申请日2015.06.15
公开(公告)日2015.09.30
IPC分类号C02F9/06
摘要
一种膜电耦合的废水深度处理方法，属于废水处理技术领域。它将外排尾水经过膜过滤装置过滤处理得到淡水和浓水，淡水回用;浓水送入电催化氧化装置，浓水中有机污染物、生物体被电催化氧化处理分解，得到的中水进入双极膜电渗析装置，中水中的无机盐转化为酸和碱，实现资源化利用;经双极膜电渗析装置分离了无机盐后的废水作为景观环境用水。本发明通过采用膜电耦合，实现了废水深度处理、物质资源化和污染物减排，经本发明处理后的淡水和浓水各项水质指标分别达到GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》和GB/T 18921-2002《城市污水再生利用景观环境用水水质》标准。
摘要附图
权利要求书
1.一种膜电耦合的废水深度处理方法，所述废水深度处理采用膜电耦合系统进行处理，所述膜电耦合系统包括膜过滤装置、电催化氧化装置和双极电渗析装置，其特征在于该处理方法包括如下步骤：
1)废水经过膜过滤装置过滤处理得到淡水和浓水，淡水回用，浓水进入下一步处理;
2)将步骤1)的浓水送入电催化氧化装置处理，浓水中有机污染物、生物体被电催化氧化处理分解，得到中水;
3)步骤2)得到的中水进入双极膜电渗析装置，中水内的无机盐转化为酸和碱，实现资源化利用，经双极膜电渗析装置分离了无机盐后的废水作为景观环境用水。
2.根据权利要求1所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于所述废水为外排尾水，其水质参数为pH 6~9、CODCr 60~150mg/L、TDS 1000~6000 mg/L。
3.根据权利要求1所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于所述膜过滤装置中的膜组件为纳滤膜组件或反渗透膜组件，纳滤膜组件时的截留分子量150~300，反渗透膜组件时的截留分子量大于100。
4.根据权利要求1所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于步骤1)中的纳滤膜过滤操作压力为0.50~1.0MPa、反渗透膜过滤操作压力为1.0~1.5MPa、操作温度10-30℃。
5.根据权利要求1所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于所述电催化氧化装置采用网板柱塞流电解装置，其工作电极为网板钛基二氧化铅电极，对电极为网板钛电极，网孔尺寸为5.0× 12.5mm，工作电极与对电极交替均匀分布，相邻的工作电极与对电极间距为3~6cm。
6.根据权利要求1所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于步骤2)中的电催化氧化条件为：电压为3~6V、电流密度为5~15mA/cm2、水力停留时间为30~90min。
7.根据权利要求1所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于所述双极膜电渗析装置采用由1张双极膜和2张离子交换膜组成膜组件的三隔式双极膜电渗析装置，双极膜的阳极为网板钛基二氧化铅电极，阴极为网板钛电极。
8.根据权利要求1所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于所述步骤3)中双极膜电渗析条件：电流密度为15~20 mA/cm2，电压为30~50 V，工作温度为10~40℃。
说明书
一种膜电耦合的废水深度处理方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种节能、高效、环保的膜电耦合的废水深度处理方法。
背景技术
随着社会的发展，资源的短缺越来越严重，尤其是水资源。各类生产活动产生大量的外排废水，如制药、印染、电镀、造纸以及工业园区等废水。尽管这些废水经二级生化处理后对外排放，尾水水质pH6~9、CODCr(化学需氧量) 60~150mg/L、TDS(溶解性总固体)2000~6000 mg/L，外排的废水量和污染物数量仍相当巨大。因此，减少这些废水及污染物的外排量已经迫在眉睫，废水深度处理及资源化为其提供了解决的方向。
近年来，我国在废水深度处理及资源化方面做了大量的研究和应用。如混凝沉淀、生物滤池、膜过滤、高级氧化等，主要针对外排废水中SS(悬浮固体)、COD、TDS、色度等指标的处理，使处理后水质进一步改善，甚至达到“杂用水”、工艺用水要求。中国专利申请号CN200610106598.8公开了一种再生水连续微滤处理工艺，采用多介质过滤和膜分离系统，这种工艺处理后的水质能够满足工艺用水要求。中国专利申请号CN201420510600.8公开了一种内循环式电絮凝膜废水处理装置，废水经电絮凝后，再通过膜过滤组件，实现对废水的深度处理。中国专利申请号CN200910105965公开了一种印染废水零排放处理EBM方法，印染废水经一级电絮凝氧化、生化处理、二级电絮凝氧化、电除盐膜系统处理后，淡水回收利用，高盐浓水用于喷淋除尘脱硫，盐随灰渣处理排放。
