CN204727706U

CN204727706U - 一种废水深度处理用的膜电耦合系统

Info

Publication number: CN204727706U
Application number: CN201520409947.8U
Authority: CN
Inventors: 王家德; 姚佳超; 黄国龙; 沈江南
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2025-06-15

Abstract

一种废水深度处理用的膜电耦合系统，属于废水处理装置技术领域。它包括依次连接的膜过滤装置、淡水收集池、浓水收集池、电催化氧化装置、中间水池、双极膜电渗析装置、废水收集池、酸回收池及碱回收池。本实用新型通过采用膜电耦合系统对废水进行深度处理，通过膜过滤装置的纳滤膜组件或反渗透膜组件进行膜过滤得到淡水和浓水，淡水回用，浓水为含有机污染物的高TDS浓水，通过电催化氧化处理，将浓水中的有机物和生物体进行有效深度分解和杀灭，且浓水中含盐高，其电导率高，有助于降低槽电压；电催化氧化后的中水进入双极膜电渗析装置中，中水内的无机盐被转化为酸和碱，减少了盐对环境的排放，并实现了资源化利用。

Description

一种废水深度处理用的膜电耦合系统

技术领域

本实用新型属于废水处理装置技术领域，具体涉及一种节能、高效、环保的废水深度处理用的膜电耦合系统。

背景技术

随着社会的发展，资源的短缺越来越严重，尤其是水资源。各类生产活动产生大量的外排废水，如制药、印染、电镀、造纸以及工业园区等废水。尽管这些废水经二级生化处理后对外排放，尾水水质pH6~9、COD_Cr（化学需氧量） 60~150mg/L、TDS（溶解性总固体）2000~6000 mg/L，外排的废水量和污染物数量仍相当巨大。因此，减少这些废水及污染物的外排量已经迫在眉睫，废水深度处理及资源化为其提供了解决的方向。

近年来，我国在废水深度处理及资源化方面做了大量的研究和应用。如混凝沉淀、生物滤池、膜过滤、高级氧化等，主要针对外排废水中SS（悬浮固体）、COD、TDS、色度等指标的处理，使处理后水质进一步改善，甚至达到“杂用水”、工艺用水要求。中国专利申请号CN200610106598.8公开了一种再生水连续微滤处理工艺，采用多介质过滤和膜分离系统，这种工艺处理后的水质能够满足工艺用水要求。中国专利申请号CN201420510600.8公开了一种内循环式电絮凝膜废水处理装置，废水经电絮凝后，再通过膜过滤组件，实现对废水的深度处理。中国专利申请号CN200910105965公开了一种印染废水零排放处理EBM方法，印染废水经一级电絮凝氧化、生化处理、二级电絮凝氧化、电除盐膜系统处理后，淡水回收利用，高盐浓水用于喷淋除尘脱硫，盐随灰渣处理排放。

的确，膜过滤是废水深度处理及资源化的一项有效技术，该工艺可以有效去除TDS和一些残留的有机物（包括活性生物体），其淡水水质可以达到杂用水、甚至工艺用水要求，成为大众首选。杂用水水质指标为pH6~9、BOD₅（五日生化需氧量）≤10~20mg/L、TDS≤1000~1500mg/L，工艺用水水质指标为pH6~9、COD_Cr ≤60mg/L、TDS ≤1000mg/L。但是，膜过滤工艺会产生相当比例的浓水（一般地，为处理废水量的30~40%左右），其污染物浓度高。针对二次生化处理后外排尾水水质，膜过滤产生的浓水污染物指标COD_Cr＞300 mg/L、TDS＞4000 mg/L，需要进一步处理达标后才能排入环境水体。

本质上，膜过滤没有减少污染物数量，而是完成了污染物的一个浓缩过程。浓水中这些污染物包括来自二级生化处理后残留的难生化物质和被膜组件截留的TDS，成为高盐难生化处理废水，无法返回前面的生化单元处理，需要采用高级氧化技术如臭氧、双氧水、电分解、光解等，分解处理这部分污染物。实际使用中，这些方法的关键点是能效比（吨废水的能量消耗，或能量利用效率）和TDS脱除。尽管国家废水排放标准没有对TDS指标作限制，但大量高TDS废水排放，无疑会导致纳污水体（这里指淡水体）盐度增加，危及水生生态环境。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种节能、高效、环保的废水深度处理用的膜电耦合系统。

所述的一种废水深度处理用膜电耦合系统，包括膜过滤装置、淡水收集池、浓水收集池、电催化氧化装置、中间水池、双极膜电渗析装置、废水收集池、酸回收池及碱回收池，其特征在于所述膜过滤装置内设置膜组件、进水口、透过液出口和截留液出口，透过液出口与淡水收集池连接，截留液出口与浓水收集池连接，浓水收集池与电催化氧化装置、中间水池、双极膜电渗析装置依次连接，双极膜电渗析装置上设置酸液出口、碱液出口和废水回收出口，酸液出口与酸回收池连接，碱液出口和碱回收池连接，废水回收出口与废水收集池连接。

