一种反渗透浓水近零排放的方法与流程

本发明涉及浓水处理技术领域，特别是指一种反渗透浓水近零排放的方法。

背景技术：

反渗透膜在净水、脱盐以及污水资源化过程中，受到水体中无机盐容度积、离子浓度渗透压、浓缩物对有机膜的污染等方面影响，只能产出一部分净水，剩余部分浓水要排放掉。反渗透浓水的排放存在着巨大的负面影响，一方面：造成水的利用率低，浪费水源，增加预处理的负荷与成本。另一方面：反渗透浓水也存在着的对环境的二次污染问题。这就造成了反渗透膜技术在应用过程中，不能从根本上处理污水，只起到了分离与富积的目的，这也大大的影响和限定了他的使用领域。

针对浓水近零排放，目前也进行了大量的探讨和尝试，例如采取加药剂的办法来提高反渗透回收率，但只能对无机盐的浓缩倍数有所改善，而且阻垢剂也是价格高昂，甚至达到10000～20000万/吨，造成吨产水处理成本大幅增加；另外，也有采取浓水再一级反渗透的办法，但受到渗透压的限制，膜污染增加，且渗透膜使用寿命下降；而采取电渗析进一步浓缩到再进行蒸发，如减压蒸发，成固体排出，也是存在投资成本过高，工艺过于复杂的问题。

可以看出，目前对于反渗透浓水回收与利用的改进只在有限程度上使问题缓解，没有全面解决运行成本与投资成本过高的问题，因此仍然普遍存在适用性差，投入较高以及使用不便等缺陷。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种成本低、工艺简单且可操作性强的反渗透浓水近零排放的方法。

基于上述目的本发明提供的反渗透浓水近零排放的方法，包括如下步骤：

反渗透浓缩分离：经过预处理的原水进入反渗透浓缩分离系统进行浓缩分离，得到淡水和反渗透浓水；

纳滤分离：所述反渗透浓水进入纳滤膜处理系统，所述纳滤膜处理系统拦截高价离子，得到纳滤出水和纳滤浓水，其中，所述纳滤出水回流到未进入所述反渗透浓缩分离系统的原水中；

化学软化：所述纳滤浓水进入到化学软化系统进行酸碱中和，得到中和出水；

钠树脂软化：所述中和出水进入钠树脂软化装置进行钠离子交换，除去高价金属阳离子，得到钠树脂软化出水；

双极膜电渗析：所述钠树脂软化出水进入双极膜电渗析装置进行电渗析，产出酸和碱以及双极膜出水；其中，所述双极膜出水回流到未进入所述反渗透浓缩分离系统的原水中；产出的部分酸回流到所述原水中，用于调节所述原水酸碱度，剩余部分酸进行回收；产出的部分碱回流到经反渗透浓缩分离系统进行浓缩分离得到的淡水中，用于调节所述淡水的酸碱度；部分碱回流到所述化学软化系统；剩余部分碱进行回收。

优选地，反渗透浓缩分离系统中设置待处理反渗透浓盐水的进入口和处理后反渗透浓盐水的排出口；其中排出口处的浓盐水通过提升泵连接选取的过滤器和所述的纳滤膜处理系统中的纳滤膜机组；过滤器可依据用户需求选择石英过滤器、介质过滤器、保安过滤器的一种或者几种组合；反渗透浓缩分离系统内部液体的ph值介于2-11，所述反渗透浓缩分离系统盐的截留率为98％～99.5％。

优选地，纳滤膜处理系统使用的纳滤膜在压力作用下透过水分子与小分子的物质，截留大分析物质和高价离子，从而将反渗透浓水进一步的浓缩和淡化，得到纳滤出水和纳滤浓水；纳滤膜处理系统内部液体的ph值介于1-14，所述纳滤膜处理系统对一价盐的截留率为30～50％，对高价离子的截留率为98～99％。

优选地，纳滤膜处理系统的进水口与反渗透浓缩分离系统的出口相连；纳滤膜处理系统淡水出水排放到纳滤产水池，之后进入反渗透系统的进水箱或者进水池，纳滤膜处理系统浓水出水口与化学软化系统的进水口相连。

优选地，纳滤膜处理系统产生的浓盐水经过高压泵进入到化学软化进行酸碱中和，得到中性出水。沉降装置中，酸碱中和的作用时间为10～100min；依据纳滤膜处理系统产生的浓盐水的酸碱性向中和池中加入相应量的酸液或者碱液进入化学软化池进行中和反应，化学软化系统产水的ph值为6.5-7.5。

