利用电磁正渗透反应器进行高盐废水零排放回用的方法

摘要

利用电磁正渗透反应器进行高盐废水零排放回用的方法，涉及废水处理。高盐废水经过去除浊度调节pH值至7后进入原水调节池稳定水量和水质；原水调节池的出水进入电磁结晶反应器进行结晶；电磁结晶反应器的上清液出水经膜过滤反应器过滤后进入正渗透反应器浓缩；电磁结晶反应器内固体残渣定期刮除；膜过滤反应器反冲洗水回流至原水调节池；经正渗透反应器浓缩后的废水浓缩液回流至电磁结晶反应器；正渗透反应器汲取液吸收废水中纯水后进入膜蒸馏单元进行汲取液与纯水分离；膜蒸馏单元纯水出水回用；膜蒸馏单元汲取液蒸汽冷凝回流至正渗透反应器。在常温常压条件下进行，不需要添加化学药剂，无二次污染，处理成本低，效率高，处理设备占地面积小。

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理，尤其是涉及一种利用电磁正渗透反应器进行高盐废水零排放回用 的方法。

背景技术

在我国社会经济发展和城市化进程中，水资源紧缺正在逐渐成为制约我国可持续发展战 略的主要因素之一。近年来，随着我国工业规模的不断增大，工业用水量激增。同时，产生 废水量也迅速增大，给当前的废水处理与回收利用技术带来了巨大的挑战。工业废水如直接 排放，将对周围土壤、水体环境产生严重的污染。废水经处理合格达标后，如不回收利用， 则造成水资源浪费，加剧水资源短缺。对于高盐废水，由于缺乏技术、经济上的可行性与可 靠性，大多数采取稀释外排方法。这种方法不但不能真正减少污染物的排放总量，而且造成 了淡水的浪费，特别是含盐废水的排放，势必造成淡水水资源矿化和土壤碱化(李柄缘，等. 高盐废水形成及其处理技术进展[J].化工进展，2014，33(2)：493-497)。

正渗透技术是以待处理的具有高水化学势的液体作为原料液，选取一种渗透压相对较高、 具有低水化学势的溶液作为汲取液，在正向渗透压差驱动下，水分子透过正渗透膜从原料液 侧进入到汲取液侧，稀释后的汲取液可以通过特定的方式进行回收，然后循环利用，同时制 得产品水。与反渗透技术相比，正渗透技术具有得天独厚的优势:能耗低，不需外界压力即 可实现水的分离过程；膜材料本身亲水，可以有效防止膜污染；水的回收率高；汲取液可回 收利用，浓水排放少、污染小，它是一种极具潜力的环境友好型技术，其应用范围包括海水 淡化、污水净化、食品、医药、能源等诸多领域(魏金枝，等.正渗透技术中汲取液的研究进 展[J].哈尔滨理工大学学报，2013，18(1)：61-65)。

以电磁场作用为基础的水处理方法是近几年才发展起来的一项新型水处理技术,其降解 过程能耗低、成本低、易操作、无二次污染,是一项极具发展前景的技术。在高频行波磁场作 用下,水中正负离子受电磁场洛仑兹力的作用而作方向相反的螺旋圆周运动,相当于一方向相 同的圆电流,一个小圆电流受磁场的作用可以用它的磁偶极矩(简称磁矩)来说明。磁矩的方向 也会随磁场的变化发生周期性偏转,同时正负电荷重心会随磁场的变化周期性振动。此外,载流 线圈在非均匀强磁场中通常受到转动力矩、平移力和导致形变的张力3种力作用,这些力的作 用都是力图使通过小圆电流线圈中的磁通量增加。虽然有离子热运动的阻碍,但随着外磁场越 强,离子磁矩排列得越整齐；随着形波磁场的移动,载流线圈在上述作用下移向磁场较强处。由 于行波磁场是朝一个方向运动的,故正负离子螺旋环会随着磁场的移动方向而向一个方向运 动,从而使大量的离子能够聚集到一起,起到除杂的作用(王东莉，等.电磁水处理技术研究进 展[J].石油矿场机械，2007，36(1)：9-11)。

