申请日2014.01.21
公开(公告)日2015.07.01
IPC分类号C02F9/06
摘要
一种离子交换树脂再生废水资源回收系统及方法，采用两级反渗透加电解工艺对再生废水进行处理，第一级反渗透的浓水用于电解制次氯酸钠，第二级反渗透淡水回用于电厂工业水、脱硝用水等。本发明能够回收再生废水中的氯化钠、氨等资源，同时回收淡水，最终浓水用于制次氯酸钠，可以实现再生废水的零排放。
权利要求书
1.一种离子交换树脂再生废水资源回收系统，其特征在于：包括与阳、阴离 子交换再生废水相连的带有风机(23)的废水箱(1)，废水箱(1)的出口经管路 依次与过滤器/超滤(3)、一级增压泵(5)及一级保安过滤器(6)相连通，且在 一级增压泵(5)与一级保安过滤器(6)相连通的管路上还设置有阻垢剂加药装置， 一级保安过滤器(6)的出水经管路分别与一级高压泵(7)、能量回收装置(10) 的入口相连通，一级高压泵(7)的出口与一级一段反渗透装置(8)的入口相连， 一级一段反渗透装置(8)的淡水出口经管路与淡水箱(19)相连通，淡水箱(19) 出水经淡水泵(20)增压后送至回用水点，一级一段反渗透装置(8)的浓水出口 与一级二段反渗透装置(9)的入口相连通，一级二段反渗透装置(9)的淡水出口 经管路与二级反渗透装置相连通，二级反渗透装置的淡水出口与淡水箱(19)相连 通，二级反渗透装置的浓水出口经管路与过滤器/超滤(3)的出口管路相连通，一 级二段反渗透装置(9)的浓水出口与能量回收装置(10)的另一入口相连通，能 量回收装置(10)一个出口经管路与一级高压泵(7)的出口相连，另一出口与电 解槽(11)相连通，电解槽(11)产出的次氯酸钠由次氯酸钠加药泵(24)送至加 药点;
所述的废水箱(1)与过滤器/超滤(3)之间的管路上还安装有提升泵(2);
所述的二级反渗透装置包括二级一段反渗透装置(16)、二级段间增压泵(18) 和二级二段反渗透装置(17)，一级二段反渗透装置(9)的淡水出口与二级一段反 渗透装置(16)的入口连通，二级一段反渗透装置(16)的浓水出口经二级段间增 压泵(18)与二级二段反渗透装置(17)的入口相连通，二级二段反渗透装置(17) 的浓水出口与过滤器/超滤(3)的出口管路相连通，二级一段反渗透装置(16)及 二级二段反渗透装置(17)的淡水出口分别与淡水箱(19)相连通。
2.根据权利要求1所述的离子交换树脂再生废水资源回收系统，其特征在于： 所述的过滤器/超滤(3)与一级增压泵(5)之间还安装有清水箱(4)。
3.根据权利要求1所述的离子交换树脂再生废水资源回收系统，其特征在于： 所述的阻垢剂加药装置包括阻垢剂箱(21)以及与分别与阻垢剂箱(21)、一级保 安过滤器(6)的入口管路相连通的阻垢剂计量泵(22)。
4.根据权利要求1所述的离子交换树脂再生废水资源回收系统，其特征在于： 所述的一级二段反渗透装置(9)与二级反渗透装置之间的管路上依次安装有中间 水箱(12)、二级增压泵(13)、二级保安过滤器(14)和二级高压泵(15)。
5.根据权利要求1所述的离子交换树脂再生废水资源回收系统，其特征在于： 所述的风机(23)采用罗茨风机。
