CN213771708U - 一种新型废水除硬的膜处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及水处理领域，具体涉及一种新型废水除硬的膜处理系统。本实用新型实施例提供的新型废水除硬的膜处理系统，包括：除硬系统，浓缩系统，分盐系统和回用水罐，其中，除硬系统包括：Na型阳离子交换器，弱酸阳离子交换器，电渗析系统和第一蒸发结晶装置。本实用新型提供的膜处理系统，通过Na型阳离子交换器和弱酸阳离子交换器来降低高盐废水的硬度，不再需要化学药剂的大量投加，减少了化学污泥的量，并降低了运行成本；此外，对离子交换后产生的含钠离子的盐水处理后得到氯化钠盐水，可用作Na型阳离子交换器的再生液，充分实现了水的再生利用以及来水中盐的再生利用。
Description
技术领域
本实用新型涉及水处理领域，具体涉及一种新型废水除硬的膜处理系统。
背景技术
目前，水作为我们宝贵的不可再生资源的理念已经越来越被人们接受，生活水平的提高，工业的快速发展，使工业废水总量呈快速上升阶段，工业废水按主污染源的不同可分为有机污染的废水和含盐废水。产生含盐废水的情形主要有：a.在锅炉的使用过程中，通常利用高品质的除盐水作为传热的介质，而生产除盐水的过程中，一定会有含盐废水排出；b.在利用水进行冷却的环境中，特别是闭式循环冷却水的应用中，水被浓缩后排放，产生高含盐量的废水；c.污水的中水回用(再生水回用)中，水中也含有盐分，影响了中水的应用。
反渗透膜处理技术是一种常温下高脱盐的处理工艺，其利用压力差使水透过膜而溶解性固体(溶解在水中的各种固体，如碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、磷酸盐等)截留在膜的另一侧。反渗透膜处理技术因其不需要消耗酸/碱再生剂、脱盐等特点被广泛应用。
利用反渗透膜处理技术处理含盐废水时，含盐废水中的溶解性固体易在膜的浓水侧结垢从而造成膜处理系统水回收率低或膜系统不能使用等问题。为防止溶解性固体中的结垢性物质对反渗透膜的污堵，需要对来水进行处理，降低来水中的结垢性物质(主要是钙离子和镁离子)含量。目前，常用的去除结垢性物质的方法是投加化学药剂，如：石灰、碳酸钠等，通过化学反应产生碳酸钙、氢氧化镁沉淀，达到去除大部分硬度的目的。
但是，投加化学药剂的方法需要投加大量的化学药剂，大大增加了运行成本，此外还会产生大量的化学污泥，对企业的运行造成负担。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
实用新型目的
为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种新型废水除硬的膜处理系统。本实用新型提供的膜处理系统，通过Na型阳离子交换器和弱酸阳离子交换器来降低高盐废水的硬度，不再需要化学药剂的大量投加，减少了化学污泥的量，并降低了运行成本；此外，对离子交换后产生的含钠离子的盐水处理后得到氯化钠盐水，可作为Na型阳离子交换器的再生液，充分实现了水的再生利用以及来水中盐的再生利用。
解决方案
为实现本实用新型的目的，本实用新型实施例提供了一种新型废水除硬的膜处理系统，包括：
除硬系统，浓缩系统，分盐系统和回用水罐，其中：
除硬系统包括：
Na型阳离子交换器，Na型阳离子交换器上设置有进液口、出液口、再生液进口、再生液出口，
弱酸阳离子交换器，弱酸阳离子交换器上设置有进液口、出液口、再生液进口、再生液出口，Na型阳离子交换器的出液口和弱酸阳离子交换器的进液口相连通，
电渗析系统，和第一蒸发结晶装置，Na型阳离子交换器的再生液出口和弱酸阳离子交换器的再生液出口分别按液体流动方向依次与电渗析系统和第一蒸发结晶装置相连通；
浓缩系统包括：
第一反渗透装置，第一反渗透装置上设置有进液口、浓水出口和产水出口，弱酸阳离子交换器的出液口与第一反渗透装置的进液口相连通；
和，浓水罐，浓水罐设置有进液口、出液口，第一反渗透装置的浓水出口与浓水罐的进液口相连通；
分盐系统包括：
分盐装置，分盐装置上设置有进液口、产水出口和浓水出口，浓水罐的出液口与分盐装置的进液口相连通，
产水罐，产水罐设置有进液口和出液口，分盐装置的产水出口和产水罐的进液口相连通，
第二反渗透装置，第二反渗透装置设置有进液口、产水出口和浓水出口，产水罐的出液口与第二反渗透装置的进液口相连通，第二反渗透装置的浓水出口与Na型阳离子交换器的再生液进口相连通；
第一反渗透装置的产水出口、第二反渗透装置的产水出口分别与回用水罐的进液口相连通。
本实用新型中，术语“相连通”用于说明液体在膜处理系统内的流动方向，包括直接连接和间接连接。“A与B相连通”指液体从A流向B，其中，液体可以从A直接流入B，也可以经过A和B之间的水池或泵等后进入B中。
上述新型废水除硬的膜处理系统在一种可能的实现方式中，所述分盐装置为纳滤装置。
上述新型废水除硬的膜处理系统在一种可能的实现方式中，浓缩系统还包括：设置在弱酸阳离子交换器和第一反渗透装置之间的串联的除碳器，第一超滤装置，和超滤产水槽。
