CN105923704A - 正渗透汲取液循环回用方法、废水处理方法和处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种正渗透汲取液的循环回用方法，将正渗透过程中产生的稀释后汲取液通过离子交换膜进行浓缩处理，浓缩处理后的汲取液循环回用至所述正渗透过程。本发明还提供了一种废水处理方法以及废水处理装置。本发明的循环回用方法、废水处理方法和处理装置采用正渗透+离子交换膜浓缩的组合，正渗透过程和离子交换膜浓缩过程都不需要外加压力或外压压力较小，方法简单易行，容易操作，能耗极低，而且，正渗透过程和离子交换膜浓缩过程的膜污染均较轻，延长了两个过程的连续稳定运行时间，可以获得大量纯净产水，最大限度提高了废水的回收率，具有重要环境效益。

Description

正渗透汲取液循环回用方法、废水处理方法和处理装置
技术领域
本发明涉及工业废水处理领域，具体涉及一种正渗透汲取液的循环回用方法、以及一种废水处理方法和处理装置。
背景技术
正渗透(FO)是一种依靠渗透压驱动的膜分离过程，即水通过选择性半透膜从较高水化学势区域(低渗透压侧)自发地扩散到较低水化学势区域(高渗透压侧)的过程。正渗透过程的驱动力是汲取液(驱动液)与原料液的渗透压差，不需要外加压力作为驱动力。和反渗透过程相比，正渗透具有如下优点：膜污染较轻，无需外加压力，能耗低，回收率高，浓水排放量少，污染小。
正渗透过程实现的关键是需要一种高通量可循环使用的汲取液，正渗透过程中，随着水的自发扩散，汲取液被逐步稀释，为了循环使用，需对汲取液进行处理，这是正渗透***能稳定运行的重要因素，也是水处理技术人员研发的重点方向之一。现有汲取液处理方式多是利用精馏的方式将汲取液精馏后再合成，从而实现反复使用，由于精馏需要高温蒸汽等作为热源，同时精馏装置操作弹性小等缺点使整个正渗透***运行操作可靠性大大降低。
高盐高COD废水是指高浓度溶解性无机盐在5000mg/L以上、COD值在800mg/L以上的废水，主要代表性的废水如医药中间体废水、纺织行业生产排出的印染回用浓缩液废水、食品加工行业排出的发酵与清洗液、油田废水、造纸废水、页岩气废水、煤化工废水、石油炼化废水等。目前的处理该类废水的各种方法具有处理工艺复杂、处理效果可控性差、处理费用高等缺点。
中国专利CN 104803448 A涉及高盐度高有机物浓度废水的正渗透处理方法，采用的方法是一种正渗透耦合多效蒸发。中国专利CN 104803451 A涉及正渗透和反渗透技术相结合的海水淡化处理方法及装置，该方法及装置通过将反渗透浓排水作为正渗透过程的汲取液，有效解决了反渗透浓排水的处理问题。中国专利CN 104591457 A涉及正渗透耦合膜蒸馏处理废水的装置及方法，该方法及装置通过将膜蒸馏的浓水作为正渗透过程的汲取液，有效解决了膜蒸馏浓水的处理问题。中国专利CN 104624052 A涉及一种正渗透汲取液的循环回用方法，因正渗透过程而被稀释的汲取液通过冷冻结晶、纳滤浓缩后进行再生，再生后的汲取液返回正渗透过程进行循环利用。上述专利均是采用正渗透耦合反渗透、多效蒸发、膜蒸馏技术、冷冻结晶技术来处理废水或溶液，这些技术中，存在汲取液种类受限、操作安全性差、耗能高等缺陷。
发明内容
为克服现有正渗透工艺中汲取液处理存在的缺陷，本发明的一个目的是提供一种正渗透汲取液的循环回用方法。
本发明的另一目的是提供一种废水处理方法以及一种废水处理装置。
本发明提供的正渗透汲取液的循环回用方法为：将正渗透过程中产生的稀释后汲取液通过离子交换膜进行浓缩处理，浓缩处理后的汲取液循环回用至所述正渗透过程。
离子交换膜早在上个世纪70年代便在脱盐领域具有很广泛的应用，产水水质好、脱盐率高(90％以上)、水回收率高、能耗低，在水处理领域，通常直接利用离子交换膜的脱盐特性来除去其中的盐类物质，但之后逐渐被反渗透膜、纳滤膜等取代。随着正渗透技术的发展，汲取液对于正渗透过程的进行具有至关重要的作用，本发明人发现，离子交换膜的高脱盐特性可适用于汲取液的浓缩处理，可使汲取液得到良好的循环回用，从而保证了正渗透的稳定运行以及水处理效果。
