CN114538573A - 一种废水膜前预处理装置和膜前预处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种废水膜前预处理装置，包括：电化学反应池和分盐电渗析器；电化学反应池内安装有两组电极；第一组电极中，阳极为贵金属镀层电极，阴极为石墨电极、钛电极、不锈钢电极中的一种；第二组电极中，阳极为铁电极或铝电极，阴极为不锈钢电极或石墨电极。电化学反应池上设置有废水进口和产水出口；废水进口用于通入工业废水，产水出口与分盐电渗析器的淡液室进口连通，分盐电渗析器的淡液室出口与废水进口连通，分盐电渗析器的浓液室出口排出的液体为膜前预处理后的除杂水。结构简单，能够对不同水质的废水进行处理，高效低耗去除废水中的杂质。本发明还提出一种废水膜前预处理方法。

Description

一种废水膜前预处理装置和膜前预处理方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种废水膜前预处理装置和膜前预处理方法。
背景技术
近年来，随着化工、印染、造纸、医药、电池、钢铁、电镀等行业的高速发展，工业生产中产生大量的废水，生态环境面临巨大威胁。开发工业废水深度治理回用技术并发展高效低耗废水资源化技术装备是减少各行业污染物排放、提高清洁环保生产水平的关键，对我国推进工业的节能降碳具有重要意义。
资源化处理工业废水技术中膜分离技术具有回收率高、分离效率高、操作方便、占地面积小、工作环境好、自动化程度高、处理成本低等优点。因此各行业大多采用膜分离工艺处理各类废水，减少废水外排、实现废水资源化回收利用，提高经济和环境效益。
但是，在膜分离工艺处理废水过程中，废水中各类污染物对膜分离系统损害很大，通常废水在进入膜分离系统处理前需分别进行除硬、除硅、除有机污染物（COD）等预处理。然而目前的膜前预处理过程存在以下问题：1、需使用大量除杂药剂、氧化剂或催化剂等，会产生大量污泥且带入其他杂质；2、操作工艺复杂繁琐，难以应对不同水质的废水；3、对盐度高和/或有机污染物高的废水进行处理，污染物杂质去除效果低，无法保证处理产水品质；4、由于经过多道预处理工序，不仅会浪费其中可回用资源，而且药耗和电耗很高，长期运行也不稳定。可见，现有膜前预处理除杂技术还存在工艺复杂、自动化程度低、处理效果不稳定、产生污泥多、运行成本高、会引入其他杂质、设备更换周期短等问题。
发明内容
（一）要解决的技术问题
鉴于上述技术中存在的问题，本发明至少从一定程度上进行解决。为此，本发明的第一个目的在于提出一种废水膜前预处理装置，结构简单，能够对不同水质的废水进行处理，高效低耗去除废水中的杂质。
本发明的第二个目的在于提出一种废水膜前预处理方法。
（二）技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一方面，本发明提供一种废水膜前预处理装置，包括：电化学反应池和分盐电渗析器；电化学反应池内安装有两组电极；第一组电极中，阳极为贵金属镀层电极，阴极为石墨电极、钛电极、不锈钢电极中的一种；第二组电极中，阳极为铁电极或铝电极，阴极为不锈钢电极或石墨电极。电化学反应池上设置有废水进口和产水出口；废水进口用于通入工业废水，产水出口与分盐电渗析器的淡液室进口连通，分盐电渗析器的淡液室出口与废水进口连通，分盐电渗析器的浓液室出口排出的液体为膜前预处理后的除杂水。
可选地，电化学反应池内的电极为板式或圆柱式。
可选地，电化学反应池上还设置有用于添加酸溶液和/或碱溶液的加药口，加药口位于电化学反应池的顶部。
可选地，电化学反应池上还设置有沉降物出口和絮凝悬浮物出口，沉降物出口位于电化学反应池的下部，絮凝悬浮物出口位于电化学反应池的上部。
可选地，分盐电渗析器包括阳极和阴极，在阳极和阴极之间交替叠装单价选择性阳膜和复合亲水网布的阴膜，形成交替分布的淡液室和浓液室；其中，复合在阴膜上的亲水网布朝向阴极。
另一方面，本发明提供一种废水膜前预处理方法，包括以下步骤：
步骤S1、将工业废水通入电化学反应池内，根据工业废水中所需去除杂质的类别和含量，调节电化学反应池内的pH值，以及调节两组电极的通电方式进行电极反应，反应完成后获得电化学反应池产水。
步骤S2、将电化学反应池产水通入分盐电渗析器的淡液室，进行电渗析处理，处理完成后，收集分盐电渗析器浓液室内的液体作为膜前预处理后的除杂水。
