專利名稱：一種用于污水除鹽的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水深度處理領(lǐng)域，具體地涉及一種可用于城鎮(zhèn)污水處理廠二級出水的除鹽的裝置。本發(fā)明還涉及一種污水除鹽的方法。
背景技術(shù)：
近些年來，隨著科技的迅猛發(fā)展以及在國家在環(huán)保領(lǐng)域的大力投入，我國的工業(yè)用水技術(shù)取得了長足的進步。截止2011年，萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值用水量139m3，比2008年下降40. 0%;萬元工業(yè)增加值用水量82m3，比2008年下降37. I %。然而，隨著經(jīng)濟發(fā)展，城市用水和工業(yè)用水的矛盾更加突出，其中2011年全年用水總量6080億m3，比上年增長1.0%。 其中，工業(yè)用水增長0.8%。水資源日益匱乏及受污染程度的加劇，在一定程度上成為了制約一些企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，為保護環(huán)境、節(jié)約水資源，必須不斷探索提高水資源利用率、減少污水外排的方法。隨著我國污水處理率的不斷提高，再生水回用量也不斷上升，但污水回用占廢污水排放量仍很低。在這種情況下，污水回用技術(shù)的改進將成為企業(yè)節(jié)水減排的重點。在工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)循環(huán)冷卻水用量平均占工業(yè)用水總量的80%，冷卻用水取水量占工業(yè)取水總量的30% 40%。因此,將污水回用于循環(huán)冷卻水補充水和鍋爐用水是實現(xiàn)工業(yè)節(jié)水減排的主要途徑。對于城鎮(zhèn)污水處理廠二級出水，常規(guī)的污水再生利用技術(shù)包括澄清、過濾、活性炭吸附等僅能去除一部分色度、懸浮物、濁度及有機物。若要滿足工業(yè)循環(huán)冷卻水的要求，就需要進一步去除水中的硬度、鹽度等。尤其是污水的除鹽問題，成為了制約污水回用技術(shù)發(fā)展的瓶頸。當(dāng)前污水回用中常用除鹽技術(shù)主要有離子交換、電滲析、納濾、反滲透、電去離子法等。離子交換法是化學(xué)除鹽法的一種，它是應(yīng)用離子交換技術(shù)進行除鹽。離子交換除鹽過程主要是通過H型或Na型陽離子交換劑和OH型陰離子交換劑，通過離子交換反應(yīng)，將水中陰陽離子去除掉，從而獲得脫鹽水。離子交換的實質(zhì)是使得樹脂上的電解質(zhì)與溶液中另一種電解質(zhì)所進行的化學(xué)反應(yīng)，這一反應(yīng)可以是中和反應(yīng)或復(fù)分解反應(yīng)。離子交換法在除鹽領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，尤其是在去除水中Ca、Mg等離子時，但對樹脂的選取、管理和再生要求較高。此外，從經(jīng)濟角度看，采用離子交換技術(shù)除鹽時，進水含鹽量不宜超過500mg/L，而且離子交換樹脂的運行費用較高，酸堿液的排放還會造成二次污染。電滲析脫鹽是在外加直流電場的作用下，利用陰陽離子交膜對溶液中陰陽離子的選擇透過性，使離子作定向地遷移，即陰離子只允許通過陰膜，陽離子只允許通過陽膜.達到溶質(zhì)與溶液的分離，從而實現(xiàn)原水淡化的目的。為保證電滲析裝置長期穩(wěn)定、可靠運行，原水進電滲析器前必須進行嚴格的前處理，使原水濁度控制在3NTU以下，并確保Fe、Mn、Cl等符合規(guī)定要求。