本发明提供的正渗透汲取液的循环回用方法适用于现有任意种类的正渗透汲取液，汲取液可包括如氯化物、硫酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐等溶液，包括但不限于相应的钠盐、钾盐、镁盐、钙盐、铵盐等，优选适用于硫酸镁、硫酸钙等硫酸盐。
本发明提供的废水处理方法，包括以下步骤：
(1)将待处理的废水通过正渗透处理，用于正渗透的汲取液在正渗透过程中被稀释；
(2)将步骤(1)得到的稀释后汲取液通过离子交换膜进行浓缩得到处理后的产水，浓缩后的汲取液返回步骤(1)循环使用。
本发明所述的处理方法中，在正渗透过程之前还包括对待处理的废水进行预处理。预处理的步骤或方式可根据废水水质不同进行调节，包括但不限于除油步骤、除悬浮物步骤中的一步或多步。
本发明所述的处理方法中，正渗透处理后所得的浓水可以采用现有方法进行处理或回收利用，包括但不限于将正渗透得到的正渗透浓水进行结晶处理。
本发明所述的处理方法中，所述待处理的废水可以为各种工业或生活产生的废水，尤其是工业高盐废水，本发明所述的处理方法适用于多种水质特征的废水，如废水的pH值可以为3～10，废水的电导率可以为20000～65000μs/cm，废水的CODcr可以为100～50000mg/L。
本发明所述的处理方法中，所述步骤(2)中，浓缩后的汲取液电导率为200,000～280,000μs/cm。
本发明所述的处理方法中，所述步骤(2)的浓缩过程中：离子交换膜进料液侧的pH值为6.5～8.5，温度为20～40℃，膜面流速为5～5～8cm/s。
本发明所述的处理方法中，正渗透过程的操作条件为：进料液侧，废水pH值为6.5～8.5，废水温度为20～40℃，两侧膜面流速为0.1～0.5m/s。
本发明所述的处理方法中，正渗透处理后得到的浓水电导率范围可达180,000～250,000μs/cm。
本发明所述的处理方法中，正渗透过程中汲取液被不断稀释，稀释的设定浓度可以为待处理废水电导率的2～4倍。
本发明提供的废水处理装置，包括以下处理单元：
正渗透单元，设置有一组或多组正渗透膜组件，用于对待处理的废水进行正渗透处理；以及
离子交换膜单元，设置有一组或多组离子交换膜组件，用于将正渗透单元所产生的稀释后汲取液进行浓缩并使其循环回用至所述正渗透单元。
本发明提供的废水处理装置中，所述正渗透膜组件的膜材质可选用现有的任意种类，包括但不限于PTFE、PS、CA/CAT、全氟磺(羧)酸等等。离子交换膜组件的膜材质也可选用现有的任意种类，包括但不限于苯乙烯-二乙烯苯共聚膜等等。
本发明提供的废水处理装置中，所述离子交换膜组件形式可以为现有的任意形式，包括但不限于板框式等等。所述正渗透膜组件形式也可选用现有的任意形式，包括但不限于板框式、卷式、中空纤维式、管式等等。
本发明提供的废水处理装置中，当所述正渗透膜组件或所述离子交换膜组件为多组时，多组组件可以为并联设置，也可以为串联设置。
本发明提供的废水处理装置中，所述废水处理装置还可以包括预处理单元，其与所述正渗透单元的进水端相连。预处理单元用于将待处理的废水进行预处理。
本发明提供的废水处理装置中，所述预处理单元可以根据废水水质进行设置，包括但不限于除油单元、除悬浮物单元等等。
本发明提供的废水处理装置中，所述废水处理装置还可以包括结晶单元，其与所述正渗透单元的浓水出水端相连。结晶单元用于处理正渗透所得的浓水，以除去其中盐类。
本发明具备以下优点：
1、本发明将离子交换膜浓缩用于正渗透汲取液的循环回用，为正渗透处理废水、回收水资源提供稳定性和可靠性。离子交换膜适用于各个种类的汲取液，包括水处理工艺中产生的含杂盐浓水，为杂盐资源化提供了新用途，将杂盐用于正渗透的汲取液，减少了运行费用，又重复利用了资源。离子交换膜通过离子迁移进行脱盐浓缩，与精馏和膜蒸馏的浓缩方式相比，能够稳定地达到更高的浓缩度，能进一步节约投资与运行成本。此外，由于汲取液的高浓缩度，还能明显提高正渗透的浓水浓缩度，从而可提高正渗透处理效率，减少浓水处理量。相对于现有的汲取液处理方法，本发明的方法运行费用低、适用范围广、浓缩度高、水资源利用率高、材质要求低。