优选地，将化学软化系统产水池中的水送到钠树脂软化装置，除去高价金属阳离子使钠离子交换器出水硬度低于1.5mmol/l得到钠树脂软化出水。钠树脂软化系统使用钠型的强酸性阳离子交换树脂，采取了逆流再生方式，以去除化学软化系统产水中所有的致垢离子，以保障后续双极膜电渗膜组器的使用寿命。

优选地，所述钠树脂软化系统包括：强阳型钠离子交换器、钠树脂再生设备和软化水池；其中，所述钠型树脂软化设备设有连接所述化学软化系统产水池的进水管和连接所述钠树脂软化水池的出水管；所述钠树脂软化水池设有连接所述双极膜电渗析器的出水管；所述钠型树脂再生设备设有连接所述反渗透处理区的反渗透浓缩液回流管的回流口和连接所述蒸发结晶器的再生废水管。

优选地，所述钠树脂软化出水进入双极膜电渗析装置进行电渗析，产出酸和碱以及双极膜出水；其中，所述双极膜出水回流到未进入所述反渗透浓缩分离系统的原水中；所述产出的部分酸回流到所述原水中，用于调节所述原水酸碱度，剩余部分酸进行回收；所述产出的部分碱回流到经反渗透浓缩分离系统进行浓缩分离得到淡水中，用于调节所述淡水的酸碱度；部分碱回流到所述化学软化系统；剩余部分碱进行回收。

优选地，双极膜电渗析中使用的双极膜膜堆中的阳极采用钛涂钌电极，阴极采用不锈钢电极；双极膜电渗析采用三隔室组装，每组隔室由一张双极膜、一张均相阴离子交换膜、一张均相阳离子交换膜组成，其中双极膜的阳面与均相阴离子交换膜之间构成酸室，均相阴离子交换膜与均相阳离子交换膜之间构成盐室，均相阳离子交换膜与双极膜的阴面之间构成碱室；双极膜电渗析系统中使用的阴离子交换膜是季铵盐型阴膜的，阳离子交换膜为磺酸型阳膜，双极膜为bpm-1型单片型双极膜。

优选地，双极膜电渗析装置的盐室进水为经反渗透–纳滤–化学软化-钠树脂软化后的浓盐水，酸室与碱室进水为自来水，极液进水为0.5-2mol/l的na2so4溶液；电流密度依据浓盐水含盐量选取，为50-500a/m2，膜表面流速为2-8cm/s；双极膜电渗析装置运行时采用局部进水的方式，使酸室回收的酸液浓度在1％-10％，使碱室回收的碱液浓度在1％-10％；当酸室或者碱室中溶液浓度达到预设值时，则排出，重新进自来水，如此循环；当盐室中废水的浓度，达到预设浓度时，则排出再加入新的处理后的浓盐水废水，循环进行。

从上面所述可以看出，本发明提供的反渗透浓水零排放的方法，通过反渗透浓缩分离系统使低浓度进水浓缩，然后进入纳滤膜处理系统，拦截高价的离子并达到进一步的浓缩目的，接着纳滤出水回流到未进入反渗透浓缩分离系统的原水中，纳滤浓水进入钠树脂软化装置进行离子交换，离子交换后的出水进入双极膜电渗析装置生产酸碱。通过各个装置相互配合将反渗透浓水最终用于生产酸和碱，达到反渗透浓水近零排放的目的。本发明提供的反渗透浓水近零排放的方法简单易行，可见工艺简单，可操作性强；需要的装置较常见，因此成本较低；可见本方法以较低的能耗、投资实现了最大化的浓水回收利用，并产出副产酸、碱与多价离子沉降物，实现了资源化。

附图说明

图1为本发明实施例提供的反渗透浓水近零排放的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的反渗透浓水近零排放的方法应用于装置的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

结合图1，为本发明所提供的反渗透浓水近零排放的方法实施例流程图，和图2，为本发明提供的反渗透浓水近零排放的方法应用于装置的实施例流程图，对本发明浓水近零排放的方法进行说明，该方法包括：

步骤101，反渗透浓缩分离：经过预处理的原水进入反渗透浓缩分离系统201进行浓缩分离，得到淡水和反渗透浓水；

步骤102，纳滤分离：所述反渗透浓水进入纳滤膜处理系统202，所述纳滤膜处理系统202拦截高价离子，得到纳滤出水和纳滤浓水，其中，所述纳滤出水回流到未进入所述反渗透浓缩分离系统201的原水中；

