一种水处理装置的制作方法

本实用新型涉及水处理领域，尤其涉及一种水处理装置。

背景技术：

高含盐废水指总含盐质量分数≥1％的废水，一般属于难降解废水。特别是工业浓盐水，其含有高浓度的无机盐分以及大量的难降解性有机物或有毒物质，此类废水如果未经处理直接排入天然水体，必然会对水体生物、生活饮用水和工农业生产用水产生极大的危害，将给生态环境造成巨大的压力。在用的处理方法大致可分为生物处理法和物理化学法。目前比较常见的有蒸馏脱盐法、吸附法、膜法、反渗透、生物法等。

生物处理法是目前废水处理最常用的方法之一，它具有应用范围广、适应性强等特点。但高含盐污水中的无机盐对一般微生物有较强的抑制作用，高含盐污水的有机物根据生产过程不同，所含有机物的种类及化学性质差异较大，但所含盐类物质多为Cl^-、SO₄^2-、Na+、Ca²⁺等盐类物质。虽然这些离子都是微生物生长所必需的营养元素。但是若这些离子浓度过高，会对微生物产生抑制和毒害作用。为此，高含盐污水的生物处理通常在低盐浓度(盐浓度＜1％)下运行。然而随着水资源的日趋紧张，国家出台的保护水资源各项法规和收费的实施，给高含盐污水处理的企业带来了负担，当污水中含盐量大于2g/L时，采用生物法进行高盐污水处理难度较大。

物理化学法包括蒸馏脱盐法、吸附技术、膜脱盐法等。蒸馏脱盐法是一种最古老、最常用的脱盐方法，蒸馏法就是把含盐水加热使之沸腾蒸发，再把蒸汽冷凝成淡水的过程。蒸馏法的优点是结构简单、操作容易、所得淡水水质好等。蒸馏法有很多种，应用较为广泛的有：多效蒸发(MED)、低温多效蒸馏(LT-MED)、多级闪蒸(MSF)等。吸附技术是利用吸附剂与污染物之间的物理化学作用相互结合，从水中将污染物脱除。根据吸附机理的不同，可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附，通常情况是三种机理同时发生。膜脱盐法是利用渗透压差作为推动力实现脱盐的技术。膜脱盐法主要有反渗透(RO)、碟管式反渗透(DTRO)、膜蒸馏(MD)、正渗透(FO)、电渗析(ED)等。膜脱盐法具有投资少、能耗低，同时也能够达到深度除盐目的，产水可作为回用水。结构简单、操作容易、所得淡水水质好等，但是却存在投资费用高、占地面积大、耗能高等缺点。

技术实现要素：

针对现有技术之不足，本实用新型提供了一种水处理装置，所述水处理装置包括设置有曝气生物滤池的生化处理单元、设置有高密池和砂滤的进膜预处理单元和设置有中压RO单元、高压RO单元和超高压RO单元的超高压膜法单元；其中所述生化处理单元与所述进膜预处理单元相连，所述进膜预处理单元与所述超高压膜法单元相连。

根据一个优选的实施方式，所述生化处理单元包括：废水收集箱、调节池、生化处理池BAF、曝气风机、反洗泵和产水箱；所述废水收集箱与所述调节池相连，所述调节池与所述生化处理池BAF相连，所述生化处理池BAF与所述产水箱相连；所述曝气风机和所述反洗泵与生化处理池BAF相连。

根据一个优选的实施方式，所述进膜预处理单元至少包括：产水箱、加药单元、高密池、PH值调节单元、砂滤单元和鼓风机；

其中所述产水箱和所述高密池相连，所述加药单元和所述高密池相连，所述高密池和所述砂滤单元相连，所述pH值调节单元和所述砂滤单元相连；所述高密池还与缓冲/浓缩池相连，所述缓冲/浓缩池与调节池相连。

根据一个优选的实施方式，所述超高压膜法单元中砂滤单元与所述中压RO单元相连，所述中压RO单元与所述高压RO单元相连，所述高压RO单元与所述超高压RO单元相连，所述超高RO单元与蒸发结晶单元相连；清洗系统与所述中压RO单元相连，所述中压RO单元、所述高压RO单元和超高压RO单元还与回用水单元相连。

