CN104445774B - 一种废水处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废水处理装置，包括调节池、管道混合器、一级过滤***、二级过滤***、一级反渗透***、二级反渗透***和蒸发结晶***；本发明还公开了一种废水处理方法；本发明通过一级过滤***、二级过滤***以及反渗透***的配合处理，可以回收约占废水体积88％的渗透液作为循环水重复利用，剩余的少量渗余液进一步进行蒸发结晶处理，从而实现废水，特别是盐含量较高的废水的零排放处理。

Description

一种废水处理装置及方法
技术领域
本发明属于工业废水处理领域，具体涉及一种可以对废水进行零排放处理的废水处理装置及方法。
背景技术
近年来，随着我国石油化工、煤化工行业的快速发展，工业循环冷却水***、化学水***、锅炉***的建设规模都越来越大，随之产生问题是大量的废水排放，这部分废水排放量约占企业用水总量的10％～20％，并且都含有较高的盐份。因此，若将这部分废水直接排放将会浪费大量的水资源。此外，高盐废水的排放不仅会破坏当地的自然水体的自净能力，还会对水生态环境造成恶劣影响，并可能导致土地盐碱化问题加重。
随着我国水资源紧缺态势的日益严峻，尤其是国家大力提倡的绿色GDP建设以及循环经济的提出，使企业节水减排与废水资源化利用尤为重要。因此如何经济、高效、可靠的提高企业水资源综合利用率甚至达到“零排放”标准，是企业满足国家、当地政府环保要求，树立企业负责任形象的重要工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废水处理装置及方法，以提高废水综合利用率，减少废水排放。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种废水处理装置，所述废水处理装置包括：
调节池，用于接收待处理的废水并使接收废水混合均匀；
管道混合器，用于使来自所述调节池的废水与外加絮凝剂混合均匀并絮凝；
一级过滤***，用于滤除来自所述管道混合器的废水中的絮凝体、悬浮物和固相杂质，所述一级过滤***包括机械过滤器和管道过滤器，所述机械过滤器用于对来自所述管道混合器的废水进行过滤，所述管道过滤器用于对所述机械过滤器的滤液进行过滤；
二级过滤***，所述二级过滤***包括超滤设备和纳滤设备，所述超滤设备用于对经所述一级过滤***处理后的废水进行超滤处理，所述纳滤设备用于对经所述超滤设备处理后的废水进行纳滤处理；
一级反渗透***，用于对经所述二级过滤***处理后的废水进行反渗透处理；
二级反渗透***，用于对所述一级反渗透***的渗余液进行反渗透处理；
蒸发结晶***，用于对所述二级反渗透***的渗余液进行蒸发结晶。
根据本发明的废水处理装置，优选地，所述废水处理装置还包括产品水箱，所述产品水箱用于接收所述一级反渗透***和二级反渗透***的渗透液。
根据本发明的废水处理装置，优选地，所述废水处理装置还包括换热器，所述换热器设置于所述一级过滤***和二级过滤***之间，用于调节经所述一级过滤***处理后的废水的温度。
根据本发明的废水处理装置，优选地，所述一级反渗透***包括：
第一增压泵，用于对来自所述二级过滤***的废水进行增压；
第一精密过滤器，用于对来自所述第一增压泵的废水进行过滤；
第一高压泵，用于提升所述第一保安过滤器的滤液的压力；
第一反渗透设备，用于对来自所述第一高压泵的废水进行反渗透处理；
第一浓水箱，用于接收所述第一反渗透设备的渗余液。
所述二级反渗透***包括：
第二增压泵，用于对来自所述第一浓水箱的废水进行增压；
第二精密过滤器，用于对来自所述第二增压泵的废水进行过滤；
第二高压泵，用于提升所述第二保安过滤器的滤液的压力；
第二反渗透设备，用于对来自所述第二高压泵的废水进行反渗透处理；
第二浓水箱，用于接收所述第二反渗透设备的渗余液。
根据本发明的废水处理装置，优选地，所述第一反渗透设备所采用的反渗透膜为抗污染复合反渗透膜；所述第二反渗透膜设备为碟管式反渗透膜设备、振动剪切强化膜设备或管网式反渗透膜设备。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种利用上述废水处理装置处理废水的方法，所述方法包括如下步骤：
