一種節能污水廠二級生化出水除鹽系統及其處理方法
【專利摘要】一種節能污水廠二級生化出水除鹽系統及其處理方法，該系統包括正滲透鹽濃縮裝置和多效蒸發器，正滲透鹽濃縮裝置包括FO膜密閉交換箱、汲取液回收利用裝置和清水回收裝置，FO膜密閉交換箱至少設置一級，汲取液回收利用裝置與各級FO膜密閉交換箱分別通過電動閥門連接，清水回收裝置與汲取液回收利用裝置連接，各級FO膜密閉交換箱依次通過排液電動閥門連接，且均通過超越電動閥門與母液多效蒸發器連接。該方法針對污水廠二級生化出水的高滲透壓特性，通過配制依數性更高的汲取液，利用溶液的依數性差異帶來的滲透壓差，使污水廠二級生化出水得到高效濃縮的同時回收循環利用水資源，產生電能；運行過程實現自動聯鎖控制，可根據不同進水條件調整運行方式。
【專利說明】一種節能污水廠二級生化出水除鹽系統及其處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于污水廠二級生化出水的除鹽系統及其方法，屬于污水深度治理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]自然界的鹽分循環以水循環為載體進行，而水循環普遍存在于生命過程和生產活動的各個環節，某個環節鹽分的過度增加就會給人類的生命健康、生產活動或生態環境造成危害。調查發現，我國不少內陸河流、湖泊以及渤海等近岸海域，鹽分指標呈現持續上升的趨勢。
[0003]目前污水中的鹽分主要來源于直接利用海水的工業生產、生活用水和食品加工、鹽化工、精細化工、石油化工、造紙、皮革加工、合成氨以及熱電廠等行業，而在污水處理中，鹽分(主要是氯、鈉和硼)通常難以得到有效去除，所以在污水排放或中水回用(也稱再生水，它的水質介于污水和自來水之間，是城市污水、廢水經凈化處理后達到國家標準，能在一定范圍內使用的非飲用水)時，鹽分和水一起循環到使用環境中，進而產生一系列危害，主要包括以下幾個方面:
(1)腐蝕金屬管道和設備，影響廢水輸送和處理設施壽命；
(2)影響水體生態環境，對水生生物造成一定影響；
(3)用于灌溉會引起土壤鹽潰化，抑制植物生長甚至導致其死亡；
(4)是通過下滲污染地下水。
[0004]導致水體鹽分整體上升主要有以下幾個方面的因素:
一是國家現行水環境標準體系中缺少對全鹽量(各類含鹽因子的總和)的總體控制，雖然部分行業標準中規定了個別如氯化物之類的鹽分指標，但相當一部分行業的外排廢水和外排清凈下水未對全鹽量提出控制要求，導致企業在工藝選擇和廢水處理過程中都沒有對排放廢水中的鹽分給予足夠的重視，甚至采取了增加鹽分的措施。
二是由于C0D、氨氮指標實行總量控制以及大力推行的清潔生產審核，使得企業加大了節約用水和中水回用的力度，提高了水循環利用率，結果導致排水量減少，循環水鹽分累積，排放廢水中鹽分濃度增高。部分企業作為清凈下水排放的廢水中，雖然COD濃度不高，但全鹽量污染物濃度很高，甚至個別企業超過10000mg/L。
三是為了滿足國家減排任務和水環境質量改善需求，近年來制定了一系列嚴格的水污染物排放標準。企業為了 COD等綜合性指標的達標排放，在污水處理過程中加入了過多的絮凝劑、酸、堿等化學試劑，也導致了外排廢水中鹽分濃度的增高。
