专利名称：一种用于污水除盐的装置和方法
技术领域：
本发明属于污水深度处理领域，具体地涉及一种可用于城镇污水处理厂二级出水的除盐的装置。本发明还涉及一种污水除盐的方法。
背景技术：
近些年来，随着科技的迅猛发展以及在国家在环保领域的大力投入，我国的工业用水技术取得了长足的进步。截止2011年，万元国内生产总值用水量139m3，比2008年下降40. 0%;万元工业增加值用水量82m3，比2008年下降37. I %。然而，随着经济发展，城市用水和工业用水的矛盾更加突出，其中2011年全年用水总量6080亿m3，比上年增长1.0%。 其中，工业用水增长0.8%。水资源日益匮乏及受污染程度的加剧，在一定程度上成为了制约一些企业发展的关键因素，为保护环境、节约水资源，必须不断探索提高水资源利用率、减少污水外排的方法。随着我国污水处理率的不断提高，再生水回用量也不断上升，但污水回用占废污水排放量仍很低。在这种情况下，污水回用技术的改进将成为企业节水减排的重点。在工业生产中，工业循环冷却水用量平均占工业用水总量的80%，冷却用水取水量占工业取水总量的30% 40%。因此,将污水回用于循环冷却水补充水和锅炉用水是实现工业节水减排的主要途径。对于城镇污水处理厂二级出水，常规的污水再生利用技术包括澄清、过滤、活性炭吸附等仅能去除一部分色度、悬浮物、浊度及有机物。若要满足工业循环冷却水的要求，就需要进一步去除水中的硬度、盐度等。尤其是污水的除盐问题，成为了制约污水回用技术发展的瓶颈。当前污水回用中常用除盐技术主要有离子交换、电渗析、纳滤、反渗透、电去离子法等。离子交换法是化学除盐法的一种，它是应用离子交换技术进行除盐。离子交换除盐过程主要是通过H型或Na型阳离子交换剂和OH型阴离子交换剂，通过离子交换反应，将水中阴阳离子去除掉，从而获得脱盐水。离子交换的实质是使得树脂上的电解质与溶液中另一种电解质所进行的化学反应，这一反应可以是中和反应或复分解反应。离子交换法在除盐领域广泛应用，尤其是在去除水中Ca、Mg等离子时，但对树脂的选取、管理和再生要求较高。此外，从经济角度看，采用离子交换技术除盐时，进水含盐量不宜超过500mg/L，而且离子交换树脂的运行费用较高，酸碱液的排放还会造成二次污染。电渗析脱盐是在外加直流电场的作用下，利用阴阳离子交膜对溶液中阴阳离子的选择透过性，使离子作定向地迁移，即阴离子只允许通过阴膜，阳离子只允许通过阳膜.达到溶质与溶液的分离，从而实现原水淡化的目的。为保证电渗析装置长期稳定、可靠运行，原水进电渗析器前必须进行严格的前处理，使原水浊度控制在3NTU以下，并确保Fe、Mn、Cl等符合规定要求。电渗析法除盐率可达80% 90%，但工作电压较高，易发生水的分解，膜堆结垢现象比较严重，且污水中的表面活性剂、蛋白质、微生物等可能对膜产生污染。纳滤法又称为“低压反渗透”，可以去除直径Inm左右的溶质离子，截留分子量大约200-1000，对污水中某些高价盐类的截留量较高，可去除二级出水中2/3的盐度，4/5的硬度，超过90%的溶解碳和THM前体，出水接近安全饮用水标准。但对于工业循环水而言，由于对一价离子、氨氮等基本没有去除效果，且易结垢，因而没有显著的优势。反渗透法是目前应用比较广的污水除盐工艺，以大于溶质渗透压的压力为推动力，用半透膜过滤，使溶液中的溶剂和溶质分离的方法。反渗透的工艺包括预处理、膜分离和后处理。反渗透膜是一种用特殊材料(如芳香聚酰胺等)和加工方法制成的，具有半透性能的薄膜。它能在外加压力作用下，使水溶液某一些组分选择透过，从而达到脱盐、净化或浓缩分离目的。反渗透工艺的应用范围较广，如大型锅炉补给水、各种工业纯水、饮用水等。但反渗透膜的产水量较低，一般在60%左右，且对进水有较高的要求，此外，在对膜组件清洗时也需要投加大量的酸、碱会对环境造成不利影响。