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一种高浓高盐工业深度处理的组合工艺

阅读:510发布:2020-05-12

专利汇可以提供一种高浓高盐工业深度处理的组合工艺专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种高浓高盐工业 废 水 深度处理的组合工艺,包括磁混凝、陶瓷膜微滤/ 超滤 、膜蒸馏/膜结晶工艺的耦合。采用磁混凝进行预处理,实现快速高效的固液分离,降低沉降时间与 污泥 减量;采用陶瓷膜微滤/超滤在高通量条件下实现悬浮物的长效稳定控制;通过“磁混凝-陶瓷膜”预处理可以实现99%以上的悬浮物去除及有机物、 色度 等的控制;利用膜蒸馏/结晶进行有机物、盐类及其他非挥发性污染物的截留,截留效率皆高于95%,特别地,盐结晶工艺可以实现盐结晶回收,实现高 质量 产水和浓水浓缩/盐结晶。该工艺可以通过简短的工艺实现高浓高盐工业废水的长效稳定处理,且对废水悬浮物和盐含量有显著的耐受性,适用于水质水量 波动 较大的工业废 水处理 。,下面是一种高浓高盐工业深度处理的组合工艺专利的具体信息内容。

1.一种高浓高盐工业深度处理的组合工艺,其特征在于,包括如下步骤:
1)采用磁混凝进行悬浮物和胶体的有效预处理;
2)将步骤1)出水进行陶瓷膜(微滤/超滤)处理,进一步去除残留悬浮物和大分子有机物,实现SS、色度、COD等的有效去除;
3)采用膜蒸馏/膜结晶技术(MD/MCr)进行步骤2)出水的进一步浓缩/盐结晶,并实现高效产水。
2.根据权利要求1所述的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺,其特征在于,采用的磁混凝工艺可以显著提高悬浮物分离效率,且磁种可实现95%以上的回收,采用的磁种包括但不限于磁矿、共沉淀和水热法制备的特异性磁种,所述磁种的加入量为0~5g/L,特别地,当磁种投加量为0时即为传统混凝过程。
3.根据权利要求1所述的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺,其特征在于,所述的磁混凝过程固液分离方式包括重沉降(即磁加载混凝)和磁场分离,包括不同形式的磁分离器。
4.根据权利要求1所述的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺,其特征在于,采用的混凝剂及絮凝剂包括但不限于氯化、氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合氯化铝铁、聚丙烯酰胺、壳聚糖等。
5.根据权利要求1所述的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺,其特征在于,所述磁混凝过程可以结合石灰投加、pH调节等过程以满足不同水质工业废水的处理。
6.根据权利要求1所述的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺,其特征在于,采用陶瓷膜进行经步骤1)预处理的废水,所述的陶瓷膜材料包括但不限于化铝、氧化锆、二氧化、氧化高岭土、沸石等及其复合材料
7.根据权利要求1所述的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺,其特征在于,所述的陶瓷膜过程包括微滤、超滤及低压纳滤过程,所述的膜孔为1nm-2μm。
8.根据权利要求1所述的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺,其特征在于,采用膜蒸馏工艺深度处理经步骤2)处理的废水,所述的膜蒸馏工艺包括膜蒸馏及膜结晶工艺,所述的膜蒸馏过程包括直接接触式(DCMD)、气隙式(AGMD)、真空式(VMD)、气扫式(SGMD)及新型多效或多级膜蒸馏形式,所述的膜组件形式包括平板式、中空纤维式、卷式等。
9.根据权利要求1所述的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺,其特征在于,所述的膜蒸馏膜材料包括有机及无机疏水膜材料,包括但不限于PVDF、PP、PTFE、PVDF-HFP、PVDF-CTFE、陶瓷等材料。
10.根据权利要求1所述的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺,其特征在于,所述的膜蒸馏过程运行温差15-60℃,所述膜蒸馏过程膜浓缩率大于2;特别地,采用膜结晶工艺可实现盐结晶回用于零排放。
11.根据权利要求1所述的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺,其特征在于,该组合工艺可实现99%以上的悬浮物、盐类、有机物等的截留,可应用于不同高浓高盐工业废水的深度处理,可适应工业废水水质水量变动的特征。
12.根据权利要求1所述的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺,其特征在于,该工艺可有效和其他工艺如催化、高级氧化、吸附蒸发结晶、离子交换等联合,进一步实现有机物的高效去除、产水的回用、盐回收和工业废水零排放。

