申请日2011.03.11
公开(公告)日2011.06.08
IPC分类号C02F9/06; C02F1/461; C02F103/30; C02F1/469; C02F1/44
摘要
一种印染深度处理废水循环利用装置及其方法，包括纳米催化电解系统、浸没式超滤膜过滤分离系统、电渗析系统，其中纳米催化电解系统、浸没式超滤膜过滤分离系统和电渗析系统依次连接;印染深度处理废水依次经纳米催化电解系统、浸没式超滤膜过滤分离系统、电渗析系统进行纳米催化电解、超滤过滤、电渗析处理。本发明具有水的回收率高、成本低、脱色脱臭效果好、大幅度降低废水COD的总排放量、根除膜的生物污染、没有二次污染、大幅度减少污泥、占地少、回用水质高、设备运行时能耗大幅度下降等突出的优点。
翻译权利要求书
1.一种印染深度处理废水循环利用装置，其特征在于：包括纳米催化电解系统、浸没式超滤膜过滤分离系统、电渗析系统，其中纳米催化电解系统、浸没式超滤膜过滤分离系统和电渗析系统依次连接;印染深度处理废水依次经纳米催化电解系统、浸没式超滤膜过滤分离系统、电渗析系统进行纳米催化电解、超滤过滤、电渗析处理。
2.如权利要求1所述的一种印染深度处理废水循环利用装置，其特征在于：还包括超滤膜清洗系统，该超滤膜清洗系统和浸没式超滤膜过滤分离系统连接，对浸没式超滤膜过滤分离系统的超滤膜进行清洗。
3.如权利要求2所述的一种印染深度处理废水循环利用装置，其特征在于：
所述纳米催化电解系统设有截止阀、供水泵、纳米催化电解机和沉淀罐;截止阀的进口外接印染废水排出口，供水泵的进口接截止阀的出口，供水泵的出口接纳米催化电解机的进口，纳米催化电解机的出口接沉淀罐的进口;
所述浸没式超滤膜过滤分离系统设有截止阀、浸没式超滤膜池、鼓风机、曝气器、超滤膜系统、抽吸泵和透析液贮罐，纳米催化电解系统所得印染净化废水通过进水管和截止阀进入浸没式超滤膜池，超滤膜浸没在浸没式超滤膜池中的印染净化废水中，抽吸泵从超滤膜内侧将水负压抽吸过膜壁，产生的透析液通过抽吸泵收集到透析液贮罐用于进一步经过反渗透过滤得循环利用的再生水，截止阀的进口接纳米催化电解系统沉淀罐的出口，截止阀的出口接浸没式超滤膜池的进口，浸没式超滤膜池的出口依次经过抽吸泵、截止阀进入透析液贮罐;
所述超滤膜清洗系统设有清洗液罐、反冲洗泵、截止阀和联接管道，清洗液罐的出口接反冲洗泵的进口，反冲洗泵的出口接截止阀的进口，截止阀的出口接超滤膜系统;
所述电渗析系统设有截止阀、供水泵、电渗析机、透析液贮罐、浓缩液贮罐，截止阀的进口接浸没式超滤膜过滤分离系统的透析液贮罐的出口，截止阀的出口接供水泵的进口，供水泵的出口接电渗析机的进口，电渗析机的透析液出口接透析液贮罐，电渗析的浓缩液出口接浓缩液贮罐。
4.如权利要求1所述的一种印染深度处理废水循环利用装置，其特征在于：所述的电渗析系统是倒极电渗析系统(EDR)、液膜电渗析系统(EDLM)、填充电渗析系统(EDI)、双极性电渗析系统(EDMB)和无极水电渗析系统的一种。
5.一种印染深度处理废水循环利用方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的一种印染深度处理废水循环利用装置，并包括以下步骤：
步骤1、纳米催化电解：将经过生化处理后二沉池的印染深度处理废水经水泵提取后，输入纳米催化电解机中进行纳米催化电解，再经过阀门进入沉淀罐沉淀，然后输入过滤装置过滤，除去废水中因纳米催化电解产生的固体杂质、浮游生物、细菌、胶体得净化废水。