作为本发明方法的一种改进，根据工业废水中所需去除杂质的类别和含量，调节电化学反应池内的pH值，以及调节两组电极的通电方式进行电极反应，包括：当工业废水的硬度在1000mg/L以下时，控制电化学反应池内的pH值为5~7进行电极反应；当工业废水的硬度大于1000mg/L时，控制电化学反应池内的pH值为8.5~10，并单独通电第一组电极。
作为本发明方法的一种改进，根据工业废水中所需去除杂质的类别和含量，调节电化学反应池内的pH值，以及调节两组电极的通电方式进行电极反应，包括：
当工业废水的COD含量大于600mg/L，重金属含量大于120 mg/L时，将电化学反应池内的pH值控制在5~7，共同通电两组电极进行反应。
当工业废水的COD含量大于600mg/L，重金属含量大于120 mg/L，硬度大于1000mg/L时，先将电化学反应池内的pH值控制在5~7，共同通电两组电极进行反应，再将电化学反应池内的pH值控制在8.5~10，单独通电第一组电极进行反应。
当工业废水的含硅化合物含量大于100mg/L，COD含量小于300 mg/L，硬度小于500mg/L时，将电化学反应池内的pH值控制在5~7，单独通电第二组电极进行反应。
当工业废水的COD含量大于400 mg/L，含硅化合物含量小于60mg/L时，将电化学反应池内的pH值控制在5~7，单独通电第一组电极进行反应。
作为本发明方法的一种改进，电渗析处理中，分盐电渗析器膜面流速为4-6cm/s，电流密度为200-700A/m2。
（三）有益效果
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的废水膜前预处理装置，通过在电化学反应池内安装两组电极，第一组电极去除废水COD和硬度效果突出，第二组电极去除废水COD和含硅化合物效果突出，根据废水中所需去除杂质的类别和含量，调节电化学反应池的pH值以及两组电极的通电方式进行电极反应，能够对不同水质的废水进行处理，提高电化学反应效率，高效低耗去除废水的浊度、硬度、有机污染物、含硅化合物、重金属等杂质。由于电化学反应池的产水仍然存在残留杂质，通过将电化学反应池的产水通入分盐电渗析器的淡液室，收集分盐电渗析器浓液室的液体作为膜前预处理后的除杂水，利用电渗析原理有效回收废水中可回用资源的同时，对残留杂质进行分离，效率高，确保产水品质。
2、本发明提供的废水膜前预处理装置中，在分盐电渗析器的阳极和阴极之间交替叠装单价选择性阳膜和复合亲水网布的阴膜，通过单价选择性阳膜，可以截留前端残留的多价阳离子，比如钙镁离子、重金属离子等；由于有机物大多是疏水的，通过复合亲水网布的阴膜，一方面能够截留前端残留的不带电有机污染物和含硅化合物，另一方面能够减缓带负电的有机污染物进入阴膜，造成阴膜污堵，起到减挡作用。从而进一步保证产水品质。
附图说明
本发明借助于以下附图进行描述：
图1是根据本发明具体实施方式的膜前预处理装置的结构示意图。
【附图标记说明】
1：电化学反应池；
11：第一组电极；12：第二组电极；13：废水进口；14：产水出口；15：加药口；16：沉降物出口；17：絮凝悬浮物出口；
2：分盐电渗析器。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应该被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
下面就参照附图来描述根据本发明实施例提出的废水膜前预处理装置。
如图1所示，为本发明实施例提出的废水膜前预处理装置，该废水膜前预处理装置包括电化学反应池1和分盐电渗析器2。其中，电化学反应池1内安装有两组电极；第一组电极11中，阳极为贵金属镀层电极，阴极为石墨电极、钛电极、不锈钢电极中的一种；第二组电极12中，阳极为铁电极或铝电极，阴极为不锈钢电极或石墨电极。电化学反应池1上设置有废水进口13和产水出口14；废水进口13用于通入工业废水，产水出口14与分盐电渗析器2的淡液室进口连通，分盐电渗析器2的淡液室出口与废水进口13连通，分盐电渗析器2的浓液室出口排出的液体为膜前预处理后的除杂水。
