CN112047553A - Pta高盐废水处理回用及零排放系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PTA高盐废水处理回用及零排放系统及方法。所述系统包括用于对待处理废水依次进行处理的预处理单元、膜浓缩单元、蒸发结晶单元和污泥处理单元，所述预处理单元包括调节池、高效沉淀池、过滤器和超滤设备，所述膜浓缩单元包括第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器和第二反渗透设备，所述蒸发结晶单元包括Ⅲ效蒸发结晶器和喷雾干燥设备，所述污泥处理单元包括污泥池、污泥脱水设备和废水收集池。本发明提供的处理PTA高盐废水回用及零排放系统及方法运行安全可靠，增加废水回收率的同时可以减少膜系统的运行故障，系统产生杂盐的含水率小于8％。
Description
技术领域
本发明涉及一种PTA高盐废水处理回用及零排放系统及方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
新疆地区矿产资源丰富，但水资源比较匮乏，生态环境脆弱，化工园区的节能减排，提高水资源的利用率是所有化工企业在新疆发展需要攻克的难题。
PTA生产装置产生的高盐废水，通常为回用之后剩余的浓水，主要包含PTA废水站反渗透浓水、脱盐水站排水和锅炉岛脱硫废水等混合废水，这种废水通常含盐量高，成分复杂、易产生结垢和腐蚀现象，并且具有一定量的难降解有机物，如何增加这些废水的回收率，做到零排放，实现水资源的高效利用，同时减少蒸发结晶水量，减少投资成为目前企业面临的难题。
结合国内关于高盐废水零排放的处理工艺，反渗透技术(RO)凭借其达到98％的稳定脱盐率已成为主流的高盐废水减量化技术，但同时仍有部分浓水无法利用，通常的几种做法：第一种是利用干旱的气候条件自然蒸发；第二种是利用离子交换和化学药剂的方法除去废水中硬度，再利用浓水反渗透进一步浓缩，或者利用电渗析除盐，提高水的回收率，剩余少量的浓水进行煤场抑尘或通过烟道喷雾蒸发处理；第三种是基于蒸发和结晶工艺直接做到零排放，产生固体盐和回用水。
分析上述三种做法，第一种直接做自然蒸发虽然节省能耗，但初期投资不低，同时可能污染地下水。第二种做法可以减少废水的排放量，但浓水的盐及各种离子均最终进入粉尘，对粉尘的后续处理带来难度，同时电渗析脱盐设备结构严重，系统运行故障率高。第三种做法是最常用，也是工艺比较成熟的技术，但需要对膜浓缩系统做好预处理，减少膜结垢和膜污染，同时蒸发结晶设备缺点是能耗较高，如何减少蒸发结晶的能耗成为经济运行的关键。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种PTA高盐废水处理回用及零排放系统及方法，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例一方面提供了一种PTA高盐废水处理回用及零排放系统，其包括用于对待处理废水依次进行处理的预处理单元、膜浓缩单元、蒸发结晶单元和污泥处理单元，其中，
所述预处理单元包括调节池、高效沉淀池、多介质过滤器和超滤设备，所述膜浓缩单元包括第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器和第二反渗透设备，所述蒸发结晶单元包括Ⅲ效蒸发结晶设备和喷雾干燥设备，所述污泥处理单元包括污泥池、污泥脱水设备和废水收集池，其中，所述调节池、高效沉淀池、多介质过滤器、超滤设备、第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器、第二反渗透设备、Ⅲ效蒸发结晶设备和喷雾干燥设备依次连接；
所述高效沉淀池、膜化学反应器还与所述污泥池连接，所述污泥池还与废水收集池连接，所述废水收集池的出水口还与所述调节池的物料入口连通，并且，所述高效沉淀池的一个污泥排放口还与所述高效沉淀池的絮凝段的废水入口连通，以使所述高效沉淀池排放的部分污泥与待处理的废水在高效沉淀池的絮凝段中混合，废水收集池收集来自污泥水，多介质过滤器、超滤设备、离子交换器及反渗透膜反洗再生产生的废水。
本发明实施例还提供了一种PTA高盐废水处理回用及零排放处理方法，其包括：
提供所述的PTA高盐废水处理回用及零排放系统；
使待处理的废水、混凝剂、助凝剂和由高效沉淀池排放的部分污泥在高效沉淀池中混合，并将高效沉淀池中的混合物的pH调节至中性；使所述高效沉淀池的软化产水输入多介质过滤器，并使高效沉淀池排放的一部分污泥自高效沉淀池的入口回流至高效沉淀池内，另一部分污泥进入污泥池，其中，所述多介质过滤器的产水输入过滤产水池；