2、本发明的废水处理方法和装置采用正渗透+离子交换膜浓缩的组合，正渗透过程和离子交换膜浓缩过程都不需要外加压力或仅需较小的外压压力，简单易行，容易操作，能耗极低；而且，正渗透过程和离子交换膜浓缩过程的膜污染均较轻，延长了两个过程的连续稳定运行时间，进一步降低了水处理成本，可以获得大量纯净产水，最大限度提高了废水的回收率，具有重要环境效益。
3、本发明提供的废水处理方法和处理装置尤其适用于现有技术中难以处理的高盐废水，处理后的产水电导≤500μs/cm，CODcr<10mg/L，水回收率高于90％、甚至95％以上，浓水浓缩的程度高，处理负荷大。
4、本发明提供的处理方法和处理装置不仅可以处理高盐废水，还可以根据需要处理河水、苦咸水、海水、地表水、市政污水、石化废水、垃圾渗滤液废水、含药物、糖类或蛋白质等的溶液、页岩气废水、煤化工废水、以及废水回用中的反渗透浓水等等多种类型废水。
附图说明
图1是本发明的废水处理装置示意图；
图中：1、正渗透单元；101、正渗透原水池；102、正渗透原水泵；103、正渗透汲取液池；104、正渗透汲取液泵；2、离子交换膜单元；201、离子交换膜原水池；202、离子交换膜原水泵；203、离子交换膜浓水泵；3、预处理单元；4、结晶单元；
A、废水；B、预处理后废水；C、纯水；D、汲取液；E、正渗透浓水；F、稀释后汲取液；G、浓缩后汲取液；H、离子交换膜产水。
具体实施方式
下面，结合附图和实施例，对发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的废水处理装置包括正渗透单元1以及离子交换膜单元2，正渗透单元1用于对待处理的废水进行正渗透处理，其中设置有一组或多组正渗透膜组件，离子交换膜单元2用于将正渗透单元1所产生的稀释后汲取液进行浓缩并使其循环回用至正渗透单元1，其中设置有一组或多组离子交换膜组件。
在一个实施方式中，本发明的废水处理装置还可以包括正渗透原水池101、正渗透原水泵102、正渗透汲取液池103以及正渗透汲取液泵104。
在一个实施方式中，本发明的废水处理装置还包括离子交换膜原水池201、离子交换膜原水泵202以及离子交换膜浓水泵203。
在一个实施方式中，本发明的废水处理装置还可以包括预处理单元3，预处理单元3可以根据预处理需要设置为除油和/或除悬浮物单元，包括但不限于隔油气浮池、悬浮沉淀池等。
在一个实施方式中，本发明的废水处理装置还可以包括对于正渗透浓水的处理单元，例如可以为结晶单元4，用于对正渗透浓水进行结晶处理，以处理或回收其中所含物质。
如图1所示，本发明的废水处理装置运行时，待处理的废水A首先进入预处理单元3进行预处理，得到预处理后废水B进入正渗透原水池101，当待处理的废水A水质符合正渗透进水要求时，也可不经预处理直接进入正渗透原水池101中。正渗透原水池101中的废水通过正渗透原水泵102泵入正渗透单元1中。同时，汲取液D通过正渗透汲取液泵104由正渗透汲取液池103中泵入正渗透单元1，通过正渗透单元1设置的正渗透膜组件，进水分离成纯水C以及正渗透浓水E，纯水C稀释汲取液D得到稀释后汲取液F，排放到离子交换膜原水池201，然后再经离子交换膜原水泵202泵入离子交换膜单元2，通过离子交换膜组件将汲取液F进行浓缩，离子交换膜产水H回收利用，浓缩后汲取液G泵入正渗透汲取液池103中循环回用，离子交换膜浓水泵203循环进浓水料。正渗透浓水E通过结晶单元4进行结晶处理，由此完成废水处理。
实施例1
待处理的高盐废水(某高盐污水的油田压裂液废水)的水质特征为：废水pH8.35，电导率20000μs/cm左右，CODcr 8350mg/L，Cl-43500mg/L，含油：80mg/L，悬浮物：1000mg/L。
所用正渗透膜组件为醋酸纤维素板框式膜组件；离子交换膜为苯乙烯-二乙烯苯共聚膜板框式膜组件，膜孔径为0.2μm。
预处理步骤包括高效隔油气浮池去除油类、高效悬浮沉淀池去除悬浮物。