说明书全文

一种高浓高盐工业深度处理的组合工艺

技术领域

[0001] 本发明属于工业废水深度处理技术领域,具体涉及一种“磁混凝-陶瓷膜-膜蒸馏” 组合工艺。

背景技术

[0002] 工业废水一般具有含高悬浮物、强酸性、高色度、生化比低、污染物浓度高、 含多种重金属、强毒性、水质水量不稳定等特点,因此常规的处理技术在工业废水处 理中受到限制。整体而言,工业废水的深度处理可以简单分为悬浮物去除(颗粒物、胶 体、脂肪、油粒等)、有机物去除、脱盐三阶段。悬浮物去除主要在废水预处理阶段, 悬浮物的去除速率和效率是影响投资运行成本及后续处理效果和稳定性的重要因素。 目前主要的悬浮物分离技术主要有过滤、沉淀、离心、混凝、气浮及膜分离技术等, 混凝是实现废水破稳加速固液分离的最广泛应用的技术,也是工业废水处理最常用的 工艺。但其存在用药量难以控制、对特殊水体固液分离差、占地大、对溶解性污染物 去除效果有限等缺陷。因此,“混凝+微滤/超滤(MF/UF)”的预处理技术在工业废水处 理中得到较多的应用。但膜污染是膜分离过程的限制性因素,且有机膜存在强度差、 通量低的问题,特别是在工业废水处理中,膜过程易受废水的悬浮物、强酸碱性及特 殊化学物质而出现显著的膜污染、破损、过滤性能下降的问题。有机物的主要去除技 术有生化技术、吸附、催化、高级化等,生化技术是最常用和有效的有机污染去除 手段,但其受水质的影响大,在工业废水的高浓高盐及强毒性、强酸碱性等环境中受 到显著限制。脱盐是工业废水深度处理、回用和零排放最关键的技术,目前主要采用 的技术是热法和高压膜技术,包括多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)、机械压缩蒸发 (MVR)、纳滤(NF)、反渗透(RO)等技术,一般膜技术用于废水盐浓缩,而后采用热法 进行结晶。但热法存在显著的耗能问题且能量利用效率较低,高压膜技术显著受进水 的渗透压影响且存在显著的膜污染和破损问题,运行管理复杂且投资高。随着零排放 概念的普及,工业领域废水零排放得到较多的应用,目前的主流工艺是“预处理-有机 物去除-废水膜浓缩-蒸发/膜结晶”,处理流程长,且在高盐或酸碱条件限制下的有机物 去除效果有限,导致整体工艺运行效果不稳定。
[0003]
[0004] 针对悬浮物去除,磁混凝工艺是一种有效的手段,包括磁加载技术和超磁分离技 术,通过在混凝过程中投加磁种实现絮体的赋磁和增加比重,进而通过重磁场显 著的增加固液分离速率,且在一定程度上有助于有机物、氮磷等溶解性有机物的去除, 可以有效的进行传统混凝工艺的升级改造。为解决有机膜在水处理中强度差和膜污染 的限制,陶瓷膜近年来逐渐得到关注。陶瓷膜具有孔隙率高、强度高、耐酸碱、抗污 染等特点,目前在MF、UF、生物反应器(MBR)、以及NF中得到广泛应用和研究。 在工业废水处理中,陶瓷膜相对有机膜具有显著的优势,有望成为未来一种常见的膜 材料。针对高盐废水处理,膜蒸馏(MD)是目前一种广泛研究和阶段性应用的技术,其 实现膜法和热法工艺的结合,传质推动力为温度差所引起的蒸气压差。MD过程的核 心是疏水膜,其作为冷热两侧的分隔,提供蒸汽传质的通道,实现产水。MD由于具 有操作压力和温度低、产水质量高、受进水浓度影响小等优势,在水处理中得到广泛 研究。三种工艺对水质水量都有较好的耐受性,因此在工业废水的处理中具有显著的 优势,但其在工业废水中受关注仍较少,特别是组合工艺还未得到关注。