電滲析法除鹽率可達80% 90%，但工作電壓較高，易發(fā)生水的分解，膜堆結(jié)垢現(xiàn)象比較嚴重，且污水中的表面活性劑、蛋白質(zhì)、微生物等可能對膜產(chǎn)生污染。納濾法又稱為“低壓反滲透”，可以去除直徑Inm左右的溶質(zhì)離子，截留分子量大約200-1000，對污水中某些高價鹽類的截留量較高，可去除二級出水中2/3的鹽度，4/5的硬度，超過90%的溶解碳和THM前體，出水接近安全飲用水標(biāo)準(zhǔn)。但對于工業(yè)循環(huán)水而言，由于對一價離子、氨氮等基本沒有去除效果，且易結(jié)垢，因而沒有顯著的優(yōu)勢。反滲透法是目前應(yīng)用比較廣的污水除鹽工藝，以大于溶質(zhì)滲透壓的壓力為推動力，用半透膜過濾，使溶液中的溶劑和溶質(zhì)分離的方法。反滲透的工藝包括預(yù)處理、膜分離和后處理。反滲透膜是一種用特殊材料(如芳香聚酰胺等)和加工方法制成的，具有半透性能的薄膜。它能在外加壓力作用下，使水溶液某一些組分選擇透過，從而達到脫鹽、凈化或濃縮分離目的。反滲透工藝的應(yīng)用范圍較廣，如大型鍋爐補給水、各種工業(yè)純水、飲用水等。但反滲透膜的產(chǎn)水量較低，一般在60%左右，且對進水有較高的要求，此外，在對膜組件清洗時也需要投加大量的酸、堿會對環(huán)境造成不利影響。電去離子法是一種將“電滲析+離子交換”的除鹽工藝，其除鹽機理是污水中離子、先通過交換作用吸附于樹脂顆粒上，然后在外加電場作用下經(jīng)由樹脂顆粒構(gòu)成的“離子傳輸通道”遷移到膜表面并透過離子交換膜進入濃室，存在于樹脂、膜與水相接觸的擴散層中的極化作用使水解離為H+和0H-，它們除部分參與負載電流外大多數(shù)對樹脂起再生作用，從而使離子交換、遷移、電再生三個過程相伴發(fā)生，相互促進，實現(xiàn)了連續(xù)去除離子的過程。該方法能脫除污水中大部分鹽分，且無需加入酸堿再生，但該技術(shù)僅限于純水的制作，不適合高含鹽水的除鹽。電吸附技術(shù)(EST)是將電化學(xué)理論與吸附分離技術(shù)相結(jié)合的一種技術(shù)，它是通過外加電壓，使水中溶解性鹽類及其它帶電物質(zhì)在電極表面富集濃縮而實現(xiàn)水的凈化和鹽份去除的一種新型水處理技術(shù)。原水在陰、陽極組成的空間流動時，受電場力作用，水中帶電粒子(離子、膠體微粒、有機物和細菌等)將分別向帶相反電荷的電極遷移，被電極吸附并儲存在雙電層內(nèi)，實現(xiàn)帶電粒子(雜質(zhì))與水的分離，除鹽水從另一端流出。當(dāng)電極失電或瞬間反接時，富集在電極上的帶電粒子在水流或電場力的作用下，從電極脫落被沖走，電極獲得再生。與傳統(tǒng)的方法相比，系統(tǒng)再生不需要使用任何酸、堿和鹽溶液，只是通過電極的放電完成，不會產(chǎn)生二次污染；該方法能耗較低、操作簡單易行、得水率在70%以上，比反滲透具有良好的抗污能力及較長的使用壽命。一般情況下，電吸附裝置對進水中余氯、有機物、高價離子沒有特別限制，通常要求池度小于5NTU,懸浮物含量低于5mg/L,油小于3ml/L,pH值6_9左右。因此,一般米用砂濾、纖維過濾器、保安過濾器等進行預(yù)處理即可。但隨著處理過程的進行，負荷逐漸增大，再生次數(shù)頻繁，甚至需要經(jīng)常更換電極。此外，常規(guī)采用加酸處理去除原水中重碳酸鹽防止電吸附裝置結(jié)垢的方法安全性較低，不易操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于污水除鹽的裝置。