a、将废水引入调节池进行均质均量调节，向调节后的废水中加入絮凝剂并使废水在管道混合器中进行充分絮凝；
b、利用所述机械过滤器和管道过滤器处理步骤a得到的废水，以去除废水中的絮凝体、悬浮物和固相杂质，使出水浊度≤5NTU；
c、利用所述超滤设备对步骤b得到的废水进行超滤，使超滤出水SDI≤3；利用所述纳滤设备对所述超滤出水进行纳滤，去除超滤出水中80％以上的硬度离子；
d、对步骤c得到的废水进行反渗透处理，并对反渗透处理后得到的渗余液进行蒸发结晶；反渗透处理所得渗透液的TDS≤600mg/L，送往循环水***。
根据本发明的方法，优选地，所述废水的TDS不小于1500mg/L，浊度不小于10NTU，并且所述废水的COD值不小于100mg/L；进一步优选地，所述废水的TDS为2000mg/L～6000mg/L，浊度为10-25NTU，并且所述废水的COD值为100-250g/L；更进一步优选地，所述废水的TDS为3000mg/L～5000mg/L，浊度为15-20NTU，并且所述废水的COD值为150-200g/L。根据本发明的方法，优选地，步骤c中，所述步骤b得到的废水在进行超滤前添加杀菌剂，所述杀菌剂可以是本领域常用的杀菌剂。
根据本发明的方法，优选地，步骤c中，所述步骤b得到的废水在进行超滤前利用换热器将温度调整至5℃-30℃，进一步优选为20℃-35℃。
根据本发明的方法，优选地，步骤d中，所述一级反渗透***的渗透液的TDS≤500mg/L，产量为所述一级反渗透***处理的废水流量的60％-70％；所述二级反渗透***的渗透液的TDS≤1000mg/L，产量为所述二级反渗透***处理的废水流量的70％-80％。
与现有技术相比，本发明通过一级过滤***、二级过滤***以及反渗透***的配合处理，可以回收约占废水体积88％的渗透液作为循环水重复利用，剩余的少量渗余液进一步进行蒸发结晶处理，从而实现废水，特别是盐含量较高的废水的零排放处理，降低含盐废水排放对当地水环境的恶劣影响，同时缓解日益严峻的水资源紧缺态势。
另外，本发明进一步优选采用两级反渗透***，在处理废水时，可以使两级反渗透***采用低回收率，有效防止反渗透膜表面过早出现浓差极化现象，延长反渗透膜***的使用周期，降低反渗透设备停机清洗频率。
此外，本发明在反渗透之前进行超滤和纳滤，从而使废水在进入反渗透***之前硬度减小80％以上，大大减弱了反渗透膜表面的硬度离子的浓差极化现象以及结垢影响。同时，在本发明的整套***中，投资和运行成本最高的部分为蒸发结晶***，因此采用一级和二级反渗透***来降低蒸发结晶***的污水处理量，以节约投资和运行成本。由于二级反渗透***所处理的废水为一级反渗透***的渗余液，为此，本发明优选特别应用了垃圾渗滤液***中所采用的反渗透设备，并成功应用到含盐废水处理领域当中，有效解决了含盐废水最大限度减量化处理这一技术难题。最大限度的节约后续蒸发结晶***的投资和运行成本。
附图说明
图1为本发明的废水处理装置的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种废水处理装置，在本发明中，所述废水处理装置包括调节池、管道混合器、一级过滤***、二级过滤***、一级反渗透***、二级反渗透***和蒸发结晶***。
在本发明中，所述调节池为本领域所述熟知的那些，用于接收待处理的废水并使接收废水混合均匀。
在本发明中，所述管道混合器用于使来自所述调节池的废水与外加絮凝剂混合均匀并絮凝；所述絮凝剂为本领域所熟知的那些，比如铝盐絮凝剂和铁盐絮凝剂，优选为铝盐絮凝剂，以减少对后续膜处理过程的污染。所述的管道混合器为本领域所熟知的那些，比如为喷嘴式、涡流式、多孔板式或异孔板式混合器，添加有絮凝剂的废水进入混合器与混凝剂充分混合，形成絮凝体，便于后续机械过滤器进行吸附、截留、过滤。
在本发明中，所述一级过滤***用于滤除来自所述管道混合器的废水中的絮凝体、悬浮物和固相杂质，包括机械过滤器和管道过滤器，所述机械过滤器为本领域所熟知的那些，例如为石英砂、多介质、活性炭或锰砂过滤器，优选多介过滤器，用于对来自所述管道混合器的废水进行过滤，以过滤掉绝大多数悬浮物、胶体物质，还能使废水的COD(化学需氧量)值减小约10％。所述的管道过滤器可以是本领域熟知的那些，例如为Y型或篮式过滤器，优选Y型过滤器，用于对所述机械过滤器的滤液进行过滤，防止机械过滤器的细碎的滤料泄露而对后续超滤设备膜元件造成的机械划伤。