将所述过滤产水池中的废水输入超滤设备，并使超滤设备产生的超滤产水进入超滤产水池，使超滤设备产生的超滤浓水排放至废水收集池，同时，所述超滤产水池中的超滤产水可作为过滤器和超滤设备反洗用水；
通过反渗透给水泵将超滤产水池中的超滤产水依次输送至第一反渗透设备，同时在保安过滤器进水侧投加还原剂、非氧化性杀菌剂及阻垢剂，以减少反渗透膜的污染；经过第一反渗透设备膜分离之后，在第一反渗透设备的反渗透膜浓水侧产生浓水并进入膜化学反应器中，在产水侧产生回用水，并使回用水进入回用水池备用；
使第一反渗透设备排放的部分废水输入膜化学反应器，并使膜化学反应器排放的污泥输入污泥池，使膜化学反应器排放的废水依次输入离子交换器，使所述离子交换器中的浓水输入第一反渗透浓水池，并将第一反渗透浓水池中的产水输入第二反渗透设备，同时在第二反渗透设备的保安过滤器进水侧投加还原剂、非氧化性杀菌剂及阻垢剂；
使第二反渗透设备的一部分产水进入回用水池，另一部分浓水进入第二反渗透浓水池；
将第二反渗透浓水池中的浓水输入预热器中，所述预热器将废水的温度调节至70℃后依次输入Ⅰ效蒸发器加热室、Ⅰ效蒸发器分离室、Ⅱ效蒸发器加热室、Ⅱ效蒸发器分离室、Ⅲ效蒸发器加热室、Ⅲ效蒸发器分离室，以及，使所述Ⅰ效蒸发器加热室产生的冷凝液依次输入Ⅰ效平衡桶、Ⅱ效平衡桶、Ⅲ效平衡桶、预热器；
使Ⅲ效蒸发器分离室排放的一部分污水依次输入离心设备、预热器，另一部分废水输入喷雾干燥设备。
与现有其他技术相比，本发明提供的处理PTA高盐废水回用及零排放系统及方法，采用了高效沉淀池工艺、过滤工艺、超滤工艺、第一反渗透膜工艺、膜化学反应器工艺、离子交换器工艺、第二反渗透膜工艺及蒸发结晶工艺的集成工艺；本发明提供的处理PTA高盐废水回用及零排放系统及方法运行安全可靠，增加废水回收率的同时可以减少膜系统的运行故障，Ⅲ效蒸发工艺可以根据不同的离子浓度，为实施分盐工艺时大大减少分盐的规模，减少投资费用，回用水可以用于循环水补充水，大大降低PTA生产消耗的水量，系统产生杂盐的含水率小于8％。
附图说明
图1是本发明一典型实施案例中提供的一种PTA高盐废水处理回用及零排放系统的结构示意图；
附图标记说明：1-调节池，2-高效沉淀池，3-多介质过滤器，4-过滤产水池，5-超滤设备，6-超滤产水池，7-第一反渗透设备，8-回用水池，9-MCR反应器(膜化学反应器)，10-离子交换器(含脱碳器)，11-第一反渗透浓水池，12-第二反渗透设备，13-第二反渗透浓水池，14-预热器，15-Ⅰ效蒸发器加热室，16-Ⅰ效平衡桶，17-Ⅰ效蒸发器分离室，18-Ⅱ效蒸发器加热室，19-Ⅱ效平衡桶，20-Ⅱ效蒸发器分离室，21-Ⅲ效蒸发器加热室，22-Ⅲ效平衡桶，23-Ⅲ效蒸发器分离室，24-离心设备，25-喷雾干燥设备，26-废水收集池，27-污泥池，28-板框压滤机。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例一方面提供了一种PTA高盐废水处理回用及零排放系统，其包括用于对待处理废水依次进行处理的预处理单元、膜浓缩单元、蒸发结晶单元和污泥处理单元，其中，
所述预处理单元包括调节池、高效沉淀池、多介质过滤器和超滤设备，所述膜浓缩单元包括第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器和第二反渗透设备，所述蒸发结晶单元包括Ⅲ效蒸发结晶设备和喷雾干燥设备，所述污泥处理单元包括污泥池、污泥脱水设备和废水收集池，其中，所述调节池、高效沉淀池、多介质过滤器、超滤设备、第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器、第二反渗透设备、Ⅲ效蒸发结晶设备和喷雾干燥设备依次连接；
所述高效沉淀池、膜化学反应器还与所述污泥池连接，所述污泥池还与废水收集池连接，所述废水收集池的出水口还与所述调节池的物料入口连通，并且，所述高效沉淀池的一个污泥排放口还与所述高效沉淀池的絮凝段的废水入口连通，以使所述高效沉淀池排放的部分污泥与待处理的废水在高效沉淀池的絮凝段中混合，废水收集池收集来自污泥水，多介质过滤器、超滤设备、离子交换器及反渗透膜反洗再生产生的废水。
进一步的，所述过滤器、超滤设备、第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器、第二反渗透与蒸发结晶设备中的至少两者之间还设置有中间水池，所述中间水池至少用于容置经所述过滤器、超滤设备、第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器或第二反渗透设备处理后输出的产水。