膜蒸馏是近年来发展起来的一种新型膜分离技术，与反渗透工艺相比具有显著的优点： 膜蒸馏的过程几乎在常压下进行，设备简单，操作方便；膜蒸馏法可以处理极高浓度的无机 盐水溶液，理论上通过膜蒸馏除盐的产水率可以达到100％，而且获得的水十分纯净，这是现 有几种工业除盐技术难以达到的(吕晓龙.膜蒸馏过程探讨[J].膜科学与技术，2010，30(3):1- 10)。

与传统的生化、物化废水处理工艺方法相比，膜分离技术处理废水工艺具有显著的优越 性：(1)在常温和低压下进行分离，因而能耗和设备的运行费用低。(2)设备体积小、结构 简单，故投资费用低。(3)膜分离过程只是简单的加压输送液体，工艺流程简单，易于操作 管理。(4)膜作为过滤介质是由高分子材料制成的均匀连续体，纯物理方法过滤，物质在分 离过程中不发生质的变化，并且在使用过程中不会有任何杂质脱落，保证透过液的纯净。(5) 可实现零排放回用(高年发，宝菊花.超过滤在葡萄酒酿造中的应用进展[J]，中国酿造，2007， 7(172):80-95)。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种电磁结晶反应器、膜过滤反应器、正渗透反应器、膜蒸馏反 应器技术联用的利用电磁正渗透反应器进行高盐废水零排放回用的方法。

本发明所涉及的主要处理设备是：

原水调节池、电磁结晶反应器、膜过滤反应器、正渗透反应器、膜蒸馏反应器。

本发明包括以下步骤：

1)高盐废水经过去除浊度调节pH值至7后进入原水调节池稳定水量和水质；

2)原水调节池的出水进入电磁结晶反应器进行结晶；

3)电磁结晶反应器的上清液出水经膜过滤反应器过滤后进入正渗透反应器浓缩；

4)电磁结晶反应器内固体残渣定期刮除；膜过滤反应器反冲洗水回流至原水调节池；

5)经正渗透反应器浓缩后的废水浓缩液回流至电磁结晶反应器；

6)正渗透反应器汲取液吸收废水中纯水后进入膜蒸馏单元进行汲取液与纯水分离；

7)膜蒸馏单元纯水出水回用；

8)膜蒸馏单元汲取液蒸汽冷凝回流至正渗透反应器。

所述原水调节池的池体最好为PE防腐材料，在池体的进水口可预设pH调节剂投加装置， 用于调节水质水量和pH值。

所述电磁结晶反应器可内置石墨电极板，连接电源最好选用调频高压交流电源，所述调 频高压交流电源的输出功率可为500～1000W，输出电压可为AC 0～10KV可调，输出频率 可为25～50kHz可调。例如采用大连鼎通科技发展有限公司生产的型号为DMC-400的调频 高压交流电源。

所述膜过滤反应器最好选用平板式PVDF膜片，所述平板式PVDF膜片的膜孔径可为 0.1μm，截留分子量可为0.6～5万道尔顿，出水量可为0.7t/d。例如采用上海斯纳普膜分离科 技有限公司生产的型号为SINAP150平板膜片。

所述正渗透反应器的正渗透膜最好采用卷式正渗透膜组件，卷式正渗透膜组件的进口口 径可为4英寸，工作压力可为25psi，产生量可为200L/H。例如采用韩国世韩膜业有限公司 生产的型号为FO4040的卷式正渗透膜组件，品牌为CSM。正渗透反应器的汲取液最好采用 3.14mol/L的碳酸氢铵饱和溶液。

所述膜蒸馏单元最好选用幕帘式聚丙烯中空纤维膜片，所述幕帘式聚丙烯中空纤维膜片 的膜孔径可为0.2μm，截留分子量可为0.6～5万道尔顿，出水量可为1t/d。例如采用杭州浙 大泓泉环境工程有限公司生产的型号为HQM-MBR膜片。

本发明处理的高盐废水水质状况可为：pH值为6.5～8.1，COD_Cr为500～3000mg/L， BOD₅为20～100mg/L，TDS为20000～35000mg/L，氟化物为10～30mg/L，总氰化物0.01～ 1.0mg/L，总砷0.01～3.5mg/L，总汞0.05～100mg/L。

