一種節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)及其處理方法
【專利摘要】一種節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)及其處理方法，該系統(tǒng)包括正滲透膜濃縮裝置和多效蒸發(fā)器，正滲透膜濃縮裝置包括FO膜密閉交換箱、汲取液回收利用裝置和清水回收裝置，F(xiàn)O膜密閉交換箱至少設(shè)置一級，汲取液回收利用裝置與各級FO膜密閉交換箱分別通過電動閥門連接，清水回收裝置與汲取液回收利用裝置連接，各級FO膜密閉交換箱依次通過排液電動閥門連接，且均通過超越電動閥門與母液焚燒爐連接。該方法針對難生物降解有機(jī)廢水的高滲透壓特性，通過配制依數(shù)性更高的汲取液，利用溶液的依數(shù)性差異帶來的滲透壓差，使難生物降解有機(jī)廢水得到高效濃縮的同時回收循環(huán)利用水資源，產(chǎn)生電能；運行過程實現(xiàn)自動聯(lián)鎖控制，可根據(jù)不同進(jìn)水條件調(diào)整運行方式。
【專利說明】一種節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)及其處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于難生物降解有機(jī)廢水的深度處理系統(tǒng)及其處理方法，屬于廢水深度治理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]水污染問題是我國面臨的主要環(huán)境問題之一。據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)廢水占到了總污水量的百分之七十以上，而工業(yè)廢水中絕大部分都屬于高濃度的有機(jī)廢水。高濃度有機(jī)廢水主要來源于造紙、皮革、食品以及化工等行業(yè)排出的COD濃度在2000mg/L以上的廢水，有機(jī)廢水中含有難降解有機(jī)化合物的污染水被稱為難降解的有機(jī)廢水，難降解有機(jī)物通常指的是在微生物或者是特定條件下都不能快速分解或分解不徹底的有機(jī)物。這類污染物存在的形式總是富集在生物體內(nèi)，對水體造成潛在的危險和污染。
[0003]根據(jù)水體中有機(jī)污染物存在的化學(xué)結(jié)構(gòu)和其特性的不同，人們把難降解的有機(jī)污染物主要分為以下幾個類別:鹵代的脂肪烴和酯、有機(jī)物的氯代化合物、具有單環(huán)芳香性質(zhì)的化合物、酚類以及甲酚類等。
[0004]難降解有機(jī)廢水一般具有的特征都包括以下幾個方面，即污染物的分子量相對較大、污染物的毒性較強(qiáng)、污染物的結(jié)構(gòu)及成分相對復(fù)雜、污染物存在于水體中的化學(xué)需氧量一般較高、水體中簡單存在的微生物無法有效的將這些污染物分解。而在水體中的長期殘留性、生物積累性、半揮發(fā)性以及高毒性是這些難降解有機(jī)化工廢水中污染物的主要特點。高濃度、難降解的有機(jī)物之所以會在水中生物體內(nèi)的濃度越來越大是因為它高脂溶的性質(zhì)。此外，對于一些特殊的高濃度、難降解有機(jī)化合物來說，其自身的揮發(fā)性是一大特點，因此可以在自然界中任意漂移，對這種污染物的處理難度將會更大。
[0005]高濃度難降解有機(jī)廢水的危害主要體現(xiàn)在其對人體及環(huán)境的危害上，這種類型的污染源都具有致癌或毒性，而經(jīng)過多年的研究，人們總結(jié)出了高濃度、難降解有機(jī)廢水對人體的主要危害，根據(jù)危害的程度不同可以分為急性危害、慢性危害和潛在危害。
[0006]急性危害指的是人體與這類物質(zhì)接觸之后可以在短時間內(nèi)就體現(xiàn)出發(fā)病或者致毒的特征；而這類污染源對人體的慢性危害主要指的是人體經(jīng)過與這類物質(zhì)的長期接觸之后，并且這類毒素在體內(nèi)積累了一定量之后才會出現(xiàn)病變的特征，因此慢性危害又稱為積蓄中毒。
