一种化工废水的中水回用集成装备的制作方法

1.本发明涉及化工废水处理领域，尤其涉及一种化工废水的中水回用集成装备。


背景技术：

2.随着工业的发展，用水量不断增加，水资源日益稀缺，水资源短缺影响着生产的发展。同时，水污染日益威胁着人们的健康，破坏着生态平衡。为了解决这些问题，污水处理中水回用系统应运而生。中水回用是将污水经过深度技术处理，去除各种杂质以及污染水体的有毒、有害物质，使其达到或高于回用水水质标准，该技术是污水资源化回收利用的一种重要方法，既可以增加可利用水资源，又可以减少环境污染和水资源的浪费，广泛应用于企业生产或居民生活。现有中水回用系统处理常用工艺有生物接触氧化法、混凝沉淀法、膜处理技术等。
3.生物接触氧化法是在曝气池中设置填料，微生物在填料上附着形成生物膜，原水与生物膜充分接触，水中的可生物降解有机物被微生物吸附、降解达到净化污水的效果。但进入中水系统的废水可生物降解的cod已基本去除，生物处理效果不理想。
4.混凝沉淀法利用絮凝剂对水中胶体物质的强烈电中和作用、水解产物对水中悬浮物的优良架桥吸附作用，对溶解性物质的选择性吸附作用，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，而后经沉淀去除。混凝沉淀技术一般应包含混凝反应区和混凝沉淀区，占地面积较大。由于回用标准严格，单一的混凝沉淀技术难以实现达标排放。
5.膜处理技术是利用天然或人工合成膜以外界能量或化学位差作推动力对水溶液中某些物质进行分离、分级、提纯和富集，包括超滤(uf)、纳滤(nf)、反渗透(ro)等，具有装置简单，占地面积小，自动化程度高，处理效果好，能够实现出水稳定达标等优点，但现有膜处理技术存在易堵塞，清洗困难等缺点。
6.化工企业如果将全部废水经污水处理站处理后直接排放，将造成资源的浪费，可以根据回用水用水量，对一部分污水进行深度处理，用作冷却水、工艺或产品用水、厂区绿化等用途。如果新建一套污水回用构筑物，将大大增加中水回用的投资、运行成本。
7.为了解决化工废水回用处理中的上述难题，本技术提出了一种化工废水的中水回用集成装备。


技术实现要素：

8.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了如下技术方案。
9.一种化工废水的中水回用集成装备，包括混凝沉淀系统、反硝化滤池、多介质过滤器、超滤系统以及反渗透系统；
10.所述混凝沉淀系统，包括混凝区、絮凝区和斜板沉降区；
11.所述反硝化滤池，设有控制系统、配套碳源投加系统、废水检测系统，并设有纯过滤模式以及反硝化模式两种运行模式；
12.所述超滤系统，包括自清洗过滤器、超滤装置以及超滤就地操作盘；
13.所述反渗透过滤系统，包括保安过滤器、反渗透装置以及反渗透就地操作盘；
14.待处理化工废水首先进入所述混凝区，废水中的悬浮物和p元素在混凝剂作用下分别形成小絮体和磷酸盐颗粒，所述混凝区出水进入所述絮凝区，在助凝剂作用下所述小絮体形成大絮体，所述絮凝区出水进入所述斜板沉降区，所述大絮体和所述磷酸盐颗粒在斜板沉淀，去除废水中的部分cod、总磷和部分悬浮物，所述斜板沉降区出水进入所述反硝化滤池，所述废水检测系统检测进水的c、n含量，所述控制系统根据所述c、n含量以及计算得到的c/n比值，控制所述配套碳源投加系统启动或关闭，以及控制所述纯过滤模式与所述反硝化模式之间的切换，去除废水中的部分悬浮物、cod和总n，所述反硝化滤池出水进入所述多介质过滤器，进一步去除废水中的悬浮物，所述多介质过滤器出水经过所述自清洗过滤器进入所述超滤装置，去除大分子物质，所述超滤装置出水经过所述保安过滤器进入所述反渗透装置，去除废水中溶解性盐及其他剩余的污染物，所述反渗透装置出水外排。