汲取液为硫酸镁溶液，废水处理装置运行过程中，正渗透过程的操作条件下：进料液侧，废水pH 8.35，废水温度25℃，膜面流速0.5m/s，正渗透膜通量保持在6L/m2·h左右；离子交换膜过程的操作条件下：进料液侧，纯水pH 8.5，纯水温度30℃，膜面流速7cm/s。
经过处理后的产水电导为450μs/cm，CODcr<10mg/L，水回收率95.6％，正渗透浓水浓度稳定达到20％左右。
相对于膜蒸馏、精馏为汲取液循环方式的水处理***，运行费用低至一半(吨水能耗10元左右，膜蒸馏和精馏能耗20元左右)，运行周期显著增长(运行周期能达到一年，而膜蒸馏、精馏三个月到半年需要酸碱清洗)。
实施例2
待处理的高盐废水(污水处理厂反渗透浓水)的水质特征：废水pH8，电导率20000μs/cm左右，CODcr 15000mg/L，Ca2+30mg/L左右，Mg2+20mg/L左右，溶硅50mg/L左右，NH3-N 1000mg/L左右。此水为经预处理的垃圾渗滤液水。
所用正渗透膜组件为醋酸纤维素板框式膜组件；所用离子膜组件为苯乙烯-二乙烯苯共聚膜板框式膜组件，膜孔径为0.2μm。
预处理步骤包括高效悬浮沉淀池去除悬浮物。
汲取液为硫酸镁溶液，废水处理装置运行过程中，正渗透过程的操作条件下：进料液侧，废水pH 8，废水温度25℃，膜面流速0.5m/s，正渗透膜通量保持在8L/m2·h左右；离子交换膜过程的操作条件下：进料液侧，纯水pH 7.8，纯水温度30℃，膜面流速7cm/s。
经过处理后的产水电导为390μs/cm，CODcr<10mg/L，水回收率95％，正渗透浓水浓度稳定达到20％左右。
相对于膜蒸馏、精馏为汲取液循环方式的水处理***，运行费用低至一半(吨水能耗10元左右，膜蒸馏和精馏能耗20元左右)，运行周期显著增长(运行周期能达到一年，而膜蒸馏、精馏三个月到半年需要酸碱清洗)。
实施例3
待处理的高盐废水属于煤化工的反渗透浓水，水质特征：pH 8.0，TDS23935mg/L，CODcr 300mg/L，Cl-13812mg/L，Na+8749mg/L，HCO3 -882mg/L，Ca2+399mg/L。
所用正渗透膜组件为醋酸纤维素板框式膜组件；所用离子膜组件为苯乙烯-二乙烯苯共聚膜板框式膜组件，膜孔径为0.2μm。
预处理步骤包括高效沉淀池去除悬浮物。
汲取液为硫酸钙溶液，废水处理装置在运行过程中，正渗透过程的操作条件下：进料液侧，废水pH8，废水温度25℃，膜面流速0.5m/s，正渗透膜通量保持在5L/m2·h左右；离子膜过程的操作条件下：进料液侧，纯水pH7.9，纯水温度22℃，膜面流速6cm/s。
经过处理后的产水电导≤500μs/cm，CODcr<10mg/L，水回收率高于90％，正渗透浓水浓度稳定达到20％左右。
相对于膜蒸馏、精馏为汲取液循环方式的水处理***，运行费用低至一半(吨水能耗10元左右，膜蒸馏和精馏能耗20元左右)，运行周期显著增长(运行周期能达到一年，而膜蒸馏、精馏三个月到半年需要酸碱清洗)。
实施例4
待处理的高盐废水属于垃圾渗透液废水，水质特征：废水pH 7.8，TDS15000mg/L，CODcr 10000mg/L，Cl-13812mg/L，NH3-N 1200mg/L，SS：1000mg/L。
所用正渗透膜组件为醋酸纤维素板框式膜组件；所用离子膜组件为苯乙烯-二乙烯苯共聚膜板框式膜组件，膜孔径为0.2μm。
预处理步骤包括先经过气浮池去除油类、再经过高效悬浮沉淀池去除悬浮物。
汲取液为硫酸钠溶液，废水处理装置在运行过程中，正渗透过程的操作条件下：进料液侧，废水pH8，废水温度25℃，膜面流速0.5m/s，正渗透膜通量保持在8L/m2·h左右；离子膜过程的操作条件下：进料液侧，纯水pH7.9，纯水温度22℃，膜面流速7cm/s。
经过处理后的产水电导为480μs/cm，CODcr<10mg/L，水回收率93％，浓水浓度稳定达到20％左右。
相对于膜蒸馏、精馏为汲取液循环方式的水处理***，运行费用低至一半(吨水能耗10元左右，膜蒸馏和精馏能耗20元左右)，运行周期显著增长(运行周期能达到一年，而膜蒸馏、精馏三个月到半年需要酸碱清洗)。
