CN109264931A

CN109264931A - 一种废水回用处理方法及系统

Info

Publication number: CN109264931A
Application number: CN201811299842.6A
Authority: CN
Inventors: 赵二华; 余云飞; 杨世辉; 杨建峡
Original assignee: CISDI Technology Research Center Co Ltd
Current assignee: CISDI Technology Research Center Co Ltd
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2019-01-25

Abstract

本发明提供一种废水回用处理方法及系统，该方法包括依次对废水进行絮凝反应、过滤、臭氧催化反应、MBR反应、活性炭吸附、树脂吸附、反渗透。本发明采用臭氧催化氧化工艺高效率脱碳和脱色的同时，不增加废水中盐含量，MBR反应池集活性污泥生化反应与膜过滤于一体，不产生浓水，进一步去除废水中的COD，活性炭吸附和树脂吸附进一步保证反渗透膜的进水水质，保护反渗透膜不受污染，实现化工废水的高效回用。

Description

一种废水回用处理方法及系统

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种废水回用处理方法及系统。

背景技术

煤化工废水是钢铁工业焦化厂和城市煤气厂在生产焦炭、煤气、焦油以及焦化产品的过程中产生的废水，成分复杂且色度重，含有许多有机、无机污染物，氰化物、硫氰酸盐、酚类化合物、多环芳烃(PAHs)、含氮杂环化合物、含氧或含硫杂环化合物以及长链的脂肪族化合物等。

煤化工处理普遍采用预处理→生化处理→深度处理的处理流程。其中，预处理主要去除废水中的油类、氨氮和酚类等物质，生化处理主要去除废水中的COD、氨氮和总氮。深度处理是进一步去除水中的有机物等，使出水达到排放的标准。而煤化工是典型的高耗水、高污染行业，发展煤化工产业与保护生态环境矛盾突出；因此，研究开发煤化工废水回用技术，不仅可促进煤化工产业的发展，减少环境污染，也能使水资源得到充分利用，有利于实现可持续发展的目标。

目前，膜法技术已越来越广泛地应用于工业废水回收领域，而一直存在膜清洗频率高、产水率等问题，如何运用合理的工艺技术既达到出水回用的目的，又能进一步提高清水回收率，是当前亟需解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种废水回用处理方法及系统，用于解决现有技术中废水处理时膜清洗频率高、产水率低等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种废水回用处理方法，包括依次对废水进行絮凝反应、过滤、臭氧催化反应、MBR反应、活性炭吸附、树脂吸附、反渗透。

在本发明的一些实施例中，所述废水的COD≤500mg/L，优选为200～500mg/L。

在本发明的一些实施例中，所述废水为生化处理后的煤化工废水。

在本发明的一些实施例中，絮凝反应时，采用的絮凝剂包括第一絮凝剂、第二絮凝剂，所述第一絮凝剂选自聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合氯化铁中的至少一种，所述第二絮凝剂选自PAM(聚丙烯酰胺)、阳离子淀粉中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，絮凝反应时，所述第一絮凝剂的投加量为300～500mg/L，即每升废水中加入300～500mg第一絮凝剂，优选为300mg/L。