6.步骤2、浸没式超滤过滤：将经过纳米催化电解系统系处理后的净化印染废水经管道流入浸没式超滤系统过滤处理，得透析水。
7.步骤3、电渗析：将经过浸没式超滤系统处理所得的净化印染废水经过供水泵送入电渗析系统，进行电渗析脱盐，得脱盐水和浓缩液。
8.如权利要求5所述的一种印染深度处理废水循环利用方法，其特征在于：所述纳米催化电解的相邻两极板的工作电压为2～18V，工作电压最好为3～8V。
9.如权利要求5所述的一种印染深度处理废水循环利用方法，其特征在于：所述纳米催化电解的电流密度为10～300mA/cm2，电流密度最好为50～210 mA/cm2。
10.如权利要求5所述的一种印染深度处理废水循环利用方法，其特征在于：所述印染废水的氯化钠含量为0.6%～5.0%。
11.如权利要求5所述的一种印染深度处理废水循环利用方法，其特征在于：所述印染废水的氯化钠含量为0.6%～1.3%。
12.如权利要求5所述的一种印染深度处理废水循环利用方法，其特征在于：所述的超滤膜过滤为浸没式超滤膜过滤分离系统，工作条件是：常温～45℃，工作压力为1～50kPa。
13.如权利要求5所述的一种印染深度处理废水循环利用方法，其特征在于：所述电渗析系统的工作条件是操作电压0.5～3.0㎏/㎝2，操作电压50～250V，电流强度1～3A。
14.如权利要求5所述的一种印染深度处理废水循环利用方法，其特征在于：所述电渗析系统为一段电渗析系统、二段电渗析系统、三段电渗析系统和四段电渗析系统的一种。
说明书
一种印染深度处理废水循环利用装置及其方法
技术领域
本发明涉及印染废水处理技术，特别是涉及一种印染深度处理废水循环利用装置及其方法。
背景技术
纺织工业通常包括纺织、印染、化纤、服装和纺织专用设备制造等5大组成部分。随着国民经济的快速发展，印染业也进入了高速发展期，设备和技术水平明显提升，生产工艺和设备不断更新换代，印染企业发展十分迅速，到目前为止，仅中国就有规模以上印染企业2000多家。印染工艺指在生产过程中对各类纺织材料纤维、纱线、织物进行物理和化学处理的总称，包括对纺织材料的前处理、染色、印花和后整理过程，统称为印染工艺。
当前，纺织技术的发展以生产生态纺织品和绿色制造技术为引导，从工艺、助剂、设备等多渠道着手，抓住源头，注重生产过程中每一个环节的生态问题，努力优化纺织工艺，减少化学药剂、水、能源的消耗，以达到高效、高速、环保的目的。国内外已投入较大力量开发环保型染料助剂，节水、节能、减排新工艺和新设备，在无水和少水印染技术方面，涂料印染方面以及纺织节能、节水实用新型技术等方面都有较大的发展。尽管纺织印染行业的节水和废水处理技术得到快速发展,但是,纺织印染废水仍然是我国工业系统中重点污染源之一，据国家环保总局统计，印染行业排放的印染废水总量位于全国各工业部门排放总量的第五位。印染废水作为环境重要污染源的特点，首先是污染量大，目前，世界印染年产量约为80～90万吨，中国印染年产量达15万吨，位居世界前列，在印染的生产和使用中约有10%～15% 的印染组分随废水排入环境。中国的印染工业和纺织印染业发达，印染废水对环境的污染更为严重，2004年全行业排水量13.6亿立方米，而其污染物排放总量以COD计则位于各工业部门第六位。第二是作为环境污染物的印染种类多、结构复杂。全世界使用的合成印染达3万多种，80%以上的印染为含偶氮键、多聚芳香环的复杂有机化合物。