CN108017187A - 一种苦咸水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种苦咸水的处理方法。该方法包括如下步骤：1)深度软化：在苦咸水中加入软化药剂，与苦咸水中钙离子、和/或镁离子、和/或钡离子、和/或铁离子、和/或锰离子反应产生大量悬浮颗粒；2)将深度软化后的苦咸水进行高密度沉淀处理；3)微滤：高密度沉淀出水进入微滤膜，去除水中细菌、胶体等物质；4)反渗透：微滤出水进入反渗透膜脱盐，获得反渗透产水，可直接用于灌溉。本发明工艺组合可直接用于苦咸水的处理，不仅确保水的处理效果，还大大降低了处理成本，整个工艺流程简单，可操作性强，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及水综合处理领域，尤其涉及一种地表苦咸水的处理方法。
背景技术
我国是一个严重缺水国家，人均淡水资源占有量为160m3，不足世界水平的1/4。我国又是一个农业灌溉大国，灌溉用水量约占总供水量的62％，工业的快速发展大大降低农业用水比例，进而限制农业的发展。同时我国苦咸水资源很丰富，广泛分布在易发生干旱的华北、西北以及沿海地带，仅华北就有60亿m3苦咸水，因此，苦咸水的再利用能够缓解我国工农业用水平衡的矛盾。而苦咸水具有含盐量高、处理难度大等特点，直接用于灌溉易造成土壤可溶性盐分含量过高，引起盐害，同时灌水量不足情况下，会引起水盐联合胁迫，若利用不当，会导致土壤次生盐碱化以及涝渍等土壤退化问题，污染水源，并对农业环境及生态系统带来一系列严重的影响。因此，加快苦咸水淡化实用技术研究势在必行。
目前，对于苦咸水的处理，反渗透和纳滤应用比较广泛。反渗透技术用于苦咸水淡化有较多报道，但工作压力高，能耗比较大；纳滤技术主要用于有机物分离提纯，运行压力较低，但由于纳滤膜对废水中无机离子的截留具有较强的选择性，难以满足苦咸水处理的要求。因此，单独使用反渗透和纳滤都难以解决苦咸水处理经济与技术上的矛盾。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种苦咸水的处理方法。该方法先对苦咸水进行深度软化处理，通过投加合适的软化药剂使苦咸水中的盐尤其是苦咸水中特有的金属离子钙、镁、钡、铁和锰等得到有效去除，这样，一方面降低后续处理负荷，同时减少其对后续工艺运行的影响，结合反渗透膜对废水中金属离子高效截留的特点，软化后的苦咸水经脱盐处理满足农业灌溉要求，实现苦咸水资源化。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种苦咸水的处理方法，包括如下步骤：
1)深度软化：在苦咸水中加入软化药剂，与苦咸水中钙离子、和/或镁离子、和/或钡离子、和/或铁离子、和/或锰离子反应产生大量悬浮颗粒；
2)高密度沉淀：将深度软化后的苦咸水进行高密度沉淀处理；即在快速搅拌作用下与混凝剂快速混合形成大量微小絮体，经慢速搅拌与微砂和絮凝剂共同反应生成絮状物，进一步熟化长大后进入沉淀池；
3)微滤：高密度沉淀出水进入微滤膜，去除水中细菌、胶体等物质；
4)反渗透：微滤出水进入反渗透膜脱盐，获得反渗透产水，可直接用于灌溉。
在上述技术方案基础上，苦咸水水质特征如下：
COD 10～60mg/L，或20～40mg/L，或25～35mg/L，
TDS 8000～15000mg/L，或9000～10000mg/L，或9000～11000mg/L，或9000～12000mg/L，或9000～14000mg/L，
Mn2+0～0.4mmol/L，
Fe3+0～0.3mmol/L，
Ba2+0～0.11mmol/L，
Ca2+2.5～20mmol/L，
Mg2+2～20mmol/L，
F-0～3.0mg/L，
SO4 2-300～1000mg/L，
Cl-300～2000mg/L。
