申请日2014.11.28
公开(公告)日2015.04.01
IPC分类号F23G7/04; C02F1/44
摘要
一种节能综合化工废水处理系统，该系统包括正渗透膜浓缩装置和多效蒸发器，正渗透膜浓缩装置包括FO膜密闭交换箱、汲取液回收利用装置和清水回收装置，FO膜密闭交换箱至少设置一级，汲取液回收利用装置与各级FO膜密闭交换箱分别通过电动阀门连接，清水回收装置与汲取液回收利用装置连接，各级FO膜密闭交换箱依次通过排液电动阀门连接，且均通过超越电动阀门与母液焚烧炉连接。该系统针对综合化工废水的高渗透压特性，通过配制依数性更高的汲取液，利用溶液的依数性差异带来的渗透压差，使综合化工废水得到高效浓缩的同时回收循环利用水资源，产生电能;运行过程实现自动联锁控制，可根据不同进水条件调整运行方式。
权利要求书
1.一种节能综合化工废水处理系统，包括正渗透膜浓缩装置和母液焚烧炉，其特征是：正渗 透膜浓缩装置包括FO膜密闭交换箱、汲取液回收利用装置和清水回收装置，FO膜密闭交换 箱至少设置一级，汲取液回收利用装置与各级FO膜密闭交换箱分别通过电动阀门连接，清水 回收装置与汲取液回收利用装置连接，各级FO膜密闭交换箱依次通过排液电动阀门连接，且 均通过超越电动阀门与母液焚烧炉连接。
2.根据权利要求1所述的节能综合化工废水处理系统，其特征是：所述FO膜密闭交换箱的 内部设置膜元件，膜元件将FO膜密闭交换箱内部分为母液区和汲取液区，母液区的上部设 置有进水管，该进水管上设置有进水电动阀门;上一级FO膜密闭交换箱中母液区的底部通 过排液电动阀门与下一级FO膜密闭交换箱中母液区的上部连接，同时每一级FO膜密闭交换 箱中母液区的底部均通过超越电动阀门与母液焚烧炉连接;每一级FO膜密闭交换箱中汲取液 区的上部分别通过汲取液输送管与汲取液回收利用装置中的汲取液交换箱连接，各自的汲取 液输送管上均设置有汲取液出口电动阀门;每一级FO膜密闭交换箱中汲取液区的底部均设置 有汲取液补偿电动阀门，且与汲取液回收利用装置中的汲取液补偿箱之间通过汲取液补偿管 连接，汲取液补偿管上连接有汲取液补偿泵。
3.根据权利要求2所述的节能综合化工废水处理系统，其特征是：所述汲取液区的外部设置 有连接汲取液区上部和下部的汲取液循环管，汲取液循环管上设置有汲取液循环泵。
4.根据权利要求2所述的节能综合化工废水处理系统，其特征是：所述母液区和汲取液区内 均设置有搅拌器和温度调节装置;母液区设置有COD在线监测仪，汲取液区设置有离子浓度 计。
5.根据权利要求1所述的节能综合化工废水处理系统，其特征是：所述汲取液回收利用装置 包括汲取液交换箱、汲取液中间箱、汲取液多效蒸发器、汲取液溶解箱、汲取液补偿箱和溶 药箱，汲取液交换箱上部设置有交换箱电动阀门和交换箱电动排气阀，并通过交换箱电动阀 门与汲取液中间箱连接;汲取液交换箱的底部通过交换箱超越管电动阀门与汲取液中间箱连 接;汲取液中间箱上部设置有中间箱电动排气阀，汲取液中间箱与汲取液多效蒸发器连接; 汲取液溶解箱与汲取液多效蒸发器连接;汲取液补偿箱的底部通过补偿箱进口电动阀门与汲 取液溶解箱的底部连接;溶药箱的底部通过溶药出口电动阀门与汲取液补偿箱的底部连接。
6.根据权利要求5所述的节能综合化工废水处理系统，其特征是：所述汲取液溶解箱和溶药 箱内均设置有搅拌器和离子浓度计。
7.根据权利要求5所述的节能综合化工废水处理系统，其特征是：所述汲取液补偿箱内设置 有离子浓度计。
8.根据权利要求1所述的节能综合化工废水处理系统，其特征是：所述清水装置包括清水箱、 清水泵和清水管，清水箱与汲取液多效蒸发器连接，清水管与清水箱连接，清水泵连接在清 水管上，清水管与溶药箱连接。