上述新型废水除硬的膜处理系统在一种可能的实现方式中，所述膜处理系统还包括结晶回收系统；所述结晶回收系统包括：
非均相氧化装置，和第二蒸发结晶装置，纳滤装置的浓水出口按照液体流动方向依次与非均相氧化装置和第二蒸发结晶装置串联。
上述新型废水除硬的膜处理系统在一种可能的实现方式中，所述膜处理系统还包括超滤浓缩系统和沉淀、过滤系统；
所述超滤浓缩系统包括：
第二超滤装置，第二超滤装置设置有进液口和出液口；
中间水罐，中间水罐设置有进液口和出液口，第二超滤装置的出液口和中间水罐的进液口相连通；
第三反渗透装置，第三反渗透装置设置有进液口、浓水出口和产水出口，中间水罐的出液口与第三反渗透装置的进液口相连通，第三反渗透装置的产水出口与回用水罐相连通；
所述沉淀、过滤系统包括：
第二浓水罐，
高密度沉淀系统，
滤池，
和滤后水池，第三反渗透装置的浓水出口按照液体流动方向依次与第二浓水罐、高密度沉淀系统、滤池、滤后水池、Na型阳离子交换器的进液口串联。
上述新型废水除硬的膜处理系统在一种可能的实现方式中，所述膜处理系统用于处理含盐废水；所述废水的残留硬度为100-2000mg/L。
上述新型废水除硬的膜处理系统在一种可能的实现方式中，Na型阳离子交换器和弱酸阳离子交换器的数量根据含盐废水的量和其残留硬度调整，可以为数个至数十个。
上述新型废水除硬的膜处理系统在一种可能的实现方式中，反渗透装置为本领域常用型号，包括普通抗污染反渗透膜，或海水淡化反渗透膜；根据来水中TDS的含量不同选择不同反渗透装置膜的种类，如TDS＞10000mg/L时，选海水淡化反渗透膜；TDS＜10000mg/L时，选普通抗污染反渗透膜。
上述新型废水除硬的膜处理系统在一种可能的实现方式中，Na型阳离子交换器为本领域常规型号，包括固定床、连续交换床或浮动床；可选地为固定床。
上述新型废水除硬的膜处理系统在一种可能的实现方式中，弱酸阳离子交换器为本领域常规型号，包括固定床、连续交换床或浮动床；可选地为固定床。
上述新型废水除硬的膜处理系统在一种可能的实现方式中，纳滤系统、电渗析系统、超滤系统、高密度沉淀系统及滤池等均为本领域常规设备。
本实用新型实施例还提供了一种新型废水除硬的膜处理方法，所述方法包括下述步骤：
使用Na型阳离子交换器和弱酸阳离子交换器对含盐废水通过离子交换进行除硬；
离子交换后得到的含钠离子的盐水经浓缩和分盐处理后得到氯化钠盐水，所述氯化钠盐水用作Na型阳离子交换器的再生液。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，所述方法包括下述步骤：将含盐废水经过Na型阳离子交换器和弱酸阳离子交换器除硬后，再进入反渗透装置进行处理；对反渗透产水进行回收；对反渗透浓水进行分盐处理，得到以氯化钠为主要成分的浓水和以硫酸钠为主要成分的浓水；
对以硫酸钠为主要成分的浓水进行蒸发结晶回收；
将以氯化钠为主要成分的浓水经反渗透装置浓缩后，作为再生液进行Na型阳离子交换器的再生；对再生后产生的再生废液浓缩后，进行蒸发结晶回收。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，Na型离子交换器的出水的残留硬度在0.1-0.5mmoL/L。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，弱酸阳离子交换器的出水的残留硬度在0.05-0.1mmoL/L。残留硬度(总硬度)是指水中Ca2+、Mg2+的总量，包括暂时硬度和永久硬度；水中Ca2+、Mg2+以酸式碳酸盐形式存在的部分，因其遇热即形成碳酸盐沉淀而被除去，称之为暂时硬度(碳酸盐硬度)；而水中Ca2+、Mg2+以硫酸盐、硝酸盐和氯化物等形式存在的部分，因其性质比较稳定，不能够通过加热的方式除去，故称为永久硬度。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，分盐通过纳滤系统或电渗析系统中的一种或多种进行；可选地，分盐通过纳滤系统进行。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，所述方法还包括下述步骤：将含盐废水经过Na型阳离子交换器和弱酸阳离子交换器除硬后，进入反渗透装置进行处理前，先经过除碳器和超滤装置处理；其中，除碳器用于除去CO2，超滤装置用于除去胶体和悬浮物等。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，Na型阳离子交换器和弱酸阳离子交换器的数量根据含盐废水的量和其残留硬度调整，可以为数个至数十个。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，以氯化钠为主要成分的浓水经反渗透装置浓缩后产生的反渗透浓水中，氯化钠控制在5％左右，浊度＜2NTU。