所述的一种废水深度处理用膜电耦合系统，其特征在于所述双极膜电渗析装置为三隔式结构，由设置在左、右两侧的极液室和中间的电渗析隔室构成，所述的电渗析隔室包括由阴极膜、双极膜和阳极膜间隔排列构成的酸室、碱室和料液室，酸液出口设置在酸室上，碱液出口设置在碱室上，废水回收出口设置在料液室上。

所述的一种废水深度处理用膜电耦合系统，其特征在于电催化氧化装置为网板柱塞流电解装置。

所述的一种废水深度处理用膜电耦合系统，其特征在于所述膜组件为纳滤膜组件或反渗透膜组件，纳滤膜组件的截留分子量150~300，反渗透膜组件的截留分子量大于100。

通过采用上述技术，本实用新型的有益效果如下：

1）本实用新型通过采用膜电耦合系统对废水进行深度处理，通过膜过滤装置的纳滤膜组件或反渗透膜组件进行膜过滤得到淡水和浓水，淡水水质达到生产工艺用水标准后回用，浓水为含有机污染物的高TDS浓水，不能直接生物处理，本实用新型通过电催化氧化处理，将浓水中的有机物和生物体进行有效深度分解和杀灭，且浓水中含盐高，其电导率高，有助于降低槽电压，节约了能耗；电催化氧化后的中水进入双极膜电渗析装置中，中水内的无机盐被转化为酸和碱，减少了盐对环境的排放，并实现了资源化利用；

2）本实用新型通过采用膜过滤和电分解耦合，实现了废水深度处理、物质资源化和污染物减排，经本实用新型处理后的淡水水质指标达到GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》中的冷却用水、洗涤用水、工艺与产品用水要求，作生产工艺用水回用；处理后的浓水水质指标达到GB/T 18921-2002《城市污水再生利用景观环境用水水质》标准，作景观用水使用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1-膜过滤装置，101-进水口，102-透过液出口，103-截留液出口，2-淡水收集池，3-浓水收集池，4-电催化氧化装置，5-中间水池，6-双极膜电渗析装置， 601-废水回收出口，602-碱液出口，603-酸液出口，7-废水收集池，8-酸回收池，9-碱回收池。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行进一步描述，但本实用新型的保护范围并不仅限于此：

如图1所示，本实用新型的一种废水深度处理用膜电耦合系统，包括膜过滤装置1、淡水收集池2、浓水收集池3、电催化氧化装置4、中间水池5、双极膜电渗析装置6、废水收集池7、酸回收池8及碱回收池9，所述膜过滤装置1内设置膜组件、进水口101、透过液出口102和截留液出口103，膜组件为纳滤膜组件或反渗透膜组件，纳滤膜组件的截留分子量150~300，反渗透膜组件的截留分子量大于100，所述的进水口101用于使外排尾水进入膜过滤装置1，外排尾水经膜组件过滤后，透过膜组件的为淡水，从透过液出口102进入淡水收集池2，作为生产水用，未透过膜组件的为浓水，经截留液出口103进入浓水收集池3，从浓水收集池3的出水口进入电催化氧化装置4，本实用新型的电催化氧化装置4为网板柱塞流电解装置、经电催化氧化后电解出水进入中间水池5，再从中间水池5的出水口流入双极膜电渗析装置6，该双极膜电渗析装置6上设置酸液出口603、碱液出口602和废水回收出口601，该双极膜电渗析装置6为三隔式结构，由设置在左、右两侧的极液室和中间的电渗析隔室构成，所述的电渗析隔室包括由阴极膜、双极膜和阳极膜间隔排列构成的酸室、碱室和料液室，酸液出口603设置在酸室上，碱液出口602设置在碱室上，废水回收出口601设置在料液室上，酸液出口603与酸回收池8连接，碱液出口602和碱回收池9连接，废水回收出口601与废水收集池7连接，废水收集池7中的水作为景观用水。

本实用新型的处理的废水为二级生化处理出水，也称外排尾水，其水质参数为pH 6~9、COD_Cr 60~150mg/L、TDS 1000~6000 mg/L；该处理方法具体包括如下步骤：

