一种表面处理废水的处理系统及其使用方法与流程

本发明属于废水处理
技术领域：
，涉及一种用于处理表面处理废水的系统以及使用该系统对表面处理废水进行零排放处理的方法。
背景技术：
：金属表面处理是一种利用物理、化学或其他方法在金属基材表面形成一层具有特殊功能的覆盖层的工艺，其目的在于提高金属基材的耐蚀性、耐磨性、可装饰性等性能。在金属表面处理过程中，脱脂、水洗、纯水洗、硅烷处理四个工段会产生大量废水。这些废水中的污染物成份比较复杂，通常含有大量的碱性或酸性物质、有机物以及一定量的金属离子和非金属离子，处理难度较大，直接排放到环境中会对水和土壤造成严重污染。目前，表面处理废水的常用处理方法依次包括下列步骤：隔油处理、化学氧化处理、混凝沉淀处理和多级生物处理，废水经过生物处理后直接排放。但是，该方法存在以下问题：(1)化学氧化处理的运营成本高昂，并且化学氧化药剂的投加量不当会对生物处理系统造成毒害作用；(2)由于废水水质的波动性较大，导致生物处理系统的稳定性较差，废水处理的可持续性也随之变差，并且生物处理系统在遭到破坏后的恢复过程难度较高且周期较长；(3)该方法对重金属离子的去除效果较差，处理后直接排放仍有可能污染环境，不符合国家提倡的零排放政策，并且直接排放是对水资源的严重浪费；(4)该方法包括多级生物处理，占地面积大，不利于大规模工业化推广。因此，在表面处理废水处理
技术领域：
中，亟需开发一种既经济高效又简便易行的处理方法以及与之配套的处理系统。技术实现要素：为了解决现有的表面处理废水处理方法存在的成本高、稳定性及可持续性差、水资源浪费严重、设备占地面积大等问题，本发明的目的在于提供一种金属表面处理废水的零排放处理系统及使用该系统进行废水处理的方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种表面处理废水的处理系统，其包括废水收集装置、预处理装置、膜处理装置、预热装置、膜蒸馏装置、污泥储存装置、固液分离装置、干化装置和冷凝装置；其中：所述废水收集装置与所述预处理装置受控连通；所述预处理装置还分别与所述膜处理装置和所述污泥储存装置受控连通；所述膜处理装置与所述预热装置受控连通；所述预热装置与所述膜蒸馏装置受控连通；所述膜蒸馏装置分别与所述干化装置和所述冷凝装置受控连通；所述污泥储存装置还与所述固液分离装置受控连通；所述固液分离装置分别与所述干化装置和所述废水收集装置受控连通；所述干化装置还与所述冷凝装置受控连通。在上述表面处理废水的处理系统中，所述废水收集装置的出口与所述预处理装置的入口连通。在上述表面处理废水的处理系统中，所述预处理装置的至少一个出口(预处理上清液出口)与所述膜处理装置的入口连通，所述预处理装置的至少一个出口(污泥出口)与所述污泥储存装置的入口连通。在上述表面处理废水的处理系统中，所述膜处理装置的至少一个出口(浓水出口)与所述预热装置的入口连通，所述膜处理装置的至少一个出口(产水出口)用于将产水排出，以便进行回收再利用。在上述表面处理废水的处理系统中，所述预热装置的出口与所述膜蒸馏装置的入口连通。在上述表面处理废水的处理系统中，所述膜蒸馏装置的至少一个出口(膜蒸馏浓缩液出口)与所述干化装置的至少一个入口(膜蒸馏浓缩液入口)连通，所述膜蒸馏装置的至少一个出口(水蒸气出口)与所述冷凝装置的至少一个入口连通。在上述表面处理废水的处理系统中，所述污泥储存装置的出口与所述固液分离装置的入口连通。