CN216584641U - 浓水处理系统和零排放系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种浓水处理系统和零排放系统,第一浓水处理单元包括:第一沉淀池,接收浓水,以对浓水进行除硅除硬;反应器,连通到第一沉淀池,接收经由第一沉淀池处理的浓水,该反应器内设置有针对难降解有机物的生物菌种,以从浓水中去除一部分难降解有机物;臭氧生物滤池系统,包括臭氧氧化单元和曝气生物滤池单元,臭氧氧化单元连通到所述反应器,以将一部分难降解有机物转化为可生化有机物,曝气生物滤池单元连通到所述臭氧氧化单元,以矿化一部分难降解有机物;第一超滤和反渗透系统,连通到臭氧生物滤池系统,以进一步浓缩浓水,经由第一超滤和反渗透系统处理得到的反渗透产水回收利用,得到的浓盐水进入第二浓水处理单元进行处理。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种浓水处理系统,用于对浓水进行处理,去除浓水中的各种盐类。本实用新型还涉及一种零排放系统,包括浓水处理系统。
背景技术
我国水资源短缺,工业废水处理回用是重要的节水途径之一,目前常用的工业废水处理技术包括:预处理、二级处理、深度处理等步骤,膜分离技术是常用的深度处理技术。经过膜分离深度处理的工业废水可被回用,与此同时也会产生一部分浓水,这些浓水中通常含有高浓度的盐分,以及难降解有机物,直接排放一方面会造成环境污染,另一方面也会造成资源浪费,如果能将这些浓水中的盐分进行回收利用,便可以实现污水的“零排放”。
目前常见的零排放工艺路线主要有以下几种:一种是通过沉淀池、臭氧、活性炭等工艺,进一步降低浓水的硬度、硅和难降解有机物浓度,然后根据是否有分盐的需求选择反渗透或者纳滤对浓水进一步浓缩,随后进入蒸发结晶阶段,这常见于石油炼化、煤化工、火电厂等废水零排放工程;另一种是采用STRO、DTRO、振动膜等特殊抗污染平板膜,在不进行充分预处理的前提下对浓水进行再一步浓缩,随后进入蒸发结晶或固化单元,这常见于垃圾渗滤液零排放等高有机污染废水零排放工程;还有一些零排放工艺,因为水量小、浓度高,在对浓水进行简单除悬浮物等预处理后,直接利用高温烟气等热媒使得浓水快速干燥,完成固化过程,这常见于脱硫废水零排放工程。
以上三种零排放工艺均有不足之处,对于第一种,全路线中均为物化处理,对于浓水中经过反渗透浓缩后富集的氨氮、总氮等指标没有进一步处理,最终会影响结晶盐产品纯度、冷凝水品质、蒸发结晶系统能耗等,而臭氧工艺去除COD又会造成运行成本过高等问题;对于第二种,局限性较大,因为该类浓水很难再实现资源化,最终浓水的冷凝液中氨氮浓度往往会超标,而且无法回收高品质的结晶盐产品;对于第三种,实际上只是污染物的转移,而且能耗较高,只适用于一些特殊场合。
实用新型内容
本实用新型提供了一种浓水处理系统,第一浓水处理单元和第二浓水处理单元,其特征在于,第一浓水处理单元包括:第一沉淀池,接收浓水,以对浓水进行除硅除硬;反应器,连通到第一沉淀池,接收经由第一沉淀池处理的浓水,该反应器内设置有针对难降解有机物的生物菌种,以从浓水中去除一部分难降解有机物;臭氧生物滤池系统,包括臭氧氧化单元和曝气生物滤池单元,臭氧氧化单元连通到所述反应器,以将一部分难降解有机物转化为可生化有机物,曝气生物滤池单元连通到所述臭氧氧化单元,以矿化一部分难降解有机物;第一超滤和反渗透系统,连通到臭氧生物滤池系统,以进一步浓缩浓水,经由第一超滤和反渗透系统处理得到的反渗透产水回收利用,得到的浓盐水进入第二浓水处理单元进行处理。