[0007]由于高濃度難生物降解有機(jī)廢水對水環(huán)境污染程度嚴(yán)重且處理難度大，因此高濃度難生物降解有機(jī)廢水處理技術(shù)的研究一直是水處理技術(shù)研究的重點。經(jīng)過多年的研究和總結(jié)，人們對高濃度、難降解有機(jī)廢水有了更深刻的認(rèn)識，也探究出了有效處理這類廢水的主要措施，一般都是以下幾點:化學(xué)氧化法、溶劑萃取法、吸附法、光催化法以及生化處理法等，其中生物處理技術(shù)在處理農(nóng)藥、制藥、印刷等行業(yè)有機(jī)廢水中經(jīng)濟(jì)性較好，且不會產(chǎn)生二次污染。應(yīng)用生物處理技術(shù)進(jìn)行高濃度難降解有機(jī)廢水處理，其方法主要為好氧生物、厭氧生物、酶生物處理技術(shù)與發(fā)酵工程?；瘜W(xué)處理技術(shù)則是建立于化學(xué)原理及化學(xué)作用的基礎(chǔ)上，將高濃度難生物降解有機(jī)廢水中污染物成分轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物質(zhì)，達(dá)到凈化廢水的目的，常用的方法為焚燒法、催化氧化法、電化學(xué)氧化法等。
[0008]物化處理技術(shù)在處理高濃度難生物降解廢水處理時，將廢水中污染物通過相轉(zhuǎn)移變化實現(xiàn)凈化目標(biāo)，以萃取法應(yīng)用較為廣泛。萃取法進(jìn)行高濃度難降解有機(jī)廢水其成本較低，操作簡單，可以有效回收主要污染物，尤其是脈沖萃取技術(shù)的應(yīng)用，其效果較好。
[0009]這些方法的存在給高濃度、難降解有機(jī)化工廢水的處理開啟了新的道路，但是這些方法也都有其自身的優(yōu)缺點。
[0010]中國專利文獻(xiàn)CN102381812A公開的《一種利用O3催化氧化深度處理難生物降解有機(jī)廢水的方法及裝置》、CN103539296A公開的《處理高濃度難生物降解有機(jī)廢水的方法及其裝置》以及CN1264761C公開的《難生物降解有機(jī)廢水處理方法及其裝置》，工藝過程復(fù)雜，成本聞，處理效果有待提聞。
[0011]為此，有必要重新分析難生物降解有機(jī)廢水的特性，在生化處理的基礎(chǔ)上，開發(fā)節(jié)能、高效的難生物降解有機(jī)廢水深度處理技術(shù)。
[0012]滲透作用是兩種不同濃度的溶液隔以半透膜(允許溶劑分子通過，不允許溶質(zhì)分子通過的膜)，水分子或其它溶劑分子從低濃度的溶液通過半透膜進(jìn)入高濃度溶液中的現(xiàn)象。其發(fā)生的條件有兩個:一是有半透膜，二是半透膜兩側(cè)有物質(zhì)的量濃度差。
[0013]滲透作用又可分為正滲透(FO)、反滲透(RO)和壓力阻尼滲透(PRO)。
[0014]正滲透(FO)過程是以半透膜兩側(cè)的滲透壓差為驅(qū)動力，溶液中的水分子從高水化學(xué)勢區(qū)(低離子濃度溶液)通過半透膜向低水化學(xué)勢區(qū)(高離子濃度溶液)傳遞，而溶質(zhì)分子或離子被阻擋的一種滲透過程。
[0015]反滲透(RO)過程，是一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。因為它和正滲透的方向相反，故稱反滲透。可以利用不同物料的滲透壓差異，使用大于滲透壓的反滲透壓力，達(dá)到分離、提取、純化和濃縮的目的。
[0016]壓力阻尼滲透(PRO)是介于正滲透和反滲透過程的中間過程，是指在滲透壓差的反方向上施加壓力，與反滲透過程相似，然而水分子仍然是擴(kuò)散到高離子濃度一側(cè)，與正滲透過程相似。
[0017]稀溶液(包含難生物降解有機(jī)廢水)的依數(shù)性是指稀溶液中溶劑的蒸氣壓下降、凝固點降低、沸點升高和滲透壓的數(shù)值，只與溶液中溶質(zhì)的量有關(guān)，與溶質(zhì)的本性無關(guān)，溶液的依數(shù)性為開發(fā)特種汲取液提供了理論依據(jù)，即只要配置一定依數(shù)性的汲取液，使其滲透壓高于待處理難生物降解有機(jī)廢水，利用滲透作用，就可以將難生物降解有機(jī)廢水進(jìn)一步濃縮。
[0018]為此，亟需在生化處理的基礎(chǔ)上，開發(fā)節(jié)能的難生物降解有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)，利用滲透作用尤其是正滲透(FO)作用和溶液的依數(shù)性差異帶來的滲透壓差，實現(xiàn)難生物降解有機(jī)廢水有效處置、循環(huán)利用水資源的同時，充分利用正滲透(FO)產(chǎn)生的壓差獲得電能，節(jié)約能源。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明針對現(xiàn)有難生物降解有機(jī)廢水處理技術(shù)存在的不足，依據(jù)生化處理后難生物降解有機(jī)廢水的特性，利用溶液的依數(shù)性，提供一種處理效果好、節(jié)能的難生物降解有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)。同時提供一種該系統(tǒng)對難生物降解有機(jī)廢水的深度處理方法。
[0020]本發(fā)明的節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)，采用以下技術(shù)方案:
[0021]該系統(tǒng)，包括正滲透膜濃縮裝置和母液焚燒爐，正滲透膜濃縮裝置包括FO膜密閉交換箱、汲取液回收利用裝置和清水回收裝置，F(xiàn)O膜密閉交換箱至少設(shè)置一級，汲取液回收利用裝置與各級FO膜密閉交換箱分別通過電動閥門連接，清水回收裝置與汲取液回收利用裝置連接，各級FO膜密閉交換箱依次通過排液電動閥門連接，且均通過超越電動閥門與母液焚燒爐連接。母液焚燒爐配套有助燃燃料(天然氣、柴油或焦?fàn)t煤氣等)燃燒器和尾氣凈化裝置。
[0022]FO膜密閉交換箱的內(nèi)部設(shè)置膜元件，膜元件將FO膜密閉交換箱內(nèi)部分為母液區(qū)和汲取液區(qū)，母液區(qū)的上部設(shè)置有進(jìn)水管，該進(jìn)水管上設(shè)置有進(jìn)水電動閥門；上一級FO膜密閉交換箱中母液區(qū)的底部通過排液電動閥門與下一級FO膜密閉交換箱中母液區(qū)的上部連接，同時每一級FO膜密閉交換箱中母液區(qū)的底部均通過超越電動閥門與母液焚燒爐連接；每一級FO膜密閉交換箱中汲取液區(qū)的上部分別通過汲取液輸送管與汲取液回收利用裝置中的汲取液交換箱連接，各自的汲取液輸送管上均設(shè)置有汲取液出口電動閥門；每一級FO膜密閉交換箱中汲取液區(qū)的底部均設(shè)置有汲取液補(bǔ)償電動閥門，且與汲取液回收利用裝置中的汲取液補(bǔ)償箱之間通過汲取液補(bǔ)償管連接，汲取液補(bǔ)償管上連接有汲取液補(bǔ)償栗。
[0023]汲取液區(qū)的外部設(shè)置有連接汲取液區(qū)上部和下部的汲取液循環(huán)管，汲取液循環(huán)管上設(shè)置有汲取液循環(huán)泵。通過汲取液循環(huán)泵將汲取液在汲取液區(qū)上部和下部形成循環(huán)。
[0024]母液區(qū)和汲取液區(qū)內(nèi)均設(shè)置有攪拌器和溫度調(diào)節(jié)裝置。
[0025]母液區(qū)設(shè)置有COD在線監(jiān)測儀，汲取液區(qū)設(shè)置有離子濃度計。
[0026]汲取液回收利用裝置包括汲取液交換箱、汲取液中間箱、汲取液多效蒸發(fā)器、汲取液溶解箱、汲取液補(bǔ)償箱和溶藥箱，汲取液交換箱上部設(shè)置有交換箱電動閥門和交換箱電動排氣閥，并通過交換箱電動閥門與汲取液中間箱連接；汲取液交換箱的底部通過交換箱超越管電動閥門與汲取液中間箱連接；汲取液中間箱上部設(shè)置有中間箱電動排氣閥，汲取液中間箱與汲取液多效蒸發(fā)器連接；汲取液溶解箱與汲取液多效蒸發(fā)器連接，；汲取液補(bǔ)償箱的底部通過補(bǔ)償箱進(jìn)口電動閥門與汲取液溶解箱的底部連接；溶藥箱的底部通過溶藥出口電動閥門與汲取液補(bǔ)償箱的底部連接。
[0027]汲取液溶解箱和溶藥箱內(nèi)均設(shè)置有攪拌器和離子濃度計。
[0028]汲取液補(bǔ)償箱內(nèi)設(shè)置有離子濃度計。
[0029]清水裝置包括清水箱、清水泵和清水管，清水箱與汲取液多效蒸發(fā)器連接，清水管與清水箱連接，清水泵連接在清水管上，清水管與溶藥箱連接。
[0030]上述系統(tǒng)，還包括滲透能量利用裝置，該裝置包括密閉的轉(zhuǎn)子箱和渦輪發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)子箱內(nèi)設(shè)置有渦輪機(jī)葉輪，渦輪機(jī)葉輪與渦輪發(fā)電機(jī)組連接，轉(zhuǎn)子箱的底部設(shè)置有轉(zhuǎn)子箱電動排氣閥，轉(zhuǎn)子箱通過轉(zhuǎn)子箱進(jìn)水電動閥門與汲取液交換箱連接，同時轉(zhuǎn)子箱也與汲取液中間箱連接。
[0031]上述系統(tǒng)的處理方法，是:
[0032]首先分析計算難生物降解有機(jī)廢水的滲透物質(zhì)的量濃度(溶液中的離子態(tài)物質(zhì)的量與分子態(tài)物質(zhì)的量之和)S1 (運行過程中以COD在線監(jiān)測儀顯示數(shù)據(jù)近似折算)，按照所需滲透壓力(Λ n，由是否用于發(fā)電等實際需求決定)得出所需第一級FO膜密閉交換箱汲取液的離子濃度J1J1大于S1，且得出需要的FO膜密閉交換箱的級數(shù)η和每級FO膜密閉交換箱的個數(shù)i ;然后通過汲取液回收利用裝置配制離子濃度J1的汲取液，使汲取液充滿第一級FO膜密閉交換箱；開啟難生物降解有機(jī)廢水進(jìn)水電動閥門，難生物降解有機(jī)廢水流入第一級FO膜密閉交換箱內(nèi)，與汲取液交換，使難生物降解有機(jī)廢水中的水分子自由傳至汲取液，稀釋后體積增大的汲取液通過汲取液回收利用裝置中的多效蒸發(fā)器實現(xiàn)汲取液溶質(zhì)(一般為氣體)和水(溶劑)的分離，實現(xiàn)汲取液溶質(zhì)的回收和再利用，多余的水進(jìn)入清水裝置，實現(xiàn)水資源的回收利用；難生物降解有機(jī)廢水通過逐級FO膜密閉交換箱進(jìn)行濃縮，最后無法再濃縮的或根據(jù)需要無需進(jìn)一步濃縮(一般COD在600000mg/L以上時)的母液進(jìn)入母液焚燒爐進(jìn)行焚燒處理。