目前，隨著國家水環境標準體系的不斷完善，對全鹽量的總體控制逐步嚴格，部分發達省份如山東，已在現行的四個流域地方標準中增加了全鹽量指標，新的標準修改單要求:自2014年5月I日起，全鹽量指標限值執行3000mg/L的要求；2016年I月I日起，全鹽量指標限值執行1600mg/L的要求；以中水或循環水為主要水源的企業，全鹽量指標限值放寬到2000mg/L ;一般地表水體省控斷面水質以全鹽量1000mg/L作為參考控制目標，超出該目標值的設區的市可以在轄區內對排放廢水提出更加嚴格的要求。
[0005]由此可見，污水廠污水的除鹽已是大勢所趨。中國專利文獻CN103708644A公開的《一種用于二級生化出水同步除磷除COD的深度處理方法》、CN103787525A公開的《一種城市污水二級生化出水深度處理的方法》、CN103803696A公開的《一種造紙廢水二級生化出水深度脫色的方法》以及CN102491560B公開的《用于維生素C 二級生化出水處理及回用的方法及系統》均不涉及二級生化出水的除鹽處理。
[0006]CN102390879B公開的《一種同時選擇性去除二級生化出水中硝酸鹽與磷酸鹽的方法》，其步驟為:將同時含有硝酸鹽、磷酸鹽及其他溶解性共存陰離子的混合溶液通過裝有聚乙烯吡啶過渡金屬絡合物和強堿性陰離子交換樹脂雙層固定床吸附柱，其中聚乙烯吡啶過渡金屬絡合物在吸附柱的上方，強堿性陰離子交換樹脂在吸附柱的下方；將吸附了硝酸鹽和磷酸鹽的吸附柱通過氯化鈉鹽溶液進行脫附，脫附后吸附柱可循環使用。該方法只能去除污水處理廠二級出水中低濃度硝酸鹽和磷酸鹽，工藝過程復雜。
[0007]為此，有必要在污水廠二級生化的基礎上，分析污水廠二級生化出水的含鹽特性，利用滲透作用，開發節能、高效的污水廠二級生化出水處理技術。
[0008]滲透作用是兩種不同濃度的溶液隔以半透膜(允許溶劑分子通過，不允許溶質分子通過的膜)，水分子或其它溶劑分子從低濃度的溶液通過半透膜進入高濃度溶液中的現象。其發生的條件有兩個:一是有半透膜，二是半透膜兩側有物質的量濃度差。
[0009]滲透作用又可分為正滲透(FO)、反滲透(RO)和壓力阻尼滲透(PRO)。
[0010]正滲透(FO)過程是以半透膜兩側的滲透壓差為驅動力，溶液中的水分子從高水化學勢區(低離子濃度溶液)通過半透膜向低水化學勢區(高離子濃度溶液)傳遞，而溶質分子或離子被阻擋的一種滲透過程。
[0011]反滲透(RO)過程，是一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。因為它和正滲透的方向相反，故稱反滲透。可以利用不同物料的滲透壓差異，使用大于滲透壓的反滲透壓力，達到分離、提取、純化和濃縮的目的。
[0012]壓力阻尼滲透(PRO)是介于正滲透和反滲透過程的中間過程，是指在滲透壓差的反方向上施加壓力，與反滲透過程相似，然而水分子仍然是擴散到高離子濃度一側，與正滲透過程相似。
[0013]稀溶液(包含污水廠二級生化出水)的依數性是指稀溶液中溶劑的蒸氣壓下降、凝固點降低、沸點升高和滲透壓的數值，只與溶液中溶質的量有關，與溶質的本性無關，溶液的依數性為開發特種汲取液提供了理論依據，即只要配置一定依數性的汲取液，使其滲透壓高于待處理污水廠二級生化出水，利用滲透作用特別是正滲透(F0)，就可以將污水廠二級生化出水進一步濃縮。
[0014]為此，亟需開發節能、高效的污水廠二級生化出水除鹽系統，利用滲透作用尤其是正滲透(FO)作用和溶液的依數性差異帶來的滲透壓差，實現污水廠二級生化出水有效處置、循環利用水資源的同時，充分利用正滲透(FO)產生的壓差獲得電能，節約能源。
【發明內容】