6.一种如权利要求1-5中任意一项所述的系统的离子交换树脂再生废水资源 回收方法：其特征在于：将含氨的凝结水精处理离子交换树脂再生废水送入废水箱 (1)，控制混合再生废水pH值达到10以上;在废水箱(1)中用罗茨风机(23) 鼓入空气进行充分混合，同时供氧以氧化可能存在的Fe2+，通过提升泵(2)将混 合再生废水送入过滤器/超滤(3)以去除颗粒悬浮物及铁，出水进入清水箱(4); 通过一级增压泵(5)将清水箱(4)出水送入一级保安过滤器(6)过滤，在一级 保安过滤器(6)前根据运行条件由阻垢剂计量泵(22)加入贮存在阻垢剂箱(21) 中的阻垢剂，一级保安过滤器(6)出水一部分进入一级高压泵(7)加压，另一部 分进入能量回收装置(10)与一级二段反渗透装置(9)的浓水进行能量交换后与 一级高压泵(7)出水一同进入一级一段反渗透装置(8)，一级一段反渗透装置(8) 产出的淡水直接进入淡水箱(19)回用，一级二段反渗透装置(9)产出的淡水进 入中间水箱(12)，一级二段反渗透装置(9)的浓水经过能量回收装置(10)交换 能量后送至电解槽(11)进行电解制氯，当回收含氨的凝结水精处理离子交换树脂 再生废水时，还在电解槽(11)内进行氨的氧化去除反应;通过二级增压泵(13) 将中间水箱(12)出水送入二级保安过滤器(14)过滤，二级保安过滤器(14)出 水经二级高压泵(15)加压后送入二级一段反渗透装置(16)，二级一段反渗透装 置(16)产出的淡水进入淡水箱(19)，二级一段反渗透装置(16)的浓水经二级 段间增压泵(18)增压后进入二级二段反渗透装置(17)，二级二段反渗透装置(17) 产出的淡水进入淡水箱(19)，二级二段反渗透装置(17)的浓水返回清水箱(4) 继续处理;淡水箱(19)出水经淡水泵(20)增压后送至回用水点;电解槽(11) 产出的次氯酸钠由次氯酸钠加药泵(24)送至加药点。
说明书
一种离子交换树脂再生废水资源回收系统及方法
技术领域
本发明属于工业废水处理与资源循环利用领域，具体涉及一种离子交换 树脂再生废水资源回收系统及方法。
现有技术
目前，工业企业中离子交换树脂再生酸碱废水通常是经中和处理之后达 标排放，或者将再生废水用于中和企业内部所产其余酸碱废水，很少有考虑 回收再生废水中的有用物质。离子交换树脂再生酸碱废水已见报道的处理方 法有以下几种：酸碱中和法、化学反应沉淀法、生化法、FENTON试剂法、 纳滤/反渗透法。
1)酸碱中和法。(张家骅.贵阳电厂废水治理与回用试验研究[J].给 水排水,1994,04);(任合社.除盐设备再生废水的综合利用[J].工业水处 理,1995,05);(方晞,张格红,韩耀霞,et al.热电厂灰渣废水、再生废水综 合利用技改设计[J].环境工程,2006,02);(喻军,张占平,高文峰.火电厂 离子交换树脂再生废水处理及减排[J].电力环境保护,2008,06):7-9.);(钱 枫,向晶,李伟,et al.锅炉软水站再生废水用于烟气脱硫的研究[J].环境 科学与技术,2009,01);(房金祥.某电厂化学废水综合利用工程实践[J].给 水排水,2010,09);(刘景明,郗丽娟,李冰.酸碱废水中和系统絮凝条件优 化及最佳产泥量的研究[J].环境工程,2002,05)等报道了将离子交换再生 酸性废水用于锅炉冲灰、碱性废水用做脱硫剂及酸碱中和系统优化等技 术。
2)化学反应沉淀法。(郭春梅陈,张忠智.注气锅炉含盐废水的分析 及回用技术研究[J].工业水处理,2003,12);(郭春梅,陈进富.离子交换 树脂再生废水回用处理模拟试验研究[J].环境工程学报,2008,01);(车春 波.沉淀法处理离子交换树脂再生废水的研究[J].哈尔滨商业大学学报(自 然科学版),2010,03):291-4.);(王晓晖,李玉银.离子交换树脂再生废水 回收和利用的模拟试验[J].河北冶金,2012,12):24-7.)等报道了通过分步 化学反应沉淀方法去除再生废水中的硬度离子，回收钙盐和镁盐两种副产 品，利用产水中的氯化钠再生钠离子交换树脂等技术。