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，所述方法还包括下述步骤：含盐废水经过Na型阳离子交换器和弱酸阳离子交换器除硬前，先经过浓缩和沉淀、过滤处理；浓缩通过超滤装置和反渗透装置进行，沉淀、过滤通过高密度沉淀系统和滤池进行。其中，超滤装置用于去除悬浮物、胶体等；高密度沉淀系统用于去除水中的暂硬、悬浮物；滤池用于进一步去除水中的悬浮物。实际使用时，可根据待处理的含盐废水中残留硬度的量，设计超滤装置出水、反渗透装置出水、高密度沉淀系统出水以及滤池出水中SDI(淤泥密度指数)、TDS(总溶解固体)、出水浊度或残留硬度等指标，能实现最终对含盐废水的处理目标即可。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，所述废水为含盐废水；所述废水的残留硬度为100-2000mg/L。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，反渗透装置为本领域常用型号，包括普通抗污染反渗透膜，或海水淡化反渗透膜；根据来水中TDS的含量不同选择不同反渗透装置膜的种类，如TDS＞10000mg/L时，选海水淡化反渗透膜；TDS＜10000mg/L时，选普通抗污染反渗透膜。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，Na型阳离子交换器为本领域常规型号，包括固定床、连续交换床或浮动床；可选地为固定床。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，弱酸阳离子交换器为本领域常规型号，包括固定床、连续交换床或浮动床；可选地为固定床。
上述膜处理方法在一种可能的实现方式中，纳滤系统、电渗析系统、超滤系统、高密度沉淀系统及滤池等均为本领域常规设备。
有益效果
(1)本实用新型实施例中提供的新型废水除硬的膜处理系统，高盐废水通过Na型阳离子交换器和弱酸阳离子交换器除硬后，出水中的无机盐成分主要为氯化钠和硫酸钠，不易结垢，解决了高盐废水经反渗透装置处理时反渗透膜的结垢问题，保证了反渗透装置的稳定运行；经反渗透装置和分盐装置处理后得到的氯化钠盐水，可用作Na型阳离子交换器的再生液。
本方法不再需要投加大量的化学药剂，减少了化学污泥的产量，同时充分利用处理过程中产生的氯化钠，大大降低了处理成本，简单易行。
经上述预处理后的出水，回收率可达到90％以上。
(2)本实用新型实施例中提供的新型废水除硬的膜处理系统，除碳器去除来水中的溶解性二氧化碳，除碳器的出水中无机盐成分主要为氯化钠和硫酸钠，经反渗透装置处理后，无机盐被浓缩，反渗透浓缩液为高浓度的氯化钠和硫酸钠浓盐水；这部分浓盐水进一步进入分盐装置中进行处理，经纳滤系统或电渗析系统进行分盐，将氯化钠和硫酸钠分离，得到以氯化钠为主的浓盐水和以硫酸钠为主的浓盐水；得到的氯化钠浓盐水纯度及浓度满足Na型阳离子交换器的再生要求，可节约Na型阳离子交换器再生时所需的氯化钠，节约成本。Na型阳离子交换器是以钠离子置换来水中的钙离子、镁离子等二价离子，其饱和后，需要采用氯化钠再生。
用氯化钠浓盐水再生Na型阳离子交换器的过程中，钠离子与钙离子交换，产生氯化钙浓盐水，再经蒸发结晶产生氯化钙。而传统工艺产生的无机盐为氯化钠和硫酸钠；相比而言，氯化钙的价值比氯化钠更高。
(3)本实用新型实施例中提供的新型废水除硬的膜处理系统，主要使用离子交换器来去除永久硬度，因此，在高密度沉淀系统中，只需投加少量石灰以除去来水中的HCO3 -和暂时硬度即可，石灰投加量远低于常规化学药剂除硬工艺。其中，除去来水中的HCO3 -利于防止反渗透膜结垢，影响产水量，同时有利于提高后续获得的蒸发结晶盐的纯度。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
图1是本实用新型实施例1中新型废水除硬的膜处理方法的流程图。
图2是本实用新型实施例2中新型废水除硬的膜处理系统的示意图。
主要附图标记：
1-Na型阳离子交换器，2-弱酸阳离子交换器，3-电渗析系统，4-第一蒸发结晶装置，41-MVR蒸发器，42-单效蒸发结晶装置，5-第一反渗透装置，6-浓水罐，7-分盐装置，8-产水罐，9-第二反渗透装置，10-回用水罐，11-除碳器，12-第一超滤装置，13-超滤产水槽，14-非均相氧化装置，15-第二蒸发结晶装置，151-硫酸钠冷冻结晶装置，152-杂盐装置，16-第二超滤装置，17-中间水罐，18-第三反渗透装置，19-第二浓水罐，20-高密度沉淀系统，21-滤池，22-滤后水池。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实施例中，对于本领域技术人员熟知的原料、元件、方法、手段等未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。
下述实施例中，残留硬度(总硬度)根据“水质钙和镁总量的测定GB/T 7477-1987”记载的方法进行；
