技术领域
[0001] 本
发明涉及废
水处理领域，尤其涉及一种实现盐资源化的废水零排放系统及方法。
背景技术
[0002] 伴随着水资源的日益紧张和经济的不断发展，工业企业在环境保护和废水排放方面的压
力日趋增大，而废水零排放正在逐步成为目前工业企业的首要选择。
[0003] 对于一般的废水而言，其组成比较复杂，包括各种有机物和不同离子种类的无机物质。然而，在经过预处理之后，废水中的有机物和重金属等相关
结垢物质均已被去除，转变为以
氯化钠、
硫酸钠和水为主的废水组成。
[0004] 对于一般的废水零排放系统，其原理不外乎采用膜法或者热法实现废水中盐分和水的分离，其方法包括
反渗透膜、
电渗析膜、闪蒸、多效
蒸发或者机械压缩蒸发等。然而，这些方法最终得到的只能是氯化钠和硫酸钠组分无法确定的混合盐，这些固体盐作为废水零排放系统的副产物，无法作为工业原料，只能作为废弃物处置，不仅带来了更高的废弃物处置成本，也带来了废弃物处置过程中潜在的环境隐患。
[0005] 近年来有部分
专利(如CN107619144A，CN206858345U等)提到了采用纳滤进行分盐，将氯化钠和硫酸钠进行膜分离之后再进入蒸发结晶系统，初步实现了零排放系统的纯盐制取。然而，由于膜分离本身的特点限制，蒸发结晶系统必须要排出一定量的母液以维持结晶盐的纯度。而这些高浓的母液只能通过
固化或者拌灰等方式以实现整个工业废水零排放系统的完整。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种实现盐资源化的废水零排放系统，从而解决
现有技术中存在的前述问题。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008] 一种实现盐资源化的废水零排放系统，所述零排放系统包括
反渗透膜系统、纳滤膜系统和蒸发结晶系统，所述反渗透膜系统利用反渗透原理对水进行过滤；所述纳滤膜系统利用纳滤原理对不同组分的离子进行分离；所述蒸发结晶系统利用蒸发原理对水和盐分进行分离的蒸发结晶系统。
[0009] 优选地，所述零排放系统中的高浓盐水经过纳滤系统进行分盐处理之后，最终进入蒸发结晶系统，所述零排放系统中的蒸发结晶系统排放的母液再次进入纳滤系统进行分盐处理，所述零排放系统中的母液分盐处理之后的不同组分最终进入相应的蒸发结晶系统制备纯盐。
[0010] 优选地，所述反渗透膜系统、所述纳滤膜系统和所述蒸发结晶系统均不少于一个。
[0011] 优选地，所述纳滤膜选用聚酰胺或者聚哌嗪材质，所述纳滤膜可以为卷式膜元件、平板膜元件、中空
纤维膜元件，处理进入蒸发结晶系统高浓盐水的纳滤系统，与处理蒸发结晶系统母液的纳滤系统，可以为同一套装置，也可以为不同套装置。
[0012] 优选地，所述反渗透膜选用聚酰胺或者聚哌嗪材质；所述反渗透膜可以为卷式膜元件、平板膜元件、中空纤维膜元件。
[0013] 优选地，所述零排放系统还包括预处理系统和产品处理系统，所述预处理系统设置在所述废水零排放系统的最前端，用于去除废水其中的结垢物质；所述产品系统设置在所述废水零排放系统的尾端，用于对产物的进一步处理。
[0014] 优选地，所述预处理系统包括混凝、沉淀、
生物化学处理、高级
氧化处理、气浮、过滤、
软化系统中的至少一种，所述产品处理系统包括反渗透产水箱、干燥系统和拌灰系统中的至少一种。
[0015] 本发明还提供一种实现盐资源化的废水零排放系统方法，所述方法包括以下步骤：
[0016] S1，废水经过预处理后通过反渗透膜系统回收纯水，并对盐分进行提浓形成浓盐水；
[0017] S2，浓盐水进入纳滤膜系统进行分盐操作，得到含有高价盐离子的浓水a和富集一价盐离子的产水a；
[0018] S3，所述浓水a和所述产水a分别再次通过反渗透膜系统进行再次提浓，随后分别进入相应的蒸发结晶系统制备得到纯盐和母液；
[0019] S4，母液进入母液纳滤系统进行分盐操作后得到的产物可再次进入蒸发结晶系统和/或反渗透系统循环处理。
[0020] 优选地，步骤S3与S4之间还包括将步骤S3中得到的母液利用纯水或者不同组成和成分的盐水物流352和353进行稀释之后再进入步骤S4中的母液纳滤系统。
[0021] 优选地，所述方法还包括最后产物的处理步骤，具体为：
[0022] 将母液纳滤系统处理后的浓水可以通过
喷雾干燥、滚筒干燥或者是拌灰方式进入干燥系统进行处理。
