CN101935111B - 低能耗废水回用制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低能耗废水回用制备系统，包括反渗透膜系统，进水管件以及纳滤膜系统。反渗透膜系统为至少一组并联的反渗透膜组件，纳滤膜系统为至少一组并联的纳滤膜组件。反渗透膜系统的进水口通过连接管件连接预处理增压后出水口，反渗透膜系统的出水口通过连接管件连接纳滤膜系统的进水口。反渗透膜组件以及纳滤膜组件均连接反渗透纳滤产水口。本发明的系统还包括清洗进液口、进水压力变送器和进水就地压力表以及产水取样阀。本发明具有可连续运行、产水达到工业水要求、设备运行压力低、能耗低、操作简单、维护方便、自动化程度高、运行安全、稳定、环保、经济等优点，填补了全厂性废水合理制取工业水的空缺，适用的进水含盐量范围广，投资成本略低于纳滤和电吸附装置。

Description

低能耗废水回用制备系统

技术领域

本发明涉及废水回收系统，具体涉及一种低能耗的废水回用制备系统。

背景技术

我国是水资源短缺和水污染严重的国家，在“十一五”规划中，对企业在能源和资源的循环利用方面，提出了更高的要求。如何更有效地节约能源、降低能耗、减少废水排放量，将成为影响企业综合竞争力的一个重要因素。废水回用是废水处理的最终目标，是企业节能减排的有效手段。

在节能减排政策的大背景下，一些钢铁生产企业将达到排放标准的废水通过串级循环回用、与工业水混合循环利用或制预脱盐水、纯水等多种途径进行了大量的回用，但仍存在如下局限性：

1、部分废水虽然经处理后达到排放标准，却因含盐量高不能回用进行直接排放。

2、制取预脱盐水、纯水消耗的废水量占废水排放量的比重不大，废水的资源化利用也都处于简单化回用。

3、废水在处理过程中没有脱盐处理，在循环回用过程中，由于浓缩以及离子的长期富集，造成废水处理站出水含盐量越来越高。回用水高含盐量，特别是高钙镁硬度、高氯离子含量，在回用的过程中易造成管道、设备结垢和腐蚀。

4、基于钢铁产业发展政策对吨钢耗水量的要求，一些企业为降低吨钢耗水量的指标而将达标排放废水直接回用，影响到设备寿命和产品质量。

因此，在废水回用的方式上，不应简单地回用和混合，对废水的深度处理是非常必要的。

当前废水制成工业水是废水回用较好的途径，钢铁厂全厂性废水站出水含盐量约在800～2000毫克/升，要达到工业水的水质标准，就需要进行脱盐处理。目前脱盐设备主要有：离子交换器、电渗析(ED)、电去离子交换器(EDI)、电吸附法(EST)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、蒸馏和多功能电化学水处理器等设备。

一、阴阳离子交换器

阴阳离子交换器是通过交换器内的阳阴离子树脂与水中阳离子、阴离子进行交换、降低出水含盐量的设备，失效树脂通过酸碱再生来恢复交换能力。该设备在水质软化、水质除盐、高纯水制取等水处理领域应用广泛。当进水含盐量不大于500毫克/升，制取纯水是经济的；当废水的含盐量高，用此设备虽然出水水质很好，但再生频繁，产生大量酸碱废水，污染环境，设备占地面积大，运行费用高。故该法不适合制工业水。

二、电渗析(ED)

电渗析是采用离子交换膜在直流电场的作用下，对溶液中电解质的阴阳离子具有选择透过性，达到除盐目的。电渗析脱盐率与设备的级和段有关，基本采用二级二段可以达到脱盐率60％～70％。电渗析的回收率约为65％，对进水预处理方面要求略低，当进水含盐量在500～4000毫克/升时，采用电渗析技术进行脱盐是可行的。当进水含盐量在800～1500毫克/升时，该设备产水可以达到工业水水质，但电渗析耗电高，回收率低。电渗析技术在反渗透应用前曾得到广泛应用。