电去离子法是一种将“电渗析+离子交换”的除盐工艺，其除盐机理是污水中离子、先通过交换作用吸附于树脂颗粒上，然后在外加电场作用下经由树脂颗粒构成的“离子传输通道”迁移到膜表面并透过离子交换膜进入浓室，存在于树脂、膜与水相接触的扩散层中的极化作用使水解离为H+和0H-，它们除部分参与负载电流外大多数对树脂起再生作用，从而使离子交换、迁移、电再生三个过程相伴发生，相互促进，实现了连续去除离子的过程。该方法能脱除污水中大部分盐分，且无需加入酸碱再生，但该技术仅限于纯水的制作，不适合高含盐水的除盐。电吸附技术(EST)是将电化学理论与吸附分离技术相结合的一种技术，它是通过外加电压，使水中溶解性盐类及其它带电物质在电极表面富集浓缩而实现水的净化和盐份去除的一种新型水处理技术。原水在阴、阳极组成的空间流动时，受电场力作用，水中带电粒子(离子、胶体微粒、有机物和细菌等)将分别向带相反电荷的电极迁移，被电极吸附并储存在双电层内，实现带电粒子(杂质)与水的分离，除盐水从另一端流出。当电极失电或瞬间反接时，富集在电极上的带电粒子在水流或电场力的作用下，从电极脱落被冲走，电极获得再生。与传统的方法相比，系统再生不需要使用任何酸、碱和盐溶液，只是通过电极的放电完成，不会产生二次污染；该方法能耗较低、操作简单易行、得水率在70%以上，比反渗透具有良好的抗污能力及较长的使用寿命。一般情况下，电吸附装置对进水中余氯、有机物、高价离子没有特别限制，通常要求池度小于5NTU,悬浮物含量低于5mg/L,油小于3ml/L,pH值6_9左右。因此,一般米用砂滤、纤维过滤器、保安过滤器等进行预处理即可。但随着处理过程的进行，负荷逐渐增大，再生次数频繁，甚至需要经常更换电极。此外，常规采用加酸处理去除原水中重碳酸盐防止电吸附装置结垢的方法安全性较低，不易操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于污水除盐的装置。本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置进行污水除盐的方法。为实现上述目的，本发明提供的用于污水脱盐的装置，主要包括集水池通过涡流式管道混合器连接沉淀池，该涡流式管道混合器连接混凝剂加药箱；沉淀池的出水口连接微滤系统，该微滤系统的出水口连接搅拌水箱，该搅拌水箱与阻垢剂加药箱相连接；搅拌水箱的出水口连接电吸附装置，该电吸附装置的出水口连接储水容器。所述的装置，其中，集水池与涡流式管道混合器之间、沉淀池出水口与微滤系统之间、搅拌水箱出水口与电吸附装置之间、电吸附装置出水口与储水容器之间各安装有流量计和离心泵；涡流式管道混合器与混凝剂加药箱之间、搅拌水箱与阻垢剂加药箱之间各安装有流量泵和计量泵；沉淀池底部安装有离心泵。 所述的装置，其中，微滤系统的材质为聚偏氟乙烯，结构为中空纤维式，膜孔径为0. 2 u m0所述的装置，其中，电吸附装置采用炭气凝胶做电极材料。本发明提供的利用上述装置进行污水脱盐的方法，主要流程为I)污水与混凝剂一同进入涡流式管道混合器，利用混凝作用去除悬浮物、胶体、少量细菌以及磷酸盐，并降低浊度；2)涡流式管道混合器的出水进入沉淀池，沉淀后的出水经微滤系统过滤去除大分子溶解性有机物、大肠菌群，并进一步降低浊度；3)经微滤系统过滤后的出水进入搅拌水箱并投加阻垢剂，处理后的污水进入电吸附装置进行脱盐；4)脱盐后的出水进入储水容器中。所述的方法，其中，污水为城镇污水处理厂二级出水，污水中C0D&含量在100mg/L以下，NH3-N含量在15mg/L以下，悬浮物含量在20mg/L以下，电导率在1500 y s/cm左右，总溶解性固体在800-1200mg/L。所述的方法，其中，混凝剂为聚合氯化铁和聚二甲基二烯丙基氯化铵，质量比为5 I0所述的方法，其中，微滤系统的压力为0. 05-0. 2MPa。所述的方法，其中，阻垢剂为MDC-200型阻垢剂。所述的方法，其中，电吸附装置采用炭气凝胶做电极材料，采用两级模块交替运行的方式，运行过程通过PLC进行自动控制，各模块工作与再生能实现自动切换。