在上述表面处理废水的处理系统中，所述固液分离装置的至少一个出口(固体组分出口)与所述干化装置的至少一个入口(固体组分入口)连通，所述固液分离装置的至少一个出口(液体组分出口)与所述废水收集装置的至少一个入口连通。在上述表面处理废水的处理系统中，所述干化装置的至少一个出口(水蒸气出口)与所述冷凝装置的至少一个入口连通，所述干化装置的至少一个出口(固废出口)用于将固体废弃物排出，以便进行委外处置。上述表面处理废水的处理系统的使用方法，其包括下列步骤：S1、废水的收集与混合：将各路废水收集在废水收集装置中并加以混合(用于保证水质和水量的稳定)，形成混合废水；S2、混合废水的预处理：使S1中形成的混合废水进入预处理装置中，加入破乳剂后调节pH值至8～10，加入混凝剂和絮凝剂后进行沉淀(用于降低废水中油类物质及悬浮物的含量)，形成污泥和预处理上清液；S3、预处理上清液的膜处理：使S2中形成的预处理上清液进入膜处理装置中，依次经过精密过滤、超滤(精密过滤和超滤用于截留预处理上清液中的悬浮物，避免对反渗透膜造成污染)和反渗透(RO)，形成产水和浓水；S4、浓水的预热：使S3中形成的浓水进入预热装置中进行预热(增加浓水的蒸汽压)，形成预热浓水；S5、预热浓水的膜蒸馏：使S4中形成的预热浓水进入膜蒸馏装置中，经过膜蒸馏处理(利用自身的疏水性，气态分子可以透过蒸馏膜进行转移，液态分子则不能透过，即通过膜两侧组分的蒸气压差来达到蒸发的目的)，形成水蒸气和膜蒸馏浓缩液；S6、污泥的储存：使S2中形成的污泥进入污泥储存装置中并加以储存，形成预处理污泥；S7、预处理污泥的固液分离：使S6中形成的预处理污泥进入固液分离装置中，经过固液分离处理，形成固体组分和液体组分，并使所述液体组分重新进入废水收集装置(1)中；S8、干化处理：使S5中形成的膜蒸馏浓缩液和S7中形成的固体组分进入干化装置中，利用热源对所述蒸馏浓缩液和所述固体组分进行干燥，形成水蒸气和用于委外处置的固体废弃物(包含从废水中转移来的非挥发性有机物和重金属离子等成分)；S9、水蒸气的冷凝及回收：使S5和S8中形成的水蒸气进入冷凝装置中，冷凝后与S3中形成的产水合并再利用(实现表面处理废水的零排放处理)。在上述使用方法中，S1中所述混合利用搅拌或曝气的方式来完成。在上述使用方法中，S2中所述破乳为氯化钙(CaCl2)或氯化钠(NaCl)，所述混凝剂为聚合氯化铝(PAC)(优选质量百分比浓度为5％～10％)，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)(优选质量百分比浓度为0.1％～0.5％)。在上述使用方法中，S2中所述沉淀利用斜板沉淀池来完成，时间为2～4小时。在上述使用方法中，S3中所述精密过滤利用精密过滤器(优选0.1～0.5μm)来完成，所述超滤利用超滤膜来完成，所述反渗透利用反渗透膜来完成。在上述使用方法中，S4中所述预热的温度为50～70℃。在上述使用方法中，S5中所述膜蒸馏利用疏水微孔膜来完成，膜外侧为预热浓水通路，膜内侧为空气通路，控制膜外侧蒸气压大于膜内侧蒸气压，压差≤0.1MPa。在上述使用方法中，S7中所述固液分离利用板框压滤机来完成。与现有技术相比，采用上述技术方案的本发明具有下列优点：1)本发明的处理系统及方法没有借助化学氧化的手段，因而避免使用价格高昂的化学氧化药剂，大大降低了生产成本；2)处理系统中的废水收集装置能够混合调匀各路表面处理废水，保证了水质和水量的稳定性，为废水的可持续性处理奠定了基础；3)本发明的处理系统及方法能够将废水中的非挥发性有机物和重金属离子等物质转移至固体废弃物中，并通过委外处置的方式加以处理，避免了直接排放对环境造成的严重破坏；另外，处理过程中得到的产水能够实现回收再利用，避免了水资源的浪费，符合绿色环保的理念；4)与借助多级生物处理的系统相比，本发明的处理系统的占地面积大大减小，有利于大规模工业化推广应用。