一种中水资源化再利用方法与流程

1.本发明属于中水处理技术领域，具体地说涉及一种中水资源化再利用方法。


背景技术：

2.在我国，以燃煤发电、现代煤化工等为代表的能源行业在支撑国民经济发展的同时，也消耗了大量水资源，产生了大量的工业废水。近年来，随着环境保护工作力度的日益加大，如何安全高效地处理工业废水，越来越成为关系行业健康发展的重大课题。特别是在内蒙、陕西、宁夏、新疆等水资源短缺、生态环境相对脆弱的地区，工业废水的零排放处理成为了越来越急迫的要求。
3.目前，工业废水经污水厂处理后形成中水即所谓的再生水，中水零排放处理技术大多采用“多级反渗透膜+蒸发浓缩结晶”，生产出高纯度盐类，盐类以结晶盐的形式分离并暂存仓库等待处理，蒸发冷凝水再通过生化处理后达标回用或排放，实现中水资源化再利用以及零排放。中水合理回用既能减少水环境污染，又可以缓解水资源紧缺的矛盾，是贯彻可持续发展的重要措施。但是，由于采用蒸发结晶系统，占地面积大，设备投资及运行成本高，工艺复杂，同时，暂存的废盐属于危废，此种零排放处理技术仅仅做到水的零排放，但同时产生了大量固废及危废，导致环境污染严重，并非真正意义上的零排放。


技术实现要素：

4.针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种中水资源化再利用方法。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种中水资源化再利用方法，包括以下步骤：
7.步骤s100、中水进行预处理，添加复合强氧化剂、软化药剂，并调节中水的ph至第一设定值，得到预处理后的中水；
8.步骤s200、预处理后的中水进行浓缩分离，浓缩后的产水进入中水回用池，回收备用；
9.步骤s300、浓缩后的浓水通过纳滤分离得到一价盐溶液和二价盐溶液；
10.步骤s400、一价盐溶液进行蒸发浓缩，蒸馏后的浓缩液进行电解制得次氯酸钠和氯气，所述次氯酸钠可回收用作复合强氧化剂，蒸馏后的蒸馏液进入中水回用池，回收备用；
11.步骤s500、二价盐溶液进行电解制得酸液和碱液，所述酸液可回收用于浓缩分离，所述碱液可回收用作软化药剂。
12.本发明进一步设置为：所述复合强氧化剂添加至第一反应池，中水与复合强氧化剂发生反应并停留至第一设定时间，所述软化药剂添加至第二反应池，中水与软化药剂发生反应并停留至第二设定时间。
13.通过采用上述技术方案，中水先与复合强化剂发生反应，部分cod被氧化，停留至
第一设定时间后，氧化后中水的cod值降低70％-80％，并能去除中水中的细菌、微生物，降低后续浓缩工艺的污堵几率。
14.之后，中水与软化药剂发生反应，并停留至第二设定时间，使水中的钙离子、镁离子与软化药剂充分反应形成沉淀颗粒物。
15.本发明进一步设置为：所述复合强氧化剂为次氯酸钠和臭氧，所述软化药剂为氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠中的一种或两种及以上任意组合。
16.本发明进一步设置为：混合有臭氧的回水以较高压力通过释放喷头喷射形成微纳米气泡，也就是说，所述臭氧以微纳米气泡形式添加至第一反应池内。
17.通过采用上述技术方案，微纳米气泡均匀地分散到第一反应池中，微纳米气泡上升速度降低，在水中溶解度更高，停留时间更长，可充分地与污染物接触，提高臭氧的利用率。
18.本发明进一步设置为：在线监测中水的硬度值及碱度含量，添加软化药剂，搅拌，直至第二反应池内中水的ph调整至10.8，有效保证出水低硬度。