在本发明的一些实施例中，絮凝反应时，所述第二絮凝剂的投加量为10～20mg/L，优选为15mg/L，即每升废水中加入15mg第二絮凝剂。

在本发明的一些实施例中，絮凝反应时，反应时间为5～30min，优选为10min。

在本发明的一些实施例中，絮凝反应后，沉淀30～60min，优选为30min。

在本发明的一些实施例中，过滤时，采用砂滤、多介质过滤、纤维球过滤或活性炭过滤。

在本发明的一些实施例中，过滤时，滤速为2～15m/h。

在本发明的一些实施例中，控制过滤后的出水浊度为5～8。

在本发明的一些实施例中，臭氧催化氧化时，在臭氧催化氧化反应器中进行，反应器内装填分子筛催化剂。

在本发明的一些实施例中，臭氧催化氧化时，臭氧投加量为30～350mg/L，优选为100～250mg/L，更优选为100～200mg/L。

在本发明的一些实施例中，臭氧催化氧化时，反应时间为0.5～2h。反应时间即为水力停留时间。

在本发明的一些实施例中，MBR反应时，在MBR反应池中进行，池中装填中空纤维MBR膜。

在本发明的一些实施例中，MBR反应时，MBR反应池中池中气水比为(5～15):1。

在本发明的一些实施例中，MBR反应时，MBR膜孔径为0.02～0.05μm。

在本发明的一些实施例中，MBR反应时，膜平均通量为12～20L/m²*h。

在本发明的一些实施例中，MBR出水COD为50～70mg/L，色度30～50倍。

在本发明的一些实施例中，活性炭吸附时，滤速为5～10m/h。

在本发明的一些实施例中，树脂吸附时，树脂为非极性大孔树脂。

在本发明的一些实施例中，所述树脂的比表面积为700～1000m²/g，平均孔径为8～15nm。

在本发明的一些实施例中，树脂吸附时，滤速2～10BV/h。

在本发明的一些实施例中，树脂吸附时，树脂的运行周期为100～150h，即运行100～150h后进行树脂再生。

在本发明的一些实施例中，对树脂再生所得的洗脱液进行芬顿氧化，氧化后出水回到废水生化系统进行处理。

在本发明的一些实施例中，芬顿氧化反应时，反应液pH值控制为3～4。

在本发明的一些实施例中，芬顿氧化反应时，投加双氧水，双氧水与进水COD质量之比为(0.5～8)：1，优选为4:1。此处的双氧水质量浓度为27.5％，为工业用双氧水。

在本发明的一些实施例中，芬顿氧化反应时，投加硫酸亚铁，双氧水与硫酸亚铁物质的量之比为(1～5):1。此处的双氧水不包括水溶剂。

在本发明的一些实施例中，反渗透时，所述渗透膜选自碟管式反渗透膜、纤维式反渗透膜、卷式反渗透膜、板框式反渗透膜中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，反渗透时，操作压力为0.5～5Mpa，优选为4Mpa。