[0015]本發明針對現有污水廠二級生化出水除鹽技術存在的不足，依據二級生化出水的含鹽特性，利用溶液的依數性，提供一種處理效果好、節能的污水廠二級生化出水處理系統。同時提供一種該系統對污水廠二級生化出水的處理方法。
[0016]本發明的節能污水廠二級生化出水除鹽系統，采用以下技術方案:
該系統，包括正滲透鹽濃縮裝置和母液(或稱濃縮液)多效蒸發器，正滲透鹽濃縮裝置包括FO膜密閉交換箱、汲取液回收利用裝置和清水回收裝置，FO膜密閉交換箱至少設置一級，汲取液回收利用裝置與各級FO膜密閉交換箱分別通過電動閥門連接，清水回收裝置與汲取液回收利用裝置連接，各級FO膜密閉交換箱依次通過排液電動閥門連接，且均通過超越電動閥門與母液多效蒸發器連接。
[0017]FO膜密閉交換箱的內部設置膜元件，膜元件將FO膜密閉交換箱內部分為母液區和汲取液區，母液區的上部設置有進水管，該進水管上設置有進水電動閥門；上一級FO膜密閉交換箱中母液區的底部通過排液電動閥門與下一級FO膜密閉交換箱中母液區的上部連接，同時每一級FO膜密閉交換箱中母液區的底部均通過超越電動閥門與母液多效蒸發器連接；每一級FO膜密閉交換箱中汲取液區的上部分別通過汲取液輸送管與汲取液回收利用裝置中的汲取液交換箱連接，各自的汲取液輸送管上均設置有汲取液出口電動閥門；每一級FO膜密閉交換箱中汲取液區的底部均設置有汲取液補償電動閥門，且與汲取液回收利用裝置中的汲取液補償箱之間通過汲取液補償管連接，汲取液補償管上連接有汲取液補償泵。
[0018]汲取液區的外部設置有連接汲取液區上部和下部的汲取液循環管，汲取液循環管上設置有汲取液循環泵。通過汲取液循環泵將汲取液在汲取液區上部和下部形成循環。
[0019]母液區和汲取液區內均設置有攪拌器、離子濃度計和溫度調節裝置。
[0020]汲取液回收利用裝置包括汲取液交換箱、汲取液中間箱、汲取液多效蒸發器、汲取液溶解箱、汲取液補償箱和溶藥箱，汲取液交換箱上部設置有交換箱電動閥門和交換箱電動排氣閥，并通過交換箱電動閥門與汲取液中間箱連接；汲取液交換箱的底部通過交換箱超越管電動閥門與汲取液中間箱連接；汲取液中間箱上部設置有中間箱電動排氣閥，汲取液中間箱與汲取液多效蒸發器連接；汲取液溶解箱與汲取液多效蒸發器連接；汲取液補償箱的底部通過補償箱進口電動閥門與汲取液溶解箱的底部連接；溶藥箱的底部通過溶藥出口電動閥門與汲取液補償箱的底部連接。
[0021 ] 汲取液溶解箱和溶藥箱內均設置有攪拌器和離子濃度計。
[0022]汲取液補償箱內設置有離子濃度計。
[0023]清水裝置包括清水箱、清水泵和清水管，清水箱與汲取液多效蒸發器連接，清水管與清水箱連接，清水泵連接在清水管上，清水管與溶藥箱連接。
[0024]上述系統，還包括滲透能量利用裝置，該裝置包括密閉的轉子箱和渦輪發電機組，轉子箱內設置有渦輪機葉輪，渦輪機葉輪與渦輪發電機組連接，轉子箱的底部設置有轉子箱電動排氣閥，轉子箱通過轉子箱進水電動閥門與汲取液交換箱連接，同時轉子箱也與汲取液中間箱連接。
[0025]上述系統的處理方法，是:
