一种将全膜法做到废水零排放的处理系统及处理工艺

摘要

本发明提出一种将全膜法做到废水零排放的处理系统及处理工艺，采用至少澄清池+过滤器的预处理工艺以及采用超滤+两级反渗透+电除盐的全膜法处理工艺，本系统内所有产生的浓水、反洗排水等废水均在系统内循环使用，不能直接循环使用的废水也经过处理达到软化水的水质标准后进入热网补充水系统，可实现做到系统内水全部使用，最终无任何废液排出工厂，水中的废物则以固体的形式外运回收，本发明的处理工艺的预处理工艺实用性强，适用的水质范围广，安全性高，符合当下对环保的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别是将来水进行预处理和全膜法处理并且能达到废水零排放的技术领域。

背景技术

水处理的水源通常采用江河，湖泊，地下水，再生水等，这些水往往含有大量的悬浮物，胶体，硬度，有机物和溶解物质等污染物，通过对其进行预处理和除盐处理去除各种杂质，达到用水水质要求。预处理的主要目的是去除来水中污染物，包括悬浮物，硬度，有机物等，达到后续除盐设备的进水水质要求后进行除盐处理。预处理最常用的工艺采用澄清和过滤的方法。除盐处理有很多种，本发明涉及的除盐工艺采用全膜法水处理工艺。

全膜法水处理工艺是现在常用的水处理方法之一，随着科学进步和水处理技术的发展，全膜法水处理工艺日趋成熟完善，使用范围日趋广泛。全膜法水处理工艺就是将超/微滤、反渗透、电除盐等不同的膜工艺有机地组合在一起，达到高效去除污染物以及深度脱盐的目的，出水水质二氧化硅<10μg/L，电导率（25℃）<0.10μS/cm。优质的出水水质，使全膜法处理后的水用途广泛，可用于锅炉补给水，工艺用水，循环用水，热网补水等。经过进一步处理后还可作为电子超纯水。全膜法具有运行维护简单，模块儿化设计，安装便捷，连续出水，不产生酸碱废水，程序控制，自动化程度高，出水水质稳定等优点。

在以上预处理和各级膜处理过程中会产生不同水量和水质的废水，这些废水大约占总进水量的40%～50%，若直接排放，造成水资源的大量浪费，对环境产生不利影响。目前根据环保要求，越来越多的电厂需要做到废水的零排放。为提高水的利用率,减少废水排放,达到阶梯用水以及一水多用的目的，需要将各级废水进行回收利用。

废水零排放是指将工业水处理产生的废水首先不经过处理即可在系统内部逐级回收利用，将系统内不能直接回收的水再进行处理后再利用的过程，做到系统内水全部使用，最终无任何废液排出工厂，水中的废物则以固体的形式回收。

发明内容

本发明所解决的技术问题即在于提出一种将全膜法做到废水零排放的处理系统及处理工艺，根据各级处理产生的废水的水质特点，采取有效措施，做到废水的逐级回用，最终做到废水零排放。

本发明所采用的技术手段如下所述。

本发明保护一种将全膜法做到废水零排放的处理系统，包括预处理系统和全膜法水处理系统：预处理系统包含顺次连接的调节池、澄清池、过滤器，所述澄清池设有碱加药装置、混凝剂投加装置和助凝剂投加装置，澄清池的出口管路上设有酸加药装置；所述全膜法水处理系统包含顺次连接的超滤系统、一级反渗透系统、二级反渗透系统、电除盐系统，所述过滤器的出口连接于超滤系统的入口，所述一级反渗透系统的入口前设有还原剂投加装置和阻垢剂投加装置，所述二级反渗透系统的二级反渗透浓水出口、电除盐系统的浓水出口均返回连接于还原剂投加装置和阻垢剂投加装置之前，一级反渗透浓水系统的一级反渗透浓水出口连接钠离子软化器，该钠离子软化器软化水出口返回热网回用；所述过滤器的反洗排水口、超滤系统的反洗排水口以及钠离子软化器的再生冲洗排水口均返回连接于所述调节池。