印染工业是化学工业中环境污染极其严重的产业之一，印染废水色度大;有机物浓度高，组分复杂;难生物降解物质多;含有大量的无机盐、硫化物等，属于难处理的工业废水。由于印染分子具有复杂的芳香烃分子结构而更加难于去除，这些结构本身在设计制造时便是为了在水环境或在光照和有氧化剂的条件下稳定存在。第三是多数印染为有毒难降解有机物，化学稳定性强，具有致癌、致畸和致突变的“三致”作用。废水中残存的印染组分即使浓度很低，排入水体也会造成水体透光率降低，导致水体生态系统的破坏。因此，对印染废水进行有效的处理成为重要的课题。
印染废水的水质具有污染物浓度高、种类多、含有毒有害成分及色度高等特点，目前国内外在这类废水处理中常用的处理方法主要有物理法、化学法、生物法等多种处理技术。
虽然上述各种方法都具有良好的处理效果，但也存在以下问题：
在物化方面，活性炭虽然具有吸附效果好的特点，但活性炭再生困难，成本高，使其应用受到限制。许多企业分别转向其他价格便宜、材料易得的吸附剂。虽然电解法、氧化法在去除印染废水的色度有一定的效果，但往往COD去除并不理想，处理药剂的成本也相对较高，许多新型的氧化手段还处在实验研究阶段，并未工业化。
在生化方面，印染是典型的精细化工产品，具有小批量，多品种的特点，其结构复杂，生产流程长，从原料到成品往往伴随有硝化、缩合、还原、氧化、重氮化、偶合等单元操作，副产品多，产品收率低，废水有机物成分复杂，印染生产化学反应过程和分离、精制、水洗等工序操作都是以水为溶剂，用水量很大。生化法处理印染废水虽然有投资少的优点，但是仍存在微生物难适应印染废水、水质波动大、毒性大等缺点，且存在污泥处置、厌氧段的沼气处理以及管理复杂等问题。此外，虽然采用铁碳作为电极的微电解方法，在处理印染废水方面取得一定进展，但是铁碳消耗带来大量沉淀，使处理后的废水难以利用，只能达到排放标准。
印染废水处理采用单一的处理方法往往很难达到预期的效果。常规的方法是将各处理方法进行组合，存在工艺流程长、运行成本高、出水质量不稳定等缺陷，处理后的污水多达到2级排放标准。由于这种排放废水分别经过了生化、化学、物化等多种方法处理，理化性质十分稳定，后续脱色净化非常困难，一般的方法都难以对其进行进一步的脱色净化，这种达到2级排放的深度处理废水的排放对环境还将造成长期的影响。另一方面，当前淡水资源越来越紧张，供水矛盾日益突出，如能将印染深度处理废水进行循环利用，不仅大幅减轻了对环境的影响，而且节省了大量淡水资源和大幅度降低印染企业的水消耗指标和废水排放指标。
近年来，将化学法和物理法结合的印染废水处理方法或将生化处理和物理的印染废水处理方法得到较快发展。中国专利ZL200710008643.0公开了一种基于膜技术的印染废水处理方法，它是将化学絮凝沉淀、生化处理与反渗透分离技术结合起来的印染废水处理方法。中国专利ZL200910112879.8公开了一种印染深度处理废水装置及方法，它是将印染废水经过生化处理后二沉池的废水经过纳米催化微电解后再经反渗透膜过滤，透析液循环利用的方法。这些方法的特点是脱盐率高，产水水质高(实际上，印染企业生产中不要求这么高的水质)，但是，存在固定资产投资大，能耗大，废水的再生成本较高，回用率偏低的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的印染废水处理方法中所存在的固定资产投资大，能耗大，废水的再生成本较高，回用率偏低，浪费水资源等问题，提供一种基于纳米催化电解技术、浸没式超滤技术与电渗析技术相结合，成本较低，效能较高，使之达到废水再生循环利用的印染深度处理废水循环利用装置及方法。
