CN220845816U - 一种工业废水零排放处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种工业废水零排放处理系统，涉及环保领域。所述系统包括有串联连接的絮凝沉淀单元(2)、过滤单元(6)、超滤单元(11)、膜分离单元(13)、生物除盐反应器(33)和污泥脱水机(29)；其中，所述生物除盐反应器(33)的上部的器壁上开设有生物除盐反应器出口(34)；所述生物除盐反应器出口(34)与膜分离单元进口(12)连接，使得经所述生物除盐反应器(33)除盐后的废水能够重新返回流入所述膜分离单元(13)。本实用新型的系统成本低廉且运行能耗低。
Description
技术领域
本实用新型涉及环保技术领域，具体地，涉及一种工业废水零排放处理系统。
背景技术
工业废水零排放是指“不向地面水域排放任何形式的水(包括排出或渗出)，所有电厂排放的水都是以固化在灰渣中或者湿气的形式”。简单地说，废水零排放是指在生产过程中，废水经处理后回用，不外排，达到绿色环保、循环可持续发展。而工业废水零排放的关键在于能否有效降低其中的含盐量，目前主要使用的技术为以下两种。
(1)焚烧技术
焚烧技术是指在大约800～950℃的温度下，工业废水中的可燃性有机物或添加了助燃剂的有机物，与氧气反应产生水、CO2、无机物灰分以及热能，实现零排放的过程。该过程主要工序包括，进料预处理，高温焚烧，热量回收及烟气处理等。焚烧技术主要针对有机物含量高的废水，对于有机物含量低的废水，因热值低，难以燃烧，通常需要将废水浓缩，提高热值后再燃烧，否则能耗高、投资大。
焚烧技术一般会存在设备结焦、粉尘二次污染、尾气含二噁英等问题。
(2)蒸发结晶技术
蒸发结晶是工业生产中比较成熟的化工单元。在冶金、化工、污水处理、海水淡化等过程中被广泛使用。对于高盐废水，一般采用蒸发结晶工艺能够实现零排放。现阶段，国内外主要的蒸发技术包括多效蒸发(MEE)、机械蒸汽再压缩蒸发(MVR)、卧式薄膜喷淋蒸发(MVC)等。
现有的蒸发结晶废水处理系统(参见图1)一般存在运行能耗高、维护繁琐等问题。为此，工程实践上一般在蒸发结晶单元前增设“吸附”单元和“软化”单元，以期在废水进入前尽量多地去除废水中的有机物和易结垢无机物。但是，这增加了工程投资，且从整个工业废水零排放处理流程上统计，能耗、运行费用并没有降低。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提供一种新的工业废水零排放处理系统。
本实用新型的工业废水零排放处理系统，包括有串联连接的絮凝沉淀单元、过滤单元、超滤单元、膜分离单元、生物除盐反应器和污泥脱水机；其中，絮凝沉淀单元出口连接过滤器进口，过滤器出口连接超滤单元进口，超滤单元出口连接膜分离单元进口，膜分离单元的浓缩液出口连接所述生物除盐反应器的下部的器壁上开设的生物除盐反应器进口，所述生物除盐反应器的底部的污泥经生物除盐反应器的下部的器壁上另外开设的生物除盐反应器排泥口排出；其中，所述生物除盐反应器的上部的器壁上开设有生物除盐反应器出口；所述生物除盐反应器出口与所述膜分离单元进口连接，使得经所述生物除盐反应器除盐后的废水能够重新返回流入所述膜分离单元。
在现有技术中，在膜分离单元之后，通过设置软化单元和蒸发结晶单元进一步去除水中的易结垢物质，包括盐分。“软化”单元可以是将废水通过钠型阳离子交换树脂，使水中的主要易结垢物质，例如Ca2+、Mg2+，与树脂中的Na+相交换，从而去除废水中的Ca2+、Mg2+，使废水得到软化。所述Ca2+、Mg2+均属于盐分中的一些。
