申请日2014.11.28
公开(公告)日2016.07.20
IPC分类号C02F9/10
摘要
一种节能精细化工废水处理系统及其处理方法，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。该方法针对精细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，使精细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
1.一种节能精细化工废水处理系统，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，且均通过超越管电动阀门与母液焚烧炉连接;
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管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;
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;
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。
2.根据权利要求1所述的节能精细化工废水处理系统，其特征是：所述汲取液补偿箱内设置有离子浓度计。
3.根据权利要求1所述的节能精细化工废水处理系统，其特征是：所述清水回收装置包括清水箱、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。
4.根据权利要求1所述的节能精细化工废水处理系统，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。
5.一种权利要求1所述节能精细化工废水处理系统的处理方法，其特征是：
首先分析计算精细化工废水的渗透物质的量浓度S1，按照所需渗透压力得出所需第一级FO膜密闭交换箱汲取液的渗透物质的量浓度J1，J1大于S1，且得出需要的FO膜密闭交换箱的级数和每级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;开启精细化工废水进水电动阀门，精细化工废水流入第一级FO膜密闭交换箱内，与汲取液交换，使精细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和水的分离，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;精细化工废水通过逐级FO膜密闭交换箱进行浓缩，最后无法再浓缩或根据需要无需进一步浓缩的母液进入母液焚烧炉进行焚烧处理。
说明书
一种节能精细化工废水深度处理系统及其处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于精细化工废水的深度处理系统及其处理方法，属于废水深度治理技术领域。
背景技术
中国把生产精细化学品的工业称为精细化学工业，简称精细化工，包括染料、涂料、医药、化学纤维及农药等，据统计，目前我国精细化工门类已达25个，品种达三万多种，精细化工产品生产能力近13500kt/a，年产量约9700kt。随着我国经济的高速发展，精细化工产品越来越广泛地服务于国民经济和人们的生活当中。
精细化工生产过程与一般化工(通用化工)生产不同,它是由化学合成(或从天然物质中分离、提取)、精制加工和商品化等三个部分组成,大多以灵活性较大的多功能装置和间歇方式进行小批量生产，化学合成多数采用液相反应、流程长、精制复杂、需要精密的工程技术;从制剂到商品化需要一个复杂的加工过程，主要是迎合市场要求而进行复配，外加的复配物愈多,产品的性能也愈复杂。20世纪80年代,中国又把那些还未形成产业的精细化工门类称为新领域精细化工。它们是饲料添加剂、食品添加剂、表面活性剂、水处理化学品、造纸化学品、皮革化学品、胶粘剂、生物化工、电子化学品纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、现烯酸及其酯、气雾剂等。
精细化工废水包括上述染料、涂料、医药、化学纤维及农药等精细化工产品生产过程中产生的有机废水，其中常含有苯胺类、硝基苯类、甲氧基苯系物、腈、酚、酸、醇、酯、苯乙烯、壬烷及少量喹啉、吲哚、嘧啶、四氢呋喃等杂环化合物，具有污染物浓度高、成分复杂、色度高及毒性大等特点，对自然环境和人类健康均存在严重的危害。
对精细化工废水的处理，目前我国大多采用传统的物化/生化组合工艺，但处理效果不理想，出水达标率不高，主要表现为出水COD、NH4+-N及色度等指标的超标。
究其原因，主要是因为精细化工水中含有一种或若干种的难降解有机物(PCD≤0，PCD指以有机物在生物降解12d内的CO2产生量，是其生物降解性的表征)，包括甲氧基苯系物、腈类有机物、多取代基苯胺和苯酚、含氮杂环化合物、邻二硝基苯、苯乙烯、磷酸三丁酯等，此类有机物大多含有稳定的苯环(杂环)结构，有些还同时含有卤原子、硝基等强吸电子基团(如氯代硝基苯)，化学性质相当稳定，微生物缺乏相应的酶活，使这类有机物在出水中继续存在形成残留COD组分。
中国专利文献CN103159381A公开的《一种精细化工废水处理回用方法》和CN103896457A公开的《一种精细化工废水处理工艺》，处理成本高，处理效果有待提高。
为此，有必要重新分析精细化工废水的特性，在生化处理的基础上，开发节能、高效的精细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(包含精细化工废水)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精细化工废水，利用渗透作用，就可以将精细化工废水进一步浓缩。
为此，亟需在生化处理的基础上，开发节能的精细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，实现精细化工废水有效处置、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
本发明针对现有精细化工废水处理技术存在的不足，依据生化处理后精细化工废水的特性，利用溶液的依数性，提供一种处理效果好、节能的精细化工废水深度处理系统。同时提供一种该系统对精细化工废水的深度处理方法。
本发明的节能精细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，且均通过超越管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管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：
首先分析计算精细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;开启精细化工废水进水电动阀门，精细化工废水流入第一级FO膜密闭交换箱内，与汲取液交换，使精细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;精细化工废水通过逐级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。
本发明针对精细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，使精细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)，利用其与精细化工废水的高渗透压差，实现精细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，可根据精细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。