[0033]本發(fā)明針對難生物降解有機(jī)廢水的高滲透壓特性，通過配制依數(shù)性更高的汲取液，利用溶液的依數(shù)性差異帶來的滲透壓差，使難生物降解有機(jī)廢水得到高效濃縮的同時，回收循環(huán)利用水資源，生產(chǎn)電能；同時，運行過程實現(xiàn)自動聯(lián)鎖控制，可根據(jù)不同進(jìn)水條件調(diào)整運行方式，便于實施。具有以下特點:
[0034]1.充分利用溶液的依數(shù)性，通過配制依數(shù)性較高的汲取液(如NH4HCO3等)，利用其與難生物降解有機(jī)廢水的高滲透壓差，實現(xiàn)難生物降解有機(jī)廢水高效濃縮的同時，可回收大量水資源；
[0035]2.采用的FO膜具有膜通量大，濃差極化現(xiàn)象少的特性，可保障滲透功能的順利實現(xiàn)；
[0036]3.采用的母液焚燒爐為通用設(shè)備，專門處理高濃度有機(jī)廢液，利用高溫(850-1100C )熱解，可充分分解廢液中的有機(jī)物和含氯、苯、酚類的有害化合物，并具有以下特點:
[0037](I)微負(fù)壓設(shè)計，燃燒安全性高，控制程序中設(shè)有爐內(nèi)點火前不排除易燃易爆氣體就不能點火的功能，以防氣爆；
[0038](2)自動化程度高，全方位在線檢測控制，燃燒穩(wěn)定。
[0039](3)采用霧化噴槍，噴出極細(xì)微的顆粒，保證在爐內(nèi)空中氣化，氧化分解，不會滴落。
[0040](4)采用切線燃燒霧化裝置內(nèi)部混合式二流體霧化器，其混合程度，霧化效果燃燒速度極高，過?？諝獾?，可節(jié)約大量燃料。
[0041](5)渦流效果好，燃燒滯留時間達(dá)2秒以上，燃燒無死角。
[0042](6)低氮燃燒技術(shù)，無煙無臭，無有害氣體，可同時焚燒有機(jī)廢氣及少量固體。
[0043](7)配套完善合理的尾氣處理凈化裝置，保證環(huán)保排放達(dá)標(biāo)。
[0044]4.采用的滲透能量利用裝置可將系統(tǒng)產(chǎn)生的滲透能轉(zhuǎn)化為電能，從而降低廢水處理成本；
[0045]5.通過自動化儀器儀表使運行過程實現(xiàn)自動聯(lián)鎖控制，便于根據(jù)不同進(jìn)水條件調(diào)整運行方式；
[0046]6.模塊化設(shè)計，可根據(jù)難生物降解有機(jī)廢水實際濃度和其他實施條件，自由組合，具有較強(qiáng)的靈活性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖1是本發(fā)明高效節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)的流程示意圖。
[0048]圖中:1、進(jìn)水電動閥門，2、FO膜密閉交換箱，3、難生物降解有機(jī)廢水?dāng)嚢杵鳎?、汲取液攪拌器，5、膜機(jī)架，6、膜元件，7、難生物降解有機(jī)廢水COD在線監(jiān)測儀，8、汲取液離子濃度計，9、溫度調(diào)節(jié)裝置，10、汲取液出口壓力表，11、汲取液出口電動閥門，12、汲取液循環(huán)泵，13、汲取液交換箱，14、交換箱壓力表，15、交換箱電動閥門，16、密閉轉(zhuǎn)子箱，17、渦輪機(jī)葉輪，18、渦輪發(fā)電機(jī)組，19、汲取液中間箱，20、中間箱電動排氣閥，21、汲取液多效蒸發(fā)器，22、中間箱溢流管，23、汲取液溶解箱，24、溶解箱攪拌器，25、溶解箱離子濃度計，26、補(bǔ)償箱進(jìn)口電動閥門，27、汲取液補(bǔ)償箱，28、補(bǔ)償箱離子濃度計，29、溶藥出口電動閥門，30、溶藥箱，31、溶藥攪拌器，32、汲取液離子濃度計，33、洗氣裝置，34、清水箱，35、清水泵，36、第一級超越管電動閥門，37、排液電動閥門，38、第二級超越管電動閥門，39、母液焚燒爐進(jìn)口電動閥門，40、母液焚燒爐，41、汲取液補(bǔ)償泵，42、汲取液補(bǔ)償電動閥門，43、交換箱超越管電動閥門，44、自來水管道，45、交換箱電動排氣閥，46、轉(zhuǎn)子箱電動排氣閥，47、轉(zhuǎn)子箱進(jìn)水電動閥門，48、折流擋板，49、助燃燃料燃燒器，50、尾氣凈化裝置。

【具體實施方式】