三、电去离子交换器(EDI)

电去离子交换属于深度除盐，采用离子选择性膜和离子交换树脂夹在直流电压两个电极之间，预脱盐水经过其淡水室去除水中离子，出水达到超纯水要求。EDI包含了电渗析和离子交换树脂除盐两种成熟的水净化技术，要求进水含盐量很低，适用于制取超纯水，不适用于制取工业水。在电子行业超纯水制取和电厂锅炉补给水处理除盐水制取中应用较广。

四、反渗透(RO)

反渗透是利用足够的压力使水溶液中的水透过反渗透膜而与溶质分离的设备，反渗透膜是核心。根据不同水质可以选择不同类型的反渗透膜。常规设计一般采用两段排列，必要时为提高回收率，也可以采用三段排列。目前在钢铁生产企业大多采用一级反渗透制取预脱盐水(电导率＜90us/cm)，二级反渗透制取纯水(电导率＜10us/cm)。反渗透脱盐率高，产水水质很好，但运行电耗高，因此，含盐量800～2000毫克/升的全厂性废水不适合用反渗透直接制取工业水。目前也有采用部分回用水脱盐后再与未脱盐的部分回用水混合使用的方法。在废水回用中，反渗透脱盐率约为90％～98.5％，回收率约为65％～75％；当含盐量在2000～30000毫克/升时，采用反渗透制取工业水是合理的。反渗透在水处理脱盐工艺系统占据了重要的地位，可作为纯水的预脱盐，可以制取纯水。目前也广泛应用于海水淡化。

五、电吸附(EST)

电吸附又称电容性除盐，是20世纪90年代末开始兴起的一项新型水处理技术。参看图1，电吸附基本原理是基于电化学中的双电层理论，利用通电电极表面带电的特性对水中离子进行静电吸附。经过预处理的原水从一端进入两电极板相隔而成的空间，从另一端流出。原水在阴、阳极之间流动时受到电场的作用，水中带电离子分别向相反电荷的电极移动，被该电极吸附并储存在双电层内。随着电极吸附带电粒子的增多，带电粒子在电极表面富集浓缩，最终实现与水的分离，使水中的溶解盐类、胶体颗粒及其带电物质滞留在电极表面，获得淡化的出水。

当电极表面电位达到一定值时，双电层离子浓度达到溶液相浓度的成百上千倍，离子在直流电场的作用下被储存在电极表面的双电层中，直至电极达到饱和，此时，将直流电源去掉，并将正负电极短接，由于直流电场的消失，储存在双电层中的离子重新回到通道中，随水流排出，电极也由此得到再生。

主要由电吸附膜块组成的电吸附装置对预处理进水要求略低于反渗透、纳滤的进水要求，但进水碱度不能太高，每组设备不能连续运行，浓水阶段性排放，且瞬间量离子含量达到进水含量的5～10倍，甚至更高，排放时间一般为运行时间的1/2～1/5，电吸附产水电导率随运行时间会有从大到小再到大的变化过程。装置脱盐率为65％～80％，回收率达到70％～80％，适用于进水含盐量在800～1500毫克/升，采用该设备可以达到工业水水质。制取每立方米水耗电量约为1.0～1.5KW。目前已在石化、钢铁废水回用和电厂循环水回用系统有少量的应用，在小型饮用水方面有不少的应用。

六、纳滤(NF)

纳滤是利用一定的压力使水溶液中的水透过纳滤膜而与溶质分离的设备。纳滤属于部分除盐，对高价离子脱除率高，一价离子脱除率低。选用不同种类纳滤膜对物质的脱除率不同，在废水回用中可采用纳滤膜总体脱盐率在65％～80％。纳滤对一价离子(Cl-)去除能力差，但去硬度明显，运行耗电较低，回收率一般可控制在70％～80％。纳滤已在生活饮用水厂、电厂、石化厂循环排污水再利用和海水淡化作为反渗透预脱盐设备等处有不少的应用。