[0023] 本发明的有益效果是：
[0024] 本发明提供的实验盐资源化的废水零排放系统集成了反渗透膜、蒸发结晶系统以及纳滤膜系统，经过不同种类的前处理系统，如混凝、沉淀、生物化学处理、高级氧化处理、气浮、过滤、软化等，在去除了水中的大部分悬浮物、固体颗粒以及有机物之后进入反渗透系统，回收纯水并将盐水进行浓缩，浓盐水经过纳滤系统进行分盐处理，分离得到纯度较高的盐水之后，再经过膜浓缩或者蒸发浓缩进入纯盐结晶系统得到纯盐，而结晶系统的母液再次经过纳滤膜系统处理进行盐组分分离，分离纯化之后的纯组分汇入相应的蒸发结晶系统，实现对工业/市政废水实现零排放的技术方案，并完成废水中的水资源和盐资源双重回收，尤其是对氯化钠和硫酸钠的高收率回收和资源化，降低零排放系统对于环境的固废/危废污染，实现
循环经济。
附图说明
[0025] 图1是本发明实现盐资源化的废水零排放系统组成示意图；
[0026] 图2是本发明实现盐资源化的废水零排放系统稀释液配方的示意图；
具体实施方式
[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029] 本实施例提供一种实现盐资源化的废水零排放系统，如图1所示，在本发明实施例中，废水零排放系统的主要部分包括反渗透膜系统201、202、203，纳滤膜系统301、302、303，蒸发结晶系统401、402，以及预处理系统101、反渗透产水箱102、干燥或者拌灰系统103。
[0030] 预处理系统101与反渗透膜系统201相连，然后反渗透膜系统201分别与反渗透产水箱102和纳滤膜系统301相连，纳滤膜系统301分别和两个子处理系统连接，两个子处理系统分为高价离子处理系统和一价离子处理系统，高价离子处理系统包括反渗透系统202，蒸发结晶系统401和纳滤膜系统302，且他们之间采用管道相连；一价离子处理系统包括反渗透系统203，蒸发结晶系统402和纳滤膜系统303，且他们之间采用管道相连。
[0031] 其中，废水经过预处理系统101，去除其中的有机物和重金属等相关结垢物质之后，废水组成转变为以氯化钠、硫酸钠和水为主。由于此时废水盐浓度一般较低，所以采用反渗透膜系统201回收废水中的纯水，并对盐分进行提浓，浓盐水随后进入纳滤膜系统301进行分盐操作，得到浓水a和产水a，浓水a中富集以硫酸钠为代表的高价盐离子，产水a中富集以氯化钠为代表的一价盐离子。可选地，纳滤膜系统301的浓水a和产水a仍可经过相应的高价离子反渗透膜系统202和一价离子反渗透膜系统203进行再次提浓，并回收部分纯水。分别经过高价离子反渗透膜系统202和一价离子反渗透膜系统203处理之后得到的高价离子浓盐水和一价离子浓盐水c，高价离子蒸发结晶系统401和一价离子蒸发结晶系统402制备纯盐，而经过蒸发结晶系统401和402处理后的高价离子母液b和一价离子母液c则进入相应的纳滤膜系统302和303进行分盐操作,最终将经过纳滤膜系统302和303分盐之后得到的产物a和产物b输送到干燥或者拌灰系统103，最终得到盐产物。
[0032] 高价浓盐水中会有一价离子，一价浓盐水中也会有高价离子的存在，为了保证所得的废水中的盐离子均能实现资源化，以实现产物纯度更高、产物收率更高的目的。因此，高价离子母液b在经过纳滤膜系统302分盐之后，得到的产水输送到一价离子反渗透膜203之前或者蒸发结晶系统402之前；同样的，低价离子母液c在经过纳滤膜系统303分盐之后，得到的产水一部分输送到高价离子反渗透浓缩系统202或者高价离子蒸发结晶系统401。
[0033] 此外，为了实现尽可能地实现盐资源化，高价盐离子和一价离子不可能经过一次处理后即完全从母液中分离出来，因此经过纳滤系统302和303分盐操作后得到产水还需要再次进入蒸发结晶系统和/或反渗透系统循环处理。
[0034] 具体阐述如下，每一步处理之后的产物传输方向如图1中虚线所示，蒸发结晶系统401接收以一价盐离子为主的浓盐水b，而其母液中则含有一定量的高价离子，因此纳滤膜系统302处理之后的浓水在汇入反渗透膜203之前或者蒸发结晶系统402之前，进入高价离子反渗透浓缩系统202或者/和高价离子蒸发结晶系统401；同时，母液纳滤系统302的产水则汇入202之前或者401之前，进入一价离子反渗透浓缩系统或者一价离子蒸发结晶系统，此外，母液纳滤系统302的产水由于含有部分导致沸点升高的一价盐离子，亦可部分进入以减量化压缩，处理的成本也相应大幅度降低。
