专利名称：一种基于电解和双膜技术的再生水制造装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种高纯再生水制造装置及其方法，特别是涉及一种电解技术与双膜技术结合的高纯再生水制造装置及其方法。
背景技术：
水资源与环境污染问题日益受到人类社会的重视，一方面淡水用量不断增加，水资源日益紧缺，另一方面污水排放量日益增多，对环境污染日益严重，因此，污水处理和再生资源化循环利用越来越受到各国的重视。中国是一个水资源严重缺乏的国家，人均淡水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，是世界上最缺水的13个国家之一，目前，在全国600多座城市中，有400多座城市缺水，因此污水再生循环利用成为解决淡水资源不足的关键。但是，我国当前的污水处理多为达标排放，成熟的污水再生循环利用技术不多，应用到工程实践的更是少之又少，每天都有大量的污水经过处理达标后就直接排入江河、湖泊、 海域，既造成了水资源的浪费又污染了环境，长此以往必将造成水资源的不可持续发展。据介绍，在我国城市水资源总消耗中，工业用水大约占2/3，如将污水经过再生处理后用于工业用水，在节水方面将有很大的潜力，等于增加了 2/3的淡水资源总量。近年来，我国环境工作者在污水处理，再生循环利用方面作了大量工作，中国专利 CN200410024576. 8公开了“一种污水抽取再生水的工艺和专用设备”，它是将污水经过酶处理后，再经过滤和臭氧消毒而生产再生水的方法。中国专利CN101108760B公开了经过生化处理后达到排放标准的污水经过连续微滤处理的再生水循环利用方法，它是将生化出水的尾水作为源水，经过旋流混凝反应池、平流多斗沉淀池物化沉淀后进入中间水池，由提升泵送至连续微滤系统进行深度处理而生产再生水的方法。尽管污水再生的方法已有不少， 各级政府和广大环境工作者在污水再生循环利用方面也做了大量的工作，但是污水回用量在工业用水中所占比例却不到2%，污水回用的领域也只限于对水质要求不高的行业，如工业冲渣除尘水、冷却水、企业内部绿化、冲厕等杂用，在水质要求较高的生产工艺用水方面则尝试很少。分析其原因，主要因为污水在工业上的循环利用存在如下问题1、再生水质量不高首先表现在现有的污水净化再生技术难以去除污水中的残留色度和臭味，再生水中还残留有各种营养物质和细菌、霉菌、藻类等，遇到适宜的温度、光照条件即会迅速繁殖导致水体发黑发臭，并产生难以处理的生物垢，对工艺设备也会造成不良影响，使再生水在工业生产中应用受到很大局限；其次是污水中总溶解盐含量高，并含有大量可以形成水垢的钙镁盐类物质，当其通过管道被输送到用水工艺设备时，会因长期的电化学腐蚀作用，使用水设备受到损坏，随着水中钙镁盐类在用水设备中不断地循环浓缩，进一步形成水垢，会导致用水设备阻塞。2、经济上不合算生化后经过多级膜处理，虽然能够实现污水再生，但是一次性设备投资大，运行成本高于现行自来水价，从经济合算的标准衡量，仍然不尽如人意，再生水处理循环利用无法实现规模化。3 二次污染传统的再生水回用技术在对污水的净化过程中通常采用加入絮凝剂和杀菌剂对水中微生物、胶体物、固体颗粒进行沉淀后，再经过砂滤过滤、多介质过滤和膜过滤的净化工艺，其缺点是处理过程中要加入絮凝剂和消毒杀菌剂，不仅投资大、运行成本较高，而且加入的絮凝剂和杀菌剂还对环境造成不同程度的污染。由以上问题可知，研究开发适合中国经济现状和发展水平的安全、可靠、高效、低能耗、低投资、低成本的再生水循环利用技术和配套设备，为再生水回用的规模化、产业化发展奠定坚实的基础成为一项迫在眉睫的任务。
发明内容
