CN114790050B - 一种废水深度处理与旁路ro膜协同再生的系统与方法 - Google Patents
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Abstract
一种废水深度处理与旁路RO膜协同再生的系统与方法，其中系统包括依次管道连接的臭氧气浮发生器、多介质过滤器、超滤装置、超滤水箱、RO装置、RO产水水箱，连接多介质过滤器的出口管设有第一回用水管路，连接RO产水水箱的出口管设有第二回用水管，连接多介质过滤器的出口管和第二回用水管设有用于将多介质过滤器的出水引入第二回用水管、以调节第二回用水管回用水水质的旁路水管，旁路水管上设有流量控制器。本发明通过直接回用深度处理出水到水质要求低的工序，降低进膜水量，减少膜系统能耗，将深度处理出水与RO产水按特定比例混合，进一步提升产水量，提升系统间协调能力，降低系统能耗。
Description
技术领域
本发明涉及污水再生技术领域，具体涉及一种废水深度处理与旁路RO膜协同再生的系统及方法。
背景技术
我国淡水供应面临的压力日益增大，随着污水处理技术的进步，再生水回用潜力不断扩大，可有效缓解这一压力。高效的工业废水处理可以通过提供再生水来增加供水量，通过去除废水中的污染物来减少水污染。处理后的工业废水大部分被回收再利用，特别是在发电和钢铁行业工业，因此废水处理与回用将为工业生产提供水源，减少废水排放，使出水污染物浓度降至最低。
膜技术无需添加任何化学物质就可产生可降解的水，工艺简单，布置合理，在过去的十年中，膜技术已经成为一种广泛应用的污水再生技术，尤其是采用双膜法的处理，双膜法即超滤膜/RO膜的串联组合方式（见图1），现有市政二级出水和工业二级处理水的再生，要么完全依靠双膜法的截留作用得以完成，要么通过深度处理加双膜法形式达到目标。传统双膜法产水水质优良，然而对于染色用水和漂洗用水，在利用深度处理的工业废水时，深度处理后的工业废水，其水质指标值远高于染色回用水质标准(HJ471-2009)限定的染色用水和漂洗用水标准要求，因此，现有的污水处理系统以串联为主，出水水质较好，但系统间协同能力差，所产水在回收利用时，存在能耗较高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废水深度处理与旁路RO膜协同再生的系统与方法，以解决现有水处理系统存在的系统间协调能力差，再生水工艺能耗较高的问题。
本发明为了达到上述目的所采用的技术方案是：
一种废水深度处理与旁路RO膜协同再生的系统，包括依次管道连接的臭氧气浮发生器、多介质过滤器、超滤装置、超滤水箱、RO装置、RO产水水箱，连接多介质过滤器的出口管设有第一回用水管路，连接RO产水水箱的出口管设有第二回用水管，连接多介质过滤器的出口管和第二回用水管设有用于将多介质过滤器的出水引入第二回用水管、以调节第二回用水管回用水水质的旁路水管，旁路水管上设有流量控制器。
进一步地，所述臭氧气浮发生器的进口管上设有用于连接PAC药罐的加药管，加药管上设有加药泵。
进一步地，还包括臭氧发生器和溶气泵，臭氧发生器和溶气泵依次管道连接臭氧气浮发生器。
进一步地，所述第二回用水管上设有水质分析器。
进一步地，所述水质分析器为用于检测第二回用水管中回用水吸光度的吸光光度计。
进一步地，所述水质分析器通过控制单元连接流量控制器。
一种废水深度处理与旁路RO膜协同再生的方法，包括以下步骤：
污水混合PAC后依次经臭氧气浮装置、多介质过滤器进行脱色、降低SS、去除有机物和杀菌处理，
从多介质过滤器的出水一部分直接用作第一回用水，一部分依次经超滤装置、RO装置进行再生处理，剩余的经旁路管道绕过超滤和RO装置直接与RO装置的出水进行混合得到第二回用水。
进一步地，向臭氧气浮装置内通过溶气泵泵入溶有臭氧空气的溶气水，溶气水的气水比为（10～15）：1，溶气水量为臭氧气浮装置进水量的35%-45%。
进一步地，所述旁路管道上设有流量控制器，依据第二回用水水质调节流量控制器的开度大小。
进一步地，所述流量控制器的阀门开度依据以下调节：
定义流量控制器的阀门开度系数：
其中，y为阀门开度系数；
α为系数；
