申请日2016.08.04
公开(公告)日2016.11.09
IPC分类号C02F9/12
摘要
本发明公开了一种节能高盐废水的正渗透处理方法，包括以下步骤：首先在废水中加入絮凝剂，静置沉淀，过滤后在电磁结晶反应器中进行结晶，然后对过滤后的上清液进行正渗透处理，最后对稀释后的汲取液进行浓缩再利用。本发明采用柠檬酸钠磁性纳米粒子与蒸馏水的混合物作为正渗透膜汲取液。该废水处理方法可以有效除去高盐废水中的污染物，水回收率高，汲取液重复利用率高，操作简单易行，成本低。
权利要求书
1.一种节能高盐废水的正渗透处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向高盐废水中加入絮凝剂，静置沉淀，过滤，将其上清液泵入电磁结晶反应器中进行结晶，然后将电磁结晶反应器中结晶后的上清液过滤后泵入正渗透膜组件的进料液侧循环流动，同时将柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液泵入正渗透膜组件的汲取液侧循环流动，得到稀释的汲取液;
(2)将步骤(1)得到的稀释汲取液进行反渗透浓缩，汲取液重新返回正渗透膜组件重新利用，渗滤水即为净化出水。
2.如权利要求1所述的一种节能高盐废水的正渗透处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺与纤维素的接枝共聚物。
3.如权利要求1所述的一种节能高盐废水的正渗透处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述电磁结晶反应器内有石墨电极板，连接电源选用调频高压交流电源，调频高压交流电源的输出功率为800-1100W，输出电压为AC 2-10kV可调，输出频率为30-50kHz可调。
4.如权利要求1所述的一种节能高盐废水的正渗透处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液是由柠檬酸钠磁性纳米粒子和蒸馏水组成，其中，柠檬酸钠磁性纳米粒子是利用柠檬酸钠对四氧化三铁磁性纳米粒子进行修饰得到的。
5.如权利要求4所述的一种节能高盐废水的正渗透处理方法，其特征在于，所述柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的制备方法，包括以下步骤：
(a)将氯化铁和氯化亚铁分别溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，2000-3000转/分的状态下搅拌30-60min，然后加热至70-90℃，持续搅拌2-6h，自然冷却至室温，然后在5000-7000rpm下，离心10-20min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空条件下烘干，得到四氧化三铁磁性纳米粒子;
(b)向步骤(a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至80-100℃剧烈搅拌1-2h，然后在5000-8000rpm下离心10-20min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子;
(c)将步骤(b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在500-1000W的功率下超声30-50min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液。
6.如权利要求5所述的一种节能高盐废水的正渗透处理方法，其特征在于：步骤(a)中，所述氯化铁和氯化亚铁的物质的量比为1：(2-4)。
7.如权利要求5所述的一种节能高盐废水的正渗透处理方法，其特征在于：步骤(a)中，所述真空烘干的条件为：-16～-18℃下，干燥12-18h。
8.如权利要求5所述的一种节能高盐废水的正渗透处理方法，其特征在于：步骤(b)中，所述剧烈搅拌的转速为8000-10000rpm。
9.如权利要求1所述的一种节能高盐废水的正渗透处理方法，其特征在于：步骤(2)中，所述反渗透浓缩是将稀释的汲取液泵入纳滤单元，纳滤单元膜组件的膜材料为聚酰胺，膜孔径为1-2nm，其操作条件为：进料液侧，操作压力为0.4-0.5Pa，进料液侧膜面流速为0.8-1.2m/s。
10.如权利要求1所述的一种节能高盐废水的正渗透处理方法，其特征在于：所述正渗透膜的材料为三醋酸纤维素、醋酸纤维素、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、磺化聚醚醚酮、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺中的一种或几种混合。
说明书
一种节能高盐废水的正渗透处理方法
技术领域：
本发明涉及废水处理领域，具体的涉及一种节能高盐废水的正渗透处理方法。
背景技术：
改革开放以来，我国经济高速发展，工农业生产和城市化水平不断提髙。然而，水污染问题也随之日趋严重。污水按来源可分为生活污水和工业污水。生活污水经市政排水管网汇集后进入市政污水厂，处理达标后向自然水体中排放。而工业污水包括化工、造纸、印染、食品、纺织等多个行业生产过程中产生的废液，含有大量生产原料、产物和中间体，要求相关企业将其阶段性处理后再排入市政管网或自然水体。
在污水废水中COD为监管的重中之重，也是治理的难点所在。COD是目前最常用的表征水体中有机物污染程度的指标;COD数值越高，有机物污染情况越严重。有机物的代谢，会使水体中溶解氧大大减少，导致水生生物缺氧甚至死亡，最终水质腐败变臭。另外，多种工业废水中的有机物往往都具有较强的毒性，会对自然环境造成严重破坏，对水生生物和人体造成直接伤害。
此外，废水中的盐分含量过高，其流入土壤系统中，会使土壤生物、植物因脱水而死亡，造成了土壤生态系统的瓦解，而且高盐废水中通常含其他高浓度有机物或营养物，若未经处理直接排放，将给水体环境带来更大的压力，加速江河湖泊的富营养化进程。
传统的废水处理方法主要有吸附法、化学氧化法等，但是其处理成本较高，效率比较低。正渗透是一种依靠渗透压驱动的膜分离过程，即水通过选择性半透膜从较高水化学势区域自发地扩散到较低化学势区域的过程中，其膜污染小，无需外加压力，能耗低，回收率高，浓水排放量少，污染小。但是目前常用的正渗透汲取液浓缩成本较高，反渗透量较高，造成了废水处理成本提高，且效率较低。
发明内容：
本发明的目的是提供一种节能高盐废水的正渗透处理方法，该方法效率高，成本低，膜污染小，其采用的正渗透汲取液浓缩成本低，可重复利用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种节能高盐废水的正渗透处理方法，包括以下步骤：
(1)向高盐废水中加入絮凝剂，静置沉淀，过滤，将其上清液泵入电磁结晶反应器中进行结晶，然后将电磁结晶反应器中结晶后的上清液过滤后泵入正渗透膜组件的进料液侧循环流动，同时将柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液泵入正渗透膜组件的汲取液侧循环流动，得到稀释的汲取液;