本发明的目的在于针对现有污水再生循环利用技术存在的问题，提供一种可克服现有污水再生技术中再生水质量较差、难以满足工业生产的生产工艺用水水质要求，且投资大、运行成本高和对环境产生二次污染等缺陷，可减少污水排放，提高水的利用效率的基于电解和双膜技术的再生水制造装置。本发明的另一目的在于提供一种基于电解和双膜技术的再生水制造方法。本发明是将工业污水和城市生活污水经过生化处理后达到排放标准的污水(称之为生化出水或深度处理排放污水)进行深度净化处理的生产高纯再生水制造装置及方法。本发明所述基于电解和双膜技术的再生水制造装置设有电解系统、膜生物反应器系统(以下简称为MBR系统)和反渗透系统；所述电解系统用于对深度处理排放污水进行电解处理，电解系统设有截止阀、供水泵和电解机；截止阀的进口外接生化出水排出口，供水泵的进口接截止阀的出口，供水泵的出口接电解机的进口，电解机的出口与MBR系统的进水口联接；所述电解机设有电源和电解槽，电解槽内的阳极材料为石墨、钛、铁、铝、锌、铜、 铅、镍、钼、铬、金属的合金和纳米催化惰性阳极等中的一种；所述纳米催化惰性阳极的表层涂覆有晶粒为10 35nm的金属氧化物惰性催化涂层，所述纳米催化惰性阳极的基板可为钛板或塑料板等，这种电极具有较高的电催化反应活性，可以大幅度降低电解的过电位，减少副反应的发生。所述MBR系统用于将电解系统所得净化污水进行进一步处理，MBR系统设有截止阀、格栅、MBR反应池、MBR膜组件、鼓风机、曝气器、排污泵、出水泵、初级再生水贮罐和MBR 清洗系统；所述截止阀的进口接电解系统的电解机的出口，截止阀出口接格栅的进口，格栅的出口接MBR反应池的进口，MBR膜组件浸没在MBR反应池内，通过鼓风机及分布的曝气器对其进行曝气，MBR反应池的滤液(水)出口接出水泵的进口，出水泵的出口接初级再生水贮罐的进口，初级再生水贮罐收集到的滤液(水)用于进一步经过反渗透系统脱盐得供生产上循环利用的高纯再生水，MBR反应池的污泥出口接排污泵的进口，少量污泥经过排污泵抽吸排放；所述MBR膜组件可选自聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜、聚丙烯(PP)中空纤维膜、聚砜(PS)中空纤维膜、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)和聚氯乙烯(PVC)中空纤维膜等中的一种，所述MBR膜组件的膜孔径可为0. 10 0. 2 μ m，能高效进行固液分离，工作压力为-1 _50kPa，工作温度为5 45°C，适用pH为1 14，出水固定悬浮物可降至lmg/L， 浊度可降至INTU以下。该系统可彻底去除污水中的细菌和大肠杆菌，出水的大肠菌群为0， 而菌落总数低于lCFU/mL ；所述MBR清洗系统用于清洗MBR膜组件，MBR清洗系统设有清洗液罐、反冲洗泵和截止阀；清洗液罐的出口接反冲洗泵的进口，反冲洗泵的出口接截止阀的进口，截止阀的出口接MBR系统。
所述反渗透系统用于将MBR系统处理所得的初级再生水过滤、分离，得透析水(再生水)和浓缩水。反渗透膜系统设有截止阀、供水泵、保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件和再生水贮罐。截止阀的进口接MBR系统的初级再生水贮罐的净化污水出口，截止阀的出口依次经供水泵、保安过滤器和高压泵进入反渗透膜组件，反渗透膜组件的透析水出口接再生水贮罐的进口。反渗透系统将MBR系统所得初级再生水经保安过滤器后用高压泵泵入反渗透系统，经反渗透膜过滤分离得透析水(再生水)和浓缩水，透析水进入贮罐得高纯再生水；浓缩水一部分经过浓缩水增压泵回流进行循环膜过滤分离，一部分回流进入电解工序循环使用，多余部分排放；所述反渗透系统还包括反渗透浓缩液回收系统，反渗透浓缩液膜回收系统用于将反渗透膜过滤的浓缩水进行回收利用的系统，反渗透浓缩液回收系统设有回流浓缩水增压泵、阀门和截止阀，回流浓缩水增压泵入口接反渗透系统的浓缩水出口，回流浓缩水增压泵出口接反渗透过滤膜系统，反渗透过滤膜系统的浓缩水出口另一路回流接电解系统重复利用。