1）采用增压泵将外排尾水通过进水口101送入膜过滤装置1，在操作压力为0.50~1.0MPa（纳滤）、1.0~1.5MPa（反渗透）、操作温度10-30℃条件下进行膜过滤，膜过滤装置1中的膜过滤组件为多功能膜组件，可以根据出水水质要求选用纳滤膜组件或反渗透膜组件，纳滤膜组件时的截留分子量150~300，反渗透膜组件时的截留分子量大于100，膜过滤产生淡水和浓水，淡水从透过液出口102进入淡水收集池2，该淡水水质达到GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》中的冷却用水、洗涤用水、工艺与产品用水要求，作生产用水，浓水进入下一步处理；

2）膜过滤后的截留液（即浓水）经截留液出口103进入浓水收集池3，经泵提升送入电催化氧化装置4，通过控制直流稳流电源，电催化氧化装置4中的电解水产生·OH等活性物质，·OH基团氧化电极电位高达2.80V，比O₃（2.07V）高35%，它具有强氧化性，能氧化分解污染物，杀灭生物体；电催化氧化条件如下：电压为3~5V、电流密度5~15为mA/cm²、水力停留时间30~90为min，处理出水水质COD_Cr≤50mg/L；

本实用新型的电催化氧化装置采用网板柱塞流电解装置，工作电极为网板钛基氧化铅电极，对电极为网板钛电极，网孔尺寸5.0×12.5mm，工作电极与对电极交替均匀分布，相邻工作电极与对电极的电极间距为3~6cm，与水流方向呈垂直状态置入电解槽体；电解槽为立式正方矩形装置，水流从槽体底部进入，顶部流出，确保流体呈柱塞流穿过电极组件；

3）步骤2）的电解出水（称中水）进入中间水池5，采用增压泵送入双极膜电渗析装置6，水中的无机盐在电场作用下，阴离子（如SO₄ ^2-）和阳离子（如Na⁺）分别透过相应的离子选择性透过膜，与水分解产生的氢离子（H⁺）和氢氧根离子（OH^-）结合，形成酸（H₂SO₄）从酸液出口603排出，进入酸回收池8；形成碱（NaOH）从碱液出口602排出，进入碱回收池9；其酸收集率在70.2~72.3%，碱收集率在71.7~74.8%之间，资源化利用；双极膜电渗析分离了无机盐后的废水经废水回收出口601进入废水收集池7，该废水质指标pH 6~9、COD_Cr≤60mg/L、TDS≤1000 mg/L，可作景观用水使用。

本实用新型的双极膜电渗析装置采用三隔式的双极膜电渗析装置，它由1张双极膜和2张离子交换膜组成一膜组件，双极膜电渗析的阳极为网板钛基二氧化铅电极，阴极为网板钛电极，2张离子交换膜分别为阴、阳离子交换膜；其中电极和极膜构成极液室，阴、阳离子交换膜构成料液室，双极膜与阴离子交换膜构成酸液室，收集酸液；双极膜与阳离子交换膜构成碱液室，收集碱液；双极膜电渗析处理时的电流密度为15~20 mA/cm²，电压为30~50 V，工作温度为10~40℃，当料液室当电导率降至6000us/cm以下时，停止工作。

Claims

1.一种废水深度处理用膜电耦合系统，包括膜过滤装置（1）、淡水收集池（2）、浓水收集池（3）、电催化氧化装置（4）、中间水池（5）、双极膜电渗析装置（6）、废水收集池（7）、酸回收池（8）及碱回收池（9），其特征在于所述膜过滤装置（1）内设置膜组件、进水口（101）、透过液出口（102）和截留液出口（103），透过液出口（102）与淡水收集池（2）连接，截留液出口（103）与浓水收集池（3）连接，浓水收集池（3）与电催化氧化装置（4）、中间水池（5）、双极膜电渗析装置（6）依次连接，双极膜电渗析装置（6）上设置酸液出口（603）、碱液出口（602）和废水回收出口（601），酸液出口（603）与酸回收池（8）连接，碱液出口（602）和碱回收池（9）连接，废水回收出口（601）与废水收集池（7）连接。

2.根据权利要求1所述的一种废水深度处理用膜电耦合系统，其特征在于所述双极膜电渗析装置（6）为三隔式结构，由设置在左、右两侧的极液室和中间的电渗析隔室构成，所述的电渗析隔室包括由阴极膜、双极膜和阳极膜间隔排列构成的酸室、碱室和料液室，酸液出口（603）设置在酸室上，碱液出口（602）设置在碱室上，废水回收出口（601）设置在料液室上。

3.根据权利要求1所述的一种废水深度处理用膜电耦合系统，其特征在于电催化氧化装置（4）为网板柱塞流电解装置。

4.根据权利要求1所述的一种废水深度处理用膜电耦合系统，其特征在于所述膜组件为纳滤膜组件或反渗透膜组件，纳滤膜组件的截留分子量150~300，反渗透膜组件的截留分子量大于100。