CN116573806A - 一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反渗透‑电渗析‑纳滤组合的分盐系统，包括沿废水流向依次设置的废水收集池、预处理系统、过滤系统、反渗透系统、一级纳滤系统以及蒸发结晶系统A；所述一级纳滤系统产水侧依次连接有电渗析系统、二级纳滤系统以及蒸发结晶系统B；所述二级纳滤系统浓水侧连接至所述蒸发结晶系统A；所述反渗透系统产水和所述电渗析系统产水至回用水收集池进行回用；所述蒸发结晶系统A和蒸发结晶系统B的冷凝水回至所述废水收集池。该系统工艺具有操作简单、运行稳定、分盐效率高等特点，和现有分盐技术相比，实现了超高浓度含盐水分盐，并能达到高效分盐的效果，同时大大降低能耗和运行成本，适合进一步工程化推广应用。

Description

一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统及其应用

技术领域

本发明属于高盐废水处理技术领域，具体涉及一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统及其应用。

背景技术

目前，社会经济的迅猛发展带动企业进入了快速发展时期，随之而来的是日益突出的环境问题（如高盐废水、高浓度有机废水等）。同时，日趋严格的环境保护要求以及人民群众对美好生活质量的向往，迫使绿色、环保、可持续发展的生产经营成为必经之道。化工废水，尤其是煤化工企业在煤制油、煤制甲醇、煤制烯烃、煤制气过程中产生的废水，具有含盐量高、硬度高、成分复杂、处理难度大等特点。设计开发一种处理效果好、处理成本低、运行稳定的煤化工废水处理工艺的技术需求迫切。

近些年，根据高盐废水的特点，经国内外学者不断的研究与改进，涌现出了一批高盐废水的“零排放”处理工艺。但实际运行过程中，这些“零排放”处理工艺往往只是实现了液体的零排放，而高盐水中含有的溶解性无机盐和有机物等则作为混合杂盐蒸发结晶出来。这部分混盐由于各种无机盐、有机物和重金属离子互相掺杂，不但不能够进行回用，反而被定性为危险废物进行处理处置。不仅增加了后期危废处理成本，还增加了其对周边环境造成二次污染的风险。因此，亟需研发一种高盐废水的分盐处理工艺，实现高盐水中氯化钠和硫酸钠的低耗高效分离，是实现高盐废水真正意义上“零排放”目标的关键所在。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的在于提供一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统及其应用。和现有分盐技术相比，本发明实现了超高浓度含盐水分盐，并能达到高效分盐效果，同时大大降低能耗和运行成本，适合进一步工程化推广应用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。

本发明的一个实施例提供了一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，包括沿废水流向依次设置的废水收集池、预处理系统、过滤系统、反渗透系统、一级纳滤系统以及蒸发结晶系统A；所述一级纳滤系统产水侧依次连接有电渗析系统、二级纳滤系统以及蒸发结晶系统B；所述二级纳滤系统浓水侧连接至所述蒸发结晶系统A；所述反渗透系统产水和所述电渗析系统产水至回用水收集池进行回用；所述蒸发结晶系统A和蒸发结晶系统B的冷凝水回至所述废水收集池。

根据本发明的上述一个实施例提供的一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，所述废水收集池内设有搅拌器或预曝气搅拌装置。

根据本发明的上述一个实施例提供的一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，所述预处理系统包括去除有机物、氨氮、总氮、硬度、碱度、悬浮物和胶体污染物的一种或多种去除单元的组合。

根据本发明的上述一个实施例提供的一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，所述过滤系统包括砂滤、多介质过滤器、超滤中的一种或多种过滤装置。

根据本发明的上述一个实施例提供的一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，所述反渗透系统采用管式反渗透膜，所述管式反渗透膜的膜组件为一组或多级膜组件组合。

根据本发明的上述一个实施例提供的一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，所述一级纳滤系统和二级纳滤系统采用普通或者高压纳滤膜，所述纳滤膜的膜组件为一组或多级膜组件组合。

根据本发明的上述一个实施例提供的一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，所述蒸发结晶系统A和蒸发结晶系统B为一级或多级组合的蒸发器，所述的蒸发器包括多效蒸发和/或MVR蒸发器。

本发明的另一个实施例还提供了一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统一种高盐废水处理方法，在于采用所述的高盐废水的反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统进行处理，所述方法包括以下步骤：