本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用上述裝置進行污水除鹽的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的用于污水脫鹽的裝置，主要包括集水池通過渦流式管道混合器連接沉淀池，該渦流式管道混合器連接混凝劑加藥箱；沉淀池的出水口連接微濾系統(tǒng)，該微濾系統(tǒng)的出水口連接攪拌水箱，該攪拌水箱與阻垢劑加藥箱相連接；攪拌水箱的出水口連接電吸附裝置，該電吸附裝置的出水口連接儲水容器。所述的裝置，其中，集水池與渦流式管道混合器之間、沉淀池出水口與微濾系統(tǒng)之間、攪拌水箱出水口與電吸附裝置之間、電吸附裝置出水口與儲水容器之間各安裝有流量計和離心泵；渦流式管道混合器與混凝劑加藥箱之間、攪拌水箱與阻垢劑加藥箱之間各安裝有流量泵和計量泵；沉淀池底部安裝有離心泵。 所述的裝置，其中，微濾系統(tǒng)的材質(zhì)為聚偏氟乙烯，結(jié)構(gòu)為中空纖維式，膜孔徑為0. 2 u m0所述的裝置，其中，電吸附裝置采用炭氣凝膠做電極材料。本發(fā)明提供的利用上述裝置進行污水脫鹽的方法，主要流程為I)污水與混凝劑一同進入渦流式管道混合器，利用混凝作用去除懸浮物、膠體、少量細菌以及磷酸鹽，并降低濁度；2)渦流式管道混合器的出水進入沉淀池，沉淀后的出水經(jīng)微濾系統(tǒng)過濾去除大分子溶解性有機物、大腸菌群，并進一步降低濁度；3)經(jīng)微濾系統(tǒng)過濾后的出水進入攪拌水箱并投加阻垢劑，處理后的污水進入電吸附裝置進行脫鹽；4)脫鹽后的出水進入儲水容器中。所述的方法，其中，污水為城鎮(zhèn)污水處理廠二級出水，污水中C0D&含量在100mg/L以下，NH3-N含量在15mg/L以下，懸浮物含量在20mg/L以下，電導(dǎo)率在1500 y s/cm左右，總?cè)芙庑怨腆w在800-1200mg/L。所述的方法，其中，混凝劑為聚合氯化鐵和聚二甲基二烯丙基氯化銨，質(zhì)量比為5 I0所述的方法，其中，微濾系統(tǒng)的壓力為0. 05-0. 2MPa。所述的方法，其中，阻垢劑為MDC-200型阻垢劑。所述的方法，其中，電吸附裝置采用炭氣凝膠做電極材料，采用兩級模塊交替運行的方式，運行過程通過PLC進行自動控制，各模塊工作與再生能實現(xiàn)自動切換。本發(fā)明提供了可以對污水深度除鹽回用的處理工藝，污水與混凝劑一同進入渦流式管道混合器，利用混凝作用去除懸浮物、膠體、少量細菌等雜質(zhì)以及磷酸鹽并降低濁度，出水進入沉淀池，沉淀后出水經(jīng)中空纖維微濾膜的過濾作用去除大分子溶解性有機物、大腸菌群等，并進一步降低濁度，出水進入加藥水箱，由計量泵投加阻垢劑，防止電吸附裝置長期運行導(dǎo)致碳酸鈣、碳酸鎂和硫酸鈣等難溶鹽濃縮后析出結(jié)垢。預(yù)處理后的污水進入電吸附裝置進行脫鹽，本方法的產(chǎn)水率能達到75%以上，除鹽率大于80%，脫鹽后的污水可直接用于工業(yè)循環(huán)冷卻水。


圖I是本發(fā)明的裝置示意圖。附圖中主要組件符號說明I集水池；2沉淀池；3微濾系統(tǒng)；4攪拌水箱；5電吸附裝置；6儲水容器；7阻垢劑加藥箱；8混凝劑加藥箱；9、10計量泵；11、12、13、14、15離心泵；16、17、18、19、20、21流量計；22渦流式管道混合器；23機械攪拌裝置。
具體實施例方式本發(fā)明將預(yù)處理方法與電吸附技術(shù)相結(jié)合，提供了一種污水深度除鹽回用的處理工藝，進一步提聞了除鹽效果。請結(jié)合圖1，是本發(fā)明的裝置示意圖集水池I通過渦流式管道混合器22連接沉淀池2，該渦流式管道混合器22還連接混凝劑加藥箱8。沉淀池2的出水口連接微濾系統(tǒng)3，該微濾系統(tǒng)3的出水口連接設(shè)有機械攪拌裝置23的攪拌水箱4，該攪拌水箱4與阻垢劑加藥箱7相連接。攪拌水箱4的出水口連接電吸附裝置5，該電吸附裝置5的出水口連接儲水容器