15.优选的，所述多介质过滤器的过滤介质为石英砂或无烟煤。
16.优选的，所述反硝化滤池和所述多介质过滤器设有气洗、水洗装置。
17.优选的，所述自清洗过滤器和所述超滤装置均设有反洗系统。
18.优选的，所述集成装备的内部由左至右依次分为a1区、a2区、b区、c区和d区；
19.所述混凝区和所述絮凝区位于所述a1区，所述斜板沉降区位于所述a2区，所述反硝化滤池位于所述b区，所述多介质过滤器位于所述c区；所述d区设有贯穿所述d区上下端的第一检修通道及贯穿所述d区左右端的第二检修通道，所述第一检修通道位于所述d区最左侧，所述第二检修通道位于所述d区横向中心区域，所述超滤系统和所述反渗透系统分别位于所述第二检修通道的上、下两侧。
20.优选的，所述a1区还设有加药、水泵区和配药区，所述加药、水泵区和所述配药区沿所述a1区的边缘设置；
21.所述反硝化滤池设有3个，沿所述b区上下排列；
22.所述c区由上至下分为上侧区、中侧区和下侧区；所述多介质过滤器位于所述上侧区，所述中侧区为水泵区，所述下侧区由左至右又分为反硝化滤池加药区和配电柜区；
23.所述超滤系统还包括超滤产水箱，所述自清洗过滤器、所述超滤装置、所述超滤产水箱、所述超滤就地操作盘由左至右一字型排列；
24.所述反渗透系统还包括反渗透产水箱，所述保安过滤器、所述反渗透装置、所述反渗透产水箱、所述反渗透就地操作盘由左至右一字型排列。
25.优选的，所述a1区、所述a2区和所述b区的相邻的两分区之间设有防腐隔板。
26.优选的，所述自清洗过滤器、所述超滤装置的进水混合有杀菌剂；
27.所述保安过滤器的进水混合有还原剂和/或阻垢剂。
28.优选的，所述自清洗过滤器截留粒径为100um，所述超滤装置截留粒径为0.1um，所述保安过滤器截留粒径为5um。
29.优选的，所述斜板沉降区的斜板倾斜角度为60
°
。
30.本发明提供的中水回用集成装备，综合使用混凝沉淀技术、生物处理技术和膜处理技术，解决了现有化工废水中水回用生物接触氧化法、混凝沉淀法难以达标排放，而膜处理技术易堵塞、运行管理难，和回用水量较小的化工企业，回用处理系统的投资、运行成本高的技术问题。
附图说明
31.图1为本发明提供的化工废水中水回用集成装备工艺流程图；
32.图2为本发明提供的化工废水中水回用集成装备平面布置图；
33.图3为本发明提供的化工废水中水回用集成装备膜处理系统水平衡图。
34.其中，混凝区-10，絮凝区-11，斜板沉淀池-12，混凝沉淀系统加药、水泵区-13，配药区-14；反硝化滤池-20，反硝化滤池加药区-21；多介质过滤器-30，多介质过滤器水泵区-31；自清洗过滤器-40，超滤装置-41，超滤产水箱-42，超滤就地操作盘-43；保安过滤器-50，反渗透装置-51，反渗透产水箱-52，超滤就地操作盘-53；配电柜-60；第一检修通道-70，第二检修通道-71。
具体实施方式
35.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
36.本发明提供的化工废水的中水回用集成装备，如图1～2所示，包括混凝沉淀系统、反硝化滤池20、多介质过滤器30、超滤系统以及反渗透系统。