9.根据权利要求1所述的节能综合化工废水处理系统，其特征是：还包括渗透能量利用装置， 该装置包括密闭的转子箱和涡轮发电机组，转子箱内设置有涡轮机叶轮，涡轮机叶轮与涡轮 发电机组连接，转子箱的底部设置有转子箱电动排气阀，转子箱通过转子箱进水电动阀门与 汲取液交换箱连接，同时转子箱也与汲取液中间箱连接。
说明书
一种节能综合化工废水深度处理系统
技术领域
本实用新型涉及一种用于综合化工废水的深度处理系统，属于废水治理技术领域。
背景技术
随着我国工业的发展，国内工业园区大量涌现，目前已建成的各类型工业园区已有近7 000家，其中大部分为化工园区，园区企业排放了大量的化工废水，由于化工种类众多，上 述废水统称为综合化工废水。
综合化工废水成分复杂、种类繁多，其中含有的难降解有机物、重金属和一些有毒污染 物都难以在天然水体的自净作用下得到降解。若这些污染物未经处理直接排放到水体中，不 仅造成水体污染，而且会严重影响和危害周围环境，危及人们的身体健康。因此，必须重视 并有效处理综合化工废水，开发经济可行的难降解工业污染物的处理方法。
综合化工废水的主要来源有以下几个方面：
化工生产原料;特定生产工艺过程中排放的废水;生产过程中产生的副产物;冷却水; 由于原材料和产品在生产过程、运输和贮存中存在物料流失或者由于雨水浸蚀而形成的废水。 综合化工废水中通常还有大量无机和有机污染物，由于化工产品多种多样，生产工艺各不相 同，特别是有机化工废水中含有大量人工合成的有机化合物，因此化工废水污染性很强，难 以降解。综合化工废水水质一般具有以下特点：
(1)含有大量有毒或难降解物质，可生化性差。在综合化工废水的有机污染物组成中， 很大一部分为多环芳烃、杂环类化合物、有机染料，以及有机氰化物等，这些有机物化学结 构稳定，自然界微生物没有能分解破坏其化学结构的酶系统。
(2)组分复杂。很多化工园区的综合废水集结了焦化、纺织印染、医药、石油化工等 多种行业的工业废水，由于不同行业生产原料和工艺过程不同，综合化工废水中有机污染成 分十分复杂。
(3)含盐量较高。部分综合化工废水中盐的质量分数不小于1%。高盐度会对生物活性 造成很强的抑制作用，影响有机物的降解，甚至引起生物系统的崩溃。
(4)水质、水量不稳定。大多数化工企业排放的废水水质和水量不稳定，不利于废水处 理工艺的稳定运行。
目前国内外处理此类工业废水的方法主要为物理化学法和生物法。由于生物法具有基建 投资和运行成本低、有效、无害等特点，是当前理想和主导的方法。
综合化工废水的各种处理方法都有其优点和不足，物理化学方法由于其操作性强、对难 降解污染物处理效率高，常用于综合化工废水的预处理或深度处理，但其中均存在一定的不 足，例如混凝沉淀、活性炭吸附、膜过滤等方法只是污染物相的转移，并没有实现污染物的 彻底降解;高级氧化法处理效率高、反应快，在处理难降解废水时效果显著，但该类反应器 的制造和运行成本高、反应条件要求严格，不适用于升级改造已有的废水处理工艺。同样的， 其它多数物理化学方法均存在能源消耗大、投资运行成本高的缺点，制约了其在化工废水处 理中的大规模应用。
生物处理技术的成本低，目前仍是主要的处理技术，但由于综合化工废水中大量难降解 有机物和生物抑制性物质的存在，往往造成了生物处理系统效率低、运行不稳定等问题。为 提高生物处理效果，通常会采取延长水力停留时间或稀释原水以降低生物系统的进水负荷等 措施，但这种方式仍然得不到理想的效果，也不经济，所以工程上通常会采用以生物处理为 主体，物理化学方法作为预处理和深度处理的组合工艺，或采取一些生物强化手段来提高综 合化工废水的处理效果。
为此，有必要重新分析综合化工废水的特性，在生化处理的基础上，开发节能、高效的 综合化工废水深度处理技术。
渗透作用是两种不同浓度的溶液隔以半透膜(允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过 的膜)，水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。其发生 的条件有两个：一是有半透膜，二是半透膜两侧有物质的量浓度差。
