CN106966536A

CN106966536A - 浓盐水零排放膜浓缩工艺及设备

Info

Publication number: CN106966536A
Application number: CN201610023871.4A
Authority: CN
Inventors: 韩勇涛; 冯杰; 陈远超; 杨凯; 段俊
Original assignee: MCWONG ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: MCWONG ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2017-07-21

Abstract

一种浓盐水零排放膜浓缩工艺及设备，包括：软化微滤装置、纳滤膜分离装置、浓盐水淡化反渗透膜装置、超浓缩装置、蒸发结晶装置。软化微滤装置的反应浓缩槽出水口与软化微滤装置进水口连接，软化微滤装置的出水口前设有pH值调节机构，软化微滤装置与纳滤膜分离装置、浓盐水淡化反渗透膜装置、超浓缩装置、回用水箱、各个设备的进水口与出水口互相串连连接，超浓缩装置的超浓盐水出口与蒸发结晶装置连接。本发明工艺包括预处理步骤、膜浓缩处理步骤。本发明的优点是通过多种浓缩工艺的组合，有效提高设备处理浓盐水的效率，实现浓盐水的减量化、零排放的目标，降低浓盐水处理设备的运行成本。

Description

浓盐水零排放膜浓缩工艺及设备

技术领域

本发明涉及一种水处理工艺及设备,特别涉及一种浓盐水零排放膜浓缩工艺及设备。

背景技术

废水零排放是煤化工行业要求实现的目标，实现可持续稳定发展的重要环节，而整个废水零排放处理环节中，蒸发结晶装置高昂的投资成本与运行成本是制约零排放实现的一大瓶颈，因此对进入蒸发结晶前的废水减量回用，是有效降低整体处理成本的关键一环。

煤化工行业零排放装置所针对浓盐水主要是煤化工装置所排放废水分别经过废水生化处理、高级氧化、中水回用水双膜系统后产生的浓盐水，具有较高COD(化学需氧量)、高含盐量、高硬度、高碱度等特点，无法直接采用常规反渗透进一步浓缩回用，而由于一般水量较大，直接进入蒸发结晶进行热法浓缩结晶，投资及运行成本高昂。

现今国内外处理针对此类浓盐水的减量回用方法一般有：高效氧化、高效反渗透、正渗透、电除盐、膜蒸馏等。尽管处理的方法很多，但在应用上都有一定局限性，缺少系统性流程，无法完成全流程处理，实际处理效果与经济性方面具有明显的欠缺。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷,提供一种浓盐水零排放膜浓缩工艺及设备。本发明通过多种工艺的组合，有效提高浓盐水的浓缩倍数，实现浓盐水的减量化，以实现减少蒸发结晶装置规模，降低整体运行成本。本发明的工艺特征包括下列步骤：

(1)将高浓盐水输送至预处理软化微滤膜装置，用于对高浓盐水进行软化除浊预处理；

(2)将经过步骤(1)软化除浊后的高浓盐水输送至纳滤膜分离装置，利用纳滤膜的分离特性，将高浓盐水中的化学需氧量(COD)、二价盐与一价盐分离，分别形成以化学需氧量(COD)、二价盐为主体的浓缩液与以一价盐、微量化学需氧量(COD)为主体的透过液；

(3)将经过步骤(2)纳滤分离后的透过液输送至浓盐水淡化反渗透膜装置，进一步脱除纳滤透过液中的盐类物质，形成满足回用水质要求的反渗透产水与浓缩一价盐的反渗透浓水；

(4)将经过步骤(3)浓盐水淡化反渗透浓缩的浓水与纳滤浓水混合后形成较高化学需氧量(COD)、高含盐量的高浓盐水，输送至超浓缩膜装置进一步减量浓缩，并设置能量回收装置降低超浓缩装置运行能耗，高浓盐水经过超浓缩装置浓缩减量后形成超浓盐水继续进入蒸发结晶工艺段，经过除盐后的超浓缩产水与经过步骤(3)除盐的反渗透产水混合，水质满足回用水质要求；

(5)将经过步骤(1)形成的预处理软化污泥输送至污泥脱水单元，经过压滤脱水后，滤液返回步骤(1)软化微滤膜装置，提高整体水回收率，压滤形成的滤饼作为普通固废物处置；

