申请日2015.11.17
公开(公告)日2016.02.24
IPC分类号C02F9/04; C02F9/08
摘要
本发明提供了一种LED行业芯片生产废水处理系统及其处理方法，所述系统包括依次相连的高级氧化预处理装置、超滤处理装置、反渗透装置和EDI脱盐装置。本发明针对LED行业芯片生产废水水量大、污染物种类多但水质相对较好等特点，集成有机污染物的高级氧化-超滤-反渗透-EDI于一体，形成污染物低成本深度脱除与膜分级脱盐，并回收企业生产所需的不同要求水质(如循环水补充水、纯水、高纯水和超纯水)。应用本发明技术处理LED行业芯片生产废水，脱盐率达到99.9%以上，水的回收利用率高于80%，膜寿命超过3年，解决了常规处理技术中存在的膜易污染、通量小、清洗频繁和吨水成本高等问题。
权利要求书
1.一种LED行业芯片生产废水处理系统，其特征在于，所述系统包括依次相连的高级氧化预处理装置(1)、超滤处理装置(2)、反渗透装置(3)和 EDI脱盐装置(6)。
2.根据权利要求1所述的LED行业芯片生产废水处理系统，其特征在于，所述高级氧化预处理装置(1)前设置有保安过滤器;
优选地，所述保安过滤器中滤芯的孔径为5～10μm。
3.根据权利要求1或2所述的LED行业芯片生产废水处理系统，其特征在于，所述高级氧化预处理装置(1)包括高级氧化反应器和陶瓷膜过滤器;
优选地，所述高级氧化反应器包括UV/O3催化反应器和三相分离室;
优选地，所述UV/O3催化反应器中紫外光源的功率为30～75W，优选为 40-65W;
优选地，所述UV/O3催化反应器中固相催化剂为光敏半导体催化剂;
优选地，所述光敏半导体催化剂为粉末状，粒径为20～100nm;
优选地，所述陶瓷膜处理装置包括陶瓷膜过滤器和反冲洗装置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的LED行业芯片生产废水处理系统，其特征在于，所述超滤处理装置(2)包括保安过滤器、超滤膜组件、反冲洗加药装置和反冲洗泵;
优选地，所述超滤膜组件中超滤膜的截留分子量为20,000～30,000Da;
优选地，所述超滤膜组件中超滤膜为外压式中空纤维膜，其过滤精度为 10～20nm;
优选地，所述超滤膜组件中超滤膜的材质为聚偏氟乙烯和/或聚丙烯;
优选地，所述超滤处理装置(2)的运行温度为15～40℃，跨膜压差为 0.05～0.15MPa。
5.根据权利要求1-4任一项所述的LED行业芯片生产废水处理系统，其特征在于，所述超滤处理装置(2)和反渗透装置(3)之间设置有加药装置;
优选地，所述反渗透装置(3)包括依次相连的增压泵、一级反渗透设备 (4)、段间增压泵和二级反渗透设备(5);
优选地，所述一级反渗透设备(4)包括反渗透膜和膜清洗设备;
优选地，所述二级反渗透设备(5)包括反渗透膜和膜清洗设备;
优选地，所述反渗透装置(3)的运行温度为15～45℃，工作压力为 1.5～3.0MPa。
6.根据权利要求1-5任一项所述的LED行业芯片生产废水处理系统，其特征在于，所述反渗透装置(3)和EDI脱盐装置(6)之间还设置有紫外线杀菌装置;
优选地，所述紫外线杀菌装置采用汞蒸气压力为1.3～13Pa，波长为 180～190nm的汞灯;
优选地，所述汞灯的波长为185nm;
优选地，EDI脱盐装置(6)包括EDI膜堆和精密树脂过滤器。
7.根据权利要求1-6任一项所述的LED行业芯片生产废水处理系统的处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)待处理的LED行业芯片生产废水经安保过滤后进行高级氧化预处理得到淡水和浓水;