3)生化法。(汤蕴蕾.上海地区电厂树脂再生废水处理的探讨[J].华 东电力,2001,12);(张萍,陈晓宇.生物接触氧化池―膜生物反应器组合处 理电厂再生废水的研究[J].华东电力,2006,05)等采用生物膜法、生物接 触氧化及膜生物反应器法处理离子交换树脂再生废水，去除其中的有机 物，达到排放标准。
4)FENTON试剂法。(王罗春沈,丁桓如,孟奕,杨贵盛.Fenton试剂处理 电厂离子交换树脂再生废水[J].环境污染与防治,2001,05);(王罗春,李 晓华,金龙.用Fenton试剂-矿化垃圾生物反应器联合处理离子交换树脂再 生废水[J].上海电力学院学报,2009,05):461-4.);(金龙赵.Fenton试剂 和矿化垃圾生物反应床联合处理电厂离子交换树脂再生废水[J].给水排水, 2004,12);(金龙,王罗春,陈梅.Fenton试剂处理电厂难降解离子交换树脂 再生废水[J].苏州科技学院学报(工程技术版),2008,01):18-22.);(杨贵 盛,孟奕,王罗春,et al.催化氧化法处理电厂离子交换树脂再生废水[J]. 能源工程,2007,01):53-5.);(车春波,王薇.用Fenton试剂处理炼油厂离 子交换树脂再生废水的研究[J].炼油与化工,2009,04):19-21+58.);(车 春波.Fenton试剂催化氧化法处理离子交换树脂再生废水[J].环境科学与 管理,2010,02):79-81.)等采用FENTON试剂催化氧化法处理离子交换树脂再 生废水，去除其中的难降解有机物，达到排放标准。
5)纳滤/反渗透法。(王罗春,丁桓如,闻人勤.纳滤法处理电厂离子 交换树脂再生废水的研究[J].上海电力学院学报,2006,04):338-40.);(付 杰荣.精炼糖厂离子交换树脂再生废水回收技术[J].广西轻工业,2010,09): 106-7+37.)采用纳滤技术回收离子交换树脂再生废水，去除其中的有机 物，达到排放标准。(魏立安,廖城城.反渗透用于APT离子交换废水的处 理与回用[J].环境科学与技术,2010,11)等采用反渗透技术回收APT冶炼 离子交换碱性废水，其运行压力在1.7～1.8MPa。
离子交换树脂再生废水相关专利文献。
专利号201120177523.5螯合树脂塔再生废水的回收利用装置，通过在 废水管线上加装储罐、泵，使其重新回接在各自的酸碱处置的管路上，产生 合理的化学反应，减少最终处置的压力。
申请号：97105951.9离子交换树脂再生废水生产絮凝剂的技术，将再 生废水中的盐酸或硫酸与铁或铝发生反应,生成氢气、铁盐或铝盐，氢气回 收利用,含铁盐或铝盐的再生废水作为絮凝剂应用。
专利号201010533707.0PVC酸碱废水二级混凝与生物协同处理工艺，
结合混凝与生物处理工艺，实现最终达标排放。
申请号：200620094150.4酸碱废水处理系统，将工业酸性废水和工业 碱性废水经酸碱废水中和、混凝、沉淀、污泥脱水等工艺后,达到排放标准。
专利号201220023152.X一种树脂塔酸碱废水回收利用系统，将酸性废 水和碱性废水分别流入废酸槽和废碱槽，废酸通过废酸泵输送至PO车间皂 化废水槽内中和废水，废碱通过废碱泵输送到次氯酸钠工序配碱生产成品次 氯酸钠销售。
专利号201220079958.0火电厂酸碱废水中和处理自动加药装置，结合 加酸、加碱和自动控制装置实现酸碱废水的自动中和控制。
