CN112321099B - 一种处理再生水中尿素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超纯水水处理技术领域，具体的说是一种处理再生水中尿素的方法，该方式包括以下步骤为：S1：将再生水进入再生水池，再生水池的水经过水泵的输送，通过热交换器，将水温调节到23±1℃；S2:所述膜曝气生物反应池里设置有生物膜，所述生物膜采用PVDF材质制成，所述膜曝气生物反应池使用经筛选后的菌种；S3：再生水在进入玻璃填料过滤器之前通过加入盐酸调节pH至6.5‑6.8之间，同时加入杀菌剂和絮凝剂，玻璃填料反应器产水进入超纯水系统的制成系统，后续经过阳离子交换树脂塔、脱炭酸塔、阴离子交换树脂塔、反渗透膜、混床型离子交换树脂塔和脱气膜装置，制备成为超纯水供应至供水点使用。
Description
技术领域
本发明属于超纯水水处理技术领域，具体的说是一种处理再生水中尿素的方法。
背景技术
在半导体、液晶面板等电子设备制造领域中，为了清洗产品，需要使用大量含有极少量杂质、离子和有机物的超纯水；其中，在半导体的制造工序中，伴随着半导体的制成的减小、晶圆尺寸的扩大，对所使用的超纯水提出了越来越高的要求。
在半导体的制造工序中所使用的超纯水主要通过超纯水制造系统来制造，再供给至使用点，所述纯水制造系统包括：预处理系统、制成系统、抛光系统；预处理系统多使用基于凝集过滤、微滤膜、超滤膜等的除浊度处理装置，基于活性炭等的脱氯处理装置来对原水进行除浊。制成系统通过离子交换装置、反渗透膜等装置的不同组合去除预处理出水中所含的离子、TOC等杂质。抛光系统通过紫外线氧化装置(UV装置)、混床式离子交换装置、膜式脱气装置、抛光超滤膜装置(UF装置)等来去除制成系统产水中极微量的微粒、微量离子以及极其微量的有机物，来制造纯度更高的超纯水。
上述的纯水制造系统，由于对于其生产的纯水的纯度的要求不断提升，与之相伴的需要得到更低的总有机碳(TOC)浓度。在纯水的TOC成分中，尿素是十分难去除的，尤其在TOC浓度要求极低的条件下，尿素的去除对TOC含量的产生的影响极大，最终导致超纯水系统的终端TOC超标。尿素的超标会影响半导体生产的光刻胶的性能，从而严重影响半导体产品的良率。
专利CN201180012482.7通过先添加水溶性溴化物盐和氧化剂，再用生物处理设备进行生物处理的方法来实现尿素的高度分解。但在原水尿素浓度较大时，添加过多药剂会增大后续处理设备的离子负荷；而且经过化学加药法处理的原水里会有氧化剂，需添加还原剂保证后续的生物处理设备正常运行。
专利CN201180050274.6通过两级生物处理装置实现尿素的高度分解，生物处理装置后添加菌体分离装置避免污泥进入纯水系统。两级生物处理需要巨大的占地面积和水力停留时间，且抗冲击能力较差。
处理再生水中尿素的方法用到热交换器，再生水进入热交换器进行温度调节时，由于再生水中含有碳酸钙，而碳酸钙会在热交换器的管道中沉积结垢，该沉积结垢会影响热交换器冷热交换效率，为此在碳酸钙未沉积结垢之间将碳酸钙排出管道。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种处理再生水中尿素的方法，利用流动注射分析技术和高级氧化技术定量分析制备原水或产水的尿素浓度，根据本发明的目的，提供了一种处理再生水中尿素的方法，该方法包括以下步骤为：
S1：将再生水进入再生水池，再生水池的水经过水泵的输送，通过热交换器，将水温调节到23±1℃；
S2:所述膜曝气生物反应池里设置有生物膜，所述生物膜采用PVDF材质制成，所述膜曝气生物反应池使用经筛选后的菌种；