[0049]本發(fā)明的高效節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)主要包括正滲透膜濃縮裝置、母液焚燒爐40和滲透能量利用裝置，各個裝置通過管路依次連接。各裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0050]正滲透膜濃縮裝置，包括至少一級FO膜密閉交換箱2 (圖1中設(shè)有3級)、汲取液回收利用裝置和清水回收裝置。
[0051]單級FO膜密閉交換箱2的內(nèi)部中間設(shè)置有膜機(jī)架5，膜機(jī)架5內(nèi)設(shè)置有膜元件6。膜機(jī)架5將FO膜密閉交換箱2分為左側(cè)母液區(qū)(難生物降解有機(jī)廢水區(qū))和右側(cè)汲取液區(qū)兩部分，兩區(qū)為完全獨立區(qū)域，僅可通過膜元件6進(jìn)行傳質(zhì)。母液區(qū)的上部設(shè)置有難生物降解有機(jī)廢水進(jìn)水管，該進(jìn)水管上設(shè)置有進(jìn)水電動閥門I，母液區(qū)內(nèi)設(shè)置有難生物降解有機(jī)廢水?dāng)嚢杵?、難生物降解有機(jī)廢水COD在線監(jiān)測儀7和溫度調(diào)節(jié)裝置9 (設(shè)置在母液區(qū)底部)，溫度調(diào)節(jié)裝置9可以是電驅(qū)動，也可以是交換器。汲取液區(qū)內(nèi)設(shè)置有汲取液攪拌器4、汲取液離子濃度計8和加熱器(設(shè)置在汲取液區(qū)底部)，汲取液區(qū)的外部設(shè)置有連接其上部和下部的汲取液循環(huán)管，汲取液循環(huán)管上設(shè)置有汲取液循環(huán)泵12，通過汲取液循環(huán)泵12將汲取液在汲取液區(qū)上部和下部形成循環(huán)，加快傳質(zhì)。
[0052]上一級FO膜密閉交換箱2中母液區(qū)的底部通過排液管與下一級FO膜密閉交換箱中母液區(qū)的上部連接，排液管上設(shè)置有排液電動閥門37，同時每一級FO膜密閉交換箱中濃縮液區(qū)的底部均通過超越管與母液焚燒爐40連接，超越管上設(shè)置電動閥門(如圖1中的第一級超越管電動閥門36和第二級超越管電動閥門38)，超越管通過母液焚燒爐進(jìn)口電動閥門39與母液焚燒爐40連接。母液焚燒爐40上配套有助燃燃料(天然氣、柴油或焦?fàn)t煤氣等)燃燒器49和尾氣凈化裝置50。每一級FO膜密閉交換箱中汲取液區(qū)的上部分別通過汲取液輸送管與密閉汲取液交換箱13連接，各自的汲取液輸送管上均設(shè)置有汲取液出口壓力表10和汲取液出口電動閥門11。每一級FO膜密閉交換箱中吸取液區(qū)的底部均設(shè)置有汲取液補(bǔ)償電動閥門42，且與汲取液補(bǔ)償箱27之間通過汲取液補(bǔ)償管連接，汲取液補(bǔ)償管上連接有汲取液補(bǔ)償泵41，汲取液補(bǔ)償箱27上設(shè)置有補(bǔ)償箱離子濃度計28。
[0053]汲取液回收利用裝置包括汲取液交換箱13、汲取液中間箱19、汲取液多效蒸發(fā)器21、汲取液溶解箱23、汲取液補(bǔ)償箱27和溶藥箱30，汲取液交換箱13、汲取液中間箱19、汲取液多效蒸發(fā)器21、汲取液溶解箱23和汲取液補(bǔ)償箱27均是密閉的。汲取液交換箱13是密閉的，其上部設(shè)置有交換箱壓力表14、交換箱電動閥門15和交換箱電動排氣閥45，并通過交換箱電動閥門15與汲取液中間箱19的上部連接；汲取液交換箱13的底部通過交換箱超越管電動閥門43與汲取液中間箱19的底部連接。汲取液中間箱19內(nèi)部設(shè)置有折流擋板48，其上部設(shè)置有中間箱電動排氣閥20。汲取液中間箱19與汲取液多效蒸發(fā)器21下部連接，且上部連接有中間箱溢流管22。汲取液溶解箱23與汲取液多效蒸發(fā)器21連接，汲取液溶解箱23內(nèi)設(shè)置有溶解箱攪拌器24和溶解箱離子濃度計25，汲取液溶解箱23底部連接有洗氣裝置33 (洗氣塔)。汲取液補(bǔ)償箱27的底部通過補(bǔ)償箱進(jìn)口電動閥門26與汲取液溶解箱23的底部連接，汲取液補(bǔ)償箱27內(nèi)設(shè)置有補(bǔ)償箱離子濃度計28。溶藥箱30的底部通過溶藥出口電動閥門29與汲取液補(bǔ)償箱27的底部連接，溶藥箱30與自來水管道44連接，且其內(nèi)設(shè)置有溶藥攪拌器31和汲取液離子濃度計32。多效蒸發(fā)器為通用設(shè)備。
[0054]清水裝置包括清水箱34、清水泵35和清水管，清水箱34與汲取液多效蒸發(fā)器21連接，清水管與清水箱34連接，清水泵35連接在清水管上。清水管可通過閥門與溶藥箱30連接，以對汲取液多效蒸發(fā)器21產(chǎn)生的清水進(jìn)行利用。