所述步骤(1)(2)(3)(4)中冲洗、化学清洗用水均采用装置自产水，周期性产生的化学清洗排放水均回收至预处理单元，提高整体水利用率。

所述步骤(1)中，混凝反应只加入软化剂，不需加入混凝剂与助凝剂。

所述步骤(2)中的纳滤膜分离装置选择适用于杂盐分离且耐受高COD的纳滤膜组件，并通过多段串联，提高纳滤膜分离装置的回收率，设计回收率≥90％。

所述步骤(3)中的浓盐水淡化反渗透膜装置采用适用于一价盐浓缩的浓盐水淡化膜组件，并通过多段串联，提高浓盐水淡化反渗透装置的回收率，设计回收率≥80％。

所述步骤(4)中的超浓缩膜装置采用适用于高浓盐水超浓缩工艺的超浓缩膜组件，可同时满足耐受高化学需氧量(COD)污染、高含盐量浓缩工况要求，设计回收率≥45％，超浓缩装置浓水含盐量达到10％以上，并采用能量回收率装置，有效降低运行能耗。

本发明还提供了一种浓盐水零排放膜浓缩设备，包括:软化微滤装置、纳滤膜分离装置、浓盐水淡化反渗透膜装置、超浓缩装置、蒸发结晶装置、回用水箱，其特征在于所述软化微滤装置前端设有一反应浓缩槽，反应浓缩槽内设有投加软化剂装置，反应浓缩槽的出水口与软化微滤装置进水口连接，软化微滤装置的出水口与纳滤膜分离装置的进水口连接，软化微滤装置的出水口前设有pH值调节机构，纳滤膜分离装置的出水口与浓盐水淡化反渗透膜装置的进水口连接，浓盐水淡化反渗透膜装置的出水口与超浓缩装置的进水口连接，超浓缩装置的出水口与回用水箱连接，超浓缩装置的超浓盐水出口与蒸发结晶装置连接。

所述纳滤膜分离装置的纳滤膜为适用于杂盐分离并且耐受高COD的纳滤膜组件，为多段串联结构。

所述浓盐水淡化反渗透膜装置为适用于一价盐浓缩的浓盐水淡化膜组件，并通过多段串联。

所述软化微滤膜装置采用有机管式微滤膜，过滤精度＜0.1微米。

本发明的优点是通过多种浓缩工艺的组合，有效提高设备处理浓盐水的效率，实现浓盐水的减量化、零排放的目标，降低浓盐水处理设备的运行成本。

附图说明

图1浓盐水零排放膜浓缩工艺流程框图；

图2本发明的结构示意图。

图中：1反应浓缩槽、2软化微滤装置、3纳滤膜分离装置、4浓盐水淡化反渗透膜装置、5超浓缩装置、6蒸发结晶装置、7回用水箱；

预处理工段：101贮存调节池、102高级氧化装置、103反应浓缩槽、104软化微滤装置、105中间水池、106污泥脱水单元、107调节池提升泵、108微滤膜抽吸泵、110强氧化剂投加装置、111软化药剂投加装置；

膜浓缩工段：201保安过滤器、202纳滤膜分离装置、203纳滤出水槽、204保安过滤器、205浓盐水淡化反渗透装置、206反渗透浓水槽、207膜软化装置、208超浓缩进水槽、209超浓缩装置、210回用水槽、211超滤进水泵、212反渗透进水泵、213反渗透高压泵、214膜软化给料泵、215超浓缩给料泵、216超浓缩高压泵、217超滤装置清洗泵、219空压机、220化学清洗装置、221次氯酸钠投加装置、222软化剂投加装置、223阻垢剂投加装置、224柠檬酸投加装置；230蒸发结晶装置。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

实施例一：

浓盐水进入预处理步骤的软化微滤膜装置2的反应浓缩槽1，(参见图1)在反应浓缩槽1内经投加石灰等软化剂后充分混凝软化反应后进入软化微滤膜装置2进行过滤除硬除浊，去除浓盐水中的绝大部分钙镁、硬度、碱度及悬浮物杂质；软化微滤膜装置2周期排放的无机污泥经压滤脱水后，滤液返回反应浓缩槽1，脱水泥饼形成普通污泥固废外运处置，软化微滤膜装置2出水pH回调后进入纳滤膜分离装置3；浓盐水经过纳滤膜分离装置3分离浓缩，形成主要含硫酸钠及绝大部分COD的纳滤浓水与主要含硝酸钠、氯化钠、微量COD的纳滤产水；纳滤产水进入浓盐水淡化反渗透装置4进一步脱盐浓缩，进一步脱盐后的反渗透产水满足回用要求后进入回用水箱7，反渗透浓缩形成的高浓盐水与纳滤浓水混合进入超浓缩装置5进一步脱盐浓缩，进一步脱盐后的超浓缩膜产生的水满足回用要求后进入回用水箱7，用于厂区循环水补水，超浓缩形成的超浓盐水进入后续的蒸发结晶装置6。由蒸发结晶装置6完成固液分离。