优选的，所述澄清池为顺次布置的一级澄清池和二级澄清池，所述一级澄清池设有第一碱加药装置、二级澄清池设有第二碱加药装置，该一级澄清池、二级澄清池均设有混凝剂加药装置和助凝剂加药装置，所述酸加药装置位于二级澄清池的澄清水出口，所述调节池设有杀菌剂投加装置。

优选的，所述一级澄清池与二级澄清池之间设有第一中间水箱，所述二级澄清池与过滤器之间设有第二中间水箱，所述酸加药装置设于该第二中间水箱的入口前。

优选的，所述超滤系统与一级反渗透系统之间设有清水箱，所述二级反渗透系统的二级反渗透浓水出口、电除盐装置的浓水出口均返回连接于该清水箱，所述还原剂投加装置和阻垢剂投加装置设置于该清水箱出口后；所述一级反渗透系统与第二反渗透系统之间设有一级淡水箱，所述二级反渗透系统与电除盐系统之间设有二级淡水箱，所述电除盐系统的除盐水出口设置除盐水箱。

优选的，所述一级反渗透装置与钠离子软化器之间设有反渗透浓水箱，所述钠离子软化器的软化水出口连接软化水箱，该软化水箱出口返回热网回用。

优选的，所述第一碱加药装置为石灰或氢氧化钠加药装置，所述第二碱加药装置为碳酸钠加药装置。

本发明还保护一种将全膜法做到废水零排放的处理工艺，其应用如上所述的处理系统，至少包含如下步骤：

步骤1，来水进入调节池，与其他回收水混合均匀；

步骤2，步骤1获得的混合水顺次进入至少一级澄清池，通过该至少一级澄清池进行混凝、澄清、除硬度的处理；

步骤3，步骤2获得的澄清水顺次通过过滤器进行过滤、超滤系统21进行超滤，去除悬浮物，获得清水；

步骤4，步骤3获得的清水顺次进入一级反渗透系统、二级反渗透系统（23），经过两级反渗透，进行预脱盐处理，获得淡水；

步骤5，步骤4获得的淡水经过电除盐系统进行除盐处理，最终制成除盐水；上述步骤3中，将过滤器、超滤系统产生的反洗排水回收至调节池，混合均匀后进行处理再利用；

上述步骤4中，一级反渗透产生的浓水进行钠离子软化处理后，获得的软化水用于热网补充水，钠离子软化处理产生的再生冲洗排水回收至调节池，混合均匀后进行处理再利用，二级反渗透产生的浓水和电除盐处理产生的浓水回收至一级反渗透系统，再次参与预脱盐处理。

优选的，所述步骤1中的混合水在调节池经过曝气和杀菌处理；所述步骤2中，混合水顺次经过一级澄清池、二级澄清池，混合水进入一级澄清池后，投加石灰或氢氧化钠、混凝剂、助凝剂，所获得的澄清水进入二级澄清池后，投加碳酸钠、混凝剂、助凝剂，所获得的澄清水呈碱性，在澄清水排出后投加酸以降低pH值，调整pH值后的澄清水再进行步骤3；所述步骤3中，超滤系统产生的清水先进入清水箱，二级反渗透系统产生的浓水和电除盐系统产生的浓水返回该清水箱，在清水箱的出口管路中顺次投加还原剂和阻垢剂，混合后进入一级反渗透系统。

优选的，调节池的储存时间为1～2小时，每个澄清池的停留时间约1-1.5小时。

优选的，调节池、至少一级澄清池排泥且经浓缩、脱水后制成泥饼，作为固体回收。

本发明所产生的有益效果：根据各级处理产生废水的水质的特点，首先将水源分质回收使用，可以回收的不用增加设备处理的废水在系统内回收至相应的位置，对于不能回收的一级反渗透浓水进行了进一步处理后再利用。

1. 首先将过滤器反洗水、超滤反洗水等仅悬浮物高的废水回收至调节池，与来水混合均匀后进入澄清池处理。将二级反渗透浓水和电除盐浓水含盐量不高的废水回流至清水箱，与超滤出水混合后进入一级反渗透处理。将一级反渗透浓水进行了进一步的钠离子软化处理，作为可以使用的热网补充水。充分回收可利用的水源，阶梯用水，变废为宝，大大提高系统回收率。