6。其中，集水池I與渦流式管道混合器22之間、沉淀池2出水口與微濾系統(tǒng)3之間、攪拌水箱4的出水口與電吸附裝置5之間、電吸附裝置5的出水口與儲水容器6之間各安裝有流量計16、18、20、21，以及離心泵11、12、13、14。渦流式管道混合器22與混凝劑加藥箱8之間、攪拌水箱4與阻垢劑加藥箱7之間各安裝有流量計17、19和計量泵9、10。沉淀池底部安裝有離心泵15。本發(fā)明的污水深度除鹽方法如下城鎮(zhèn)污水處理廠二級出水進入集水池1，經(jīng)離心泵11的抽吸作用直接進入渦流式管道混合器22，由流量計16控制流速，混凝劑加藥箱8經(jīng)計量泵9投加的混凝劑作用在渦流式管道混合器22內(nèi)進行混凝沉淀，混凝劑的投加量由流量計17控制。沉淀所產(chǎn)生的絮凝體沉淀后經(jīng)由沉淀池2底部的離心泵15排出。出水經(jīng)離心泵12的抽吸作用進入微濾系統(tǒng)3，由流量計18控制流速，微濾系統(tǒng)3的出水進入攪拌水箱4，由計量泵10從阻垢劑加藥箱7中抽取阻垢劑后投入攪拌水箱4，攪拌水箱4內(nèi)設(shè)有機械攪拌裝置23，保證進水與阻垢劑混合均勻，阻垢劑投加量由流量計19控制，投加阻垢劑的目的是防止電吸附裝置長期運行時結(jié)垢。處理后的出水經(jīng)離心泵13抽入電吸附裝置5進行脫鹽，由流量計20控制流速。產(chǎn)生的脫鹽水經(jīng)離心泵14抽入到儲水容器6中，流量由流量計21控制。本方法的產(chǎn)水率能達到75%以上，除鹽率大于80%，脫鹽后的污水可直接用于工業(yè)循環(huán)冷卻水。本發(fā)明所指的污水是來自城鎮(zhèn)污水處理廠二級出水，C0D&含量在100mg/L以下，NH3-N含量在25mg/L以下，懸浮物含量在30mg/L以下，電導(dǎo)率在1500 u s/cm左右，總?cè)芙庑怨腆w在1000mg/L左右。本發(fā)明的沉淀池為公知設(shè)備。本發(fā)明的混凝劑和阻垢劑投加裝置，由計量泵和內(nèi)設(shè)攪拌泵的加藥箱構(gòu)成，加藥泵前設(shè)濾網(wǎng)，出口裝設(shè)脈沖緩沖器、安全閥，溶解固體的加藥箱內(nèi)宜設(shè)耐腐蝕的溶解用筐網(wǎng)。本發(fā)明的微濾膜的材質(zhì)為聚偏氟乙烯(PVDF)，結(jié)構(gòu)為中空纖維式，膜孔徑為
0.2iim，操作壓力為 0. 05-0. 2MPa。本發(fā)明的電吸附裝置，選定炭氣凝膠為電極材料，操作電壓為I. 5V，流量為2. Om3/h，整個系統(tǒng)運行周期由PLC實現(xiàn)自動化控制。實施例采用本工藝對某城市污水處理廠二沉池出水作為原水進行脫鹽處理，原水pH值為 7. 75，濁度為 7NTU, SS 為 7. 5mg/L,電導(dǎo)率為 1175 u s/cm, CODcr 值為 90mg/L, TN 為22. 13mg/L，TP為0. 83mg/L，全鹽量為1150mg/L。原水進入澄清池混凝沉淀后，通過投加聚合氯化鐵去除懸浮物和膠體物質(zhì)，出水再經(jīng)0. 2 y m微濾膜處理后懸浮物低于5mg/L，濁度小于2NTU，C0D&值小于50mg/L，出水電導(dǎo)率降至500 y s/cm以下，經(jīng)投加阻垢劑后，懸浮物含量和濁度有所上升，但不影響電吸附裝置的進水水質(zhì)。出水進入電吸附裝置除鹽，電導(dǎo)率降低80%左右，產(chǎn)水率能達到75%以上，除鹽率大于80%，脫鹽后的污水可直接用于工業(yè)循環(huán)冷卻水。·
權(quán)利要求