在本发明的一些实施例中，反渗透膜的清洁水回收率为70～75％(v/v)，清洁水回用于生产。即穿过反渗透膜的出水体积占反渗透进水体积的百分比为70～75％。

在本发明的一些实施例中，反渗透膜的膜通量为13～30LMH，LMH即L/m²*h。

在本发明的一些实施例中，反渗透膜的运行周期为6～7个月。即反渗透膜每运行6～7个月进行一次清洗。

在本发明的一些实施例中，反渗透所得的浓液进入正渗透。浓液是指没有穿过反渗透膜的液体。

在本发明的一些实施例中，正渗透膜的清洁水回收率为50％(v/v)～75％(v/v)，优选为60％(v/v)。

在本发明的一些实施例中，正渗透膜的膜通量为25～30LMH。

在本发明的一些实施例中，正渗透时，进水与汲取液混合后，再透过正渗透膜。

在本发明的一些实施例中，所述汲取液选自碳酸铵水溶液。

在本发明的一些实施例中，正渗透所得的浓液进入蒸发结晶系统，蒸发所得的液体回用于生产，实现废水零排放，所得的结晶盐外运，用于其他工业用途。

本发明第二方面提供一种废水回用处理系统，包括依次连接的絮凝反应池、过滤系统、臭氧催化氧化系统、MBR反应池、活性炭吸附系统、树脂吸附系统、反渗透系统；

所述絮凝反应池用于对废水进行絮凝沉淀；

所述过滤系统用于对所述絮凝反应池的出水进行过滤处理；

所述臭氧催化氧化系统用于对所述过滤系统的出水进行臭氧催化氧化处理；

所述MBR反应池用于对所述臭氧催化氧化系统的出水进行曝气膜生物反应处理；

所述活性炭吸附系统用于对所述MBR反应池的出水进行吸附处理；

所述树脂吸附系统用于对所述活性炭吸附系统的出水进行树脂吸附处理；

所述反渗透系统用于对所述树脂吸附系统的出水进行反渗透处理。

在本发明的一些实施例中，所述絮凝反应池的进水端连接至生化处理系统。

在本发明的一些实施例中，所述过滤系统包括多介质过滤器。

在本发明的一些实施例中，所述臭氧催化氧化系统包括臭氧催化氧化反应器，反应器内装填分子筛催化剂。

在本发明的一些实施例中，所述MBR反应池中装填中空纤维MBR膜。

在本发明的一些实施例中，所述树脂吸附系统的树脂为非极性大孔树脂。

在本发明的一些实施例中，所述反渗透系统包括碟管式反渗透膜，所述反渗透系统的清洁水出口连通至需水的生产设备。

在本发明的一些实施例中，还包括树脂再生系统，用于对树脂进行再生。

在本发明的一些实施例中，还包括芬顿氧化系统，用于对所述树脂再生系统产生的洗脱液进行芬顿氧化，氧化后的出水进入生化处理系统。

在本发明的一些实施例中，还包括正渗透系统，用于对所述反渗透系统产生的浓液进行正渗透处理，所述正渗透系统的清洁水出口连通至需水的生产设备。

在本发明的一些实施例中，还包括蒸发结晶系统，用于对所述正渗透系统产生的浓液进行蒸发结晶处理。

在本发明的一些实施例中，所述蒸发结晶系统包括MVR多效蒸发器。

在本发明的一些实施例中，所述蒸发结晶系统的蒸馏水出口连通至需水的生产设备。

如上所述，本发明的一种废水回用处理方法及系统，具有以下有益效果：本发明采用臭氧催化氧化工艺高效率脱碳和脱色的同时，不增加废水中盐含量，MBR反应池集活性污泥生化反应与膜过滤于一体，不产生浓水，进一步去除废水中的COD，活性炭吸附和树脂吸附进一步保证反渗透膜的进水水质，保护反渗透膜不受污染，实现化工废水的高效回用。

附图说明

图1显示为本发明实施例1的废水回用处理系统示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如图1所示为煤化工废水回用处理系统示意图，包括依次连接的絮凝反应池、过滤系统、臭氧催化氧化器、MBR反应池、活性炭吸附系统、树脂吸附系统、反渗透系统、正渗透系统、蒸发结晶系统。

采用上述系统进行煤化工废水进行处理的具体步骤是：

1)经生化处理后的煤化工废水首先进入絮凝反应池，反应池中设有搅拌机，促进第一絮凝剂、第二絮凝剂与废水的混合，第一种絮凝剂选用聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合氯化铁中的一种，第二絮凝剂选用PAM或阳离子淀粉。反应池出水经固液分离，上清液引入过滤系统。

2)过滤可采用砂滤、多介质过滤、纤维球过滤或活性炭过滤的一种，滤速2～15m/h，可根据出水浊度调整过滤滤速。过滤系统出水引入臭氧催化氧化反应器。

3)臭氧催化氧化反应器装填催化剂，投入臭氧。根据进水COD，臭氧投加量30～350mg/L.h，有效反应时间0.5～2h。在反应器中难降解有机物开环，大分子有机物氧化为小分子有机物，提高废水的B/C值；同时将发色基团打破，起到脱色效果。

4)臭氧催化氧化反应器出水进入MBR反应池，进一步降解有机物。MBR反应池操作参数：反应池气水比5:1～15:1，鼓风机曝气；膜平均通量12～20L/m²*h，膜孔径0.02～0.05μm。MBR出水引入活性炭吸附系统。

5)活性炭吸附系统滤速5～10m/h。

6)树脂吸附系统：树脂选用极性或非极性大孔吸附树脂，过滤速度2～10BV/h。树脂运行一个周期(100～150h)进行洗脱，洗脱频率根据出水水质而定。洗脱采用酸、碱中的一种或联合.洗脱液经fenton反应提高B/C值，然后引入煤化工废水生化系统进行再处理。Fenton反应运行参数：溶液pH值3～4，双氧水加药量：双氧水与溶液COD比值0.5:1～8:1，双氧水与硫酸亚铁物质的量比1:1～5:1。树脂出水引入反渗透系统。

7)反渗透系统：反渗透操作压力为0.5～5Mpa。反渗透流出的清水占反渗透进水的比例约70～75％(v/v)，回用于生产，余量的浓缩液(占反渗透进水的体积比约为25～30％)进入正渗透再富集浓缩。

