CN102285734B - 一种低浓度废水综合处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种低浓度废水综合处理装置，所述低浓度废水综合处理装置至少包括废水预处理池、一个操作压力为1-4兆帕的中低压反渗透膜处理罐、一个操作压力为7-20兆帕的高压反渗透膜处理罐以及电化学处理槽，其中，市政或工业废水管道接入所述废水预处理池的入口，所述废水预处理池的废水出口通过管道与所述中低压反渗透膜处理罐的入口连接，所述中低压反渗透膜处理罐的净化水出口连接市政或工业中水管道，所述中低压反渗透膜处理罐的废水出口分别连接所述电化学处理槽的入口以及所述高压反渗透膜处理罐的入口；所述高压反渗透膜处理罐的第一废水出口连接所述电化学处理槽的入口。本发明提供的低浓度废水综合处理装置，可以低成本高效率处理废水，最大限度降低水环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水处理装置，尤其是一种低浓度废水综合处理装置。
背景技术
生产生活低浓度废水通常水量大，污染物含量低，具备重复使用的经济性，分为经由城市生活污水处理厂集中处理的生活污水，或工业污水处理厂处理的来自生产工艺的综合工业废水，综合工业废水来自于诸如：采油、炼油、石化、电力、冶金、汽车、造船、电镀、印刷电路板、染织、以及制药、塑料、化纤等化工企业。通常电导率在1-10毫西门子/厘米，化学需氧量＜1000毫克/升，氨氮＜100毫克/升的污水，污染浓度较低的生产生活废水通常进入生化处理厂处理标准排放，生化处理工艺主要分为三个级别，处理重点为一级：强化沉淀；二级：强化脱碳；三级：脱氮除磷。现在普遍采用的是在一级二级基础上的三级处理工艺。
三级处理工艺的主要难点是脱氮，因为普通生化工艺中的脱氮是通过硝化-反硝化来实现的，硝化工艺需要耗费大量的氧气将废水中的氨态氮通过硝化细菌氧化为硝态氮，然后在厌氧状态下通过反硝化细菌将硝态氮还原为氮气，由于在好氧状态下消耗了大量的碳源，而在反硝化状态往往面临碳源，碱度不足，无法为反硝化细菌提供足够的养分还原氮气，大多数三级生化工艺需要添加碳源(一般为甲醇)，碱度来补充。这种矛盾使得三级处理工艺流程长，效率低，耗费大量的能源。
三级达标排放水可重复利用，作为中水可直接用于绿化，喷洒，冷却水，也可以通过常规膜工艺净化为高等级用水用于更高等级的生产生活用水，但采用常规膜技术面临一个矛盾，就是净化产生的废水水量大，浓度高，往往成为又一个污染源，而治理这部分污染所需的投资很大，抵消了将水重复利用所带来的经济效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低浓度废水综合处理装置，以减少或避免前面所提到的问题。
具体来说，本发明提供了一种低浓度废水综合处理装置，所述低浓度废水综合处理装置至少包括废水预处理池、一个操作压力为1-4兆帕的中低压反渗透膜处理罐、一个操作压力为7-20兆帕的高压反渗透膜处理罐以及电化学处理槽，其中，市政或工业废水管道接入所述废水预处理池的入口，所述废水预处理池的废水出口通过管道与所述中低压反渗透膜处理罐的入口连接，所述中低压反渗透膜处理罐的净化水出口连接市政或工业中水管道，所述中低压反渗透膜处理罐的废水出口分别连接所述电化学处理槽的入口以及所述高压反渗透膜处理罐的入口。
优选地，所述低浓度废水综合处理装置进一步包括浓缩结晶罐，所述浓缩结晶罐的入口与所述高压反渗透膜处理罐的第二废水出口连接。
优选地，所述高压反渗透膜处理罐的第一废水出口连接所述电化学处理槽的入口，所述电化学处理槽的废水出口连接所述浓缩结晶罐。
优选地，所述低浓度废水综合处理装置进一步包括污泥处理机构，所述废水预处理池的污泥出口与所述污泥处理机构连接，所述污泥处理机构的废水出口通过管道接入所述废水预处理池的入口。