有利地,第二浓水处理单元包括:第二沉淀池,连通到第一超滤和反渗透系统,从第一超滤和反渗透系统接收浓盐水,以对浓盐水进行除硅除硬;高级氧化和/或活性炭吸附系统,连通到第二沉淀池,以去除浓盐水中的一部分难降解有机物;离子交换和除碳系统,连通到高级氧化和/或活性炭吸附系统,以从浓盐水中去除残余硬度和碱度;第二超滤和反渗透系统,连通到离子交换和除碳系统,以从浓盐水中得到富含盐类的产水。
有利地,所述浓水处理系统还包括蒸发结晶单元,连通到第二超滤和反渗透系统,通过蒸发结晶而得到盐类。
有利地,所述第一浓水处理单元还包括反硝化生物滤池,其位于第一沉淀池的上游或下游,并与第一沉淀池连通,以降低浓水中的硝酸根浓度。
有利地,所述反应器内还设置有针对氨氮的生物菌种,以从浓水中去除氨氮。
本实用新型还提供了一种零排放系统,其包括如上所述的浓水处理系统。
附图说明
下面结合附图详细描述的本实用新型的优选实施方式中,本实用新型的优点和目的可以得到更好地理解。为了在附图中更好地显示各部件的关系,附图并非按比例绘制。附图中:
图1示出根据本实用新型的浓水处理系统的示意图。
具体实施方式
将参照附图详细描述根据本实用新型的各个实施例。这里,需要注意的是,在附图中,将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分,并且将省略关于它们的重复描述。术语“依次包括A、B、C等”仅指示所包括的部件A、B、C等的排列顺序,并不排除在A和B之间和/或B和C之间包括其它部件的可能性。
本说明书的附图为示意图,辅助说明本实用新型的构思,示意性地表示各部分的形状及其相互关系。
图1示出根据本实用新型的浓水处理系统的框图。本实用新型的浓水处理系统可以有效地回收浓水中的盐类,适用于石油炼化、煤化工、纺织印染、造纸、钢铁、火电、医药等大型浓水零排放工程。
如图1所示,该浓水处理系统包括第一浓水处理单元1和第二浓水处理单元2,第一浓水处理单元1包括第一沉淀池11,其接收浓水(即高含盐废水),以对浓水进行除硅除硬。该第一沉淀池11例如是高密度沉淀池,用于去除部分硬度、部分碱度及硅。具体地,通过投加Ca(OH)2或NaOH使浓水中的部分碱度由HCO3-转化为CO32-,同时使水中的Ca2+、Mg2+离子生成CaCO3及Mg(OH)2沉淀。还可以投加MgO,使其与Mg(OH)2反应形成复杂分子结构,Mg(OH)2分子部分地解离进入溶液,由此形成了周围被OH-包围的带正电荷的复杂胶体粒子,水中以不同形态存在的硅酸化合物可以与氧化镁胶体粒子进行离子交换,形成了难溶的硅酸镁化合物,达到除硅的目的,使硅的浓度降到20mg/l以下,具备进入超滤反渗透的条件。
第一浓水处理单元1还包括反硝化生物滤池12,其可以设置在第一沉淀池的上游或下游,在图1中以反硝化生物滤池12设置在第一沉淀池的下游为例来进行说明。反硝化生物滤池12与第一沉淀池11连通,在缺氧环境下,在颗粒介质表面富集反硝化菌微生物,实现硝态氮的去除,去除率可以达到80%以上,对于改善蒸发结晶的运行工况、减少母液和杂盐产量有重要的意义。
母液还称为“苦卤”,是在化学沉淀或结晶过程中分离出沉淀或晶体后残余的饱和溶液。
以石化行业废水为例,蒸发结晶单元为了维持合适的温升,当共结晶点、COD浓度等不作为结晶终点控制指标时,通常会以硝酸根浓度作为结晶母液浓缩控制终点,一般要求不高于80000mg/L,才能让系统维持正常的沸点温升,如果通过反硝化去除80%的硝酸根,则理论上蒸发结晶单元的母液排放量亦可以减少80%,相应的固废处理量也减少80%,这可以显著地减少成本。
当结晶盐共饱和点或者SiO2、COD等其他指标成为结晶控制终点时,此时如去除80%的硝酸根,在废水其他成分相同的条件下,蒸发结晶单元的沸点温升可以减少约1℃,如采用多效蒸发系统,理论上蒸发1吨水电耗可以降低约2.7kWh。