在本实用新型的系统中，所述絮凝沉淀单元一侧通过絮凝沉淀单元进口与废水原液进水管相连，另一侧通过絮凝沉淀单元出口与过滤器进水泵进水管相连。絮凝沉淀单元用于去除废水中的悬浮物和大分子有机物，并降低水的硬度。
在本实用新型的系统中，还可以包括过滤器进水泵。过滤器进水泵进水一侧通过管路与絮凝沉淀单元出口相连，出水一侧通过管路与过滤器进口相连。所述过滤器进水泵用于提供动力，将絮凝沉淀单元内废水抽出并输送至过滤器。
在本实用新型的系统中，所述过滤器一侧通过过滤器进口与过滤器进水泵出水管路相连，另一侧通过过滤器出口与超滤进水泵进水管路相连。所述过滤器用于进一步去除废水中的悬浮物、胶体、铁锰、大分子有机物，并降低水的硬度。
在本实用新型的系统中，还可以包括超滤进水泵。超滤进水泵进水一侧通过管路与过滤器出口相连，出水一侧通过管路与超滤单元进口相连。所述超滤进水泵用于提供动力，将过滤器内废水抽出并输送至超滤单元。
在本实用新型的系统中，所述超滤单元一侧通过超滤单元进口与超滤进水泵出水管路相连，另一侧的超滤单元出口通过管道与膜分离单元进口相连。所述超滤单元用于将废水中绝大部分的胶体、细菌及小分子有机物质去除，保护后续膜分离单元的长期稳定运行。
在本实用新型的系统中，所述膜分离单元一侧的膜分离单元进口通过管路与超滤单元出口相连，另一侧的浓缩液出口通过管道与生物除盐反应器进水泵进口相连，另外通过合格水排放口将合格水排放。所述膜分离单元是用于对废水进行物理分离，将进水处理成部分为达标排放水(合格水)，部分为浓缩液。所述膜分离单元的物理分离作用能够分离出进水中除了水分子、部分溶解性气体以外的其他物质，可以理解，进水中大约99.8％以上的非水分子物质都被膜分离单元分离出来，集中在浓缩液中。所述非水分子物质包括有机污染物、易结垢物质(如盐分)，但不限于此。
在本实用新型的系统中，生物除盐反应器进水泵进水一侧通过管路与浓缩液出口相连，出水一侧通过管路与生物除盐反应器进口相连。所述生物除盐反应器进水泵是用于提供动力，将膜分离单元内浓缩液抽出并输送至生物除盐反应器。
在本实用新型的系统中，所述生物除盐反应器的下部的器壁的一侧上开设的生物除盐反应器进口通过管道与生物除盐反应器进水泵出口相连，所述生物除盐反应器的下部的器壁的另一侧通过生物除盐反应器排泥口与排泥泵进泥管路相连，所述生物除盐反应器的上部的器壁上开设的生物除盐反应器出口通过管道与膜分离单元进口相连。因此，本实用新型系统的生物除盐反应器为升流式运行，高盐分浓缩液从反应器下部进入，在反应器内，随浓缩液进入量的增加而水位逐渐上升(同时进行盐分脱除)，所得低盐分废水从反应器上部自行溢流流出。升流式运行可以节约系统所需的动力输入，降低系统能耗。
在本实用新型的系统中，所述生物除盐反应器在运行时具有显著降低高盐分浓缩液中的盐分含量的功能。所述生物除盐反应器在运行时，在反应器内存活有耐盐复合微生物，该微生物在高浓度盐分(盐分浓度35000mg/L以内)的环境中可以正常存活和正常新陈代谢。来自膜分离单元的浓缩液进入所述生物除盐反应器后，反应器内的耐盐复合微生物吸附浓缩液中的盐分且正常新陈代谢，衰亡的耐盐复合微生物携带所吸附的盐分沉降到反应器底部，定期以剩余污泥形式排出生物除盐反应器，从而浓缩液中大部分盐分被去除，盐分含量显著降低，可以降低至生物除盐反应器出口出水中的盐分含量低于膜分离单元进水中的盐分含量。
在本实用新型的系统中，在生物除盐反应器上部设计有回流管线，从而可以将生物除盐反应器出水(盐分含量低于膜分离单元进水)与膜分离单元进水混合，混合后进入膜分离单元进行处理。将此部分水经过膜分离处理后，盐分富集，再进入生物除盐反应器被微生物吸附，以剩余污泥形式排出。如果此部分水不返回膜分离器，虽是低盐分水，也不符合直接排放标准；此部分水返回膜分离器也可以避免采用蒸发结晶单元，降低了能耗。