(2)步骤(1)中高级氧化预处理得到的浓水回流再次进行高级氧化，高级氧化预处理得到的淡水进行超滤处理，超滤处理得到的浓水回流收集，超滤处理得到的淡水进行反渗透处理，反渗透得到的淡水进行EDI脱盐处理，得到最终产水。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中高级氧化预处理包括UV/O3催化氧化处理和陶瓷膜过滤处理;
优选地，所述UV/O3催化氧化处理中待处理废水与臭氧的体积比为 0.35～0.55，优选为0.41～0.52;
优选地，所述UV/O3催化氧化处理中待处理废水的停留时间为1～10min，优选为1.5～5min;
优选地，所述UV/O3催化氧化处理中光敏半导体催化剂的投加量为每升待处理废水中投加0.05～0.7g，优选为0.15～0.55g;
优选地，所述陶瓷膜过滤处理包括陶瓷膜过滤和反冲洗处理;
优选地，所述反冲洗处理中通入反冲洗气体的时间间隔为5～10min，优选为6～8min;
优选地，所述反冲洗处理的反冲洗时间为1～10s，优选为3～7s。
9.根据权利要求7或8所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中高级氧化预处理得到的淡水经安保处理后进行超滤处理;
优选地，步骤(2)超滤处理采用错流过滤模式;
优选地，步骤(2)超滤处理中用产出的淡水对超滤组件进行反冲洗;
优选地，所述反冲洗的冲洗周期为8～24h，优选为12～15h;反冲洗的时间为5～7min;
优选地，步骤(2)超滤处理中用产出的淡水对超滤膜组件进行化学清洗;
优选地，所述化学清洗的步骤为：将超滤处理中用产出的淡水与化学清洗剂混合均匀后对超滤膜组件进行清洗;
优选地，所述化学清洗的周期为20～30天，化学清洗的时间为1～2h;
优选地，所述步骤(2)中反渗透处理的步骤为：
将超滤处理得到的淡水投加阻垢剂后进行一级反渗透处理，一级反渗透处理得到的浓水回流收集，一级反渗透处理得到的淡水经增压后进行二级反渗透处理，二级反渗透处理得到的浓水回流重新进行超滤处理，二级反渗透处理得到的淡水进行EDI脱盐处理;
优选地，所述一级反渗透处理和二级反渗透处理得到的淡水与化学清洗剂混合后用于清洗反渗透膜;
优选地，所述清洗反渗透膜的冲洗间隔为24～72h，优选为36～48h;
优选地，所述清洗反渗透膜的冲洗时间为2～10min，优选为3～5min;
优选地，所述清洗反渗透膜的冲洗周期为3～12个月，优选为6～9个月;
优选地，所述清洗反渗透膜至清洗后出水中阻垢剂的浓度为0.2～0.5%，优选为0.25～0.35%。
10.根据权利要求7-9任一项所述的处理方法，其特征在于，所述步骤(2) 中反渗透得到的淡水进行紫外线杀菌处理后进行EDI脱盐处理;
优选地，步骤(2)中EDI脱盐处理产生的浓水回流重新进行超滤处理， EDI脱盐处理产生的极水回流收集;
优选地，步骤(2)中EDI脱盐处理的进水水质要求为：电导率<15μs/cm，总有机碳<0.5mg/L，总硬度(以CaCO3)<1.0mg/L。
说明书
一种LED行业芯片生产废水处理系统及处理方法
技术领域
本发明属于废水处理和再利用领域，涉及一种LED行业芯片生产废水处理系统及处理方法，尤其涉及一种LED行业芯片生产废水高值化利用处理系统及处理方法。
背景技术
LED产业是我国优先发展的战略性新型产业之一，近年来发展迅速。在产业高速发展的同时，LED及其衍生产品生产过程中的污染问题一直未被重视。而随着行业的继续发展，LED生产中的污染问题必然成为阻止行业继续快速发展的一个重要关键。据统计，全国LED行业每年排放的废水超过1000万m3，尽管从污染物总量上看并不突出，但由于我国LED产业具有企业数量多，地域分散性广，并且LED生产过程中污染物种类多，污染物毒性大等特点，使得LED行业排放污染物所引起的环境污染效应非常显著，对环境危害巨大。