渗透作用又可分为正渗透(FO)、反渗透(RO)和压力阻尼渗透(PRO)。
正渗透(FO)过程是以半透膜两侧的渗透压差为驱动力，溶液中的水分子从高水化学势 区(低离子浓度溶液)通过半透膜向低水化学势区(高离子浓度溶液)传递，而溶质分子或 离子被阻挡的一种渗透过程。
反渗透(RO)过程，是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因 为它和正渗透的方向相反，故称反渗透。可以利用不同物料的渗透压差异，使用大于渗透压 的反渗透压力，达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。
压力阻尼渗透(PRO)是介于正渗透和反渗透过程的中间过程，是指在渗透压差的反方向 上施加压力，与反渗透过程相似，然而水分子仍然是扩散到高离子浓度一侧，与正渗透过程 相似。
稀溶液(包含综合化工废水)的依数性是指稀溶液中溶剂的蒸气压下降、凝固点降低、 沸点升高和渗透压的数值，只与溶液中溶质的量有关，与溶质的本性无关，溶液的依数性为 开发特种汲取液提供了理论依据，即只要配置一定依数性的汲取液，使其渗透压高于待处理 综合化工废水，利用渗透作用，就可以将综合化工废水进一步浓缩。
为此，亟需在生化处理的基础上，开发节能的综合化工废水深度处理系统，利用渗透作 用尤其是正渗透(FO)作用和溶液的依数性差异带来的渗透压差，实现综合化工废水有效处 置、循环利用水资源的同时，充分利用正渗透(FO)产生的压差获得电能，节约能源。
发明内容
本实用新型针对综合化工废水处理技术存在的不足，依据生化处理后综合化工废水的特 性，利用溶液的依数性，提供一种处理效果好、节能的综合化工废水深度处理系统。同时提 供一种该系统对综合化工废水的深度处理方法。
本实用新型的节能综合化工废水深度处理系统，采用以下技术方案：
该系统，包括正渗透膜浓缩装置和母液焚烧炉，正渗透膜浓缩装置包括FO膜密闭交换 箱、汲取液回收利用装置和清水回收装置，FO膜密闭交换箱至少设置一级，汲取液回收利用 装置与各级FO膜密闭交换箱分别通过电动阀门连接，清水回收装置与汲取液回收利用装置连 接，各级FO膜密闭交换箱依次通过排液电动阀门连接，且均通过超越电动阀门与母液焚烧炉 连接。母液焚烧炉配套有助燃燃料(天然气、柴油或焦炉煤气等)燃烧器和尾气净化装置。
FO膜密闭交换箱的内部设置膜元件，膜元件将FO膜密闭交换箱内部分为母液区和汲取 液区，母液区的上部设置有进水管，该进水管上设置有进水电动阀门;上一级FO膜密闭交 换箱中母液区的底部通过排液电动阀门与下一级FO膜密闭交换箱中母液区的上部连接，同 时每一级FO膜密闭交换箱中母液区的底部均通过超越电动阀门与母液焚烧炉连接;每一级 FO膜密闭交换箱中汲取液区的上部分别通过汲取液输送管与汲取液回收利用装置中的汲取液 交换箱连接，各自的汲取液输送管上均设置有汲取液出口电动阀门;每一级FO膜密闭交换箱 中汲取液区的底部均设置有汲取液补偿电动阀门，且与汲取液回收利用装置中的汲取液补偿 箱之间通过汲取液补偿管连接，汲取液补偿管上连接有汲取液补偿泵。
汲取液区的外部设置有连接汲取液区上部和下部的汲取液循环管，汲取液循环管上设置 有汲取液循环泵。通过汲取液循环泵将汲取液在汲取液区上部和下部形成循环。
母液区和汲取液区内均设置有搅拌器和温度调节装置。
母液区设置有COD在线监测仪，汲取液区设置有离子浓度计。