附图说明图1为本发明的表面处理废水的处理系统及其使用方法的流程图，其中附图标记的含义如下：1.废水收集装置；2.预处理装置；3.膜处理装置；4.预热装置；5.膜蒸馏装置；6.污泥储存装置；7.固液分离装置；8.干化装置；9.冷凝装置；S1.废水的收集与混合；S2.混合废水的预处理；S3.预处理上清液的膜处理；S4.浓水的预热；S5.预热浓水的膜蒸馏；S6.污泥的储存；S7.预处理污泥的固液分离；S8.干化处理；S9.水蒸气的冷凝及回收，虚线箭头表示气体行进方向，实线箭头表示液体行进方向，虚实相间箭头表示半固体或固体行进方向。图2为利用本发明的系统及其使用方法进行表面处理废水处理的流程图。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本发明中的技术方案进行详细说明。如图1所示，一种表面处理废水的处理系统包括废水收集装置1、预处理装置2、膜处理装置3、预热装置4、膜蒸馏装置5、污泥储存装置6、固液分离装置7、干化装置8和冷凝装置9。废水收集装置1的出口通过控制阀与预处理装置2的入口连通，用于使在废水收集装置1中混合的各路废水进入预处理装置2。预处理装置2具有两个出口，其中一个出口(预处理上清液出口)通过控制阀与膜处理装置3的入口连通，另一个出口(污泥出口)通过控制阀与污泥储存装置6的入口连通。膜处理装置3具有两个出口，其中一个出口(浓水出口)通过控制阀与预热装置4的入口连通，另一个出口(产水出口)通过控制阀将产水排出，以便进行回收再利用。预热装置4的出口通过控制阀与膜蒸馏装置5的入口连通。膜蒸馏装置5具有两个出口，其中一个出口(膜蒸馏浓缩液出口)通过控制阀与具有两个入口的干化装置8的其中一个入口(膜蒸馏浓缩液入口)连通，另一个出口(水蒸气出口)通过控制阀与具有两个入口的冷凝装置9的其中一个入口连通。污泥储存装置6的出口通过控制阀与固液分离装置7的入口连通。固液分离装置7具有两个出口，其中一个出口(固体组分出口)通过控制阀与具有两个入口的干化装置8的另一个入口(固体组分入口)连通，另一个出口(液体组分出口)通过控制阀与具有多个入口的废水收集装置1的其中一个入口连通。干化装置8具有两个出口，其中一个出口(水蒸气出口)通过控制阀与具有两个入口的冷凝装置9的另一个入口连通，另一个出口(固废出口)通过控制阀将固体废弃物排出，以便进行委外处置。上述表面处理废水的处理系统的使用方法包括下列步骤：S1、废水的收集与混合：将由脱脂、水洗、纯水洗、硅烷处理等工段产生的各路废水收集在废水收集装置1中，并利用搅拌机加以混合，形成混合废水；S2、混合废水的预处理：使S1中形成的混合废水进入预处理装置2中，利用加药泵加入氯化钙，对表面处理废水进行破乳，破乳后调节废水的pH值至8～10，利用加药泵加入5wt％～10wt％的PAC和0.1wt％～0.5wt％的PAM，对表面处理废水进行混凝、絮凝处理，时间为0.2～1h，然后利用斜板沉淀池进行沉淀，形成污泥和预处理上清液；S3、预处理上清液的膜处理：使S2中形成的预处理上清液进入膜处理装置3中，依次经过0.1～0.5μm精密过滤器的精密过滤、超滤膜的超滤和反渗透膜的反渗透处理，形成产水和浓水；S4、浓水的预热：使S3中形成的浓水进入预热装置4中进行50～70℃预热，形成预热浓水；S5、预热浓