在本发明中，所述二级过滤***包括超滤设备和纳滤设备，所述超滤设备用于对经所述一级过滤***处理后的废水进行超滤处理，所述纳滤设备用于对经所述超滤设备处理后的废水进行纳滤处理。所述超滤设备可以是本领域所熟知的那些，比如为陶氏、GE或东丽公司的市售超滤设备，使超滤出水的SDI(污染指数)≤3，以保障后续反渗透***的正常运行；所述纳滤设备是本领域所熟知的那些，比如为陶氏、GE或东丽公司的市售纳滤设备，以使废水的总硬度减小80％以上，最大限度的减少结垢性离子在反渗透膜中积累而过饱和析出，为后续反渗透膜***的长周期稳定运行奠定基础。
在本发明中，所述一级反渗透***用于对经所述二级过滤***处理后的废水进行反渗透处理。在一个优选地实施方式中，所述一级反渗透***包括第一增压泵、第一精密过滤器、第一高压泵、第一反渗透设备和第一浓水箱，其中，所述第一增压泵用于来自所述二级过滤***的废水进行增压，以使废水能获得足够的压力经所述第一精密过滤器过滤；第一精密过滤器用于对来自所述第一增压泵的废水进行过滤，以保护所述第一反渗透设备正常运行。所述第一精密过滤器可以是本领域所熟知的那些，又称为保安过滤器，其滤芯材料可以为烧结滤管、熔喷式纤维滤芯和蜂房滤芯等，优选蜂房滤芯，便于更换，有利于设备的操作维护和管理，精密过滤设备过滤精度为5μm，以防止大颗粒物质进入所述第一反渗透设备，最大限度的保护所述第一反渗透设备的反渗透膜不被机械划伤。所述第一高压泵用于提升所述第一精密过滤器的滤液的压力，以便顺利及进行反渗透处理。
所述第一反渗透设备用于对来自所述第一高压泵的废水进行反渗透处理。所述第一反渗透设备可以是本领域所熟知的那些反渗透设备，比如陶氏、科式、日东电工或东丽公司的市售反渗透设备，优选地，所述第一反渗透所采用的反渗透膜为抗污染复合反渗透膜，例如陶氏化学公司的BW30XFR--400/34i型抗污染复合反渗透膜，由于废水经前述处理后浊度低，硬度低，而TDS(溶解性固体总量)值较高，使用传统的抗污染复合反渗透膜即可满足要求。经过反渗透脱盐处理后，可以把废水浓缩至较高浓度，使得废水量大大减少，有助于减小后续蒸发结晶***的规模和投资成本。所述第一浓水箱用于接收所述第一反渗透设备的渗余液。所述第一反渗透设备的渗透液可以直接作为企业中的循环水利用。
在本发明中，所述二级反渗透***用于对所述第一反渗透***的渗余液进行反渗透处理。优选地，所述二级反渗透***包括第二增压泵、第二精密过滤器、第二高压泵、第二反渗透设备和第二浓水箱，其中，所述第二增压泵用于对来自所述一级反渗透***的渗余液进行增压；所述第二精密过滤器用于对来自所述第二增压泵的废水进行过滤；所述第二高压泵用于提升所述第二精密过滤器的滤液的压力；所述第二反渗透设备用于对来自所述第二高压泵的废水进行反渗透处理，第二反渗透设备为本领域所熟知的那些。由于第二反渗透设备的进水为第一反渗透设备的渗余液，其所TDS、硬度等成分会成倍增加，为了更好地处理该渗余液，优选地，所述第二反渗透设备为美国Pall公司的碟管式反渗透设备、美国New Logic公司的振动剪切强化膜设备或德国Tenche公司的管网式反渗透膜设备，上述设备虽然在传统上应用于垃圾渗滤液***，但将其应用到含盐废水处理领域当中，同样可以有效解决含盐废水处理最大限度减量化处理这一技术难题。所述第二浓水箱用于接收所述第二反渗透设备的渗余液，所述第二反渗透设备的渗透液可以直接作为企业中的循环水利用。
在本发明中，所述蒸发结晶***用于使所述二级反渗透***的渗余液蒸发结晶，所述蒸发结晶***为本领域所熟知，比如可以是蒸发结晶器或蒸发塘，若企业用地紧张，可以选用蒸发结晶器以节约设备占地；若企业用地较多，尤其是西北内陆地区，荒地较多，气候干燥，优选使用蒸发塘处理渗余液。一般工厂含有大量的余热蒸汽，所述蒸发结晶***可以利用工厂低品质余热蒸汽作为热源，将这部分余热蒸汽引入蒸发结晶***，会大大降低蒸发结晶设备的运行成本。
在一个优选地实施方式中，所述废水处理装置还包括换热器，所述换热器设置在所述一级过滤***和二级过滤***之间，以调节所述二级过滤***的进水温度，比如将所述二级过滤***的温度调节至5℃～30℃，优选20℃～25℃，以保障后续超滤、纳滤、反渗透***膜设备的正常工作，减小过滤压降；所述换热器可以是本领域所熟知的那些，比如板式换热器或列管式换热器，优选板式换热器。
