一種將含鹽廢水處理到零排放、并回收利用的方法及系統的制作方法

專利名稱：一種將含鹽廢水處理到零排放、并回收利用的方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種含鹽廢水的處理方法，更準確地說，涉及一種將含鹽廢水經過多級處理單元處理后，將水和固體物質分別回收的一種含鹽廢水的處理方法及其系統。
背景技術：
水資源是基礎性的自然資源和戰略性的經濟資源，是經濟社會可持續發展和維持生態平衡、保持環境優美的重要基礎。據2006年3月22日在墨西哥城第四屆水資源論壇上公布的《世界水資源開發報告》稱，全球用水量在20世紀增加了 6倍，增長速度是人口增速的2倍，有11億人缺水，26億人無法保證用水衛生；到2030年全球工農業及城市用水供需矛盾更趨緊張，水資源安全問題日趨惡化。在我國，人均水資源僅為世界人均水資源的四分之一，水資源面臨的問題更加嚴峻。隨著科學技術的發展，越來越多的廢水產生，膜技術被廣泛地應用到廢水處理當中，在得到凈水的同時也產生了很多含鹽廢水；當廢水中含鹽量低于4000mg/L時，可以通過生物馴化使生化處理也能滿足處理的要求。當廢水中含鹽量更高時，會使細胞產生脫水現象，抑制生物活性或者使生物致死，使生化處理效果降低或則導致生化系統癱瘓。同時大量采用膜技術處理的水工業只是注重了從水中提取有用的凈水，而對“無用”的濃鹽水直接排放，嚴重影響了受納水體的水質，降低了受納水體的使用功能。目前，由于一般的膜技術對廢水的回收率在75%以下，難以進一步提高，廢水中的鹽最高可以濃縮4倍。剩余的濃鹽水在不能排放的情況下一班采用如下處理方法1、直接排放，將鹽分含量增加后再排放至受納水體，在污染物的總量上沒能實現減少，反而增加了受納水體的含鹽濃度。2、直接回用，將含鹽水用作沖灰水等對水質要求不嚴格的場所，但是這一方法對含鹽水的消化能力有限。蒸發結晶，一般采用自然蒸發和強制蒸發結晶。采用自然蒸發要求有大量的閑置土地和較高的蒸發量，一般的生產單位很難提供大面積的土地供自然蒸發使用；另一方面， 自然蒸發還受到地域的限制，在我國北方少雨，且蒸發量也很大的地方可以應用，在南方多雨的地方一般不適用；自然蒸發產生的鹽類物質品相較低，其回收利用的價值不好，對自然蒸發場地的管理也很復雜；采用自然蒸發對水資源和土地資源也是一種巨大的浪費，這和水資源越來越緊缺的今天是背道而馳的。采用強制蒸發結晶方式是通過外加能量的方式加快廢水的蒸發速度，從而實現鹽的結晶和水的蒸發。調查顯示，將廢水強制蒸發結晶的投資和噸水處理成本均較高，通過提高廢水中鹽的濃度降低蒸發結晶的處理規模可以降低工程投資，通過采用合理的蒸發模式可以降低蒸發結晶的運行費用。因此，如何通過改進工藝，降低高含鹽廢水零排放處理工藝的投資和運行成本是當前含鹽廢水處理的主要目標，同時也是世界上的一個處理難題。含鹽廢水的組成并不簡單，廢水中除了含有不同的鹽類物質外，還含有懸浮物、油脂、石油類及其他有機污染物。因此，要處理含鹽廢水，首先必須根據來水的性質將水中的石油類、懸浮物、有機物等污染物通過一定的技術措施進行預先去除，使廢水組成趨向單一、穩定，一方面降低這些污染物的含量，另一方面為后面的廢水脫鹽提供便利。目前高含鹽廢水普遍處理方法為“預處理+雙膜法(超濾+反滲透)”或者“預處理+蒸發結晶”。預處理將廢水中的石油類、懸浮物和有機物降低到較低要求的指標以滿足后續處理單元的進水要求，保證他們的正常運行。