优选地，所述低浓度废水综合处理装置进一步包括蒸汽锅炉，所述废水预处理池进一步包括一个生成所述甲烷废气的生化池，所述废水预处理池的甲烷废气出口和所述污泥处理机构的甲烷废气出口分别通过管道连接至所述蒸汽锅炉的燃烧炉。
优选地，所述蒸汽锅炉的蒸汽出口通过管道连接至所述浓缩结晶罐。
优选地，所述低浓度废水综合处理装置进一步包括火力发电机构，所述废水预处理池的甲烷废气出口和所述污泥处理机构的甲烷废气出口分别通过管道连接至所述火力发电机构。
本发明提供的一种低浓度废水综合处理装置，将生产生活所产生的低浓度废水处理后，能将其90％以上净化回收，剩余的浓缩废水可直接处理达标排放，也可生成固态结晶安全填埋，所述低浓度废水综合处理装置工作过程中产生的剩余污泥可处理为固体来安全填埋，从而可以实现零排放。
此外，在所述低浓度废水综合处理装置工作过程中生成的甲烷气还可用于发生蒸汽作为结晶器的驱动热源，也可用于发电，有效节约了所述低浓度废水综合处理装置对能源的需求。
所述低浓度废水综合处理装置解决了常规三级废水处理脱氮难题以及常规膜分离回用工艺浓水的处理问题，通过将水源、热源、能源综合利用，达到低成本高效率处理废水，最大限度降低水环境污染的目标。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的低浓度废水综合处理装置的结构示意图；
图2在图1的基础上显示了一个改进的实施例；
图3在图2的基础上显示了一个改进的实施例；
图4在图3的基础上显示了一个改进的实施例。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号，图中的箭头用于表示管道中的气体、液体或者固液混合物的输送方向。
图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的低浓度废水综合处理装置的结构示意图；如图所示的低浓度废水综合处理装置1可用于对市政或工业废水管道2排出的低浓度废水进行处理，生产出可直接用于清洗、冷却水等用途的中水输送给市政或工业中水管道3。所述低浓度废水综合处理装置1至少包括废水预处理池11、一个操作压力为1-4兆帕的中低压反渗透膜处理罐128、一个操作压力为7-20兆帕的高压反渗透膜处理罐129以及电化学处理槽13，其中，市政或工业废水管道2接入所述废水预处理池11的入口111，所述废水预处理池11的废水出口112通过管道与所述中低压反渗透膜处理罐128的入口连接，所述中低压反渗透膜处理罐128的净化水出口连接市政或工业中水管道3，所述中低压反渗透膜处理罐128的废水出口分别连接所述电化学处理槽13的入口131以及所述高压反渗透膜处理罐129的入口。
所述废水预处理池11内可以包含粗细隔栅、沉淀池和生化池等，主要用于对低浓度废水进行预处理，例如，可以通过废水预处理池11进行除碳生化处理，去除低浓度废水中的化学需氧量和悬浮物。市政或工业废水管道2中的低浓度废水通过所述废水预处理池11的低浓度废水入口111进入所述废水预处理池11后，可以通过粗格栅、细格栅排渣和涡流沉砂池排砂，这样就能够清除污水中影响生化处理的垃圾和砂粒等固体物以及油类，砂类等污染物，只剩下一些有害的、看不见的有机污染物在处理后的废水中；之后通过沉淀池可以去除沉淀在所述低浓度废水中的悬浮物质；还可以通过生化池利用微生物降解有机污染物，使有机污染物被腐生细菌代谢，转化为有机酸，然后通过厌氧的甲烷细菌降解有机酸为甲烷和二氧化碳，以清除掉污水中的各类污染物质，进一步对所述低浓度废水进行除碳处理。