进一步的，所述Ⅲ效蒸发结晶单元包括预热器、Ⅰ效蒸发器加热室、Ⅰ效蒸发器分离室、Ⅱ效蒸发器加热室、Ⅱ效蒸发器分离室、Ⅲ效蒸发器加热室、Ⅲ效蒸发器分离室及喷雾干燥设备，所述预热器、Ⅰ效蒸发器加热室、Ⅰ效蒸发器分离室、Ⅱ效蒸发器加热室、Ⅱ效蒸发器分离室、Ⅲ效蒸发器加热室、Ⅲ效蒸发器分离室和喷雾干燥设备依次连接。
进一步的，所述Ⅲ效蒸发结晶单元还包括冷凝水余热利用设备，所述冷凝水余热利用设备包括Ⅰ效平衡桶、Ⅱ效平衡桶和Ⅲ效平衡桶，所述Ⅰ效平衡桶、Ⅱ效平衡桶、Ⅲ效平衡桶还分别与Ⅰ效蒸发器加热室、Ⅱ效蒸发器加热室、Ⅲ效蒸发器加热室对应连接，并且，所述Ⅰ效平衡桶、Ⅱ效平衡桶、Ⅲ效平衡桶依次连接，所述Ⅰ效平衡桶、Ⅲ效平衡桶还与所述预热器连接，从而形成可供冷凝液循环流动的回路，上一级蒸发器中的冷凝水作为下一级蒸发器的加热热源。
进一步的，所述第一反渗透设备和第二反渗透设备的至少一个出水口还与回用水池连接。
进一步的，所述第二反渗透设备的出水口还与所述预热器的物料入口连接。
进一步的，所述Ⅲ效蒸发器分离室的至少一物料出口还与离心设备的物料入口连接，所述离心设备的物料出口与所述喷雾干燥设备的物料入口连接。
进一步的，所述调节池中设置有射流循环泵。
进一步的，所述过滤器为多介质过滤器。
进一步的，所述超滤设备包括超滤自清洗过滤器和超滤装置，所述超滤自清洗过滤器和超滤装置沿废水的传输方向依次连接设置。
进一步的，所述的第一反渗透设备和二反渗透设备均包括保安过滤器和反渗透装置，所述保安过滤器和反渗透装置依次连接。
进一步的，所述的离子交换设备包括离子交换器和脱碳器，所述喷雾干燥设备还与除尘设备连接。
本发明实施例还提供了一种PTA高盐废水处理回用及零排放处理方法，其包括：
提供所述的PTA高盐废水处理回用及零排放系统；
使待处理的废水、混凝剂、助凝剂和由高效沉淀池排放的部分污泥在高效沉淀池中混合，并将高效沉淀池中的混合物的pH调节至中性；使所述高效沉淀池的软化产水输入多介质过滤器，并使高效沉淀池排放的一部分污泥自高效沉淀池的入口回流至高效沉淀池内，另一部分污泥进入污泥池，其中，所述多介质过滤器的产水输入过滤产水池；
将所述过滤产水池中的废水输入超滤设备，并使超滤设备产生的超滤产水进入超滤产水池，使超滤设备产生的超滤浓水排放至废水收集池，同时，所述超滤产水池中的超滤产水可作为过滤器和超滤设备反洗用水；
通过反渗透给水泵将超滤产水池中的超滤产水依次输送至第一反渗透设备，同时在保安过滤器进水侧投加还原剂、非氧化性杀菌剂及阻垢剂，以减少反渗透膜的污染；经过第一反渗透设备膜分离之后，在第一反渗透设备的反渗透膜浓水侧产生浓水并进入膜化学反应器中，在产水侧产生回用水，并使回用水进入回用水池备用；
使第一反渗透设备排放的部分废水输入膜化学反应器，并使膜化学反应器排放的污泥输入污泥池，使膜化学反应器排放的废水依次输入离子交换器，使所述离子交换器中的浓水输入第一反渗透浓水池，并将第一反渗透浓水池中的产水输入第二反渗透设备，同时在第二反渗透设备的保安过滤器进水侧投加还原剂、非氧化性杀菌剂及阻垢剂；
使第二反渗透设备的一部分产水进入回用水池，另一部分浓水进入第二反渗透浓水池；
将第二反渗透浓水池中的浓水输入预热器中，所述预热器将废水的温度调节至70℃后依次输入Ⅰ效蒸发器加热室、Ⅰ效蒸发器分离室、Ⅱ效蒸发器加热室、Ⅱ效蒸发器分离室、Ⅲ效蒸发器加热室、Ⅲ效蒸发器分离室，以及，使所述Ⅰ效蒸发器加热室产生的冷凝液依次输入Ⅰ效平衡桶、Ⅱ效平衡桶、Ⅲ效平衡桶、预热器；
使Ⅲ效蒸发器分离室排放的一部分污水依次输入离心设备、预热器，另一部分废水输入喷雾干燥设备。
进一步的，还原剂、非氧化性杀菌剂及阻垢剂分别为NaHSO3、异噻唑啉酮及聚马来酸酐。
进一步的，所述还原剂、非氧化性杀菌剂及阻垢剂的投加量分别为第一反渗透设备或第二反渗透设备中废水中的质量的1～2wt％、1～2wt％、2～10wt％。
进一步的，所述PTA高盐废水处理回用及零排放处理方法还包括：向所述膜化学反应器及离子交换器中投加盐酸或氢氧化钠。
进一步的，所述盐酸、氢氧化钠的投加量分别为膜化学反应器或离子交换器中废水质量的5～10wt％、4～10wt％。
进一步的，所述Ⅰ效蒸发器加热室蒸汽温度为106～118℃，Ⅰ效蒸发器分离室产生的二次蒸汽的温度为104～118℃，所述Ⅱ效蒸发器加热室蒸汽温度为104～118℃，Ⅱ效蒸发器分离室产生的二次蒸汽的温度为88.7～98℃，所述Ⅲ效蒸发器加热室的加热温度为88.7-98℃，Ⅲ效蒸发器分离室产生的二次蒸汽的温度为60～70℃。