C为混合水吸光度，cm-1；
n为流量控制器所控制旁路流量与臭氧气浮发生器出水水量之比；
β为吸光度系数；
r为水量比例指数。
本发明的有益效果：
1、本发明所提供废水深度处理与旁路RO膜协同再生的系统，其在双膜处理前增加一级深度处理系统，深度处理系统出水进入多介质过滤器，过滤器出水分为三个支流，一条支流称为普通再生水，直接回用于对给水水质要求一般的生产工序，称为初级回用；一条支流进入双膜系统；第三条支流和双膜系统产水混合，生成优质再生水，回用于对水质要求较高的生产工序，通过直接回用深度处理出水到水质要求低的工序，降低进膜水量，减少膜系统能耗，将深度处理出水与RO产水按特定比例混合，进一步提升产水量，降低系统能耗，系统间协调能力较强。
2、本发明所提供废水深度处理与旁路RO膜协同再生的方法，其首先通过臭氧气浮深度处理装置，对印染废水二级处理水进行臭氧-气浮耦合处理，再利用RO膜系统对无机离子过滤分离，一方面臭氧气浮深度处理降低有机物、减少细菌量，有助于减少RO膜污染。另一方面，RO膜系统产水水质优秀，和臭氧气浮深度处理出水混合，具有节能降耗、提升臭氧气浮深度处理出水水质的作用，在满足生产回用的同时，使得回用水水量最大化，采用本方法进行印染废水二级处理水再生，能够提升产水率约12%，同等产水率条件下，较传统直接双膜法工艺节省费用达8%左右。
附图说明：
图1为现有双膜法系统进行处理废水的系统流程示意图；
图2为本发明所提供一种废水深度处理与旁路RO膜协同再生系统的系统流程示意图。
图中标记：1、臭氧气浮发生器，2、多介质过滤器，3、超滤装置，4、超滤水箱，5、RO装置，6、RO产水水箱，7、分析器，8、流量控制器，9、PAC药罐，10、加药泵，11、臭氧发生器，12、溶气泵,13、第一回用水管，14、第二回用水管，15、旁路水管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如2所示，本发明提供一种废水深度处理与旁路RO膜协同再生的系统，该系统包括臭氧气浮反应器1，多介质过滤器2、超滤装置3、超滤水箱4、RO装置5、RO产水水箱6，臭氧气浮反应器1，多介质过滤器2、超滤装置3、超滤水箱4、RO装置5、RO产水水箱6依次管道连接，其中，臭氧气浮发生器1用于接收印染废水二级处理水，对二级处理水进行臭氧-气浮耦合处理，臭氧气浮反应器1的进水端口与PAC药罐9通过加药泵10连接，向进入臭氧气浮反应器1的印染废水二级处理水中加入PAC（聚合氯化铝）作为混凝剂，二级处理水混合加药罐9里的PAC后进入臭氧气浮反应器1里，为了更好地实现臭氧气浮反应器1中废水的臭氧-气浮耦合处理，系统还设有臭氧发生器11和溶气泵12，臭氧气浮反应器1和臭氧发生器11管道连接，并通过溶气泵12向臭氧气浮反应器1内提供臭氧空气。
臭氧气浮反应器1和多介质过滤器2相连，在多介质过滤器2的出水口上设有三条出水管路，其中一条作为第一回用水管路13，其用于直接回收利用经过多介质过滤器2的再生水，将该路水作为初级回用水，第二条出水管路与超滤装置3连接，用于将经过多介质过滤器2的再生水送入超滤装置3中进行传统双膜处理，即该路再生水依次经超滤装置3、超滤水箱4、RO装置5和RO产水水箱6，完成深度再生处理，该路水相当于传统双膜处理得到的水，其水质优良，连接RO产水水箱6的出口管设有第二回用水管14，连接多介质过滤器2的出口管和第二回用水管14设有旁路水管15，旁路水管15用于将从多介质过滤器2进入超滤装置3的出水引入第二回用水管14、以调节第二回用水管14回用水水质，在旁路水管15上设有流量控制器8，流量控制器8用于调节旁路水管15的水流量，在第二回用水管14上设有水质分析器7，水质分析器7用于检测经旁路水管15与RO产水水箱6出水混合后的出水水质，即第二回用水管14中的水质
可以理解地，水质分析器7可通过控制单元连接流量控制器8，控制单元可以是单片机或者PLC控制器，其用于在水质分析器7检测出第二回用水管14水质超过设定值后，自动调节流量控制器8的开度，在本实施例中，水质分析器7为吸光光度计，吸光光度计用于检测第二回用水管14中回用水的吸光度，当第二回用水管14中回用水的吸光度低于某项规定数值时，控制单元发出控制指令，调大流量控制器8的开度，当第二回用水管14中回用水的吸光度高于某项规定数值时，控制单元发出控制指令，调小流量控制器8的开度。