1.一種用于污水脫鹽的裝置，主要包括 集水池通過渦流式管道混合器連接沉淀池，該渦流式管道混合器連接混凝劑加藥箱； 沉淀池的出水口連接微濾系統(tǒng)，該微濾系統(tǒng)的出水口連接攪拌水箱，該攪拌水箱與阻垢劑加藥箱相連接； 攪拌水箱的出水口連接電吸附裝置，該電吸附裝置的出水口連接儲水容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，集水池與渦流式管道混合器之間、沉淀池出水口與微濾系統(tǒng)之間、攪拌水箱出水口與電吸附裝置之間、電吸附裝置出水口與儲水容器之間各安裝有流量計和離心泵； 渦流式管道混合器與混凝劑加藥箱之間、攪拌水箱與阻垢劑加藥箱之間各安裝有流量泵和計量泵； 沉淀池底部安裝有離心泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的裝置，其中，微濾系統(tǒng)的材質(zhì)為聚偏氟乙烯，結(jié)構(gòu)為中空纖維式，膜孔徑為0.2 Pm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的裝置，其中，電吸附裝置采用炭氣凝膠做電極材料。
5.一種污水脫鹽的方法，主要流程為 1)污水與混凝劑一同進入渦流式管道混合器，利用混凝作用去除懸浮物、膠體、少量細菌以及磷酸鹽，并降低濁度； 2)渦流式管道混合器的出水進入沉淀池，沉淀后的出水經(jīng)微濾系統(tǒng)過濾去除大分子溶解性有機物、大腸菌群，并進一步降低濁度； 3)經(jīng)微濾系統(tǒng)過濾后的出水進入攪拌水箱并投加阻垢劑，處理后的污水進入電吸附裝置進行脫鹽； 4)脫鹽后的出水進入儲水容器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，污水為城鎮(zhèn)污水處理廠二級出水，污水中COD&含量在100mg/L以下，NH3-N含量在15mg/L以下，懸浮物含量在20mg/L以下，電導(dǎo)率在1500 u s/cm左右，總?cè)芙庑怨腆w在800-1200mg/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，混凝劑為聚合氯化鐵和聚二甲基二烯丙基氯化銨，質(zhì)量比為5 I。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，微濾系統(tǒng)的壓力為0.05-0. 2MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，阻垢劑為MDC-200型阻垢劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，電吸附裝置采用炭氣凝膠做電極材料，采用兩級模塊交替運行的方式，運行過程通過PLC進行自動控制，各模塊工作與再生實現(xiàn)自動切換。
全文摘要
一種用于污水脫鹽的裝置，主要包括集水池通過渦流式管道混合器連接沉淀池，該渦流式管道混合器連接混凝劑加藥箱；沉淀池的出水口連接微濾系統(tǒng)，該微濾系統(tǒng)的出水口連接攪拌水箱，該攪拌水箱與阻垢劑加藥箱相連接；攪拌水箱的出水口連接電吸附裝置，該電吸附裝置的出水口連接儲水容器。本發(fā)明還公開了污水脫鹽的方法。本發(fā)明的污水深度脫鹽后的產(chǎn)水率能達到75％以上，除鹽率大于80％，脫鹽后的污水可直接用于工業(yè)循環(huán)冷卻水。
文檔編號C02F5/08GK102718351SQ20121024148
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者席北斗, 張列宇, 張靖天, 霍守亮 申請人:中國環(huán)境科學(xué)研究院