(2)将步骤(1)得到的稀释汲取液进行反渗透浓缩，汲取液重新返回正渗透膜组件重新利用，渗滤水即为净化出水。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺与纤维素的接枝共聚物。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述电磁结晶反应器内有石墨电极板，连接电源选用调频高压交流电源，调频高压交流电源的输出功率为800-1100W，输出电压为AC2-10kV可调，输出频率为30-50kHz可调。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液是由柠檬酸钠磁性纳米粒子和蒸馏水组成，其中，柠檬酸钠磁性纳米粒子是利用柠檬酸钠对四氧化三铁磁性纳米粒子进行修饰得到的。
作为上述技术方案的优选，所述柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的制备方法，包括以下步骤：
(a)将氯化铁和氯化亚铁分别溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，2000-3000转/分的状态下搅拌30-60min，然后加热至70-90℃，持续搅拌2-6h，自然冷却至室温，然后在5000-7000rpm下，离心10-20min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空条件下烘干，得到四氧化三铁磁性纳米粒子;
(b)向步骤(a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至80-100℃剧烈搅拌1-2h，然后在5000-8000rpm下离心10-20min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子;
(c)将步骤(b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在500-1000W的功率下超声30-50min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液。
作为上述技术方案的优选，步骤(a)中，所述氯化铁和氯化亚铁的物质的量比为1：(2-4)。
作为上述技术方案的优选，步骤(a)中，所述真空烘干的条件为：-16～-18℃下，干燥12-18h。
作为上述技术方案的优选，步骤(b)中，所述剧烈搅拌的转速为8000-10000rpm。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述反渗透浓缩是将稀释的汲取液泵入纳滤单元，纳滤单元膜组件的膜材料为聚酰胺，膜孔径为1-2nm，其操作条件为：进料液侧，操作压力为0.4-0.5Pa，进料液侧膜面流速为0.8-1.2m/s。
作为上述技术方案的优选，所述正渗透膜的材料为三醋酸纤维素、醋酸纤维素、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、磺化聚醚醚酮、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺中的一种或几种混合。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用柠檬酸钠磁性纳米粒子汲取液作为正渗透膜汲取液，其渗透压高，与水分离容易，稳定性好，能重复利用，有效解决了传统汲取液浓缩再生成本高的技术问题;
(2)本发明在进行废水正渗透处理之前，对废水进行混凝沉淀、再结晶等预处理，有效提高了废水中COD等有机污染物的去除率;
(3)本发明提供的废水处理方法效率高，成本低，汲取液对膜的污染小，且处理方法简单易于操作。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种节能高盐废水的正渗透处理方法，包括以下步骤：
一、柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的制备
(a)将氯化铁和氯化亚铁分别溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，2000转/分的状态下搅拌30min，然后加热至70℃，持续搅拌2h，自然冷却至室温，然后在7000rpm下，离心20min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空条件下烘干，得到四氧化三铁磁性纳米粒子;
(b)向步骤(a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至80℃剧烈搅拌2h，然后在5000rpm下离心20min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子;
(c)将步骤(b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在500W的功率下超声50min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液;
二、废水正渗透处理
(1)向高盐废水中加入阳离子聚丙烯酰胺与纤维素的接枝共聚物，静置沉淀，过滤，将其上清液泵入电磁结晶反应器中进行结晶，然后将电磁结晶反应器中结晶后的上清液过滤后泵入正渗透膜组件的进料液侧循环流动，同时将柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液泵入正渗透膜组件的汲取液侧循环流动，得到稀释的汲取液;
三、正渗透汲取液浓缩再利用
(2)将步骤(1)得到的稀释汲取液进行反渗透浓缩，汲取液重新返回正渗透膜组件重新利用，渗滤水即为净化出水。
实施例2
一种节能高盐废水的正渗透处理方法，包括以下步骤：
一、柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的制备
(a)将氯化铁和氯化亚铁分别溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，3000转/分的状态下搅拌30min，然后加热至90℃，持续搅拌2h，自然冷却至室温，然后在5000rpm下，离心20min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空条件下烘干，得到四氧化三铁磁性纳米粒子;
(b)向步骤(a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至100℃剧烈搅拌1h，然后在8000rpm下离心10min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子;