碳酸盐硬度(暂时硬度)根据“地下水质检验方法乙二胺四乙酸二钠滴定法测定硬度DZ/T0064.15-1993附录B”记载的方法进行；
总溶解固体(TDS)含量根据“《水和废水监测分析方法》(第四版增补版)第三篇、第一章、七、(二)”记载的方法进行。
SDI(淤泥密度指数)根据“水的淤泥密度指数(SDI)的标准试验方法ASTM D4189-2007(2014)”测试；
浊度根据“《水和废水监测分析方法》(第四版增补版)第三篇第一章四节(一)”记载的方法进行；
钠、氯、镁、钙离子浓度根据“水质32种元素的测定HJ776-2015”记载的方法进行；
碳酸氢根的含量根据“《水和废水监测分析方法》(第四版增补版)第三篇、第一章、十二、(一)”记载的方法进行；
pH值根据“水质pH值的测定GB/T 6920-1986”记载的方法进行；
CO2的含量根据“《水和废水监测分析方法》(第四版增补版)第三篇、第一章、十三、(一)”记载的方法进行；
COD(化学需氧量)的测定根据“水质化学需氧量的测定HJ 828-2017”记载的方法进行；
铁的含量根据“水质铁的测定(试行)HJ/T 345-2007 6.3”记载的方法进行。
实施例1
一种新型废水除硬的膜处理方法，所述方法包括下述步骤：
使用Na型阳离子交换器和弱酸阳离子交换器对含盐废水通过离子交换进行除硬；
离子交换后得到的含钠离子的盐水经浓缩和分盐处理后得到的含氯化钠的盐水用于再生Na型阳离子交换器；
具体包括下述步骤：
(1)含盐废水先经过浓缩和沉淀、过滤处理；浓缩通过超滤装置和反渗透装置进行，沉淀、过滤通过高密度沉淀系统和滤池进行。其中，超滤装置用于去除悬浮物、胶体等；高密度沉淀系统用于去除水中的暂硬、悬浮物；滤池用于进一步去除水中的悬浮物。根据待处理的含盐废水中残留硬度的量，设计超滤装置出水、反渗透装置出水、高密度沉淀系统出水以及滤池出水中SDI(淤泥密度指数)、TDS(总溶解固体)、出水浊度或残留硬度等指标，能实现最终对含盐废水的处理目标即可。
(2)将沉淀过滤处理后的含盐废水经过Na型阳离子交换器和弱酸阳离子交换器除硬后，经过除碳器和超滤装置处理；其中，除碳器用于除去CO2，超滤装置用于除去胶体和悬浮物等；
再进入反渗透装置进行处理；对反渗透产水进行回收；对反渗透浓水进行分盐处理，得到以氯化钠为主要成分的浓水和以硫酸钠为主要成分的浓水；
对以硫酸钠为主要成分的浓水进行蒸发结晶回收；
将以氯化钠为主要成分的浓水经反渗透装置浓缩后，作为再生液进行Na型阳离子交换器的再生；对再生后产生的再生废液浓缩后，进行蒸发结晶回收。
其中，Na型离子交换器的出水的残留硬度在0.1-0.5mmoL/L；
弱酸阳离子交换器的出水的残留硬度在0.05-0.1mmoL/L；
分盐通过纳滤系统或电渗析系统进行；
Na型阳离子交换器和弱酸阳离子交换器的数量根据含盐废水的量和其残留硬度调整，可以为数个至数十个；
以氯化钠为主要成分的浓水经反渗透装置浓缩后产生的反渗透浓水中氯化钠控制在5％左右，铁＜0.3mg/L、浊度＜2NTU；
所述废水为含盐废水；所述废水的残留硬度为100-2000mg/L。
反渗透装置为本领域常用型号，包括普通抗污染反渗透膜，或海水淡化反渗透膜；根据来水中TDS的含量不同选择不同反渗透装置膜的种类，如TDS＞10000mg/L时，选海水淡化反渗透膜；TDS＜10000mg/L时，选普通抗污染反渗透膜。
Na型阳离子交换器为本领域常规型号，包括固定床、连续交换床或浮动床，可以选用固定床；弱酸阳离子交换器为本领域常规型号，包括固定床、连续交换床或浮动床，可以选用固定床；纳滤系统、电渗析系统、超滤系统、高密度沉淀系统及滤池等均为本领域常规设备。
实施例2
如图1和图2所示，一种新型废水除硬的膜处理系统，包括：
除硬系统，浓缩系统，分盐系统和回用水罐，其中：
除硬系统包括：
Na型阳离子交换器1，Na型阳离子交换器1上设置有进液口、出液口、再生液进口、再生液出口，
弱酸阳离子交换器2，弱酸阳离子交换器2上设置有进液口、出液口、再生液进口、再生液出口，Na型阳离子交换器1的出液口和弱酸阳离子交换器2的进液口相连通，
电渗析系统3，和第一蒸发结晶装置4，Na型阳离子交换器1的再生液出口和弱酸阳离子交换器2的再生液出口分别按液体流动方向依次与电渗析系统3和第一蒸发结晶装置4相连通；
浓缩系统包括：
第一反渗透装置5，第一反渗透装置5上设置有进液口、浓水出口和产水出口，弱酸阳离子交换器2的出液口与第一反渗透装置5的进液口相连通；
和，浓水罐6，浓水罐6设置有进液口、出液口，第一反渗透装置5的浓水出口与浓水罐6的进液口相连通；
分盐系统包括：
分盐装置7，分盐装置7上设置有进液口、产水出口和浓水出口，浓水罐6的出液口与分盐装置7的进液口相连通，
产水罐8，产水罐8设置有进液口和出液口，分盐装置7的产水出口和产水罐8的进液口相连通，
第二反渗透装置9，第二反渗透装置9设置有进液口、产水出口和浓水出口，产水罐8的出液口与第二反渗透装置9的进液口相连通，第二反渗透装置9的浓水出口与Na型阳离子交换器1的再生液进口相连通；