本发明实施例提供了一种PTA高盐废水处理回用及零排放系统，所述处理系统包括用于对待处理废水依次进行处理的预处理单元、膜浓缩单元、蒸发结晶单元和污泥处理单元；其中，所述预处理单元包括调节池、高效沉淀池、多介质过滤器和超滤设备；所述膜浓缩单元包括第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器和第二反渗透设备；所述蒸发结晶单元包括Ⅲ效蒸发结晶设备和喷雾干燥设备；所述污泥处理单元包括污泥池、污泥脱水设备和废水收集池；其中，所述调节池、高效沉淀池、多介质过滤器、超滤设备、第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器、第二反渗透设备、Ⅲ效蒸发结晶设备和喷雾干燥设备依次连接；所述高效沉淀池、膜化学反应器产生的化学污泥排至所述污泥池处理；所述的污泥脱水设备产生的废水进入所述废水收集池，其中每个功能单元及单元内部均设有中间水池，作为下一级工段给水及上一级工段的再生冲洗水。
本发明实施例还提供了一种PTA高盐废水处理回用及零排放处理方法，其包括：采用本发明实施例提供的PTA高盐废水处理回用及零排放系统，依次对待处理的废水进行预处理、膜浓缩处理、蒸发结晶处理、污泥处理。
具体的，所述预处理过程包括对PTA废水进行预处理软化，所述的预处理软化是在高效沉淀池中投加氢氧化钙和碳酸钠，使氢氧化钙和碳酸钠与废水中的钙镁反应产生碳酸钙和氢氧化镁等金属盐沉淀物，同时在高效沉淀池中投加聚合硫酸铁(PFS)和聚丙烯酰胺(PAM)加速悬浮物的沉淀，预处理软化之后的废水进入软水产水池，预处理软化产生的金属盐沉淀物排至污泥池脱水。
具体的，所述的预处理还包括采用多介质过滤器和超滤设备进行过滤处理，多介质过滤可以将废水中未能沉降下去的悬浮物(含金属盐沉淀物)进一步去除，多介质过滤器过滤之后的废水进入超滤设备，超滤设备进一步去除废水中胶体类物质，保证后续膜浓缩处理中反渗透系统的进水水质；超滤设备运行过程中会发生有机物或者微生物污堵的情况，可以在超滤设备运行中向超滤设备中投加次氯酸钠来减少微生物污染，有机物污染可以通过定期清洗来消除。
具体的，膜浓缩处理包括采用第一反渗透设备对预处理后的废水进行进一步浓缩处理，大部分离子被反渗透膜浓缩至浓水侧，浓水侧的废水盐含量变高，这部分废水称为反渗透浓水，另一部分有少量离子穿透反渗透膜，该区域的废水中的盐含量非常小，这部分水称为反渗透产水或者反渗透软化水；由于前面预处理单元的预处理不可能完全去除废水的硬度和碱度，经过第一反渗透设备浓缩之后，硬度和碱度会变高，当废水中的钙镁离子达到饱和状态时，会在反渗透膜表面产生结垢倾向，因此需要在第一反渗透设备中投加阻垢剂来延缓结垢；为了减少氯气对反渗透膜的氧化分解，通常在第一反渗透设备的入口处设置消除氯的装置，并以亚硫酸氢钠作为还原剂；为了减少细菌污染反渗透膜，可以在第一反渗透设备运行中向第一反渗透设备投加非氧化性杀菌剂减少细菌滋生。
具体的，第一反渗透设备的反渗透浓水的硬度和碱度都变高，直接进入第二反渗透设备会影响第二反渗透设备的运行效果，需要进一步减弱第一反渗透设备产生的反渗透浓水的硬度和碱度；本发明通过化学软化法降低废水的硬度和碱度；例如，采用膜化学反应器对废水进行软化除硬处理，具体的方法为：先用氢氧化钠和碳酸钠与废水中的钙镁反应，生成氢氧化镁和碳酸钙，再投加复配药剂去除废水中的硅，投加PFS混凝剂和PAM助凝剂增强沉淀效果，最后经过膜化学反应器过滤去除废水中的沉淀物，膜化学反应器中产生的化学污泥排至污泥池。
具体的，膜化学反应器的处理也无法完全消除废水的硬度，本发明采用离子交换器彻底去除废水残留的硬度，具体可以为：选用氢氧化钠和盐酸再生离子交换器中的树脂，即通过向废水中投加盐酸在脱碳器中去除剩余的碱度；此时废水中基本无硬度和碱度存在，软化之后的浓水经过第二反渗透设备进一步浓缩，大部分离子被第二反渗透设备浓缩至浓水侧，呈现含盐量非常高，这部分水称为浓水反渗透浓水或者第二反渗透浓水，另一部分少量离子穿透反渗透膜，呈现盐含量非常小，这部分水称为反渗透产水或者反渗透软化水。
具体的，蒸发结晶处理包括：使第二反渗透设备输出的反渗透浓水经过第Ⅰ效蒸发结晶器，在加热室中通过界外蒸汽加热浓水，产生Ⅰ效冷凝水进入Ⅰ效平衡桶中，在分离室中减压闪蒸产生二次蒸汽和进一步浓缩的浓水，Ⅰ效浓水进入第Ⅱ效蒸发结晶器，在Ⅱ效蒸发器加热室中通过Ⅰ效二次蒸汽加热浓水，产生冷凝水进入Ⅱ效平衡桶中，在Ⅱ效蒸发器分离室中减压闪蒸产生二次蒸汽和进一步浓缩浓水，Ⅱ效浓水进入第Ⅲ效蒸发结晶器，在Ⅲ效蒸发器加热室中通过Ⅱ效二次蒸汽加热，进一步浓缩形成结晶盐和饱和盐水，同时也产生一部分蒸汽，第Ⅲ效蒸汽冷却之后和前面两效的冷凝水一起回流至前段预热器加热第二反渗透浓盐水，充分利用热能，含有结晶盐的固液两相饱和盐水通过离心分离，上清液进入喷雾干燥设备，结晶盐通过离心得到的固体混盐。