步骤103，化学软化：所述纳滤浓水进入到化学软化装置203进行酸碱中和，得到中和出水；

步骤104，钠树脂软化：所述中和出水进入钠树脂软化装置204进行钠离子交换，除去高价金属阳离子，得到钠树脂软化出水；

步骤105，双极膜电渗析：所述钠树脂软化出水进入双极膜电渗析装置205进行电渗析，产出酸和碱以及双极膜出水；其中，所述双极膜出水回流到未进入所述反渗透浓缩分离系统201的原水中；产出的部分酸回流到所述原水中，用于调节所述原水酸碱度，剩余部分酸进行回收；产出的部分碱回流到经反渗透浓缩分离系统201进行浓缩分离得到的淡水中，用于调节所述淡水的酸碱度；部分碱回流到所述化学软化装置203；剩余部分碱进行回收。

本发明一实施例，步骤101中使用的反渗透浓缩分离系统中设置待处理反渗透浓盐水的进入口和处理后反渗透浓盐水的排出口；其中排出口处的浓盐水通过提升泵连接选取的过滤器和所述的纳滤膜处理系统中的纳滤膜机组；过滤器可依据用户需求选择石英过滤器、介质过滤器、保安过滤器的一种或者几种组合；反渗透浓缩分离系统内部液体的ph值介于2-11，所述反渗透浓缩分离系统盐的截留率为98％～99.5％。

本发明一实施例，步骤102中使用的纳滤膜处理系统使用的纳滤膜在压力作用下透过水分子与小分子的物质，截留大分析物质和高价离子，从而将反渗透浓水进一步的浓缩和淡化，得到纳滤出水和纳滤浓水；纳滤膜处理系统内部液体的ph值介于1-14，所述纳滤膜处理系统对一价盐的截留率为30～50％，对高价离子的截留率为98～99％。

本发明一实施例，步骤102中使用的纳滤膜处理系统的进水口与反渗透浓缩分离系统的出口相连；纳滤膜处理系统淡水出水排放到纳滤产水池，之后进入反渗透系统的进水箱或者进水池，纳滤膜处理系统浓水出水口与化学软化系统的进水口相连。

本发明一实施例，步骤102中使用的纳滤膜处理系统产生的浓盐水经过高压泵进入到化学软化进行酸碱中和，得到中性出水。沉降装置中，酸碱中和的作用时间为10～100min；依据纳滤膜处理系统产生的浓盐水的酸碱性向中和池中加入相应量的酸液或者碱液进入化学软化池进行中和反应，化学软化系统产水的ph值为6.5-7.5。

本发明一实施例，将步骤103中化学软化系统产水池中的水送到钠树脂软化装置，除去高价金属阳离子使钠离子交换器出水硬度低于1.5mmol/l得到钠树脂软化出水。钠树脂软化系统使用钠型的强酸性阳离子交换树脂，采取了逆流再生方式，以去除化学软化系统产水中所有的致垢离子，以保障后续双极膜电渗膜组器的使用寿命。

本发明一实施例，步骤104中使用的所述钠树脂软化系统包括：强阳型钠离子交换器、钠树脂再生设备和软化水池；其中，所述钠型树脂软化设备设有连接所述化学软化系统产水池的进水管和连接所述钠树脂软化水池的出水管；所述钠树脂软化水池设有连接所述双极膜电渗析器的出水管；所述钠型树脂再生设备设有连接所述反渗透处理区的反渗透浓缩液回流管的回流口和连接所述蒸发结晶器的再生废水管。

本发明一实施例，步骤104中所述钠树脂软化出水进入双极膜电渗析装置进行电渗析，产出酸和碱以及双极膜出水；其中，所述双极膜出水回流到未进入所述反渗透浓缩分离系统的原水中；所述产出的部分酸回流到所述原水中，用于调节所述原水酸碱度，剩余部分酸进行回收；所述产出的部分碱回流到经反渗透浓缩分离系统进行浓缩分离得到淡水中，用于调节所述淡水的酸碱度；部分碱回流到所述化学软化系统；剩余部分碱进行回收。

本发明一实施例，步骤105双极膜电渗析中使用的双极膜膜堆中的阳极采用钛涂钌电极，阴极采用不锈钢电极；双极膜电渗析采用三隔室组装，每组隔室由一张双极膜、一张均相阴离子交换膜、一张均相阳离子交换膜组成，其中双极膜的阳面与均相阴离子交换膜之间构成酸室，均相阴离子交换膜与均相阳离子交换膜之间构成盐室，均相阳离子交换膜与双极膜的阴面之间构成碱室；双极膜电渗析系统中使用的阴离子交换膜是季铵盐型阴膜的，阳离子交换膜为磺酸型阳膜，双极膜为bpm-1型单片型双极膜。