本发明提供了可以对污水深度除盐回用的处理工艺，污水与混凝剂一同进入涡流式管道混合器，利用混凝作用去除悬浮物、胶体、少量细菌等杂质以及磷酸盐并降低浊度，出水进入沉淀池，沉淀后出水经中空纤维微滤膜的过滤作用去除大分子溶解性有机物、大肠菌群等，并进一步降低浊度，出水进入加药水箱，由计量泵投加阻垢剂，防止电吸附装置长期运行导致碳酸钙、碳酸镁和硫酸钙等难溶盐浓缩后析出结垢。预处理后的污水进入电吸附装置进行脱盐，本方法的产水率能达到75%以上，除盐率大于80%，脱盐后的污水可直接用于工业循环冷却水。
图I是本发明的装置示意图。附图中主要组件符号说明I集水池；2沉淀池；3微滤系统；4搅拌水箱；5电吸附装置；6储水容器；7阻垢剂加药箱；8混凝剂加药箱；9、10计量泵；11、12、13、14、15离心泵；16、17、18、19、20、21流量计；22涡流式管道混合器；23机械搅拌装置。
具体实施例方式本发明将预处理方法与电吸附技术相结合，提供了一种污水深度除盐回用的处理工艺，进一步提闻了除盐效果。请结合图1，是本发明的装置示意图集水池I通过涡流式管道混合器22连接沉淀池2，该涡流式管道混合器22还连接混凝剂加药箱8。沉淀池2的出水口连接微滤系统3，该微滤系统3的出水口连接设有机械搅拌装置23的搅拌水箱4，该搅拌水箱4与阻垢剂加药箱7相连接。搅拌水箱4的出水口连接电吸附装置5，该电吸附装置5的出水口连接储水容器
6。其中，集水池I与涡流式管道混合器22之间、沉淀池2出水口与微滤系统3之间、搅拌水箱4的出水口与电吸附装置5之间、电吸附装置5的出水口与储水容器6之间各安装有流量计16、18、20、21，以及离心泵11、12、13、14。涡流式管道混合器22与混凝剂加药箱8之间、搅拌水箱4与阻垢剂加药箱7之间各安装有流量计17、19和计量泵9、10。沉淀池底部安装有离心泵15。本发明的污水深度除盐方法如下城镇污水处理厂二级出水进入集水池1，经离心泵11的抽吸作用直接进入涡流式管道混合器22，由流量计16控制流速，混凝剂加药箱8经计量泵9投加的混凝剂作用在涡流式管道混合器22内进行混凝沉淀，混凝剂的投加量由流量计17控制。沉淀所产生的絮凝体沉淀后经由沉淀池2底部的离心泵15排出。出水经离心泵12的抽吸作用进入微滤系统3，由流量计18控制流速，微滤系统3的出水进入搅拌水箱4，由计量泵10从阻垢剂加药箱7中抽取阻垢剂后投入搅拌水箱4，搅拌水箱4内设有机械搅拌装置23，保证进水与阻垢剂混合均匀，阻垢剂投加量由流量计19控制，投加阻垢剂的目的是防止电吸附装置长期运行时结垢。处理后的出水经离心泵13抽入电吸附装置5进行脱盐，由流量计20控制流速。产生的脱盐水经离心泵14抽入到储水容器6中，流量由流量计21控制。本方法的产水率能达到75%以上，除盐率大于80%，脱盐后的污水可直接用于工业循环冷却水。本发明所指的污水是来自城镇污水处理厂二级出水，C0D&含量在100mg/L以下，NH3-N含量在25mg/L以下，悬浮物含量在30mg/L以下，电导率在1500 u s/cm左右，总溶解性固体在1000mg/L左右。本发明的沉淀池为公知设备。本发明的混凝剂和阻垢剂投加装置，由计量泵和内设搅拌泵的加药箱构成，加药泵前设滤网，出口装设脉冲缓冲器、安全阀，溶解固体的加药箱内宜设耐腐蚀的溶解用筐网。本发明的微滤膜的材质为聚偏氟乙烯(PVDF)，结构为中空纤维式，膜孔径为