根据一个优选的实施方式，所述调节池为立方状结构，其长宽高为6000×1200×1800mm，壁厚10mm。

根据一个优选的实施方式，所述加药单元的药品储备箱为立式方筒，所述方筒长宽高为300×380×550mm。

根据一个优选的实施方式，所述PH值调节单元的碱性溶液储备箱为立式方筒，所述方筒长宽高为300×380×550mm。

根据一个优选的实施方式，所述高密池为立方形结构，其长宽高为5800×1200×1800mm，壁厚10mm。

根据一个优选的实施方式，所述砂滤单元为立式圆柱形结构，其直径为380mm，高度380mm，壁厚10mm。

根据一个优选的实施方式，所述水处理装置中废水收集箱与调节池相连，所述调节池与生化处理池BAF相连，所述生化处理池BAF与产水箱相连；曝气风机和反洗泵与所述生化处理池BAF相连；

产水箱和高密池相连，加药单元和高密池相连，所述高密池和砂滤单元相连，PH值调节单元和所述砂滤单元相连；所述高密池还与缓冲/浓缩池相连，缓冲/浓缩池与所述调节池相连；

所述砂滤单元与所述中压RO单元相连，所述中压RO单元与所述高压RO单元相连，所述高压RO单元与所述超高压RO单元相连，所述超高RO单元与蒸发结晶单元相连；清洗系统与所述中压RO单元相连，所述中压RO单元、所述高压RO单元和所述超高压RO单元还与回用水单元相连。

本实用新型结构简单、操作容易、所得淡水水质好。

附图说明

图1是一种水处理装置的示意图；

图2是BAF对原水中COD、SS、氨氮的去除率；

图3是高密池进出水硬度和硬度脱出率的变化；

图4是中压反渗透进水、产水、浓水电导率的变化情况；

图5是高压反渗透进水、产水、浓水电导率的变化情况；

图6是超高压反渗透进水、产水、浓水电导率的变化情况；

图7是超高压反渗透浓水TDS率的变化情况；

图8是反渗透单元对COD的去除效果。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。如图1所述，水处理装置包括设置有曝气生物滤池的生化处理单元、设置有高密池和砂滤的进膜预处理单元和设置有中压RO单元、高压RO单元和超高压RO单元的超高压膜法单元；其中生化处理单元与进膜预处理单元相连，所述进膜预处理单元与超高压膜法单元相连。

所述生化处理单元包括：废水收集箱、调节池、生化处理池BAF、曝气风机、反洗泵、产水箱；所述进膜预处理单元至少包括：产水箱、加药单元、高密池、PH值调节单元、砂滤单元和鼓风机。

所述水处理装置中废水收集箱与调节池相连，调节池与生化处理池BAF相连，生化处理池BAF与产水箱相连；曝气风机和反洗泵与生化处理池BAF相连；产水箱和高密池相连，加药单元和高密池相连，高密池和砂滤单元相连，PH值调节单元和砂滤单元相连；高密池还与缓冲/浓缩池相连，缓冲/浓缩池与调节池相连；所述超高压膜法单元中砂滤单元与中压RO单元相连，中压RO单元与高压RO单元相连，高压RO单元与超高压RO单元相连，超高RO单元与蒸发结晶单元相连；清洗系统与所述中压RO单元相连，所述中压RO单元、高压RO单元与超高压RO单元还与回用水单元相连。。

所述调节池为立方状结构，其规格为6000×1200×1800mm，壁厚10mm。所述加药单元的药品储备箱为立式方筒，所述方筒规格为300×380×550mm。所述PH值调节单元的碱性溶液储备箱为立式方筒，所述方筒规格为300×380×550mm。所述高密池为立方形结构，其规格为5800×1200×1800mm，壁厚10mm。所述砂滤单元为立式圆柱形结构，其直径为380mm，高度380mm，壁厚10mm。所述曝气生物滤池BAF为立式圆柱形筒，其规格为Ф1416×5510mm。所述废水收集箱为立式圆柱形水塔状，其规格为Ф1320×1410mm。所述产水箱为立式圆柱形水塔状，其规格为Ф1320×1410mm。

实施例1

水处理装置根据主要功能分为三个单元：生化处理单元、进膜预处理单元、超高压膜法单元。

生化处理单元采用曝气生物滤池(BAF)，通过生物膜法去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX等。预处理段采用高效澄清池+砂滤，通过物理化学反应降低硬度、COD、胶体及浊度等，保证后续反渗透深度处理单元的效率和运行稳定性。超高压膜法单元可稳定脱除水中含盐量，处理高盐废水，为零排放做超级浓缩，降低蒸发量做技术储备。