2. 本发明的处理工艺摆脱了传统的全膜法水处理系统中一级反渗透浓水水量大却无处可用的缺陷，对其提出了有针对性的处理方法，在获得除盐水的同时，对一级反渗透浓水进行了综合利用，即一级反渗透浓水经过软化法处理，去除了浓水中大部分硬度，达到热网补给水质量要求，得到达到热网补充水水质的软化水，整体实现了水处理的“零排放”，避免了浓盐水排入环境对水生态环境的影响，保护了环境。

3. 本发明的处理工艺的预处理工艺实用性强，适用的水质范围广。采用全膜法水处理工艺具有模块儿化设计，运行维护简单，不产生酸碱废水，程序控制，自动化程度高，出水水质稳定等优点。

4. 传统湿冷燃机电厂多建于城市，对排水要求更高，且燃机电厂一级反渗透浓水如果不处理几乎没有可用之处，只能排放，本发明的处理系统和处理工艺为需要做到零排放的燃机电厂提供了有效的方法。

6. 正常运行情况下，系统内所有产生的废水均在系统内使用处理，不外排废水，安全性高、符合当下对环保的要求。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

本发明采用澄清池+过滤器的预处理工艺以及采用超滤+两级反渗透+电除盐的全膜法处理工艺。如图1所示的实施例，包括预处理系统1和全膜法水处理系统2。

预处理系统1包含顺次连接的调节池11、一级澄清池12、第一中间水箱31、二级澄清池13、第二中间水箱32、过滤器14。

一级澄清池12设置第一碱加药装置，其为石灰或氢氧化钠加药装置。二级澄清池13设有第二碱加药装置，其为碳酸钠加药装置。除此之外，在一级澄清池12、二级澄清池13均设有混凝剂投加装置和助凝剂投加装置。在二级澄清池13出口、第二中间水箱32的入口前的管路上设置酸加药装置。另外，在调节池11设有杀菌剂投加装置。

调节池11、一级澄清池12和第二澄清池13均设有排泥口，3个排泥口与污泥浓缩池71入口连通，污泥浓缩池71出口连接脱水机72，用于将污泥浓缩、脱水形成固态泥饼。

过滤器14运行一端时间之后需要进行反洗清洁，反洗排水口返回连接于调节池11。

全膜法水处理系统2包含顺次连接的超滤系统21、清水箱4、一级反渗透系统22、一级淡水箱51、二级反渗透系统23、二级淡水箱52、电除盐系统24、除盐水箱53。上述过滤器14出口连接于超滤系统21入口。

清水箱4出口、一级反渗透系统22入口之间的管路上设有还原剂投加装置和阻垢剂投加装置。

一级反渗透浓水系统22的一级反渗透浓水出口顺次连接反渗透浓水箱61、钠离子软化器25、软化水箱62。

二级反渗透系统23的二级反渗透浓水出口、除盐系统24的除盐浓水出口均返回连接于清水箱4。

超滤系统21运行一端时间之后需要进行反洗清洁，钠离子软化器25也需要进行再生冲洗清洁，超滤系统21的反洗排水口以及钠离子软化器25的再生冲洗排水口均返回连接于调节池11。

在澄清池前、反渗透系统前、钠离子软化器前、除盐系统前后适当位置设置提升水泵，以供向后续程序提供水源动力。

上述澄清池、过滤器、超滤系统、反渗透系统、除盐系统、软化器等设备可以是一台或者多台。

以上对处理系统进行了具体的说明，应用上述系统的水处理过程主要包括预处理和全膜法除盐处理，处理过程中主要产生的废水有过滤器14的反洗排水、超滤系统21的反洗排水、一级反渗透系统22的浓水、二级反渗透系统23的浓水、电除盐系统24的浓水、钠离子软化器25的再生废水。本发明的处理工艺根据以上废水的特点并应用图示处理系统，由于硬度是造成设备结垢的主要原因，硬度包括暂硬和永硬。因此需对来水的硬度进行去除，步骤如下所述。