所述反渗透系统还包括一个反渗透膜清洗再生系统，反渗透膜清洗再生系统用于清洗反渗透过滤膜系统，反渗透膜清洗再生系统设有清洗液罐、反冲洗泵和截止阀，清洗液罐的进口经截止阀接反渗透过滤膜系统透析水出口，清洗液罐的一路出口接反渗透系统浓缩水出口，清洗液罐的另一路出口经反冲洗泵接供水泵出口。本发明所述基于电解和双膜技术的再生水制造方法包括以下步骤1)电解将生化出水经水泵提取后，输入电解机中进行电解，再经过格栅进入MBR 系统，除去污水中被电解杀灭的浮游生物尸体、细菌及因电解产生的大颗粒固体杂质、胶体物质得净化污水；在步骤1)中，所述生化出水是指污水经过生化处理达到GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》三级排放标准的污水，其CODtt彡120mg/L, B0D5彡60mg/L, SS彡50mg/L，色度彡50，动植物油彡20mg/L，石油类彡15mg/L,阴离子表面活性剂彡5mg/ L，氨氮< 25mg/L，总磷< 5mg/L，电导率小于1500 μ s/cm ；所述电解是将生化出水经过电解使之生成初生态的氯[Cl]、羟基
和初生态的氧
，用以氧化分解污水中的动植物油、 石油类、阴离子表面活性剂、有色物质等有机物和氨氮，并杀灭污水中微生物，同时，在电场作用下使污水中的悬浮物、胶体、带电微粒凝聚形成较大颗粒；所述电解的电解槽的工作电压可为2 250V，相邻两个电极间的电压可为2 18V，相邻两个电极间的最佳电压为3 8V,电流密度可为10 300mA/cm2，最佳为电流密度为50 210mA/cm2，生化出水经过电解后经阀门进入MBR系统。2)MBR系统过滤将经过电解系统处理所得的净化污水经管道流入MBR系统，进行 MBR系统处理分离得初级再生水；在步骤2、中，所述MBR系统是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术，它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质进行截留，具有适应性强、生化效率高、抗负荷冲击能力强、占地面积小、处理效果好等优势。3)反渗透脱盐将经过MBR系统过滤所得的初级再生水经过高压泵泵入反渗透系统，经反渗透膜过滤脱盐，分离得透析水和浓缩水，透析水进入贮罐得高纯再生水。在步骤3)中，所述反渗透系统的工作条件是常温 45°C，工作压力为5 35kPa ；反渗透系统的反渗透膜为对氯化钠截留率为98%的反渗透膜，膜组件的结构为卷式膜组件或管式膜组件，膜材料为醋酸纤维膜或复合膜，膜材料的截留分子量可为50 200MWC0。本发明的技术方案为生化处理后污水一电解一MBR系统一反渗透系统一高纯再生水。该高纯再生水水质良好，各项指标远优于GB/T19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》标准，可作为各种行业的工业的生产工艺用水，即直接应用到工业的生产各工序中，达到清洁生产的目的。采用该技术路线解决了现有污水回用技术难题，具有如下优势1、本发明采用电解的方法，具有如下突出效果(1)在电流作用下电解使使残留于污水中的大分子开环或断链，增强污水的可生化性；(2)电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基
和初生态的氧