第一浓水处理单元1还包括反应器13和臭氧生物滤池系统14。反应器13连通到第一沉淀池,接收经由第一沉淀池处理的浓水,该反应器内设置有针对难降解有机物的生物菌种,以从浓水中去除一部分难降解有机物,同时还设置有针对氨氮的硝化菌,以去除浓水中的氨氮。
通过使用反应器,采用针对难降解有机物的菌种,有效地生物降解废水中的难降解COD。此外,菌种在载体上实现固定化,并在浓水处理系统中维持优势菌群,如此,反应器的菌种耐冲击性能强,多数情况下在冲击结束后,可在一周内自行恢复处理能力,如若冲击情况恶劣导致菌群死亡,则可通过重新接种,在10天内恢复运行。完全采用生化工艺,无需化学氧化,运行费用低,操作安全。
臭氧生物滤池系统14包括臭氧氧化单元和曝气生物滤池单元,臭氧氧化单元连通到反应器13,以将一部分难降解有机物转化为可生化有机物,同时降低COD总量,曝气生物滤池单元连通到所述臭氧氧化单元,以矿化一部分难降解有机物,实现有机污染物的高效去除。这与普通臭氧氧化工作相比,节省了50%以上的臭氧投加量,有效节省零排放系统的运行成本。
通过反应器与臭氧生物滤池系统的联用,能够彻底去除COD,同时降低臭氧投加量。
第一浓水处理单元还包括第一超滤和反渗透系统15,连通到臭氧生物滤池系统,以进一步浓缩浓水,经由第一超滤和反渗透系统处理得到的反渗透产水回收利用,得到的浓盐水进入第二浓水处理单元进行处理。由于经过前述处理,对于硬度、硅、COD等进行了较为彻底的去除,在第一超滤和反渗透系统中可以不加或者少加阻垢剂,在下一阶段的浓水处理时降低阻垢剂对除硬除碱的阻碍作用。
第二浓水处理单元2包括第二沉淀池21,连通到第一超滤和反渗透系统,从第一超滤和反渗透系统接收浓盐水,以对浓盐水进行除硅除硬。该第二沉淀池例如是高密度沉淀池,去除浓盐水中的部分硬度、部分碱度及硅。
另外,还可以设置第三沉淀池(未示出),其用于去除浓盐水中的硅、氟。
第二浓水处理单元2还包括高级氧化和/或活性炭吸附系统22,其连通到第二沉淀池21,以去除浓盐水中的一部分难降解有机物。高级氧化和/或活性炭系统22利用活性炭和臭氧氧化针对难降解有机物不同的去除特性,对经过浓缩的浓盐水进一步去除COD,可以根据工程实际情况采用臭氧/高级氧化/活性炭吸附中的一种或多种的组合,其中,臭氧还对带有显色官能团的COD分子有特别的去除效果。因此,采用高级氧化和/或活性炭吸附系统,可以增加结晶盐产品色度达标的保障,同时也可降低杂盐的比例。
另外,可选地,过滤单元25可以设置在第二沉淀池和高级氧化和/或活性炭吸附系统之间。
第二浓水处理单元2还包括离子交换和除碳系统23,其连通到高级氧化和/或活性炭吸附系统,以从浓盐水中去除残余硬度和碱度。离子交换和除碳系统可以包括离子交换器和脱碳塔。
由于CaCO3和Mg(OH)2在水中仍然有很小的溶解度,经过上述处理后的水中仍有少量的Ca2+、Mg2+,这部分硬度称为残余硬度,残余硬度的存在仍然会对后续膜浓缩产生结垢问题。可以利用离子交换器的离子交换树脂将水中的Ca2+、Mg2+转化成Na+,达到彻底软化的目的。由于该阶段的水中TDS较高,需采用弱酸型Na离子交换树脂。TDS指的是溶解性固体总量,主要反映的1653是水中Ca2+、Na+、K+等无机盐和有机物等。TDS主要是用来检测纯净水、蒸馏水、RO膜(反渗透膜)净水器出水水质的指标之一。对于水中残留的碱度,对浓盐水中加酸调节pH后使用脱碳塔,吹脱CO2,将水中的剩余碱度继续降低,出水再调至中性。