苦咸水中含有某些特殊离子，如Mn2+、Ba2+、Fe3+、F-，其中，Mn2+和Ba2+会在反渗透膜上结永久性垢，难于清洗，影响反渗透膜使用寿命；Fe3+具有氧化性，会造成反渗透膜氧化破坏；苦咸水中的F-影响其用于灌溉。
在上述技术方案基础上，步骤1)中，所述软化药剂为水溶性碱和/或水溶性碳酸盐；
所述水溶性碳酸盐的投加量为苦咸水中钙离子与钡离子物质的量浓度之和的1.5～3.5倍，
所述水溶性碱的投加量为苦咸水中镁离子、锰离子和铁离子物质的量浓度之和的3.0～7.0倍。
在苦碱水中加入软化药剂，与苦碱水中钙离子、镁离子、钡离子、铁离子和锰离子反应生成大量悬浮物，避免在后续反渗透膜表面产生易清洗的钙、镁垢和难于清洗的钡、锰垢以及铁对反渗透膜的氧化，确保膜的使用寿命。
在上述技术方案基础上，步骤1)中，所述深度软化反应时间为20～40min；
和/或，所述水溶性碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾；
和/或，所述水溶性碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾。
在上述技术方案基础上，步骤2)中，所述高密度沉淀处理为将深度软化后的苦咸水经管道加入混凝剂进入混凝池进行混凝，经过混凝的水从混凝池底部流入投加池，在投加池中投加絮凝剂与微砂生成絮状物后，再流入熟化池，絮状物在熟化池中进一步变大并成熟，最后水流进入沉淀池。
在上述技术方案基础上，步骤2)中，所述混凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸亚铁或氯化铁，投加量为50～100mg/L，混凝反应时间为1～5min或3～5min。
和/或，所述混凝池与投加池中均采用机械搅拌，其中：
混凝池搅拌速度控制在120～200rpm，确保混凝剂与深度软化后的苦咸水中悬浮颗粒快速混合形成大量微小絮体；
投加池搅拌速度控制在60～80rpm，确保絮凝剂与微砂和絮状物能够充分混合又不会破坏已形成的大絮体；
和/或，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为1～10mg/L或2～4mg/L；
和/或，所述微砂的粒径为100～150微米，比重为1.0～1.3g/cm3，投加量为2～10mg/L；
和/或，所述投加池的水力停留时间为10～20min；
和/或，所述沉淀池为斜板沉淀或者斜管沉淀，上升流速为80～200m/h；
和/或，所述沉淀池出水中Ca2+≤0.5mmol/L、Mg2+≤0.8mmol/L、Ba2+≤0.01mmol/L、Fe3+≤0.05mmol/L、Mn2+≤0.02mmol/L。
在上述技术方案基础上，步骤3)中，所述高密度沉淀出水进入微滤膜之前，还包括经自清洗过滤器过滤的步骤，以进一步去除水中悬浮物；
和/或，步骤4)中，所述微滤出水进入反渗透膜之前，还包括经保安过滤器过滤的步骤。
在上述技术方案基础上，所述自清洗过滤器为叠片过滤器，过滤精度100微米；
所述保安过滤器过滤精度为5微米，材质为聚丙烯，是深层过滤纤维膜。
在上述技术方案基础上，步骤3)中，所述微滤膜采用孔径0.1～0.5微米的中空纤维微滤膜，操作压力为0.3～7bar，操作温度为10～40℃，产水率大于90％，膜通量为30～150L/m2·h，微滤膜材质为聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯或聚乙烯；
所述微滤膜出水SDI＜5；
在上述技术方案基础上，步骤4)中，所述反渗透膜为卷式聚酰胺复合膜，脱盐率大于95％，膜通量17～30L/m2·h；
所述反渗透膜进行定时正冲洗，冲洗周期为8～12小时，冲洗时间为5～15分钟；