在預處理階段，一般選用氣浮、沉淀、過濾的方法可去除石油類物質；預處理出水水質要滿足雙膜法和蒸發結晶的進水條件。利用前一種處理方法只是對廢水進一步濃縮不能實現廢水的零排放，針對此種廢水其回收率一般在60%以下，還有大量的濃縮液需要處理。后一種方經預處理后直接采用蒸發結晶，處理規模大，投資運行費用高。由于采用了蒸發濃縮是一個提取清水的過程，殘余水中的污染物和鹽分的含量越來越高，在蒸發的過程中會產生強烈的氣泡層，使蒸發的效率降低，很難達到預定的目標。因此，如何采用合理的處理工藝實現高含鹽廢水零排放的目是最重要的環節。要實現含鹽廢水的深度處理，除了要去除廢水中的懸浮物、石油類、油脂類及有機污染物外， 還必須使濃縮液的產量盡可能低、且濃縮液中的含鹽量盡可能高，以節約后續處理單元的投資和運行成本。

發明內容
本發明為了解決現有技術中存在的問題，將高含鹽廢水通過特定的工藝路線，提高了廢水回收率，降低了濃縮液的產生量，并將濃縮液進行蒸發結晶，實現廢水零排放和鹽類的回收。本發明的技術方案包括如下步驟I、含鹽廢水經過格柵去除水中漂浮物；2、格柵出水進入到調節池進行均質均量調節；3、調節池出水進入到強化預處理單元去除廢水中的懸浮物、油類、堿度及結垢離子;4、強化預處理出水進入到WLRO超濾單元，在該單元可將廢水中的懸浮物、膠體及病菌等物質完全去除；5、超濾出水進入WLRO反滲透膜處理單元，進一步提升水質，為保證反滲透膜的正常運行，在反滲透膜進水前設置保安過濾器，以去除廢水中可能破壞反滲透膜的物質。滲透液可以直接回用至循環冷卻水單元或根據最終去向確定是否還需要增加處理工藝；濃縮液還需進一步處理；6、反滲透濃縮液首先進入WLAO電解氧化系統將廢水中殘余有機物及低價無機物徹底氧化，使廢水中只存在鹽分和水；7、WLA0電解氧化出水進入到WST低溫蒸發結晶系統，將濃鹽水在形態上分離為固態鹽和液態水，實現了鹽和水的分別回收，回收的鹽可以作為某些工業用鹽的地方，也可根據需要可以進一步處理，分離出來的水可以直接回用，也可以根據去向選擇是否需要增設處理單元；8、系統產生的污泥通過走行式板框壓濾機壓濾脫水，廢水回流至調節池，污泥回用或填埋。步驟3中的強化預處理，該工藝集成了氣浮、復合分離及樹脂交換等工藝，融合了加藥混凝，除堿度、硬度、懸浮物及污泥回流等功能于一體，占地面積為實現相同功能其他工藝的一半以下，出水水質好。采用該工藝，反應池污泥濃度可達3g/L以上，排放污泥濃度在20%以上，污泥的總量大幅降低，脫水性能大幅提高，同時懸浮物的去除率在90%以上， 結垢離子去除率在99%以上，堿度去除率在99%以上。強化預處理單元的三個單元可以根據廢水的性質進行優化組合排序，使預處理效果達到最佳。步驟4、5中采用了 WLRO組合膜工藝，該工藝采用寬流道(流道寬度在45mil以上， 常規反滲透流道最寬為34mil)耐污染的特殊膜產品，使濃水的TDS含量可以高達8 %以上， 濃縮液的產量為常規反滲透的1/5以下，節約了后續處理單元的投資和運行費用。在步驟6中采用了沒有電極消耗的WLAO電解氧化工藝。該工藝采用電極為鉆石， 運行環境要求電導率大于30000 μ m/cm，電解反應依靠廢水自身的導電性進行，沒有電極消耗，因此不需要進行后處理、沒有二次污染，簡化了工藝，對后續處理工藝沒有任何不良影響。步驟7中采用了低溫蒸發結晶系統，該工藝利用臺風的原理使廢水在常壓、低溫 (40-550C )條件下實現廢水的蒸發結晶；在工藝中還利用換熱器對能量進行回收，降低了蒸發結晶的能量消耗。