37.其中，混凝沉淀系统，包括混凝区10、絮凝区11和斜板沉降区12；反硝化滤池20设有控制系统、配套碳源投加系统、废水检测系统，并设有纯过滤模式以及反硝化模式两种运行模式；所述超滤系统，包括自清洗过滤器40、超滤装置41以及超滤就地操作盘43；所述反渗透过滤系统，包括保安过滤器50、反渗透装置51以及反渗透就地操作盘53。
38.待处理化工废水经提升泵首先进入混凝区，在混凝区投加混凝剂，与污水中悬浮物快速混合形成小絮体，同时原水中的磷和混凝剂反应形成磷酸盐颗粒达到化学除磷的目的，而后出水进入絮凝区，在絮凝区投加助凝剂，使进入的小絮体通过相互间的架桥等作用形成更大的絮体，絮凝剂出水进入斜板沉淀区，颗粒和絮体沉淀在斜板表面上，并在重力作用下下滑。较高的上升流速和斜板倾斜可以形成一个连续自刮的过程，使絮体不会积累在斜板上；混凝沉淀系统能够同时实现去除部分cod、总磷和部分悬浮物质的目的。
39.斜板沉降区出水进入反硝化滤池，反硝化滤池由下至上，包括配水区、承托层、填料层和清水区，配水区上方设有hdpe材质滤砖，可使配水、配气均匀，滤砖上方即承托层为粒径6～12mm的鹅卵石，鹅卵石上方即填料层填料为硅砂，硅砂上附着有生物膜。废水检测系统检测来水的c、n含量，控制系统根据c、n含量以及计算得到的c/n比值，当c/n失衡需要外加碳源时，控制配套碳源投加系统启动，向废水中添加外加碳源，而不需要外加碳源时，则控制配套碳源投加系统关闭，以提高反硝化效率。一般情况下，碳氮比小于3时，依靠废水自身的碳源难以降解废水中的氮，需要依靠外加碳源去除废水中的总氮。控制系统还根据检测到的c/n比值或n含量，控制纯过滤模式与反硝化模式之间的切换，具体的，当n含量较高或c/n比值较低时，污水的自身碳源不能去除总氮，切换至反硝化模式，开启碳源投加系统，以去除废水中的总氮、氨氮、cod和悬浮物，当n含量较低或c/n比值较高时，则切换至纯过滤模式，关闭碳源投加系统，利用hdpe材质滤砖、鹅卵石和硅砂，去除废水中的cod和悬浮物，因此，控制系统，可根据废水特点，切换反硝化滤池运行模式，提高废水处理效率。优选的，当碳氮比小于3或n含量大于10mg/l时，一般需开启反硝化模式。另外需要说明的是，该处c含量可为cod、bod含量等，n含量可为总氮含量等。
40.通过混凝沉淀系统、反硝化滤池，去除一部分废水中ss、cod、总氮、总磷等污染物，为后续膜处理单元的稳定运行提供基础。
41.反硝化滤池出水进入多介质过滤器，多介质过滤器过滤介质优选采用石英砂或无烟煤，在一定的压力下污水通过一定厚度的石英砂或无烟煤，能够进一步除去水中的悬浮杂质。多介质过滤器可以采用玻璃钢材质、碳钢衬胶或者不锈钢材质，该系统优选采用自动控制器及自动阀门控制，操作简便。
42.多介质过滤器出水经过自清洗过滤器进入超滤装置，在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制膜丝，而使大分子溶质(主要包括蛋白质、微生物和其他大分子有机物)不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到纯化，能够实现大分子物质的分级分离。废水首先经过自清洗过滤器，可进一步去除大颗粒物质，防止超滤膜堵塞，延长其使用寿命。
43.超滤装置出水经过保安过滤器进入反渗透装置，在压力作用下，大部分水分子和微量离子透过反渗透膜，经收集后成为产品水，可以外排回用；水中的大部分盐分和胶体、有机物等不能透过反渗透膜，本发明所采用的反渗透工艺可有效去除溶解性盐、胶体和微生物以及废水中其他的污染物，作为最后安全保障，保证出水水质符合中水回用标准要求。