首先分析計算污水廠二級生化出水的滲透物質的量濃度(溶液中的離子態物質的量與分子態物質的量之和M1 (運行過程中以離子濃度計顯示數據近似折算)，按照所需滲透壓力(Δ η，由是否用于發電等實際需求決定)得出所需第一級FO膜密閉交換箱汲取液的離子濃度J1, J1大于S1，且得出需要的FO膜密閉交換箱的級數η和每級FO膜密閉交換箱的個數i ;然后通過汲取液回收利用裝置配制離子濃度J1的汲取液，使汲取液充滿第一級FO膜密閉交換箱；開啟污水廠二級生化出水進水電動閥門，污水廠二級生化出水流入第一級FO膜密閉交換箱內，與汲取液交換，使污水廠二級生化出水中的水分子自由傳至汲取液，稀釋后體積增大的汲取液通過汲取液回收利用裝置中的多效蒸發器實現汲取液溶質(一般為氣體)和水(溶劑)的分離，實現汲取液溶質的回收和再利用，多余的水進入清水裝置，實現水資源的回收利用；污水廠二級生化出水通過逐級FO膜密閉交換箱進行濃縮，最后無法再濃縮或根據需要無需進一步濃縮的的母液進入母液多效蒸發器進行脫鹽處理。
[0026]本發明針對污水廠二級生化出水的高滲透壓特性，通過配制依數性更高的汲取液，利用溶液的依數性差異帶來的滲透壓差，使污水廠二級生化出水得到高效濃縮的同時，回收循環利用水資源，生產電能；同時，運行過程實現自動聯鎖控制，可根據不同進水條件調整運行方式，便于實施。具有以下特點:
1.充分利用溶液的依數性，通過配制依數性較高的汲取液(如NH4HCO3等)，利用其與污水廠二級生化出水的高滲透壓差，實現污水廠二級生化出水高效濃縮的同時，可回收大量水資源；
2.采用的FO膜具有膜通量大，濃差極化現象少的特性，可保障滲透功能的順利實現；
3.采用的多效蒸發器為通用設備，采用強制循環與真空負壓(真空度0.08 MPa)蒸發方式，以確保物料在較低溫度下(一般為65?80 °C)沸騰蒸發，該設備具有物料受熱時間短、蒸發速度快、濃縮比大的特點，對于黏度較大或容易結晶、結垢的物料，適應性較好，多效同時蒸發，蒸汽得到反復使用，與普通單效蒸發器相比節約能耗約70 %以上。
[0027]4.采用的滲透能量利用裝置可將系統產生的滲透能轉化為電能，從而降低廢水處理成本；
5.通過自動化儀器儀表使運行過程實現自動聯鎖控制，便于根據不同進水條件調整運行方式；
6.模塊化設計，可根據污水廠二級生化出水實際濃度和其他實施條件，自由組合，具有較強的靈活性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明高效節能污水廠二級生化出水除鹽系統的結構原理示意圖。
[0029]圖中:1、進水電動閥門，2、FO膜密閉交換箱，3、污水廠二級生化出水攪拌器，4、汲取液攪拌器，5、膜機架，6、膜元件，7、污水廠二級生化出水離子濃度計，8、汲取液離子濃度計，9、溫度調節裝置，10、汲取液出口壓力表，11、汲取液出口電動閥門，12、汲取液循環泵，13、汲取液交換箱，14、交換箱壓力表，15、交換箱電動閥門，16、密閉轉子箱，17、渦輪機葉輪，18、渦輪發電機組，19、汲取液中間箱，20、中間箱電動排氣閥，21、汲取液多效蒸發器，22、中間箱溢流管，23、汲取液溶解箱，24、溶解箱攪拌器，25、溶解箱離子濃度計，26、補償箱進口電動閥門，27、汲取液補償箱，28、補償箱離子濃度計，29、溶藥出口電動閥門，30、溶藥箱，31、溶藥攪拌器，32、汲取液離子濃度計，33、洗氣裝置，34、清水箱，35、清水泵，36、第一級超越管電動閥門，37、排液電動閥門，38、第二級超越管電動閥門，39、母液蒸發器進口電動閥門，40、母液多效蒸發器，41、汲取液補償泵，42、汲取液補償電動閥門，43、交換箱超越管電動閥門，44、自來水管道，45、交換箱電動排氣閥，46、轉子箱電動排氣閥，47、轉子箱進水電動閥門，48、折流擋板。
【具體實施方式】
[0030]本發明的節能污水廠二級生化出水除鹽系統主要包括正滲透鹽濃縮裝置、母液(或稱濃縮液)多效蒸發器40和滲透能量利用裝置，各個裝置通過管路依次連接。各裝置的具體結構如圖1所示。