和MEE或MVR工藝相比，由于沒有降膜/升膜蒸發過程，不存在鼓泡影響效率的風險，設備運行穩定性好；由于在低溫下工作蒸發結晶設備的選材要求低，因此設備的投資低；由于在低溫下蒸發結晶，因此能量消耗低，運行費用低。步驟8中采用了濾布走行式板框脫水機進行污泥脫水，便于卸泥和濾布清洗。所述低溫蒸發結晶系統包括平行設置的兩個罐體，兩個罐體的下部通過管道貫通在一起，管道內設置有風扇，兩個罐體的底部通過一個拱形管道貫通在一起；左側的罐體內設有蒸發室，蒸發室的上方為連通有污水管的布水器，其下方為濃水池；右側的罐體的上方設置有至少一個換熱器，下方設有水池。為找到有效可行的含鹽廢水處理工藝，我們對目前的水處理工藝進行了大量的實驗研究，通過大量實驗，本工藝對提高廢水回收率有著非常理想的效果，經過對處理前后的廢水水質水量分析，經過計算可得出該工藝對含鹽廢水的回收率最高能夠達到99. 8%以上，濃液中鹽的含鹽量高達80g/L以上，因此判斷該工藝回收率大大高于其他含鹽廢水處理工藝所能達到的效果，同時，反滲透單元的進水水質要求也比其他反滲透低很多。為了實現經濃縮后濃液中的鹽和水的分離，我們對各種強制蒸發工藝進行了實驗研究，通過對比篩選確定采用臺風低溫蒸發結晶技術進行濃鹽水的進一步濃縮和結晶，使廢水中的鹽和水得到分離，效果很好，運行成本最低。本發明中采用的強化預處理單元可以去除廢水中的懸浮物、油類、堿度、結垢離子，超濾單元徹底去廢水中的懸浮物、膠體及微生物等，WLRO實現廢水的回收，回收率最高可達99. 8%以上，大大降低含鹽濃液的體積；利用WLAO電解氧化將廢水中的殘余污染物徹底氧化提高蒸發結晶的效率；采用WST技術使蒸發結晶單元的投資和運行費用大幅下降。 該方法為含鹽廢水的零排放供了一種有效可行的處理方法。本發明還提供了一種將含鹽廢水處理到零排放、并回收利用的系統，包括格柵、調節池，含鹽廢水經過格柵去除漂浮物；出水進入到調節池中；強化預處理單元，包括氣浮單元、復合分離單元、離子交換單元，所述氣浮單元包括連接有加藥單元的第一混合池和第一反應池，以及底部設置有微氣泡發生器的氣浮池；復合分離單元包括和氣浮池出水連接的第二混合池、第二反應池，所述第二混合池、第二反應池連接有加藥單元，其出水連接有沉淀單元，所述沉淀單元采用斜管填料，所述斜管為蜂窩狀，間距50mm，傾斜角為60°，斜管高度為IOOOmm ;所述離子交換單元的離子裝填高度為
I.5m ;離子交換單元的出水進入到WLRO超濾單元，所述超濾單元為外壓式中空纖維超濾膜，其出水進入到WLRO普通反滲透膜處理單元，包括普通膜反滲透單元和特殊膜反滲透單元，所述普通膜反滲透單元的濃縮液出口連接特殊膜反滲透單元的入口，其滲透液的出口和特殊膜反滲透單元滲透液的出口連通；WLAO電解氧化單元，所述WLRO普通反滲透膜處理單元的濃縮液進入到WLAO電解氧化單元，其采用固體鉆石合金作為正負兩極；所述WLAO電解氧化單元出水進入低溫蒸發結晶單元，包括平行設置的兩個罐體，兩個罐體的下部通過管道貫通在一起，管道內設置有風扇，兩個罐體的底部通過一個拱形管道貫通在一起；左側的罐體內設有蒸發室，蒸發室的上方為連通有污水管的布水器，其下方為濃水池；右側的罐體的上方設置有至少一個換熱器，下方設有水池；污泥處理單元，所述格柵、強化預處理單元、WLRO超濾單元、WLRO普通反滲透膜處理單元、WLAO電解氧化單元、低溫蒸發結晶單元產生的污泥進入污泥處理單元，包括污泥脫水單元，出水連接到調節池。優選的是，所述格柵為細格柵。