44.本发明超滤系统、反渗透系统运行方式采用程序控制，相关设备、仪表的按控制程序自动运行，并配备就地操作盘，可以读出相关工艺参数，如流量，压力等，能够在就地操作盘上现场控制设备、仪表起停等。
45.因此，本发明提供的中水回用集成装备，综合使用混凝沉淀技术、生物处理技术和膜处理技术，解决了现有化工废水中水回用生物接触氧化法、混凝沉淀法难以达标排放，而膜处理技术易堵塞、运行管理难，和回用水量较小的化工企业，回用处理系统的投资、运行成本高的技术问题。具体的，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
46.1、占地面积小，投资、运行成本低。本发明采取多种措施减少装备占地面积、投资和运行成本，如：采用结构紧凑、表面负荷高、占地面积小的斜板沉淀，降低投资成本；反硝化滤池设置两种模式，可根据水质情况选用，无去除总氮需求时，启动纯过滤模式，降低运行成本。所有设备均集成于一个一体化装备中，针对水量小于200m3/d的化工废水回用需求能够显著降低投资成本；无需新建设备间，可直接放置于室外或污水池池顶；运输方便，如处理工艺改变，仍可回收用于其他项目中。
47.2、运行、维护方便。超滤系统、反渗透系统运行方式采用程序控制，相关设备、仪表按程序自动运行，并配备就地操作盘，可以读出有关工艺参数，如流量，压力等，能够在就地操作盘上现场控制设备、仪表，起停、反洗超滤装置。
48.3、运行稳定，适用范围广。本发明将混凝沉淀技术、生物处理技术、膜处理技术有机结合，相辅相成。首先采用混凝沉淀系统，借助于混凝剂、絮凝剂化学药剂作用将化工废水中的磷元素和可与化学药剂反应的悬浮物质絮凝沉淀，并采用斜板沉降技术将沉淀高效从废水中分离，提高后续生物处理除氮效率；然后采用反硝化滤池，利用生物处理技术结合物理过滤，去除废水中的总氮、氨氮以及化学药剂未能沉淀的悬浮物，经过混凝沉淀系统和反硝化滤池，废水中的总氮、总磷和大部分悬浮物得以去除，废水中仍残存有少量不与化学药剂反应的化合物，然后通过多介质过滤器进一步去除废水中大颗粒物质，防止其堵塞后续膜处理组件，提高膜处理效率。膜处理依次采用超滤去除包括微生物、cod等的大分子物
质、采用反渗透去除超滤不能分离的溶解性盐类、cod等小分子物质，保障出水符合要求。
49.混凝沉淀系统、反硝化滤池和多介质过滤器不但能够高效去除废水中的悬浮物质，满足后续膜处理单元要求，而且对于总磷、总氮、氨氮，均有针对性的处理措施。对于总磷含量高的污水，可通过在混凝池增加混凝药剂投加量去除总磷；反硝化滤池能根据废水特点，切换运行模式：纯过滤模式，主要处理ss、cod；反硝化模式：需要去除总氮、氨氮时，启动可去除废水中的ss、cod、总氮。
50.优选的，反硝化滤池20设有气洗、水洗装置，可对滤砖进行清洗，去除堵塞的大颗粒物质。
51.优选的，自清洗过滤器40和超滤装置41均设有反洗系统，并使用可回收滤芯，对可回收滤芯进行反洗，可降低滤芯更换频次。
52.优选的，集成装备内部平面布置结构如图2所示，由左至右依次设置有a1区、a2区、b区、c区和d区；
53.混凝区10和絮凝区11位于a1区，斜板沉降区12位于a2区，反硝化滤池20位于b区，多介质过滤器30位于c区；d区设有贯穿d区上下端的第一检修通道70及贯穿d区左右端的第二检修通道71，第一检修通道位于d区最左侧，第二检修通道位于d区横向中心区域，超滤系统和反渗透系统分别位于第二检修通道的上、下两侧。