19.本发明进一步设置为：所述次氯酸钠以及所述软化药剂通过药剂添加泵添加，所述药剂添加泵与变频器配套使用，并与ph在线检测仪联动以调节ph。
20.本发明进一步设置为：所述第二反应池采用相连接的三格式结构，其包括第一格、第二格和第三格，所述第一格和所述第二格内分别添加所述软化药剂，所述第三格作为缓冲格。
21.通过采用上述技术方案，所述第一格和所述第二格内配有搅拌机进行搅拌，使软化药剂与回水充分混合并反应，所述第三格配有搅拌机进行搅拌，防止反应生成的沉淀颗粒物在沉积。
22.本发明进一步设置为：第二反应池的中水通过增压泵流经微滤陶瓷膜进行过滤处理。
23.通过采用上述技术方案，微滤陶瓷膜将沉淀颗粒物进行过滤去除，实现去除回水中硬度的目的，采用微滤陶瓷膜过滤，预处理后无需设置沉淀区及石英砂过滤器，缩短了工艺路线，并节省了占地面积，经微滤陶瓷膜过滤后，出水硬度＜10mg/l。
24.本发明进一步设置为：透过所述微滤陶瓷膜的中水流通至清水出口形成过滤清液，被所述微滤陶瓷膜截留的中水流通至浓缩出口形成过滤浓缩液，所述浓缩出口通过循环回路与所述微滤陶瓷膜的进水端连通，所述清水出口与所述浓缩出口形成错流结构。
25.本发明进一步设置为：所述循环回路上设有流量为微滤陶瓷膜的进水端流量多倍的循环泵，将微滤陶瓷膜表面的水流速提高至5m/s以上。
26.通过采用上述技术方案，通过循环泵提高微滤陶瓷膜表面的水流速，对微滤陶瓷膜表面进行大流量、快速冲刷，防止沉淀颗粒物在微滤陶瓷膜表面堆积。
27.本发明进一步设置为：过滤清液和过滤浓缩液的流通管路上均设有电磁流量计及调节阀，检测瞬时流量及累积流量，通过流量反馈信号调节循环泵频率，过滤清液的流通管路上设有在线硬度检测仪及浊度仪，通过在线硬度检测仪反馈信号调节循环泵频率。
28.通过采用上述技术方案，过滤清液硬度可达10ppm以下，浊度小于1ntu。
29.本发明进一步设置为：所述过滤清液进行缓冲处理，添加酸液调整ph至第二设定值得到预处理后的中水，并停留至第三设定时间。
30.通过采用上述技术方案，过高的ph会影响苦咸水反渗透膜以及海水反渗透膜的脱盐性能，添加酸液调整ph至9.5，保证反渗透浓水的ph低于11，既不影响膜性能，又能使水中的硅保持溶解状态，不会因结垢造成反渗透膜污堵。
31.同时，过滤清液停留至第三设定时间，起到去除硬度的作用，防止反渗透过程中，钙镁类的微溶性盐达到饱和溶解度析出，堵塞反渗透膜。
32.本发明进一步设置为：预处理后的中水通过增压泵依次流经苦咸水反渗透膜以及海水反渗透膜进行反渗透处理，实现浓缩分离。
33.本发明进一步设置为：缓冲处理后的过滤清液通过增压泵进入过滤器进行过滤，再通过高压泵流经苦咸水反渗透膜，所述苦咸水反渗透膜采用多级结构，相邻两级的苦咸水反渗透膜之间设置增压泵，对前级苦咸水反渗透膜的浓水进行增压，保证后级苦咸水反渗透膜的运行性能和产水量。
34.本发明进一步设置为：缓冲处理后的过滤清液经过苦咸水反渗透膜浓缩3.5-4倍形成一级反渗透产水和一级反渗透浓水，所述一级反渗透产水进入中水回用池。
35.本发明进一步设置为：一级反渗透浓水通过增压泵进入过滤器进行过滤，再通过高压泵流经海水反渗透膜，所述海水反渗透膜采用多级结构，相邻两级的海水反渗透膜之间设置增压泵，对前级海水反渗透膜的浓水进行增压，保证后级海水反渗透膜的运行性能和产水量。