装置内微滤、纳滤、反渗透、超浓缩膜的周期配药、清洗等用水均采用装置自产水，清洗排放水返回软化微滤膜装置2的反应浓缩槽1。

本实施例的工艺包括下列步骤：

(2)将经过步骤(1)软化除浊后的高浓盐水输送至纳滤膜分离装置，利用纳滤膜的分离特性，将高浓盐水中的COD、二价盐与一价盐分离，分别形成以COD、二价盐为主体的浓缩液与以一价盐、微量COD为主体的透过液；

(4)将经过步骤(3)浓盐水淡化反渗透浓缩的浓水与纳滤浓水混合后形成较高COD、高含盐量的高浓盐水，输送至超浓缩膜装置进一步减量浓缩，并设置能量回收装置降低超浓缩装置运行能耗，高浓盐水经过超浓缩装置浓缩减量后形成超浓盐水继续进入蒸发结晶工艺段，经过除盐后的超浓缩产水与经过步骤(3)除盐的反渗透产水混合，水质满足回用水质要求；

在上述步骤(1)(2)(3)(4)中冲洗、化学清洗用水均采用装置自产水，周期性产生的化学清洗排放水均回收至预处理单元，提高整体水利用率。

经过步骤(2)固液离心分离后的浓盐水输送到纳滤膜装置，利用纳滤膜组件对COD的耐受能力远高于普通反渗透的特性及对水体中一价盐、二价盐的选择透过特性，采用纳滤对经过预处理的浓盐水进行预浓缩分离，形成以COD、二价盐为主体的浓缩液与以一价盐、微量COD为主体的透过液。

经过步骤(3)纳滤分离产生的透过液主要含一价盐及微滤COD，因此可采用浓盐水淡化膜装置进行再浓缩回用，脱盐产水水质达到国家《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923-2005)中关于再生水用作敞开式循环冷却水补充水的水质标准，浓缩侧形成含盐量达到5％左右的高浓盐水。

经过步骤(3)(4)形成的高浓盐水混合后，COD达到1000mg/L左右，含盐量达到6％左右，采用常规反渗透膜组件无法继续浓缩，因此采用可同时满足耐受高COD及高含盐量工况的超浓缩膜组件进行超浓缩，将步骤(3)(4)形成的高浓盐水进一步浓缩减量，使浓盐水含盐量达到10％以上，COD达到2000mg/L以上。由于为了克服极高的渗透压，需要高于常规浓盐水淡化反渗透的运行压力，运行能耗较高，采用能量回收装置有效降低本超浓缩装置的运行能耗。超浓缩装置产水与前段浓盐水淡化反渗透装置产水混合后水质达到国家《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923-2005)中关于再生水用作敞开式循环冷却水补充水的水质标准。

以典型煤化工零排放装置待处理浓盐水为例，进水水量60m³/h，含盐量1.7％，COD300mg/L,总硬度1000mg/L,总碱度2000mg/L,经过本膜浓缩工艺减量回用后，最终形成超浓盐水水量＜10m³/h，整体运行成本＜7元/m³。在预处理段，浓盐水贮存在贮存调节池101进行水质水量调节，贮存调节池出水口通过管道及调节池提升泵107与高级氧化装置102的进水口连接；高级氧化装置102设有强氧化剂投加装置110，投加强氧化剂进行氧化；高级氧化装置102出水口通过管道接至反应浓缩槽103，反应浓缩槽103设有软化药剂投加装置111，投加软化剂，使水中的钙镁等离子生产沉淀物在后续工序中去除；反应浓缩槽103出水口通过管道与软化微滤装置104连接；碳酸钙、氢氧化镁等金属絮体在软化微滤装置104中经过微滤膜过滤得以去除；软化微滤装置104出水通过管道及微滤膜抽吸泵108进入中间水池105，中间水池105出水口通过管道接至膜浓缩工段。软化微滤装置104中的沉淀物通过出泥口经泵抽至污泥处理单元106处理。

