CN202610059U - 双膜法深度处理柠檬酸废水的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双膜法深度处理柠檬酸废水的装置。所述的装置包括依次连接的进水系统、絮凝沉降系统、陶瓷膜超滤系统和反渗透系统。柠檬酸废水经进水泵（1）进入斜管沉降池（4），经絮凝剂进行絮凝沉降处理后排至清液池（5），由陶瓷膜供料泵（7）泵至陶瓷膜超滤组件（6）进行超滤处理，处理后的陶瓷膜渗透液进入中间水池（9），再经反渗透供料泵（11）泵至反渗透组件（10）进行反渗透处理，处理后的浓缩液进入反渗透浓水池（12）完成柠檬废水的深度处理。本实用新型设备紧凑，自动化程度高、操作简便，出水水质优良且稳定，具有显著的环境效益和经济效益。

Description

双膜法深度处理柠檬酸废水的装置

技术领域

本实用新型涉及一种双膜法深度处理柠檬酸废水的装置，具体地说涉及一种采用絮凝+沉降+陶瓷超滤膜+RO组合工艺处理柠檬酸废水，并达到回用标准的装置，属废水处理与回用领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，水资源的消耗成倍增加，一方面造成了水资源的紧缺，同时，污水大量排放使水环境污染日趋严重。水质排放标准的不断提高，促使越来越多的企业站在经济效益和社会效益的角度上，将污水达标排放或回用提升到很高的地位。

柠檬酸作为一种重要的化工原料和食品添加剂被广泛应用，其生产是以薯干或玉米为原料，依次经原料处理、发酵、提取、精制等工序制得产品，具有广泛的用途。在食品工业中，添加柠檬酸可降低蔗糖的转化，增加防腐剂的功效，提高香料的风味，稳定抗氧剂，阻抑酶的催化和微量金属引起的催化氧化等。食品中加入柠檬酸除增添酸味外，还可用于控制适当的pH值；在医药工业中，柠檬酸的钠盐可用作血液防凝剂和利尿剂，钾盐可用作解酸剂，铁盐可用作补血剂，铜盐可用作收敛剂。柠檬酸代替三聚磷酸钠用作家用洗涤剂，不仅去污和清洗效果好，而且易于生物降解，不会带来环境污染和公害。

柠檬酸生产废水主要来自发酵和提取工序产生的废中和液、洗糖水、洗罐水和洗滤布水，主要含有淀粉质、蛋白质、各种有机酸、生产菌体所分泌的酶、发酵残留物、葡萄糖、氨氮和脂肪等有机物，COD的质量浓度为20000-30000 mg/L，属高质量浓度有机废水。据统计，我国柠檬酸年产量达60万吨以上，每生产1 t柠檬酸，产生7.5 m³废水，高时可达10 -15 m³废水，由此推算我国每年排出的柠檬酸废水可达450万m³以上。

柠檬酸生产废水产生量大，污染物浓度高，直接排放对环境将造成严重污染。多年来，人们从消除污染、保护环境、废物资源化的角度，对柠檬酸废水的处理和综合利用进行研究。

目前，用于处理柠檬酸生产废水的技术主要有好氧生物处理法、厌氧生物处理法、厌氧—好氧处理法、光合细菌法等。但这些方法往往只能将废水处理至达标排放标准，无法达到回用标准，不具有经济效益。

专利CN200810117645.8公开了一种柠檬酸生产废水的处理方法，采用二相厌氧—好氧组合工艺，生产工艺废水通过格栅池进入沉淀调节池、气浮池，去除废水中的悬浮物和胶体物质等污染物，然后进入二相厌氧反应器，废水中的各种复杂有机物分解转化成小分子有机物、甲烷和二氧化碳等物质，消化后的废水再进入延时曝气池，与污泥中的好氧微生物进一步作用，去除剩余的有机物，部分随水流带出的悬浮物在斜管沉降池中得以沉淀出来后达到排放标准。出水指标：COD为86.4 mg/L、BOD₅为19.8 mg/L、SS为66.2 mg/L pH为7.43。但上述处理方法复杂，操作成本大且收效甚微，不适宜推广应用。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对柠檬酸生产废水水量大、COD高、水质波动大，生化后出水仍有较高色度和含盐量等特点，以水资源的循环利用为目的，实现出水可回用的目标，提出一种基于双膜法的柠檬酸废水深度处理装置。