通过在多介质过滤器出口设置三条出水管路，一条为普通再生水，直接回用于对给水水质要求一般的生产工序，一条进入双膜系统；第三条与双膜系统产水混合，生成最终的优质再生水，回用于对水质要求较高的生产工序，本系统通过直接回用深度处理出水到水质要求低的工序，降低进膜水量，减少膜系统能耗，将深度处理出水与RO产水按特定比例混合，进一步提升产水量，提高了系统间协调能力，降低了系统能耗。
本发明还提供一种废水深度处理与旁路RO膜协同再生的方法，其利用上述提供的装置进行，包括以下步骤：
（1）印染二级处理污水混合PAC后依次经臭氧气浮装置1、多介质过滤器2进行脱色、降低SS、去除有机物和杀菌处理。
（2）从多介质过滤器2的出水一部分直接用作第一回用水，一部分依次经超滤装置、RO装置进行再生处理，剩余的经旁路管道绕过超滤装置和RO装置直接与RO装置的出水进行混合得到第二回用水。
在本方法中，主要三个处理环节，分别为利用臭氧气浮深度处理印染企业污水处理厂的二级处理水、利用双膜法产水系统进行水质深度处理以及通过调控进行水质混合。
在利用臭氧气浮深度处理印染企业污水处理厂的二级处理水中，印染工业企业污水处理厂的二级处理水通常COD范围为120～150mg/L，pH范围为6～9，该类水在臭氧气浮反应器1进水管中与加药泵10泵来的PAC药剂充分混合，然后进入臭氧气浮反应器1中，在臭氧气浮反应器1中，通过溶气泵12泵入溶有臭氧发生器11产生的臭氧空气的溶气水，气水比为10～15：1，溶气水量约为进水量的35%-45%，臭氧投加量为20-35mg/L，臭氧气浮反应器1的应区内废水和溶气泵12回流的溶臭氧水定向氧化反应，利用臭氧分解、铝盐催化氧化生成的羟基自由基将有机物改性，利用生成的絮体捕捉改性后的有机物，在微气泡作用下上浮得以固液分离，达到去除有机物、分离SS、杀菌、脱色等多种目的。
在利用双膜法产水系统进行水质深度处理中，从臭氧气浮装置1的出水，进入多介质过滤器2中，此时，从臭氧气浮装置1的出水中COD低于80mg/L，多介质过滤器2为砂滤、保安过滤，主要去除水中的悬浮颗粒，保证初级回用水水质，保障后续双膜法稳定运行，多介质过滤器2部分过滤水进入超滤装置3，超滤产水存于超滤水箱4中，然后进入RO装置5中，RO装置5产水储存于RO产水水箱6中。
在通过旁路进行水质混合时，在旁路管道上设有流量控制器8，依据第二回用水水质调节流量控制器8的开度大小，流量控制器8控制阀门开度来调节进入旁路水的流量与总流量之比，此时，臭氧气浮处理系统和旁路RO系统协同再生条件下，臭氧气浮处理系统和旁路RO系统均相对稳定运行，臭氧气浮支路出水变化相对较小，而RO系统出水随着电耗越高、过滤压差越大而产水量越大，在此协同再生条件下，影响优质再生水水质的主要因素为RO系统的耗电量、RO产水与臭氧气浮出水的配比，本实施例中，RO产水与臭氧气浮出水的配比通过配水阀门开度系数来控制，对控制器控制阀门开度系数的定义公式为：
y=α×C^-β×n^-r；
其中，y为阀门开度系数；
α为阀门特性系数，其与阀门种类和口径有关，阀门制成后利用流体实验和非线性模型线性变换后求解得到，其中球阀为0.3-1.0之间，蝶阀为0.43-1.0之间；
C为混合水吸光度，cm-1；
n为流量控制器控制旁路出水水量与臭氧气浮器出水水量之比；β为吸光度系数；
r为水量比例指数。
在此模型下，印染废水再生水产水存在3个约束条件，分别是产水量最大值Q产、运行电耗最小值和回用水色度达标，公式分别为：
Max Q产=QRO进水/p+Q-QRO进水；
电耗W总包括臭氧气浮单元电耗和反渗透电耗：
Min W总=W臭氧气浮+WRO；
回用水色度达标约束条件为：
C^-β×n^-r<0.050。
综合，通过测定得到混合水吸光度，得到阀门控制开度，从而获得最低运行费用条件下获得最大量的达标回用水。
应用实例分析：