0.2iim，操作压力为 0. 05-0. 2MPa。本发明的电吸附装置，选定炭气凝胶为电极材料，操作电压为I. 5V，流量为2. Om3/h，整个系统运行周期由PLC实现自动化控制。实施例采用本工艺对某城市污水处理厂二沉池出水作为原水进行脱盐处理，原水pH值为 7. 75，浊度为 7NTU, SS 为 7. 5mg/L,电导率为 1175 u s/cm, CODcr 值为 90mg/L, TN 为22. 13mg/L，TP为0. 83mg/L，全盐量为1150mg/L。原水进入澄清池混凝沉淀后，通过投加聚合氯化铁去除悬浮物和胶体物质，出水再经0. 2 y m微滤膜处理后悬浮物低于5mg/L，浊度小于2NTU，C0D&值小于50mg/L，出水电导率降至500 y s/cm以下，经投加阻垢剂后，悬浮物含量和浊度有所上升，但不影响电吸附装置的进水水质。出水进入电吸附装置除盐，电导率降低80%左右，产水率能达到75%以上，除盐率大于80%，脱盐后的污水可直接用于工业循环冷却水。·
权利要求
1.一种用于污水脱盐的装置，主要包括 集水池通过涡流式管道混合器连接沉淀池，该涡流式管道混合器连接混凝剂加药箱； 沉淀池的出水口连接微滤系统，该微滤系统的出水口连接搅拌水箱，该搅拌水箱与阻垢剂加药箱相连接； 搅拌水箱的出水口连接电吸附装置，该电吸附装置的出水口连接储水容器。
2.根据权利要求I所述的装置，其中，集水池与涡流式管道混合器之间、沉淀池出水口与微滤系统之间、搅拌水箱出水口与电吸附装置之间、电吸附装置出水口与储水容器之间各安装有流量计和离心泵； 涡流式管道混合器与混凝剂加药箱之间、搅拌水箱与阻垢剂加药箱之间各安装有流量泵和计量泵； 沉淀池底部安装有离心泵。
3.根据权利要求I或2所述的装置，其中，微滤系统的材质为聚偏氟乙烯，结构为中空纤维式，膜孔径为0.2 Pm。
4.根据权利要求I或2所述的装置，其中，电吸附装置采用炭气凝胶做电极材料。
5.一种污水脱盐的方法，主要流程为 1)污水与混凝剂一同进入涡流式管道混合器，利用混凝作用去除悬浮物、胶体、少量细菌以及磷酸盐，并降低浊度； 2)涡流式管道混合器的出水进入沉淀池，沉淀后的出水经微滤系统过滤去除大分子溶解性有机物、大肠菌群，并进一步降低浊度； 3)经微滤系统过滤后的出水进入搅拌水箱并投加阻垢剂，处理后的污水进入电吸附装置进行脱盐； 4)脱盐后的出水进入储水容器中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，污水为城镇污水处理厂二级出水，污水中COD&含量在100mg/L以下，NH3-N含量在15mg/L以下，悬浮物含量在20mg/L以下，电导率在1500 u s/cm左右，总溶解性固体在800-1200mg/L。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，混凝剂为聚合氯化铁和聚二甲基二烯丙基氯化铵，质量比为5 I。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，微滤系统的压力为0.05-0. 2MPa。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，阻垢剂为MDC-200型阻垢剂。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，电吸附装置采用炭气凝胶做电极材料，采用两级模块交替运行的方式，运行过程通过PLC进行自动控制，各模块工作与再生实现自动切换。
全文摘要
一种用于污水脱盐的装置，主要包括集水池通过涡流式管道混合器连接沉淀池，该涡流式管道混合器连接混凝剂加药箱；沉淀池的出水口连接微滤系统，该微滤系统的出水口连接搅拌水箱，该搅拌水箱与阻垢剂加药箱相连接；搅拌水箱的出水口连接电吸附装置，该电吸附装置的出水口连接储水容器。本发明还公开了污水脱盐的方法。本发明的污水深度脱盐后的产水率能达到75％以上，除盐率大于80％，脱盐后的污水可直接用于工业循环冷却水。
文档编号C02F5/08GK102718351SQ20121024148
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者席北斗, 张列宇, 张靖天, 霍守亮 申请人:中国环境科学研究院