[0031]正滲透鹽濃縮裝置，包括至少一級FO膜密閉交換箱2 (圖1中設有3級)、汲取液回收利用裝置和清水回收裝置。
[0032]單級FO膜密閉交換箱2的內部中間設置有膜機架5，膜機架5內設置有膜元件6。膜機架5將FO膜密閉交換箱2分為左側母液區(污水廠二級生化出水區)和右側汲取液區兩部分，兩區為完全獨立區域，僅可通過膜元件6進行傳質。母液區的上部設置有污水廠二級生化出水的進水管，該進水管上設置有進水電動閥門1，母液區內設置有污水廠二級生化出水攪拌器3、污水廠二級生化出水離子濃度計7和溫度調節裝置9 (設置在母液區底部)，溫度調節裝置9可以是電驅動，也可以是交換器。汲取液區內設置有汲取液攪拌器4、汲取液離子濃度計8和加熱器(設置在汲取液區底部)，汲取液區的外部設置有連接其上部和下部的汲取液循環管，汲取液循環管上設置有汲取液循環泵12，通過汲取液循環泵12將汲取液在汲取液區上部和下部形成循環，加快傳質。
[0033]上一級FO膜密閉交換箱2中母液區的底部通過排液管與下一級FO膜密閉交換箱中母液區的上部連接，排液管上設置有排液電動閥門37，同時每一級FO膜密閉交換箱中濃縮液區的底部均通過超越管與母液多效蒸發器40連接，超越管上設置電動閥門(如圖1中的第一級超越管電動閥門36和第二級超越管電動閥門38)，超越管通過母液蒸發器進口電動閥門39與母液多效蒸發器40連接。每一級FO膜密閉交換箱中汲取液區的上部分別通過汲取液輸送管與密閉汲取液交換箱13連接，各自的汲取液輸送管上均設置有汲取液出口壓力表10和汲取液出口電動閥門11。每一級FO膜密閉交換箱中吸取液區的底部均設置有汲取液補償電動閥門42，且與汲取液補償箱27之間通過汲取液補償管連接，汲取液補償管上連接有汲取液補償泵41，汲取液補償箱27上設置有補償箱離子濃度計28。
[0034]汲取液回收利用裝置包括汲取液交換箱13、汲取液中間箱19、汲取液多效蒸發器21、汲取液溶解箱23、汲取液補償箱27和溶藥箱30，汲取液交換箱13、汲取液中間箱19、汲取液多效蒸發器21、汲取液溶解箱23和汲取液補償箱27均是密閉的。汲取液交換箱13是密閉的，其上部設置有交換箱壓力表14、交換箱電動閥門15和交換箱電動排氣閥45，并通過交換箱電動閥門15與汲取液中間箱19的上部連接；汲取液交換箱13的底部通過交換箱超越管電動閥門43與汲取液中間箱19的底部連接。汲取液中間箱19內部設置有折流擋板48，其上部設置有中間箱電動排氣閥20。汲取液中間箱19與汲取液多效蒸發器21下部連接，且上部連接有中間箱溢流管22。汲取液溶解箱23與汲取液多效蒸發器21連接，汲取液溶解箱23內設置有溶解箱攪拌器24和溶解箱離子濃度計25，汲取液溶解箱23底部連接有洗氣裝置33 (洗氣塔)。汲取液補償箱27的底部通過補償箱進口電動閥門26與汲取液溶解箱23的底部連接，汲取液補償箱27內設置有補償箱離子濃度計28。溶藥箱30的底部通過溶藥出口電動閥門29與汲取液補償箱27的底部連接，溶藥箱30與自來水管道44連接，且其內設置有溶藥攪拌器31和汲取液離子濃度計32。多效蒸發器為通用設備。
[0035]清水裝置包括清水箱34、清水泵35和清水管，清水箱34與汲取液多效蒸發器21連接，清水管與清水箱34連接，清水泵35連接在清水管上。清水管可通過閥門與溶藥箱30連接，以對汲取液多效蒸發器21產生的清水進行利用。
[0036]滲透能量利用裝置，包括密閉的轉子箱16和渦輪發電機組18，轉子箱16內設置有渦輪機葉輪17，渦輪機葉輪17與渦輪發電機組18連接，轉子箱16的底部設置有轉子箱電動排氣閥46。轉子箱16通過轉子箱進水電動閥門47與汲取液交換箱13連接，同時也與汲取液中間箱19連接。
[0037]上述系統的運行過程，如下所述。
[0038]運行前，首先確定以下幾項重要參數:
1、處理前污水廠二級生化出水的滲透壓π(污水廠二級生化出水)
首先對處理前污水廠二級生化出水進行檢測分析，計算其中的滲透物質的量濃度(溶液中的離子態物質的量分子態物質的量之和XS1,以mol噸4計)，采用范托夫(van’t Hoff)公式計算得出處理前污水廠二級生化出水的滲透壓π (污水廠二級生化出水):π (污水廠二級生化出水)=cbRT ^ S1RT
其中:(污水廠二級生化出水)為處理前污水廠二級生化出水的滲透壓；
對電解質溶液來說，cB是IL溶液中能產生滲透效應的溶質分子與離子總物質的量，此處cB?S1，稱為滲透物質的量濃度；
R為氣體常數；
T為絕對溫度。
[0039]運行過程中各級FO膜密閉交換箱母液區的滲透物質的量濃度按其上設置的廢水離子濃度計顯示數據近似計算；
2、第一級FO膜密閉交換箱汲取液的離子濃度J1
按照所需滲透壓差(Λ η，由是否用于發電等實際需求決定)，采用范托夫(van’ tHoff)公式π =CbRT計算得出所需第一級FO膜密閉交換箱汲取液的離子濃度J1:
J1 ^ Cb= 31 (汲取液)/RT ^ (汲取液)=^ (污水廠二級生化出水)+ An η (污水廠二級生化出水)^ S1RT
其中，η (汲取液)為汲取液的滲透壓，η (污水廠二級生化出水)為污水廠二級生化出水的滲透壓；
對電解質溶液來說，Cb是IL溶液中能產生滲透效應的溶質分子與離子總物質的量，此處Cb?J1，稱為滲透物質的量濃度；
R為理想氣體常數；
T為絕對溫度。
[0040]運行過程中各級FO膜密閉交換箱汲取液區的滲透物質的量濃度按其上設置的廢水離子濃度計顯示數據近似計算；
為提高效率，一般采用接近飽和濃度的汲取液。
[0041]3, FO膜密閉交換箱的級數η (串聯數量)
以汲取液的離子濃度J1為常溫常壓條件下汲取液溶質的飽和濃度為例，其滲透壓為定值π (汲取液)ma ; 由于攪拌器和循環泵的作用，同一級FO膜密閉交換箱的母液(或稱濃縮液)濃度和汲取液濃度可以認為是均一的；
系統正常運行時，隨著母液(或稱濃縮液)的不斷濃縮，不同級FO膜密閉交換箱的母液區滲透物質的量濃度會越來越高，且Sn+1 > SnCSn為第η級FO膜密閉交換箱的母液中滲透物質的量濃度，η為FO膜密閉交換箱的級數)，其與汲取液的滲透壓差Λ 也會逐漸減小，理論上，當Sn接近母液溶質的飽和濃度、接近汲取液離子濃度Jl以及等于汲取液離子濃度Jl時，FO膜兩側的母液和汲取液已不存在滲透壓差Λ π，此時FO膜密閉交換箱的級數為η的最大數值。
[0042]滲透壓差Λ π的減小會影響膜通量和滲透效率，用于發電時還會影響發電機的工作，為此，通常根據膜通量、滲透效率以及發電機葉輪所需壓力等實際因素，綜合確定FO膜密閉交換箱的級數η。
[0043]4、每級FO膜密閉交換箱的個數i (并聯數量)
每級FO膜密閉交換箱的個數i由以下公式估算: i=Q/ (Q，.S)。
[0044]其中:Q為廢水處理規模(m3.S—1);
Q’ 為 FO 膜通量(m3.S—1.πΓ2)；