经过所述废水预处理池11处理后的废水经由废水出口112排出，通过管道输送入所述中低压反渗透膜处理罐128，利用在高于溶液渗透压的作用下，其他物质不能透过半透膜的原理，将这些物质和水分离开来。所述中低压反渗透膜处理罐128的反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。操作压力为1-4兆帕的中低压反渗透膜处理罐128采用常规的中低压反渗透膜技术，能够使经过所述废水预处理池11处理后的废水以90％以上回收率被净化，净化后的水体为可作为冷却水，清洗水，锅炉用水等高质量用途的中水，经由所述中低压反渗透膜处理罐128的净化水出口排入市政或工业中水管道3。
经过所述中低压反渗透膜处理罐128处理后生成的剩余浓缩废水，可以经由所述中低压反渗透膜处理罐128的第一废水出口1281向所述电化学处理槽13输送，处理达标后排放。
当地方法规对排放废水中含盐量有要求时，操作压力为7-20兆帕的高压反渗透膜处理罐129可以对经过所述中低压反渗透膜处理罐128处理后生成的剩余浓缩废水进一步净化，所述高压反渗透膜处理罐129的净化水可以排入市政或工业中水管道3，其余废水被高压浓缩，使处理后的高浓缩废水成为电导率在100毫西门子/厘米以上的高盐废水，从而利于后继固化处理达到零液体排放。
本发明中所用反渗透膜可采用现有市售的产品，其结构及原理乃是公知，不再详细说明。与反渗透膜相关的技术内容可以参考US 5,250,185 A或者US6,537,456 B2中的描述。
上述反渗透处理罐中的膜组件可选用标准的中空纤维(HF)或卷式反渗透膜(TFC)，也可以选用蝶管式反渗透膜(DTRO)等。
经过所述中低压反渗透膜处理罐128生成的剩余废水进一步输入电化学处理槽13。所述电化学处理槽13可以使用能够产生大量羟自由基的强氧化剂氧化所述剩余废水中的残余污染物，羟自由基可以直接氧化有机物，生成二氧化碳和水，其反应公式为：(HO·)+有机物→CO2+H2O+H-+e-，该反应同时还能间接反应生成双氧水，臭氧等强氧化剂同步降解污染物。所述电化学处理槽13还可以包括一个化学除磷装置，用于降解浓缩废水中的磷元素含量，最终使废水被处理后能够达标，并经由所述电化学处理槽13的排水口132排放入市政排水管道4。本发明中所用电化学处理方法乃是本领域公知常识，在此不再详细说明。与电化学处理方法相关的技术内容可以参考US 5,399,247 A中的描述。
图2在图1的基础上显示了一个改进的实施例，如图2所示，在图1所示实施例的基础上，图2所示低浓度废水综合处理装置1进一步包括浓缩结晶罐14，所述浓缩结晶罐14的入口141与所述高压反渗透膜处理罐129的第二废水出口1292连接。
也就是说，在图1基础上，经由所述高压反渗透膜处理罐129处理后，若生产的电导率在100毫西门子/厘米以上的高盐废水达到结晶处理标准，则可以选择如图2所示的那样，所述高压反渗透膜处理罐129处理后的剩余浓缩废水通过第二废水出口1292排出，经由管道通过所述浓缩结晶罐14的入口141进入所述浓缩结晶罐14进行进一步处理。
所述浓缩结晶罐14将所述剩余浓缩废水蒸发结晶，可将废水中的水分蒸发冷却后排入市政或工业中水管道3，处理后剩余的固体物质可进行填埋，从而可以最大限度减少对于环境的污染，实现废水的零排放。所述浓缩结晶罐14可以包括一个强制循环蒸发器，其利用循环泵使浓缩废水进行循环，浓缩废水在加热管内的循环流速通常在1-3米/秒范围之内，避免在加热面上沸腾的流体形成结垢或产生结晶。当循环浓缩废水流过热交换器时被加热，然后在分离器的压力降低时部分蒸发，从而将浓缩废水冷却至对应该压力下的沸点温度。在结晶应用中，晶体可以通过调节循环流动速度和采用特殊的分离器设计从循环晶体泥浆中分离出来。
