公布日：2023.10.24
申请日：2022.03.29
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)I;C02F1/469(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/66(2023.01)I;C02F1/44(2023.01)I;C02F101/20(2006.01)N;C02F101
/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种离子交换复合膜装置废水资源化处理的系统和方法，废水软化后进入混凝沉淀池，投加混凝剂使废水的细小颗粒形成混凝体、加快沉降速度，颗粒絮体通过沉淀污泥去除，并投入混凝剂去除水中含的铁、锰、铬、铅等重金属，以及氟化物和含油有机物，投加的混凝剂为聚合硫酸铁，来自废水中通过双极膜装置产生的硫酸和铁反应生成，可以在去除废水中二价硫酸根的同时实现混凝剂自产自用，本发明通过双极膜装置将废水中的二价硫酸根进行分离，再投加铁粉和废水中的硫酸根生成聚合硫酸铁，和废水中的微小颗粒发生絮凝沉淀反应后去除，实现除浊、脱色、脱油、脱水、除菌、除臭、除藻、去除水中重金属离子等功效，实现废水资源化处理的效果。
权利要求书
1.一种离子交换复合膜装置废水资源化处理的系统，包括系统本体(100)，其特征在于：所述系统本体(100)为一整套按既定顺序作业的废水处理系统，包括混凝沉淀池(200)，所述混凝沉淀池(200)的输出管路单向连通后端的一级处理器(300)；所述一级处理器(300)的输出管路单向连通后端的二级处理器(400)；所述二级处理器(400)的输出管路单向连通后端的三级处理器(500)，二级处理器(400)输出管路的另一端同步且单向连通后端的双极膜装置(800)；所述三级处理器(500)的输出管路单向连通后端的双极膜装置(800)，三级处理器(500)输出管路的另一端单向回流式连通二级处理器(400)；所述双极膜装置(800)的输出管路单向连通后端的置换反应池(700)；所述置换反应池(700)的输出管路单向连通后端的氧化反应池(600)；所述氧化反应池(600)的另一支输出管路连通混凝沉淀池(200)，所述混凝沉淀池(200)设排出沉淀固废的输出管路。
2.如权利要求1所述一种离子交换复合膜装置废水资源化处理的系统，其特征在于：所述氧化反应池(600)与外部的氧化剂输入管路连通。
3.如权利要求1所述一种离子交换复合膜装置废水资源化处理的系统，其特征在于：所述置换反应池(700)与外部的铁粉输入装置连通。
4.如权利要求1所述一种离子交换复合膜装置废水资源化处理的系统，其特征在于：所述双极膜装置(800)与外部的酸、碱输入装置连通。
5.如权利要求1所述一种离子交换复合膜装置废水资源化处理的系统，其特征在于：所述三级处理器(500)与双极膜装置(800)的连通管路间设回用水输出管。
6.一种离子交换复合膜装置废水资源化处理的方法，其特征在于：6.1高盐废水经过加药软化后进入混凝沉淀池(200)进行混凝沉淀处理，往废水中投加混凝剂，颗粒固体通过沉淀污泥去除，混凝反应的上清液采用一级处理器(300)去除细小悬浮物，一级处理器(300)的产水进入二级处理器(400)，二级处理器(400)浓水进入双极膜装置(800)；6.2双极膜装置(800)的淡水回到二级处理器(400)进水循环处理；6.3双极膜装置(800)的碱室会产生1～5％的碱，成分是1～5％氢氧化钠；6.3双极膜装置(800)的酸室会产生1～5％的酸，酸室侧的酸在一价选择阴离子交换膜的阻隔下，分成一价酸和二价酸，一价酸主要成分是1～5％的盐酸，二价酸的只要成分是1～5％的硫酸；6.5氢氧化钠和盐酸输出外部收集，1～5％的硫酸通过投加铁粉发生置换反应生成硫酸亚铁，往硫酸亚铁中投加氧化剂发生氧化反应生成硫酸铁，硫酸铁作为混凝剂投加到废水混凝沉淀阶段中；6.6双极膜装置(800)内部的组成包含：A为阳极极板、B为阴极极板、Ⅰ为阳离子交换膜、Ⅱ为双极膜、Ⅲ为一价选择阴离子交换膜、Ⅳ为阴离子交换膜，双极膜装置(800)的膜堆内离子交换膜按依次设阳离子交换膜、双极膜，一价选择阴离子交换膜，阴离子交换膜的顺序依次重复排列；6.7阳离子交换膜、双极膜间插入式设置隔板，在离子交换膜排列组合的最前端设阳极极板，在离子交换膜排列组合的最后端设