(c)将步骤(b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在1000W的功率下超声30min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液;
二、废水正渗透处理
(1)向高盐废水中加入阳离子聚丙烯酰胺与纤维素的接枝共聚物，静置沉淀，过滤，将其上清液泵入电磁结晶反应器中进行结晶，然后将电磁结晶反应器中结晶后的上清液过滤后泵入正渗透膜组件的进料液侧循环流动，同时将柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液泵入正渗透膜组件的汲取液侧循环流动，得到稀释的汲取液;
三、正渗透汲取液浓缩再利用
(2)将步骤(1)得到的稀释汲取液进行反渗透浓缩，汲取液重新返回正渗透膜组件重新利用，渗滤水即为净化出水。
实施例3
一种节能高盐废水的正渗透处理方法，包括以下步骤：
一、柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的制备
(a)将氯化铁和氯化亚铁分别溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，2500转/分的状态下搅拌40min，然后加热至75℃，持续搅拌5h，自然冷却至室温，然后在5500rpm下，离心15min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空条件下烘干，得到四氧化三铁磁性纳米粒子;
(b)向步骤(a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至85℃剧烈搅拌4.8h，然后在6000rpm下离心15min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子;
(c)将步骤(b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在600W的功率下超声45min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液;
二、废水正渗透处理
(1)向高盐废水中加入阳离子聚丙烯酰胺与纤维素的接枝共聚物，静置沉淀，过滤，将其上清液泵入电磁结晶反应器中进行结晶，然后将电磁结晶反应器中结晶后的上清液过滤后泵入正渗透膜组件的进料液侧循环流动，同时将柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液泵入正渗透膜组件的汲取液侧循环流动，得到稀释的汲取液;
三、正渗透汲取液浓缩再利用
(2)将步骤(1)得到的稀释汲取液进行反渗透浓缩，汲取液重新返回正渗透膜组件重新利用，渗滤水即为净化出水。
实施例4
一种节能高盐废水的正渗透处理方法，包括以下步骤：
一、柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的制备
(a)将氯化铁和氯化亚铁分别溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，2000转/分的状态下搅拌55min，然后加热至80℃，持续搅拌4h，自然冷却至室温，然后在6000rpm下，离心20min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空条件下烘干，得到四氧化三铁磁性纳米粒子;
(b)向步骤(a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至90℃剧烈搅拌1.6h，然后在7000rpm下离心15min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子;
(c)将步骤(b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在700W的功率下超声40min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液;
二、废水正渗透处理
(1)向高盐废水中加入阳离子聚丙烯酰胺与纤维素的接枝共聚物，静置沉淀，过滤，将其上清液泵入电磁结晶反应器中进行结晶，然后将电磁结晶反应器中结晶后的上清液过滤后泵入正渗透膜组件的进料液侧循环流动，同时将柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液泵入正渗透膜组件的汲取液侧循环流动，得到稀释的汲取液;
三、正渗透汲取液浓缩再利用
(2)将步骤(1)得到的稀释汲取液进行反渗透浓缩，汲取液重新返回正渗透膜组件重新利用，渗滤水即为净化出水。
实施例5
一种节能高盐废水的正渗透处理方法，包括以下步骤：
一、柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的制备
(a)将氯化铁和氯化亚铁分别溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，3000转/分的状态下搅拌55min，然后加热至85℃，持续搅拌3h，自然冷却至室温，然后在6500rpm下，离心10min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空条件下烘干，得到四氧化三铁磁性纳米粒子;
(b)向步骤(a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至95℃剧烈搅拌1.2h，然后在7500rpm下离心20min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子;
(c)将步骤(b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在800W的功率下超声45min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液;
二、废水正渗透处理
(1)向高盐废水中加入阳离子聚丙烯酰胺与纤维素的接枝共聚物，静置沉淀，过滤，将其上清液泵入电磁结晶反应器中进行结晶，然后将电磁结晶反应器中结晶后的上清液过滤后泵入正渗透膜组件的进料液侧循环流动，同时将柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液泵入正渗透膜组件的汲取液侧循环流动，得到稀释的汲取液;
三、正渗透汲取液浓缩再利用
(2)将步骤(1)得到的稀释汲取液进行反渗透浓缩，汲取液重新返回正渗透膜组件重新利用，渗滤水即为净化出水。
采用实施例所描述的方法分别对高盐废水进行处理，水质pH为6.8-7.4，CODcr为2000mg/L，氯化物为23000mg/L，BOD5为80.9mg/L，SS为23000mg/L，氟化物为19.0mg/L，总氰化物为0.25mg/L，总砷3.56mg/L，总汞0.15mg/L。
处理后，水回收率均在98%以上，CODcr去除率为98.89%以上，TDS去除率为97%以上。