在一个优选的实施方式中，所述废水处理装置还包括产品水箱，所述产品水箱用于接收所述一级反渗透***和二级反渗透***的渗透液，并作为循环水送出。
本发明还提供了一种废水处理方法，所述方法包括：a、将废水引入调节池进行均质均量调节，向调节后的废水中加入絮凝剂并使废水在管道混合器中进行充分絮凝；b、利用所述机械过滤器和管道过滤器处理步骤a得到的废水，以去除废水中的絮凝体、悬浮物和固相杂质，使出水浊度≤5NTU；c、利用所述超滤设备对步骤b得到的废水进行超滤，使超滤出水SDI≤3；利用所述纳滤设备对所述超滤出水进行纳滤，使超滤出水的硬度减小80％以上；d、对步骤c得到的废水进行反渗透处理，并对反渗透处理后得到的渗余液进行蒸发结晶，所得渗透液的TDS≤1000mg/L，送往循环水***。
在本发明中，优选地，所述废水的TDS值不小于1500mg/L，进一步优选为2000mg/L～6000mg/L，更进一步优选为3000mg/L～5000mg/L；所述废水的浊度不小于10NTU，进一步优选为10-25NTU，更进一步优选为15-20NTU，并且所述废水的COD值不小于100mg/L，进一步优选为100-250mg/L，更进一步优选为150-200mg/L。本领域技术人员可以理解，所述废水的上述指标值越小，处理越简单。更优选地，所述废水为石油化工或煤化工企业排出的废水，包括循环水***排污水、化学水***排水和锅炉***排污水，其中化学水***排水包括本发明的废水处理装置中各设备的反冲洗水，比如超滤反洗水、纳滤反洗水等。
在本发明中，优选地，步骤d中的反渗透处理包括一次反渗透处理和对所述一次反渗透处理的渗余液进行的二次反渗透处理，其中，所述一次反渗透处理的渗透液的TDS≤500mg/L，产量为所述一次反渗透处理的废水流量的60％-70％；所述二次反渗透处理的渗透液的TDS≤1000mg/L，产量为所述二级反渗透处理的废水流量的70％-80％。
在本发明中，优选地，步骤c中，所述步骤b得到的废水在进行超滤前还添加有杀菌剂。在超滤过滤之前加入杀菌剂可以对废水进行杀菌处理，防止进入超滤过滤之后形成细菌、藻类大量繁殖滋生而对超滤膜造成污堵，从而影响超滤设备的出力，导致停机清洗。另外，杀菌剂在一级过滤***之后加入，使杀菌和絮凝分开处理，防止絮凝剂和杀菌剂药剂的相互影响作用而影响药效的发挥。进一步优选地，步骤c中，在废水进行超滤前利用换热器将温度调整至5℃-30℃，更优选为20℃-25℃。
以下结合附图和实施例进一步对本发明进行说明。
实施例
如图1所示，某企业排放的废水流量为200m3/h，所述废水的TDS约为4000mg/L～5000mg/L，浊度约为10-20NTU，COD值约为150-200mg/L。所述废水首先引入调节池1进行均质均量调节，然后送至管道混合器2中与加入的铝盐絮凝剂进行充分混合，产生絮凝作用，形成大颗粒絮凝体，送入一级过滤***3中进行过滤，在一级过滤***3中经机械过滤器31过滤，截留99％以上大颗粒悬浮物质、80％以上胶体物质，出水浊度≤5NTU，COD值约为150mg/L，然后经管道过滤器32进一步去除杂质。经一级过滤***3处理后的废水进入换热器4调节温度至22℃～25℃，进入二级过滤***5，在二级过滤***5中经超滤设备51去除剩余胶体物质，超滤出水浊度≤0.5NTU，出水SDI≤3，超滤出水进入纳滤设备52，纳滤使废水的硬度减少80％以上。经除硬后的废水进入一级反渗透***6，依次经第一增压泵61、第一精密过滤器62、第一高压泵63进入第一反渗透设备64，得到的渗余液进入第一浓水箱65，其中渗透液占进入一级反渗透***的废水总体积的60％，其TDS≤500mg/L，剩余40％为渗余液，其TDS在8000mg/L～12000mg/L。所述第一浓水箱65中的渗余液作为二级反渗透***7的原水，进入二级反渗透***7进行反渗透处理，依次经第二增压泵71、第二精密过滤器72、第二高压泵73进入第二反渗透设备74，得到的渗余液进入第二浓水箱75，其中渗透液占二级反渗透***的废水体积的70％，其TDS≤1000mg/L，渗余液的TDS≥25000mg/L。所述一级反渗透***和二级反渗透***的渗透液汇集在一起进入产品水箱9作为循环水供给企业使用。上述废水的综合回收率为88％，回收水量176m3/h。所述二级反渗透***7的渗余液进一步送入蒸发结晶器8中蒸发结晶，所得的蒸汽经冷凝后可以回收利用，从而实现废水零排放。