本发明采用如下技术方案：
本发明所述印染深度处理废水净化装置设有：
纳米催化电解系统：纳米催化电解系统用于纳米催化电解、沉淀和过滤等处理，纳米催化电解系统设有截止阀、水泵、纳米催化电解机、沉淀罐和过滤装置;截止阀的进口外接印染废水生化处理系统的二沉池排水口，水泵的进口接截止阀的出口，水泵的出口分别接纳米催化电解机的进口，纳米催化电解机的出口接沉淀罐的进口，过滤装置的进口接沉淀罐的出口，沉淀罐的出口经截止阀与浸没式超滤膜过滤分离系统的进水口联接;过滤是砂滤、多介质过滤、微滤等中的一种。
浸没式超滤膜过滤分离系统：浸没式超滤膜过滤分离系统用于将纳米催化电解系统所得印染净化废水过滤、分离得透析水和浓缩液。浸没式超滤膜过滤分离系统设有截止阀、浸没式超滤膜池、鼓风机、曝气器、超滤膜系统、抽吸泵和透析水贮罐。纳米催化电解系统所得印染净化废水通过进水管和截止阀进入膜池。超滤膜浸没在膜池中的印染净化废水中，抽吸泵从超滤膜内侧将水负压抽吸过膜壁，产生的透析水通过抽吸泵收集到透析水贮罐用于进一步经过电渗析脱盐得供生产上循环利用的再生水。截止阀的进口接纳米催化电解系统沉淀罐的出口，截止阀的出口接浸没式超滤膜池的进口，浸没式超滤膜池的出口依次经过抽吸泵、截止阀进入透析水贮罐。
所述的浸没式超滤膜过滤系统可去除废水中的固体杂质、浮游生物、细菌、胶体等，浸没式膜采用外压开放式过滤设计，可被直接浸入到废水中，因此系统的占地面积小。其工作条件是：常温～45℃，工作压力为1～50kPa。
超滤膜清洗系统：超滤膜清洗系统用于清洗超滤膜过滤分离系统，超滤膜清洗系统设有清洗液罐、反冲洗泵、截止阀和联接管道，清洗液罐的出口接反冲洗泵的进口，反冲洗泵的出口接截止阀的进口，截止阀的出口接超滤膜系统。
电渗析系统：电渗析系统设有截止阀、供水泵、电渗析机、透析水贮罐、浓缩液贮罐。截止阀的进口接浸没式超滤膜过滤分离系统透析水贮罐的出口，截止阀的出口接供水泵的进口，供水泵的出口接电渗析机的进口，电渗析机的透析水出口接透析水贮罐，电渗析的浓缩液出口接浓缩液贮罐。
所述的电渗析系统包括倒极电渗析系统(EDR)、液膜电渗析系统(EDLM)、填充电渗析系统(EDI)、双极性电渗析系统(EDMB)和无极水电渗析系统。
所述的电渗析系统可以将经过浸没式超滤膜过滤分离系统所得透析水经过电渗析分离成透析水(脱盐水)和浓缩液，使其满足工业生产中不同的生产工艺用水的质量要求。电渗析的工作条件是操作电压0.5～3.0㎏/㎝2，操作电压50～250V，电流强度1～3A。
所述的电渗析系统可以根据废水中的含盐量进行一段脱盐、两段脱盐或三段脱盐，从而使再生水的含盐量满足工业生产的工艺用水要求，其脱盐率可以达45～80%。
本发明所述印染废水的净化方法包括以下步骤：
步骤1、纳米催化电解：将经过生化处理后二沉池的印染深度处理废水经水泵提取后，输入纳米催化电解机中进行纳米催化电解，再经过阀门进入沉淀罐沉淀，然后输入过滤装置过滤，除去废水中因纳米催化电解产生的固体杂质、浮游生物、细菌、胶体得净化废水。