实施例5
待处理的高盐废水属于染料中间体废水，水质特征：废水pH 1.7，TDS23935mg/L，CODcr 36000mg/L，BOD 506mg/L，Cl-13663mg/L，Na+8749mg/L，HCO3 -882mg/L，Ca2+5825mg/L，SS：606mg/L，色度：3750度，NH4-N 1000mg/L。
所用正渗透膜组件为醋酸纤维素板框式膜组件；所用离子膜组件为苯乙烯-二乙烯苯共聚膜板框式膜组件，膜孔径为0.2μm。
预处理步骤包括高效悬浮沉淀池去除废水中的硬度部分色度悬浮物。
汲取液为硫酸镁溶液，废水处理装置在运行过程中，正渗透过程的操作条件下：进料液侧，废水pH8，废水温度25℃，膜面流速0.5m/s，正渗透膜通量保持在10L/m2·h左右；离子膜过程的操作条件下：进料液侧，纯水pH7.9，纯水温度22℃，膜面流速7cm/s。
经过处理后的产水电导为350μs/cm，CODcr<10mg/L，水回收率93％，浓水浓度稳定达到20％左右。
相对于膜蒸馏、精馏为汲取液循环方式的水处理***，运行费用低至一半(吨水能耗10元左右，膜蒸馏和精馏能耗20元左右)，运行周期显著增长(运行周期能达到一年，而膜蒸馏、精馏三个月到半年需要酸碱清洗)。
除非特别限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。
本发明所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进，因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种正渗透汲取液的循环回用方法，其特征在于，将正渗透过程中产生的稀释后汲取液通过离子交换膜进行浓缩处理，浓缩处理后的汲取液循环回用至所述正渗透过程。
2.根据权利要求1所述的循环回用方法，其特征在于，所述汲取液包括以下盐类中的一种或多种的溶液：钠、钾、镁、钙、铵的氯化物、硫酸盐、碳酸盐或碳酸氢盐。
3.一种废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待处理的废水通过正渗透处理，用于正渗透的汲取液在正渗透过程中被稀释；
(2)将步骤(1)得到的稀释后汲取液通过离子交换膜进行浓缩得到处理后的产水，浓缩后的汲取液返回步骤(1)循环使用。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法在正渗透过程之前还包括对待处理的废水进行预处理；所述预处理包括除油步骤、除悬浮物步骤中的一步或多步。
5.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法还包括将步骤(1)得到的正渗透浓水进行结晶处理。
6.根据权利要求3-5任一项所述的处理方法，其特征在于，所述待处理的废水为高盐废水，其水质特征满足以下一项或多项：pH值为3～10、电导率为20000～65000μs/cm或CODcr为100～50000mg/L。
7.一种废水处理装置，其特征在于，包括以下处理单元：
正渗透单元，设置有一组或多组正渗透膜组件，用于对待处理的废水进行正渗透处理；以及
离子交换膜单元，设置有一组或多组离子交换膜组件，用于将正渗透单元所产生的稀释后汲取液进行浓缩并使其循环回用至所述正渗透单元。
8.根据权利要求7所述的处理装置，其特征在于，所述正渗透膜组件的材质选自PTFE或CA/CAT，形式为板框式。
9.根据权利要求7所述的处理装置，其特征在于，所述离子交换膜组件的膜材质选自苯乙烯-二乙烯苯共聚物。
CN201610284589.1A 2016-04-29 2016-04-29 正渗透汲取液循环回用方法、废水处理方法和处理装置 Pending CN105923704A (zh)

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