由于某实施方式的MTO废水经过厌氧生化处理之后，水中含有较高厌氧微生物、氨氮、COD、SS等。为保证反渗透处理单元进水水质和设备的稳定运行，采用曝气生物滤池对MTO废水进行生化处理，其机理是将生物接触氧化法与给水快滤池进行有机结合，将生物降解与吸附过滤两种处理过程合并在同一单元反应器中，以滤池中填装的粒状填料(如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等)为载体，在滤池内部进行曝气，使滤料表面生长大量生物膜。当污水流经时，利用滤料上所附生物膜中高浓度的活性微生物的氧化分解作用、充分发挥微生物的生物代谢、生物絮凝、生物膜和填料的物理吸附和截留以及反应器内沿水流方向食物链的分级捕食作用，完成污染物的高效去除。

曝气生物滤池以鹅卵石和火山熔岩陶粒作为填料。曝气生物滤池虽是生物膜处理方法的一种，但与传统生物滤池相比，仍具有明显特点：(1)采用的粗糙多孔的小颗粒填料作为生物载体，可在填料表面保持较高的生物量(可达10～15g/L)，易于挂膜且运行稳定；(2)生物相复杂，菌群结构合理，反应器内具有明显的空间梯度特征，能耐受较高的有机和水力冲击负荷，不同的污染物可以在同一反应器被渐次去除，同步发挥生物氧化作用、生物吸附絮凝和物理截留作用，出水水质好，可满足回用要求；(3)区别于一般生物滤池及生物滤塔，在去除BOD、氨氮时需进行曝气，但粒状填料层具有较高的氧转移效率，曝气量低，运行能耗较低，硝化和反硝化效率高；(4)滤池为半封闭或全封闭构筑物，其生化反应受外界温度影响较小，适合于寒冷地区进行污水处理；(5)高浓度的微生物量增大了滤池的容积负荷，进而降低了池容积和占地面积，使基建费用大大降低；(6)滤池运行过程中通过反冲洗去除滤层中截留的污染物和脱落的生物膜，无需二沉池，简化了工艺流程，采用模块化结构设计，使运行管理更加方便；(7)减少了污水厂异味，无污泥膨胀问题，无需污泥回流。

由于经过曝气生物滤池生化处理之后，水中还含有易结垢的离子，部分不可生物降解的有机物，容易造成膜系统的污堵，为保证后续反渗透单元的稳定运行，预处理采用碳酸钠和氢氧化钠软化、PAC混凝、PAM助凝的高密度澄清池和砂滤。软化工艺在高含盐污水回用中应用广泛，运行费用低，可以根据进水水质灵活控制加药量；除了去除部分有机物及微生物，进一步降低悬浮物外，最主要的作用是能够降低污水中的碱度和暂时硬度，保证后续用水的安全和经济。混凝澄清处理后设置砂滤过滤单元，进一步去除水中的细小颗粒、悬浮物、胶体等杂质。

高密度澄清池由混凝、絮凝和沉淀澄清三个单元有机结合而成。其技术核心在于污泥回流和斜管沉淀应用，通过污泥回流提供了凝聚核心、增加了反应区悬浮物浓度、加强了絮凝效果同时回收了部分药剂。

高密度澄清池具有去除污水中有机物、胶体、悬浮物的作用。高密度澄清池入口是混凝剂投加单元，通过搅拌机充分搅拌使混凝剂与污水充分接触进行混凝反应，形成大量的絮凝团。污水由混凝段底部出水进入沉淀池的絮凝单元，在絮凝单元通过投加絮凝剂以及慢速搅拌使得上述大量絮凝团形成大而密实的矾花。经过絮凝段的污水进入高密度澄清池的沉淀澄清单元，在此单元内设置了足够的斜板沉淀面积，经过斜板沉淀使水流可以以缓和的流速流经斜板沉淀，上部溢流的清水由收集槽收集流入下一个处理设施，下部沉淀下来的矾花沿斜板向下滑动，沉淀在沉淀澄清单元底部，泥斗中的污泥一部分由污泥回流泵打入前端混凝段回流，以便充分发挥药剂的作用，剩余污泥由污泥提升泵打入泥浆池，进入污泥处理流程处理。

高密度澄清池的特点：(1)设有外部污泥循环系统把污泥从污泥浓缩区提升到反应池进水管，与原水混合；(2)凝聚-絮凝在两个反应区中进行，首先通过搅拌的混合反应区，接着进入推流式反应区；(3)采用合成有机絮凝剂PAM；(4)从低速反应区到斜管沉淀区矾花能保持完整，并且产生的矾花质均、密度高；(5)采用高效的斜管沉淀，沉淀区上升速度可达20～40m/h，高效矾花在此得到很好的沉淀；(6)能有效地完成污泥浓缩，出水水质稳定，耐冲击负荷。

