CN114163014A - 短流程零硬度预处理系统及污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种短流程零硬度预处理系统及污水处理方法，该短流程零硬度预处理系统包括膜软化反应装置、离子交换装置、产水箱和智能控制系统，膜软化反应装置内设置有膜组件；离子交换装置内设置有阳离子交换树脂；产水箱布置在膜软化反应装置和离子交换装置之间；智能控制系统与膜软化反应装置和离子交换装置电连接。该短流程零硬度预处理系统将膜软化反应装置和离子交换装置相结合，形成短流程、且产水水质稳定的零硬度预处理技术；并且通过智能控制系统进行全自动控制，保证产水水质。

Description

短流程零硬度预处理系统及污水处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种短流程零硬度预处理系统及污水处理方法。

背景技术

在中水处理或零排放项目中，目前常用的脱盐预处理除硬工艺多为“高密池+多介质+超滤”或进一步的“高密池+多介质+超滤+阳床”。需要先通过在高密池装置中投加化学药剂，将浓盐水中的部分钙、镁硬度进行化学反应生成沉淀去除，再经过多介质装置进行初步过滤，之后进入超滤装置进行进一步过滤，最后进入阳床装置进一步去除钙、镁硬度。

但是，目前常用的工艺流程存在以下问题：

第一，采用“高密池+多介质+超滤”工艺，其硬度去除不彻底，并且需要在进一步浓缩及蒸发结晶前再次增加多级多段除硬设施；而采用“高密池+多介质+超滤+阳床”工艺，由于传统高密池产水水质不稳定，导致阳床再生频繁或来不及再生，无法达到零硬度目的，使得系统运行不稳定，且酸碱再生液耗量大；

第二，传统工艺系统流程长、设备多、占地面积大、运行费用较高；

第三，运行自动化程度较低。

第四，污泥量大、污泥含水率高，常需另配污泥浓缩系统，且占地大。

发明内容

为解决上述传统工艺中存在的至少一个问题，本发明的主要目的在于提供一种短流程零硬度预处理系统及污水处理方法，该短流程零硬度预处理系统将膜软化反应装置和离子交换装置相结合，形成短流程、且产水水质稳定的零硬度预处理技术；并且通过智能控制系统进行全自动控制，保证产水水质。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种短流程零硬度预处理系统。

该短流程零硬度预处理系统包括：

膜软化反应装置，具有第一废水入口、第一出水口及药剂投放口；所述膜软化反应装置内设置有膜组件；所述膜组件为多个过滤膜管单端集合而成，并且所述膜组件的所述集合的一端与所述第一出水口相连通，另一端与所述第一废水入口相连通；

离子交换装置，具有第二废水入口和第二出水口；所述离子交换装置内设置有阳离子交换树脂，且布置在所述第二废水入口和所述第二出水口之间；

产水箱，具有水箱入口和水箱出口；所述产水箱布置在所述膜软化反应装置和所述离子交换装置之间，且所述水箱入口与所述第一出水口相连通，所述水箱出口与所述第二废水入口相连通；

智能控制系统，与所述膜软化反应装置和所述离子交换装置电连接。

进一步的，所述阳离子交换树脂采用弱酸阳离子交换树脂，所述弱酸阳离子交换树脂优选为多孔聚丙烯酸型树脂。

进一步的，还包括与所述智能控制系统电连接的第一调控装置；所述第一调控装置包括相互配合的第一pH调控机构和第一pH计，所述第一pH计用于实时检测所述膜软化反应装置内待处理废水的 pH值，并通过所述第一pH调控机构调节所述膜软化反应装置内待处理废水的pH值。

进一步的，还包括与所述智能控制系统电连接的第二调控装置；所述第二调控装置包括相互配合的第二pH调控机构和第二pH计，所述第二pH计用于实时检测所述产水箱内过滤清液的pH值，并通过所述第二pH调控机构调节将要流入所述产水箱的过滤清液的pH值。

进一步的，还包括与所述智能控制系统电连接的加药装置，所述加药装置包括相互配合的药剂投放器和流量计，所述药剂投放器连通所述药剂投放口；所述流量计用于实时检测流入所述膜软化反应装置内的废水流量，所述药剂投放器用于根据流量大小自动调节向所述膜软化反应装置中的加药量。

进一步的，还包括第一硬度检测仪和第二硬度检测仪；所述第一硬度检测仪用于实时检测经过所述膜软化反应装置处理后的废水硬度；所述第二硬度检测仪用于实时检测所述离子交换装置的产水硬度。