为实现目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种双膜法深度处理柠檬酸废水的装置，所述的装置包括依次连接的进水系统、絮凝沉降系统、陶瓷膜超滤系统和反渗透系统。

所述的进水系统包括进水泵；絮凝沉降系统包括絮凝剂储存罐、絮凝剂计量泵、斜管沉降池及清液池；所述的陶瓷膜超滤系统包括陶瓷膜超滤组件和陶瓷膜供料泵；所述的反渗透系统包括反渗透组件、供料泵及反渗透浓水池；柠檬酸废水经进水泵进入斜管沉降池，经絮凝剂进行絮凝沉降处理后排至清液池，由陶瓷膜供料泵泵至陶瓷膜超滤组件进行超滤处理，处理后的陶瓷膜渗透液进入中间水池，再经反渗透供料泵泵至反渗透组件进行反渗透处理，处理后的浓缩液进入反渗透浓水池完成柠檬废水的深度处理。

优选所述的斜管沉降池采用Ф50-Ф100蜂窝填料。

优选所述的陶瓷膜超滤组件包括陶瓷超滤膜及陶瓷膜反冲泵；所述的陶瓷超滤膜材质为氧化铝、氧化锆或者氧化钛，陶瓷超滤膜的平均孔径范围为0.02-1μm。

优选所述的反渗透组件是中空纤维式反渗透膜、卷式反渗透膜、板框式反渗透膜或管式反渗透膜。

此外，本实用新型还公开了一种利用上述装置进行双膜法深度处理柠檬酸废水的方法，以最终实现水资源的循环利用，出水可回用的目标。所述的方法具体为：

1）柠檬酸生产废水a通过进水泵输送至斜管沉降池，输送途中，絮凝剂储存罐中的絮凝剂通过絮凝剂计量泵注入进水管道，并通过管道内的湍流混合；

2）与絮凝剂混合完全后的废水b经过斜管沉降池沉降，除去悬浮物和胶体后进入清液池；

3）清液池中的废水c经陶瓷膜供料泵泵至陶瓷超滤膜组件；

4）废水c经过陶瓷超滤膜组件处理后，所得陶瓷膜渗透液d进入中间水池，作为反渗透的进水，陶瓷膜浓缩液e外排；

5）进入中间水池中的陶瓷膜渗透液d经反渗透供料泵泵至反渗透组件，所得反渗透膜渗透液f返回柠檬酸生产中，浓缩液g进入反渗透浓水池。

其中，优选所述的废水b在斜管沉降池的沉淀区停留时间为0.5-1 h，优选0.8h。

优选絮凝剂投加浓度为30-50ppm。

其中，优选所述的步骤4中，废水c经过陶瓷超滤膜组件处理后，保证出水SDI≤2；所述的陶瓷膜超滤组件包括陶瓷超滤膜，所述的陶瓷超滤膜采用微错流过滤，膜面流速为0.05 m/s- 1 m/s，运行压力范围为0.02-0.3 MPa；压力达到0.25-0.3 MPa的运行极限时进行清洗。

优选所述的陶瓷膜超滤组件设有陶瓷膜反冲泵，所述陶瓷膜反冲泵自动采用反渗透膜浓水间歇对陶瓷超滤膜进行反冲，反冲间隔为30 min-60 min，反冲时间为10 -30 s；。

优选其特征在于反渗透采用低压反渗透，操作压力为5-40 bar。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细介绍：

双膜法即以超滤（UF）和反渗透（RO）作为核心处理工艺，双膜处理工艺作为一种新生的水处理工艺，以其低成本、高效率、低耗环保的强大优势迅速普及，已成为目前水深度处理的最佳通用方案。