S3：再生水在进入玻璃填料过滤器之前通过加入盐酸调节pH至6.5-6.8之间，同时加入杀菌剂和絮凝剂，玻璃填料过滤器产水进入超纯水系统的制成系统，后续经过阳离子交换树脂塔、脱炭酸塔、阴离子交换树脂塔、反渗透膜、混床型离子交换树脂塔和脱气膜装置，制备成为超纯水供应至供水点使用。
优选的，再生水池内设置有膜曝气生物反应器，且在同一反应器中连续硝化反硝化，反应池内需投加碳源和氨性的氮源。
优选的，所述PVDF材质进行疏水改性，使其表面有一层α,β-二羟基聚二甲基硅氧烷(PDMS)，使其具有更好的疏水性，可以大大减少生物膜挂膜时间，减少现场调试时间，增加MABR生物膜运行稳定性。
优选的，所述菌种在使用前进行菌种筛选，通过在小试试验装置汇总通过投加碳源、氮源作为营养，运行7-14天后，逐步减少碳和氮的总量，同时逐步投加尿素，增加尿素在营养中的比例，最终尿素占比为50％，对菌种进行筛选，最后残留的菌种，长期保存，使用时投加至膜曝气生物反应池，进行调试运行。
优选的，所述再生水从而从水池下部进入，由上部溢流口排出，碳氮比选择5-7，膜曝气生物反应池水力停留时间2-4h，曝气压力控制在0.02MPa。
优选的，所述碳源应为易分解性的有机物，且碳源为乙酸、柠檬酸有机酸、乙酸钠有机酸盐、甲醇、乙醇醇类、丙酮有机溶剂其中的一种，投加的氨性氮源需要选用易于后续系统中反渗透或离子交换树脂去除的具有离子性的氨性氮源的氯化铵、硫酸铵等铵盐。
优选的，所述S1中的热交换器包括壳体；所述壳体的一端设有电机；所述电机螺栓固接在壳体的一端，电机的输出轴伸入壳体内，且电机的输出轴端部设有转动轴，转动轴的外圈设有刮板；所述壳体内部设有用于冷热交换的水腔；所述水腔的剖切面呈U形，水腔的开口端固接在壳体的另一端内壁，且水腔的开口端设有给水管和排水管，水腔的另一端固接在壳体的一端的内侧壁上，且水腔的另一端开设通孔，且通孔内间隙配合转动轴，水腔的中心空腔内壁贴附刮板；所述壳体的另一端设有进水管，且进水管贯穿壳体伸入水腔的中心位置，壳体的一端设有出水管，且出水管贯穿壳体伸入水腔的中心位置，且出水管通过水腔的中心位置的空腔连通排水管。
优选的，所述水腔的中心空腔侧壁设计成波纹面；所述刮板的端部设计成与波浪面相适应的形状。
优选的，所述刮板的端部倾斜30-45度角设计。
优选的，所述转动轴的设有两个螺旋叶片，其中一螺旋叶片位于在进水管的出水口处，另一个螺旋叶位于排水管的进水口处。
优选的，所述壳体内侧壁与水腔外侧壁之间设有保温海绵层
本发明的有益效果如下：
本系统采用膜曝气生物反应池和由椰壳活性炭和玻璃填料填充
纯水系统中制成系统对进水水质的要求，且该方法具有如下优点:
一、防止滤料板结，利用玻璃填料永久的金属氧化物以形成高氧化还原电位的特性，使玻璃填料自我消毒，可以有效去除MABR产水中的微生物，减少过滤器之前杀菌剂的使用量，防止滤料板结的现象发生。
二、针对尿素特性进行生物去除，MABR具备优良的除碳脱氮性能，可以在同一反应器内实现连续硝化反硝化，针对尿素的特性对尿素进行深度处理。
三、有利于降低能耗，减小占地面积，氧气以无泡的形式经过膜壁进入生物膜，可直接被微生物利用，氧气利用率高，且较低的供氧压力便能满足曝气所需；相较于传统的生物法处理有机物，MABR可以有效减小占地面积。
四、防止生物膜脱落，MABR中的曝气膜除曝气功能外，还是生物膜生长的良好载体；微生物依附于膜外壁面生长形成生物膜，无泡曝气不产生气泡，生物膜不会受到气泡的摩擦，因此不易脱落。
五、缩短生物膜挂膜时间。采用改性MABR生物膜丝，具有更高的表面粗糙度和更好的疏水性，可以大大减少生物膜挂膜时间，减少现场调试时间，增加MABR生物膜运行稳定性。
六、除尿素特殊菌种。所用的微生物菌种通过筛选，对高尿素的污水具有更好地处理效果和耐受性，可以有效提高生物法的处理效果，增加MABR生物膜运行稳定性。