阴极极板，通过夹紧装置固定；6.8双极膜装置(800)酸室侧设置一层一价选择阴离子交换膜Ⅲ；6.9高盐废水经过加药软化后进入混凝反应阶段，混凝反应阶段投加混凝剂产生固体污泥沉淀，混凝反应后的上清液进入一级处理器(300)，一级处理器(300)产水进入进入二级处理器(400)，二级处理器(400)的浓水进入双极膜装置(800)，二级处理器(400)的淡水进入三级处理器(500)，三级处理器(500)浓水回到二级处理器(400)的进水循环处理，三级处理器(500)的产水一部分作为双极膜装置(800)的淡水补水，多的部分作为工艺补水回用，双极膜装置(800)的淡水回到二级处理器(400)进水循环处理，双极膜装置(800)的碱室生成氢氧化钠溶液、酸室生产硫酸和盐酸溶液，硫酸溶液进入置换反应阶段，加入铁粉发生置换反应，生成硫酸亚铁溶液；硫酸亚铁进入氧化反应阶段，加入氧化剂生成聚合硫酸铁，生成的聚合硫酸铁作为混凝剂投加到混凝反应阶段中；6.10氧化反应阶段的反应物为硫酸亚和氧化剂，反应产物为聚合硫酸铁；氧化反应的时间为1～2小时，pH控制在1～2，投加的氧化剂为双氧水，亚硝酸、氯酸钾，压缩空气的一种或者多种，投加比例为1：30～1：25；6.11置换反应阶段的反应物为稀硫酸和铁粉，反应产物为硫酸亚铁，置换反应的时间为0.5～1小时，稀硫酸浓度控制在2～4％，铁粉的投加比例为1：100～1：50；6.12一级处理器(300)采用为超滤膜或者微滤膜，膜的孔径在0.01～1um，膜型式包括但不限于管式、柱式、板式、中空纤维中的任意一种；膜材料包含聚氯乙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚砜，聚丙烯，混合纤维素；6.13二级处理器(400)采用均相电渗析膜，相电渗析膜是具有离子交换基团的高分子材料直接制成的薄膜，由膜中聚电解质和成膜高分子材料之间发生了化学结合而成为一体；高分子成膜材料本身有离子交换基团而构成膜状聚电解质，为膜内化学组成均一的离子交换膜，包含均相阳离子交换膜和均相阴离子交换膜；6.14三级处理器(500)内为反渗透膜，反渗透膜包括但不限于模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，由高分子材料制成，包括但不限于醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜；反渗透膜形式包括但不限于卷式、板式、碟管式中的任意一种，反渗透膜表面微孔的直径在0.5～10nm之间，脱盐率≥95％。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的的上述缺陷，提供一种离子交换复合膜装置废水资源化处理的系统和方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种离子交换复合膜装置废水资源化处理的系统和方法，废水软化后进入混凝沉淀池，投加混凝剂使废水的细小颗粒形成混凝体、加快沉降速度，颗粒絮体通过沉淀污泥去除，并投入混凝剂去除水中含的铁、锰、铬、铅等重金属，以及氟化物和含油有机物，投加的混凝剂为聚合硫酸铁，来自废水中通过双极膜装置产生的硫酸和铁反应生成，可以在去除废水中二价硫酸根的同时实现混凝剂自产自用，本发明通过双极膜装置将废水中的二价硫酸根进行分离，再投加铁粉和废水中的硫酸根生成聚合硫酸铁，和废水中的微小颗粒发生絮凝沉淀反应后去除，实现除浊、脱色、脱油、脱水、除菌、除臭、除藻、去除水中COD、BOD及重金属离子等功效，实现以废制废的效果。
在本发明提供的一种离子交换复合膜装置废水资源化处理的系统中，包括系统本体，所述系统本体为一整套按既定顺序作业的废水处理系统，包括混凝沉淀池，所述混凝沉淀池的输出管路单向连通后端的一级处理器；
所述一级处理器的输出管路单向连通后端的二级处理器；
所述二级处理器的输出管路单向连通后端的三级处理器，二级处理器输出管路的另一端同步且单向连通后端的双极膜装置；
所述三级处理器的输出管路单向连通后端的双极膜装置，三级处理器500输出管路的另一端单向回流式连通二级处理器；
所述双极膜装置的输出管路单向连通后端的置换反应池；
所述置换反应池的输出管路单向连通后端的氧化反应池；
所述氧化反应池的另一支输出管路连通混凝沉淀池，所述混凝沉淀池200设排出沉淀固废的输出管路。