所述反渗透产水F-＜1mg/L，TDS＜1000mg/L。
本发明的有益效果是：
实验证明，苦咸水中的钙离子、镁离子、钡离子、铁离子和锰离子与适量的软化药剂反应产生大量悬浮物，通过高密度沉淀中混凝池快速搅拌与投加池慢速搅拌以及快速沉淀组合工艺处理后，使苦咸水中离子得到高效去除。经过微滤与反渗透脱盐处理后，最终出水(反渗透产水)F-＜1mg/L，TDS＜1000mg/L，可直接用于灌溉。本发明工艺组合中，苦咸水的深度软化与高密度沉淀工艺相结合，对苦咸水中的特有离子具有较好的处理效果。反渗透膜对水中金属离子的高效、无选择性截留可实现苦咸水中F-的高效去除。本发明工艺组合可直接用于苦咸水的处理，不仅确保水的处理效果，还大大降低了处理成本，整个工艺流程简单，可操作性强，值得推广。
附图说明
本发明有如下附图：
图1是本发明的苦咸水的处理工艺流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种苦咸水的处理方法，包括如下步骤：
1)深度软化：在苦咸水中加入软化药剂，与苦咸水中钙离子、和/或镁离子、和/或钡离子、和/或铁离子、和/或锰离子反应产生大量悬浮颗粒；
2)高密度沉淀：将深度软化后的苦咸水进行高密度沉淀处理；即在快速搅拌作用下与混凝剂快速混合形成大量微小絮体，经慢速搅拌与微砂和絮凝剂共同反应生成絮状物，进一步熟化长大后进入沉淀池；
3)微滤：高密度沉淀出水进入微滤膜，去除水中细菌、胶体等物质；
4)反渗透：微滤出水进入反渗透膜脱盐，获得反渗透产水，可直接用于灌溉。
在上述技术方案基础上，苦咸水水质特征如下：
COD 10～60mg/L，或20～40mg/L，或25～35mg/L，
TDS 8000～15000mg/L，或9000～10000mg/L，或9000～11000mg/L，或9000～12000mg/L，或9000～14000mg/L，
Mn2+0～0.4mmol/L，
Fe3+0～0.3mmol/L，
Ba2+0～0.11mmol/L，
Ca2+2.5～20mmol/L，
Mg2+2～20mmol/L，
F-0～3.0mg/L，
SO4 2-300～1000mg/L，
Cl-300～2000mg/L。
在上述技术方案基础上，步骤1)中，
所述软化药剂为水溶性碱和/或水溶性碳酸盐；
所述水溶性碳酸盐的投加量为苦咸水中钙离子与钡离子物质的量浓度之和的1.5～3.5倍，
所述水溶性碱的投加量为苦咸水中镁离子、锰离子和铁离子物质的量浓度之和的3.0～7.0倍。
在上述技术方案基础上，步骤1)中，所述深度软化反应时间为20～40min；
和/或，所述水溶性碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾；
和/或，所述水溶性碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾。
在上述技术方案基础上，步骤2)中，所述高密度沉淀处理为将深度软化后的苦咸水经管道加入混凝剂进入混凝池进行混凝，经过混凝的水从混凝池底部流入投加池，在投加池中投加絮凝剂与微砂生成絮状物后，再流入熟化池，絮状物在熟化池中进一步变大并成熟，最后水流进入沉淀池。
在上述技术方案基础上，步骤2)中，所述混凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸亚铁或氯化铁，投加量为50～100mg/L，混凝反应时间为1～5min或3～5min。
和/或，所述混凝池与投加池中均采用机械搅拌，其中：
混凝池搅拌速度控制在120～200rpm，确保混凝剂与深度软化后的苦咸水中悬浮颗粒快速混合形成大量微小絮体；
投加池搅拌速度控制在60～80rpm，确保絮凝剂与微砂和絮状物能够充分混合又不会破坏已形成的大絮体；