并氧化分解有机物，快速降低C0D& ； (3)氧化分解污水中的氨氮， 使残留氨氮进一步氧化，氨氮的脱除率可达80 90%，同时消除水中臭味。(4)大幅度降低污水的色度，经过了生化、物化等多种方法处理后二沉池出水的色度在80 300之间， 一般的处理方法很难进一步脱除色度，经过电解可以将污水的色度从80 300之间降低到 16 32。( 使污水中的悬浮物、胶体、带电微粒在电场作用下凝聚形成较大颗粒后，经过后续的MBR系统过滤去除得净化污水。(6)污水中的重金属离子向电解机电解槽的阴极移动，在阴极形成沉淀，从而降低污水中的重金属离子含量。2、降低污水COD总排放量，大幅提高污水可生化性传统的生化末端加膜过滤技术，虽然可以实现部分中水回用，但不能降低污水COD的总排放量，本发明电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基
和初生态的氧
使残留于污水中的大分子开环或断链并迅速氧化分解有机物，不但大幅度降低污水COD的总排放量，而且提高污水的可生化性；3、回用水率高、成本低污水的回用率高达70% 90%，排放污水少，能耗低，高纯再生水生产成本低于1元/吨，远低于现行自来水价；4、回用水质高采用该技术路线产生的高纯再生水无色、无味，水质主要指标如表 1，可以满足各种行业工业用水的水质要求；表1高纯再生水水质指标
权利要求
1.一种基于电解和双膜技术的再生水制造装置，其特征在于设有电解系统、MBR系统和反渗透系统；所述电解系统用于对深度处理排放污水进行电解处理，电解系统设有截止阀、供水泵和电解机；截止阀的进口外接生化出水排出口，供水泵的进口接截止阀的出口，供水泵的出口接电解机的进口，电解机的出口与MBR系统的进水口联接；所述电解机设有电源和电解槽；所述MBR系统用于将电解系统所得净化污水进行进一步处理，MBR系统设有截止阀、格栅、MBR反应池、MBR膜组件、鼓风机、曝气器、排污泵、出水泵、初级再生水贮罐和MBR清洗系统；所述截止阀的进口接电解系统的电解机的出口，截止阀出口接格栅的进口，格栅的出口接MBR反应池的进口，MBR膜组件浸没在MBR反应池内，通过鼓风机及分布的曝气器对其进行曝气，MBR反应池的滤液出口接出水泵的进口，出水泵的出口接初级再生水贮罐的进口， MBR反应池的污泥出口接排污泵的进口，污泥经过排污泵抽吸排放；所述反渗透系统用于将MBR系统处理所得的初级再生水过滤、分离，得透析水和浓缩水，反渗透膜系统设有截止阀、供水泵、保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件和再生水贮罐， 截止阀的进口接MBR系统的初级再生水贮罐的净化污水出口，截止阀的出口依次经供水泵、保安过滤器和高压泵进入反渗透膜组件，反渗透膜组件的透析水出口接再生水贮罐的进口，反渗透系统将MBR系统所得初级再生水经保安过滤器后用高压泵泵入反渗透系统， 经反渗透膜过滤分离得透析水和浓缩水，透析水进入贮罐得再生水；浓缩水一部分经过浓缩水增压泵回流进行循环膜过滤分离，一部分回流进入电解工序循环使用，多余部分排放；所述反渗透系统还包括反渗透浓缩液回收系统，反渗透浓缩液膜回收系统用于将反渗透膜过滤的浓缩水进行回收利用的系统，反渗透浓缩液回收系统设有回流浓缩水增压泵、 阀门和截止阀，回流浓缩水增压泵入口接反渗透系统的浓缩水出口，回流浓缩水增压泵出口接反渗透过滤膜系统，反渗透过滤膜系统的浓缩水出口另一路回流接电解系统重复利用；所述反渗透系统还包括一个反渗透膜清洗再生系统，反渗透膜清洗再生系统用于清洗反渗透过滤膜系统，反渗透膜清洗再生系统设有清洗液罐、反冲洗泵和截止阀，清洗液罐的进口经截止阀接反渗透过滤膜系统透析水出口，清洗液罐的一路出口接反渗透系统浓缩水出口，清洗液罐的另一路出口经反冲洗泵接供水泵出口。