在一个优选实施例中，所述高压反渗透膜处理罐129的第一废水出口1291连接所述电化学处理槽13的入口131，所述电化学处理槽13的废水出口133连接所述浓缩结晶罐14。所述废水出口133通过管道连接所述浓缩结晶罐14的入口141。
经由所述高压反渗透膜处理罐129处理后的废水如果未达到结晶标准，则可以从所述高压反渗透膜处理罐129的第一废水出口1291排入所述电化学处理槽13，经过电化学处理达到结晶标准后由所述废水出口133排入所述浓缩结晶罐14的入口141进行蒸发处理，此外，所述电化学处理槽13中未能处理达到排放标准的废水也可输送到所述浓缩结晶罐14进行蒸发处理，从而可将废水中的水分蒸发冷却后排入市政或工业中水管道3，处理后剩余的固体物质可进行填埋，从而可以最大限度减少对于环境的污染，实现废水的零排放。
图2所示实施例与图1的主要区别在于，在图1中，经过所述废水预处理池11处理后的废液经反渗透浓缩后可直接进入电化学处理槽13分解污染物后达标排放。而图2中，废水预处理池11处理后的废液经反渗透浓缩后，达到结晶标准就可直接进入结晶器14；如果不达结晶标准，可先通过电化学处理槽13处理达结晶标准后再进入结晶器14，产生固体用于填埋，实现废水零排放。
图2所示实施例其余部分与图1所示实施例完全相同，在此不再一一赘述。
图3在图2的基础上显示了一个改进的实施例，如图3所示，在图2所示实施例的基础上，图3所示低浓度废水综合处理装置1进一步包括污泥处理机构15，所述废水预处理池11的污泥出口113与所述污泥处理机构15连接，所述污泥处理机构15的废水出口152通过管道接入所述废水预处理池11的入口。
所述废水预处理池11在废水处理过程产生的污泥，通过所述废水预处理池11的污泥出口113经由管道输送到所述污泥处理设备15的入口151，并进入所述污泥处理设备15进行进一步脱水处理。所述污泥处理设备15可以包括一个中温消化池，在所述中温消化池中，在隔绝氧气的情况下，污泥中的有机物先是被腐生细菌代谢，转化为有机酸，然后厌氧的甲烷细菌降解有机酸为甲烷和二氧化碳，整个过程的温度控制在33～35℃进行，这样就可以通过利用微生物的作用，使污泥中的有机物转化为较稳定物质。
所述污泥处理设备15还可以包括一个机械脱水装置，所述机械脱水装置可以将污泥的含水量进一步降低，使脱水后的干污泥能够被通过固体填埋等方式进行进一步处理。
在一个优选实施例中，所述污泥处理机构15的废水出口152通过管道接入所述废水预处理池11的入口111。所述污泥处理设备15在对污泥进行脱水处理过程中产生的废水可以经由所述污泥处理设备15的废水出口152通过管道接入所述废水预处理池11的低浓度废水入口111，从而能够进一步对废水进行处理。
图3所示实施例其余部分与图2所示实施例完全相同，在此不再一一赘述。
图4在图3的基础上显示了一个改进的实施例，如图4所示，在图3所示实施例的基础上，图4所示低浓度废水综合处理装置1中，所述低浓度废水综合处理装置1进一步包括蒸汽锅炉16，所述废水预处理池11进一步包括一个生成所述甲烷废气的生化池。所述废水预处理池11的甲烷废气出口114和所述污泥处理机构15的甲烷废气出口153分别通过管道连接至所述蒸汽锅炉16的燃烧炉。
所述废水预处理池11进一步包括一个生成所述甲烷废气的生化池。所述生化池利用微生物降解有机污染物，使有机污染物被腐生细菌代谢，转化为有机酸，然后通过厌氧的甲烷细菌降解有机酸为甲烷和二氧化碳，从而在清除掉污水中的有机污染物质同时生成甲烷。
有关生化池的相关技术内容可以参考彭永臻等在2008年《环境科学》29卷12期(3342-3347)发表的文章“低溶解氧污泥微膨胀节能理论与方法的发现、提出及理论基础”或者王磊等在《中国给水排水》24卷5期(22-26)发表的文章“低氧接触氧化/微曝气人工湿地工艺净化污染河水”。