步骤1，来水进入调节池11，与其他回收水混合均匀。在调节池11内的混合过程中经过曝气和杀菌剂处理。

步骤2，步骤1获得的混合水顺次进入一级澄清池12、二级澄清池13，通过该一级澄清池12和二级澄清池13进行加碱、混凝、澄清，降低了来水的暂硬、碱度和悬浮物。具体来说，混合水进入一级澄清池12后，先投加石灰或氢氧化钠，再投加混凝剂，最后投加助凝剂，所获得的澄清水进入第一中间水箱31暂存。第一中间水箱31中的澄清水泵入二级澄清池13后，先投加碳酸钠，再投加混凝剂，最后投加助凝剂，降低来水的永硬和悬浮物，所获得的澄清水呈碱性，在澄清水排出后投加酸以降低pH值，调整pH值后的澄清水通过提升泵进入第二中间水箱32暂存。经过本步骤预处理后，水中大部分的暂硬和永硬基本去除，避免了后续处理设备结垢。

步骤3，第二中间水箱32暂存的澄清水通过顺次进入过滤器14进行过滤、超滤系统21进行超滤，进一步去除水中的悬浮物，浊度等杂质。经过滤和超滤的水流入清水箱4暂存。

步骤4，清水箱4中的清水通过提水泵进入一级反渗透系统22中进行一级反渗透处理（一级预脱盐），清水在进入一级反渗透系统22前，在管道中先投加还原剂和阻垢剂。一级反渗透所得淡水进入一级淡水箱51暂存，然后淡水泵入二级反渗透系统23，进行二级反渗透处理（二级预脱盐），二级反渗透所得淡水进入二级淡水箱52暂存，而后再泵入电除盐系统24进行除盐处理，由于同时二级反渗透系统23产生的浓水和除盐系统24产生的浓水含盐量不高、水质好、水量小，直接回收至清水箱4，再参与预脱盐处理回用。

在一级反渗透系统22中所有被截留的物质都被浓缩在25%～30%的浓水中，其具有悬浮物含量低、含盐量高、碱度大、硬度高、含有机物、极易结垢、水量大、约占到进水量的25～30%等特点，是此工艺中不能直接利用且最难处理的废水。由于来水已经进行除硬度的处理，但并不会将100%的硬度去除，预处理后水中出水硬度2～3mmol/L，经浓缩后浓水中的硬度约8～12mmol/L，不能达到热网补水质量要求。根据浓水的特点以及热网补充水的水质要求，将其进一步软化处理后作为热网补水。据此要求，一级反渗透系统22产生的浓水进入反渗透浓水箱61暂存后再泵入钠离子软化器25进行软化处理，钠离子软化器25内放置了大量的钠型离子软化树脂，水通过时将水中的还有硬度离子进行置换，进一步去除水中的硬度，制成达到热网补充水质量标准的淡水，获得的软化淡水进入软化水箱62储存，适时作为热网补充水回用，不外排且采用最有效方式实现处理回用。

步骤5，预脱盐获得的淡水经过电除盐系统24进行除盐处理，最终制成除盐水。

步骤3中的过滤器14、超滤系统21在运行一段时间后压差增大、阻力增加、过滤效果下降、出水水质变差，需对其过滤层和超滤膜元件进行水反洗或气水反洗，反洗的过滤器滤层膨胀、悬浮，借助水流的剪切力和颗粒的碰撞摩擦力清洗滤料层使滤层内的污物脱离并随反洗水排出，从而保证了过滤器的出水质量。反洗的超滤膜元件，反洗水从膜出水侧进入，从进水侧排出，反洗过程中膜发生抖动，污染物从膜上脱离下来，并随反洗水排出。过滤产生的反洗排水回收至调节池11，混合均匀后再继续进入两级澄清处理，使反洗水不外排。过滤器14的反洗排水和超滤系统21的反洗排水，具有悬浮物含量高，含盐量与进水相近的特点，因此返回调节池11是最有效的回用方式。

步骤4中的钠离子软化器25运行一段时间后，离子交换剂上的钠离子大部分转为钙、镁型，出水硬度增高，树脂失效，需对树脂进行再生恢复交换能力。再生剂采用氯化钠。钠离子交换器可以采用全自动钠离子交换器，运行方便，实现全自动运行，再生，反洗等过程。钠离子软化器的再生排水含盐量较高，水量很小，约占到进水量的3～5%，因此产生的再生冲洗排水回收至调节池11，混合均匀后再继续进入两级澄清处理，再生冲洗水不外排，此为最有效的回用方式。