进一步设置，所述氧化反应池与外部的氧化剂输入管路连通。
进一步设置，所述置换反应池与外部的铁粉输入装置连通。
进一步设置，所述双极膜装置与外部的酸、碱输入装置连通。
进一步设置，所述三级处理器与双极膜装置的连通管路间设回用水输出管。
一种离子交换复合膜装置废水资源化处理的方法，高盐废水经过加药软化后进入混凝沉淀池进行混凝沉淀处理，往废水中投加混凝剂，颗粒固体通过沉淀污泥去除，混凝反应的上清液采用一级处理器去除细小悬浮物，一级处理器的产水进入二级处理器，二级处理器浓水进入双极膜装置；
双极膜装置的淡水回到二级处理器进水循环处理；
双极膜装置的碱室会产生1～5％的碱，成分是1～5％氢氧化钠；
双极膜装置的酸室产生1～5％的酸，酸室侧的酸在一价选择阴离子交换膜的阻隔下，分成一价酸和二价酸，一价酸主要成分是1～5％的盐酸，二价酸的要成分是1～5％的硫酸；
1～5％氢氧化钠和盐酸作为工艺原料回用，1～5％的硫酸通过投加铁粉发生置换反应生成硫酸亚铁，往硫酸亚铁中投加氧化剂发生氧化反应生成硫酸铁，硫酸铁作为混凝剂投加到废水混凝沉淀阶段中，实现对废水中硫酸根和颗粒固体的去除；
双极膜装置内部的组成包含：A为阳极极板、B为阴极极板、Ⅰ为阳离子交换膜、Ⅱ为双极膜、Ⅲ为一价选择阴离子交换膜、Ⅳ为阴离子交换膜，双极膜装置的膜堆内离子交换膜按依次设阳离子交换膜、双极膜，一价选择阴离子交换膜，阴离子交换膜的顺序依次重复排列；
阳离子交换膜、双极膜之间插入一层隔板，在离子交换膜排列组合的最前端加上阳极极板，在离子交换膜排列组合的最后端加上阴极极板，最后通过夹紧装置固定；
双极膜装置酸室侧设置一层一价选择阴离子交换膜Ⅲ，将硫酸和盐酸溶液分离开，氢氧化钠和盐酸溶液作为水处理的中和剂使用或者利用到其他工艺段；
高盐废水经过加药软化后进入混凝反应阶段，混凝反应阶段投加混凝剂产生固体污泥沉淀，经混凝反应的上清液进入一级处理器，一级处理器产水进入进入二级处理器，二级处理器的浓水进入双极膜装置，二级处理器的淡水进入三级处理器，三级处理器浓水回到二级处理器的进水循环处理，三级处理器的产水一部分作为双极膜装置的淡水补水，多的部分作为工艺补水回用，双极膜装置的淡水回到二级处理器进水循环处理，双极膜装置的碱室生成氢氧化钠溶液、酸室生产硫酸和盐酸溶液，硫酸溶液进入置换反应阶段，加入铁粉发生置换反应，生成硫酸亚铁溶液；硫酸亚铁进入氧化反应阶段，加入氧化剂生成聚合硫酸铁，生成的聚合硫酸铁作为混凝剂投加到混凝反应阶段中；
氧化反应阶段的反应物为硫酸亚和氧化剂，反应产物为聚合硫酸铁；氧化反应的时间为1～2小时，pH控制在1～2，投加的氧化剂为双氧水，亚硝酸、氯酸钾，压缩空气的一种或者多种，投加比例为1：30～1：25；
置换反应阶段的反应物为稀硫酸和铁粉，反应产物为硫酸亚铁，置换反应的时间为0.5～1小时，稀硫酸浓度控制在2～4％，铁粉的投加比例为1：100～1：50；
一级处理器采用为超滤膜或者微滤膜，膜的孔径在0.01～1um，膜型式包括但不限于管式、柱式、板式、中空纤维中的任意一种；膜材料包含聚氯乙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚砜，聚丙烯，混合纤维素；
二级处理器采用均相电渗析膜，相电渗析膜是具有离子交换基团的高分子材料直接制成的薄膜，由膜中聚电解质和成膜高分子材料之间发生了化学结合而成为一体；高分子成膜材料本身有离子交换基团而构成膜状聚电解质，为膜内化学组成均一的离子交换膜，包含均相阳离子交换膜和均相阴离子交换膜；
三级处理器内为反渗透膜，反渗透膜包括但不限于模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，由高分子材料制成，包括但不限于醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜；反渗透膜形式包括但不限于卷式、板式、碟管式中的任意一种，反渗透膜表面微孔的直径在0.5～10nm之间，脱盐率≥95％。
本发明的有益效果
通过双极膜装置将废水中的二价硫酸根进行分离，再投加铁粉和废水中的硫酸根生成聚合硫酸铁，和废水中的微小颗粒发生絮凝沉淀反应后去除，实现除浊、脱色、脱油、脱水、除菌、除臭、除藻、去除水中COD、BOD及重金属离子等功效，实现废水资源化处理的效果。
（发明人：徐熙安;杨宝良;史俊;梁阳阳;邹鹏飞;章孜鹏;张朋）