第一反渗透装置5的产水出口、第二反渗透装置9的产水出口分别与回用水罐10的进液口相连通。
上述实施例中，可选地，分盐装置7为纳滤装置。
上述实施例中，可选地，浓缩系统还包括：设置在弱酸阳离子交换器2和第一反渗透装置5之间的串联的除碳器11，第一超滤装置12，和超滤产水槽13。
上述实施例中，可选地，所述膜处理系统还包括结晶回收系统；所述结晶回收系统包括：
非均相氧化装置14，和第二蒸发结晶装置15，纳滤装置的浓水出口按照液体流动方向依次与非均相氧化装置14和第二蒸发结晶装置15串联。
上述实施例中，可选地，所述膜处理系统还包括超滤浓缩系统和沉淀、过滤系统；
所述超滤浓缩系统包括：
第二超滤装置16，第二超滤装置16设置有进液口和出液口；
中间水罐17，中间水罐17设置有进液口和出液口，第二超滤装置16的出液口和中间水罐17的进液口相连通；
第三反渗透装置18，第三反渗透装置18设置有进液口、浓水出口和产水出口，中间水罐17的出液口与第三反渗透装置18的进液口相连通，第三反渗透装置18的产水出口与回用水罐17相连通；
所述沉淀、过滤系统包括：
第二浓水罐19，
高密度沉淀系统20，
滤池21，
和滤后水池22，第三反渗透装置18的浓水出口按照液体流动方向依次与第二浓水罐19、高密度沉淀系统20、滤池21、滤后水池22、Na型阳离子交换器1的进液口串联。
实施例3
使用实施例1提供的新型废水除硬的膜处理系统对工业园区高含盐量废水进行中试试验：
其中，中试试验水源为污水处理厂出水；
中试试验水源水质见表1；碱度、硬度以CaCO3计。
表1中试试验水源水质
中试试验用药品规范如下：
中试试验包括下述步骤：
(一)一段处理
1、第二超滤装置16及第三反渗透装置18调试
来水首先进入第二超滤装置16去除水中的悬浮物、胶体等，通过膜过滤作用，使出水SDI(淤泥密度指数)＜3；
之后进入第三反渗透装置18进行盐分浓缩；通过调整第三反渗透浓水流量，将第三反渗透装置18回收率控制在70％-75％之间，浓盐水TDS(总溶解固体)控制在15000mg/L左右、钠离子在4000mg/L左右，氯离子控制在6000mg/L左右，镁离子控制在100mg/L左右，钙离子控制在1400mg/L左右，碳酸氢根控制在1300mg/L左右。
其中：
a.所用的第二超滤装置16，数量为1套，膜组件数量为1支，外形尺寸为1500×800，出力为3m3/h，功率为7.5KW；
来水通过超滤给水泵加压后，首先进入自清洗过滤器去除颗粒物质，之后进入第二超滤装置16进行膜过滤，去除水中的胶体及悬浮物质；过滤后的产水通过中间水罐17进入后续工艺单元；
定时通过超滤反洗泵对超滤装置进行反洗；定期通过次氯酸钠加药装置、柠檬酸加药装置、碱加药装置对超滤装置进行化学清洗，减少膜污堵，保证超滤系统运行稳定。
b.所用的第三反渗透装置18，数量为1套，膜组件数量为2支，膜组件型号为PROC10，外形尺寸为2100×3500，出力为2.2m3/h，功率为30KW；
来水通过反渗透给水泵加压后，通过阻垢剂加药装置、还原剂加药装置、非氧化杀菌剂装置，向反渗透给水泵出水管路中投加阻垢剂溶液、还原剂溶液、非氧化杀菌剂溶液，来水与上述溶液混合之后进入保安过滤器，然后通过高压泵加压后进入第三反渗透装置18，通过反渗透膜的选择性透过作用，产水进入回用水罐10，浓水通过第二浓水罐19进入高密度沉淀系统20系统。
2、高密度沉淀系统20的调试
在高密度沉淀系统20的石灰池内，调整石灰的加药量；试验时最终确定石灰加药量为1000mg/L；出水进入絮凝剂池内；
在絮凝剂池内，投加不同剂量的絮凝剂PAC(聚合氯化铝)，观察矾花的形态和测定出水的浊度，试验最终确定絮凝剂的投加量为30mg/L；出水进入PAM(聚丙烯酰胺，助凝剂)池内；
在PAM池内，投加不同剂量的PAM，试验最终确定PAM的投加量为0.5mg/L；
按30mg/L投加絮凝剂，按1000mg/L投加石灰，按0.5mg/L投加PAM，稳定运行2天，测定出水的pH、浊度和碳酸盐硬度，上述三种指标均值控制在如下的水平：碳酸盐硬度：99.60mg/L；pH：10.4；浊度：3.5mg/L；高密度沉淀系统20系统调试完成。
其中，高密度沉淀系统20的出力为1m3/h，外形尺寸为3200×3750，功率为2.2kW，材质为碳钢；
来水依次经过高密度沉淀系统20的石灰反应池、絮凝剂反应池、PAM反应池，通过投加石灰、絮凝剂、PAM去除水中的暂硬、悬浮物；反应完的出水进入高密度沉淀系统20系统的沉淀浓缩池，通过斜管和浓缩机进行固液分离，出水进入后续处理单元；沉淀污泥通过剩余污泥泵输送至污泥处理系统。
高密度沉淀系统20中，加入石灰可除去来水中的HCO3 -和部分暂时硬度。其中，除去来水中的HCO3 -利于防止反渗透膜结垢，影响产生量，同时有利于提高后续获得的蒸发结晶盐的纯度。
由于本实用新型采用离子交换器去除大部分镁离子，因此高密度沉淀系统20系统中石灰投加量仅需考虑去除暂时硬度，不需要考虑对镁离子的去除，故石灰投加量远低于常规化学药剂除硬工艺。