S1：高盐废水通过管道收集至废水收集池，通过废水收集池内的搅拌器或预曝气搅拌装置，对废水收集池内的高盐废水进行均值均量调节；

S2：均质均量后的高盐废水经废水提升泵提升至预处理系统，实现对有机物、氨氮、总氮、硬度、碱度、悬浮物和胶体等污染物的去除；

S3：经预处理后的高盐废水泵入过滤系统进一步去除废水中的悬浮物、胶体等物质；

S4：经上述过滤后的出水泵入反渗透系统，经浓缩脱盐后得到高盐废水和产水，所述产水进入回用水收集池；

S5：将步骤S4得到的高盐废水将硬度和有机物等进一步去除后泵入一级纳滤系统，通过纳滤膜对一价和二价离子的分离作用，将二价离子截留在浓水侧，一价离子分离至产水侧，得到浓水和产水；浓水随后进入结晶系统6A；

S6：上述步骤S5得到的产水进入电渗析系统进行浓缩脱盐后得到高盐废水和产水；产水进入回用水收集池；高盐废水将硬度和有机物等进一步去除后泵入二级纳滤系统，通过纳滤膜对一价和二价离子的分离作用，将二价离子截留在浓水侧，一价离子分离至产水侧，得到浓水和产水；

S7：上述步骤S6得到的浓水进入结晶系统6A蒸发结晶出硫酸钠产品，冷凝水回到废水收集池；产水进入结晶系统6B，蒸发结晶出氯化钠产品，冷凝水回到废水收集池。

与现有技术比，本发明取得的有益效果是：

1、针对性解决了高盐废水“零排放”工艺中产生的混盐无法利用、无经济价值、同时还会造成危险废物堆积与二次污染等问题；

2、本发明利用纳滤膜对不同离子的选择透过性，将反渗透系统和电渗析系统浓缩的高含盐工业废水分为一价氯化钠浓水和二价硫酸钠浓水，然后进行蒸发结晶，最后得到工业级标准的氯化钠和硫酸钠；

3、本发明可有效减轻或避免膜以及蒸发器的结垢污堵问题，反渗透和电渗析产水可以全部回用，蒸发系统冷凝水全部回到废水收集池，真正实现废水零排放和水资源循环利用；

4、该工艺具有操作简单、分盐效率高、运行稳定等特点，和现有分盐技术相比，实现了超高浓度含盐废水高效分盐的效果，同时大大降低能耗和运行成本，适合进一步工程化推广应用。

附图说明

图1为本发明所述系统的工艺流程示意图。

实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明所述的一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，该系统包括沿废水流向依次设置的废水收集池1、预处理系统2、过滤系统3、反渗透系统4、一级纳滤系统5、蒸发结晶系统6A、电渗析系统7、二级纳滤系统8、蒸发结晶系统9B以及回用水收集池10；

其中，一级纳滤系统5产水侧依次连接有电渗析系统7、二级纳滤系统8、蒸发结晶系统9B；二级纳滤系统8浓水侧连接至蒸发结晶系统6A；反渗透系统4产水和电渗析系统5产水至回用水收集池10进行回用；蒸发结晶系统6A，产出硫酸钠钠晶体；蒸发结晶系统9B，产出氯化钠晶体；蒸发结晶系统6A和蒸发结晶系统9B的冷凝水回到废水收集池1。反渗透系统4和电渗析系统5的产水与回用水收集池10相连。蒸发结晶系统6A和蒸发结晶系统9B的冷凝水与废水收集池1相连。

废水收集池1内设有搅拌器或预曝气搅拌装置，用于对废水进行均质均量调节。预处理系统2包括去除有机物、氨氮、总氮、硬度、碱度、悬浮物和胶体等污染物的一种或多种去除单元的组合。过滤系统3包括砂滤、多介质过滤器、超滤中的一种或多种过滤装置。反渗透系统4采用管式反渗透膜，所述的膜组件为一组或多级膜组件组合。一级纳滤系统5和二级纳滤系统8膜组件采用普通或者高压纳滤膜，所述的膜组件为一组或多级膜组件组合。蒸发结晶系统6A和蒸发结晶系统9B为一级或多级组合的蒸发器，所述的蒸发器包括多效蒸发和MVR蒸发器中的一种或多种。在纳滤膜组件前端还设有对浓缩后的高盐水进一步进行硬度和有机物等污染物去除的一种或多种单元，能够有效减轻或避免工艺中纳滤膜以及蒸发结晶系统的污染结垢后造成的污堵问题。

由纳滤膜组件产生的一价氯化钠产水进入后续的蒸发结晶系统9B，得到工业级氯化钠结晶，纯度在95％以上。由纳滤膜组件产生的二价硫酸钠浓水进入后续的蒸发结晶系统6A，得到工业级硫酸钠结晶，硫酸钠结晶纯度在97％以上。