七、蒸馏

蒸馏法是一种古老的方法，蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程。蒸馏法的原理是公知的在实验室里制备蒸馏水的原理。把水烧到沸腾，淡水蒸发为蒸汽，盐留在锅底，蒸汽冷凝为蒸馏水，即是淡水。这种古老的方法消耗大量能源，产生大量锅垢，很难大量生产淡水。但由于技术不断地改进与发展，应用多效闪蒸(MSF)、多级蒸馏(MED)方法使古老的蒸馏法焕发了青春。蒸馏法主要制取纯水，在医药、实验室制取纯水，目前在热法海水淡化中大量应用。此法不适用制工业水。

八、多功能电化学水处理器

利用电沉积技术将废水中部分金属离子以固态的形式由阴极板析出，从而可降低水的电导率和硬度。在水溶液中，当直流电源在两极上施加一定电压时，即有电流通过，在两极间发生电解、电离反应：阴极板析出沉淀物，阳级强氧化性物质可以降低水中有机物、氨氮等含量，同时起到杀菌灭藻的作用。设备耗电量低，操作简单，维护方便。但此设备除盐率低，达不到工业水要求。

有鉴于此，寻求一种低能耗废水回用制备系统成为该领域技术人员的追求目标。

发明内容

本发明的任务是提供一种低能耗废水回用制备系统，它解决了上述现有技术所存在的缺点，填补了全厂性废水合理制取工业水的空缺，适用的进水含盐量范围广。

本发明的技术解决方案如下：

一种低能耗废水回用制备系统，它包括反渗透膜系统，进水管件(4)以及纳滤膜系统；

所述反渗透膜系统为至少一组并联的反渗透膜组件(6)，所述纳滤膜系统为至少一组并联的纳滤膜组件(10)；

所述反渗透膜系统的进水口通过连接管件(4)连接预处理增压后出水口，所述反渗透膜系统的出水口通过连接管件(4)连接纳滤膜系统的进水口；

所述反渗透膜组件(6)以及纳滤膜组件(10)均连接反渗透纳滤产水口；

所述废水回用制备系统还包括带有清洗进液侧手动阀(1)的清洗进液口，连接在反渗透膜系统的进水口的连接管件(4)上；

所述废水回用制备系统还包括进水压力变送器(2)和进水就地压力表(3)，分别连接在反渗透膜系统的进水口的连接管件(4)上；

所述废水回用制备系统还包括产水取样阀(8)，设置在反渗透膜组件(6)、纳滤膜组件(10)至反渗透纳滤产水口之间的连接管件(4)上。

所述反渗透膜组件(6)的外部设有反渗透膜壳(5)。

所述纳滤膜组件(10)的外部设有纳滤膜壳(9)。

所述低能耗废水回用制备系统还包括段间就地压力表(7)，设置在反渗透膜系统与纳滤膜系统之间的连接管件(4)上。

所述低能耗废水回用制备系统还包括产水就地压力表(11)、产水爆破膜(12)、产水电导率表(13)、产水流量表(14)、产水端手动阀(15)、产水止回阀(16)、产水总取样阀(17)以及产水侧自动排放阀(18)，分别设置在反渗透膜组件(6)、纳滤膜组件(10)至反渗透纳滤产水口之间的连接管件(4)上。

所述低能耗废水回用制备系统还包括浓水就地压力表(19)、浓水流量检测阀(20)、浓水侧自动排放阀(21)、浓水端手动调节阀(22)、浓水止回阀(23)、浓水手动切断阀(24)以及浓水管件(25)，分别设置在纳滤膜组件(10)的出水口。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，本低能耗废水回用制备系统利用反渗透膜和纳滤膜对离子的选择透过性不同的特点合理地组合而成，并具有如下优点：