[0055]滲透能量利用裝置，包括密閉的轉(zhuǎn)子箱16和渦輪發(fā)電機(jī)組18，轉(zhuǎn)子箱16內(nèi)設(shè)置有渦輪機(jī)葉輪17，渦輪機(jī)葉輪17與渦輪發(fā)電機(jī)組18連接，轉(zhuǎn)子箱16的底部設(shè)置有轉(zhuǎn)子箱電動排氣閥46。轉(zhuǎn)子箱16通過轉(zhuǎn)子箱進(jìn)水電動閥門47與汲取液交換箱13連接，同時也與汲取液中間箱19連接。
[0056]上述系統(tǒng)的運行過程，如下所述。
[0057]運行前，首先確定以下幾項重要參數(shù):
[0058]1、處理前難生物降解有機(jī)廢水的滲透壓(難生物降解有機(jī)廢水)
[0059]首先對處理前難生物降解有機(jī)廢水進(jìn)行檢測分析，計算其中的滲透物質(zhì)的量濃度(溶液中的離子態(tài)物質(zhì)的量分子態(tài)物質(zhì)的量之和)(S1,以mol -L-1計)，采用范托夫(van’tHoff)公式計算得出處理前難生物降解有機(jī)廢水的滲透壓π (難生物降解有機(jī)廢水):
[0060]Ji (難生物降解有機(jī)廢水)=cbRT ^ S1RT
[0061]其中:π (難生物降解有機(jī)廢水)為處理前難生物降解有機(jī)廢水的滲透壓；
[0062]對電解質(zhì)溶液來說，Cb是IL溶液中能產(chǎn)生滲透效應(yīng)的溶質(zhì)分子與離子總物質(zhì)的量，此處Cb ^ S1，稱為滲透物質(zhì)的量濃度；
[0063]R為氣體常數(shù)；
[0064]T為絕對溫度。
[0065]運行過程中各級FO膜密閉交換箱母液區(qū)(或稱濃縮液區(qū))的滲透物質(zhì)的量濃度按其上設(shè)置的廢水COD在線監(jiān)測儀顯示數(shù)據(jù)近似折算；
[0066]2、第一級FO膜密閉交換箱汲取液的離子濃度J1
[0067]按照所需滲透壓差(Λ π，由是否用于發(fā)電等實際需求決定)，采用范托夫(van’tHoff)公式π = cBRT計算得出所需第一級FO膜密閉交換箱汲取液的離子濃度J1:
[0068]J1 ^ cB = 31 (汲取液)/RT
[0069]Ji (汲取液)=π (難生物降解有機(jī)廢水)+ Λ η
[0070]Ji (難生物降解有機(jī)廢水)一 S1RT
[0071]其中，π (汲取液)為汲取液的滲透壓，π (難生物降解有機(jī)廢水)為難生物降解有機(jī)廢水的滲透壓；
[0072]對電解質(zhì)溶液來說，cB是IL溶液中能產(chǎn)生滲透效應(yīng)的溶質(zhì)分子與離子總物質(zhì)的量，此處cB ^ J1，稱為滲透物質(zhì)的量濃度；
[0073]R為理想氣體常數(shù)；
[0074]T為絕對溫度。
[0075]運行過程中各級FO膜密閉交換箱汲取液區(qū)的滲透物質(zhì)的量濃度按其上設(shè)置的廢水離子濃度計顯示數(shù)據(jù)近似計算；
[0076]為提高效率，一般采用接近飽和濃度的汲取液。
[0077]3、FO膜密閉交換箱的級數(shù)η (串聯(lián)數(shù)量)
[0078]以汲取液的離子濃度J1為常溫常壓條件下汲取液溶質(zhì)的飽和濃度為例，其滲透壓為定值π (汲取液)飽和;
[0079]由于攪拌器和循環(huán)泵的作用，同一級FO膜密閉交換箱的母液(或稱濃縮液)濃度和汲取液濃度可以認(rèn)為是均一的；
[0080]系統(tǒng)正常運行時，隨著母液(或稱濃縮液)的不斷濃縮，不同級FO膜密閉交換箱的母液區(qū)滲透物質(zhì)的量濃度會越來越高，且sn+1 > Sn (Sn為第η級FO膜密閉交換箱的母液中滲透物質(zhì)的量濃度，η為FO膜密閉交換箱的級數(shù))，其與汲取液的滲透壓差Λ π也會逐漸減小，理論上，當(dāng)Sn接近母液溶質(zhì)的飽和濃度、接近汲取液離子濃度Jl以及等于汲取液離子濃度Jl時，F(xiàn)O膜兩側(cè)的母液和汲取液已不存在滲透壓差Λ π，此時FO膜密閉交換箱的級數(shù)為η的最大數(shù)值。
[0081]滲透壓差Λ 的減小會影響膜通量和滲透效率，用于發(fā)電時還會影響發(fā)電機(jī)的工作，為此，通常根據(jù)膜通量、滲透效率以及發(fā)電機(jī)葉輪所需壓力等實際因素，綜合確定FO膜密閉交換箱的級數(shù)η。
[0082]4、每級FO膜密閉交換箱的個數(shù)i (并聯(lián)數(shù)量)
[0083]每級FO膜密閉交換箱的個數(shù)i由以下公式估算:
[0084]i = Q/ (Q，.S)。
[0085]其中:Q為廢水處理規(guī)模(m3.S—1)；
[0086]Q’ 為 FO 膜通量(m3.S^1.πΓ2)；