在膜浓缩工段，通过管道和纳滤进水泵211将预处理段的中间水池106出水口接至保安过滤器201，在保安过滤器201前设有阻垢剂投加装置223，用于投加阻垢剂；保安过滤器201的出水口通过管道接至纳滤膜分离装置202的进水口，废水经过纳滤膜分离后，废水中的悬浮物、二价离子等被去除，出水口通过管道接至纳滤出水槽203；纳滤膜分离装置202设有化学清洗装置220，当膜受污染严重时，用于清洗超滤膜，清洗药液回流到化学清洗装置220可重复使用，失效的清洗液外排；纳滤出水槽203的一个出水口通过管道和反渗透进水泵212与保安过滤器204的进水口相连，另一个出水口通过管道和纳滤膜分离装置清洗泵217与纳滤膜分离装置202的清洗口相连，其管道上设有次氯酸钠投加装置221与柠檬酸投加装置224，可对纳滤膜进行日常清洗，纳滤膜分离装置202产生的浓水进到反渗透浓水槽206；保安过滤器204的出口通过管道和反渗透高压泵213与浓盐水淡化反渗透装置205的进水口连接，水经过反渗透膜分离后，可将废水中的盐浓缩到浓水中，浓盐水淡化反渗透装置设有阻垢剂投加装置223，可投加阻垢剂减缓膜结垢；反渗透产水为除盐水，通过浓盐水淡化反渗透装置205的清水口通过管道接至回用水槽210，浓水则通过管道接至反渗透浓水槽206；浓盐水淡化反渗透装置205的清洗进出口通过管道分别与化学清洗装置220的出口和进口相连，当反渗透膜受污染后，可进行化学清洗。反渗透浓水槽206设有软化剂投加装置222，可投加软化药剂，将浓水中的钙镁等离子形成沉淀物；反渗透浓水槽206的出水通过管道和膜软化给料泵214进入膜软化装置207，在膜软化装置中，钙镁等沉淀物被分离去除。膜软化装置207的出水口通过管道进入超浓缩进水槽208，超浓缩进水槽208的出水口通过管道和超浓缩给料泵215与保安过滤器204相连，保安过滤器204出水口通过管道和超浓缩高压泵216与超浓缩装置209的进水口连接，超浓缩装置209为高压反渗透卷式膜，在超浓缩装置中，通过膜分离，浓水中的盐分进一步浓缩；超浓缩装置209产生的淡水由超浓缩装置的清水口通过管道进入回用水槽210，超浓缩装置209产生的浓液通过管道连接到蒸发结晶装置230。超浓缩装置209的清洗设有化学清洗装置220，当膜受污染后可进行化学清洗。

在上述操作过程中，需注意控制以下参数：

预处理工段：贮存调节槽101的停留时间，强氧化投加装置110的加药量及pH，反应浓缩槽103中软化药剂的投加量及pH、悬浮物浓度，软化微滤装置104的膜通量、膜面积及出水的浊度、SDI及硬度。

膜浓缩工段：纳滤膜分离装置202的膜通量，浓盐水淡化反渗透装置205的膜通量，膜软化装置207的膜通量，反渗透浓水槽206中的软化药剂的投加量，超浓缩装置209的膜通量，上述各种膜的膜通量随不同的原水水质将有不同的值。还要控制各段膜出水的电导率，另外各种膜化学清洗药剂的种类和用量、清洗频率等也随原水的变化而变化。蒸发结晶装置230的蒸发量、操作温度及压力。

实施例二：

本实施例与实施例一相同，所不同的是高级氧化可以是臭氧氧化(或臭氧催化氧化、臭氧双氧水氧化)。超浓缩装置209可以是振动膜、高压膜或正渗透膜。软化微滤膜装置104可以是沉淀+浸没式微(超)滤，或者沉淀+管式微(超)滤膜，也可以是传统药剂软化工艺，即加药反应+沉淀+过滤+超滤。蒸发结晶器230可以是多效蒸发浓缩或机械压缩蒸发浓缩。纳滤膜分离装置202可以改成弱酸阳离子交换，纳滤系统配套的辅助设备一起改成离子交换的配套系统，同时膜处理段的膜软化装置207及其配套设备省掉。