如此设置的废水膜前预处理装置，通过在电化学反应池1内安装两组电极，第一组电极11去除废水COD和硬度效果突出，第二组电极12去除废水COD和含硅化合物效果突出，根据废水中所需去除杂质的类别和含量，调节电化学反应池1的pH值以及两组电极的通电方式进行电极反应，能够对不同水质的废水进行处理，提高电化学反应效率，高效低耗去除废水的浊度、硬度、有机污染物、含硅化合物、重金属等杂质。由于电化学反应池1的产水仍然存在残留杂质，通过将电化学反应池1的产水通入分盐电渗析器2的淡液室，收集分盐电渗析器2浓液室的液体作为膜前预处理后的除杂水，利用电渗析原理有效回收废水中可回用资源的同时，对残留杂质进行分离，效率高，确保产水品质。
综上，本发明提供的膜前预处理装置，结构简单，能够有效去除废水中各类杂质，处理后产水品质好，并且药剂消耗少，大幅降低预处理过程污泥产生量，而且操作简单，具体运行涉及的工序少，运行稳定，为膜系统进水提供安全可靠保障，有效解决废水因盐浓度高或有机污染物浓度高导致预处理除杂效果差、成本高等问题。
优选地，第一组电极11中，阳极为贵金属镀层电极，阴极为石墨电极；第二组电极12中，阳极为铁电极或铝电极，阴极为不锈钢电极。如此，第一组电极11去除废水COD和硬度效果极好，第二组电极12去除废水COD和含硅化合物效果极好，进一步提高电化学反应效率。
优选地，电化学反应池1内的电极为板式或圆柱式。
优选地，电化学反应池1上还设置有用于添加酸溶液和/或碱溶液的加药口15，加药口15位于电化学反应池1的顶部。如此，方便添加酸碱溶液，以调节电化学反应池1内的pH值。
优选地，电化学反应池1上还设置有沉降物出口16和絮凝悬浮物出口17，沉降物出口16位于电化学反应池1的下部，絮凝悬浮物出口17位于电化学反应池1的上部。
优选地，分盐电渗析器2包括阳极和阴极，在阳极和阴极之间交替叠装单价选择性阳膜和复合亲水网布的阴膜，形成交替分布的淡液室和浓液室；其中，复合在阴膜上的亲水网布朝向阴极。通过单价选择性阳膜，可以截留前端残留的多价阳离子，比如钙镁离子、重金属离子等。由于有机物大多是疏水的，通过复合亲水网布的阴膜，一方面能够截留前端残留的不带电有机污染物和含硅化合物，另一方面能够减缓带负电的有机污染物进入阴膜，造成阴膜污堵，起到减挡作用。从而进一步保证产水品质。
基于上述废水膜前预处理装置，本发明还提供一种废水膜前预处理方法，包括以下步骤：
步骤S1、将工业废水通入电化学反应池内，根据工业废水中所需去除杂质的类别和含量，调节电化学反应池内的pH值，以及调节两组电极的通电方式进行电极反应，反应完成后获得电化学反应池产水。
优选地，根据工业废水中所需去除杂质的类别和含量，调节电化学反应池内的pH值，以及调节两组电极的通电方式进行电极反应，包括：当工业废水的硬度在1000mg/L以下时，控制电化学反应池内的pH值为5~7进行电极反应；当工业废水的硬度大于1000mg/L时，控制电化学反应池内的pH值为8.5~10，并单独通电第一组电极。如此，大幅提高电化学反应效率，降低能耗。
进一步优选地，根据工业废水中所需去除杂质的类别和含量，调节电化学反应池内的pH值，以及调节两组电极的通电方式进行电极反应，包括：当工业废水的COD含量大于600mg/L，重金属含量大于120 mg/L时，将电化学反应池内的pH值控制在5~7，共同通电两组电极进行反应。当工业废水的COD含量大于600mg/L，重金属含量大于120 mg/L，硬度大于1000mg/L时，先将电化学反应池内的pH值控制在5~7，共同通电两组电极进行反应，再将电化学反应池内的pH值控制在8.5~10，单独通电第一组电极进行反应。当工业废水的含硅化合物含量大于100mg/L，COD含量小于300 mg/L，硬度小于500 mg/L时，将电化学反应池内的pH值控制在5~7，单独通电第二组电极进行反应。当工业废水的COD含量大于400 mg/L，含硅化合物含量小于60mg/L时，将电化学反应池内的pH值控制在5~7，单独通电第一组电极进行反应。如此进行电极反应，电化学反应效率极高，可在短时间内完成电极反应，能耗低。
步骤S2、将电化学反应池产水通入分盐电渗析器的淡液室，进行电渗析处理，处理完成后，收集分盐电渗析器浓液室内的液体作为膜前预处理后的除杂水。