本实施例的废水处理具体步骤包括：

（1）高盐废水通过管道收集至废水收集池1，废水收集池1内设有搅拌器或预曝气搅拌装置，对废水收集池内的高盐废水均值均量调节；

（2）均质均量后的高盐废水经废水提升泵提升至预处理系统2，通过预处理系统一种或多种去除单元的组合实现对有机物、氨氮、总氮、硬度、碱度、悬浮物和胶体等污染物的去除，减少膜和蒸发器的污堵结垢；

（3）经预处理后的高盐废水泵入过滤系统3，经过砂滤、多介质过滤器、超滤中的一种或多种过滤装置进一步去除废水中得悬浮物、胶体等；

（4）过滤系统3的出水泵入反渗透系统4，通过一级或多级反渗透膜组件浓缩脱盐后的产水进入回用水收集池10，浓缩后的高盐废水进入下一级处理单元；

（5）经反渗透系统4浓缩后的高盐废水经将硬度和有机物等进一步去除后泵入一级纳滤系统5，通过纳滤膜对一价和二价离子的分离作用，由一级或多级纳滤的组合，将二价离子截留在浓水侧，一价离子分离至产水侧；

（6）一级纳滤系统5的浓水进入结晶系统6A，经过一级或多级组合的蒸发器蒸发结晶出硫酸钠产品，冷凝水回到废水收集池1；

（7）一级纳滤系统5的产水进入电渗析系统7，通过一级或多级电渗析系统浓缩脱盐后的产水进入回用水收集池10，浓缩后的高盐废水进入下一级处理单元；

（8）经电渗析系统7浓缩后的高盐废水将硬度和有机物等进一步去除后泵入二级纳滤系统8，通过纳滤膜对一价和二价离子的分离作用，由一级或多级纳滤膜组件的组合，将二价离子截留在浓水侧，一价离子分离至产水侧；

（9）二级纳滤系统8的浓水进入结晶系统6A，经过一级或多级组合的蒸发器蒸发结晶出硫酸钠产品，冷凝水回到废水收集池1；二级纳滤系统8的产水进入结晶系统9B，经过一级或多级组合的蒸发器蒸发结晶出氯化钠产品，冷凝水回到废水收集池1。

实施例

为了验证本发明所述一种高盐废水的反渗透-电渗析-纳滤组合分盐系统及工程化应用效果，如图1所示，采用本发明的系统和方法对某煤化工企业高盐废水处理项目为例进行说明。

（1）高盐废水水质水量波动较大，经废水收集池收集并均质均量后，由泵提升至预处理系统，处理能力为500t/d，经预处理后的水质为：TDS在20000~30000mg/L，COD约为50mg/L，TN约为15mg/L，硬度约为10mg/L；

（2）预处理后的高盐废水自流至过滤系统，过滤系统采用浸没式MBR超滤膜，进一步去除废水中的悬浮物降至1mg/L以下；

（3）超滤产水经泵提升至反渗透系统中通过多级反渗透膜组件进行浓缩脱盐，设计回收率75%，废水浓缩约4倍，反渗透浓水将硬度和有机物等进一步去除后泵入一级纳滤系统通过多级高压纳滤膜组件进行分盐，反渗透产水进入回用水收集池进行回用；

（4）通过纳滤膜组件的不同选择性将反渗透系统浓缩后的高含盐浓水分为一价盐浓水和二价盐浓水，其中一价盐浓水为氯化钠浓水，二价盐浓水为硫酸钠浓水。纳滤膜对不同离子的选择透过性不一样，加之高盐浓水中各种电解质盐离子的电荷强度不同，造成纳滤膜组件对离子的截留率有差异。因此，在含有不同价态离子的多元体系中，不同的离子通过纳滤膜组件的比例也不相同，从而将待处理高盐废水分为以氯化钠为主和以硫酸钠为主的两种浓水；

（5）本工艺中，所用纳滤膜组件对氯化钠的截留率为5％~15％，对硫酸钠的截留率为90％~99％，即经纳滤膜处理后，85％~95％的氯化钠可以透过纳滤膜进入产水侧，而硫酸钠则只有1％~10％透过，大部分被截留，停留在浓水侧，这样就实现了纳滤膜对氯化钠和硫酸钠的高效分离，得到氯化钠和硫酸钠两种不同离子价态的浓水；

（6）通过一级纳滤系统的膜分离，将硫酸钠主要截留在纳滤浓水侧，氯化钠主要留在纳滤产水侧；一级纳滤浓水泵入MVR蒸发结晶系统A，通过浓缩结晶生产硫酸钠晶体，硫酸钠晶体的纯度在97％以上，符合《工业无水硫酸钠》（GB/T 6009-2014）中规定的“II类合格品”标准；