对于所述废水预处理池11和所述污泥处理设备15在工作过程中产生的甲烷废气，可以经由所述废水预处理池11的甲烷废气出口114和所述污泥处理设备15的甲烷废气出口153分别通过管道连接至所述蒸汽锅炉16，通过所述蒸汽锅炉16的第一甲烷入口161和第二甲烷入口162，进入所述蒸汽锅炉16的燃烧炉，作为燃料在燃烧后提供热量给所述蒸汽锅炉16，使所述蒸汽锅炉16产生1-5.4兆帕的蒸汽。
在一个优选实施例中，所述蒸汽锅炉16的蒸汽出口163通过管道连接至所述浓缩结晶罐14，经由所述浓缩结晶罐14的蒸汽入口142向所述浓缩结晶罐14输送1-5.4兆帕的蒸汽，作为浓缩结晶罐的驱动热源。
图4所示实施例其余部分与图3所示实施例完全相同，在此不再一一赘述。
在另一个具体实施例中，所述低浓度废水综合处理装置1进一步包括火力发电机构，所述废水预处理池11的甲烷废气出口114和所述污泥处理设备15的甲烷废气出口153分别通过管道连接至所述火力发电机构，为所述火力发电机构提供甲烷作为燃料。
本发明提供的一种低浓度废水综合处理装置，将生产生活所产生的低浓度废水处理后，能将其90％以上净化回收，剩余的浓缩废水可直接处理达标排放，也可生成固态结晶安全填埋，所述低浓度废水综合处理装置工作过程中产生的剩余污泥可处理为固体来安全填埋，从而可以实现零排放。
此外，在所述低浓度废水综合处理装置工作过程中生成的甲烷气还可用于发生蒸汽作为结晶器的驱动热源，也可用于发电，有效节约了所述低浓度废水综合处理装置对能源的需求。
所述低浓度废水综合处理装置解决了常规三级废水处理脱氮难题以及常规膜分离回用工艺浓水的处理问题，通过将水源、热源、能源综合利用，达到低成本高效率处理废水，最大限度降低水环境污染的目标。
本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种低浓度废水综合处理装置，其特征在于，所述低浓度废水综合处理装置至少包括废水预处理池、一个操作压力为1-4兆帕的中低压反渗透膜处理罐、一个操作压力为7-20兆帕的高压反渗透膜处理罐以及电化学处理槽，其中，市政或工业废水管道接入所述废水预处理池的入口，所述废水预处理池的废水出口通过管道与所述中低压反渗透膜处理罐的入口连接，所述中低压反渗透膜处理罐的净化水出口连接市政或工业中水管道，所述中低压反渗透膜处理罐的废水出口分别连接所述电化学处理槽的入口以及所述高压反渗透膜处理罐的入口。
2.根据权利要求1所述的低浓度废水综合处理装置，其特征在于，所述低浓度废水综合处理装置进一步包括浓缩结晶罐，所述浓缩结晶罐的入口与所述高压反渗透膜处理罐的第二废水出口连接。
3.根据权利要求2所述的低浓度废水综合处理装置，其特征在于，所述高压反渗透膜处理罐的第一废水出口连接所述电化学处理槽的入口，所述电化学处理槽的废水出口连接所述浓缩结晶罐。
4.根据权利要求3所述的低浓度废水综合处理装置，其特征在于，所述低浓度废水综合处理装置进一步包括污泥处理机构，所述废水预处理池的污泥出口与所述污泥处理机构连接。
5.根据权利要求4所述的低浓度废水综合处理装置，其特征在于，所述低浓度废水综合处理装置进一步包括蒸汽锅炉，所述废水预处理池进一步包括一个生成甲烷废气的生化池，所述废水预处理池的甲烷废气出口和所述污泥处理机构的甲烷废气出口分别通过管道连接至所述蒸汽锅炉的燃烧炉。
6.根据权利要求5所述的低浓度废水综合处理装置，其特征在于，所述蒸汽锅炉的蒸汽出口通过管道连接至所述浓缩结晶罐。
7.根据权利要求6所述的低浓度废水综合处理装置，其特征在于，所述低浓度废水综合处理装置进一步包括火力发电机构，所述废水预处理池的甲烷废气出口和所述污泥处理机构的甲烷废气出口分别通过管道连接至所述火力发电机构。
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