根据调查，目前LED芯片生产企业大多数并不设有废水处理系统，通常将生产中产生的各种废水混合后排放。据统计全国LED企业每年排放的废水约1022万吨。鉴于LED行业自身特点，废水中通常含有低浓度难降解有机污染物，水中无机盐也影响水的循环利用，加之废水单次排放量小等特点，共同导致常规处理技术投资高、运行成本高，并且难以实现水回用。
CN104609610A公开了一种全膜法处理反渗透浓水及循环排污水的方法，全膜法虽然可以从废水中得到部分脱盐水(50～70%)，但是其应用的制约瓶颈是有机污染物对膜的污染，导致膜不能长期稳定使用，而且有机物被浓缩到浓盐水中形成二次污染。
CN101767891A公开了一种臭氧和活性炭一体化废水处理装置，包括一处理容器，该处理容器包括：进气进水区、气水混合区、第一活性炭床层区、第二活性炭床层区以及气水分离区。臭氧-活性炭工艺虽然可以部分去除有机污染物，但未能脱盐，而且由于臭氧利用效率低(利用率不足40%)、效果差，有机物难以有效深度脱除。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，为解决LED行业芯片生产废水的常规处理技术中存在的污染严重、清洗频繁和成本高等缺点，本发明提供了一种LED行业芯片生产废水处理系统及处理方法，其集成有机污染物的高级氧化-超滤-反渗透-EDI脱盐，通过污染物源头减量和过程的精确调控，克服膜表面的污染问题，有效避免膜通量衰减，降低回用水综合处理成本，使芯片废水通过处理可连续稳定的获得高纯水质的产水，产水水质最高可达到I级电子级超纯水要求，淡水回收产率最高可达80%，为企业提供了一种高效且经济的废水资源化处理及梯级循环回用技术。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种LED行业芯片生产废水处理系统，所述系统包括依次相连的高级氧化预处理装置、超滤处理装置、反渗透装置和EDI脱盐装置。
其中，所述高级氧化预处理装置采用UV/O3催化氧化+陶瓷膜处理技术对经过保安过滤器处理后的废水进行深度处理，除去废水中的较大颗粒和悬浮物质，同时降解/转化废水中的难降解有机物。
所述超滤处理装置对经过高级氧化预处理的废水进行超滤膜处理，进一步去除水中的色度、细菌和胶态物质以及部分大分子有机物。
所述反渗透装置是将经超滤处理装置处理后的废水依次进行一级反渗透处理和二级反渗透处理;其中，一级反渗透脱盐淡化处理去除废水中大部分的硫酸根、钙和镁等二价离子，同时也可以去除一部分的单价盐;一级脱盐后的初级淡水作为二级反渗透膜组件的进水，进一步淡化处理。
所述EDI脱盐装置深度去除水中的溶解性COD、重金属离子和色度等，最终得到电子级超纯水。
本发明中，所述高级氧化预处理装置前设置有保安过滤器。
优选地，所述保安过滤器中滤芯的孔径为5～10μm，例如5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等。
本发明中，所述高级氧化预处理装置包括高级氧化反应器和陶瓷膜过滤器。
优选地，所述高级氧化反应器包括UV/O3催化反应器和三相分离室。
优选地，所述UV/O3催化反应器中紫外光源的功率为30～75W，例如30W、35W、40W、45W、50W、60W、65W、70W或75W等，优选为40-65W。
优选地，所述UV/O3催化反应器中固相催化剂为光敏半导体催化剂。
优选地，所述光敏半导体催化剂为粉末状，粒径为20～100nm，例如20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等。
优选地，所述陶瓷膜处理装置包括陶瓷膜过滤器和反冲洗装置。