2.如权利要求1所述的一种基于电解和双膜技术的再生水制造装置，其特征在于所述电解槽内的阳极材料为石墨、钛、铁、铝、锌、铜、铅、镍、钼、铬、金属的合金和纳米催化惰性阳极中的一种。
3.如权利要求2所述的一种基于电解和双膜技术的再生水制造装置，其特征在于所述纳米催化惰性阳极的表层涂覆有晶粒为10 35nm的金属氧化物惰性催化涂层，所述纳米催化惰性阳极的基板为钛板或塑料板。
4.如权利要求1所述的一种基于电解和双膜技术的再生水制造装置，其特征在于所述 MBR膜组件选自聚偏氟乙烯中空纤维膜、聚丙烯中空纤维膜、聚砜中空纤维膜、聚醚砜、聚丙烯腈和聚氯乙烯中空纤维膜中的一种。
5.如权利要求4所述的一种基于电解和双膜技术的再生水制造装置，其特征在于所述MBR膜组件的膜孔径为0. 10 0. 2 μ m,工作压力为_1 _50kPa，工作温度为5 45°C，pH 为1 14。
6.如权利要求1所述的一种基于电解和双膜技术的再生水制造装置，其特征在于所述 MBR清洗系统用于清洗MBR膜组件，MBR清洗系统设有清洗液罐、反冲洗泵和截止阀；清洗液罐的出口接反冲洗泵的进口，反冲洗泵的出口接截止阀的进口，截止阀的出口接MBR系统。
7.一种基于电解和双膜技术的再生水制造方法，其特征在于，使用如权利要求1所述一种基于电解和双膜技术的再生水制造装置，所述制造方法包括以下步骤1)电解将生化出水经水泵提取后，输入电解机中进行电解，再经过格栅进入MBR系统，除去污水中被电解杀灭的浮游生物尸体、细菌及因电解产生的大颗粒固体杂质、胶体物质得净化污水；2)MBR系统过滤将经过电解系统处理所得的净化污水经管道流入MBR系统，进行MBR 系统处理分离得初级再生水；3)反渗透脱盐将经过MBR系统过滤所得的初级再生水经过高压泵泵入反渗透系统， 经反渗透膜过滤脱盐，分离得透析水和浓缩水，透析水进入贮罐得高纯再生水。
8.如权利要求7所述的一种基于电解和双膜技术的再生水制造方法，其特征在于在步骤1)中，所述电解的电解槽的工作电压为2 250V，相邻两个电极间的电压为2 18V，电流密度为10 300mA/cm2。
9.如权利要求8所述的一种基于电解和双膜技术的再生水制造方法，其特征在于所述相邻两个电极间的电压为3 8V，电流密度为50 210mA/cm2。
10.如权利要求7所述的一种基于电解和双膜技术的再生水制造方法，其特征在于在步骤3)中，所述反渗透系统的工作条件是常温 45°C，工作压力为5 35kPa ；反渗透系统的反渗透膜为对氯化钠截留率为98%的反渗透膜，膜组件的结构为卷式膜组件或管式膜组件，膜材料为醋酸纤维膜或复合膜，膜材料的截留分子量为50 200MWC0。
全文摘要
一种基于电解和双膜技术的再生水制造装置及其方法，涉及一种高纯再生水制造装置及其方法。装置设有电解系统、MBR系统和反渗透系统；电解系统设有截止阀、供水泵和电解机；MBR系统设有截止阀、格栅、MBR反应池、MBR膜组件、鼓风机、曝气器、排污泵、出水泵、初级再生水贮罐和MBR清洗系统；反渗透膜系统设有截止阀、供水泵、保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件和再生水贮罐。先电解，再进行MBR系统过滤，最好反渗透脱盐。可克服现有污水再生技术中再生水质量较差、难以满足工业生产的生产工艺用水水质要求，且投资大、运行成本高和对环境产生二次污染等缺陷，可减少污水排放，提高水的利用效率。
文档编号C02F9/14GK102260013SQ20111013370
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者张世文 申请人:波鹰(厦门)科技有限公司