3、过滤系统的调试
(1)高密度沉淀系统20出水加酸量的调整：
向高密度沉淀系统20的出水中加入不同量的98％的硫酸，测定高密度沉淀系统20出水的pH值；最终确定当加酸量为33mg/L时，高密度沉淀系统20系统出水的pH为7.9；按此条件加酸。
(2)加酸后的高密度沉淀系统20出水进入石英砂滤池21，测定石英砂滤池21出水的浊度和观察滤料表面的变化；当滤料表面无白色结晶出现，以及滤池21出水浊度控制在小于2.1mg/L时，按此条件运行滤池。
其中，石英砂滤池21的出力为1m3/h，外形尺寸为1100×3750，材质为碳钢；
来水自流进入滤池21，通过石英砂的截留过滤作用，悬浮物质被截留在石英砂填料中，过滤后的出水通过滤后水池22进入一级Na型阳离子交换器1处理；
定期通过反洗水泵和反洗风机对滤池21进行反洗，去除石英砂填料中被截留的悬浮物质。
4、一级Na型阳离子交换器1的调试
控制一级Na型阳离子交换器1出水的残留硬度在0.2mmoL/L，按此条件控制Na型阳离子交换器1的再生终点；出水进入二级弱酸阳离子交换器2。
其中，所用的Na型阳离子交换器1，出力为1m3/h，外形尺寸为1000×3300，材质为有机玻璃，树脂层高为2000mm，树脂型号为001x7，数量为2台。
5、二级弱酸阳离子交换器2的调试
控制二级弱酸阳离子交换器2出水的残留硬度在0.05mmoL/L；二级弱酸阳离子交换器2的出水进入除碳器11进行处理；
其中，所用的弱酸阳离子交换器2的出力为1m3/h，外形尺寸为600×2300，材质为有机玻璃，树脂层高为1000mm，树脂型号为D113，数量为2台。
6、除碳器11的运行调试
控制除碳器11出水的CO2在5mg/L。
其中，除碳器11的出力为1m3/h，外形尺寸为500×3150，填料层高为1500mm，配套功率为0.75kW，数量为1套；
在除碳器11的进水管道中加入酸，使来水中的碳酸氢根与酸反应生成二氧化碳和水，反应后的水自除碳器11上部引入，经喷淋装置，流过填料层表面；空气自下部风口进入，逆向穿过填料层；水中的游离二氧化碳迅速解析进入空气中，自顶部排出；除碳器11出水进入第一超滤装置12处理。
(二)二段处理
1、二段超滤及二段反渗透调试
除碳器11出水进入第一超滤装置12，去除水中的浓盐水悬浮物、胶体等，使出水SDI＜3，然后进入第一反渗透装置5进一步进行盐分浓缩；
通过调整第一反渗装置5的浓水流量，将第一反渗透回收率控制在68％-73％之间，浓盐水TDS控制在50000mg/L左右，钠离子在17000mg/L左右，氯离子控制在20000mg/L左右，镁离子控制在5mg/L左右，钙离子控制在8mg/L左右，碳酸氢根控制在300mg/L左右。其中：
a.第一超滤装置12的出力为1m3/h，外形尺寸为1500×800，膜组件数量为1支，功率为7.5kW，数量为1套；
来水通过超滤给水泵加压后，首先进入自清洗过滤器去除颗粒物质，之后进入超滤装置进行膜过滤，去除水中的胶体及悬浮物质，过滤后的产水通过超滤产水槽13进入第一反渗透装置5；
b.第一反渗透装置5的数量为1套，膜组件数量为1支，膜组件型号为PROC10，外形尺寸为1600×2700，出力为0.7m3/h，功率为45kW；
来水通过反渗透给水泵加压后，根据来水水质特点通过阻垢剂加药装置、还原剂加药装置、非氧化杀菌剂装置以及碱加药装置，向反渗透给水泵出水管路中投加阻垢剂溶液、还原剂溶液、非氧化杀菌剂溶液、碱溶液，来水与溶液混合之后进入保安过滤器，然后通过高压泵加压后进入第一反渗透装置5，通过反渗透膜的选择性透过作用，产水进入回用水罐10，浓水通过浓水罐6进入纳滤装置。
2、纳滤装置调试
(1)第一反渗透装置5的浓水通过浓水罐6进入纳滤装置进行分盐；
通过调整纳滤浓水流量，使纳滤整体回收率调整在77％-82％之间；纳滤产水TDS控制在32000mg/L左右，钠离子在12000mg/L左右，氯离子控制在20000mg/L左右，镁离子控制在3mg/L左右，钙离子控制在6mg/L左右，碳酸氢根控制在200mg/L左右；
纳滤浓水TDS控制在100000mg/L左右，钠离子在37000mg/L左右，氯离子控制在20000mg/L左右，镁离子控制在20mg/L左右，钙离子控制在100mg/L左右，碳酸氢根控制在700mg/L左右。
其中，纳滤装置的出力为0.6m3/h，外形尺寸为1600×2700，膜组件数量为1支，膜组件型号为DurafouL NF8040F，功率为30kW，数量为1；
来水通过纳滤给水泵加压后，根据来水水质特点通过阻垢剂加药装置、还原剂加药装置以及碱加药装置，向纳滤给水泵出水管路中投加阻垢剂溶液、还原剂溶液、碱溶液，来水与上述溶液混合之后进入保安过滤器，然后通过高压泵加压后进入纳滤装置，通过纳滤膜的选择性透过作用，纳滤产水通过产水罐8进入第二反渗透装置9，纳滤浓水进入非均相氧化装置14。
3、非均相催化氧化装置14和第二蒸发结晶装置15的调试