具体的，采用污泥处理单元对经蒸发结晶单元处理后的污泥进行处理，其中，污泥处理单元包括污泥池、污泥脱水设备(例如板框压滤机)和废水收集池，其中污泥池收集高效沉淀池和膜化学反应器产生的污泥，经过污泥泵输送至污泥脱水设备，污泥脱水采用板框压滤机设备，污泥脱水过程中产生的废水进入废水收集池中，干污泥外运填埋处置。
实施例1
一种PTA高盐废水处理回用及零排放系统及方法，适用于高含盐废水的TDS为6000～8000mg/L，总硬度(以CaCO3计)为900mg/L～1000mg/L，COD约为100mg/L，本实施例处理PTA高盐废水量为310m3/h。
本实施例中采用的PTA高盐废水处理回用及零排放系统主要包括预处理单元、膜浓缩单元、蒸发结晶单元和污泥处理单元；
其中，所述预处理单元包括调节池1、高效沉淀池2、多介质过滤器3、过滤产水池4、超滤5、超滤产水池6；所述膜浓缩单元包括第一反渗透设备7、回用水池8、膜化学反应器9、离子交换器10、第一反渗透浓水池11、第二反渗透设备12、第二反渗透浓水池13；所述蒸发结晶单元包括预热器14、Ⅰ效蒸发器加热室15、Ⅰ效平衡桶16、Ⅰ效蒸发器分离室17、Ⅱ效蒸发器加热室18、Ⅱ效平衡桶19、Ⅱ效蒸发器分离室20、Ⅲ效蒸发器加热室21、Ⅲ效平衡桶22、Ⅲ效蒸发器分离室23、离心单元24及喷雾干燥设备25；其中所述污泥处理单元包括污泥池27、板框压滤机(即污泥脱水设备)28以及废水收集池26。
具体的，所述高效沉淀池2包括依次设置的第一混合段、第二混合段、絮凝段、斜管沉淀池及后混合段，该高效沉淀池主要起软化和混凝沉淀的功能；
其中各组成设备按照图1中所示的关系连接，连接顺序为：调节池1、高效沉淀池2、多介质过滤器3、过滤产水池4、超滤5、超滤产水池6、第一反渗透7、膜化学反应器9、离子交换器10、第一反渗透浓水池11、第二反渗透12、第二反渗透浓水池13、预热器14、Ⅰ效蒸发器加热室15、Ⅰ效蒸发器分离室17、Ⅱ效蒸发器加热室18、Ⅱ效蒸发器分离室20、Ⅲ效蒸发器加热室21、Ⅲ效蒸发器分离室23、离心设备24和喷雾干燥设备25依次连接；以及，所述高效沉淀池2、膜化学反应器9还与所述污泥池27连接，所述污泥脱水设备28还与污泥池27及废水收集池26连接；所述第一反渗透设备7、第二反渗透设备12还与回用水池8连接；所述Ⅰ效平衡桶16、Ⅱ效平衡桶19、Ⅲ效平衡桶22还分别与Ⅰ效蒸发器加热室15、Ⅱ效蒸发器加热室18、Ⅲ效蒸发器加热室21对应连接，并且所述Ⅰ效平衡桶16、Ⅱ效平衡桶19、Ⅲ效平衡桶22和预热器14依次连接，从而形成可供冷凝液循环流动的回路；所述Ⅲ效蒸发器分离室23的一个物料出口还与离心设备24的物料入口连接，所述离心设备24的物料出口还与喷雾干燥系统25的物料入口连接。
本发明实施例提供的PTA高盐废水回用处理及零排放集成工艺步骤描述如下：
具体的，预处理单元主要包括调节池1、高效沉淀池2、多介质过滤器3、过滤产水池4、超滤系统5以及超滤产水池6；
1)将PTA高盐废水(如下可简称为废水))输入调节池1中进行均质均量，并将调节池1中的废水泵送至高效沉淀池2中，并于高效沉淀池2中加药软化沉淀，具体包括：在高效沉淀池2的混凝段投加氢氧化钙(投加量为2～5wt％，该投加量为投加的药品占投加的区域中废水的质量的百分比，下同)和PFS(投加量为11wt％左右)，在高效沉淀池2的絮凝段投加PAM(投加量为0.5～2wt％)和碳酸钠(投加量为5～10wt％)，将废水中的钙镁离子以碳酸钙和氢氧化镁的形式去除，使废水的总硬度由970mg/L降低至100mg/L以下，悬浮物去除90％以上，TDS由7200mg/L降至5600mg/L，同时也通过沉淀的形式去除一部分COD和硅，沉淀产生的污泥排至污泥池27，同时在高效沉淀池2的后混合段加盐酸(投加量为30wt％)以回调废水的pH至中性；
2)使经高效沉淀池2软化处理后的废水进入多介质过滤器3，多介质过滤器3包括主要由活性碳(厚度为0.4m)和石英砂(厚度为0.8m)的组成的填充柱，多介质过滤器3的过滤产水进入过滤产水池4，过滤产水池4中的废水由超滤进水泵输送至超滤设备(系统)5，超滤设备5中的超滤膜材质为耐酸碱的PVDF膜，超滤设备的超滤产水进入超滤产水池6，超滤产水池6中的超滤产水还可作为多介质过滤器3的反洗用水，超滤产水同样可以作为多介质过滤器3反洗和超滤设备5的清洗用水；
具体的，在超滤设备5运行过程中需要向超滤设备中投加次氯酸钠(投加量为10wt％)作为杀菌剂，可以通过以氢氧化钠(投加量为4wt％)和盐酸(投加量为5wt％)交替清洗的方式进行化学清洗，清洗废水排至废水收集池26；其中氢氧化钙、碳酸钠、PFS、PAM、氢氧化钠及盐酸加药均可以按照进水水质变化来调整加药量，以减小药剂消耗；