发明内容

[0005] 针对现有技术的不足,本发明拟通过将磁混凝、陶瓷膜与膜蒸馏工艺联合应用于 高浓高盐废水的处理,以便解决上述问题的至少之一。
[0006] 本发明是通过如下技术方案实现的:
[0007] 提供一种高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺,其特征在于,包括如下步骤:
[0008] 1)采用磁混凝进行悬浮物和胶体的有效预处理;
[0009] 2)将步骤1)出水进行陶瓷膜(微滤/超滤)处理,进一步去除残留悬浮物和大分子 有机物,实现SS、色度、COD等的有效去除;
[0010] 3)采用膜蒸馏/膜结晶技术(MD/MCr)进行步骤2)出水的进一步浓缩/盐结晶,并 实现高效产水。
[0011] 优选地,采用的磁混凝工艺可以显著提高悬浮物分离效率,且磁种可实现95%以 上的回收,采用的磁种包括但不限于磁矿、共沉淀和水热法制备的特异性磁种,所 述磁种的加入量为0~5g/L。特别地,当磁种投加量为0时即为传统混凝过程。
[0012] 优选地,所述的磁混凝过程固液分离方式包括重力沉降(即磁加载混凝)和采用不 同形式磁分离器。
[0013] 优选地,采用的混凝剂及絮凝剂包括但不限于氯化、氯化铁、聚合氯化铝、聚 合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合氯化铝铁、聚丙烯酰胺、壳聚糖等。
[0014] 优选地,所述磁混凝过程可以结合石灰投加、pH调节等过程以满足不同水质工业 废水的处理。
[0015] 优选地,所述的陶瓷膜材料包括但不限于氧化铝、氧化锆、二氧化、氧化、 高岭土、沸石等及其复合材料
[0016] 优选地,所述的陶瓷膜过程包括微滤、超滤及低压纳滤过程,所述的膜孔为 1nm-2μm。
[0017] 优选地,所述的膜蒸馏工艺包括膜蒸馏及膜结晶工艺,所述的膜蒸馏过程包括直 接接触式(DCMD)、气隙式(AGMD)、真空式(VMD)、气扫式(SGMD)及新型多效或多 级膜蒸馏形式,所述的膜组件形式包括平板式、中空纤维式、卷式等。
[0018] 优选地,所述的膜蒸馏膜材料包括有机及无机疏水膜材料,包括但不限于PVDF、 PP、PTFE、PVDF-HFP、PVDF-CTFE、陶瓷等材料。
[0019] 优选地,所述的膜蒸馏过程运行温差15-60℃,所述膜蒸馏过程膜浓缩率大于2; 特别地,采用膜结晶工艺可实现盐结晶回用与零排放。
[0020] 优选地,该组合工艺可实现99%以上的悬浮物、盐类、有机物等的截留,可应用 于不同高浓高盐工业废水的深度处理,可适应工业废水水质水量变动的特征;
[0021] 优选地,该工艺可有效和其他工艺如催化、高级氧化、吸附、蒸发结晶、离子交 换等联合,进一步实现有机物的高效去除、产水的回用、盐回收和工业废水零排放。
[0022] 从上述技术方案可以看出,本发明的高浓高盐工业废水深度处理的组合工艺的有 益效果如下:
[0023] (1)本发明所述的工业废水悬浮物预处理通过磁种的投加和絮凝剂的作用,采用 磁絮凝可以快速实现固液分离,降低沉降时间,减少澄清池体积,絮体沉降效率提高 50%以上,显著降低污泥量及污泥含水率,减轻后续污泥脱水的压力,降低污泥处理 成本。
[0024] (2)本发明所述的工业废水处理方法采用陶瓷膜作为膜蒸馏的预处理,具有高化 学稳定性、抗膜污染性、可反冲可酸碱化学清洗、高通量与稳定性的特点,在水质复 杂的工业废水处理中具有显著的适应性。
[0025] (3)本发明所述的工业废水处理方法采用膜蒸馏进行深度处理,具有低压低温操 作、产水质量高、膜污染较低、受进水水质影响小的特点,可以处理高浓度废水实现 大部分污染物的有效截留。对高盐废水的浓缩比高,可实现结晶操作,实现盐回收、 水回用与废水零排放。
[0026] (4)本发明所述的高浓高盐废水深度处理组合工艺对水质包括悬浮物、有机物和 盐类等都具有显著的耐受力,因此可以满足不同工业行业的废水处理要求;同时,针 对工业废水常出现水质水量变动的特征,该组合工艺具有显著的适应性。
[0027] (5)本发明所述的该组合工艺可以利用简短的流程实现工业废水有效的深度处理。
[0028] (6)本发明所述的该组合工艺可方便地与其他工艺如催化、高级氧化、吸附、蒸 发结晶、离子交换等联合,进一步实现有机物的高效去除、产水的回用、盐回收和工 业废水零排放。