本发明中，所述超滤处理装置包括保安过滤器、超滤膜组件、反冲洗加药装置和反冲洗泵。
优选地，所述超滤膜组件中超滤膜的截留分子量为20,000～30,000Da，例如20,000Da、22,000Da、24,000Da、26,000Da、28,000Da或30,000Da等。
优选地，所述超滤膜组件中超滤膜为外压式中空纤维膜，其过滤精度为10～20nm，例如10nm、12nm、14nm、16nm、18nm或20nm等。
优选地，所述超滤膜组件中超滤膜的材质为聚偏氟乙烯和/或聚丙烯。
优选地，所述超滤处理装置的运行温度为15～40℃，例如15℃、20℃、25℃、30℃、35℃或40℃等，跨膜压差为0.05～0.15MPa，例如0.05MPa、0.07MPa、0.10MPa、0.13MPa或0.15MPa等。
本发明中，所述超滤处理装置和反渗透装置之间设置有加药装置。
优选地，所述反渗透装置包括依次相连的增压泵、一级反渗透设备、段间增压泵和二级反渗透设备;
优选地，所述一级反渗透设备包括反渗透膜和膜清洗设备。
优选地，所述二级反渗透设备包括反渗透膜和膜清洗设备。
其中，反渗透膜以陶氏BW30-4040反渗透膜效果最好，但并不仅限于此，其他相类似的反渗透膜同样适用。
优选地，所述反渗透装置的运行稳定为15～45℃，例如15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃或45℃等，工作压力为1.5～3.0MPa，例如1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa或3.0MPa等。
本发明中，所述反渗透装置和EDI脱盐装置之间还设置有紫外线杀菌装置。
优选地，所述紫外线杀菌装置采用汞蒸气压力为1.3～13Pa，即低压汞灯，波长为180～190nm的汞灯，例如180nm、182nm、184nm、186nm、188nm或190nm等。
优选地，所述汞灯的波长为185nm。
优选地，EDI脱盐装置包括EDI膜堆和精密树脂过滤器。
上述系统中各装置的处理过程如下：
高级氧化预处理装置：
待处理的LED行业芯片生产废水经保安过滤器后泵入UV/O3催化反应器，臭氧通过射流器进入UV/O3催化反应器，经气体分布器均匀布气后，与废水均匀混合，在紫外光源的照射下，在光敏半导体催化剂表面发生催化氧化反应;臭氧尾气从三相分离室放空口排出，氧化后的生产废水从三相分离器的出水口进入陶瓷膜过滤器。
生产废水经陶瓷膜过滤后，淡水从淡水口排出，进入超滤处理装置，陶瓷膜表面截留的光敏半导体催化剂通过气体反冲洗作用，与陶瓷膜过滤器产出浓水混合，回流至UV/O3催化反应器进行处理。
超滤处理装置：
经过高级氧化预处理装置处理后的废水经保安过滤器后进入超滤膜组件，在超滤膜组件中经深度处理去除水中的色度、细菌和胶态物质以及部分大分子有机物。处理后产出的淡水进入反渗透装置进行反渗透处理;同时，超滤膜组件产出的淡水还可通过反冲洗泵对超滤膜组件进行反冲洗;超滤膜组件产出的淡水一部分还可以经反冲洗加药装置加入化学药剂混合均匀后对超滤膜组件进行化学清洗。
反渗透装置：
经超滤处理装置处理产出的淡水经高压泵进入反渗透装置中的一级反渗透设备，在进入一级反渗透设备还可以投加阻垢剂，经一级反渗透设备去除水中的无机盐、有机物、胶体和病毒等物质，一级反渗透设备产生的浓水回流收集，一级反渗透设备产生的淡水经段间增压泵进入二级反渗透设备，在二级反渗透设备中进行深度脱盐后，二级反渗透设备产生的浓水回流进行超滤处理，二级反渗透设备产生的淡水进入后续处理。
同时，一级反渗透设备产生的淡水和二级反渗透设备产生的淡水均可以与化学清洗剂进行混合用于反渗透膜的清洗。
EDI脱盐装置：