(1)调整双氧水投加量，控制非均相催化氧化装置14出水的COD(化学需氧量)在300mg/L以下；以此确定双氧水投加量为12mL/L。
其中：所用的非均相催化氧化装置14的出力为0.4m3/h，外形尺寸为2500×1400，功率为2.2kW，数量为1套；
来水经非均相提升泵加压进入非均相反应塔，在进反应塔的管路上通过双氧水加药装置加入双氧水，使来水、双氧水以及反应塔内催化剂在反应塔内充分反应，保证出水COD控制在300mg/L以下；出水进入第二蒸发结晶装置15处理；
定期通过酸加药装置、碱加药装置和再生泵对反应塔内的催化剂进行再生，保证催化剂活性。
(2)第二蒸发结晶装置15包括硫酸钠冷冻结晶装置151和杂盐装置152；
将上述来水蒸发浓缩到TDS约25％左右后，进入硫酸钠冷冻结晶装置151，得到Na2SO4·10H2O；最终得到纯的硫酸钠盐约20kg/h。
其中，硫酸钠冷冻结晶装置151的出力为0.4m3/h，外形尺寸为4800×3700，功率为11kW，数量为1；
来水首先进入蒸发器，蒸发浓缩到TDS约25％左右时进入冷冻结晶装置进行冷冻结晶，硫酸钠在低温状态下结晶成Na2SO4·10H2O，之后进入芒硝离心机进行固液分离，分离后的结晶物Na2SO4·10H2O再通过高温蒸馏水溶解(用芒硝蒸发器产高温蒸馏水溶解)，溶解后进入芒硝蒸发器进行蒸发结晶处理，得到纯的硫酸钠盐。
(3)杂盐装置152的调试
将硫酸钠冷冻结晶装置151的出水离心，离心后的母液(含氯化钠和硫酸钠)进入杂盐强制循环蒸发器分离室内与循环液充分混合后通过杂盐强制循环泵输送至加热器换热管内，流速控制在2m/s左右。加热后的循环液从加热器流出到低压的分离室中，高温循环液在此发生闪蒸，将其不断循环浓缩，待废水达到其饱和浓度，继续蒸发，析出氯化钠、硫酸钠晶体，析出的晶体沉降在分离室底部，由晶浆泵输送至离心机内进行固液分离，分离得到的母液返回杂盐分离室继续蒸发结晶，分离后得到的结晶盐装袋外运；最终将所有的盐以固体的形式排出，实现零排放含盐液体。
杂盐装置152的出力为0.06m3/h，外形尺寸为2800×1400，功率为15kW，数量为1套。
(三)三段处理
1.第二反渗透装置9的调试
纳滤产水进入第二反渗透装置9，对盐分进行进一步浓缩；
通过控制反渗透浓水测流量，将反渗透回收率控制在35％-40％之间；
反渗透浓水中氯化钠控制在5％左右，铁＜0.3mg/L、浊度＜2NTU。
其中，第二反渗透装置9的数量为1套，膜组件数量为1支，膜组件型号为SWC5-LD，外形尺寸为1600×2700，出力为0.3m3/h，功率为30kW；
来水通过反渗透给水泵加压后，根据来水水质特点通过阻垢剂加药装置、还原剂加药装置、非氧化杀菌剂装置以及碱加药装置，向反渗透给水泵出水管路中投加阻垢剂溶液、还原剂溶液、非氧化杀菌剂溶液、碱溶液，来水与溶液混合之后进入保安过滤器，然后通过高压泵加压后进入反渗透装置，通过反渗透膜的选择性透过作用，反渗透产水进入回用水罐10；反渗透浓水(浓度为5％左右的氯化钠溶液)用于一级Na型阳离子交换器1的再生。
2、第二反渗透浓水再生一级Na型阳离子交换器1试验
将第二反渗透浓水收集在水箱中，待用；
用清水配制好5％的食盐水再生NaR离子交换器，记录每次再生的耗盐量和再生后运行周期；
用第二反渗透浓水再生Na型阳离子交换器1的树脂，控制反渗透浓水的水量与用配制好的盐再生时消耗的水量相当，记录消耗的第二反渗透浓水的水量和再生后运行周期；
试验结果发现，当控制第二反渗透浓水的耗量(水)是5％的食盐水再生时水的耗量的1.1-1.3倍时，用第二反渗透浓水再生与用配置5％的盐水再生后树脂的运行周期相当。
因此，第二反渗透浓水可直接再生一级Na型阳离子交换器1。
一级Na型阳离子交换器1的再生废液以及弱酸阳离子交换器2的再生废液进入电渗析系统3进一步浓缩盐分。
3、电渗析系统3调试
通过调整浓水循环倍率，控制电渗析系统3的浓水TDS控制在200000mg/L左右，钠离子在55000mg/L左右，氯离子控制在120000mg/L左右、镁钙离子控制在20000mg/L左右，系统回收率控制70％-75％。
其中，电渗析系统3的出力为0.4m3/h，外形尺寸为2100×1400，功率为15kW，电渗析装置1台，数量为1套，型号为DW系列；
来水通过电渗析给水泵加压后，根据来水水质特点通过阻垢剂加药装置、酸加药装置，向电渗析给水泵出水管路中投加阻垢剂溶液、酸溶液，来水与溶液混合后进入保安过滤器，之后进入电渗析系统3；来水进入电渗析小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子就作定向迁移；阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来；阴膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来；结果这些小室的一部分变成含离子较少的淡水室，出水称为淡水；而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室，出水称为浓水；从而使离子得到了分离和浓缩，水得到了净化；