8)正渗透进一步浓缩富集反渗透浓水，正渗透流出的清水占正渗透进水的比例约50～75％(v/v)，回用于生产，占正渗透进水25％～50％(v/v)的浓缩液进入蒸发结晶系统。

9)蒸发结晶选用MVR多效蒸发器，蒸发的冷凝水回用于生产，结晶盐外运处理。

本发明至少具有如下优点：

1、采用臭氧催化氧化工艺能在高效率脱碳和脱色的同时，不增加废水中盐含量，并能提高出水的B/C值。在进水污染物浓度COD≤200mg/L、色度≤500倍时，出水能稳定达到COD≤80mg/L、色度≤50倍。

2、MBR反应池集活性污泥生化反应与膜过滤于一体，不产生浓水，进一步去除废水中的COD，出水COD≤50mg/L、色度≤30。

3、活性炭吸附和树脂吸附进一步提高后续将进入反渗透膜的进水水质，保护反渗透膜不受污染，且树脂的洗脱液多是有机物，COD较高，经Fenton反应后，B/C值提高，可引入煤化工废水的生化系统再处理。

4、反渗透的浓液经正渗透增稠后再进蒸发结晶系统，可减少约50％～75％的溶液量，节约能耗，减少运行费用。

实施例1

采用如图1所示的处理系统，首先将经过生化处理的煤化工废水(选自某焦化厂的生化出水，COD：290mg/L，色度600倍)自流入絮凝反应池，投加聚合硫酸铁300mg/L，PAM(聚丙烯酰胺)15mg/L，反应10分钟，沉淀30分钟；出水进入多介质过滤器，滤速8m/h；过滤出水引入臭氧催化氧化反应器，反应器装填分子筛催化剂，臭氧投加量200mg/L.h，反应1h后，出水进入MBR反应池，池中装填中空纤维MBR膜，池中气水比10:1(体积比)，鼓风机曝气，膜孔径0.03μm；MBR膜出水引入活性炭吸附系统，滤速8m/h；活性炭吸附出水引入树脂吸附系统，树脂选用非极性大孔树脂，滤速4BV/h，运行130h后，树脂再生，选用酸碱联合再生液；树脂出水进入反渗透，洗脱液采用Fenton氧化，Fenton氧化反应pH值3.5，双氧水与进水COD比值4:1(质量比)，双氧水与硫酸亚铁物质的量比3:1，氧化后出水引入煤化工废水生化系统。反渗透采用碟管式反渗透膜，膜的回收率为70～75％(v/v)，膜通量13～30L/m².h，操作压力4Mpa，清洁水回收率75％(v/v)，回用于生产。反渗透所得的浓缩液(浓缩液体积占反渗透进水体积的25％)进入正渗透，向浓缩液中加入汲取液(碳酸铵水溶液)并混合后，混合液透过正渗透膜，正渗透膜水通量25～30LMH，正渗透清洁水回收率60％(v/v)，即清洁水出水的体积为正渗透进水体积的60％，40％(v/v)浓水进入MVR多效蒸发器。整个系统清洁水回收率90％(v/v)，即清洁水出水总体积占反渗透进水体积的90％，只有10％(v/v)的水进入蒸发结晶系统，蒸馏出水回用于生产，实现废水零排放。

综上所述，本发明针对煤化工废水零排放给出了一种新的组合工艺，将臭氧催化氧化、MBR、树脂吸附、反渗透进行有效组合，还可进一步组合正渗透及多效蒸发结晶；利用臭氧催化氧化，去除废水中的难降解有机物，打开发色基团，再结合MBR，进一步去除出水悬浮物或胶体，净化出水水质，减少出水COD。经过臭氧催化氧化和MBR，出水中残留的有机物再经活性炭吸附和树脂吸附，出水COD进一步降低，减轻反渗透负担，减少反渗透膜清洗频率。而树脂洗脱液经Fenton氧化后，B/C值提高，可进煤化工废水的生化系统再处理。反渗透回收率70～75％，25～30％的浓水经正渗透富集浓缩后，再进蒸发结晶系统。相对于传统的膜法工艺，清洁回用水的回收率更高，整个工艺系统出水率约90％，只有10％的浓缩液进入蒸发结晶系统。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种废水回用处理方法，其特征在于，包括依次对废水进行絮凝反应、过滤、臭氧催化反应、MBR反应、活性炭吸附、树脂吸附、反渗透。