沉淀区出水经过砂滤的滤层时，能够有效地除去水中悬浮物、胶体等杂质，当滤层中截留的杂质过多时，滤层中孔隙被堵，水流的阻力增大，过滤速度变小，为恢复原过滤速度，可采用砂滤出水和压缩空气进行定期反洗，将滤料孔隙中积存的杂质冲洗掉，恢复过滤能力。常用的滤层填料是石英砂，截留悬浮物的精度在5～10μm以上，出水浊度在3NTU以下。

超级浓缩高压膜技术以特种膜片和特种膜结构为核心的超级反渗透浓缩技术，GTR系列膜比标准抗污染膜流道宽，更耐污堵，膜片更牢固，可保证在高污染、高浓缩倍率下的稳定运行，降低清洗频率，延长膜的高性能；分为中压GTR3系列，高压GTR4系列及进口DTRO系列，可将TDS的浓缩分段实现，中压GTR3膜到15000mg/L以上、高压GTR4膜到45000mg/L以上，有利于平衡膜效率和降低能耗。该技术的核心之一是特种膜片，与常规膜相比可承受更高的操作压力，耐受更高浓度的悬浮物、胶体和COD，大大改善了对进水水质指标的苛刻要求；在膜结构上，采用了更宽的流道，形成无障碍湍流，大大减缓了膜的结垢，可保证长周期运行。

超级浓缩技术是指选用常规预处理设施(如软化、过滤等)、采用特殊的抗污染浓缩反渗透膜(中压、高压、超高压反渗透膜)，通过优化膜系统的回收率及操作条件，以特殊的方式来实现浓盐水的浓缩减量化(浓缩液TDS通常可以达到5％～10％)，在发挥膜系统的优越性的同时，减少“零排放”整体工艺的投资和运行费用。该技术的最大优点是利用特种膜结构(宽流道、材质特殊)使含盐水在不发生相变化下实现高倍浓缩；通过采用开放式的宽流道设计，其支撑导流盘表面特殊设计，使流体分流均匀，并形成更佳湍流效果，最大程度上减少膜表面结垢、污染及浓差极化现象的产生，使具有较强的抗污染性能，对废水预处理要求相对较低。目前该技术在高含盐废水处理、污水“零排放”等方面已实现突破性进展，具备工业化的条件。

实施方式试验设备由2个40英尺集装箱组成的大型实施方式系统，分别为生化处理单元，进膜预处理单元和超高压膜法单元，装置本身可以分析浊度、电导率、TDS、pH、SDI等指标，实施方式装置为装备完整而先进的系统，配有完备的在线监测仪表及自控系统，同时安排了合理的取样口。各集装箱分配如下：集装箱一为曝气生物滤池生化单元；集装箱二位进膜预处理+超高压膜法单元。

曝气生物滤池工艺(BAF)单元设计进水规模为1m³/h，填料容积为5m³，总容积为6.23m³，Ф1416×5510mm，填料为鹅卵石和火山熔岩陶粒，容积负荷为0.3kg COD/m³·d，设有2m³进水箱和出水箱各一个，主要设备和规格或性能参数如下表2-1。

表2-1曝气生物滤池单元主要设备表

本项目的进膜预处理+超高压膜法单元，位于集装箱二中，预处理设备设计规模为5m³/h，该实施方式处理水量为2.1m³/h。超高压膜法系统采用特殊的抗污染浓缩反渗透膜，及中压、高压、超高压及辅助加药系统，通过优化膜系统的回收率及操作条件，以特殊的方式来实现浓盐水的浓缩减量化(浓缩液TDS通常可以达到5％～8％，在发挥膜系统的优越性的同时，减少“零排放”整体工艺的投资和运行费用。设计中压产水量1.8m³/h，高压产水量0.8m³/h，超高压产水量0.1m³/h，主要设备和规格或性能参数如下表2-2。

本实施方式涉及的主要分析项目为pH、电导率、CODcr、氨氮、SS、总硬度、总碱度、氯离子、电导率、浊度等，具体分析方法和检测限等内容见下表3-1。

表3-1实施方式分析方法表

曝气生物滤池处理为24小时不间断运行，超高压膜系统间歇运行，臭氧出水微生物数量有限，所以实施方式BAF启动方式采用接种法，接种法是指把其它生物处理系统中的污泥投加到反应器中作为菌种进行培养的启动方法。某实施方式MTO厌氧池混合液5m³(SV为30％，活性污泥浓度：4000mg/L左右)，泵入BAF反应器中，进行闷曝，此后每隔24小时，进一次臭氧出水约1m³后，继续闷曝，稳定运行期间进出水水质的对比如表3-2所示。