54.本技术将混凝沉淀系统、反硝化滤池、多介质过滤器、超滤系统和反渗透系统按照污水流向有序布置于一体化装备内，可减少占地面积，且在多介质过滤器、超滤系统、反渗透系统之间设计检修通道，方便进行设备、仪表等的检修。
55.优选的，a1区还设有加药、水泵区13和配药区14，加药、水泵区13和配药区14沿a1区边缘设置，方便配药和加药操作。
56.反硝化滤池20设有3个，沿b区上下排列；可根据处理水量和水质污染程度开启一个或多个反硝化滤池，进一步提高废水处理效率。
57.c区由上至下分为上侧区、中侧区和下侧区；多介质过滤器30位于上侧区，中侧区为水泵区31，下侧区由左至右又分为反硝化滤池加药区21和配电柜区60；将反硝化滤池加药区21设于c区，既与反硝化滤池20相邻，方便加药，并针对反硝化滤池横向较窄和多介质过滤器横向较宽的尺寸特点，最大化利用装备内空间。配电柜区设于c区，即位于整体装备中间区域，可减少电缆的使用量。
58.超滤系统还包括超滤产水箱42，自清洗过滤器40、超滤装置41、超滤产水箱42、超滤就地操作盘43由左至右一字型排列。
59.反渗透系统还包括反渗透产水箱52，保安过滤器50、反渗透装置51、反渗透产水箱52、反渗透就地操作盘53由左至右一字型排列。
60.优选的，a1区、a2区和b区的相邻的两分区之间设有防腐隔板，进一步优选为防腐钢板，提高使用寿命；而且池顶设计有人孔、取样及通气孔，方便进行设备、仪表等的检修以及取样检测。
61.优选的，自清洗过滤器、超滤装置的进水混合有杀菌剂，避免了因生物滋生引起的生物黏泥堵塞滤芯。
62.保安过滤器的进水混合有还原剂和/或阻垢剂，防止钙镁结垢，提高保安过滤器使用寿命。还原剂可采用亚硫酸氢钠。
63.优选的，自清洗过滤器截留粒径为100um，超滤装置截留粒径为0.1um，可去除0.1微米的胶体，蛋白质，微生物和大分子有机物，保安过滤器截留粒径为5um，防止大于5mm粒径的杂质进入反渗透装置。
64.优选的，斜板沉降区的斜板倾斜角度为60
°
。
65.值得本领域技术人员注意的是，本发明提供的混凝沉淀系统、反硝化滤池、多介质过滤器、超滤系统、反渗透系统还具有必不可少的电子元部件，如压力表、压力计、流量计、阀门等。
66.实施例1
67.某化工厂产生的生产废水要求处理后回用于生产，设计处理水量100m3/d，进水cod约为120mg/l，浊度20ntu，总氮40mg/l，氨氮20mg/l，总硬度1000mg/l，总溶解性固体3000mg/l；出水执行《城市污水再生利用工业用水水质gb/t19923-2005》中“工艺与产品用水”的回用标准。该生产废水采用本发明提供的如图1所示的工艺流程以及如图2所示的装备进行处理，具体如下：
68.该整套一体化设备为一套长10m、宽3m、高3m的钢制设备，由左至右依次分为a1区、a2区、b区、c区和d区，长度分别为1m、1m、1m、1.6m、5.4m。