3)膜浓缩系统主要包括第一反渗透设备7、膜化学反应器9、离子交换器(含脱碳器)10及第二反渗透设备12，第一反渗透设备采用1级2段式，所述第一反渗透设备7的反渗透膜为高脱盐抗污染膜，材质为芳香族聚酰胺复合材料膜，第一反渗透设备7的进水流道宽度为34mil、进水压力为1.5MPa、二段增压设置压力为0.7～1.0MPa、两级整体回收率在70％左右，能截留98％以上的盐类物质，可以将平均TDS为5600mg/L的原水浓缩到TDS为16000mg/L以上，为了消除氯气对反渗透膜的危害，需要在第一反渗透设备7的入口前投加NaHSO3还原剂(投加量为2～10wt％)，NaHSO3还原剂与和氯气反应产生氯化钠和硫酸钠；
此外，预处理单元中石灰纯碱软化无法全部去除废水中的钙镁离子，通常废水中还会有一定量的硬度和碱度，通过第一反渗透设备7的浓缩之后，废水的总硬度超过300mg/L以上，钙镁浓度可能会超过饱和点并在反渗透膜表面结垢，导致反渗透膜的通量降低，因此需要投加阻垢剂(聚马来酸酐等，投加量为2～10wt％)缓解结垢，废水中常含有微生物，微生物会对反渗透膜产生污染，通过投加非氧化性杀菌剂(异噻唑啉酮，投加量为1～2wt％)以减少微生物滋生；废水经过第一反渗透设备7浓缩之后，第一反渗透设备7浓水侧的浓水的硬度和碱度的含量升高，为了消除浓水侧中浓水的硬度和碱度对第二反渗透设备12的影响，需要进一步降低或除去浓水的碱度和硬度；
4)采用膜化学反应器9(MCR)和离子交换器(含脱碳塔)10组合的方式对第一反渗透设备7产生的浓水进行深度软化处理，具体的包括：向第一反渗透设备7产生的浓水中投加氢氧化钠(投加量为30wt％)和碳酸钠(投加量为10wt％左右)，以将第一反渗透设备7产生的浓水中的钙镁离子转化为碳酸钙和氢氧化镁沉淀，投加复配药剂(特种除硅药剂)去除硅，并通过膜化学反应器9进行分离，得到软化的浓水和污泥，污泥排至污泥池27中，软化的浓水进入离子交换器10中进一步去除废水中的残留钙镁离子，软化的浓水通过投加盐酸在脱碳塔中去除剩余碱度，经过处理之后的软化水基本不含碱度和硬度，TDS由原来16000mg/L降为15800mg/L，总硬度由300mg/L降至小于1mg/L，总碱度小于10mg/L，深度软化的浓水进入第一反渗透浓水池11；
5)使第一反渗透浓水池11中深度软化的浓水进入第二反渗透设备12进行浓缩处理，第二反渗透设备12的组合方式为1级3段式，第1段膜采用海水淡化膜，流道宽度34mil，进水压力为5MPa，第2段膜采用高压反渗透膜，流道宽度为35mil，2段设置1.0MPa段间增压，二段运行最高压力为80bar，第3段膜采用高通量高压反渗透膜，进水流道宽度为35mil，运行最高压力为80bar；为了减少微生物的污染，需要投加非氧化性杀菌剂，为了保险期间，同样在第二反渗透设备12的来水中投加阻垢剂和还原剂，加药量可以视具体情况而定。
6)上述膜浓缩单元的几个过程将产生结垢的化学因素去除，上述加药装置均为变频设备，根据水质不同投加量不同，减少药剂消耗，经过深度处理之后的浓水(经第二反渗透设备12处理排放的浓水可以理解为第二反渗透浓水)进入第二反渗透浓水池13，进一步浓缩至回收率为92％以上，浓水中TDS由原来15800mg/L提高至74000mg/L，进水流量由原来的310m3/h浓缩至25m3/h，整个膜浓缩单元可以将废水回收率提高至92％左右，只有8％左右的浓水需要做到零排放处理，充分利用水资源，降低高盐废水的回用与零排放的成本；
7)使第二反渗透浓水池13中的反渗透浓水进入蒸发结晶单元中进行蒸发结晶处理，蒸发结晶单元主要包括Ⅲ效蒸发结晶设备和喷雾干燥设备，Ⅲ效蒸发结晶设备包括预热器14、Ⅰ效蒸发器加热室15、Ⅰ效平衡桶16、Ⅰ效蒸发器分离室17、Ⅱ效蒸发器加热室18、Ⅱ效平衡桶19、Ⅱ效蒸发器分离室20、Ⅲ效蒸发器加热室21、Ⅲ效平衡桶22、Ⅲ效蒸发器分离室23及离心机24；
具体包括：使第二反渗透浓水池13中的反渗透浓水首先进入预热器14，再次进入Ⅰ效蒸发结晶器系统进行浓缩处理，Ⅰ效蒸发结晶器系统由Ⅰ效蒸发器加热室15、Ⅰ效平衡桶16、Ⅰ效蒸发器分离室17和中间循环泵组成，使来自界区外减温减压蒸汽(蒸汽的温度和压力分别为106～118℃，0.09MPa)在Ⅰ效蒸发器加热室15中通过管式换热器加热浓盐水，浓盐水升温至106℃左右，通过Ⅰ效循环泵近70倍进料循环量在Ⅰ效蒸发器加热室15和Ⅰ效蒸发器分离室17之间循环，在Ⅰ效蒸发器分离室17内减压闪蒸产生二次蒸汽(二次蒸汽的温度和压力分别为104～118℃，0.02MPa)，Ⅰ效蒸发器加热室15产生蒸汽冷凝水(蒸汽冷凝水的温度、压力分别为106～118℃，0.09MPa)进入Ⅰ效平衡桶16；浓水进入Ⅱ效蒸发加热室18，Ⅰ效二次蒸汽在Ⅱ效蒸发器加热室18加热料液至91℃左右，在Ⅱ效蒸发器加热室18和Ⅱ效蒸发器分离室20之间以70倍的进料循环量连续循，在Ⅱ效蒸发器分离室20内闪蒸产生Ⅱ效二次蒸汽(二次蒸汽的温度和压力分别为88.7～98℃，-0.03MPa)，Ⅱ效蒸发器加热室18的冷凝液进入Ⅱ效平衡桶19中；浓盐水进入Ⅲ效蒸发器结晶系统，Ⅱ效二次蒸汽在Ⅲ效蒸发器加热室21加热至料液66℃左右，浓水在Ⅲ效蒸发器分离室23内闪蒸产生Ⅲ效二次蒸汽(二次蒸汽的温度和压力分别为60～70℃，-0.08MPa)，同时浓水在Ⅲ效蒸发器分离室23内浓缩得到结晶盐和饱和浓盐水，最后结晶盐在离心设备24离心获得杂盐，上清液进入喷雾干燥单元25；Ⅲ效蒸发结晶系统依次利用前Ⅰ效闪蒸产生的二次蒸汽热量；
另外，Ⅰ效平衡桶16冷凝液进入Ⅱ效平衡桶19，产生一部分闪蒸蒸汽继续加热Ⅱ效蒸发器加热室18，Ⅱ效平衡桶19冷凝液进入Ⅲ效平衡桶22，会产生的闪蒸蒸汽继续加热Ⅲ效蒸发器加热室21，Ⅲ效平衡桶23产生的冷凝液(冷凝液的温度为81℃左右)回流至前段预热器14，与第二反渗透浓水换热以升温至70℃左右，减少Ⅰ效蒸发器加热室15的换热面积，充分利用热量，特别地，随着蒸发结晶过程的进行，盐浓度提高的同时浓水中有机物含量也会变高，可能存在发泡的现象，影响二次蒸汽的品质，可以加入一定量的消泡剂至每效的蒸发器分离室中降低发泡程度，蒸发结晶使用的消泡剂为SPJ-JM01聚醚消泡剂，是一种外观呈无色至微黄液体。.
8)污泥处理单元主要包括废水收集池26、污泥池27和板框压滤机(也可选择其他污泥脱水设备)28，污泥池27主要是收集高效沉淀池2和MCR反应器9产生的化学污泥，通过板框压滤机28脱水之后，干污泥(含水率小于65％)外运填埋处理，污泥压榨过程产生的废水排至废水收集池26。
与现有其他技术相比，本发明提供的处理PTA高盐废水回用及零排放系统及方法，采用了高效沉淀池工艺、过滤工艺、超滤工艺、反渗透膜工艺、膜化学反应器工艺、离子交换器工艺及蒸发结晶工艺的集成工艺；本发明提供的处理PTA高盐废水回用及零排放系统及方法运行安全可靠，增加废水回收率的同时可以减少膜系统的运行故障，Ⅲ效蒸发工艺可以根据不同的离子浓度，为实施分盐工艺时大大减少分盐的规模，减少投资费用，回用水可以用于循环水补充水，大大降低PTA生产消耗的水量，系统产生杂盐的含水率小于8％。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种PTA高盐废水处理回用及零排放系统，其特征在于包括用于对待处理废水依次进行处理的预处理单元、膜浓缩单元、蒸发结晶单元和污泥处理单元，其中，
所述预处理单元包括调节池、高效沉淀池、多介质过滤器和超滤设备，所述膜浓缩单元包括第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器和第二反渗透设备，所述蒸发结晶单元包括Ⅲ效蒸发结晶设备和喷雾干燥设备，所述污泥处理单元包括污泥池、污泥脱水设备和废水收集池，其中，所述调节池、高效沉淀池、多介质过滤器、超滤设备、第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器、第二反渗透设备、Ⅲ效蒸发结晶设备和喷雾干燥设备依次连接；
所述高效沉淀池、膜化学反应器还与所述污泥池连接，所述污泥池还与废水收集池连接，所述废水收集池的出水口还与所述调节池的物料入口连通，并且，所述高效沉淀池的一个污泥排放口还与所述高效沉淀池的絮凝段的废水入口连通，以使所述高效沉淀池排放的部分污泥与待处理的废水在高效沉淀池的絮凝段中混合，废水收集池收集来自污泥水，多介质过滤器、超滤设备、离子交换器及反渗透膜反洗再生产生的废水。
2.根据权利要求1所述的PTA高盐废水处理回用及零排放系统，其特征在于：所述过滤器、超滤设备、第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器、第二反渗透设备与蒸发结晶设备中的至少两者之间还设置有中间水池，所述中间水池至少用于容置经所述过滤器、超滤设备、第一反渗透设备、膜化学反应器、离子交换器或第二反渗透设备处理后输出的产水。
3.根据权利要求1所述的PTA高盐废水处理回用及零排放系统，其特征在于：所述Ⅲ效蒸发结晶单元包括预热器、Ⅰ效蒸发器加热室、Ⅰ效蒸发器分离室、Ⅱ效蒸发器加热室、Ⅱ效蒸发器分离室、Ⅲ效蒸发器加热室、Ⅲ效蒸发器分离室及喷雾干燥设备，所述预热器、Ⅰ效蒸发器加热室、Ⅰ效蒸发器分离室、Ⅱ效蒸发器加热室、Ⅱ效蒸发器分离室、Ⅲ效蒸发器加热室、Ⅲ效蒸发器分离室和喷雾干燥设备依次连接；