S為單個FO膜密閉交換箱的有效正滲透膜面積(m2)。
[0045]確定了上述重要參數，意味著確定了系統的配置。
[0046]開啟自來水管道44，使溶藥箱30中加入自來水，并向溶藥箱30內倒入液體汲取液溶液(滲透物質的量濃度為J。，.!。> J1，市場采購)或固體汲取液溶質粉末(市場采購)，通過溶藥攪拌器31攪拌，配制離子濃度為J1的汲取液，通過汲取液離子濃度計32檢測配制的汲取液離子濃度。開啟溶藥出口電動閥門29，使汲取液流入汲取液補償箱27，然后依次開啟第一級的汲取液補償電動閥門42和汲取液補償泵41，使汲取液充滿第一級FO膜密閉交換箱2，然后依次關閉汲取液補償泵41、第一級的汲取液補償電動閥門42、溶藥出口電動閥門29和溶藥攪拌器31，同時檢查確定其余電動閥門均處于關閉狀態，各排氣閥處于開啟狀態，最終做好系統運行前的處理準備工作。
[0047]上述工作做完后，開啟污水廠二級生化出水進水電動閥門1，污水廠二級生化出水流入第一級FO膜密閉交換箱2的母液區，由于膜元件6 —側汲取液區的離子濃度(J1)大于母液區的滲透物質的量濃度(S1)形成的滲透壓差(Λ )，使母液區污水廠二級生化出水中的水分子透過膜元件6自由傳至汲取液區，由于汲取液區為密閉結構，稀釋后體積增大的汲取液會通過汲取液補償管進入密閉的汲取液交換箱13。汲取液交換箱13充滿后，關閉交換箱電動排氣閥45。如需利用汲取液進行發電，則關閉交換箱超越管電動閥門43，開啟轉子箱進水電動閥門47，稀釋后的稀汲取液(離子濃度為J/，J/ < J1)進入密閉轉子箱16，推動渦輪機葉輪17做功，通過渦輪發電機組18輸出電能，發電后的稀汲取液進入汲取液中間箱19。如無需發電，則關閉轉子箱進水電動閥門47，開啟交換箱超越管電動閥門43，使稀汲取液進入汲取液中間箱19，然后進入汲取液多效蒸發器21。通過多效蒸發器21，實現汲取液溶質(一般為氣體)和水(溶劑)的分離，其中的溶質進入汲取液溶解箱23，開啟溶解箱攪拌器24，利用溶解箱離子濃度計25控制溶液濃度，實現汲取液溶質的回收和再利用；多余的水進入清水箱34，由清水泵35輸送至溶藥箱30或回用于廠區其它用水設置，實現水資源的回收利用。
[0048]濃縮后的污水廠二級生化出水逐級通過排液電動閥門37進入下一級的FO膜密閉交換箱，按上述流程運行。每級FO膜密閉交換箱利用其底部的溫度調節裝置9，合理控制污水廠二級生化出水的溫度，使其濃度達到該溫度下的飽和濃度。最后無法再濃縮或根據需要無需進一步濃縮的母液進入母液多效蒸發器40進行脫鹽處理。
【權利要求】
1.一種節能污水廠二級生化出水除鹽系統，包括正滲透鹽濃縮裝置和母液多效蒸發器，其特征是:正滲透鹽濃縮裝置包括FO膜密閉交換箱、汲取液回收利用裝置和清水回收裝置，FO膜密閉交換箱至少設置一級，汲取液回收利用裝置與各級FO膜密閉交換箱分別通過電動閥門連接，清水回收裝置與汲取液回收利用裝置連接，各級FO膜密閉交換箱依次通過排液電動閥門連接，且均通過超越電動閥門與母液多效蒸發器連接。
2.根據權利要求1所述的節能污水廠二級生化出水除鹽系統，其特征是:所述FO膜密閉交換箱的內部設置膜元件，膜元件將FO膜密閉交換箱內部分為母液區和汲取液區，母液區的上部設置有進水管，該進水管上設置有進水電動閥門；上一級FO膜密閉交換箱中母液區的底部通過排液電動閥門與下一級FO膜密閉交換箱中母液區的上部連接，同時每一級FO膜密閉交換箱中母液區的底部均通過超越電動閥門與母液多效蒸發器連接；每一級FO膜密閉交換箱中汲取液區的上部分別通過汲取液輸送管與汲取液回收利用裝置中的汲取液交換箱連接，各自的汲取液輸送管上均設置有汲取液出口電動閥門；每一級FO膜密閉交換箱中汲取液區的底部均設置有汲取液補償電動閥門，且與汲取液回收利用裝置中的汲取液補償箱之間通過汲取液補償管連接，汲取液補償管上連接有汲取液補償泵。