淡水进入回用水罐10，浓水进入第一蒸发结晶装置4。
4、第一蒸发结晶装置4调试
电渗析浓水依次进入MVR蒸发器41(机械式蒸汽再压缩蒸发器)和单效蒸发结晶装置42：
首先控制MVR蒸发器41蒸发过程中氯化钙浓度在32％左右，此时氯化钠的浓度约为8％，其余均已变成氯化钠晶体；
之后进入单效蒸发结晶装置42，并将氯化钙浓缩至70-74％的浓度，在此过程中有部分氯化钙析出；此时的晶浆为氯化钠和氯化钙的混合浓缩浆液，为保证氯化钙的纯度，将晶浆抽至沉淀罐沉淀，并将底部晶浆排至原水罐重新溶解，进入MVR蒸发器41中循环处理；在MVR蒸发器41，晶浆中溶解的氯化钠被结晶出来，之后再进入单效蒸发结晶装置；循环该过程，逐步除去氯化钙中混合的氯化钠；
循环几次后，将单效蒸发结晶装置42中浓缩至70-74％浓度的氯化钙上清液排入结片机，并用冷却水冷却析出二水氯化钙；
最终得到二水氯化钙约7.1kg/h，氯化钠的产量达到11kg/h。
其中，
a.MVR蒸发器41的出力为0.1m3/h，外形尺寸为3600×2400，功率为22kW，数量为1套；
b.单效蒸发结晶装置42的出力为0.1m3/h，外形尺寸为3200×2200，功率为18.5kW，数量为1套。
Claims (8)
1.一种新型废水除硬的膜处理系统，其特征在于，膜处理系统包括：
除硬系统，浓缩系统，分盐系统和回用水罐，其中：
除硬系统包括：
Na型阳离子交换器，Na型阳离子交换器上设置有进液口、出液口、再生液进口、再生液出口，
弱酸阳离子交换器，弱酸阳离子交换器上设置有进液口、出液口、再生液进口、再生液出口，Na型阳离子交换器的出液口和弱酸阳离子交换器的进液口相连通，
电渗析系统，和第一蒸发结晶装置，Na型阳离子交换器的再生液出口和弱酸阳离子交换器的再生液出口分别按液体流动方向依次与电渗析系统和第一蒸发结晶装置相连通；
浓缩系统包括：
第一反渗透装置，第一反渗透装置上设置有进液口、浓水出口和产水出口，弱酸阳离子交换器的出液口与第一反渗透装置的进液口相连通；
和，浓水罐，浓水罐设置有进液口、出液口，第一反渗透装置的浓水出口与浓水罐的进液口相连通；
分盐系统包括：
分盐装置，分盐装置上设置有进液口、产水出口和浓水出口，浓水罐的出液口与分盐装置的进液口相连通，
产水罐，产水罐设置有进液口和出液口，分盐装置的产水出口和产水罐的进液口相连通，
第二反渗透装置，第二反渗透装置设置有进液口、产水出口和浓水出口，产水罐的出液口与第二反渗透装置的进液口相连通，第二反渗透装置的浓水出口与Na型阳离子交换器的再生液进口相连通；
第一反渗透装置的产水出口、第二反渗透装置的产水出口分别与回用水罐的进液口相连通。
2.根据权利要求1所述的膜处理系统，其特征在于，所述分盐装置为纳滤装置。
3.根据权利要求1所述的膜处理系统，其特征在于，浓缩系统还包括：设置在弱酸阳离子交换器和第一反渗透装置之间的串联的除碳器，第一超滤装置，和超滤产水槽。
4.根据权利要求2所述的膜处理系统，其特征在于，所述膜处理系统还包括结晶回收系统；所述结晶回收系统包括：
非均相氧化装置，和第二蒸发结晶装置，纳滤装置的浓水出口按照液体流动方向依次与非均相氧化装置和第二蒸发结晶装置串联。
5.根据权利要求1所述的膜处理系统，其特征在于，所述膜处理系统还包括超滤浓缩系统和沉淀、过滤系统；
所述超滤浓缩系统包括：
第二超滤装置，第二超滤装置设置有进液口和出液口；
中间水罐，中间水罐设置有进液口和出液口，第二超滤装置的出液口和中间水罐的进液口相连通；
第三反渗透装置，第三反渗透装置设置有进液口、浓水出口和产水出口，中间水罐的出液口与第三反渗透装置的进液口相连通，第三反渗透装置的产水出口与回用水罐相连通；
所述沉淀、过滤系统包括：
第二浓水罐，
高密度沉淀系统，
滤池，
和滤后水池，第三反渗透装置的浓水出口按照液体流动方向依次与第二浓水罐、高密度沉淀系统、滤池、滤后水池、Na型阳离子交换器的进液口串联。
6.根据权利要求1所述的膜处理系统，其特征在于，Na型阳离子交换器的数量为数个至数十个。
7.根据权利要求1所述的膜处理系统，其特征在于，弱酸阳离子交换器的数量为数个至数十个。
8.根据权利要求1所述的膜处理系统，其特征在于，所述膜处理系统用于处理含盐废水；所述含盐废水的残留硬度为100-2000mg/L。
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| CN112321056A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-02-05 | 北京新源智慧水务科技有限公司 | 一种新型废水除硬的膜处理系统及方法 |
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