超滤利用较低的压力驱动并按溶质的分子量大小来分离和过滤，是一种物理分离过程。超滤膜的孔径约在0.002-0.1μm范围内，它可以去除水中的高分子有机物、菌类、悬浮微粒、热源体和各类硅、铁和铝的胶体，可用作直饮水的处理、各类反渗透的预处理，可以极大地改善后续设备的运行，减少反渗透膜清洗和更换的频率。

反渗透装置是双膜法工艺中最主要的脱盐装置，反渗透系统利用反渗透膜的特性来去除水中绝大部分可溶性盐分、胶体、有机物及微生物，从而获得高品质的出水，通常COD﹤20 mg/L，色度﹤5度，硬度（以CaCO₃计）﹤0.5 mg/L，电导﹤30，出水可直接作为柠檬酸生产的工艺用水（调浆、发酵、提取、石灰乳配置等工段）和软化水（循环冷却水及补充水），具有明显的环境效益和经济效益。

本实用新型以A/O工艺处理出水为进水，以絮凝+沉降+陶瓷超滤膜+反渗透系统为主体工艺，深度处理柠檬酸生产废水，得到高品质回用水，可作为柠檬酸生产的工艺用水（调浆、发酵、提取、石灰乳配置等工段）和软化水（循环冷却水及补充水），水的回用率在60%~70%。

为了实现本实用新型的技术目的和技术效果，采用如下技术方案：

本实用新型所述的双膜法深度处理柠檬酸废水的装置包括依次连接的进水系统、絮凝沉降系统、陶瓷膜超滤系统和反渗透系统。其中，所述的进水系统包括进水泵；絮凝沉降系统包括絮凝剂储存罐、絮凝剂计量泵、斜管沉降池及清液池；所述的陶瓷膜超滤系统包括陶瓷膜超滤组件和陶瓷膜供料泵；所述的反渗透系统包括反渗透组件、供料泵及反渗透浓水池；柠檬酸废水经进水泵进入斜管沉降池，经絮凝剂进行絮凝沉降处理后排至清液池，由陶瓷膜供料泵泵至陶瓷膜超滤组件进行超滤处理，处理后的陶瓷膜渗透液进入中间水池，再经反渗透供料泵泵至反渗透组件进行反渗透处理，处理后的浓缩液进入反渗透浓水池完成柠檬废水的深度处理。

作为一种优选实施方式，本实用新型所述的陶瓷膜超滤组件还带有反冲装置，该反冲装置自动采用反渗透膜浓水间歇对陶瓷超滤膜过滤器进行反冲，将附着在膜表面的滤饼脱落，有效减轻膜污染，提高膜通量，延长膜的清洗周期，有助于超滤系统长期稳定运行。为了进一步得到最佳的反冲效果，发明人对反冲间隔和反冲时间做了大量对比试验，结果表明，以反冲间隔为30-60 min，反冲时间为10-30s最佳，其中更优选反冲间隔为45-50min，反冲时间为20-25s。 

此外，本实用新型所述的斜管沉降池采用Ф50-Ф100蜂窝填料,具体的选择为本领域技术人员所掌握。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述的陶瓷超滤膜材质采用氧化铝、氧化锆或者氧化钛，其平均孔径范围为0.02-1μm。