与传统采用加热蒸发工艺的处理方法比较，本发明具有以下显著优点和技术效果：

1、本发明在常温常压条件下进行，不需要添加化学药剂，仅消耗少量电能，无二次污染， 大幅度降低其处理成本。

2、本发明在常温常压下运行，主体设备材质为PE等常规材质，无需镍基合金或钛合金 等防腐材料，大幅度降低投资成本，具有显著经济效益。

3、处理废水时间短，效率高，处理设备投入少，占地面积小。

4、本发明可实现高盐废水零排放回用，大量节约水资源。

5、本发明可实现高盐废水中的盐分形成固体结晶分离，不向环境中排放污染物质，并可 使大量盐分资源化，保护生态环境，为高盐废水资源化处理解决了关键性问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明所涉及的主要处理设备是：

原水调节池、电磁结晶反应器、膜过滤反应器、正渗透反应器、膜蒸馏反应器。上述处 理设备可根据相关要求选购，其中：

原水调节池的池体最好为PE防腐材料，在池体的进水口预设pH调节剂投加装置，用于 调节水质水量和pH值。

电磁结晶反应器内置石墨电极板，连接电源最好选用调频高压交流电源，(调频高压交流 电源型号为DMC-400，输出功率为500～1000W，输出电压AC 0～10KV可调，输出频率25～ 50kHz可调，厂商为大连鼎通科技发展有限公司)。

膜过滤反应器最好选用平板式PVDF膜片，(膜孔径0.1μm，截留分子量为0.6～5万道 尔顿，出水量0.7t/d，型号为SINAP150专用平板膜片，厂商为上海斯纳普膜分离科技有限 公司)。

正渗透反应器的正渗透膜最好采用卷式正渗透膜组件，(进口口径4英寸，工作压力25psi， 产生量200L/H，型号为FO4040，品牌为CSM，厂商为韩国世韩膜业有限公司)。正渗透反 应器的汲取液最好采用3.14mol/L的碳酸氢铵饱和溶液。

膜蒸馏单元最好选用幕帘式聚丙烯中空纤维膜片，(膜孔径0.2μm，截留分子量为0.6～5 万道尔顿，出水量1t/d，型号为HQM-MBR专用膜片，生产厂商为杭州浙大泓泉环境工程有 限公司)。

本发明实施例包括以下步骤：

1)高盐废水经过去除浊度调节pH值至7后进入原水调节池稳定水量和水质；

2)原水调节池的出水进入电磁结晶反应器进行结晶；

3)电磁结晶反应器上清液出水经膜过滤反应器过滤后进入正渗透反应器浓缩；

4)电磁结晶反应器内固体残渣定期刮除；膜过滤反应器反冲洗水回流至原水调节池；

5)经正渗透反应器浓缩后的废水浓缩液回流至电磁结晶反应器；

6)正渗透反应器汲取液吸收废水中纯水后进入膜蒸馏单元进行汲取液、纯水分离；

7)膜蒸馏单元纯水出水回用；

8)膜蒸馏单元汲取液蒸汽冷凝回流至正渗透反应器；

实施例1

利用电磁正渗透反应器进行电厂脱硫高盐废水处理，水质如下：pH值为6.6，COD_Cr为 2550mg/L，氯化物为22000mg/L,BOD₅为80.9mg/L，SS为23000mg/L，氟化物为12.6mg/L， 总氰化物0.53mg/L，总砷3.43mg/L，总汞0.06mg/L。实验结果：运行24h后废水零排放回用 率为99.9％，CODcr平均去除率99.9％，TDS去除率为97％，设备运行稳定。

实施例2

利用电磁正渗透反应器进行反渗透浓缩高盐废水处理，水质如下：pH值为7.4，COD_Cr为886mg/L，BOD₅为31.4mg/L，TDS为33000mg/L，氯化物为19200mg/L，氟化物为18.5mg/L， 总氰化物0.08mg/L，总砷0.09mg/L，总汞0.079mg/L。实验结果：运行24h后废水零排放回 用率为99.8％，CODcr平均去除率99.9％，TDS去除率为99％，设备运行稳定。

实施例3

利用电磁正渗透反应器进行化工高盐废水处理，水质如下：pH值为8.1，COD_Cr为 533.4mg/L，BOD₅为45.8mg/L，TDS为20840mgL，铜离子为27300mg/L，氟化物为16.8mg/L， 总氰化物1.35mg/L，总砷0.72mg/L，总汞90.5mg/L。实验结果：运行24h后废水零排放回用 率为99.7％，CODcr平均去除率98.9％，TDS去除率为98％，设备运行稳定。