申请日2017.03.01
公开(公告)日2017.05.10
IPC分类号C02F9/10; C02F101/20; C02F101/30
摘要
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种表面处理废水的处理系统及其使用方法。具体而言，该系统包括废水收集装置(1)、预处理装置(2)、膜处理装置(3)、预热装置(4)、膜蒸馏装置(5)、污泥储存装置(6)、固液分离装置(7)、干化装置(8)和冷凝装置(9);该使用方法包括：S1、废水的收集与混合;S2、混合废水的预处理;S3、预处理上清液的膜处理;S4、浓水的预热;S5、预热浓水的膜蒸馏;S6、污泥的储存;S7、预处理污泥的固液分离;S8、干化处理;S9、水蒸气的冷凝及回收。本发明的处理系统和使用方法解决了现有方法存在的成本高、稳定性及可持续性差、水资源浪费严重、设备占地面积大等问题。
权利要求书
1.一种表面处理废水的处理系统，其包括废水收集装置(1)、预处理装置(2)、膜处理装置(3)、预热装置(4)、膜蒸馏装置(5)、污泥储存装置(6)、固液分离装置(7)、干化装置(8)和冷凝装置(9);其中：所述废水收集装置(1)与所述预处理装置(2)受控连通;所述预处理装置(2)还分别与所述膜处理装置(3)和所述污泥储存装置(6)受控连通;所述膜处理装置(3)与所述预热装置(4)受控连通;所述预热装置(4)与所述膜蒸馏装置(5)受控连通;所述膜蒸馏装置(5)分别与所述干化装置(8)和所述冷凝装置(9)受控连通;所述污泥储存装置(6)还与所述固液分离装置(7)受控连通;所述固液分离装置(7)分别与所述干化装置(8)和所述废水收集装置(1)受控连通;所述干化装置(8)还与所述冷凝装置(9)受控连通。
2.根据权利要求1所述的表面处理废水的处理系统，其特征在于：
所述废水收集装置(1)的出口与所述预处理装置(2)的入口连通;所述预处理装置(2)的至少一个出口与所述膜处理装置(3)的入口连通，所述预处理装置(2)的至少一个出口与所述污泥储存装置(6)的入口连通;所述膜处理装置(3)的至少一个出口与所述预热装置(4)的入口连通，所述膜处理装置(3)的至少一个出口用于将产水排出;所述预热装置(4)的出口与所述膜蒸馏装置(5)的入口连通;所述膜蒸馏装置(5)的至少一个出口与所述干化装置(8)的至少一个入口连通，所述膜蒸馏装置(5)的至少一个出口与所述冷凝装置(9)的至少一个入口连通;所述污泥储存装置(6)的出口与所述固液分离装置(7)的入口连通;所述固液分离装置(7)的至少一个出口与所述干化装置(8)的至少一个入口连通，所述固液分离装置(7)的至少一个出口与所述废水收集装置(1)的至少一个入口连通;所述干化装置(8)的至少一个出口与所述冷凝装置(9)的至少一个入口连通，所述干化装置(8)的至少一个出口用于将固体废弃物排出。
3.根据权利要求1或2所述的表面处理废水的处理系统的使用方法，其包括下列步骤：
S1、废水的收集与混合：将各路废水收集在废水收集装置(1)中并加以混合，形成混合废水;
S2、混合废水的预处理：使S1中形成的混合废水进入预处理装置(2)中，加入破乳剂后调节pH值至8～10，加入混凝剂和絮凝剂后进行沉淀，形成污泥和预处理上清液;
S3、预处理上清液的膜处理：使S2中形成的预处理上清液进入膜处理装置(3)中，依次经过精密过滤、超滤和反渗透，形成产水和浓水;
S4、浓水的预热：使S3中形成的浓水进入预热装置(4)中进行预热，形成预热浓水;
S5、预热浓水的膜蒸馏：使S4中形成的预热浓水进入膜蒸馏装置(5)中，经过膜蒸馏处理，形成水蒸气和膜蒸馏浓缩液;
S6、污泥的储存：使S2中形成的污泥进入污泥储存装置(6)中并加以储存，形成预处理污泥;
S7、预处理污泥的固液分离：使S6中形成的预处理污泥进入固液分离装置(7)中，经过固液分离处理，形成固体组分和液体组分，并使所述液体组分重新进入废水收集装置(1)中;
S8、干化处理：使S5中形成的膜蒸馏浓缩液和S7中形成的固体组分进入干化装置(8)中，利用热源对所述蒸馏浓缩液和所述固体组分进行干燥，形成水蒸气和用于委外处置的固体废弃物;
S9、水蒸气的冷凝及回收：使S5和S8中形成的水蒸气进入冷凝装置(9)中，冷凝后与S3中形成的产水合并再利用。