所述的反渗透组件选自中空纤维式反渗透膜、卷式反渗透膜、板框式反渗透膜或管式反渗透膜。

本实用新型所述的双膜法深度处理柠檬酸废水方法，其主要步骤包括：

1）柠檬酸生产废水a通过进水泵输送至斜管沉降池，输送途中，絮凝剂储存罐中的絮凝剂通过絮凝剂计量泵注入进水管道，并通过管道内的湍流混合；

2）与絮凝剂混合完全后的废水b经过斜管沉降池沉降，除去悬浮物和胶体后进入清液池；

3）清液池中的废水c经陶瓷膜供料泵泵至陶瓷超滤膜组件；

4）废水c经过陶瓷超滤膜组件处理后，所得陶瓷膜渗透液d进入中间水池，作为反渗透的进水，陶瓷膜浓缩液e外排；

5）进入中间水池中的陶瓷膜渗透液d经反渗透供料泵泵至反渗透组件，所得反渗透膜渗透液f返回柠檬酸生产中，浓缩液g进入反渗透浓水池。

为了获得更理想的处理效果，发明人对上述方法的具体操作展开了深入研究，并进一步提出了如下优选实施方式：

1、为了使柠檬酸废水得到充分的絮凝沉降，优选所述的废水b在斜管沉降池的沉淀区停留时间为0.5-1 h，更优选0.8h。本实用新型所述的絮凝剂可采用现有技术公开的多种习用产品，如聚合氯化铝铁，具体的选择为本领域技术人员所掌握。为了获得理想的絮凝效果，本实用新型优选絮凝剂投加浓度为30-50ppm。

2、上述的步骤4中，废水c经过陶瓷超滤膜组件处理后保证出水SDI≤2为宜。步骤3）及步骤4）所述的陶瓷超滤膜组件过滤方法优选为微错流过滤，具体采用膜面流速为0.05 m/s - 1 m/s。，运行压力范围为0.02-0.3 MPa的操作条件，优选膜面流速为0.5 m/s – 0.8 m/s。，运行压力范围为0.18-0.24 MPa。该条件下，柠檬酸废水的超滤效果最佳。当运行压力在0.25-0.3 MPa之间时，陶瓷超滤膜达到运行极限，会产生压力骤升现象，需清洗再生。陶瓷膜超滤系统采用供料泵自动变频来实现超滤系统的恒定出水。超滤系统正常状态运行与反冲状态之间的切换采用PLC控制，通过控制各气动阀和反冲泵的开关状态来控制。

3、本实用新型优选所述的陶瓷膜超滤组件设有陶瓷膜反冲泵，所述陶瓷膜反冲泵自动采用反渗透膜浓水间歇对陶瓷超滤膜进行反冲，反冲间隔为30 min-60 min，反冲时间为10 -30 s；优选反冲间隔为45-50min，反冲时间为20-25s。 

4、优选步骤4）及步骤5）所述的反渗透组件采用低压反渗透，操作压力为5-40 bar，优选20-25 bar。

采用上述技术方案，本实用新型得到如下有益效果：本实用新型提供了一种双膜法深度处理柠檬酸废水的装置，所述的絮凝剂通过絮凝剂计量泵直接注入进水管道，利用管道内的湍流混合均匀，省略了絮凝反应池，结构紧凑，占地面积小。陶瓷超滤膜过滤时采用微错流过滤，膜面流速为0.05 -1 m/s，运行能耗较低。陶瓷超滤膜过滤单元过滤时采用蜂窝陶瓷超滤膜，装填面积大。反渗透单元采用超低压反渗透，操作压力为5-40 bar，运行能耗较普通反渗透低。

另外，本实用新型所述的一种双膜法深度处理柠檬酸废水的装置能适应苛刻的进水水质条件。陶瓷超滤膜可以接触含氯絮凝剂，且不易被絮凝矾花堵塞膜孔；陶瓷超滤膜可利用反渗透浓水反向冲洗恢复膜通量，减少了超滤产水的浪费，提高了总体产水率，连续运行时间长，运行稳定，降低了运行费用。

进一步地，本实用新型所述的经过反渗透处理后的出水作为柠檬酸生产的工艺用水（调浆、发酵、提取、石灰乳配置等工段）和软化水（循环冷却水及补充水）回用到柠檬酸生产中。浓水进入浓水池，可作为陶瓷超滤膜反冲用水，提高系统的产水率。

附图说明

图1是本实用新型工艺流程图。

主要附图元件说明：

1-进水泵，2-絮凝剂存储罐，3-絮凝剂计量泵，4-斜管沉降池，5-清液池，6-陶瓷膜超滤组件，7-陶瓷膜供料泵，8-陶瓷膜反冲泵，9-中间水池，10-反渗透组件，11-反渗透供料泵，12-反渗透浓水池，13、14、15-气动阀。a-柠檬酸废水，b-废水，c-废水，d-陶瓷膜渗透液，e-陶瓷膜浓缩液，f-反渗透膜渗透液，g-反渗透膜浓缩液。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。