在本实用新型的系统中，关于待处理的工业废水中的有机物，其在絮凝沉淀单元会被去除大部分；再者，生物除盐反应器在运行时所配备的微生物是一种兼具分解有机物的功能的微生物，浓缩液中的有机物一部分被复合微生物降解，一部分被剩余污泥吸附排出反应器。
在本实用新型的系统中，还可以包括排泥泵。所述排泥泵一侧通过管道分别与絮凝沉淀单元排泥口、生物除盐反应器排泥口相连，另一侧通过管道与污泥脱水机进泥口相连。所述排泥泵用于将絮凝沉淀单元沉淀污泥、生物除盐反应器的剩余污泥输送至污泥脱水机。
在本实用新型的系统中，所述污泥脱水机进泥口通过管道与排泥泵的出口相连，另一侧通过污泥出口将污泥排出。所述污泥脱水机是用于对沉淀污泥、剩余污泥进行脱水。吸附于生物除盐反应器内微生物的盐分在脱水过程中不会再解吸又进入水体中，因此，这些盐分在污泥脱水后存在于污泥中，随脱水后的污泥填埋在填埋场内。
在本实用新型的系统中，还可以包括控制系统。控制系统包括多个传感器、PLC控制器(可编程逻辑控制器)和人机界面。絮凝沉淀单元前端设置流量传感器；膜分离单元进水侧设置流量传感器、压力传感器、pH传感器、温度传感器、电导率传感器，出水侧设置流量传感器、pH传感器、电导率传感器；生物除盐反应器内设置pH传感器、液位传感器、溶解氧传感器。
所述多个传感器检测到的信号传递给所述PLC控制器，并显示于所述人机界面上，同时所述PLC控制器根据得到的信号对该集成控制系统中的各个元件进行控制。同时预留通讯接口，能够实现通过上位机(例如可以直接发出操控命令的计算机)对PLC控制器和多个传感器进行全面监控，实现就地控制和控制室内控制的双向控制。
在本实用新型系统的一个实施方案中，在所述生物除盐反应器的内部配置有潜水搅拌器，所述潜水搅拌器的数量为1-5个。所述潜水搅拌器是用于对生物除盐反应器运行时其中存在的耐盐复合微生物与进入生物除盐反应器的浓缩液进行搅拌混合，促进盐分的去除。
在本实用新型系统的进一步实施方案中，所述潜水搅拌器的数量为1-3个。
在本实用新型系统的一个实施方案中，本实用新型的工业废水零排放处理系统在运行时，在生物除盐反应器内配备有耐盐复合微生物KNBC20000(购自北京百微特环境技术有限公司，生产批号KNBC20000)。
在本实用新型系统的一个实施方案中，所述生物除盐反应器为圆柱体，且高径比介于6至8之间。高径比大于6有利于反应器底部进水均匀，不会出现死角(水不流动的地方)，完全利用了反应器内的空间，废水在反应器内的停留时间符合设计要求，除盐效果可以达到预期。但是，过大的高径比，会使反应器基础受力加大，建设费用增加；高度增加，也会降低反应器在恶劣气候条件下的稳定性，存在安全隐患。
在本实用新型的系统中，在所述超滤单元之后，通过膜分离单元和生物除盐反应器的共同作用可以回收基本全部的水并且为合格水。
相比于现有技术，本实用新型系统具有以下优势：
1、在现有工业废水零排放处理系统基础上，本实用新型系统用生物除盐反应器替代蒸发结晶单元、软化单元和吸附单元，系统组成设备更少，更易于操作，运行更稳定。
2、本实用新型系统在运行时被设置为，在所述生物除盐反应器内使用新的耐盐复合微生物KNBC20000，利用其耐盐属性来脱除浓缩液中高浓度盐分，且反应器升流式运行。与现有技术配置多个单元(蒸发结晶单元、软化单元)用于除盐相比，本实用新型的生物除盐反应器的运行能耗低，且配置成本低。从而本实用新型的工业废水零排放处理系统所需投资成本少，运行能耗和运行费用低。