4.根据权利要求3所述的使用方法，其特征在于：
S1中所述混合利用搅拌或曝气的方式来完成。
5.根据权利要求3所述的使用方法，其特征在于：
S2中所述破乳为氯化钙或氯化钠，所述混凝剂为聚合氯化铝，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺。
6.根据权利要求3所述的使用方法，其特征在于：
S2中所述沉淀利用斜板沉淀池来完成，时间为2～4小时。
7.根据权利要求3所述的使用方法，其特征在于：
S3中所述精密过滤利用精密过滤器来完成，所述超滤利用超滤膜来完成，所述反渗透利用反渗透膜来完成。
8.根据权利要求3所述的使用方法，其特征在于：
S4中所述预热的温度为50～70℃。
9.根据权利要求3所述的使用方法，其特征在于：
S5中所述膜蒸馏利用疏水微孔膜来完成，膜外侧为预热浓水通路，膜内侧为空气通路，控制膜外侧蒸气压大于膜内侧蒸气压，压差≤0.1MPa。
10.根据权利要求3所述的使用方法，其特征在于：
S7中所述固液分离利用板框压滤机来完成。
说明书
一种表面处理废水的处理系统及其使用方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种用于处理表面处理废水的系统以及使用该系统对表面处理废水进行零排放处理的方法。
背景技术
金属表面处理是一种利用物理、化学或其他方法在金属基材表面形成一层具有特殊功能的覆盖层的工艺，其目的在于提高金属基材的耐蚀性、耐磨性、可装饰性等性能。在金属表面处理过程中，脱脂、水洗、纯水洗、硅烷处理四个工段会产生大量废水。这些废水中的污染物成份比较复杂，通常含有大量的碱性或酸性物质、有机物以及一定量的金属离子和非金属离子，处理难度较大，直接排放到环境中会对水和土壤造成严重污染。
目前，表面处理废水的常用处理方法依次包括下列步骤：隔油处理、化学氧化处理、混凝沉淀处理和多级生物处理，废水经过生物处理后直接排放。但是，该方法存在以下问题：(1)化学氧化处理的运营成本高昂，并且化学氧化药剂的投加量不当会对生物处理系统造成毒害作用;(2)由于废水水质的波动性较大，导致生物处理系统的稳定性较差，废水处理的可持续性也随之变差，并且生物处理系统在遭到破坏后的恢复过程难度较高且周期较长;(3)该方法对重金属离子的去除效果较差，处理后直接排放仍有可能污染环境，不符合国家提倡的零排放政策，并且直接排放是对水资源的严重浪费;(4)该方法包括多级生物处理，占地面积大，不利于大规模工业化推广。因此，在表面处理废水处理技术领域中，亟需开发一种既经济高效又简便易行的处理方法以及与之配套的处理系统。
发明内容
为了解决现有的表面处理废水处理方法存在的成本高、稳定性及可持续性差、水资源浪费严重、设备占地面积大等问题，本发明的目的在于提供一种金属表面处理废水的零排放处理系统及使用该系统进行废水处理的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种表面处理废水的处理系统，其包括废水收集装置、预处理装置、膜处理装置、预热装置、膜蒸馏装置、污泥储存装置、固液分离装置、干化装置和冷凝装置;其中：
所述废水收集装置与所述预处理装置受控连通;
所述预处理装置还分别与所述膜处理装置和所述污泥储存装置受控连通;
所述膜处理装置与所述预热装置受控连通;
所述预热装置与所述膜蒸馏装置受控连通;
所述膜蒸馏装置分别与所述干化装置和所述冷凝装置受控连通;
所述污泥储存装置还与所述固液分离装置受控连通;
所述固液分离装置分别与所述干化装置和所述废水收集装置受控连通;
所述干化装置还与所述冷凝装置受控连通。
在上述表面处理废水的处理系统中，所述废水收集装置的出口与所述预处理装置的入口连通。
在上述表面处理废水的处理系统中，所述预处理装置的至少一个出口(预处理上清液出口)与所述膜处理装置的入口连通，所述预处理装置的至少一个出口(污泥出口)与所述污泥储存装置的入口连通。
在上述表面处理废水的处理系统中，所述膜处理装置的至少一个出口(浓水出口)与所述预热装置的入口连通，所述膜处理装置的至少一个出口(产水出口)用于将产水排出，以便进行回收再利用。
在上述表面处理废水的处理系统中，所述预热装置的出口与所述膜蒸馏装置的入口连通。