1、本系统填补了全厂性废水合理制取工业水的空缺，适用的进水含盐量范围广。

2、本系统运行压力低，故运行能耗低。

3、本系统投资成本略低于纳滤和电吸附装置。

4、全厂生产废水具有比自然水体略高的温度，在废水回用处理中使用本系统时，避免了在低温下能耗大、产水率低的缺点。这一优点在冬季尤为明显。

附图说明

图1为现有技术的电吸附工艺原理图。

图2为本发明的一种低能耗废水回用制备系统的连接结构示意图。

附图标记：

1为清洗进液侧手动阀，2为进水压力变送器，3为进水就地压力表，4为连接管件，5为反渗透膜壳，6为反渗透膜组件，7为段间就地压力表，8为各产水取样阀，9为纳滤膜壳，10为纳滤膜组件，11为产水就地压力表，12为产水爆破膜，13为产水电导率表，14为产水流量表，15为产水端手动阀，16为产水止回阀，17为产水总取样阀，18为产水侧自动排放阀，19为浓水就地压力表，20为浓水流量检测阀，21为浓水侧自动排放阀，22为浓水端手动调节阀，23为浓水止回阀，24为浓水手动切断阀，25为浓水管件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

参看图2，本发明提供了一种低能耗废水回用制备系统，由清洗进液侧手动阀1、进水压力变送器2、进水就地压力表3、连接管件4、反渗透膜壳5、反渗透膜组件6、段间就地压力表7、产水取样阀8、纳滤膜壳9、纳滤膜组件10、产水就地压力表11、产水爆破膜12、产水电导率表13、产水流量表14、产水端手动阀15、产水止回阀16、产水总取样阀17、产水侧自动排放阀18、浓水就地压力表19、浓水流量检测阀20、浓水侧自动排放阀21、浓水端手动调节阀22、浓水止回阀23、浓水手动切断阀24以及浓水管件25组成。

其中，反渗透膜系统为至少一组并联的反渗透膜组件6，纳滤膜系统为至少一组并联的纳滤膜组件10。反渗透膜系统的进水口通过连接管件4连接预处理增压后出水口，反渗透膜系统的浓水出水口通过连接管件4连接纳滤膜系统的进水口。反渗透膜组件6以及纳滤膜组件10均连接反渗透纳滤产水口。

反渗透膜组件6的外部设置反渗透膜壳5，纳滤膜组件10的外部设置纳滤膜壳9。带有清洗进液侧手动阀1的清洗进液口连接在反渗透膜系统的进水口的连接管件4上。进水压力变送器2和进水就地压力表3分别连接在反渗透膜系统的进水口的连接管件4上。段间就地压力表7设置在反渗透膜系统与纳滤膜系统之间的连接管件4上。

产水取样阀8设置在反渗透膜组件6、纳滤膜组件10至反渗透纳滤产水口之间的连接管件4上。产水就地压力表11、产水爆破膜12、产水电导率表13、产水流量表14、产水端手动阀15、产水止回阀16、产水总取样阀17以及产水侧自动排放阀18分别设置在反渗透膜组件6、纳滤膜组件10至反渗透纳滤产水口之间的连接管件4上。

浓水就地压力表19、浓水流量检测阀20、浓水侧自动排放阀21、浓水端手动调节阀22、浓水止回阀23、浓水手动切断阀24以及浓水管件25分别设置在纳滤膜组件10的出水口。

实际使用中，在不同地区、不同取水途径，其工业水水源含盐量是有差异的。而且钢铁厂工艺的差别，造成收集的废水种类也存在较大的差别，其含盐量会有所不同，但基本含盐量在800～2000毫克/升之间。