表3-2 BAF进出水水质对比

通过说明书附图2更能清晰反应BAF对COD、SS、氨氮处理效果。

高密度沉淀池加药系统由五部分组成：絮凝剂PAC加药部分、助凝剂PAM加药部分、Na2CO3加药部分、NaOH加药部分、HCl加药部分。其中PAC、PAM、Na2CO3、NaOH、HCl溶液的浓度分别为5％、0.2％、2％、2％、35％。首先根据来水水质分析进行小试实验，确定最佳加药量。对高密池加药做小试试验，试验数据见表3-3。

表3-3小试实验加药量对应硬度关系

根据小试结果和加药成本的核算，选择PAC、PAM、Na₂CO₃、NaOH的加药量分别为30ppm、1.2ppm、20ppm、15ppm。平均硬度脱出率为91.89％，运行数据汇总如表3-4所示：

表3-4高密池进出水硬度数据汇总

参见说明书附图3高密池进出水硬度和硬度脱出率的变化。

超高压膜法单元运行正常，由于中压反渗透提供浓水量有限，因此，高压和超高压反渗透运行为间歇式运行。具体运行数据见表3-5。

表3-5超高压膜法单元处理量

中压反渗透回收率为80％，膜进水压力为2.0MPa，由上表数据可计算平均脱盐率为96.3％。高压反渗透平均脱盐率为97.43％，在进膜压力控制在4.2MPa，回收率为63.63％。超高压反渗透浓水压力10MPa的时候，回收率为50％，平均脱盐率为92.03％。

预处理、中压、高压、超高压整体工艺，原水给水量为2.4m³/h，预处理高效沉淀池和中压反渗透可以24h连续运行，其他反渗透不能连续运行，高压反渗透运行11h/天；超高压反渗透运行7h/天，整体回收率95.45％，详细数据表3-7所示。

表3-7中、高压和超高压反渗透回收率及脱盐率

参见说明书附图4，5，6，7四个曲线图反应情况，中压反渗透在稳定情况下运行，压力控制在2.0MPa，为了防止膜片的污堵，在每2h低压冲洗3min左右。高压反渗透在稳定情况下运行，压力在4.2MPa，由于高压反渗透进水含盐量高，因此运行压力上升较快，在50min～60min低压冲洗3min左右，各冲洗水来自反渗透产水。由说明书附图7可以看出，超高压浓水TDS平均值为72100ppm，浓水可直接后续进入结晶蒸发系统。

从COD考察该工艺，原水COD在平均值为105mg/L，中压反渗透产水平均COD为6.1mg/L，去除率为94.2％；高压反渗透产水平均COD为16.16mg/L，去除率为95.8％；超高压反渗透产水COD平均值为75mg/L，去除率为95.5％。具体数据如表3-8所示：

3-8中压产水、高压产水、超高压产水COD情况表

反渗透单元对COD的去除效果参见说明书附图8。通过现该实施方式试验分析表明：

(1)曝气生物滤池单元：根据得到的数据来看，曝气生物滤池对COD、SS、氨氮的平均脱出率分别为62.45％、55.88％、64.78％，进一步提高了废水的可生化性，同时为进入高密池的后续处理降低成本。

(2)高密池+砂滤单元：高效澄清池装置，有效的发挥了碳酸钠/氢氧化钠软化、降低硬度、悬浮物胶体及浊度等功能，在确定合适的投加药量的情况下(碳酸钠20mg/L、氢氧化钠15mg/L、PAC 30mg/L、PAM 1.2mg/L、盐酸20mg/L)，总硬度去除率91.89％，保证后续反渗透设备的稳定运行。

(3)超高压反渗透单元：高密度澄清池、砂滤、反渗透正常运行，中压、高压以及超高压反渗透各脱盐率分别为：96.3％，97.43％和92.03％，平均脱盐率95.25％，相应的各反渗透单元回收率分别为：75％，63.63％和50％，流程整体回收率95.45％。

从以上数据结论中可以看出，各单元能够完全稳定运行，能够有效的去除了水中绝大部分可溶性盐分、悬浮物、胶体、硬度、碱度、COD、有机物及微生物等。原水硬度低，脱硬相对较为简单，产水可直接补充循环排污水或锅炉化学水站处理单元，经过深度软化后，补充锅炉补给水。浓水可结晶蒸发。

从以上数据结论中可以看出，各单元能够完全稳定运行，能够有效的去除了水中绝大部分可溶性盐分、悬浮物、胶体、硬度、碱度、COD、有机物及微生物等。原水硬度低，脱硬相对较为简单，产水可直接补充循环排污水或锅炉化学水站处理单元，经过深度软化后，补充锅炉补给水。浓水可结晶蒸发。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。