根据文献检索结果分析，目前离子交换树脂再生酸碱废水主要被视为一 种废弃物，经过酸碱中和法、化学反应沉淀法、生化法、FENTON试剂法、 纳滤/反渗透法等使其能够达标排放，或者用于低质场合如锅炉冲灰等，少 量技术考虑将再生废水中的硬度等去除后回用氯化钠溶液作为钠离子交换 树脂的再生剂使用，当没有钠离子交换器时氯化钠溶液无法有效利用。(魏 立安,廖城城.反渗透用于APT离子交换废水的处理与回用[J].环境科学 与技术,2010,11)提到用反渗透技术回收APT冶炼离子交换碱性废水，但其 操作压力低，只有1.7～1.8MPa，且并未回收废水中的化学资源。
目前，工业企业脱盐水处理系统普遍采用反渗透技术，在反渗透装置后 再接阳、阴、混合离子交换塔进行脱盐处理，离子交换树脂再生时用除盐水 稀释高纯工业盐酸和离子膜碱作为再生液，其中杂质离子浓度很低。由于反 渗透装置已经将离子交换塔进水中的硬度、硫酸根、钡、锶、硅等结垢成份 去除到很低的程度，因此离子交换再生废水中的盐分主要是再生剂带入的钠 离子和氯离子，结垢成份浓度很低，具备反渗透回收的技术条件。
火电厂凝结水精处理系统阳离子交换塔再生废水中含有大量的氯离子、 氨、及少量的硬度离子及腐蚀产物，阴离子交换塔再生废水中含有大量的钠 离子及少量的硬度离子、硫酸根离子，二者混合后成为主要含氯化钠和氨的 再生废水，也具备反渗透回收的技术条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够回收离子交换树脂再生酸碱废水中氯 化钠、氨等有用资源，同时回收淡水，工艺系统产生的浓水能够制备次氯酸 钠，最终实现再生废水零排放的离子交换树脂再生废水资源回收系统及方 法。
为达到上述目的，本发明的系统包括：包括与阳、阴离子交换再生废水 相连的带有风机的废水箱，废水箱的出口经管路依次与过滤器/超滤、一级 增压泵及一级保安过滤器相连通，且在一级增压泵与一级保安过滤器相连通 的管路上还设置有阻垢剂加药装置，一级保安过滤器的出水经管路分别与一 级高压泵、能量回收装置的入口相连通，一级高压泵的出口与一级一段反渗 透装置的入口相连，一级一段反渗透装置的淡水出口经管路与淡水箱相连 通，淡水箱出水经淡水泵增压后送至回用水点，一级一段反渗透装置的浓水 出口与一级二段反渗透装置的入口相连通，一级二段反渗透装置的淡水出口 经管路与二级反渗透装置相连通，二级反渗透装置的淡水出口与淡水箱相连 通，二级反渗透装置的浓水出口经管路与过滤器的出口管路相连通，一级二 段反渗透装置的浓水出口与能量回收装置的另一入口相连通，能量回收装置 一个出口经管路与一级高压泵的出口相连，另一出口与电解槽相连通，电解 槽产出的次氯酸钠由次氯酸钠加药泵送至加药点。
所述的废水箱与过滤器/超滤之间的管路上还安装有提升泵。
所述的过滤器/超滤与一级增压泵之间还安装有清水箱。
所述的阻垢剂加药装置包括阻垢剂箱以及与分别与阻垢剂箱、一级保安 过滤器的入口管路相连通的阻垢剂计量泵。
所述的二级反渗透装置包括二级一段反渗透装置、二级段间增压泵和二 级二段反渗透装置，一级二段反渗透装置的淡水出口与二级一段反渗透装置 的入口连通，二级一段反渗透装置的浓水出口经二级段间增压泵与二级二段 反渗透装置的入口相连通，二级二段反渗透装置的浓水出口与过滤器的出口 管路相连通，二级一段反渗透装置及二级二段反渗透装置的淡水出口分别与 淡水箱相连通。
所述的一级二段反渗透装置与二级反渗透装置之间的管路上依次安装 有中间水箱、二级增压泵、二级保安过滤器和二级高压泵。
所述的风机采用罗茨风机。