2.根据权利要求1所述的废水回用处理方法，其特征在于：絮凝反应时，采用的絮凝剂包括第一絮凝剂、第二絮凝剂，所述第一絮凝剂选自聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合氯化铁中的至少一种，所述第二絮凝剂选自PAM、阳离子淀粉中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的废水回用处理方法，其特征在于：所述第一絮凝剂的投加量为300～500mg/L，所述第二絮凝剂的投加量为10～20mg/L。

4.根据权利要求1所述的废水回用处理方法，其特征在于：所述废水的COD≤500mg/L；

和/或，絮凝反应时，反应时间为5～30min；

和/或，絮凝反应后，沉淀30～60min；

和/或，过滤时，采用砂滤、多介质过滤、纤维球过滤或活性炭过滤；

和/或，过滤时，滤速为2～15m/h；

和/或，控制过滤后的出水浊度为5～8；

和/或，臭氧催化氧化时，在臭氧催化氧化反应器中进行，反应器内装填分子筛催化剂；

和/或，臭氧催化氧化时，臭氧投加量为30～350mg/L，优选为100～250mg/L，更优选为100～200mg/L；

和/或，臭氧催化氧化时，反应时间为0.5～2h；

和/或，MBR反应时，在MBR反应池中进行，池中装填中空纤维MBR膜；

和/或，MBR反应时，MBR反应池中池中气水比为(5～15):1；

和/或，MBR反应时，MBR膜孔径为0.02～0.05μm；

和/或，MBR反应时，膜平均通量为12～20L/m²*h；

和/或，MBR出水COD为50～70mg/L，色度30～50倍；

和/或，活性炭吸附时，滤速为5～10m/h；

和/或，树脂吸附时，树脂为非极性大孔树脂；

和/或，所述树脂的比表面积为700～1000m²/g，平均孔径为8～15nm；

和/或，树脂吸附时，滤速2～10BV/h；

和/或，树脂吸附时，树脂的运行周期为100～150h。

5.根据权利要求1所述的废水回用处理方法，其特征在于：对树脂再生所得的洗脱液进行芬顿氧化，氧化后出水回到废水生化系统进行处理。

6.根据权利要求5所述的废水回用处理方法，其特征在于：芬顿氧化反应时，反应液pH值控制为3～4；

和/或，芬顿氧化反应时，投加双氧水，双氧水与进水COD质量之比为(0.5～8)：1，双氧水质量浓度为27.5％，优选地，双氧水与进水COD质量之比为4：1；

和/或，芬顿氧化反应时，投加硫酸亚铁，双氧水与硫酸亚铁物质的量之比为(1～5)：1。

7.根据权利要求1所述的废水回用处理方法，其特征在于：反渗透时，采用碟管式反渗透膜；

和/或，反渗透时，操作压力为0.5～5Mpa，优选为4Mpa；

和/或，反渗透膜的清洁水回收率为70～75％(v/v)；

和/或，反渗透膜的膜通量为13～30LMH；

和/或，反渗透膜的运行周期为6～7个月。

8.根据权利要求1所述的废水回用处理方法，其特征在于：反渗透所得的浓液进入正渗透；

和/或，正渗透膜的清洁水回收率为50％(v/v)～75％(v/v)；

和/或，正渗透膜的膜通量为25～30LMH；

和/或，正渗透时，进水与汲取液混合后，再透过正渗透膜；

和/或，所述汲取液选自碳酸铵水溶液；

和/或，正渗透所得的浓液进入蒸发结晶系统。

9.根据权利要求1所述的废水回用处理方法，其特征在于：对树脂再生所得的洗脱液进行芬顿氧化，氧化后出水回到废水生化系统进行处理。

10.一种废水回用处理系统，其特征在于：包括依次连接的絮凝反应池、过滤系统、臭氧催化氧化系统、MBR反应池、活性炭吸附系统、树脂吸附系统、反渗透系统；

所述絮凝反应池用于对废水进行絮凝沉淀；

所述过滤系统用于对所述絮凝反应池的出水进行过滤处理；