优选地，电渗析处理中，分盐电渗析器膜面流速为4-6cm/s，电流密度为200-700A/m2。膜面流速过高，淡液室内液体中的离子还来不及迁移液体便从分盐电渗析器中流出；膜面流速过低，当淡液室内液体中残留污染物过多时，膜（包括阴膜和阳膜）污堵过快；将分盐电渗析器膜面流速设置为4-6cm/s，对电化学反应池产水的处理效率高，同时阴膜不易污堵。电流密度过高，会对阴膜和阳膜造成不可逆的损坏；电流密度过低，不利于对电化学反应池产水的处理效率的提高；将电流密度设置为200-700A/m2，保护阴膜和阳膜的同时，对电化学反应池产水的处理效率较高。
以下是对本发明方案的应用实施例。
实施例1
在本实施例中，采用的膜前预处理装置中，电化学反应池内安装的第一组电极为板式贵金属镀层电极-石墨电极，第二组电极为圆柱式铁电极-不锈钢电极，分离电渗析器的阴极和阳极之间交替叠装单价选择性阳膜和复合亲水网布的阴膜，复合在阴膜上的亲水网布朝向阴极；处理的工业废水的浊度为39NTU，硬度为2065mg/L，COD 为1040mg/L，含硅化合物含量为136mg/L，铜离子含量为182mg/L。
步骤S1、将工业废水通入电化学反应池内，调节电化学反应池内的pH值为5，共同通电第一组电极和第二组电极进行反应，反应25min；然后调节电化学反应池内的pH值为9.5，单独通电第一组电极进行反应，反应18min，获得电化学反应池产水；
步骤S2、将电化学反应池产水通入分盐电渗析器的淡液室，控制分盐电渗析器膜面流速为6cm/s，电流密度为600A/m2，进行电渗析处理，处理完成后，收集分盐电渗析器浓液室内的液体作为膜前预处理后的除杂水。
经检测，除杂水浊度为0.2NTU，硬度为23mg/L，COD为37mg/L，含硅化合物含量为6mg/L，铜离子含量为0.05mg/L。
实施例2
在本实施例中，采用的膜前预处理装置中，电化学反应池内安装的第一组电极为板式贵金属镀层电极-石墨电极，第二组电极为板式铝电极-不锈钢电极，分离电渗析器的阴极和阳极之间交替叠装单价选择性阳膜和复合亲水网布的阴膜，复合在阴膜上的亲水网布朝向阴极；处理的工业废水的浊度为67NTU，硬度为370mg/L，COD为217mg/L，含硅化合物含量为129mg/L，镍离子含量为95mg/L。
步骤S1、将工业废水通入电化学反应池内，调节电化学反应池内的pH值为6.5，单独通电第二组电极进行反应，反应14min，获得电化学反应池产水；
步骤S2、将电化学反应池产水通入分盐电渗析器的淡液室，控制分盐电渗析器膜面流速为4cm/s，电流密度为700A/m2，进行电渗析处理，处理完成后，收集分盐电渗析器浓液室内的液体作为膜前预处理后的除杂水。
经检测，除杂水浊度为0 NTU，硬度为16mg/L，COD为19mg/L，含硅化合物含量为3mg/L，镍离子含量为0.06mg/L。
实施例3
在本实施例中，采用的膜前预处理装置中，电化学反应池内安装的第一组电极为圆柱式贵金属镀层电极-石墨电极，第二组电极为板式铝电极-不锈钢电极，分离电渗析器的阴极和阳极之间交替叠装单价选择性阳膜和复合亲水网布的阴膜，复合在阴膜上的亲水网布朝向阴极；处理的工业废水的浊度为42NTU，硬度为548mg/L，COD为469mg/L，含硅化合物含量为45mg/L，铁离子含量为50mg/L。
步骤S1、将工业废水通入电化学反应池内，调节电化学反应池内的pH值为7，单独通电第一组电极进行反应，反应20min，获得电化学反应池产水；
步骤S2、将电化学反应池产水通入分盐电渗析器的淡液室，控制分盐电渗析器膜面流速为5.5cm/s，电流密度为200A/m2，进行电渗析处理，处理完成后，收集分盐电渗析器浓液室内的液体作为膜前预处理后的除杂水。
经检测，除杂水浊度为0NTU，硬度为11mg/L，COD为14mg/L，含硅化合物含量为5mg/L，铁离子含量为0.03mg/L。
实施例4
在本实施例中，采用的膜前预处理装置中，电化学反应池内安装的第一组电极为板式贵金属镀层电极-石墨电极，第二组电极为板式铁电极-不锈钢电极，分离电渗析器的阴极和阳极之间交替叠装单价选择性阳膜和复合亲水网布的阴膜，复合在阴膜上的亲水网布朝向阴极；处理的工业废水的浊度为50NTU，硬度为464mg/L，COD为670mg/L，含硅化合物含量为197mg/L，镍离子含量为138mg/L。
步骤S1、将工业废水通入电化学反应池内，调节电化学反应池内的pH值为6，共同通电第一组电极和第二组电极进行反应，反应17min，获得电化学反应池产水；