第二浓水处理单元还包括第二超滤和反渗透系统24,连通到离子交换和除碳系统,以从浓盐水中得到富含盐类的产水。根据废水中组分不同,选择是否需要采用纳滤分离膜。大多数工业废水中可回收的盐分为硫酸钠和氯化钠,当二者比例不满足直接结晶回收的要求时,利用纳滤针对二价盐等多价盐成分有很好的截留作用的特点,可以使得氯化钠和硫酸钠分别富集于其产水和浓水中,再分别采用独立的蒸发结晶单元回收结晶盐产品。如果采用纳滤分离膜的话,需要针对纳滤产水设置一级反渗透以实现减量化。
本实用新型的浓水处理系统还包括蒸发结晶单元3,其连通到第二超滤和反渗透系统,通过蒸发结晶而得到盐类。对于氯化钠蒸发结晶,通常采用多效蒸发浓缩加强制循环结晶装置。对于硫酸钠蒸发结晶,也可采用多效蒸发浓缩加强制循环结晶装置;对于采用了纳滤分离膜的项目,由于COD主要富集在浓水侧进入硫酸钠蒸发结晶单元,为了确保结晶盐品质,通常还需要采用冷冻结晶装置,利用硫酸钠在低温下溶解度极低的特性,可以实现硫酸钠在母液较低浓度下的回收,保证结晶盐品质。
通过本实用新型的浓水处理系统,采用反硝化生物滤池,降低浓水中硝酸根浓度,在相同浓缩倍数条件下降低蒸发结晶单元温升,降低系统运行成本;或在控制相同硝酸根浓度条件下减少80%以上的母液排放量,降低系统处理母液及固废的运行成本;针对反渗透浓水采用反应器+臭氧生物滤池系统,由于采用了生化处理技术,与普通臭氧氧化工艺相比,可以节省至少60%以上的臭氧投加量,有效节省零排放系统运行费用;在整个零排放过程中,充分考虑生化+物化组合工艺,在确保膜系统和蒸发结晶单元稳定运行的前提下,可以确保结晶盐品质,同时提高结晶盐回收比例,降低系统直接运行成本。
上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合,本领域技术人员还可根据实用新型目的进行各技术特征之间的其它组合,以实现本实用新型之目的为准。
Claims (6)
1.一种浓水处理系统,包括第一浓水处理单元和第二浓水处理单元,其特征在于,第一浓水处理单元包括:
第一沉淀池,接收浓水,以对浓水进行除硅除硬;
反应器,连通到第一沉淀池,接收经由第一沉淀池处理的浓水,该反应器内设置有针对难降解有机物的生物菌种,以从浓水中去除一部分难降解有机物;
臭氧生物滤池系统,包括臭氧氧化单元和曝气生物滤池单元,臭氧氧化单元连通到所述反应器,以将一部分难降解有机物转化为可生化有机物,曝气生物滤池单元连通到所述臭氧氧化单元,以矿化一部分难降解有机物;
第一超滤和反渗透系统,连通到臭氧生物滤池系统,以进一步浓缩浓水,经由第一超滤和反渗透系统处理得到的反渗透产水回收利用,得到的浓盐水进入第二浓水处理单元进行处理。
2.如权利要求1所述的浓水处理系统,其特征在于,所述第二浓水处理单元包括:
第二沉淀池,连通到第一超滤和反渗透系统,从第一超滤和反渗透系统接收浓盐水,以对浓盐水进行除硅除硬;
高级氧化和/或活性炭吸附系统,连通到第二沉淀池,以去除浓盐水中的一部分难降解有机物;
离子交换和除碳系统,连通到高级氧化和/或活性炭吸附系统,以从浓盐水中去除残余硬度和碱度;
第二超滤和反渗透系统,连通到离子交换和除碳系统,以从浓盐水中得到富含盐类的产水。
3.如权利要求1所述的浓水处理系统,其特征在于,所述浓水处理系统还包括蒸发结晶单元,连通到第二超滤和反渗透系统,通过蒸发结晶而得到盐类。
4.如权利要求1所述的浓水处理系统,其特征在于,所述第一浓水处理单元还包括反硝化生物滤池,其位于第一沉淀池的上游或下游,并与第一沉淀池连通,以降低浓水中的硝酸根浓度。
5.如权利要求1所述的浓水处理系统,其特征在于,所述反应器内还设置有针对氨氮的生物菌种,以从浓水中去除氨氮。
6.一种零排放系统,其特征在于,该零排放系统包括如权利要求1至5中任一项所述的浓水处理系统。
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