3、本实用新型的工业废水零排放处理系统可以用于工业废水零排放处理工程的新建、改造和扩容，工业实用性强，应用范围广泛。
附图说明
图1为现有的工业废水零排放处理系统示意图。
图2为本实用新型工业废水零排放处理系统示意图。
图3为本实用新型工业废水零排放处理系统的控制系统的方框图。
附图标号说明：
1-絮凝沉淀单元进口；2-絮凝沉淀单元；3-絮凝沉淀单元出口；4-过滤器进水泵；5-过滤器进口；6-过滤器；7-过滤器出口；8-超滤进水泵；9-超滤单元进口；10-超滤单元出口；11-超滤单元；12-膜分离单元进口；13-膜分离单元；14-浓缩液出口；15-合格水排放口；16-吸附单元进水泵；17-吸附单元进口；18-吸附单元；19-吸附单元出口；20-软化单元进口；21-软化单元；22-软化单元出口；23-蒸发结晶单元入口；24-蒸发结晶单元；25-蒸发结晶物出口；26-絮凝沉淀单元排泥口；27-排泥泵；28-脱水机进泥口；29-污泥脱水机；30-污泥出口；31-生物除盐反应器进水泵；32-生物除盐反应器进口；33-生物除盐反应器；34-生物除盐反应器出口；35-生物除盐反应器排泥口；36-潜水搅拌器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
参考图1所示，其为现有的工业废水零排放处理系统示意图。该现有的工业废水零排放处理系统主要包括有串联连接的絮凝沉淀单元2、过滤单元6、超滤单元11、膜分离单元13、吸附单元18、软化单元21和蒸发结晶单元24。
待处理的工业废水首先经絮凝沉淀单元进口1进入絮凝沉淀单元2。在絮凝沉淀单元2中去除废水中的悬浮物和大分子有机物，并降低水的硬度。经处理后的水从絮凝沉淀单元出口3排出，通过过滤器进水泵4泵送至过滤器进口5并进入下一处理单元，即，过滤器6。
在过滤器6内进一步去除废水中的悬浮物、胶体、铁锰、大分子有机物，并降低水的硬度。然后，废水从过滤器出口7排出，经超滤进水泵8泵送至超滤单元进口9并进入下一处理单元，即，超滤单元11。
在超滤单元11内，将废水中绝大部分的胶体、细菌及小分子有机物质去除，以便保护后续膜分离单元的长期稳定运行。然后，废水从超滤单元出口10排出，经膜分离单元进口12进入膜分离单元13。
在所述膜分离单元13中对废水进行物理分离。所述膜分离单元的物理分离作用能够分离出进水中除了水分子、部分溶解性气体以外的其他物质，可以理解，进水中大约99.8％以上的非水分子物质都被膜分离单元分离出来，集中在浓缩液中。所述非水分子物质包括有机污染物、易结垢物质(如盐分)。最终，进水被处理成部分为达标排放水(合格水)，部分为浓缩液。合格水通过膜分离单元的合格水排放口15排出并且可以回收利用；所述浓缩液通过浓缩液出口14排出，经吸附单元进水泵16泵送和经吸附单元进口17被输送进入吸附单元18。
所述吸附单元18常以活性炭作为吸附物质，利用活性炭本身的物理吸附、化学吸附性能去除水中有机污染物。活性炭可以用木屑、果壳、褐煤等含碳物质为原料，经碳化和活化制成。活性炭通常具有大的孔体积和大的比表面积。吸附处理后，废水从吸附单元出口19排出，经软化单元进口20进入软化单元21。
在软化单元21内，采用软化方式处理易结垢物质，例如钙离子、镁离子(它们属于盐分中的一些)。具体地，可以将废水通过钠型阳离子交换树脂，使水中的Ca2+、Mg2+与树脂中的Na+相交换，从而去除废水中的Ca2+、Mg2+，使废水得到软化。软化处理后，废水从软化单元出口22排出，经蒸发结晶单元入口23进入蒸发结晶单元24。
蒸发结晶单元24蒸出的水分作为合格产水从蒸发结晶单元的合格水排放口15排放并且可以回收利用。蒸发所得结晶物含水少，外观是固体。经蒸发结晶物出口25卸出，经包装密封后运至垃圾场填埋。