进一步的，还包括与所述智能控制系统电连接的酸碱再生系统，所述酸碱再生系统连接所述离子交换装置，且与所述第二硬度检测仪相互配合，用于根据所述离子交换装置的产水硬度对所述阳离子交换树脂进行酸碱再生。

进一步的，所述智能控制系统为PLC或DCS全自动智能控制系统。

为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种污水处理方法。

该污水处理方法基于上述的短流程零硬度预处理系统，包括以下步骤：

将待处理的废水输送至膜软化反应装置内，并通过所述膜组件；

在所述膜组件的过滤作用下，所述待处理的废水中固体污染物附着在膜组件表面；同时，经膜组件过滤后得到的过滤清液进入产水箱；

进入所述产水箱内的所述过滤清液输送至离子交换装置，并通过所述阳离子交换树脂；

在所述阳离子交换树脂的离子交换作用下，去除所述过滤清液的硬度，得到目标清液。

进一步的，还包括再生操作：

当所述目标清液的硬度≥1mg/L时，通过智能控制系统控制所述离子交换装置停止产水，并启动酸碱再生系统对所述阳离子交换树脂进行酸碱再生。

本发明中将“膜软化反应装置+离子交换装置”工艺流程用于硬度预处理。其中，膜软化技术通过药剂投加，使废水中的待处理物，如硬度、硅、重金属等物质从废水中析出，结晶，形成泥水混合悬浊液，泥水混合悬浊液直接通过膜过滤后将待处理物截留，从而达到软化除硅等目的。

与传统硬度预处理工艺相比，本发明的技术效果：

1、本发明简化了传统处理工艺流程，减少了静设备及动设备数量，从而降低了项目占地、运行能耗及运维费用。

2、本发明中废水的进水硬度在10000mg/L以下，膜软化反应装置的产水硬度＜30mg/L，离子交换装置的产水硬度基本为0；

废水的进水硬度在10000mg/L以上时，离子交换装置的产水硬度＜30mg/L。

3、本发明中的处理过程全部通过PLC或DCS全自动控制，其中，膜软化反应装置能根据进水水量及pH自动调节加药量；离子交换装置能根据产水硬度自动进行酸碱再生，可充分保证产水水质的稳定性。

4、本发明中离子交换再生周期长，酸碱再生液用量少，节省药剂且极大减少酸碱废水量。

5、本发明中设备所产污泥含水率可低于94％，污泥少，不需要配置污泥浓缩系统，利于污泥系统处理和设备配套。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明提供的实施例中短流程零硬度处理系统的结构示意图；

图2为本发明提供的实施例中膜组件的结构示意图。

图中：

1、膜软化反应装置；2、离子交换装置；3、产水箱；4、膜组件；5、过滤膜管；6、第一pH调控机构；7、第一pH计；8、药剂投放器；9、流量计；10、第二pH调控机构；11、第二pH计；12、第一硬度检测仪；13、第二硬度检测仪；14、第一泵体；15、第二泵体。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明中的短流程零硬度预处理系统主要应用于中水或零排放项目中的预处理除硬工艺中，用于去除水中的硬度。

如图1至图2所示，该短流程零硬度预处理系统包括膜软化反应装置1，其中，该膜软化反应装置1具有第一废水入口、第一出水口及药剂投放口(未图示)，膜软化反应装置1内部设置有膜组件4，膜组件4为多个过滤膜管5单端集合而成，并且膜组件4的集合的一端与第一出水口相连通，膜组件4的另一端与第一废水入口相连通；该短流程零硬度预处理系统还包括离子交换装置2，该离子交换装置2具有第二废水入口和第二出水口，离子交换装置2内部设置有阳离子交换树脂(未图示)，并且阳离子交换树脂布置在第二废水入口和第二出水口之间；该短流程零硬度预处理系统还包括产水箱 3，该产水箱3具有水箱入口和水箱出口，该产水箱3布置在膜软化反应装置1和离子交换装置2之间，并且水箱入口与第一出水口相连通，水箱出口与第二废水入口相连通；该短流程零硬度预处理系统还包括智能控制系统(未图示)，该智能控制系统与膜软化反应装置1和离子交换装置2电连接。其中，智能控制系统为PLC或DCS 全自动智能控制系统，均为现有技术中的传统结构，不作具体赘述。

在本发明的膜软化反应装置1中，调整待处理废水pH并投加除硬药剂，使待处理废水中钙、镁硬度发生化学反应，水分子及溶解态离子类可通过膜组件4进入产水管道，待处理废水中硬度经化学反应所产生的沉淀及其它固体污染物被截留在膜组件4外表面。