和/或，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为1～10mg/L或2～4mg/L；
和/或，所述微砂的粒径为100～150微米，比重为1.0～1.3g/cm3，投加量为2～10mg/L；
和/或，所述投加池的水力停留时间为10～20min；
和/或，所述沉淀池为斜板沉淀或者斜管沉淀，上升流速为80～200m/h；
和/或，所述沉淀池出水(即高密度沉淀出水)中Ca2+≤0.5mmol/L、Mg2+≤0.8mmol/L、Ba2+≤0.01mmol/L、Fe3+≤0.05mmol/L、Mn2+≤0.02mmol/L。
在上述技术方案基础上，步骤3)中，所述高密度沉淀出水进入微滤膜之前，还包括经自清洗过滤器过滤的步骤，以进一步去除水中悬浮物；
和/或，步骤4)中，所述微滤出水进入反渗透膜之前，还包括经保安过滤器过滤的步骤。
在上述技术方案基础上，所述自清洗过滤器为叠片过滤器，过滤精度100微米；
所述保安过滤器过滤精度为5微米，材质为聚丙烯，是深层过滤纤维膜。
在上述技术方案基础上，步骤3)中，所述微滤膜采用孔径0.1～0.5微米的中空纤维微滤膜，操作压力为0.3～7bar或0.5～1.0bar，操作温度为10～40℃如25℃，产水率大于90％，膜通量为30～150L/m2·h或50～120L/m2·h，微滤膜材质为聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯或聚乙烯；
所述微滤膜出水SDI＜5。
在上述技术方案基础上，步骤4)中，所述反渗透膜为卷式聚酰胺复合膜，脱盐率大于95％，膜通量17～30L/m2·h；
所述反渗透膜进行定时正冲洗，冲洗周期为8～12小时，冲洗时间为5～15分钟；
所述反渗透产水F-＜1mg/L，TDS＜1000mg/L。
具体实施例如实施例1、2、3。
实施例1、2、3中使用的苦碱水为华北某地地表苦咸水(即表2中原水)，水质情况见表1。
表1苦咸水水质
| 分析项目 | 单位 | 数值 |
| COD | mg/L | 30 |
| TDS | mg/L | 9500 |
| Mn2+ | mmol/L | 0.3 |
| Fe3+ | mmol/L | 0.25 |
| Ba2+ | mmol/L | 0.1 |
| Ca2+ | mmol/L | 20 |
| Mg2+ | mmol/L | 20 |
| F- | mg/L | 2.0 |
| SO4 2- | mg/L | 500 |
| Cl- | mg/L | 900 |
采用本发明的方法，所述苦咸水中加入适量的氢氧化钠和碳酸钠的混合物，反应一段时间后，出水进入高密度沉淀工艺处理，产水经自清洗过滤器过滤后进入微滤膜过滤，最后经反渗透膜进行脱盐处理后，反渗透产水直接用于灌溉。
实施例中各处理单元操作条件和处理效果如表2、表3所示：
表2各实施例操作条件
表3实施例中各单元处理效果
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种苦咸水的处理方法，包括如下步骤：
1)深度软化：在苦咸水中加入软化药剂，与苦咸水中钙离子、和/或镁离子、和/或钡离子、和/或铁离子、和/或锰离子反应产生悬浮颗粒；
2)高密度沉淀：将深度软化后的苦咸水进行高密度沉淀处理；
3)微滤：高密度沉淀出水进入微滤膜；
4)反渗透：微滤出水进入反渗透膜脱盐，获得反渗透产水。
2.如权利要求1所述的苦咸水的处理方法，其特征在于：所述苦咸水水质特征如下：
COD 10～60mg/L，
TDS 8000～15000mg/L，
Mn2+ 0～0.4mmol/L，
Fe3+ 0～0.3mmol/L，
Ba2+ 0～0.11mmol/L，
Ca2+ 2.5～20mmol/L，
Mg2+ 2～20mmol/L，
F- 0～3.0mg/L，