36.本发明进一步设置为：一级反渗透浓水经过海水反渗透膜浓缩2倍形成二级反渗透产水和二级反渗透浓水，所述二级反渗透产水进入中水回用池。
37.本发明进一步设置为：将所述二级反渗透浓水的高压能量进行回收，用于提升海水反渗透膜的进水端压力，降低高压泵的能耗，降低运行费用。
38.本发明进一步设置为：一级反渗透产水、一级反渗透浓水、二级反渗透产水和二级反渗透浓水的流通管路上均配备电磁流量计，检测瞬时流量及累积流量，通过流量反馈信号调节高压泵频率，在反渗透膜性能变化时保证产水量。
39.本发明进一步设置为：一级反渗透产水和二级反渗透产水的流通管路上均配备电导率仪，实时监控水质。
40.通过采用上述技术方案，苦咸水反渗透膜以及海水反渗透膜相组合，将85％以上的过滤清液回收至中水回用池，中水回用池的水质要远远优于生活饮用水标准中的离子指标要求。
41.本发明进一步设置为：二级反渗透浓水通过增压泵进入过滤器进行过滤，再通过高压泵流经纳滤膜，所述纳滤膜采用多级结构，相邻两级的纳滤膜之间设置增压泵，对前级纳滤膜的浓水进行增压，保证后级纳滤膜的运行性能和产水量。
42.本发明进一步设置为：二级反渗透浓水经过纳滤膜纳滤分离得到一价盐溶液和二价盐溶液，其中，一价盐溶液主要为氯化钠溶液，二价盐溶液主要为硫酸钠溶液。
43.本发明进一步设置为：一价盐溶液和二价盐溶液的流通管路上均设有电磁流量计，检测瞬时流量及累积流量，通过流量反馈信号调节高压泵频率，在纳滤膜性能变化时保证产水量。
44.本发明进一步设置为：一价盐溶液和二价盐溶液的流通管路上均设有电导率仪，实时监控水质。
45.通过采用上述技术方案，采用纳滤膜对一价盐和二价盐进行分离，从而实现分质回用。
46.本发明进一步设置为：一价盐溶液通过低温蒸馏的方式进行蒸发浓缩，蒸馏后的蒸馏液进入中水回用池回用于企业，蒸馏后的浓缩液浓度达到26％以上，蒸馏后的浓缩液再通过增压泵提升至离子膜电解槽进行电解制得次氯酸钠和氯气。
47.通过采用上述技术方案，无需进行蒸发结晶处理，避免污染环境，次氯酸钠可回用作为复合强氧化剂，同时，剩余的次氯酸钠可供企业消毒氧化使用。
48.本发明进一步设置为：二价盐溶液通过增压泵提升至双极膜电解槽制得酸液和碱液。
49.通过采用上述技术方案，酸液可以回用于缓冲处理，碱液可回用作为软化药剂，剩余的酸液和碱液可用于销售。
50.综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
51.1、通过将预处理、浓缩分离、纳滤分离、蒸发浓缩与电解过程相结合，在实现零排放的基础上，对各个环节的产物进行合理处理和回收利用，达到了中水资源化再利用的目的。
52.2、中水先与复合强化剂发生反应，氧化后中水的cod值降低70％-80％，并能去除中水中的细菌、微生物，降低后续浓缩工艺的污堵几率，然后，中水与软化药剂发生反应，使水中的钙离子、镁离子与软化药剂充分反应形成沉淀颗粒。
53.3、臭氧以微纳米气泡形式添加至水中，微纳米气泡上升速度降低，臭氧可充分地与污染物接触，提高了臭氧的利用率。
54.4、中水先经过微滤陶瓷膜，化学反应后无需设置沉淀区及石英砂过滤器，缩短了中水处理流程，有助于提高中水处理效率，同时，节省了占地面积。
55.5、将苦咸水反渗透膜与海水反渗透膜组合，使得85％以上的中水得到回收并流通至中水回用池，减少了纳滤分离的进水量，降低了纳滤分离、蒸发浓缩以及电解过程的处理量，提高了处理效率。
56.6、采用纳滤分盐机构对一价盐和二价盐进行分离，从而实现分质回用。