膜软化反应装置1的产水(过滤清液)进入离子交换装置2，过滤清液中钙、镁等阳离子会被阳离子交换树脂吸附，同时阳离子交换树脂中等物质量的钠离子被置换出来，本发明通过离子交换的方法去除水中剩余的硬度。

在本发明的实施例中，阳离子交换树脂采用H型或Na型弱酸阳离子交换树脂，有效吸附钙、镁等阳离子。

作为本发明的一种具体实施方式，弱酸阳离子交换树脂采用多孔聚丙烯酸型树脂，其具有高交换容量，可再生脱碱、对氢离子的亲合力极强，因此酸利用率极高、废酸的排放量很小、酸耗少。

在本发明中，膜软化反应装置1采用多个过滤膜管5单端集合而成的膜组件4，其中该膜组件4还可以为现有技术中的e-PTFE外压式抗污染管袋膜、高效细管膜或中空纤维膜。

如图1所示，该短流程零硬度预处理系统还包括与智能控制系统电连接的第一调控装置；其中，该第一调控装置包括相互配合的第一pH调控机构6和第一pH计7，第一pH调控机构6和第一pH 计7连锁并通过PLC或DCS程序来自动调节膜软化反应装置1中待处理废水的pH值；具体地，第一pH调控机构6和第一pH计7 均连接膜软化反应装置1，第一pH计7用于实时检测膜软化反应装置1内待处理废水的pH值，并通过第一pH调控机构6调节膜软化反应装置1内待处理废水的pH值。其中，膜软化反应装置1内待处理废水的pH值范围可以根据不同待处理废水的要求进行适当调整，视工艺需要设置；第一pH调控机构6可以为现有技术中常用的pH 调控结构，目的为通过酸碱调节待处理废水的pH值，不作具体限定。

如图1所示，该短流程零硬度预处理系统还包括与智能控制系统电连接的第二调控装置；其中，该第二调控装置包括相互配合的第二pH调控机构10和第二pH计11，第二pH调控机构10和第二 pH计11连锁并通过PLC或DCS程序来控制膜软化反应装置1的产水pH值；具体地，第二pH计11连接产水箱3，用于实时检测产水箱3内过滤清液的pH值，第二pH调控机构10设置在膜软化反应装置1和产水箱3之间，第二pH调控机构10根据第二pH计11的检测值实时调节从膜软化反应装置1内流出并将要流入产水箱3的过滤清液的pH值。其中，产水箱3内过滤清液的pH值范围可以根据不同待处理废水的要求进行适当调整，视工艺需要设置；第二pH 调控机构10可以为现有技术中常用的pH调控结构，目的为通过酸碱调节过滤清液的pH值，不作具体限定。

在本发明的实施例中，该短流程零硬度预处理系统还包括与智能控制系统电连接的加药装置。

如图1所示，该加药装置包括相互配合的药剂投放器8和流量计9，药剂投放器8和流量计9连锁，并根据待处理废水的流量大小通过PLC或DCS程序自动调节控制膜软化反应装置1中的除硬药剂加入量；其中，该药剂投放器8连通药剂投放口，用于向膜软化反应装置1内投放除硬药剂；流量计9用于实时检测流入膜软化反应装置1内的待处理废水流量，并且药剂投放器8用于根据流量大小自动调节向膜软化反应装置1中的加药量。

在本发明的实施例中，药剂投放器8中的除硬药剂的型号主要选用LD-CY1-02及LD-CY2-02。其中，LD-CY1-02型除硬药剂的主要成分是氢氧化钠、碳酸钠及无机絮凝剂；LD-CY2-02型除硬药剂的主要成分是氢氧化钠、碳酸钠、石灰及无机絮凝剂。

如图1所示，该短流程零硬度预处理系统还包括第一硬度检测仪12和第二硬度检测仪13；其中，第一硬度检测仪12设置在膜软化反应装置1与产水箱3之间，第一硬度检测仪12用于实时检测膜软化反应装置1的产水硬度情况，也即实时检测经过膜软化反应装置1处理后的过滤清液的硬度；第二硬度检测仪13设置在离子交换装置2的第二出水口处，用于实时检测离子交换装置2的产水硬度。

如图1所示，该短流程零硬度预处理系统还包括第一泵体14和第二泵体15，其中，第一泵体14连接膜软化反应装置1，待处理废水(如浓盐水)通过第一泵体14进入膜软化反应装置1内；第二泵体15设置在产水箱3与离子交换装置2之间，离子交换装置2通过第二泵体15与产水箱3相连，用于输送流出产水箱3的过滤清液至离子交换装置2内。