参考图2所示，其为本实用新型的工业废水零排放处理系统示意图。本实用新型的工业废水零排放处理系统主要包括有串联连接的絮凝沉淀单元2、过滤单元6、超滤单元11、膜分离单元13、生物除盐反应器33和污泥脱水机29；其中，絮凝沉淀单元出口3连接过滤器进口5，过滤器出口7连接超滤单元进口9，超滤单元出口10连接膜分离单元进口12，膜分离单元的浓缩液出口14连接所述生物除盐反应器33的下部的器壁上开设的生物除盐反应器进口32，所述生物除盐反应器33的底部的污泥经生物除盐反应器33的下部的器壁上另外开设的生物除盐反应器排泥口35排出。具体如下所述。
待处理的工业废水首先经絮凝沉淀单元进口1进入絮凝沉淀单元2。在絮凝沉淀单元2中去除废水中的悬浮物和大分子有机物，并降低水的硬度。经处理后的水从絮凝沉淀单元出口3排出，通过过滤器进水泵4泵送至过滤器进口5并进入下一处理单元，即，过滤器6。
在过滤器6内进一步去除废水中的悬浮物、胶体、铁锰、大分子有机物，并降低水的硬度。然后，废水从过滤器出口7排出，经超滤进水泵8泵送至超滤单元进口9并进入下一处理单元，即，超滤单元11。
在超滤单元11内，将废水中绝大部分的胶体、细菌及小分子有机物质去除，以便保护后续膜分离单元的长期稳定运行。然后，废水从超滤单元出口10排出，经膜分离单元进口12进入膜分离单元13。
在所述膜分离单元13中对废水进行物理分离。所述膜分离单元的物理分离作用能够分离出进水中除了水分子、部分溶解性气体以外的其他物质，可以理解，进水中大约99.8％以上的非水分子物质都被膜分离单元分离出来，集中在浓缩液中。所述非水分子物质包括有机污染物、易结垢物质(如盐分)。最终，进水被处理成部分为达标排放水(合格水)，部分为浓缩液。合格水通过膜分离单元的合格水排放口15排出并且可以回收利用；所述浓缩液通过浓缩液出口14排出，经生物除盐反应器进水泵31泵送和经生物除盐反应器进口32被输送进入生物除盐反应器33内。
所述生物除盐反应器的下部的器壁的一侧上开设的生物除盐反应器进口32通过管道与生物除盐反应器进水泵出口相连，所述生物除盐反应器的下部的器壁的另一侧通过生物除盐反应器排泥口35与排泥泵进泥管路相连，所述生物除盐反应器的上部的器壁上开设的生物除盐反应器出口34通过管道与膜分离单元进口相连。因此，本实用新型系统的生物除盐反应器为升流式运行，高盐分浓缩液从反应器下部进入，在反应器内，随浓缩液进入量的增加而水位逐渐上升(同时进行盐分脱除)，所得低盐分废水从反应器上部自行溢流流出。升流式运行可以节约系统所需的动力输入，降低系统能耗。
所述生物除盐反应器为圆柱体，且高径比为6，直径为1.2米。在生物除盐反应器内配置有两个潜水搅拌器36，一个位于生物除盐反应器进口32上方0.5米，另一个位于其正对面，用于对生物除盐反应器33运行时其中存在的耐盐复合微生物KNBC20000与进入生物除盐反应器的浓缩液进行搅拌混合，促进盐分的去除。
在生物除盐反应器上部设计有回流管线，从而可以将生物除盐反应器出水(盐分含量低于膜分离单元进水)与膜分离单元进水混合，混合后进入膜分离单元13进行处理。将此部分水经过膜分离处理后，盐分富集，再进入生物除盐反应器被微生物吸附，以剩余污泥形式排出。如果此部分水不返回膜分离器，虽是低盐分水，也不符合直接排放标准；此部分水返回膜分离器也可以避免采用蒸发结晶单元，降低了能耗。