優選的是，所述普通膜反滲透單元采用抗污染反滲透膜，所述特殊膜反滲透單元采用寬流道湍流特殊膜，其隔網厚度為45mil以上。優選的是，所述污泥處理單元采用的是濾布走行式板框壓濾機。本發明產生的有益效果是高含鹽廢水經過本發明方法處理后實現了廢水的“零排放”和鹽類物質的回收，并節約了蒸發結晶單元的投資和運行費用。通過采用本發明實現了廢水的回收利用和鹽類物質的回收，實現了廢水處理的減量化、資源化和無害化，并節省了對新鮮水的依賴性，產生了經濟利用，并促進了和當地環境的和諧。


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I示出了為本發明的工藝流程框2為本發明實施案例中各工藝段懸浮物濃度變化曲線3為本發明實施案例中各工藝段懸浮物累計去除率變化曲線圖； 4為本發明實施案例中各工藝段石油類濃度變化曲線5為本發明實施案例中各工藝段石油類累計去除率變化曲線圖； 6為本發明實施案例中各工藝段CODCr物濃度變化曲線7為本發明實施案例中各工藝段CODCr累計去除率變化曲線圖； 8為本發明實施案例中各工藝段含鹽量濃度變化曲線9為本發明實施案例中各工藝段含鹽量累計去除率變化曲線圖。 10為本發明實施案例中各工藝段回收水變化曲線11為本發明實施案例中各工藝段廢水回收率累積變化曲線圖。 12為本發明復合分離單元的工藝流程圖。
圖13為本發明普通膜的結構示意圖。圖14為本發明特殊膜的結構示意圖。圖15為本發明普通膜和特殊膜組合使用時的工藝流程圖。圖16為本發明低溫WST蒸發結晶系統的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做進一步說明。如圖I所示，本發明是一種將高含鹽廢水處理到零排放、并實現將鹽分及水分分別回收利用的方法及其系統，簡稱WLZD，其包含如下步驟I)來水經過格柵后進入調節池，經過提升泵進入到強化預處理單元，簡稱WLPD， 如附圖12，此單元將廢水中的懸浮物、油類、堿度、硬度及結垢離子等去除。本單元采用的藥劑為PAC、PAM、堿度去除劑、離子沉淀劑，PAC、PAM投加量分別為5_50mg/L、0. 5-10mg/L,離子沉淀劑及堿度去除劑需根據廢水中的堿度及結垢離子的含量進行計算。氣浮采用的是溶氣泵氣浮技術、沉淀采用的是斜板沉淀并進行污泥回流、樹脂交換采用的是陽離子。氣浮部分微氣泡的直徑小于30um，氣浮表面負荷為5 IOmVm2. h，總停留時間為30min。沉淀部分采用高效斜管填料，斜管為蜂窩狀、間距50mm,傾斜角為60° ,斜管高度為1000mm,材質為 PVC0沉淀池，表面負荷為15m3/(m2.h)，停留時間為30min。離子交換采用陽型樹脂，停留時間為6min，離子裝填高度I. 5m，去除廢水中殘余的易于結垢的物質。強化預處理單元包含微氣泡發生器、加藥單元、反應室和氣浮池、沉淀池，離子交換器等。強化預處理單元集成了多種工藝，可使工程的占地面積降低一半以上。2)強化預處理單元出水進入WLRO超濾單元，簡稱WLR0，該單元主要去除水中的懸浮物、膠體及微生物等。超濾膜的孔徑為30nm，膜管規格為Φ89X 1000，產水量為1000L/h， 跨膜壓差為60kPa，材質為PVDF。可在超濾單元前安裝有保安過濾器等。所用的超濾單元為外壓式中空纖維超濾膜，膜孔徑為O. 03微米，單位面積通量為40-120L/m2. h，出水濁度小于O. 1NTU, SDI小于2. 5。在該單元可將廢水中的懸浮物、膠體及病菌等物質完全去除。3)超濾出水進入到WLRO反滲透膜處理單元，進一步提升水質，為保證反滲透膜的正常運行，在反滲透膜進水前設置保安過濾器，以去除廢水中可能破壞反滲透膜的物質，保安過濾器的精度為5 μ m。WLRO反滲透膜采用了普通膜和特殊膜相結合的工藝，普通膜的隔網如圖13，特殊膜的隔網如圖14，普通反滲透膜和特殊反滲透膜的區別見下表