在本发明的实施例中，该短流程零硬度预处理系统还包括与智能控制系统电连接的酸碱再生系统。

离子交换装置2配置有酸碱再生系统，酸碱再生系与第二硬度检测仪13连锁，离子交换装置2的产水硬度会随着系统的运行而逐渐升高，当产水硬度≥1mg/L时，通过PLC或DCS程序可控制离子交换装置2停止产水，并且启动酸碱再生系统对其内部设置的阳离子交换树脂进行酸碱再生；当阳离子交换树脂再生完成后，离子交换装置2再自动投入运行进行产水。在此过程控制方法下，可以充分保证离子交换装置2产水水质的稳定性。

本发明中基于上述的短流程零硬度预处理系统，提出了一种污水处理方法。

该污水处理方法包括以下步骤：

通过第一泵体14将待处理的废水输送至膜软化反应装置1内，并通过膜组件4进行过滤；

在膜组件4的过滤作用下，待处理的废水中固体污染物附着在膜组件4表面；同时，经膜组件4过滤后得到的过滤清液进入产水箱3；例如，水分子及溶解态离子类通过膜组件4进入产水箱3，浓盐水中硬度经化学反应所产生的沉淀及其它固体污染物被截留在膜组件4外表面；

进入产水箱3内的过滤清液输送至离子交换装置2，并通过阳离子交换树脂；

在阳离子交换树脂的离子交换作用下，去除过滤清液的硬度，得到目标清液。

在本发明的实施例中，该污水处理方法还包括再生操作：

当经过离子交换装置2处理后得到的目标清液的硬度≥1mg/L 时，通过智能控制系统控制离子交换装置2停止产水，并启动酸碱再生系统对阳离子交换树脂进行酸碱再生。

以下将通过具体实施例对本发明中基于短流程零硬度处理系统的污水处理方法进行说明。

实施例1：

采用图1所示的短流程零硬度预处理系统处理某循环排污水浓水，其中，进入膜软化反应装置1的水质为：总硬度5800mg/L、钙硬度3200mg/L、镁硬度2600mg/L；

采用LD-CY1-02型除硬药剂，离子交换装置2选用多孔聚丙烯酸型树脂。并且，处理过程全部通过PLC全自动控制，其中，膜软化反应装置1根据进水水量及pH自动调节LD-CY1-02型除硬药剂的加药量，确保膜软化反应装置1内废水的pH值在10.5～11范围内；

经过膜软化反应装置1过滤处理后，膜软化反应装置1的产水水质为：总硬度20mg/L、钙硬度15mg/L、镁硬度5mg/L；

经过离子交换装置2处理后，离子交换装置2的产水水质为：总硬度0mg/L、钙硬度0mg/L、镁硬度0mg/L。

离子交换装置2能够根据产水硬度(≥1mg/L时)自动进行酸碱再生，可充分保证产水水质的稳定性。

实施例2：

采用图1所示的短流程零硬度预处理系统处理化工园区的排放污水，其中，进入膜软化反应装置1的水质为：总硬度310mg/L、钙硬度260mg/L、镁硬度50mg/L；

采用LD-CY2-02型除硬药剂，离子交换装置2选用多孔聚丙烯酸型树脂。并且，处理过程全部通过DCS全自动控制，其中膜软化反应装置1能根据进水水量及pH自动调节LD-CY2-02型除硬药剂的加药量，确保膜软化反应装置1内废水的pH值在10.5～11范围内；

经过膜软化反应装置1过滤处理后，膜软化反应装置1的产水水质为：总硬度10mg/L、钙硬度10mg/L、镁硬度0mg/L；

经过离子交换装置2处理后，离子交换装置2的产水水质为：总硬度0mg/L、钙硬度0mg/L、镁硬度0mg/L。

离子交换装置2能根据产水硬度(≥1mg/L时)自动进行酸碱再生，可充分保证产水水质的稳定性。

实施例3：

采用图1所示的短流程零硬度预处理系统处理某化工园区废水，其中，进入膜软化反应装置1的水质为：总硬度11000mg/L、钙硬度7000mg/L、镁硬度4000mg/L；

采用LD-CY2-02型除硬药剂，离子交换装置2选用多孔聚丙烯酸型树脂。并且，处理过程全部通过PLC全自动控制，其中膜软化反应装置1能够根据进水水量及pH自动调节LD-CY2-02型除硬药剂的加药量，确保膜软化反应装置1内废水的pH值在10.5～11范围内；