的确，膜过滤是废水深度处理及资源化的一项有效技术，该工艺可以有效去除TDS和一些残留的有机物(包括活性生物体)，其淡水水质可以达到杂用水、甚至工艺用水要求，成为大众首选。杂用水水质指标为pH6~9、BOD5(五日生化需氧量)≤10~20mg/L、TDS≤1000~1500mg/L，工艺用水水质指标为pH6~9、CODCr ≤60mg/L、TDS ≤1000mg/L。但是，膜过滤工艺会产生相当比例的浓水(一般地，为处理废水量的30~40%左右)，其污染物浓度高。针对二次生化处理后外排尾水水质，膜过滤产生的浓水污染物指标CODCr>300 mg/L、TDS>4000 mg/L，需要进一步处理达标后才能排入环境水体。
本质上，膜过滤没有减少污染物数量，而是完成了污染物的一个浓缩过程。浓水中这些污染物包括来自二级生化处理后残留的难生化物质和被膜组件截留的TDS，成为高盐难生化处理废水，无法返回前面的生化单元处理，需要采用高级氧化技术如臭氧、双氧水、电分解、光解等，分解处理这部分污染物。实际使用中，这些方法的关键点是能效比(吨废水的能量消耗，或能量利用效率)和TDS脱除。尽管国家废水排放标准没有对TDS指标作限制，但大量高TDS废水排放，无疑会导致纳污水体(这里指淡水体)盐度增加，危及水生生态环境。
发明内容
本发明目的是针对废水膜过滤深度处理及资源化工艺产生的含有机污染物的高TDS浓水处理瓶颈问题，提出一种节能、高效、环保的膜电耦合的废水深度处理方法。
所述的一种膜电耦合的废水深度处理方法，所述废水深度处理采用膜电耦合系统进行处理，所述膜电耦合系统包括膜过滤装置、电催化氧化装置和双极电渗析装置，其特征在于该处理方法包括如下步骤：
1)废水经过膜过滤装置过滤处理得到淡水和浓水，淡水回用，浓水进入下一步处理;
2)将步骤1)的浓水送入电催化氧化装置处理，浓水中有机污染物、生物体被电催化氧化处理分解，得到中水;
3)步骤2)得到的中水进入双极膜电渗析装置，中水内的无机盐转化为酸和碱，实现资源化利用，经双极膜电渗析装置分离了无机盐后的废水作为景观环境用水。
所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于所述废水为外排尾水，其水质参数为pH 6~9、CODCr 60~150mg/L、TDS 1000~6000 mg/L。
所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于所述膜过滤装置中的膜组件为纳滤膜组件或反渗透膜组件，纳滤膜组件时的截留分子量150~300，反渗透膜组件时的截留分子量大于100。
所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于步骤1)中的纳滤膜过滤的操作压力为0.50~1.0MPa、反渗透膜过滤的操作压力为1.0~1.5MPa、操作温度10-30℃。
所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于所述电催化氧化装置采用网板柱塞流电解装置，其工作电极为网板钛基二氧化铅电极，对电极为网板钛电极，网孔尺寸为5.0× 12.5mm，工作电极与对电极交替均匀分布，相邻的工作电极与对电极间距为3~6cm。
所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于步骤2)中的电催化氧化条件为：电压为3~6V、电流密度为5~15mA/cm2、水力停留时间为30~90min。
所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于所述双极膜电渗析装置采用由1张双极膜和2张离子交换膜组成膜组件的三隔式双极膜电渗析装置，双极模的阳极为网板钛基二氧化铅电极，阴极为网板钛电极。
所述的膜电耦合的废水深度处理方法，其特征在于所述步骤3)中双极膜电渗析条件：电流密度为15~20 mA/cm2，电压为30~50 V，工作温度为10~40℃。
与现有技术比较，本发明有益效果主要体现在：
1)本发明通过采用膜电耦合系统对废水进行深度处理，通过膜过滤装置的纳滤膜组件或反渗透膜组件进行膜过滤得到淡水和浓水，淡水水质达到生产工艺用水标准后回用，浓水为含有机污染物的高TDS浓水，不能直接生物处理，本发明通过电催化氧化处理，将浓水中的有机物和生物体进行有效深度分解和杀灭，且浓水中含盐高，其电导率高，有助于降低槽电压，节约了能耗;电催化氧化后的中水进入双极电渗析装置中，中水内的无机盐被转化为酸和碱，减少了盐对环境的排放，并实现了资源化利用;
2)本发明通过采用膜过滤和电分解耦合，实现了废水深度处理、物质资源化和污染物减排，经本发明处理后的淡水水质指标达到GB/T 19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》中的冷却用水、洗涤用水、工艺与产品用水要求，作生产工艺用水回用;处理后的浓水水质指标达到GB/T 18921-2002《城市污水再生利用 景观环境用水水质》标准，作景观用水使用。