[0035] 蒸发结晶系统402接收以高价盐离子为主的浓盐水，而其母液中则含有一定量的一价离子，因此其母液纳滤系统303的产水汇入202之前或者401之前，进入一价离子反渗透浓缩系统或者一价离子蒸发结晶系统；同时，母液纳滤系统303的浓水则汇入203之前或者402之前，进入高价离子反渗透浓缩系统或者高价离子蒸发结晶系统，此外，母液纳滤系统
303的浓水由于含有浓度较高的有机物质，亦可部分进入以喷雾干燥/滚筒干燥/拌灰为范例的干燥系统103，与直接母液干燥相比，其处理水量得到了减量化压缩，处理的成本也相应大幅度降低。
[0036] 在蒸发结晶的过程中，为了将一价离子和高价离子溶液分离彻底，实现更高的利用度，可以通过稀释母液的方法降低离子浓度，因此在进入母液纳滤系统302和303之前，来自401和402的母液可以被纯水或者不同组成和成分的盐水物流352和353进行稀释之后再进入302和303，这在图2中可以得到更加详细的叙述。
[0037] 由图2中的虚线表示可知，该蒸发结晶系统母液纳滤系统302和303分别接收来自蒸发结晶系统401和402的母液，但是在进入纳滤系统302和303之前，母液可以被来自于反渗透系统产水水箱102的纯水进行稀释，亦可以被来自于分盐纳滤系统301的浓水/产水进行稀释，亦可以被来自于反渗透系统401和402的浓盐水进行稀释，亦可以被上述五个物流以一定比例混合之后的物流所稀释。
[0038] 下述实验例以上述实施例中的系统和方法进行实验，选用不同成分含量的废水和不同材质的纳滤膜进行试验测试：
[0039] 实验例1
[0040] 本实验例提供的测试膜为聚哌嗪材质卷式纳滤膜，采用的浓盐水进水的水质如表1所示，模拟反渗透浓盐水进水，运行通量为15L/(m2.h)，运行回收率为75％，测试
温度20摄氏度，测试结果如表2所示。
[0041] 表1.模拟反渗透浓盐水进水水质(单位：mg/L)
[0042]
[0043] 表2.测试分盐纳滤浓水和产水水质(单位：mg/L)
[0044]
[0045] 实验例2
[0046] 本实验例提供的测试膜为聚哌嗪材质卷式纳滤膜，模拟氯化钠
蒸发器母液水质如表3所示，运行通量为15L/(m2.h)，运行回收率为95％，其中纳滤膜为两级膜分离设置，二级纳滤浓水回流进入一级纳滤进水，测试温度20摄氏度，测试结果如表4所示。
[0047] 表3.模拟氯化钠蒸发器母液进水水质(单位：mg/L)
[0048]
[0049] 表4.测试分盐纳滤浓水和产水水质(单位：mg/L)
[0050]
[0051] 实验例3
[0052] 测试膜为聚哌嗪材质卷式纳滤膜，模拟实施例2的纳滤浓水水质如表5所示，按照四倍加水稀释之后进行测试，运行通量为15L/(m2.h)，运行回收率为85％，测试温度20摄氏度，测试结果如表6所示。
[0053] 表5.模拟实施例2的纳滤浓水水质(1)和稀释后水质(2)(单位：mg/L)[0054]
[0055] 表6.测试分盐纳滤浓水和产水水质(单位：mg/L)
[0056]
[0057] 实验例4
[0058] 测试膜为聚哌嗪材质卷式纳滤膜，模拟硫酸钠冷冻蒸发器母液水质如表7所示，运行通量为15L/(m2.h)，运行回收率为75％，测试温度15摄氏度。测试结果如表8所示。
[0059] 表7.模拟硫酸钠冷冻蒸发器母液进水水质(单位：mg/L)
[0060]
[0061] 表8.测试分盐纳滤浓水和产水水质(单位：mg/L)
[0062]
[0063] 通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
[0064] 本废水经过不同种类的前处理系统，如混凝、沉淀、生物化学处理、高级氧化处理、气浮、过滤、软化等，在去除了水中的大部分悬浮物、固体颗粒以及有机物之后进入反渗透系统，回收纯水并将盐水进行浓缩，浓盐水经过纳滤系统进行分盐处理，分离得到纯度较高的盐水之后，再经过膜浓缩或者蒸发浓缩进入纯盐结晶系统得到纯盐，而结晶系统的母液再次经过纳滤膜系统处理进行盐组分分离，分离纯化之后的纯组分汇入相应的蒸发结晶系统，实现浓盐水的零排放。
[0065] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