上述调节池11、一级澄清池12、二级澄清池13在运行过程中需要不断排泥。排出的污泥流入污泥浓缩池71，经过污泥浓缩后的污泥进入脱水机72进一步脱水，经污泥浓缩池71、脱水机72进行浓缩脱水处理后，污泥含水率约70%左右，泥饼外运回收。

经过上述过程后，本系统内所有产生的废水均在系统内循环使用，不能直接循环使用的废水也经过处理达到软化水的水质标准后进入热网补充水系统。做到系统内水全部使用，最终无任何废液排出工厂，水中的废物则以固体的形式外运回收。

以下给出某工程发电厂的具体实施例及部分参数。

工程发电厂锅炉补给水处理系统采用本发明的预处理和全膜法的处理工艺。向调节池11的来水主要水质指标如下：悬浮物40 mg/L，TDS约300mg/L，预处理处理水量55m

清水箱4内的清水通过水泵泵入一级反渗透系统22，进入一级反渗透系统22前需投加还原剂和阻垢剂。

一级反渗透系统22包括一级保安过滤器、一级高压泵、一级反渗透装置，来水通过泵和管道连接一级保安过滤器，一级保安过滤器连接一级高压泵，一级高压泵连接一级反渗透装置，一级反渗透系统22处理水量36m

过滤器14和超滤系统21运行一段时间后将进行反洗，反洗水回收至调节池11，再至一级澄清池12入口，继续处理，不外排。钠离子软化器25运行一段时间后，需对离子交换剂进行再生，再生冲洗水也可以回收至调节水池11，经水泵至一级澄清池12入口。电除盐装置浓水和二级反渗透浓水流量约6m

上述实施例所采用的主要设备具体说明如下。

无论一级澄清池12还是二级澄清池13，均采用一个钢制结构的立式设备，在澄清池内同时完成混合、反应和絮凝沉降过程，且澄清池在运行过程中不断排泥，以维持正常使用。

过滤器14是一个钢制结构的立式柱形容器，内部放置滤料，去除悬浮物，以达到净化水质的目的。过滤器滤料可以采用细砂，双滤料等，过滤器形式可以采用全自动过滤器，压力式过滤器或重力式过滤器等过滤设备。当过滤器14运行一段时间后，根据进出口压差进行反洗，反洗后继续使用。

超滤是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使水得到了净化，可以有效去除水中的细菌、悬浮物、胶体等杂质。超滤设备系统回收率高，产品水水质品质优良，可实现物料的高效分离。工艺设计先进，集成化程度高，结构紧凑，占地面积少，操作与维护简便，工人劳动强度低。在水处理系统应用广泛。本实施例中超滤装置为浸没式或外压式超滤装置。

反渗透是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。反渗透能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而制取的纯净的去离子水，除盐率达到95～98%。反渗透具有低能耗、高效率等优点，是应用广泛的膜分离技术之一。本实施例中的一级反渗透装置为一级两段式反渗透装置。

经反渗透处理的淡水还不能达到锅炉补给水的要求，需要继续进行电除盐处理。电除盐装置是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。利用两端电极高压使水中带电离子移动，并配合离子交换树脂加速离子移动去除，达到水完全除盐的目的。经电除盐生产出的出水水质二氧化硅<10μg/L，电导率（25℃）<0.10μS/cm。

钠离子软化器25是一个立式柱形容器，容器采用钢制内部衬胶防腐，或采用玻璃钢，放置钠离子交换树脂，达到去除水中的钙离子，镁离子等阳离子的目的。本实施例中的钠离子软化器可以采用常规的钠离子软化器、全自动钠离子软化器等软化设备。当离子交换器运行一段时间后树脂将会失效，需采用氯化钠对其进行再生，并用水冲洗干净，使其恢复交换能力，继续使用。

通过以上系统及工艺可以去除来水中的杂质和离子，达到锅炉补给水水质要求，反渗透浓水经软化处理后，水质达到热网补水的标准。正常运行情况下，系统内所有产生的废水均在系统内使用处理，不外排废水，达到废水零排放的要求。

以上结合附图和实施例详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。