權利要求
1.一種將含鹽廢水處理到零排放、并回收利用的方法，其包含如下步驟1)含鹽廢水經過格柵去除水中漂浮物；2)格柵出水進入到調節池進行水質水量調節；3)調節池出水進入到強化預處理單元；4)強化預處理單元出水首先進入WLRO超濾單元，去除廢水中的懸浮物、膠體及病菌；5)超濾出水進入WLRO普通反滲透膜處理單元，其濃縮液去WLRO特殊反滲透單元，得到特殊反滲透單元的濃縮液，得到的特殊反滲透單元的滲透液與普通反滲透的滲透液混合后回用；6)WLRO系統濃縮液進入WLAO電解氧化系統，將廢水中殘余有機物及低價無機物徹底氧化，使廢水中只存在鹽分和水；7)WLAO電解氧化出水進入到低溫蒸發結晶系統，通過蒸發結晶將濃鹽水在形態上分離為固態鹽和液態水。8)系統中產生的污泥利用濾布走行式板框壓濾機進行脫水處理，濾液回調節池，濾餅回用或填埋。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征是所述步驟I)中所用格柵為細格柵，去除廢水中的漂浮物。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征是所述步驟2)中所用調節池為均質均量調節池，為后續處理單元提供連續穩定的進水。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征是所述步驟3)中所述的強化預處理包括氣浮、沉淀、樹脂交換，通過投加混凝劑、離子沉淀劑使廢水的懸浮物、堿度、結垢離子得到去除。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征是所述步驟4)所用的超濾單元為外壓式中控纖維超濾膜，膜孔徑為O. 03微米，單位面積通量為40-120L/m2. h，出水濁度小于O. 1NTU， SDI 小于 2. 5。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征是所述步驟5)中所用反滲透處理單元包括普通膜和特殊膜，所述普通膜為抗污染反滲透膜，特殊膜為寬流道湍流特殊膜，其隔網厚度為 45mil以上，濃水中的含鹽量正常達8%以上，工作壓力為2-5MPa。
7.根據權利要求I所述的方法，其特征是所述步驟6)采用的WLAO電解氧化系統采用固體鉆石合金作為正負兩極，通過對兩極通電，使污水中的水電解，產生具有高氧化性的羥基，羥基將污水中的C0D、氨氮、揮發酚氧化去除。
8.根據權利要求I所述的方法，其特征是所述步驟7)采用的低溫WST蒸發結晶系統，所用蒸發器為低溫蒸發器，工作溫度為40-55°C，利用原理為臺風原理，使進廢水蒸發濃縮直至結晶。進入低溫蒸發結晶器的廢水PH值范圍為4-13、0 &含量小于100mg/L、溫度低于55°C。通過蒸發冷凝得到的產水溫度為25V, 0 &含量小于10mg/L，TDS含量小于 100mg/L。
9.根據權利要求I所述的方法，其特征是所述步驟8)采用的壓濾機為濾布走行式板框壓濾機，將污泥的含水率降低到60%以下。
