设置于反渗透膜（20）进口侧，Ⅱ号调节阀（22）和Ⅱ号电导率仪（23）设置于反渗透膜（20）出口侧。
9.根据权利要求1所述的高效含硼废水处理系统，其特征在于：所述反渗透膜（20）的净水出口与活性炭吸附机构之间的管路上设置单向阀；所述反渗透膜（20）的浓缩废水出口与固化机构之间的管路上按液体流向依次设置Ⅲ号单向阀（25）和Ⅲ号调节阀（26）。
10.根据权利要求1所述的高效含硼废水处理系统，其特征在于：所述固化机构为蒸发装置或者沥青固化装置。
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