57.7、无需进行蒸发结晶处理，避免污染环境，操作便捷，减少系统占地面积。
附图说明
58.图1是本发明的流程框图；
59.图2是预处理的结构示意图；
60.图3是苦咸水反渗透膜、海水反渗透膜的结构示意图；
61.图4是纳滤分盐、蒸发浓缩和电解处理的结构示意图。
62.附图中：1-原水池、2-臭氧发生器、3-第一反应池、4-第二反应池、5-次氯酸钠添加口、6-氢氧化钠添加口、7-碳酸钠添加口、8-微滤陶瓷膜、9-缓冲池、10-酸液添加口、11-苦咸水反渗透膜、12-第一浓水缓存池、13-海水反渗透膜、14-中水回用池、15-第二浓水缓存池、16-纳滤膜、17-蒸发浓缩机构、18-离子膜电解槽、19-次氯酸钠储罐、20-双极膜电解槽、21-酸液储罐、22-碱液储罐。
具体实施方式
63.为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本技术保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
64.实施例
65.如图1-图4所示，一种中水资源化再利用方法，包括以下步骤：
66.步骤s100、中水进行预处理，添加复合强氧化剂、软化药剂，并调节中水的ph至第一设定值，得到预处理后的中水；
67.步骤s200、预处理后的中水进行浓缩分离，浓缩后的产水进入中水回用池，回收备用；
68.步骤s300、浓缩后的浓水通过纳滤分离得到一价盐溶液和二价盐溶液；
69.步骤s400、一价盐溶液进行蒸发浓缩，蒸馏后的浓缩液进行电解制得次氯酸钠和氯气，所述次氯酸钠可回收用作复合强氧化剂，蒸馏后的蒸馏液进入中水回用池，回收备用；
70.步骤s500、二价盐溶液进行电解制得酸液和碱液，所述酸液可回收用于浓缩分离，所述碱液可回收用作软化药剂。
71.具体的，如图2所示，中水先进入原水池1进行收集，所述复合强氧化剂添加至第一反应池3，中水与复合强氧化剂发生反应并停留至第一设定时间，所述软化药剂添加至第二反应池4，中水与软化药剂发生反应并停留至第二设定时间。
72.中水先与复合强化剂发生反应，部分cod被氧化，停留至10-20min(即第一设定时间)后，氧化后中水的cod值降低70％-80％，并能去除中水中的细菌、微生物，降低后续浓缩工艺的污堵几率。之后，中水与软化药剂发生反应，并停留至第二设定时间，使水中的钙离子、镁离子与软化药剂充分反应形成沉淀颗粒物。
73.具体的，所述复合强氧化剂为次氯酸钠和臭氧，本实施例中，第一反应池3上设次氯酸钠添加口5和臭氧添加口。所述软化药剂为氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠中的一种或两种及以上任意组合，本实施例中，第二反应池4上设氢氧化钠添加口6和碳酸钠添加口7。
74.混合有臭氧的回水以较高压力通过释放喷头喷射形成微纳米气泡，也就是说，所述臭氧以微纳米气泡形式添加至第一反应池3内。微纳米气泡均匀地分散到第一反应池3中，微纳米气泡上升速度降低，在水中溶解度更高，停留时间更长，可充分地与污染物接触，提高臭氧的利用率。
75.所述释放喷头包括设置有释压孔的第一发生板和第二发生板，第一发生板和第二发生板间隔设置以形成释压空间，第一发生板上释压孔数量少于第二发生板上释压孔数量，混合有臭氧的回水先后穿过第一发生板和第二发生板，从第一发生板内的释压孔中穿过后再从第二发生板的释压孔中穿过，由少孔向多孔释压从而形成微纳米气泡。