步骤S2、将电化学反应池产水通入分盐电渗析器的淡液室，控制分盐电渗析器膜面流速为5cm/s，电流密度为500A/m2，进行电渗析处理，处理完成后，收集分盐电渗析器浓液室内的液体作为膜前预处理后的除杂水。
经检测，除杂水浊度为0.1NTU，硬度为15mg/L，COD为21mg/L，含硅化合物含量为3mg/L，镍离子含量为0.02mg/L。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种废水膜前预处理装置，其特征在于，包括：
电化学反应池（1）和分盐电渗析器（2）；
电化学反应池（1）内安装有两组电极；第一组电极（11）中，阳极为贵金属镀层电极，阴极为石墨电极、钛电极、不锈钢电极中的一种；第二组电极（12）中，阳极为铁电极或铝电极，阴极为不锈钢电极或石墨电极；
电化学反应池（1）上设置有废水进口（13）和产水出口（14）；废水进口（13）用于通入工业废水，产水出口（14）与分盐电渗析器（2）的淡液室进口连通，分盐电渗析器（2）的淡液室出口与废水进口（13）连通，分盐电渗析器（2）的浓液室出口排出的液体为膜前预处理后的除杂水。
2.根据权利要求1所述的废水膜前预处理装置，其特征在于，
电化学反应池（1）内的电极为板式或圆柱式。
3.根据权利要求1所述的废水膜前预处理装置，其特征在于，
电化学反应池（1）上还设置有用于添加酸溶液和/或碱溶液的加药口（15），加药口（15）位于电化学反应池（1）的顶部。
4.根据权利要求1所述的废水膜前预处理装置，其特征在于，
电化学反应池（1）上还设置有沉降物出口（16）和絮凝悬浮物出口（17），沉降物出口（16）位于电化学反应池（1）的下部，絮凝悬浮物出口（17）位于电化学反应池（1）的上部。
5.根据权利要求1所述的废水膜前预处理装置，其特征在于，
分盐电渗析器（2）包括阳极和阴极，在阳极和阴极之间交替叠装单价选择性阳膜和复合亲水网布的阴膜，形成交替分布的淡液室和浓液室；
其中，复合在阴膜上的亲水网布朝向阴极。
6.一种废水膜前预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将工业废水通入电化学反应池内，根据工业废水中所需去除杂质的类别和含量，调节电化学反应池内的pH值，以及调节两组电极的通电方式进行电极反应，反应完成后获得电化学反应池产水；
步骤S2、将电化学反应池产水通入分盐电渗析器的淡液室，进行电渗析处理，处理完成后，收集分盐电渗析器浓液室内的液体作为膜前预处理后的除杂水。
7.根据权利要求6所述的废水膜前预处理方法，其特征在于，
根据工业废水中所需去除杂质的类别和含量，调节电化学反应池内的pH值，以及调节两组电极的通电方式进行电极反应，包括：
当工业废水的硬度在1000mg/L以下时，控制电化学反应池内的pH值为5~7进行电极反应；当工业废水的硬度大于1000mg/L时，控制电化学反应池内的pH值为8.5~10，并单独通电第一组电极。
8.根据权利要求6所述的废水膜前预处理方法，其特征在于，
根据工业废水中所需去除杂质的类别和含量，调节电化学反应池内的pH值，以及调节两组电极的通电方式进行电极反应，包括：
当工业废水的COD含量大于600mg/L，重金属含量大于120 mg/L时，将电化学反应池内的pH值控制在5~7，共同通电两组电极进行反应；
当工业废水的COD含量大于600mg/L，重金属含量大于120 mg/L，硬度大于1000mg/L时，先将电化学反应池内的pH值控制在5~7，共同通电两组电极进行反应，再将电化学反应池内的pH值控制在8.5~10，单独通电第一组电极进行反应；
当工业废水的含硅化合物含量大于100mg/L，COD含量小于300 mg/L，硬度小于500 mg/L时，将电化学反应池内的pH值控制在5~7，单独通电第二组电极进行反应；
当工业废水的COD含量大于400 mg/L，含硅化合物含量小于60mg/L时，将电化学反应池内的pH值控制在5~7，单独通电第一组电极进行反应。
9.根据权利要求6所述的废水膜前预处理方法，其特征在于，
电渗析处理中，分盐电渗析器膜面流速为4-6cm/s，电流密度为200-700A/m2。
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