设计规模日处理3000方的印染污水处理厂，75%~90%为印染工业污水，10%~25%为生活污水。计算传统混凝沉淀/双膜法、臭氧/BAF/双膜法再生印染废水系统的投资与运行费用，与之相对照，得到臭氧气浮/旁路膜项目投资与运行费用情况见表1（处理量按3000m3/d计）。臭氧气浮与旁路膜项目，膜系统投资较前者减少35.8%，臭氧气浮设备费增加了约60%，总设备费投资相近，由于RO膜进水量减少，运行电耗下降，臭氧气浮/旁路膜项目总运行费减少至2.07元/m3，较前者降低约11.9%。
表1 项目投资和运行费用对照表
印染废水采用臭氧气浮和旁路RO膜处理后，出水水质对照见表2，表2显示，RO膜系统对无机离子和有机污染物都有高效去除率，RO处理出水水质指标远远优于印染回用水质标准要求，SS、大肠杆菌、粪大肠菌群、铁及锰等指标均低于检测限。与此同时，混合出水水质较RO出水差，但达到《染色回用水质标准》（HJ471-2009）和《城市杂用水水质标准》(GB/T18920-2002)限值要求，适于回用于生产过程。
表2 处理出水水质、达标排放和回用水水质标准表
a)
b) 《纺织染整工业废水治理工程技术规范》（HJ 471—2009）.
c) 《纺织染整工业回用水水质标准》（FZ/T01107-2011）
d) 《城市污水再生利用 工业用水水质标准》(GB/T 19923-2005).
e) 《城市污水再生利用 景观环境用水水质标准》 (GB/T 18921-2002).
采用本发明的系统和工艺，根据年生产360天、日工作24小时的生产能力估算，每年可以向环境少排放COD54~86.4吨，具有良好的环境效益。
需要说明的是，上述实施例仅用来说明本发明，但本发明并不局限于上述实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种废水深度处理与旁路RO膜协同再生的方法，其特征在于，包括以下步骤：
污水混合PAC后依次经臭氧气浮发生器（1）、多介质过滤器（2）进行脱色、降低SS、去除有机物和杀菌处理；
从多介质过滤器（2）的出水一部分直接用作第一回用水，一部分依次经超滤装置、RO装置进行再生处理，剩余的经旁路管道绕过超滤和RO装置直接与RO装置的出水进行混合得到第二回用水；
向臭氧气浮发生器（1）内通过溶气泵（12）泵入溶有臭氧空气的溶气水，溶气水的气水比为（10～15）：1，溶气水量为臭氧气浮装置（1）进水量的35%-45%；
所述旁路管道上设有流量控制器（8），依据第二回用水水质调节流量控制器（8）的开度大小，所述流量控制器（8）的阀门开度依据以下调节：
定义流量控制器（8）的阀门开度系数：
其中，y为阀门开度系数；
α为阀门特性系数；
C为混合水吸光度，cm-1；
n为流量控制器所控制旁路流量与臭氧气浮发生器出水水量之比；
β为吸光度系数；
r为水量比例指数；
所述废水深度处理与旁路RO膜协同再生的方法采用以下系统：包括依次管道连接的臭氧气浮发生器（1）、多介质过滤器（2）、超滤装置（3）、超滤水箱（4）、RO装置（5）、RO产水水箱（6），连接多介质过滤器（2）的出口管设有第一回用水管路（13），连接RO产水水箱（6）的出口管设有第二回用水管（14），连接多介质过滤器（2）的出口管和第二回用水管（14）设有用于将多介质过滤器（2）的出水引入第二回用水管（14）、以调节第二回用水管（14）回用水水质的旁路水管（15），旁路水管（15）上设有流量控制器（8），还包括臭氧发生器（11）和溶气泵（12），臭氧发生器（11）和溶气泵（12）依次管道连接臭氧气浮发生器（1），所述第二回用水管（14）上设有水质分析器（7），所述水质分析器（7）为用于检测第二回用水管（14）中回用水吸光度的吸光光度计，依据第二回用水水质调节流量控制器（8）的开度大小。
2.如权利要求1所述的一种废水深度处理与旁路RO膜协同再生的方法，其特征在于，所述臭氧气浮发生器（1）的进口管上设有用于连接PAC药罐（9）的加药管，加药管上设有加药泵（10）。
3.如权利要求1所述的一种废水深度处理与旁路RO膜协同再生的方法，其特征在于，所述水质分析器（7）通过控制单元连接流量控制器（8）。
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