实施例1

如图1所示，本实用新型所述的一种深度处理柠檬酸废水的装置，包括依次连接的进水系统、絮凝沉降系统、陶瓷膜超滤系统和反渗透系统。该进水系统包括进水泵1；絮凝沉降系统包括絮凝剂储存罐2、絮凝剂计量泵3、斜管沉降池4及清液池5；陶瓷膜超滤系统包括陶瓷膜超滤组件6和陶瓷膜供料泵7；反渗透系统包括反渗透组件10、供料泵11及反渗透浓水池12；柠檬酸废水经进水泵1进入斜管沉降池4，经絮凝剂进行絮凝沉降处理后排至清液池5，由陶瓷膜供料泵7泵至陶瓷膜超滤组件6进行超滤处理，处理后的陶瓷膜渗透液进入中间水池9，再经反渗透供料泵11泵至反渗透组件10进行反渗透处理，处理后的浓缩液进入反渗透浓水池12完成柠檬废水的深度处理。

实施例2

与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例中陶瓷膜超滤组件6中设有陶瓷膜反冲泵8，各部分的连接顺序如下：进水泵1连接斜管沉降池4，在进水泵1和斜管沉降池4之间设有絮凝剂储存罐2和絮凝剂计量泵3，其中斜管沉降池4、清液池5、陶瓷膜超滤组件6、陶瓷膜供料泵7、陶瓷膜反冲泵8、中间水池9、反渗透组件10、反渗透供料泵11及反渗透浓水池12依次相连。

本实施例中斜管沉降池4采用Ф60的蜂窝填料。

本实施例中陶瓷超滤膜材质为氧化铝，陶瓷超滤膜的平均孔径范围为0.5-0.6μm。

本实施例中反渗透组件是中空纤维式反渗透膜。

实施例3

与实施例2相比，区别点仅在于：本实施例中陶瓷膜超滤组件包括陶瓷超滤膜及陶瓷膜反冲泵；所述的陶瓷超滤膜材质为氧化锆，陶瓷超滤膜的平均孔径范围为0.02-0.1μm。反渗透组件是卷式反渗透膜。

实施例4 

柠檬酸生产废水a通过进水泵1输送至斜管沉降池4，输送途中，絮凝剂储存罐2中的絮凝剂通过絮凝剂计量泵3注入进水管道，并通过管道内的湍流混合；与絮凝剂混合完全后的废水b经过斜管沉降池4沉降，除去大部分悬浮物和胶体，之后进入清液池5；清液池5中的废水c经陶瓷膜供料泵7后进入陶瓷超滤膜组件6；废水经过超滤组件6处理后，保证出水SDI≤2，出水d进入中间水池9，作为反渗透的进水，陶瓷膜浓缩液e外排；中间水池9中的废水d经反渗透供料泵11后进入反渗透组件10，反渗透膜出水f返回柠檬酸生产中，浓缩液g进入反渗透浓水池12。

本实施例中污水来源为某柠檬酸生产厂家的废水经A/O工艺处理过后的出水，水质条件为：COD 140 -170 mg/L，色度 260-320倍，硬度（以CaCO₃计） 900-1000 mg/L，电导 2700-3200 μs/cm。首先通过絮凝剂计量泵3将絮凝剂注入废水的进水管道，随着管道中的湍流混合均匀，絮凝剂投加浓度为35ppm。然后进入斜管沉降池4进行0.5 h的沉降，再进入陶瓷膜超滤组件6。陶瓷超滤膜材质为氧化铝和氧化锆，平均孔径为50 nm。运行中采用供料泵自动变频恒流量控制，陶瓷超滤膜设置通量为70 L/m²h，膜面流速为0.2 m/s，配合定期反冲，反冲间隔为30 min，反冲时间为15 s，反冲压力由初始的0.3MPa缓慢上升至0.65MPa。陶瓷超滤膜初始运行压力为0.03-0.04MPa，随着运行的过程缓慢上升至0.3MPa时达到运行极限，完成一个运行周期，然后进行化学清洗再生。