七、刮板贴附水腔中心位置空腔侧壁转动，刮板并将粘附在空腔侧壁上碳酸钙位置刮取掉，碳酸钙并从再生水一齐通过出水管排出，再生水中的碳酸钙在未沉积结垢之前排出，避免碳酸钙的沉积结垢，影响热交换器冷热交换效率现象的发生。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明中的处理再生水中尿素的方式流程图；
图2为本发明中的玻璃填料过滤器示意图；
图3为本发明中的所使用热交换器的立体图；
图4为本发明中的所使用热交换器的剖视图；
图5是图4中A处的局部放大图；
图中：壳体1、进水管11、出水管12、保温海绵层13、电机2、转动轴21、螺旋叶片211、刮板22、水腔3、给水管31、排水管32。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1-图5，
一种处理再生水中尿素的方法，该方法包括以下步骤为：
S1：将再生水进入再生水池，再生水池的水经过水泵的输送，通过热交换器，将水温调节到23±1℃；
S2:再生水进入到膜曝气生物反应池；
S3：再生水在进入玻璃填料过滤器之前通过加入盐酸调节pH至6.5-6.8之间，同时加入杀菌剂和絮凝剂，玻璃填料过滤器产水进入超纯水系统的制成系统，后续经过阳离子交换树脂塔、脱炭酸塔、阴离子交换树脂塔、反渗透膜、混床型离子交换树脂塔和脱气膜装置，制备成为超纯水供应至供水点使用。
作为本发明的一种具体实施方式，再生水池内设置有膜曝气生物反应器，且在同一反应器中连续硝化反硝化，反应池内需投加碳源和氨性的氮源。
作为本发明的一种具体实施方式，所述再生水从而从水池下部进入，由上部溢流口排出，碳氮比选择5-7，膜曝气生物反应池水力停留时间2-4h，曝气压力控制在0.02MPa。
作为本发明的一种具体实施方式，所述碳源应为易分解性的有机物，且碳源为乙酸、柠檬酸有机酸、乙酸钠有机酸盐、甲醇、乙醇醇类和丙酮有机溶剂其中的一种。
作为本发明的一种具体实施方式，所述S1中的热交换器包括壳体1；所述壳体1的一端设有电机2；所述电机2螺栓固接在壳体1的一端，电机2的输出轴伸入壳体1内，且电机2的输出轴端部设有转动轴21，转动轴21的外圈设有刮板22；所述壳体1内部设有用于冷热交换的水腔3；所述水腔3的剖切面呈U形，水腔3的开口端固接在壳体1的另一端内壁，且水腔3的开口端设有给水管31和排水管32，水腔3的另一端固接在壳体1的一端的内侧壁上，且水腔3的另一端开设通孔，且通孔内间隙配合转动轴21，水腔3的中心空腔内壁贴附刮板22；所述壳体1的另一端设有进水管11，且进水管11贯穿壳体1伸入水腔3的中心位置，壳体1的一端设有出水管12，且出水管12贯穿壳体1伸入水腔3的中心位置，且出水管12通过水腔3的中心位置的空腔连通排水管32；再生水进入热交换器进行温度调节时，由于再生水中含有碳酸钙，而碳酸钙会在热交换器的管道中沉积结垢，该沉积结垢会影响热交换器冷热交换效率，为此在碳酸钙未沉积结垢之间将碳酸钙排出管道；再生水通过进水管11鼓入水腔3的中心位置时，再生水与水腔3内侧壁发生热交换，将再生水的温度调节至23±1℃，同时电机2转动并带动转动轴21转动，转动轴21带动管板转动，而刮板22转动时，刮板22贴附水腔3中心位置空腔侧壁转动，刮板22并将粘附在空腔侧壁上碳酸钙位置刮取掉，碳酸钙并从再生水一齐通过出水管12排出，此时再生水中的碳酸钙在未沉积结垢之前排出，避免碳酸钙的沉积结垢，影响热交换器冷热交换效率现象的发生。
作为本发明的一种具体实施方式，所述水腔3的中心空腔侧壁设计成波纹面；所述刮板22的端部设计成与波浪面相适应的形状；通过将水腔3的中心空腔侧壁设计成波纹面，增大再生水与水腔3侧壁接触面积，提高再生水的热交换效率。