Claims (8)

1.一种废水处理装置，所述废水处理装置包括：
调节池，用于接收待处理的废水并使接收废水混合均匀；
管道混合器，用于使来自所述调节池的废水与外加絮凝剂混合均匀并絮凝；
一级过滤***，用于滤除来自所述管道混合器的废水中的絮凝体、悬浮物和固相杂质，包括机械过滤器和管道过滤器，所述机械过滤器用于对来自所述管道混合器的废水进行过滤，所述管道过滤器用于对所述机械过滤器的滤液进行过滤；
二级过滤***，所述二级过滤***包括超滤设备和纳滤设备，所述超滤设备用于对经所述一级过滤***处理后的废水进行超滤处理，所述纳滤设备用于对经所述超滤设备处理后的废水进行纳滤处理；
一级反渗透***，用于对经所述二级过滤***处理后的废水进行反渗透处理；所述一级反渗透***包括：
第一增压泵，用于对来自所述二级过滤***的废水进行增压；
第一保安过滤器，用于对来自所述第一增压泵的废水进行过滤；
第一高压泵，用于提升所述第一保安过滤器的滤液的压力；
第一反渗透设备，用于对来自所述第一高压泵的废水进行反渗透处理；所述第一反渗透设备所采用的反渗透膜为抗污染复合反渗透膜；
第一浓水箱，用于接收所述第一反渗透设备的渗余液；
二级反渗透***，用于对所述一级反渗透***的渗余液进行反渗透处理；所述二级反渗透***包括：
第二增压泵，用于对来自所述第一浓水箱的废水进行增压；
第二保安过滤器，用于对来自所述第二增压泵的废水进行过滤；
第二高压泵，用于提升所述第二保安过滤器的滤液的压力；
第二反渗透设备，用于对来自所述第二高压泵的废水进行反渗透处理；所述第二反渗透设备为碟管式反渗透膜设备、振动剪切强化膜设备或管网式反渗透膜设备；
第二浓水箱，用于接收所述第二反渗透设备的渗余液；
蒸发结晶***，用于使所述二级反渗透***的渗余液蒸发结晶。
2.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，所述废水处理装置还包括产品水箱，所述产品水箱用于接收所述一级反渗透***和二级反渗透***的渗透液。
3.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，所述废水处理装置还包括换热器，所述换热器设置于所述一级过滤***和二级过滤***之间，用于调节经所述一级过滤***处理后的废水的温度。
4.一种采用权利要求1-3中任一项所述的废水处理装置处理废水的方法，包括如下步骤：
a、将废水引入调节池进行均质均量调节，向调节后的废水中加入絮凝剂并使废水在管道混合器中进行充分絮凝；
b、利用所述机械过滤器和管道过滤器处理步骤a得到的废水，以去除废水中的絮凝体、悬浮物和固相杂质，使出水浊度≤5NTU；
c、利用所述超滤设备对步骤b得到的废水进行超滤，使超滤出水SDI≤3；利用所述纳滤设备对所述超滤出水进行纳滤，去除超滤出水中80％以上的硬度离子；
d、对步骤c得到的废水进行反渗透处理，并对反渗透处理后得到的渗余液进行蒸发结晶；反渗透处理所得渗透液的TDS≤600mg/L。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤a中所述废水的TDS不小于1500mg/L，浊度不小于10NTU，并且所述废水的COD值不小于100mg/L。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤c中，所述步骤b得到的废水在进行超滤前添加杀菌剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤c中，所述步骤b得到的废水在进行超滤前利用换热器将温度调整至5℃-30℃。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤d中，所述一级反渗透***的渗透液的TDS≤500mg/L，产量为所述一级反渗透***处理的废水流量的60％-70％；所述二级反渗透***的渗透液的TDS≤1000mg/L，产量为所述二级反渗透***处理的废水流量的70％-80％。
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