69.a1区上侧为混凝区(长度为1m、宽度为1m)，下侧的左端为加药、水泵区(长度为0.5m、宽度为2m)，右端又分为上、下两区，分别为絮凝区(长度为0.5m，宽度为1m)和配药区(长度为0.5m，宽度为1m)；a2区为斜板沉降区；b区为反硝化滤池；c区由上至下分为上侧区、中侧区和下侧区，上侧区为多介质过滤器(长度为1.6m，宽度为1.6m)，中侧区为水泵区(长度为1.6m，宽度为0.5m)，下侧区由左至右又分为反硝化滤池加药区(长度为0.8m，宽度为0.9m)和配电柜区(长度为0.8m，宽度为0.9m)，d区设有贯穿d区上下端的第一检修通道及贯穿d区左右端的第二检修通道，第一检修通道位于d区最左侧，第二检修通道位于d区横向中心区域，左端与第一检修通道相邻，两条检修通道的路宽均为0.8m。在第二检修通道的上侧，自清洗过滤器(长度为1m，宽度为1.1m)、超滤装置(长度为2m，宽度为1.1m)、超滤产水箱(长度为1m，宽度为1.1m)、超滤就地操作盘(长度为0.6m，宽度为1.1m)由左至右一字型排列，下侧对立设置有保安过滤器、反渗透装置、反渗透产水箱、反渗透就地操作盘。
70.在混凝沉淀系统、反硝化滤池区域池顶设计有人孔、取样及通气孔。
71.化工废水经提升泵至混凝区，混凝剂采用固体聚合氯化铝pac，pac浓度约为200mg/l，出水至絮凝区，絮凝剂采用聚丙烯酰胺pam，pam浓度为1mg/l。絮凝区出水至斜板沉淀区，由于斜板沉淀处理效率高，设计表面水力负荷1.4m3/m2·
h。斜板沉淀区出水至反硝化滤池，反硝化滤池设计有控制系统、废水检测系统、配套碳源投加系统，当检测到进水碳氮比失衡小于3时，控制系统控制配套碳源投加系统开启，投加碳源去除总氮，而不需要外加碳源时，则控制配套碳源投加系统关闭；当检测氮含量较低无脱氮需求时，具体地，碳氮比≥3时，控制系统控制采用纯过滤模式，能够去除悬浮物和有机污染物；当碳氮比失衡小于3时，切换至反硝化模式，以去除废水中的总氮、氨氮、cod和悬浮物。反硝化滤池有配套气洗、水洗设备。反硝化滤池出水至多介质过滤器，填料采用无烟煤和石英砂，填充高度分别为400mm、800mm，多介质过滤器配套有气洗、水洗设备。多介质过滤器出水经自清洗过滤器至超滤装置，超滤装置使用陶氏超滤膜sfp2660，超滤系统涉及到的设备、仪表有：自清洗过滤器、超滤进水阀、超滤产水阀、超滤反洗进水阀、超滤反洗上排水阀、超滤反洗下排水阀、
超滤进气阀、超滤错流阀)、超滤化洗进水阀、超滤化洗产水侧回流阀、超滤化洗浓水侧回流阀、进水压力变送器、产水压力变送器、反洗水管压力变送器、产水流量计、浓水总管流量计、反洗进水流量计、超滤供料泵、超滤反洗水泵、超滤化学清洗水泵、超滤清洗流量计、超滤化学ph在线分析仪、超滤清洗水箱进水阀、超滤进水次氯酸钠加药泵、超滤ceb次氯酸钠加药泵、超滤ceb盐酸加药泵、超滤ceb碱加药泵、就地仪表箱等。超滤系统出水至反渗透系统，反渗透采用陶氏filmtectm eco pro-400i反渗透膜元件，包含的设备及仪表有保安过滤器、保安过滤器进水压力表、保安过滤器产水压力表、进水流量计、产水流量计、浓水流量计、压力开关、进水压力变送器、浓水压力变送器、供料泵、高压泵、清洗水泵、进水阀、产水阀、清洗进水阀、清洗产水回流阀、清洗浓水回流阀、就地仪表箱等。反渗透系统出水经外供水泵回用于生产。
72.该装备膜处理系统水平衡如图3所示，每h可处理废水量4.2m3，另外需0.1m3/h的多介质过滤器反冲洗用水，超滤的反冲洗用水来源于超滤产水箱，最后经过反渗透装置的符合要求的清水出水量为2.15m3/h。
73.经实际运行检验，反渗透出水cod＜10mg/l、浊度＜0.1ntu，总硬度0mg/l，总溶解固体＜10mg/l，优于回用标准，能够实现持续稳定达标，同时运行维护方便。
74.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。