具体实施方式

[0029] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,对本 发明作进一步的详细说明。
[0030] 实施例1
[0031] 采用磁混凝处理制革废水,该废水pH、色度、浊度、COD、TOC、SS、电导分 别为7.57、550、563、1647mg/L、206.4mg/L、2150mg/L和8.03mS/cm。采用PAC、 PAM为混凝剂和助凝剂,投加量分别为600和4mg/L。慢搅速率为50rpm,快搅速率 和时间分别为300rpm和20s。混凝出水浊度低于2.5NTU。将混凝产水直接进行膜蒸 馏处理,采用PVDF疏水膜,冷热侧温度分别为20、50℃,连续运行24h,出水电导 为6μS/cm、产水通量为14.23kg/m2.h,悬浮物、、钠、镁、硫酸盐、Cl、COD 的去除率都高于97%,两天连续运行时间内产水电导持续下降,膜通量衰减率为5%。
[0032] 实施例2
[0033] 采用上述混凝过程处理制革废水,混凝剂和条件如上实施例,投加磁种400mg/L, 磁种粒径为200目,可显著缩短沉降时间,由原来30min变为5min,且产水浊度低于 1.5NTU。同时,污泥产量为原来1/2。将磁混凝产水进行陶瓷膜微滤处理,陶瓷膜为 氧化铝材料,膜
2
平均孔径0.1μm,通量为480kg/m .h时连续运行两天跨膜压差由3kPa 提高到8kPa。产水浊度低于0.5NTU,色度去除率46%。其后采用膜蒸馏处理,采用 PVDF疏水膜,冷热侧温度分别为20、50℃,产水通量为14.45kg/m2.h,连续运行100h 电导仍维持6μS/cm,未出现增长现象,表明不存在膜润湿现象。连续运行时膜通量基 本维持稳定。悬浮物、钾、钙、钠、镁、硫酸盐、Cl、COD的去除率都高于99%。
[0034] 实施例3
[0035] 采用实施例2磁混凝后的制革废水进行陶瓷膜处理,陶瓷膜为氧化铝和氧化锆复 合材料,膜孔径0.1μm。运行通量为480kg/m2.h,采用运行1h反冲1min的连续运行 条件,可实现膜污染的显著控制。连续运行两天,跨膜压差仅为4.5kPa。陶瓷膜产水 不受陶瓷膜压力影响,产水浊度低于0.5NTU。其后采用膜蒸馏处理,疏水膜为 PVDF-CTFE,冷热侧温度分2
别为20、65℃,产水通量为21.37kg/m .h,连续运行前50h 电导显著下降至9μS/cm,其后缓慢上升,连续400h运行产水电导低于100μS/cm。连 续运行时膜通量在48h后缓慢上升,最终通量衰减率为48%。悬浮物、钾、钙、钠、 镁、硫酸盐、Cl、COD的去除率都高于97%。
[0036] 实施例4
[0037] 采用组合工艺处理脱硫废水,废水取自某电厂,pH、电导、浊度、SCOD、SS、 TDS分别为6.7、22.9mS/cm、2506NTU、347mg/L、3.28g/L、31.39g/L和28.225g/L。 采用磁加载石灰混凝进行处理,磁种粒径400目,PAC、PAM、磁种、石灰投加量分 别为600、3.75、600、800mg/L,快搅速率速率和时间为350rpm和20s。产水浊度3.27NTU, 悬浮物去除率99.87%,硬度和有机物得到了一定的去除,污泥量为常规混凝的2/3。 其后采用膜蒸馏进行深度处理,在温差由15℃升高到48℃时,膜通量由9.63提高到 43.00kg/m2·h。盐截留率都高于99%。
[0038] 实施例5