二级反渗透设备产生的淡水经紫外线杀菌器杀菌后进入EDI脱盐装置中的EDI膜堆进行深度去离子后，再进入EDI脱盐装置中的精密树脂过滤器，经过滤后得到所需要的最终产水。
同时，EDI脱盐装置中产生的浓水回流进行超滤处理，EDI脱盐装置产生的极水回流收集，EDI脱盐装置产生的淡水即为所需产水。
第二方面，本发明提供了上述LED行业芯片生产废水处理系统的处理方法，所述方法包括以下步骤：
(1)待处理的LED行业芯片生产废水经安保过滤后进行高级氧化预处理得到淡水和浓水;
(2)步骤(1)中高级氧化预处理得到的浓水回流再次进行高级氧化处理，高级氧化预处理得到的淡水进行超滤处理，超滤处理得到的浓水回流收集，超滤处理得到的淡水进行反渗透处理，反渗透得到的淡水进行EDI脱盐处理，得到最终产水。
其中，最终产水可以达到可达到I级电子级超纯水要求。
本发明中，所述步骤(1)中高级氧化预处理为包括UV/O3催化氧化处理和陶瓷膜过滤处理。
优选地，所述UV/O3催化氧化处理中待处理废水与臭氧的体积比为0.35～0.55，例如0.35、0.40、0.45、0.50或0.55等，优选为0.41～0.52。
优选地，所述UV/O3催化氧化处理中待处理废水的停留时间为1～10min，例如1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min等，优选为1.5～5min。
优选地，所述UV/O3催化氧化处理中光敏半导体催化剂的投加量为每升待处理废水中投加0.05～0.7g，例如0.05g、0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g或0.7g等，优选为0.15～0.55g。
优选地，所述陶瓷膜过滤处理包括陶瓷膜过滤和反冲洗处理。
优选地，所述反冲洗处理中通入反冲洗气体的时间间隔为5～10min，例如5min、6min、7min、8min、9min或10min等，优选为6～8min。
优选地，所述反冲洗处理的反冲洗时间为1～10s，例如1s、2s、3s、4s、5s、6s、7s、8s、9s或10s等，优选为3～7s。
上述反冲洗的时间间隔和反冲洗的时间均根据膜污染的程度进行调整。
本发明中，所述步骤(2)中高级氧化预处理得到的淡水经安保处理后进行超滤处理。
优选地，步骤(2)超滤处理采用错流过滤模式，采用错流过滤模式是经过大量试验结果和选用膜组件的性能对比分析后得出的结论。
优选地，步骤(2)超滤处理中用产出的淡水对超滤组件进行反冲洗。
优选地，所述反冲洗的冲洗周期为8～24h，例如8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h或24h等，优选为12～15h;反冲洗的时间为5～7min，例如5min、6min或7min等。
优选地，步骤(2)超滤处理中用产出的淡水对超滤膜组件进行化学清洗。
优选地，所述化学清洗的步骤为：将超滤处理中用产出的淡水与化学清洗剂混合均匀后对超滤膜组件进行清洗。
优选地，所述化学清洗的周期为20～30天，例如20天、22天、24天、26天、28天或30天等;化学清洗的时间为1～2h，例如1h、1.5h或2h等。
其中，化学清洗频率为反冲洗通量低于初始的70%或透膜压差高于0.03MPa;其中投加的化学清洗剂为用清洗剂或者常规酸碱清洗剂。
上述反冲洗和化学清洗的时间间隔和时间均根据膜污染的程度进行调整。
优选地，所述步骤(2)中反渗透处理的步骤为：
将超滤处理得到的淡水投加阻垢剂后进行一级反渗透处理，一级反渗透处理得到的浓水回流收集，一级反渗透处理得到的淡水经增压后进行二级反渗透处理，二级反渗透处理得到的浓水回流重新进行超滤处理，二级反渗透处理得到的淡水进行EDI脱盐处理。