本发明的离子交换树脂再生废水资源回收方法是将含氨的凝结水精处 理离子交换树脂再生废水送入废水箱，控制混合再生废水pH值达到10以上; 在废水箱中用罗茨风机鼓入空气进行充分混合，同时供氧以氧化可能存在的 Fe2+，通过提升泵将混合再生废水送入过滤器/超滤以去除颗粒悬浮物及铁， 出水进入清水箱;通过一级增压泵将清水箱出水送入一级保安过滤器过滤， 在一级保安过滤器前根据运行条件由阻垢剂计量泵加入贮存在阻垢剂箱中 的阻垢剂，一级保安过滤器出水一部分进入一级高压泵加压，另一部分进入 能量回收装置与一级二段反渗透装置的浓水进行能量交换后与一级高压泵 出水一同进入一级一段反渗透装置，一级一段反渗透装置产出的淡水直接进 入淡水箱回用，一级二段反渗透装置产出的淡水进入中间水箱，一级二段反 渗透装置的浓水经过能量回收装置交换能量后送至电解槽进行电解制氯，当 回收含氨的凝结水精处理离子交换树脂再生废水时，还在电解槽内进行氨的 氧化去除反应;通过二级增压泵将中间水箱出水送入二级保安过滤器过滤， 二级保安过滤器出水经二级高压泵加压后送入二级一段反渗透装置，二级一 段反渗透装置产出的淡水进入淡水箱，二级一段反渗透装置的浓水经二级段 间增压泵增压后进入二级二段反渗透装置，二级二段反渗透装置产出的淡水 进入淡水箱，二级二段反渗透装置的浓水返回清水箱继续处理;淡水箱出水 经淡水泵增压后送至回用水点;电解槽产出的次氯酸钠由次氯酸钠加药泵送 至加药点。
本发明的效果如下：
1)本发明针对的离子交换树脂再生废水水质特点是硬度、硫酸根、二 氧化硅等结垢成份浓度很低，可以采用反渗透回收废水中大量的氯化钠，提 供反渗透回收率，使运行压力达到8MPa或者更高，浓缩后的反渗透浓水含 盐量达到8%或者更高，从而最大量地回收了淡水，氯化钠保留在少量的浓 水中;
2)由于再生废水中的铁对反渗透膜造成污染，在反渗透前设置了曝气- 过滤/超滤工艺，可以氧化废水中可能存在的Fe2+,过滤介质选用石英砂或者 锰砂，过滤过程中在滤料表面形成活性催化层，将溶解态的铁转化为不溶的 Fe(OH)3经过滤去除，同时颗粒态铁氧化物也被过滤去除，其后再连接超滤 装置，去除再生废水中的颗粒物，从而保护反渗透装置;
3)对于含氨的凝结水精处理再生废水，反渗透运行在pH值为10或者 更高的条件下，利用反渗透膜对分子态物质去除率较低的特点，使再生废水 中的氨主要以氨分子形态透过反渗透膜，保留在淡水中，从而回收再生废水 中的氨资源，运行pH值越高，回收的氨越多;
4)第一级反渗透采用两段式排列，反渗透膜采用DOW、HYDRANAUTICS、 TORAY、KOCH、GE等公司的海水淡化膜，当回收氨时，反渗透运行在pH值 为10或者更高的条件下，运行压力达到膜的极限压力(8MPa或者更高)， 当再生废水含盐量在2%左右时，系统回收率在75%以上，浓水含盐量在8% 以上;
5)第一级反渗透采用淡水分段回用设计，第一段由于浓缩倍数较低， 淡水含盐量较低可直接回用，第二段浓缩倍数较高，淡水含盐量超过 1000mg/L，继续进入二级反渗透进行脱盐处理;
6)第一级反渗透使用能量回收装置以回收浓水的能量，运行电耗仅3～ 4kWh/m3淡水;
7)第二级反渗透采用两段式排列，段间设增压泵，反渗透膜采用DOW、 HYDRANAUTICS、TORAY、KOCH、GE等公司的苦咸水膜，当回收氨时，反渗透 运行在pH值为10或者更高的条件下，产出的淡水与第一级第一段反渗透淡 水混合后回用，浓水返回第一级反渗透前继续处理;
8)第一级反渗透的浓水中主要含氯化钠，当处理含氨的凝结水精处理 再生废水时，浓水中还有较高的氨，将浓水送至电解槽进行电解，利用电解 产生的次氯酸钠将氨完全氧化去除，进一步电解制成次氯酸钠溶液，可用于 杀菌消毒;
9)电解槽使用钛基金属氧化物涂层DSA阳极，采用RuO2、IrO2、Ta2O5、 SnO2、PbO2、TiO2等金属氧化物组配成催化活性涂层，具有较低的析氯电位 和较高的析氧电位，有利于氨的直接和间接氧化，同时适用于电解氯化钠溶 液制次氯酸钠。