[0087]S為單個FO膜密閉交換箱的有效正滲透膜面積(m2)。
[0088]確定了上述重要參數(shù)，意味著確定了系統(tǒng)的配置。
[0089]開啟自來水管道44，使溶藥箱30中加入自來水，并向溶藥箱30內(nèi)倒入液體汲取液溶液(滲透物質(zhì)的量濃度為J。，J0 > J1，市場采購)或固體汲取液溶質(zhì)粉末(市場采購)，通過溶藥攪拌器31攪拌，配制離子濃度為J1的汲取液，通過汲取液離子濃度計32檢測配制的汲取液離子濃度。開啟溶藥出口電動閥門29，使汲取液流入汲取液補(bǔ)償箱27，然后依次開啟第一級的汲取液補(bǔ)償電動閥門42和汲取液補(bǔ)償泵41，使汲取液充滿第一級FO膜密閉交換箱2，然后依次關(guān)閉汲取液補(bǔ)償泵41、第一級的汲取液補(bǔ)償電動閥門42、溶藥出口電動閥門29和溶藥攪拌器31，同時檢查確定其余電動閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)，各排氣閥處于開啟狀態(tài)，最終做好系統(tǒng)運行前的處理準(zhǔn)備工作。
[0090]上述工作做完后，開啟難生物降解有機(jī)廢水進(jìn)水電動閥門I，難生物降解有機(jī)廢水流入第一級FO膜密閉交換箱2的母液區(qū)，由于膜元件6—側(cè)汲取液區(qū)的離子濃度(J1)大于母液區(qū)的滲透物質(zhì)的量濃度(S1)形成的滲透壓差(Λ η )，使母液區(qū)難生物降解有機(jī)廢水中的水分子透過膜元件6自由傳至汲取液區(qū)，由于汲取液區(qū)為密閉結(jié)構(gòu)，稀釋后體積增大的汲取液會通過汲取液補(bǔ)償管進(jìn)入密閉的汲取液交換箱13。汲取液交換箱13充滿后，關(guān)閉交換箱電動排氣閥45。如需利用汲取液進(jìn)行發(fā)電，則關(guān)閉交換箱超越管電動閥門43，開啟轉(zhuǎn)子箱進(jìn)水電動閥門47，稀釋后的稀汲取液(離子濃度為J/，J/ < J1)進(jìn)入密閉轉(zhuǎn)子箱16，推動渦輪機(jī)葉輪17做功，通過渦輪發(fā)電機(jī)組18輸出電能，發(fā)電后的稀汲取液進(jìn)入汲取液中間箱19。如無需發(fā)電，則關(guān)閉轉(zhuǎn)子箱進(jìn)水電動閥門47，開啟交換箱超越管電動閥門43，使稀汲取液進(jìn)入汲取液中間箱19，然后進(jìn)入汲取液多效蒸發(fā)器21。通過多效蒸發(fā)器21，實現(xiàn)汲取液溶質(zhì)(一般為氣體)和水(溶劑)的分離，其中的溶質(zhì)進(jìn)入汲取液溶解箱23，開啟溶解箱攪拌器24，利用溶解箱離子濃度計25控制溶液濃度，實現(xiàn)汲取液溶質(zhì)的回收和再利用；多余的水進(jìn)入清水箱34，由清水泵35輸送至溶藥箱30或回用于廠區(qū)其它用水設(shè)置，實現(xiàn)水資源的回收利用。
[0091]濃縮后的難生物降解有機(jī)廢水逐級通過排液電動閥門37進(jìn)入下一級的FO膜密閉交換箱，按上述流程運行。每級FO膜密閉交換箱利用其底部的溫度調(diào)節(jié)裝置9，合理控制難生物降解有機(jī)廢水的溫度，使其濃度達(dá)到該溫度下的飽和濃度。最后無法再濃縮或根據(jù)需要無需進(jìn)一步濃縮(一般COD在600000mg/L以上時)的母液進(jìn)入母液焚燒爐40進(jìn)行焚燒處理。
【權(quán)利要求】
1.一種節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，包括正滲透膜濃縮裝置和母液焚燒爐，其特征是:正滲透膜濃縮裝置包括FO膜密閉交換箱、汲取液回收利用裝置和清水回收裝置，F(xiàn)O膜密閉交換箱至少設(shè)置一級，汲取液回收利用裝置與各級FO膜密閉交換箱分別通過電動閥門連接，清水回收裝置與汲取液回收利用裝置連接，各級FO膜密閉交換箱依次通過排液電動閥門連接，且均通過超越電動閥門與母液焚燒爐連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，其特征是:所述FO膜密閉交換箱的內(nèi)部設(shè)置膜元件，膜元件將FO膜密閉交換箱內(nèi)部分為母液區(qū)和汲取液區(qū)，母液區(qū)的上部設(shè)置有進(jìn)水管，該進(jìn)水管上設(shè)置有進(jìn)水電動閥門；上一級FO膜密閉交換箱中母液區(qū)的底部通過排液電動閥門與下一級FO膜密閉交換箱中母液區(qū)的上部連接，同時每一級FO膜密閉交換箱中母液區(qū)的底部均通過超越電動閥門與母液焚燒爐連接；每一級FO膜密閉交換箱中汲取液區(qū)的上部分別通過汲取液輸送管與汲取液回收利用裝置中的汲取液交換箱連接，各自的汲取液輸送管上均設(shè)置有汲取液出口電動閥門；每一級FO膜密閉交換箱中汲取液區(qū)的底部均設(shè)置有汲取液補(bǔ)償電動閥門，且與汲取液回收利用裝置中的汲取液補(bǔ)償箱之間通過汲取液補(bǔ)償管連接，汲取液補(bǔ)償管上連接有汲取液補(bǔ)償泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，其特征是:所述汲取液區(qū)的外部設(shè)置有連接汲取液區(qū)上部和下部的汲取液循環(huán)管，汲取液循環(huán)管上設(shè)置有汲取液循環(huán)泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，其特征是:所述母液區(qū)和汲取液區(qū)內(nèi)均設(shè)置有攪拌器和溫度調(diào)節(jié)裝置；母液區(qū)設(shè)置有COD在線監(jiān)測儀，汲取液區(qū)設(shè)置有離子濃度計。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，其特征是:所述汲取液回收利用裝置包括汲取液交換箱、汲取液中間箱、汲取液多效蒸發(fā)器、汲取液溶解箱、汲取液補(bǔ)償箱和溶藥箱，汲取液交換箱上部設(shè)置有交換箱電動閥門和交換箱電動排氣閥，并通過交換箱電動閥門與汲取液中間箱連接；汲取液交換箱的底部通過交換箱超越管電動閥門與汲取液中間箱連接；汲取液中間箱上部設(shè)置有中間箱電動排氣閥，汲取液中間箱與汲取液多效蒸發(fā)器連接；汲取液溶解箱與汲取液多效蒸發(fā)器連接；汲取液補(bǔ)償箱的底部通過補(bǔ)償箱進(jìn)口電動閥門與汲取液溶解箱的底部連接；溶藥箱的底部通過溶藥出口電動閥門與汲取液補(bǔ)償箱的底部連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，其特征是:所述汲取液溶解箱和溶藥箱內(nèi)均設(shè)置有攪拌器和離子濃度計。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，其特征是:所述汲取液補(bǔ)償箱內(nèi)設(shè)置有離子濃度計。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，其特征是:所述清水裝置包括清水箱、清水泵和清水管，清水箱與汲取液多效蒸發(fā)器連接，清水管與清水箱連接，清水泵連接在清水管上，清水管與溶藥箱連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，其特征是:還包括滲透能量利用裝置，該裝置包括密閉的轉(zhuǎn)子箱和渦輪發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)子箱內(nèi)設(shè)置有渦輪機(jī)葉輪，渦輪機(jī)葉輪與渦輪發(fā)電機(jī)組連接，轉(zhuǎn)子箱的底部設(shè)置有轉(zhuǎn)子箱電動排氣閥，轉(zhuǎn)子箱通過轉(zhuǎn)子箱進(jìn)水電動閥門與汲取液交換箱連接，同時轉(zhuǎn)子箱也與汲取液中間箱連接。
10.一種權(quán)利要求1所述節(jié)能難生物降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)的處理方法，其特征是:首先分析計算難生物降解有機(jī)廢水的滲透物質(zhì)的量濃度S1，按照所需滲透壓力得出所需第一級FO膜密閉交換箱汲取液的滲透物質(zhì)的量濃度J1, J1大于S1，且得出需要的FO膜密閉交換箱的級數(shù)和每級FO膜密閉交換箱的個數(shù)i ;然后通過汲取液回收利用裝置配制離子濃度J1的汲取液，使汲取液充滿第一級FO膜密閉交換箱；開啟難生物降解有機(jī)廢水進(jìn)水電動閥門，難生物降解有機(jī)廢水流入第一級FO膜密閉交換箱內(nèi)，與汲取液交換，使難生物降解有機(jī)廢水中的水分子自由傳至汲取液，稀釋后體積增大的汲取液通過汲取液回收利用裝置中的多效蒸發(fā)器實現(xiàn)汲取液溶質(zhì)和水的分離，實現(xiàn)汲取液溶質(zhì)的回收和再利用，多余的水進(jìn)入清水裝置，實現(xiàn)水資源的回收利用；難生物降解有機(jī)廢水通過逐級FO膜密閉交換箱進(jìn)行濃縮，最后無法再濃縮或根據(jù)需要無需進(jìn)一步濃縮的母液進(jìn)入母液焚燒爐進(jìn)行焚燒處理。
【文檔編號】C02F9/10GK104326617SQ201410714588
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】康興生, 馬濤, 張波 申請人:康興生, 馬濤