所述生物除盐反应器33在运行时具有显著降低高盐分浓缩液中的盐分含量的功能。所述生物除盐反应器33在运行时，在反应器内存活有耐盐复合微生物KNBC20000(购自北京百微特环境技术有限公司，生产批号KNBC20000)，该微生物在高浓度盐分液体中可以正常存活并正常新陈代谢。来自膜分离单元的浓缩液进入所述生物除盐反应器33处理后，反应器内的耐盐复合微生物吸附浓缩液中的盐分且正常新陈代谢。其中，衰亡的耐盐复合微生物携带所吸附的盐分沉降到反应器底部，定期以剩余污泥形式排出生物除盐反应器33，从而浓缩液中大部分盐分被去除，盐分含量显著降低，可以降低至生物除盐反应器出口34出水中的盐分含量低于膜分离单元13进水中的盐分含量。
本实用新型的系统还包括排泥泵27。所述排泥泵27一侧通过管道分别与絮凝沉淀单元排泥口26、生物除盐反应器排泥口35相连，另一侧通过管道与污泥脱水机进泥口28相连。所述排泥泵27用于将絮凝沉淀单元内的沉淀污泥、生物除盐反应器内的剩余污泥输送至污泥脱水机29进行处理，污泥固体自污泥出口30排出。
参考图3所示，其为本实用新型工业废水零排放处理系统的控制系统的方框图。所述控制系统主要包括多个传感器、PLC控制器(可编程逻辑控制器)和人机界面。
絮凝沉淀单元前端设置流量传感器；膜分离单元进水侧设置流量传感器、压力传感器、pH传感器、温度传感器、电导率传感器，出水侧设置流量传感器、pH传感器、电导率传感器；生物除盐反应器内设置pH传感器、液位传感器、溶解氧传感器。
所述多个传感器检测到的信号传递给所述PLC控制器，并显示于所述人机界面上，同时所述PLC控制器根据得到的信号对该集成控制系统中的各个元件进行控制。同时预留通讯接口，能够实现通过上位机对其进行全面监控，实现就地和控制室内双向控制。
对于现有技术的在膜分离单元之后结合使用蒸发结晶单元、软化单元和吸附单元的废水零排放系统而言，吨水能耗为190kw，吨水运行费用为114元；采用本实用新型的“生物除盐反应器”替代蒸发结晶单元、软化单元和吸附单元，吨水能耗106kw，运行费用83元，并且同样能够获得废水零排放效果。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种工业废水零排放处理系统，其特征在于，包括有串联连接的絮凝沉淀单元(2)、过滤单元(6)、超滤单元(11)、膜分离单元(13)、生物除盐反应器(33)和污泥脱水机(29)；其中，絮凝沉淀单元出口(3)连接过滤器进口(5)，过滤器出口(7)连接超滤单元进口(9)，超滤单元出口(10)连接膜分离单元进口(12)，膜分离单元的浓缩液出口(14)连接所述生物除盐反应器(33)的下部的器壁上开设的生物除盐反应器进口(32)，所述生物除盐反应器(33)的底部的污泥经生物除盐反应器(33)的下部的器壁上另外开设的生物除盐反应器排泥口(35)排出；
其中，所述生物除盐反应器(33)的上部的器壁上开设有生物除盐反应器出口(34)；所述生物除盐反应器出口(34)与所述膜分离单元进口(12)连接，使得经所述生物除盐反应器(33)除盐后的废水能够重新返回流入所述膜分离单元(13)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述生物除盐反应器(33)的内部配置有潜水搅拌器(36)，所述搅拌器(36)的数量为1-5个。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述搅拌器(36)的数量为1-3个。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生物除盐反应器(33)为圆柱体，且高径比介于6至8之间。
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