优选地，所述一级反渗透处理和二级反渗透处理得到的淡水与化学清洗剂混合后用于清洗反渗透膜。
优选地，所述清洗反渗透膜的冲洗间隔为24～72h，例如24h、30h、35h、40h、45h、50h、55h、60h、65h、70h或72h等，优选为36～48h。
优选地，所述清洗反渗透膜的冲洗时间为2～10min，例如2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min等，优选为3～5min。
优选地，所述清洗反渗透膜的冲洗周期为3～12个月，例如3个月、5个月、7个月、10个月或12个月，优选为6～9个月。、
上述清洗的时间间隔和时间均根据膜污染的程度进行调整。
优选地，所述清洗反渗透膜至清洗后出水中阻垢剂的浓度为0.2～0.5%，例如0.2%、0.3%、0.4%或0.5%等，优选为0.25～0.35%。
本发明中，所述步骤(2)中反渗透得到的淡水进行紫外线杀菌处理后进行EDI脱盐处理;
优选地，步骤(2)中EDI脱盐处理产生的浓水回流重新进行超滤处理，EDI脱盐处理产生的极水回流收集。
优选地，步骤(2)中EDI脱盐处理的进水水质要求为：电导率<15μs/cm，总有机碳<0.5mg/L，总硬度(以CaCO3)<1.0mg/L。
上述的LED行业芯片生产废水处理系统的处理方法，具体包括以下步骤：
(1)待处理的LED行业芯片生产废水经安保过滤后进行UV/O3催化氧化处理和陶瓷膜过滤处理得到淡水和浓水;其中，UV/O3催化氧化处理中待处理废水与臭氧的体积比为0.35～0.55，UV/O3催化氧化处理中待处理废水的停留时间为1～10min，光敏半导体催化剂的投加量为每升待处理废水中投加0.05～0.7mg，所述陶瓷膜过滤处理包括陶瓷膜过滤处理和反冲洗处理，反冲洗处理中通入反冲洗气体的时间间隔为5～10min，反冲洗时间为1～10s。
(2)步骤(1)中高级氧化预处理得到的浓水回流再次进行高级氧化处理，高级氧化预处理得到的淡水进行超滤处理，超滤处理采用错流过滤模式，超滤处理得到的浓水回流收集，超滤处理得到的淡水进行反渗透处理;同时，超滤处理得到的淡水还可对超滤组件进行反冲洗和化学清洗，反冲洗的冲洗周期为8～24h，反冲洗的时间为5～7min，化学清洗的周期为20～30天，化学清洗的时间为1～2h。
其中，反渗透处理为：将超滤处理得到的淡水投加阻垢剂后进行一级反渗透处理，一级反渗透处理得到的浓水回流收集，一级反渗透处理得到的淡水经增压后进行二级反渗透处理，二级反渗透处理得到的浓水回流重新进行超滤处理，二级反渗透处理得到的淡水进行后续处理;同时，所述一级反渗透处理和二级反渗透处理得到的淡水与化学清洗剂混合后用于清洗反渗透膜，清洗反渗透膜的冲洗间隔为24～72h，冲洗时间为2～10min，冲洗周期为3～12个月。
二级反渗透处理得到的淡水进行紫外线杀菌处理后进行EDI脱盐处理，其中EDI脱盐处理产生的浓水回流重新进行超滤处理，EDI脱盐处理产生的极水回流收集，EDI脱盐处理产生的淡水为最终产水。
上述“浓水”和“淡水”均为本领域技术术语，属于清楚表述。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过合理的组合工艺，集成有机污染物的高级氧化-超滤-反渗透-EDI脱盐，对LED行业芯片生产废水进行深度处理及高值化回用。
(1)整合后的UV/O3催化技术的效能明显优于单独使用O3或UV时的处理效果，处理成本降低30%以上;
(2)通过将UV/O3催化技术与陶瓷膜处理技术相结合，极大地提高了紫外光与臭氧利用率，O3利用率可达90%以上，远大于传统的不足40%;
(3)所述装置的抗膜污染能力得到强化，淡水产率高，回用水产水率高于80%(电子级超纯水产水率高于65%)，直接处理成本低于3元/吨水。