76.所述释放喷头还包括发生柱，发生柱上开设有多个螺旋贯穿发生柱的螺旋孔，螺旋孔的数量少于第一发生板上释压孔的数量，使得混合有臭氧的回水在穿过发生柱上螺旋孔时的水压要小于其穿过第一发生板上释压孔时的水压，即增加一个释压过程，从而使得
臭氧能够更加充分的形成微纳米气泡。
77.具体的，在线监测中水的硬度值及碱度含量，添加软化药剂，搅拌，直至第二反应池4内中水的ph调整至10.8(第一预设值)，有效保证出水低硬度。所述次氯酸钠以及所述软化药剂通过药剂添加泵添加，所述药剂添加泵与变频器配套使用，并与ph在线检测仪联动以调节ph。
78.具体的，所述第二反应池4采用相连接的三格式结构，其包括第一格、第二格和第三格，所述第一格和所述第二格内分别添加所述软化药剂，所述第三格作为缓冲格。所述第一格和所述第二格内配有搅拌机进行搅拌，反应10-20min，使软化药剂与回水充分混合并反应，所述第三格配有搅拌机进行搅拌，搅拌20-30min，防止反应生成的沉淀颗粒物在沉积。
79.所述第一格的底部与所述第二格的底部相连通，所述第二格的顶部通过溢流口与所述第三格相连通。所述第三格的底部设有排污口，所述排污口通过管路与排污泵连通，排污泵主要用来清理排掉沉积的沉淀颗粒物和残留的回水。
80.具体的，如图2和图3所示，第二反应池4的中水先通过增压泵流经微滤陶瓷膜8进行过滤处理，再通过增压泵依次流经苦咸水反渗透膜11以及海水反渗透膜13进行反渗透处理，实现浓缩分离。
81.透过所述微滤陶瓷膜8的中水流通至清水出口形成过滤清液，被所述微滤陶瓷膜8截留的中水流通至浓缩出口形成过滤浓缩液，所述浓缩出口通过循环回路与所述微滤陶瓷膜的进水端连通，所述清水出口与所述浓缩出口形成错流结构。所述循环回路上设有流量为微滤陶瓷膜8的进水端流量多倍的循环泵，所述微滤陶瓷膜8的进水端位于其底部，所述清水出口位于微滤陶瓷膜8的顶部，所述浓缩出口位于微滤陶瓷膜8的侧部。优选的，循环泵的流量为微滤陶瓷膜8的进水端流量的4-8倍，将微滤陶瓷膜8表面的水流速提高至5m/s以上。
82.微滤陶瓷膜8将沉淀颗粒物进行过滤去除，实现去除回水中硬度的目的，采用微滤陶瓷膜8过滤，无需设置沉淀区及石英砂过滤器，缩短了工艺路线，并节省了占地面积，经微滤陶瓷膜8过滤后，出水硬度＜10mg/l。同时，通过循环泵提高微滤陶瓷膜8表面的水流速，对微滤陶瓷膜8表面进行大流量、快速冲刷，防止沉淀颗粒物在微滤陶瓷膜8表面堆积。
83.具体的，过滤清液和过滤浓缩液的流通管路上均设有电磁流量计及调节阀，检测瞬时流量及累积流量，通过流量反馈信号调节循环泵频率，过滤清液的流通管路上设有在线硬度检测仪及浊度仪，通过在线硬度检测仪反馈信号调节循环泵频率。过滤清液硬度可达10ppm以下，浊度小于1ntu。
84.具体的，所述过滤清液进入缓冲池9进行缓冲处理，添加酸液调整ph至第二设定值，并停留至第三设定时间，本实施例中，缓冲池9上设有酸液添加口10。过高的ph会影响苦咸水反渗透膜11以及海水反渗透膜13的脱盐性能，添加酸液调整ph至9.5(即第二设定值)，保证反渗透浓水的ph低于11，既不影响膜性能，又能使水中的硅保持溶解状态，不会因结垢造成反渗透膜污堵。同时，过滤清液停留至60-90min(即第三设定时间)，起到去除硬度的作用，防止反渗透过程中，钙镁类的微溶性盐达到饱和溶解度析出，堵塞反渗透膜。
85.具体的，缓冲处理后的过滤清液通过增压泵进入过滤器进行过滤，再通过高压泵流经苦咸水反渗透膜11，所述苦咸水反渗透膜11采用多级结构，相邻两级的苦咸水反渗透