经过膜软化反应装置1过滤处理后，膜软化反应装置1的产水水质为：总硬度30mg/L、钙硬度20mg/L、镁硬度10mg/L；

经过离子交换装置2处理后，离子交换装置2的产水水质为：总硬度0.5mg/L、钙硬度0.3mg/L、镁硬度0.2mg/L。

离子交换装置2能根据产水硬度(≥1mg/L时)自动进行酸碱再生，可充分保证产水水质的稳定性。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列部件不必限于清楚地列出的那些部件，而是可包括没有清楚地列出的或对于部件固有的其它部件。

在本发明中，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“左”、“右”、“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。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或者组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或者位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或者连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明中涉及的“第一”、“第二”等的描述，该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种短流程零硬度预处理系统，其特征在于，包括：

膜软化反应装置，具有第一废水入口、第一出水口及药剂投放口；所述膜软化反应装置内设置有膜组件；所述膜组件为多个过滤膜管单端集合而成，并且所述膜组件的所述集合的一端与所述第一出水口相连通，另一端与所述第一废水入口相连通；

离子交换装置，具有第二废水入口和第二出水口；所述离子交换装置内设置有阳离子交换树脂，且布置在所述第二废水入口和所述第二出水口之间；

产水箱，具有水箱入口和水箱出口；所述产水箱布置在所述膜软化反应装置和所述离子交换装置之间，且所述水箱入口与所述第一出水口相连通，所述水箱出口与所述第二废水入口相连通；

智能控制系统，与所述膜软化反应装置和所述离子交换装置电连接。

2.根据权利要求1所述的短流程零硬度预处理系统，其特征在于，所述阳离子交换树脂采用弱酸阳离子交换树脂，所述弱酸阳离子交换树脂优选为多孔聚丙烯酸型树脂。

3.根据权利要求1所述的短流程零硬度预处理系统，其特征在于，还包括与所述智能控制系统电连接的第一调控装置；所述第一调控装置包括相互配合的第一pH调控机构和第一pH计，所述第一pH计用于实时检测所述膜软化反应装置内待处理废水的pH值，并通过所述第一pH调控机构调节所述膜软化反应装置内待处理废水的pH值。

4.根据权利要求1所述的短流程零硬度预处理系统，其特征在于，还包括与所述智能控制系统电连接的第二调控装置；所述第二调控装置包括相互配合的第二pH调控机构和第二pH计，所述第二pH计用于实时检测所述产水箱内过滤清液的pH值，并通过所述第二pH调控机构调节将要流入所述产水箱的过滤清液的pH值。

5.根据权利要求1所述的短流程零硬度预处理系统，其特征在于，还包括与所述智能控制系统电连接的加药装置，所述加药装置包括相互配合的药剂投放器和流量计，所述药剂投放器连通所述药剂投放口；所述流量计用于实时检测流入所述膜软化反应装置内的废水流量，所述药剂投放器用于根据流量大小自动调节向所述膜软化反应装置中的加药量。

6.根据权利要求1所述的短流程零硬度预处理系统，其特征在于，还包括第一硬度检测仪和第二硬度检测仪；所述第一硬度检测仪用于实时检测经过所述膜软化反应装置处理后的废水硬度；所述第二硬度检测仪用于实时检测所述离子交换装置的产水硬度。

7.根据权利要求6所述的短流程零硬度预处理系统，其特征在于，还包括与所述智能控制系统电连接的酸碱再生系统，所述酸碱再生系统连接所述离子交换装置，且与所述第二硬度检测仪相互配合，用于根据所述离子交换装置的产水硬度对所述阳离子交换树脂进行酸碱再生。

8.根据权利要求1所述的短流程零硬度预处理系统，其特征在于，所述智能控制系统为PLC或DCS全自动智能控制系统。

9.基于权利要求1-8任一项所述的短流程零硬度预处理系统的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待处理的废水输送至膜软化反应装置内，并通过所述膜组件；

在所述膜组件的过滤作用下，所述待处理的废水中固体污染物附着在膜组件表面；同时，经膜组件过滤后得到的过滤清液进入产水箱；

进入所述产水箱内的所述过滤清液输送至离子交换装置，并通过所述阳离子交换树脂；

在所述阳离子交换树脂的离子交换作用下，去除所述过滤清液的硬度，得到目标清液。

10.根据权利要求9所述的污水处理方法，其特征在于，还包括再生操作：

当所述目标清液的硬度≥1mg/L时，通过智能控制系统控制所述离子交换装置停止产水，并启动酸碱再生系统对所述阳离子交换树脂进行酸碱再生。

Images