汲取液回收利用装置包括汲取液交换箱、汲取液中间箱、汲取液多效蒸发器、汲取液溶 解箱、汲取液补偿箱和溶药箱，汲取液交换箱上部设置有交换箱电动阀门和交换箱电动排气 阀，并通过交换箱电动阀门与汲取液中间箱连接;汲取液交换箱的底部通过交换箱超越管电 动阀门与汲取液中间箱连接;汲取液中间箱上部设置有中间箱电动排气阀，汲取液中间箱与 汲取液多效蒸发器连接;汲取液溶解箱与汲取液多效蒸发器连接，;汲取液补偿箱的底部通过 补偿箱进口电动阀门与汲取液溶解箱的底部连接;溶药箱的底部通过溶药出口电动阀门与汲 取液补偿箱的底部连接。
汲取液溶解箱和溶药箱内均设置有搅拌器和离子浓度计。
汲取液补偿箱内设置有离子浓度计。
清水装置包括清水箱、清水泵和清水管，清水箱与汲取液多效蒸发器连接，清水管与清 水箱连接，清水泵连接在清水管上，清水管与溶药箱连接。
上述系统，还包括渗透能量利用装置，该装置包括密闭的转子箱和涡轮发电机组，转子 箱内设置有涡轮机叶轮，涡轮机叶轮与涡轮发电机组连接，转子箱的底部设置有转子箱电动 排气阀，转子箱通过转子箱进水电动阀门与汲取液交换箱连接，同时转子箱也与汲取液中间 箱连接。
上述系统的处理方法，是：
首先分析计算综合化工废水的渗透物质的量浓度(溶液中的离子态物质的量与分子态物质 的量之和)S1(运行过程中以COD在线监测仪显示数据近似折算)，按照所需渗透压力(△π， 由是否用于发电等实际需求决定)得出所需第一级FO膜密闭交换箱汲取液的离子浓度J1， J1大于S1，且得出需要的FO膜密闭交换箱的级数n和每级FO膜密闭交换箱的个数i;然后 通过汲取液回收利用装置配制离子浓度J1的汲取液，使汲取液充满第一级FO膜密闭交换箱; 开启综合化工废水进水电动阀门，综合化工废水流入第一级FO膜密闭交换箱内，与汲取液 交换，使综合化工废水中的水分子自由传至汲取液，稀释后体积增大的汲取液通过汲取液回 收利用装置中的多效蒸发器实现汲取液溶质(一般为气体)和水(溶剂)的分离，实现汲取 液溶质的回收和再利用，多余的水进入清水装置，实现水资源的回收利用;综合化工废水通 过逐级FO膜密闭交换箱进行浓缩，最后无法再浓缩的或根据需要无需进一步浓缩(一般COD 在600000mg/L以上时)的母液进入母液焚烧炉进行焚烧处理。
本实用新型针对综合化工废水的高渗透压特性，通过配制依数性更高的汲取液，利用溶 液的依数性差异带来的渗透压差，使综合化工废水得到高效浓缩的同时，回收循环利用水资 源，生产电能;同时，运行过程实现自动联锁控制，可根据不同进水条件调整运行方式，便 于实施。具有以下特点：
1.充分利用溶液的依数性，通过配制依数性较高的汲取液(如NH4HCO3等)，利用其与综 合化工废水的高渗透压差，实现综合化工废水高效浓缩的同时，可回收大量水资源;
2.采用的FO膜具有膜通量大，浓差极化现象少的特性，可保障渗透功能的顺利实现;
3.采用的母液焚烧炉为通用设备，专门处理高浓度有机废液，利用高温(850-1100℃) 热解，可充分分解废液中的有机物和含氯、苯、酚类的有害化合物，并具有以下特点：
(1)微负压设计，燃烧安全性高，控制程序中设有炉内点火前不排除易燃易爆气体就不 能点火的功能，以防气爆;
(2)自动化程度高，全方位在线检测控制，燃烧稳定。
(3)采用雾化喷枪，喷出极细微的颗粒，保证在炉内空中气化，氧化分解，不会滴落。
(4)采用切线燃烧雾化装置内部混合式二流体雾化器，其混合程度，雾化效果燃烧速度 极高，过剩空气低，可节约大量燃料。
(5)涡流效果好，燃烧滞留时间达2秒以上，燃烧无死角。
(6)低氮燃烧技术，无烟无臭，无有害气体，可同时焚烧有机废气及少量固体。
(7)配套完善合理的尾气处理净化装置，保证环保排放达标。
4.采用的渗透能量利用装置可将系统产生的渗透能转化为电能，从而降低废水处理成本;
5.通过自动化仪器仪表使运行过程实现自动联锁控制，便于根据不同进水条件调整运行 方式;
6.模块化设计，可根据综合化工废水实际浓度和其他实施条件，自由组合，具有较强的 灵活性。