作为本发明的一种具体实施方式，所述刮板22的端部倾斜30-45度角设计；刮板22占据水腔3的空腔空间，刮板22阻碍再生水的流动速度，为此将刮板22的端部倾斜30-45度角设计，刮板22转动的同时，将进水管11排出空腔内部的再生水推送到出水管12处，即加快再生水在空腔内流动的速度，从而抵消部分刮板22本身对再生水流动的阻碍。
作为本发明的一种具体实施方式，所述转动轴21的设有两个螺旋叶片211，其中一螺旋叶片211位于在进水管11的出水口处，另一个螺旋叶片211位于出水管12的进水口处；转动轴21带动螺旋叶片211转动，螺旋叶片211分别将进水管11的出水口处的再生水向出水管12方向推去，将出水管12的进水口处的再生水排出，在保证再生水冷热交换的前提下，进一步增大再生水的冷热交换效率。
作为本发明的一种具体实施方式，所述壳体1内侧壁与水腔3外侧壁之间设有保温海绵层13；通过保温海绵层13，减小水腔3内部的液体的温度变化，以及减小外界空气温度对水腔3内部的液体的影响。
实施例1：某液晶面板厂，原水中再生水比例55％，6～8月份尿素含量高达4～5ppm；本案例实施包括以下步骤：
第一步：再生水温度20℃，流量450m3/h，通过热换热器把水温调节到24℃，热源温度36℃，回水温度30℃；
第二步：加热后的再生水进入膜曝气生物反应池，水从水池下部进入，由上部溢流口排出，碳氮比选择6.5，膜曝气生物反应池水力停留时间2h，曝气压力控制在0.02MPa；加入的碳源为乙酸钠，氮源为氯化铵，出水尿素含量稳定达0.05～0.1ppm；
第三步：经过膜曝气生物反应池的再生水进入玻璃填料过滤器水进入玻璃填料过滤器，在进入玻璃填料过滤器之前通过加入盐酸调节pH至6.8，然后同时加入PAC，加药量分别为10mg/L，滤料从上到下依次为：活性炭和玻璃填料，过滤器的过滤流速为20m/h，出水浊度＜0.1NTU，余氯＜0.01mg/L；
第四步：玻璃填料过滤器反洗周期为24h，反洗流速为45m/h，反洗过程不需要气反洗；
第五步：玻璃填料过滤器出水直接进入纯水系统的制成系统。
实施例2：某电子厂，原水中再生水比例40％，6～8月份尿素含量高达3～3.5ppm，本案例实施包括以下步骤：
第一步：再生水温度20℃，流量450m3/h，通过热换热器把水温调节到24℃，热源温度36℃，回水温度30℃；
第二步：加热后的再生水进入膜曝气生物反应池，水从水池下部进入，由上部溢流口排出，碳氮比选择5.6，膜曝气生物反应池水力停留时间2h，曝气压力控制在0.02MPa；加入的碳源为柠檬酸，氮源为氯化铵，出水尿素含量稳定达0.05～0.1ppm；
第三步：经过膜曝气生物反应池的再生水进入玻璃填料过滤器水进入玻璃填料过滤器，在进入玻璃填料过滤器之前通过加入盐酸调节pH至6.8，然后同时加入PAC，加药量分别为20mg/L，滤料从上到下依次为：活性炭和玻璃填料，过滤器的过滤流速为18m/h，出水浊度＜0.1NTU，余氯＜0.01mg/L；
第四步：玻璃填料过滤器反洗周期为24h，反洗流速为40m/h，反洗过程不需要气反洗；
第五步：玻璃填料过滤器出水直接进入纯水系统的制成系统。
对比例：某电子厂，原水中再生水比例50％，6～8月份尿素含量3-4ppm，本案例实施包括以下步骤：
第一步：再生水温度20℃，流量100m3/h，通过热换热器把水温调节到24℃，热源温度36℃，回水温度30℃；
第二步：加热后的再生水进入两级生物反应池，水进入一级生物反应池时投加葡萄糖作为碳源，水利停留时间3h，同时在生物反应器中曝气，水进入二级生物反应池时投加硫酸铵作为氮源，水利停留时间3h，同时在生物反应器中曝气；