所述纳米催化微电解的工作电压可为2～250V，相邻两个电极间的电压为2～18V，相邻两个电极间的最佳电压为3～8V，电流密度为5～300mA/cm2，最佳为电流密度为50～200mA/cm2，印染深度处理废水经过电解后经阀门流入沉淀罐中。采用纳米催化电解具有如下突出效果：(1)用纳米催化电解产生的初生态的氯[Cl]杀灭废水中微生物，使废水中微生物活体下降到30个/ml以下，消除微生物对膜材料的污染。(2)氧化分解废水中的氨氮，使残留氨氮进一步氧化，氨氮的脱除率可达80～90%。(3)大幅度降低废水的色度和气味，经过了生化、物化等多种方法处理后二沉池的印染深度处理废水的色度在80～300之间并有臭味，一般的处理方法很难进一步脱色度和去除臭味，经过纳米催化电解可以将印染深度处理废水的色度从80～300之间降低到16～32。(4)氧化分解废水中的有机物，残留染料快速降低CODCr。(5)使废水中的悬浮物、胶体、带电微粒在电场作用下凝聚形成较大颗粒后，经过过滤去除得净化废水。(6)废水中的重金属离子向电解机电解槽的阴极移动，在阴极形成沉淀，从而降低废水中的重金属离子含量。
所述印染废水的氯化钠含量可为6‰～50‰，最好为0.6‰～1.3‰，氯化钠含量不够时可添加工业氯化钠补充至6‰～50‰。
所述纳米催化电解是将印染深度处理废水经过纳米催化电解使之生成初生态的氯[Cl]、羟基和初生态的氧，用以氧化分解废水中的有机物和氨氮，并杀灭废水中微生物，同时，在电场作用下使废水中的悬浮物、胶体、带电微粒凝聚形成较大颗粒。
步骤2、浸没式超滤过滤：将经过纳米催化电解系统系处理后的净化印染废水经管道流入浸没式超滤系统过滤处理，得透析水。
步骤3、电渗析：将经过浸没式超滤系统处理所得的净化印染废水经过水泵送入电渗析系统，进行电渗析脱盐，得脱盐水和浓缩液。
本发明与双膜法(超滤+反渗透或超滤+纳滤)处理方法比较，既克服了其成本过高的缺陷，又克服了废水处理效果不理想，排放的废水污染环境的缺陷，并且可以化腐朽为神气，变废物为资源，将现有的印染深度处理废水净化及回收再生循环利用，具有以下突出优点：
1、水的回收率高、成本低 水的回收率高达60%～100%，排放废水少，能耗低，运行费用低于传统生化末端双膜过滤处理技术的成本，吨水(回用水)成本远低于现行自来水价;
2、脱色脱味效果好迅速氧化分解废水中的有色物质，脱色脱味效果好。如：二沉池废水色度为200时，经纳米催化电解机处理后，色度小于32;
3、大幅度降低废水COD的总排放量传统的生化末端加膜过滤技术，虽然可以实现部分中水回用，但不能降低废水COD的总排放量，本发明能迅速氧化分解废水中的有机物，大幅度降低废水COD的总排放量;
4、根除膜的生物污染 能杀灭废水中的细菌，根除膜的生物污染，大幅度减少膜的清洗次数，降低膜清洁再生成本，提高膜的使用效率，延长膜的使用寿命，减少膜更换成本;
5、没有二次污染 采用纳米催化电解技术对二沉池废水处理的工艺替代物化处理工艺，不用加入絮凝剂、脱色剂和气浮剂等化学物质，不仅节省成本，而且节约物质消耗和不产生二次污染;
6、大幅度减少污泥 采用本发明处理废水时，在二沉池出水后采用纳米催化电解技术替代物化工艺，不用加入絮凝剂、脱色剂等化学物质，污泥只有传统技术的二分之一;
7、占地少生产工艺流程短，设备结构紧凑，占地少;
8、回用水质高再生循环水无色、无味，水质远高于GB/T19923-2005《城市污水再生水利用 工业用水水质》标准;
9、以电渗析脱盐替代反渗析脱盐或纳滤脱盐，固定资产投资大幅度减少，设备运行时能耗大幅度下降。