本发明一实施例，步骤105中使用的双极膜电渗析装置的盐室进水为经反渗透——纳滤——化学软化——钠树脂软化后的浓盐水，酸室与碱室进水为自来水，极液进水为0.5-2mol/l的na2so4溶液；电流密度依据浓盐水含盐量选取，为50a/m²-500a/m²，膜表面流速为2-8cm/s；双极膜电渗析装置运行时采用局部进水的方式，使酸室回收的酸液浓度在1％-10％，使碱室回收的碱液浓度在1％-10％；当酸室或者碱室中溶液浓度达到预设值时，则排出，重新进自来水，如此循环；当盐室中废水的浓度，达到预设浓度时，则排出再加入新的处理后的浓盐水废水，循环进行。

本发明提供的反渗透浓水近零排放的方法，通过反渗透浓缩分离系统使低浓度进水浓缩到1.5％以上，然后进入纳滤膜处理系统，拦截高价的离子并达到进一步的浓缩目的，接着纳滤出水回流到进入反渗透浓缩分离系统的原水中，纳滤浓水进入钠树脂软化装置进行离子交换，然后交换后的出水进入双极膜电渗析装置生产酸碱。通过各个装置相互配合将反渗透浓水最终用于生产酸和碱，达到反渗透浓水近零排放的目的。

本发明提供的方法具体应用到实际生产中，例如：进水为海水，浓度为3.5％，经过预处理后，得到成分含量为3％的原水，原水经过反渗透浓缩分离系统浓缩后，淡水排出，浓水含量变成7％；反渗透浓水进入纳滤膜处理系统，有机物及钙镁等高价离子被拦截，氯离子和钠离子等单价离子通过钠树脂软化装置进入双极膜电渗析装置中生产酸碱，得到浓度为7％的酸与浓度为7％的碱，出水为淡盐水，回流到进入反渗透浓缩分离系统的原水中继续利用。

再例如：进水为苦咸水，含盐量为0.4％，经过预处理后得到各成分含量为0.35％的原水，在经过反渗透浓缩分离系统201浓缩后，淡水排出，浓水含量变成6％；反渗透浓水进入纳滤膜处理系统202，有机物及钙镁等高价离子被拦截，氯离子和钠离子通过纳滤膜处理系统进入双极膜电渗析装置中生产酸碱，得到浓度为6％的酸与浓度为6％的碱，出水为淡盐水，回流到进入反渗透浓缩分离系统的原水中继续利用。

最终得到的一部分碱进入化学软化装置203与纳滤膜处理系统202拦截下来(那就是纳滤浓水中)的高价离子进行化学软化；一部分碱回流到经过反渗透浓缩分离系统处理得到淡水调节水的ph值，剩余大部分碱进行回收；一部分酸回流到未进入反渗透浓缩分离系统的原水调节调ph值，剩余大部分酸进行回收。

根据如下图表对本发明提供的反渗透浓水近零排放的方法的可行性进行分析：

由表1中数据可知从经济方面看采用双极膜电渗析装置、反渗透浓缩分离系统、纳滤膜处理系统与离子交换装置结合，投入成本适中但产值利益实现了最大化。

从环保方面和可操作性方面考虑采用双极膜电渗析装置、反渗透浓缩分离系统、纳滤膜处理系统与离子交换装置结合的工艺方法用浓水来生产酸碱，可以实现极高的盐利用率，达到反渗透浓水近零排放的目的，并且工艺简单。

由此可见本发明提供的反渗透浓水近零排放的方法的具有可行性。

从上面所述可以看出，本发明提供的反渗透浓水近零排放的方法，通过反渗透浓缩分离系统使低浓度进水浓缩，然后进入纳滤膜处理系统，拦截高价的离子并达到进一步的浓缩目的，接着纳滤出水回流到未进入反渗透浓缩分离系统的原水中，纳滤浓水进入钠树脂软化装置进行离子交换，交换后的出水进入双极膜电渗析装置产酸碱。通过各个装置相互配合将反渗透浓水最终用于生产酸和碱，达到反渗透浓水近零排放的目的。本发明提供的反渗透浓水零排放的方法简单易行，可见工艺简单，可操作性强；需要的装置较常见，因此成本较低；可见本方法以较低的能耗和投资实现了最大化的浓水回收利用，并产出副产酸、碱与多价离子沉降物，实现了资源化。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。