水的膜蒸馏：使S4中形成的预热浓水进入膜蒸馏装置5中，利用中空的疏水微孔膜进行膜蒸馏处理，浓水通路为膜外侧，空气通路为膜内侧，并利用空压机提供气源；为了保证膜的质量，要求膜外侧压力大于内侧压力，压力差≤0.1MPa，形成水蒸气和膜蒸馏浓缩液；S6、污泥的储存：利用污泥泵使S2中形成的污泥进入污泥储存装置6中并加以储存，形成预处理污泥，保证固液分离的满负荷运行；S7、预处理污泥的固液分离：使S6中形成的预处理污泥进入固液分离装置7中，利用板框压滤机进行固液分离处理，形成固体组分和液体组分，并使液体组分重新进入废水收集装置1中；S8、干化处理：使S5中形成的膜蒸馏浓缩液和S7中形成的固体组分进入干化装置8中，利用余热、废热源等对蒸馏浓缩液和固体组分进行干燥，形成水蒸气和固体废弃物，固体废弃物后续进行委外处置；S9、水蒸气的冷凝及回收：使S5和S8中形成的水蒸气进入冷凝装置9中，冷凝后与S3中形成的产水合并再利用，实现表面处理废水的零排放处理。具体实施案例：以江苏某企业的表面处理废水的处理过程为例来说明本发明中的系统及工艺方法的应用，该企业生产不锈钢挂具、铝型材轨道、灯具配件等产品。该企业主要有脱脂、水洗、纯水洗、硅烷转化膜四个工段产生的废水需要处理。混合废水总量为10.5m3/d，混合后的废水水质情况如下：pH值：7.5～9.5；电导：6000～8000μs/cm；CODcr：2000～5000mg/L。由于该公司用水紧张，要求废水全部回用，回用水质要求如表1所示，但是常规的处理方法难以满足企业要求。表1.企业表面处理废水的回用水质要求序号项目单位水质控制指标1pH—6.0～9.02电导率μs/cm≤5003悬浮物mg/L≤54浊度NTU≤35CODcrmg/L≤50因此，该企业利用本发明中的处理系统及方法进行废水处理，希望能够实现预期的效果，具体实施情况如下：使由脱脂、水洗、纯水洗、硅烷处理四个工段产生的废水流入废水收集装置，通过曝气方式进行混合调匀。利用废水提升泵将废水泵入预处理装置，投加0.5％的氯化钙进行破乳，破乳后调节废水pH值至8.5，然后按照1000ml/m3的用量，利用PAC加药泵投加质量百分比浓度为10％的PAC进行混凝处理，再按照500ml/m3的用量，利用PAM加药泵投加质量百分比浓度为0.3％的PAM进行絮凝处理，搅拌机搅拌20min，进入斜板沉淀池进行沉淀，沉淀时间为2.5h。将沉淀池上清液泵入膜处理系统，膜处理包括0.1μm精密过滤器的精密过滤、超滤膜的超滤和RO膜的反渗透，RO处理的产水率为70％左右。使浓水通过预热器并加热至50℃左右，然后进入膜蒸馏装置，蒸馏膜内外侧分别逆向流通RO浓水和空气，空气通路为膜内侧，RO浓水通路为膜外侧，要求膜外侧压力大于内侧压力，压力差≤0.1MPa，91％左右的浓水转化为水蒸汽，然后进入冷凝器进行冷却，浓缩液产量仅为RO浓水的9％左右。利用板框压滤机对污泥储存装置中的污泥进行压滤，压滤产水回流至废水收集装置，压滤污泥与膜蒸馏浓缩液混合，然后利用厂区废热进行干化处理，水蒸汽进入冷凝器进行冷却，冷却水满足表1中的回用水质要求，干化污泥委外处置，最终实现了表面处理废水零排放的目的，如图2所示。RO处理产水与膜蒸馏冷凝产水进行合并，所得产水的水质情况如表2所示，通过对比可知，利用本发明的处理方法获得的产水能够满足表1中的回用水质要求。表2.利用本发明的处理方法获得的产水的水质情况以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。当前第1页1 2 3