本技术产品的特点为：

(1)本产品由膜壳、反渗透膜组件、纳滤膜组价、机架、管件、阀门、流量计、压力计、电导率计、就地操作箱、集中取样柜和爆破膜等组成，所有部件能够组装在一个机架上。

(2)本技术产品的核心为反渗透膜与纳滤膜的合理组合，设备由两段(或三段)组成，一段采用反渗透膜组件，二段(或三段)采用纳滤膜组件，经过增压泵增压的预处理达标排放废水通过装有反渗透膜的膜壳，浓水进入装有纳滤膜的二段，一段与二段产水汇在一起进入工业水池，纳滤产生的浓水达标排放。

(3)本技术产品允许废水中的CL^-、HCO₃ ^-、F^-、NH₄ ⁺、Na⁺、K⁺等一价离子适量进入产水中；二段反渗透使得几乎所有的离子在浓水中浓缩，只有极少量离子进入产水；而二段纳滤使得相当量的CL^-、F^-、NH₄ ⁺离子进入产水。

(4)本技术产品整体脱盐率约为80％～90％，回收率70％～80％。

(5)本技术产品的产水含盐量约200～400毫克/升，达到工业用水水质要求。

(6)本技术产品运行压力低，电耗约为反渗透运行电耗的2/3。

综上，本技术产品具有可连续运行、产水达到工业水要求、设备运行压力低、能耗低、操作简单、维护方便、自动化程度高、运行安全、稳定、环保、经济等优点。

本技术产品的效果：本技术产品制水水质优于钢铁企业供水水质标准(参考)的工业新水水质规定的含盐量，低于以地下水II类水源制取的工业新水的含盐量。本技术产品为一段采用反渗透膜、二段采用纳滤膜或二、三段采用纳滤膜的工艺流程和设备。本技术产品适用范围为含盐量不大于2000毫克/升的废水回用于工业水制备。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型等都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (1)

1.一种低能耗废水回用制备系统，它包括反渗透膜系统，进水管件(4)以及纳滤膜系统；所述反渗透膜系统为至少一组并联的反渗透膜组件(6)，所述纳滤膜系统为至少一组并联的纳滤膜组件(10)；所述反渗透膜系统的进水口通过连接管件(4)连接预处理增压后出水口，所述反渗透膜系统的出水口通过连接管件(4)连接纳滤膜系统的进水口；所述反渗透膜组件(6)以及纳滤膜组件(10)均连接反渗透纳滤产水口；

所述低能耗废水回用制备系统还包括带有清洗进液侧手动阀(1)的清洗进液口，连接在反渗透膜系统的进水口的连接管件(4)上；

所述低能耗废水回用制备系统还包括进水压力变送器(2)和进水就地压力表(3)，分别连接在反渗透膜系统的进水口的连接管件(4)上；

所述低能耗废水回用制备系统还包括产水取样阀(8)，设置在反渗透膜组件(6)、纳滤膜组件(10)至反渗透纳滤产水口之间的连接管件(4)上；所述反渗透膜组件(6)的外部设有反渗透膜壳(5)，所述纳滤膜组件(10)的外部设有纳滤膜壳(9)；

其特征在于：所述低能耗废水回用制备系统还包括段间就地压力表(7)，设置在反渗透膜系统与纳滤膜系统之间的连接管件(4)上；

所述低能耗废水回用制备系统还包括产水就地压力表(11)、产水爆破膜(12)、产水电导率表(13)、产水流量表(14)、产水端手动阀(15)、产水止回阀(16)、产水总取样阀(17)以及产水侧自动排放阀(18)，分别设置在反渗透膜组件(6)、纳滤膜组件(10)至反渗透纳滤产水口之间的连接管件(4)上；

所述低能耗废水回用制备系统还包括浓水就地压力表(19)、浓水流量检测阀(20)、浓水侧自动排放阀(21)、浓水端手动调节阀(22)、浓水止回阀(23)、浓水手动切断阀(24)以及浓水管件(25)，分别设置在纳滤膜组件(10)的出水口。

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