膜11之间设置增压泵，对前级的苦咸水反渗透膜11的浓水进行增压，保证后级的苦咸水反渗透膜11的运行性能和产水量。
86.缓冲处理后的过滤清液经过苦咸水反渗透膜11浓缩3.5-4倍形成一级反渗透产水和一级反渗透浓水，所述一级反渗透产水进入中水回用池14。
87.具体的，一级反渗透浓水进入第一浓水缓存池12并通过增压泵进入过滤器进行过滤，再通过高压泵流经海水反渗透膜13，所述海水反渗透膜13采用多级结构，相邻两级的海水反渗透膜13之间设置增压泵，对前级的海水反渗透膜13的浓水进行增压，保证后级的海水反渗透膜13的运行性能和产水量。
88.一级反渗透浓水经过海水反渗透膜13浓缩2倍形成二级反渗透产水和二级反渗透浓水，所述二级反渗透产水进入中水回用池14。同时，将所述二级反渗透浓水的高压能量进行回收，用于提升海水反渗透膜的进水端压力，降低高压泵的能耗，降低运行费用。
89.具体的，一级反渗透产水、一级反渗透浓水、二级反渗透产水和二级反渗透浓水的流通管路上均配备电磁流量计，检测瞬时流量及累积流量，通过流量反馈信号调节高压泵频率，在反渗透膜性能变化时保证产水量。同时，一级反渗透产水和二级反渗透产水的流通管路上均配备电导率仪，实时监控水质。
90.苦咸水反渗透膜11以及海水反渗透膜13相组合，将85％以上的过滤清液回收至中水回用池，中水回用池14的水质要远远优于生活饮用水标准中的离子指标要求。
91.具体的，如图3和图4所示，二级反渗透浓水进入第二浓水缓存池15通过增压泵进入过滤器进行过滤，再通过高压泵流经纳滤膜16，所述纳滤膜16采用多级结构，相邻两级的纳滤膜16之间设置增压泵，对前级的纳滤膜16的浓水进行增压，保证后级的纳滤膜16的运行性能和产水量。
92.二级反渗透浓水经过纳滤膜16纳滤分离得到一价盐溶液和二价盐溶液，从而实现分质回用。其中，一价盐溶液主要为氯化钠溶液，二价盐溶液主要为硫酸钠溶液。一价盐溶液和二价盐溶液的流通管路上均设有电磁流量计，检测瞬时流量及累积流量，通过流量反馈信号调节高压泵频率，在纳滤膜性能变化时保证产水量。同时，一价盐溶液和二价盐溶液的流通管路上均设有电导率仪，实时监控水质。
93.具体的，一价盐溶液进入蒸发浓缩机构17通过低温蒸馏的方式进行蒸发浓缩，蒸馏后的蒸馏液进入中水回用池14回用于企业，蒸馏后的浓缩液浓度达到26％以上，蒸馏后的浓缩液再通过增压泵提升至离子膜电解槽18进行电解制得次氯酸钠和氯气，其中，次氯酸钠存储至次氯酸钠储罐19中，且所述次氯酸钠储罐19可与所述次氯酸钠添加口5相连接。无需进行蒸发结晶处理，避免污染环境，次氯酸钠可回用作为复合强氧化剂，同时，剩余的次氯酸钠可供企业消毒氧化使用。
94.具体的，二价盐溶液通过增压泵提升至双极膜电解槽20制得酸液和碱液，酸液存储至酸液储罐21，同时，酸液储罐21可与酸液添加口10相连接，将酸液回用于缓冲处理，碱液存储至碱液储罐22，同时，碱液储罐22可与氢氧化钠添加口6相连接，将碱液回用作为软化药剂，剩余的酸液和碱液可用于销售。
95.综上所述，通过将预处理、浓缩分离、纳滤分离、蒸发浓缩与电解过程相结合，在实现零排放的基础上，对各个环节的产物进行合理处理和回收利用，达到了中水资源化再利用的目的。
96.以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本技术范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。