（7）一级纳滤的产水经泵提升至电渗析系统中进一步进行浓缩脱盐，设计回收率70%，废水浓缩约3.3倍，电渗析的浓水将硬度和有机物等进一步去除后泵入二级纳滤系统经多级高压纳滤膜组件进行分盐，电渗析的产水进入回用水收集池进行回用；

（8）通过二级纳滤系统的膜分离，将硫酸钠主要截留在纳滤浓水侧，氯化钠主要留在纳滤产水侧；二级纳滤浓水泵入MVR蒸发结晶系统A，通过浓缩结晶生产硫酸钠晶体，硫酸钠晶体的纯度在97％以上，符合《工业无水硫酸钠》（GB/T 6009-2014）中规定的“II类合格品”标准；二级纳滤的产水泵入MVR蒸发结晶系统B，通过浓缩结晶生产氯化钠晶体，氯化钠结晶盐的纯度在95％以上，符合《工业盐》（GB/T 5462-2003）中规定的“日晒工业盐一级”标准；

（9）蒸发结晶系统A和蒸发结晶系统B的冷凝水回到废水收集池进行收集并再进行处理，反渗透和电渗析产水进水回用水收集池进行收集并回用；

（10）整个系统的冲洗、反冲洗、再生等废水通过废水收集池收集并进行处理，整个系统实现废水零排放。

本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

最后所要说明的是：以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，其特征在于，包括沿废水流向依次设置的废水收集池、预处理系统、过滤系统、反渗透系统、一级纳滤系统以及蒸发结晶系统A；所述一级纳滤系统产水侧依次连接有电渗析系统、二级纳滤系统以及蒸发结晶系统B；所述二级纳滤系统浓水侧连接至所述蒸发结晶系统A；所述反渗透系统产水和所述电渗析系统产水至回用水收集池进行回用；所述蒸发结晶系统A和蒸发结晶系统B的冷凝水回至所述废水收集池。

2.根据权利要求1所述的反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，其特征在于，所述废水收集池内设有搅拌器或预曝气搅拌装置。

3.根据权利要求1所述的反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，其特征在于，所述预处理系统包括去除有机物、氨氮、总氮、硬度、碱度、悬浮物和胶体污染物的一种或多种去除单元的组合。

4.根据权利要求1所述的反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，其特征在于，所述过滤系统包括砂滤、多介质过滤器、超滤中的一种或多种过滤装置。

5.根据权利要求1所述的反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，其特征在于，所述反渗透系统采用管式反渗透膜，所述管式反渗透膜的膜组件为一组或多级膜组件组合。

6.根据权利要求1所述的反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，其特征在于，所述一级纳滤系统和二级纳滤系统采用普通或者高压纳滤膜，所述纳滤膜的膜组件为一组或多级膜组件组合。

7.根据权利要求1所述的反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统，其特征在于，所述蒸发结晶系统A和蒸发结晶系统B为一级或多级组合的蒸发器，所述蒸发器包括多效蒸发和/或MVR蒸发器。

8.一种高盐废水处理方法，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述的反渗透-电渗析-纳滤组合的分盐系统进行处理，所述的方法包括以下步骤：

S1：高盐废水通过管道收集至废水收集池，通过废水收集池内的搅拌器或预曝气搅拌装置，对废水收集池内的高盐废水进行均值均量调节；

S2：均质均量后的高盐废水经废水提升泵提升至预处理系统，实现对有机物、氨氮、总氮、硬度、碱度、悬浮物和胶体等污染物的去除；

S3：经预处理后的高盐废水泵入过滤系统进一步去除废水中的悬浮物、胶体等物质；

S4：经上述过滤后的出水泵入反渗透系统，经浓缩脱盐后得到高盐废水和产水，所述产水进入回用水收集池；

S5：将步骤S4得到的高盐废水将硬度和有机物等进一步去除后泵入一级纳滤系统，通过纳滤膜对一价和二价离子的分离作用，将二价离子截留在浓水侧，一价离子分离至产水侧，得到浓水和产水；浓水随后进入结晶系统6A；

S6：上述步骤S5得到的产水进入电渗析系统进行浓缩脱盐后得到高盐废水和产水；产水进入回用水收集池；高盐废水将硬度和有机物等进一步去除后泵入二级纳滤系统，通过纳滤膜对一价和二价离子的分离作用，将二价离子截留在浓水侧，一价离子分离至产水侧，得到浓水和产水；

S7：上述步骤S6得到的浓水进入结晶系统6A蒸发结晶出硫酸钠产品，冷凝水回到废水收集池；产水进入结晶系统6B，蒸发结晶出氯化钠产品，冷凝水回到废水收集池。