SO4 2- 300～1000mg/L，
Cl- 300～2000mg/L。
3.如权利要求1所述的苦咸水的处理方法，其特征在于：步骤1)中，所述软化药剂为水溶性碱和/或水溶性碳酸盐；
所述水溶性碳酸盐的投加量为苦咸水中钙离子与钡离子物质的量浓度之和的1.5～3.5倍，
所述水溶性碱的投加量为苦咸水中镁离子、锰离子和铁离子物质的量浓度之和的3.0～7.0倍。
4.如权利要求1—3中任一所述的苦咸水的处理方法，其特征在于：
步骤1)中，所述深度软化反应时间为20～40min；
和/或，所述水溶性碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾；
和/或，所述水溶性碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾。
5.如权利要求1所述的苦咸水的处理方法，其特征在于：步骤2)中，所述高密度沉淀处理为将深度软化后的苦咸水经管道加入混凝剂进入混凝池进行混凝，经过混凝的水从混凝池底部流入投加池，在投加池中投加絮凝剂与微砂生成絮状物后，再流入熟化池，絮状物在熟化池中进一步变大并成熟，最后水流进入沉淀池。
6.如权利要求5所述的苦咸水的处理方法，其特征在于：步骤2)中，所述混凝剂为聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸亚铁或氯化铁，投加量为50～100mg/L，混凝反应时间为1～5min。
和/或，所述混凝池与投加池中均采用机械搅拌，其中：
混凝池搅拌速度控制在120～200rpm，确保混凝剂与深度软化后的苦咸水中悬浮颗粒快速混合形成大量微小絮体；
投加池搅拌速度控制在60～80rpm，确保絮凝剂与微砂和絮状物能够充分混合又不会破坏已形成的大絮体；
和/或，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为1～10mg/L；
和/或，所述微砂的粒径为100～150微米，比重为1.0～1.3g/cm3，投加量为2～10mg/L；
和/或，所述投加池的水力停留时间为10～20min；
和/或，所述沉淀池为斜板沉淀或者斜管沉淀，上升流速为80～200m/h；
和/或，所述沉淀池出水中Ca2+≤0.5mmol/L、Mg2+≤0.8mmol/L、Ba2+≤0.01mmol/L、Fe3+≤0.05mmol/L、Mn2+≤0.02mmol/L。
7.如权利要求1所述的苦咸水的处理方法，其特征在于：
步骤3)中，所述高密度沉淀出水进入微滤膜之前，还包括经自清洗过滤器过滤的步骤；
和/或，步骤4)中，所述微滤出水进入反渗透膜之前，还包括经保安过滤器过滤的步骤。
8.如权利要求7所述的苦咸水的处理方法，其特征在于：
所述自清洗过滤器为叠片过滤器，过滤精度100微米；
所述保安过滤器过滤精度为5微米，材质为聚丙烯，是深层过滤纤维膜。
9.如权利要求1所述的苦咸水的处理方法，其特征在于：
步骤3)中，所述微滤膜采用孔径0.1～0.5微米的中空纤维微滤膜，操作压力为0.3～7bar，操作温度为10～40℃，产水率大于90％，膜通量为30～150L/m2·h，微滤膜材质为聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯或聚乙烯；
所述微滤膜出水SDI＜5。
10.如权利要求1所述的苦咸水的处理方法，其特征在于：
步骤4)中，所述反渗透膜为卷式聚酰胺复合膜，脱盐率大于95％，膜通量17～30L/m2·h；
所述反渗透膜进行定时正冲洗，冲洗周期为8～12小时，冲洗时间为5～15分钟；
所述反渗透产水F-＜1mg/L，TDS＜1000mg/L。
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