3.根據權利要求2所述的節能污水廠二級生化出水除鹽系統，其特征是:所述汲取液區的外部設置有連接汲取液區上部和下部的汲取液循環管，汲取液循環管上設置有汲取液循環泵。
4.根據權利要求2所述的節能污水廠二級生化出水除鹽系統，其特征是:所述母液區和汲取液區內均設置有攪拌器、離子濃度計和溫度調節裝置。
5.根據權利要求1所述的節能污水廠二級生化出水除鹽系統，其特征是:所述汲取液回收利用裝置包括汲取液交換箱、汲取液中間箱、汲取液多效蒸發器、汲取液溶解箱、汲取液補償箱和溶藥箱，汲取液交換箱上部設置有交換箱電動閥門和交換箱電動排氣閥，并通過交換箱電動閥門與汲取液中間箱連接；汲取液交換箱的底部通過交換箱超越管電動閥門與汲取液中間箱連接；汲取液中間箱上部設置有中間箱電動排氣閥，汲取液中間箱與汲取液多效蒸發器連接；汲取液溶解箱與汲取液多效蒸發器連接；汲取液補償箱的底部通過補償箱進口電動閥門與汲取液溶解箱的底部連接；溶藥箱的底部通過溶藥出口電動閥門與汲取液補償箱的底部連接。
6.根據權利要求5所述的節能污水廠二級生化出水除鹽系統，其特征是:所述汲取液溶解箱和溶藥箱內均設置有攪拌器和離子濃度計。
7.根據權利要求5所述的節能污水廠二級生化出水除鹽系統，其特征是:所述汲取液補償箱內設置有離子濃度計。
8.根據權利要求1所述的節能污水廠二級生化出水除鹽系統，其特征是:所述清水裝置包括清水箱、清水泵和清水管，清水箱與汲取液多效蒸發器連接，清水管與清水箱連接，清水泵連接在清水管上，清水管與溶藥箱連接。
9.根據權利要求1所述的節能污水廠二級生化出水除鹽系統，其特征是:還包括滲透能量利用裝置，該裝置包括密閉的轉子箱和渦輪發電機組，轉子箱內設置有渦輪機葉輪，渦輪機葉輪與渦輪發電機組連接，轉子箱的底部設置有轉子箱電動排氣閥，轉子箱通過轉子箱進水電動閥門與汲取液交換箱連接，同時轉子箱也與汲取液中間箱連接。
10.一種權利要求1所述節能污水廠二級生化出水除鹽系統的處理方法，其特征是: 首先分析計算污水廠二級生化出水的滲透物質的量濃度S1，按照所需滲透壓力得出所需第一級FO膜密閉交換箱汲取液的滲透物質的量濃度J1, J1大于S1，且得出需要的FO膜密閉交換箱的級數和每級FO膜密閉交換箱的個數i ;然后通過汲取液回收利用裝置配制離子濃度J1的汲取液，使汲取液充滿第一級FO膜密閉交換箱；開啟污水廠二級生化出水進水電動閥門，污水廠二級生化出水流入第一級FO膜密閉交換箱內，與汲取液交換，使污水廠二級生化出水中的水分子自由傳至汲取液，稀釋后體積增大的汲取液通過汲取液回收利用裝置中的多效蒸發器實現汲取液溶質和水的分離，實現汲取液溶質的回收和再利用，多余的水進入清水裝置，實現水資源的回收利用；污水廠二級生化出水通過逐級FO膜密閉交換箱進行濃縮，最后無法再濃縮或根據需要無需進一步濃縮的母液進入母液多效蒸發器進行脫鹽處理。
【文檔編號】C02F9/10GK104386871SQ201410714416
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】馬濤, 康興生, 張波 申請人:馬濤, 康興生