在上述表面处理废水的处理系统中，所述膜蒸馏装置的至少一个出口(膜蒸馏浓缩液出口)与所述干化装置的至少一个入口(膜蒸馏浓缩液入口)连通，所述膜蒸馏装置的至少一个出口(水蒸气出口)与所述冷凝装置的至少一个入口连通。
在上述表面处理废水的处理系统中，所述污泥储存装置的出口与所述固液分离装置的入口连通。
在上述表面处理废水的处理系统中，所述固液分离装置的至少一个出口(固体组分出口)与所述干化装置的至少一个入口(固体组分入口)连通，所述固液分离装置的至少一个出口(液体组分出口)与所述废水收集装置的至少一个入口连通。
在上述表面处理废水的处理系统中，所述干化装置的至少一个出口(水蒸气出口)与所述冷凝装置的至少一个入口连通，所述干化装置的至少一个出口(固废出口)用于将固体废弃物排出，以便进行委外处置。
上述表面处理废水的处理系统的使用方法，其包括下列步骤：
S1、废水的收集与混合：将各路废水收集在废水收集装置中并加以混合(用于保证水质和水量的稳定)，形成混合废水;
S2、混合废水的预处理：使S1中形成的混合废水进入预处理装置中，加入破乳剂后调节pH值至8～10，加入混凝剂和絮凝剂后进行沉淀(用于降低废水中油类物质及悬浮物的含量)，形成污泥和预处理上清液;
S3、预处理上清液的膜处理：使S2中形成的预处理上清液进入膜处理装置中，依次经过精密过滤、超滤(精密过滤和超滤用于截留预处理上清液中的悬浮物，避免对反渗透膜造成污染)和反渗透(RO)，形成产水和浓水;
S4、浓水的预热：使S3中形成的浓水进入预热装置中进行预热(增加浓水的蒸汽压)，形成预热浓水;
S5、预热浓水的膜蒸馏：使S4中形成的预热浓水进入膜蒸馏装置中，经过膜蒸馏处理(利用自身的疏水性，气态分子可以透过蒸馏膜进行转移，液态分子则不能透过，即通过膜两侧组分的蒸气压差来达到蒸发的目的)，形成水蒸气和膜蒸馏浓缩液;
S6、污泥的储存：使S2中形成的污泥进入污泥储存装置中并加以储存，形成预处理污泥;
S7、预处理污泥的固液分离：使S6中形成的预处理污泥进入固液分离装置中，经过固液分离处理，形成固体组分和液体组分，并使所述液体组分重新进入废水收集装置(1)中;
S8、干化处理：使S5中形成的膜蒸馏浓缩液和S7中形成的固体组分进入干化装置中，利用热源对所述蒸馏浓缩液和所述固体组分进行干燥，形成水蒸气和用于委外处置的固体废弃物(包含从废水中转移来的非挥发性有机物和重金属离子等成分);
S9、水蒸气的冷凝及回收：使S5和S8中形成的水蒸气进入冷凝装置中，冷凝后与S3中形成的产水合并再利用(实现表面处理废水的零排放处理)。
在上述使用方法中，S1中所述混合利用搅拌或曝气的方式来完成。
在上述使用方法中，S2中所述破乳为氯化钙(CaCl2)或氯化钠(NaCl)，所述混凝剂为聚合氯化铝(PAC)(优选质量百分比浓度为5%～10%)，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)(优选质量百分比浓度为0.1%～0.5%)。
在上述使用方法中，S2中所述沉淀利用斜板沉淀池来完成，时间为2～4小时。
在上述使用方法中，S3中所述精密过滤利用精密过滤器(优选0.1～0.5μm)来完成，所述超滤利用超滤膜来完成，所述反渗透利用反渗透膜来完成。
在上述使用方法中，S4中所述预热的温度为50～70℃。
在上述使用方法中，S5中所述膜蒸馏利用疏水微孔膜来完成，膜外侧为预热浓水通路，膜内侧为空气通路，控制膜外侧蒸气压大于膜内侧蒸气压，压差≤0.1MPa。
在上述使用方法中，S7中所述固液分离利用板框压滤机来完成。
与现有技术相比，采用上述技术方案的本发明具有下列优点：
1)本发明的处理系统及方法没有借助化学氧化的手段，因而避免使用价格高昂的化学氧化药剂，大大降低了生产成本;
2)处理系统中的废水收集装置能够混合调匀各路表面处理废水，保证了水质和水量的稳定性，为废水的可持续性处理奠定了基础;
3)本发明的处理系统及方法能够将废水中的非挥发性有机物和重金属离子等物质转移至固体废弃物中，并通过委外处置的方式加以处理，避免了直接排放对环境造成的严重破坏;另外，处理过程中得到的产水能够实现回收再利用，避免了水资源的浪费，符合绿色环保的理念;
4)与借助多级生物处理的系统相比，本发明的处理系统的占地面积大大减小，有利于大规模工业化推广应用。