实施例三：

本实施例与实施例一相同，所不同的是当原水中硬度较低时，膜处理工序中的膜软化装置207可以省掉。

Claims

1.一种浓盐水零排放膜浓缩工艺,其工艺特征包括下列步骤：

(1)将高浓盐水输送至预处理软化微滤膜装置，以对高浓盐水进行软化除浊预处理；

(2)将经过步骤(1)软化除浊预处理后的高浓盐水输送至纳滤膜分离装置，利用纳滤膜的分离特性，将高浓盐水中的化学需氧量、二价盐与一价盐分离，分别形成以化学需氧量、二价盐为主体的浓缩液与以一价盐、微量化学需氧量为主体的透过液；

(4)将经过步骤(3)浓盐水淡化反渗透浓缩的浓水与纳滤浓水混合后形成较高化学需氧量、高含盐量的高浓盐水，输送至超浓缩膜装置进一步减量浓缩，高浓盐水经过超浓缩装置浓缩减量后形成超浓盐水继续进入蒸发结晶工艺段，经过除盐后的超浓缩产水与经过步骤(3)除盐的反渗透产水混合，水质满足回用水质要求；

(5)将经过步骤(1)形成的预处理软化污泥输送至污泥脱水单元，经过压滤脱水后，滤液返回步骤(1)软化微滤膜装置，提高整体水回收率，压滤形成的滤饼作为普通固废物处置。

2.根据权利要求1所述的浓盐水零排放膜浓缩工艺，其特征在于所述步骤(1)(2)(3)(4)中冲洗、化学清洗用水均采用装置自产水，周期性产生的化学清洗排放水均回收至预处理单元。

3.根据权利要求1所述的浓盐水零排放膜浓缩工艺，其特征在于所述步骤(1)中，混凝反应只加入软化剂，不加入混凝剂与助凝剂。

4.根据权利要求1所述的浓盐水零排放膜浓缩工艺，其特征在于所述步骤(2)中的纳滤膜分离装置选择适用于杂盐分离且耐受高化学需氧量的纳滤膜组件，并通过多段串联，提高纳滤膜分离装置的回收率，设计回收率≥90％。

5.根据权利要求1所述的浓盐水零排放膜浓缩工艺，其特征在于所述步骤(3)中的浓盐水淡化反渗透膜装置采用适用于一价盐浓缩的浓盐水淡化膜组件，并通过多段串联，提高浓盐水淡化反渗透装置的回收率，设计回收率≥80％。

6.根据权利要求1所述的浓盐水零排放膜浓缩工艺，其特征在于所述步骤(4)中的超浓缩膜装置采用适用于高浓盐水超浓缩工艺的超浓缩膜组件，可同时满足耐受高COD污染、高含盐量浓缩工况要求，设计回收率≥45％，超浓缩装置浓水含盐量达到10％以上。

7.一种浓盐水零排放膜浓缩设备，包括：软化微滤装置、纳滤膜分离装置、浓盐水淡化反渗透膜装置、超浓缩装置、蒸发结晶装置、回用水箱，其特征在于所述软化微滤装置前端设有一反应浓缩槽，反应浓缩槽内设有投加软化剂装置，反应浓缩槽的出水口与软化微滤装置进水口连接，软化微滤装置的出水口与纳滤膜分离装置的进水口连接，软化微滤装置的出水口前设有pH值调节机构，纳滤膜分离装置的出水口与浓盐水淡化反渗透膜装置的进水口连接，浓盐水淡化反渗透膜装置的出水口与超浓缩装置的进水口连接，超浓缩装置的出水口与回用水箱连接，超浓缩装置的超浓盐水出口与蒸发结晶装置连接。

8.根据权利要求7所述的浓盐水零排放膜浓缩设备，其特征在于所述软化微滤膜装置采用有机管式微滤膜，过滤精度＜0.1微米。

9.根据权利要求7所述的浓盐水零排放膜浓缩设备，其特征在于所述纳滤膜分离装置的纳滤膜为适用于杂盐分离并且耐受高化学需氧量的纳滤膜组件，为多段串联结构。

10.根据权利要求7所述的浓盐水零排放膜浓缩设备，其特征在于所述浓盐水淡化反渗透膜装置为适用于一价盐浓缩的浓盐水淡化膜组件，并通过多段串联。