第三步：在二级生物反应池后投加还原剂和黏泥控制剂，产水中的尿素浓度为0.1～0.3ppm，产水进入超纯水系统的预处理系统，经过多介质过滤器和活性炭过滤器进入到纯水系统的制成系统。
采用“换热器、由椰壳活性炭和玻璃填料填充的玻璃填料过滤器”的预处理工艺流程，最终出水水质可以达到出水浊度＜0.1NTU，TOC为1.6-1.8mg/L，余氯＜0.01mg/L，处理流程更加简洁，对比“多介质过滤器+活性炭过滤器”工艺，无气反洗流程，消除风机运行噪声和振动，减少杀菌剂的投加量70-80％，减少设备占地面积60％；对比“超滤+活性炭过滤器”工艺，减少设备购置成本，减少100％的化学清洗废液排放，减少设备占地面积40％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种处理再生水中尿素的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤为：
S1：将再生水进入再生水池，再生水池的水经过水泵的输送，通过热交换器，将水温调节到23±1℃；
S2:再生水进入到膜曝气生物反应池,所述膜曝气生物反应池里设置有生物膜，所述生物膜采用PVDF材质制成，所述膜曝气生物反应池使用经筛选后的菌种；
S3：再生水在进入玻璃填料过滤器之前通过加入盐酸调节pH至6.5-6.8之间，同时加入杀菌剂和絮凝剂，玻璃填料过滤器产水进入超纯水系统的制成系统，后续经过阳离子交换树脂塔、脱炭酸塔、阴离子交换树脂塔、反渗透膜、混床型离子交换树脂塔和脱气膜装置，制备成为超纯水供应至供水点使用；
再生水池内设置有膜曝气生物反应器，且在同一反应器中连续硝化反硝化，反应池内需投加碳源和氨性的氮源；
所述PVDF材质进行疏水改性，使其表面有一层α,β-二羟基聚二甲基硅氧烷；
所述菌种在使用前进行菌种筛选，通过在小试试验装置汇总通过投加碳源、氮源作为营养，运行7-14天后，逐步减少碳和氮的总量，同时逐步投加尿素，增加尿素在营养中的比例，最终尿素占比为50%，对菌种进行筛选，最后残留的菌种，长期保存，使用时投加至膜曝气生物反应池，进行调试运行；
所述再生水从而从水池下部进入，由上部溢流口排出，碳氮比选择5-7，膜曝气生物反应池水力停留时间2-4h，曝气压力控制在0.02MPa；
所述碳源为乙酸、柠檬酸、乙酸钠、甲醇、乙醇、丙酮中的一种，所述的氨性的氮源为氯化铵或硫酸铵；
所述S1中的热交换器包括壳体；所述壳体的一端设有电机；所述电机螺栓固接在壳体的一端，电机的输出轴伸入壳体内，且电机的输出轴端部设有转动轴，转动轴的外圈设有刮板；所述壳体内部设有用于冷热交换的水腔；所述水腔的剖切面呈U形，水腔的开口端固接在壳体的另一端内壁，且水腔的开口端设有给水管和排水管，水腔的另一端固接在壳体的一端的内侧壁上，且水腔的另一端开设通孔，且通孔内间隙配合转动轴，水腔的中心空腔内壁贴附刮板；所述壳体的另一端设有进水管，且进水管贯穿壳体伸入水腔的中心位置，壳体的一端设有出水管，且出水管贯穿壳体伸入水腔的中心位置，且出水管通过水腔的中心位置的空腔连通排水管。
2.根据权利要求1所述的一种处理再生水中尿素的方法，其特征在于：所述水腔的中心空腔侧壁设计成波纹面；所述刮板的端部设计成与波浪面相适应的形状。
3.根据权利要求1所述的一种处理再生水中尿素的方法，其特征在于：所述刮板的端部倾斜30-45度。
4.根据权利要求1所述的一种处理再生水中尿素的方法，其特征在于：所述转动轴上设有两个螺旋叶片，其中一螺旋叶片位于在进水管的出水口处，另一个螺旋叶片位于排水管的进水口处。
5.根据权利要求1所述的一种处理再生水中尿素的方法，其特征在于：所述壳体内侧壁与水腔外侧壁之间设有保温海绵层。
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