10.根據權利要求I所述的方法，其特征是所述低溫蒸發結晶系統包括平行設置的兩個罐體，兩個罐體的下部通過管道貫通在一起，管道內設置有風扇，兩個罐體的底部通過一個拱形管道貫通在一起；左側的罐體內設有蒸發室，蒸發室的上方為連通有污水管的布水器，其下方為濃水池；右側的罐體的上方設置有至少一個換熱器，下方設有水池。
11.一種將含鹽廢水處理到零排放、并回收利用的系統，其特征在于包括格柵、調節池，含鹽廢水經過格柵去除漂浮物；出水進入到調節池中；強化預處理單元，包括氣浮單元、復合分離單元、離子交換單元，所述氣浮單元包括連接有加藥單元的第一混合池和第一反應池，以及底部設置有微氣泡發生器的氣浮池；復合分離單元包括和氣浮池出水連接的第二混合池、第二反應池，所述第二混合池、第二反應池連接有加藥單元，其出水連接有沉淀單元，所述沉淀單元采用斜管填料，所述斜管為蜂窩狀，間距50mm，傾斜角為60°，斜管高度為IOOOmm ;所述離子交換單元的離子裝填高度為I.5m ;離子交換單元的出水進入到WLRO超濾單元，所述超濾單元為外壓式中空纖維超濾膜，其出水進入到WLRO普通反滲透膜處理單元,包括普通膜反滲透單元和特殊膜反滲透單元，所述普通膜反滲透單元的濃縮液出口連接特殊膜反滲透單元的入口，其滲透液的出口和特殊膜反滲透單元滲透液的出口連通；WLAO電解氧化單元，所述WLRO普通反滲透膜處理單元的濃縮液進入到WLAO電解氧化單元，其采用固體鉆石合金作為正負兩極；所述WLAO電解氧化單元出水進入低溫蒸發結晶單元，包括平行設置的兩個罐體，兩個罐體的下部通過管道貫通在一起， 管道內設置有風扇，兩個罐體的底部通過一個拱形管道貫通在一起；左側的罐體內設有蒸發室，蒸發室的上方為連通有污水管的布水器，其下方為濃水池；右側的罐體的上方設置有至少一個換熱器，下方設有水池；污泥處理單元，所述格柵、強化預處理單元、WLRO超濾單元、WLRO普通反滲透膜處理單元、WLAO電解氧化單元、低溫蒸發結晶單元產生的污泥進入污泥處理單元，包括污泥脫水單元，出水連接到調節池。
12.根據權利要求11所述的系統，其特征是所述格柵為細格柵。
13.根據權利要求11所述的系統，其特征是所述普通膜反滲透單元采用抗污染反滲透膜，所述特殊膜反滲透單元采用寬流道湍流特殊膜，其隔網厚度為45mil以上。
14.根據權利要求11所述的系統，其特征是所述污泥處理單元采用的是濾布走行式板框壓濾機。
全文摘要
本發明公開了一種將含鹽廢水處理到零排放、并回收利用的方法及系統，包括預處理，去除廢水中懸浮物、堿度、COD及硬度，包含格柵、調節池、氣浮、復合分離及離子交換；特殊膜回收單元，由超濾、普通反滲透和特殊反滲透單元組成，可回收95％以上潔凈水；低溫蒸發結晶單元，由電解氧化，低溫蒸發器組成，膜回收單元產生濃縮液經電解氧化去除廢水中殘余COD之后進入WLST蒸發結晶系統經蒸發結晶得到固體鹽和冷凝水；污泥經過WLSD單元脫水，含水率小于60％。廢水經過WLZD系統處理后實現了廢水零排放，總的廢水回收率高于98％，回收水和固體鹽均可進行回用，實現了含鹽廢水處理的減量化、資源化和無害化。
文檔編號C02F1/44GK102583862SQ20121004207
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月22日 優先權日2012年2月22日
發明者包長春, 張艷萍, 李國文, 柳萌, 陳麗華, 馬書 申請人:北京緯綸華業環保科技股份有限公司