和/或，所述Ⅲ效蒸发结晶单元还包括冷凝水余热利用设备，所述冷凝水余热利用设备包括Ⅰ效平衡桶、Ⅱ效平衡桶和Ⅲ效平衡桶，所述Ⅰ效平衡桶、Ⅱ效平衡桶、Ⅲ效平衡桶还分别与Ⅰ效蒸发器加热室、Ⅱ效蒸发器加热室、Ⅲ效蒸发器加热室对应连接，并且，所述Ⅰ效平衡桶、Ⅱ效平衡桶、Ⅲ效平衡桶依次连接，所述Ⅰ效平衡桶、Ⅲ效平衡桶还与所述预热器连接，从而形成可供冷凝液循环流动的回路，上一级蒸发器中的冷凝水作为下一级蒸发器的加热热源。
4.根据权利要求2所述的PTA高盐废水处理回用及零排放系统，其特征在于：所述第一反渗透设备和第二反渗透设备的至少一个出水口还与回用水池连接。
5.根据权利要求2所述的PTA高盐废水处理回用及零排放系统，其特征在于：所述第二反渗透设备的出水口还与所述预热器的物料入口连接。
6.根据权利要求3所述的PTA高盐废水处理回用及零排放系统，其特征在于：所述Ⅲ效蒸发器分离室的至少一物料出口还与离心设备的物料入口连接，所述离心设备的物料出口与所述喷雾干燥设备的物料入口连接。
7.根据权利要求1所述的PTA高盐废水处理回用及零排放系统，其特征在于：所述调节池中设置有射流循环泵，和/或，所述过滤器为多介质过滤器，和/或，所述超滤设备包括超滤自清洗过滤器和超滤装置，所述超滤自清洗过滤器和超滤装置沿废水的传输方向依次连接设置，和/或，所述的第一反渗透设备和二反渗透设备均包括保安过滤器和反渗透装置，所述保安过滤器和反渗透装置依次连接；和/或，所述的离子交换设备包括离子交换器和脱碳器，所述喷雾干燥设备还与除尘设备连接。
8.一种PTA高盐废水处理回用及零排放处理方法，其特征在于包括：
提供如权利要求1-7中任一项所述的PTA高盐废水处理回用及零排放系统；
使待处理的废水、混凝剂、助凝剂和由高效沉淀池排放的部分污泥在高效沉淀池中混合，并将高效沉淀池中的混合物的pH调节至中性；使所述高效沉淀池的软化产水输入多介质过滤器，并使高效沉淀池排放的一部分污泥自高效沉淀池的入口回流至高效沉淀池内，另一部分污泥进入污泥池，其中，所述多介质过滤器的产水输入过滤产水池；
将所述过滤产水池中的废水输入超滤设备，并使超滤设备产生的超滤产水进入超滤产水池，使超滤设备产生的超滤浓水排放至废水收集池，同时，所述超滤产水池中的超滤产水可作为过滤器和超滤设备反洗用水；
通过反渗透给水泵将超滤产水池中的超滤产水依次输送至第一反渗透设备，同时在保安过滤器进水侧投加还原剂、非氧化性杀菌剂及阻垢剂，以减少反渗透膜的污染；经过第一反渗透设备膜分离之后，在第一反渗透设备的反渗透膜浓水侧产生浓水并进入膜化学反应器中，在产水侧产生回用水，并使回用水进入回用水池备用；
使第一反渗透设备排放的部分废水输入膜化学反应器，并使膜化学反应器排放的污泥输入污泥池，使膜化学反应器排放的废水依次输入离子交换器，使所述离子交换器中的浓水输入第一反渗透浓水池，并将第一反渗透浓水池中的产水输入第二反渗透设备，同时在第二反渗透设备的保安过滤器进水侧投加还原剂、非氧化性杀菌剂及阻垢剂；
使第二反渗透设备的一部分产水进入回用水池，另一部分浓水进入第二反渗透浓水池；
将第二反渗透浓水池中的浓水输入预热器中，所述预热器将废水的温度调节至70℃后依次输入Ⅰ效蒸发器加热室、Ⅰ效蒸发器分离室、Ⅱ效蒸发器加热室、Ⅱ效蒸发器分离室、Ⅲ效蒸发器加热室、Ⅲ效蒸发器分离室，以及，使所述Ⅰ效蒸发器加热室产生的冷凝液依次输入Ⅰ效平衡桶、Ⅱ效平衡桶、Ⅲ效平衡桶、预热器；
使Ⅲ效蒸发器分离室排放的一部分污水依次输入离心设备、预热器，另一部分废水输入喷雾干燥设备。
9.根据权利要求1所述的PTA高盐废水处理回用及零排放处理方法，其特征在于：所述还原剂、非氧化性杀菌剂及阻垢剂分别为NaHSO3、异噻唑啉酮及聚马来酸酐；优选的，所述还原剂、非氧化性杀菌剂及阻垢剂的投加量分别为第一反渗透设备或第二反渗透设备中废水中的质量的1～2wt％、1～2wt％、2～10wt％；和/或，所述PTA高盐废水处理回用及零排放处理方法还包括向所述膜化学反应器及离子交换器中投加盐酸或氢氧化钠；优选的，所述盐酸、氢氧化钠的投加量分别为膜化学反应器或离子交换器中废水质量的5～10wt％、4～10wt％。
10.根据权利要求3所述的PTA高盐废水处理回用及零排放处理方法，其特征在于：所述Ⅰ效蒸发器加热室蒸汽温度为106～118℃，Ⅰ效蒸发器分离室产生的二次蒸汽的温度为104～110℃，所述Ⅱ效蒸发器加热室蒸汽温度为104～110℃，Ⅱ效蒸发器分离室产生的二次蒸汽的温度为88.7～98℃，所述Ⅲ效蒸发器加热室的加热温度为88.7～98℃，Ⅲ效蒸发器分离室产生的二次蒸汽的温度为60～70℃。
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