反渗透元件运行操作压力在8-15 bar，反渗透通量设置为15 L/m²h，产水率为65%，可长期稳定运行，膜的清洗周期约为10天左右，清洗后通量基本完全恢复。经该工艺处理后，出水COD﹤10 mg/L，色度﹤5倍，硬度（以CaCO₃计）﹤0.5mg/L，脱盐率﹥99%，该水回用到该厂柠檬酸生产的调浆、发酵、提取等工段。

实施例5

本实施例中污水来源为某柠檬酸生产厂家经A/O工艺处理过后排出的水，水质条件为：COD 120 -150 mg/L，色度为180 -260倍，硬度（以CaCO₃计）为500-700 mg/L，电导为2100-2500μs/cm。对废水进行在线絮凝剂投加，再经过斜管沉淀池4沉降。絮凝剂投加浓度为50 ppm，沉降时间为1 h。然后进入陶瓷膜超滤组件6，陶瓷超滤膜材质为氧化铝和氧化锆，平均孔径为200 nm。陶瓷超滤膜设置通量为80 L/m²h，膜面流速为0.8 m/s采用供料泵自动变频恒流量控制，配合定期反冲。反冲间隔为60 min，反冲时间为25 s，反冲压力由初始的0.25MPa缓慢上升至0.5MPa。陶瓷超滤膜初始运行压力为0.02-0.03MPa，随着运行的过程缓慢上升至0.25MPa时达到运行极限，完成一个运行周期，然后进行化学清洗再生。

反渗透设置的通量为16.5 L/m²·h，运行压力在10-20 bar，产水率在62.5%，可长期稳定运行，清洗周期约为7天左右，清洗后通量基本完全恢复。经该工艺处理后，出水水质优良，各指标均达到该厂调浆、发酵、提取、石灰乳配置、循环冷却水及补充水的使用标准。

上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本实用新型的优选实施例进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种双膜法深度处理柠檬酸废水的装置，其特征在于：所述的装置包括依次连接的进水系统、絮凝沉降系统、陶瓷膜超滤系统和反渗透系统；所述的进水系统包括进水泵（1）；絮凝沉降系统包括絮凝剂储存罐（2）、絮凝剂计量泵（3）、斜管沉降池（4）及清液池（5）；所述的陶瓷膜超滤系统包括陶瓷膜超滤组件（6）和陶瓷膜供料泵（7）；所述的反渗透系统包括反渗透组件（10）、供料泵（11）及反渗透浓水池（12）；柠檬酸废水经进水泵（1）进入斜管沉降池（4），经絮凝剂进行絮凝沉降处理后排至清液池（5），由陶瓷膜供料泵（7）泵至陶瓷膜超滤组件（6）进行超滤处理，处理后的陶瓷膜渗透液进入中间水池（9），再经反渗透供料泵（11）泵至反渗透组件（10）进行反渗透处理，处理后的浓缩液进入反渗透浓水池（12）完成柠檬废水的深度处理。

2.根据权利要求1所述的双膜法深度处理柠檬酸废水的装置，其特征在于，所述的斜管沉降池采用Ф50-Ф100蜂窝填料。

3.根据权利要求1所述的双膜法深度处理柠檬酸废水的装置，其特征在于，所述的陶瓷膜超滤组件（6）包括陶瓷超滤膜及陶瓷膜反冲泵（8）；所述的陶瓷超滤膜材质为氧化铝、氧化锆或者氧化钛。

4.根据权利要求3所述的双膜法深度处理柠檬酸废水的装置，其特征在于所述陶瓷超滤膜的平均孔径范围为0.02-1μm。

5.根据权利要求1所述的双膜法深度处理柠檬酸废水的装置，其特征在于，所述的反渗透组件（10）是中空纤维式反渗透膜、卷式反渗透膜、板框式反渗透膜或管式反渗透膜。