[0039] 采用实施例4经磁混凝处理的脱硫废水,进行陶瓷膜过滤,陶瓷膜为氧化铝和氧 化锆复合材料,孔径0.1μm。采用240L/m2·h的通量进行连续运行,6d时间内跨膜压 差由5.02kPa升高到8.24kPa,显著低于该陶瓷膜35kPa的推荐运行条件。连续运行产 水水质维持稳定,浊度、色度、pH和电导分别为1NTU、160倍、8.55和21.6mS/cm。 浊度和色度去除率分别为97.92%和52.94%。经陶瓷膜处理后,脱硫废水进行膜蒸馏 深度处理,采用PVDF-CTFE疏水膜,冷热侧温度分别为20、50℃,连续运行580h, 产水通量由16.1降低到8kg/m2·h,通量衰减率为50%左右。最低产水电导4.24μS/cm, 盐截留率接近100%。210h后电导开始缓慢增加,连续运行580h后电导仍低于60μS/cm, 盐截留率高于99.79%。常见盐类钾、钙、钠、镁在真整个运行过程中截留率都高于99%。 陶瓷膜显著减缓了膜蒸馏的膜污染和膜润湿现象。
[0040] 实施例6
[0041] 采用组合工艺处理脱硫废水,脱硫废水取自某电厂,pH为4.78,SS为78.47g/L, COD为820mg/L,电导68.6μS/cm,显著高于实施例4和5。由于该脱硫废水不稳定主 要是由于悬浮物颗粒较小(3μm)引起,因此无机混凝剂效果不明显,仅采用PAM、石 灰和磁种投加来进行混凝处理,投加量分别为0.2、1和2g/L。快搅速率和时间为350rpm 和20s,慢搅速率为70rpm。磁混凝处理后出水浊度低于5NTU,同时电导有效的下降, 污泥量为未投加磁种组的
3/5。其后采用陶瓷膜进行进一步预处理,陶瓷膜为氧化铝和 氧化锆复合材料,孔径0.1μm。
采用运行1h反冲1min的运行策略,通量为240L/m2·h, 连续运行2450min后跨膜压力达
15kPa,仍低于推荐运行压力。出水浊度、色度、pH、 电导保持稳定,分别为1.45NTU、240倍、
8.05、58.34mS/cm,表现出显著的抗污染和 稳定性。其后采用膜蒸馏深度处理,采用PVDF-CTFE疏水膜,冷热侧温度分别为20、 50℃。MD过程表现出良好的盐截留率,在整个410h运行阶段内盐截留率高于99.6%, 产水电导先很快上升至100μS/cm左右,随后在250h内基本维持恒定,其后电导开始 缓慢增长,运行410h后产水电导210μS/cm左右。整个运行期间MD通量缓慢下降, 运行410h后产水通量为5.19kg/m2.h,脱硫废水原水中主要的Mn、Mg、Ca、Na、K 五种金属元素截留率都高于99.96%。运行最后原水侧出现显著的盐结晶,表明采用膜 结晶技术进行该废水的深度处理,实现盐回收和零排放。
[0042] 对比实例5和实例6,发现盐浓度对通量的影响较小,在电导由22.6上升到 57.7mS/cm的条件下起始通量由16.10减小为15.14kg/m2·h,降低率为5.96%,表现出 MD在高浓废水处理中的优势。且对不同水质的脱硫废水整体组合工艺对不同物质的 去除率都高于99%,表现出工艺对水质的耐受性。
[0043] 以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明, 凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本 发明的保护范围之内。
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