一種節(jié)能污水廠二級生化出水除鹽系統(tǒng)及其處理方法
【專利摘要】一種節(jié)能污水廠二級生化出水除鹽系統(tǒng)及其處理方法，該系統(tǒng)包括正滲透鹽濃縮裝置和多效蒸發(fā)器，正滲透鹽濃縮裝置包括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(dòng)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(dòng)閥門連接，且均通過超越電動(dòng)閥門與母液多效蒸發(fā)器連接。該方法針對污水廠二級生化出水的高滲透壓特性，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，使污水廠二級生化出水得到高效濃縮的同時(shí)回收循環(huán)利用水資源，產(chǎn)生電能；運(yùn)行過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聯(lián)鎖控制，可根據(jù)不同進(jìn)水條件調(diào)整運(yùn)行方式。
【專利說明】一種節(jié)能污水廠二級生化出水除鹽系統(tǒng)及其處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于污水廠二級生化出水的除鹽系統(tǒng)及其方法，屬于污水深度治理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]自然界的鹽分循環(huán)以水循環(huán)為載體進(jìn)行，而水循環(huán)普遍存在于生命過程和生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，某個(gè)環(huán)節(jié)鹽分的過度增加就會(huì)給人類的生命健康、生產(chǎn)活動(dòng)或生態(tài)環(huán)境造成危害。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國不少內(nèi)陸河流、湖泊以及渤海等近岸海域，鹽分指標(biāo)呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢。
[0003]目前污水中的鹽分主要來源于直接利用海水的工業(yè)生產(chǎn)、生活用水和食品加工、鹽化工、精細(xì)化工、石油化工、造紙、皮革加工、合成氨以及熱電廠等行業(yè)，而在污水處理中，鹽分(主要是氯、鈉和硼)通常難以得到有效去除，所以在污水排放或中水回用(也稱再生水，它的水質(zhì)介于污水和自來水之間，是城市污水、廢水經(jīng)凈化處理后達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，能在一定范圍內(nèi)使用的非飲用水)時(shí)，鹽分和水一起循環(huán)到使用環(huán)境中，進(jìn)而產(chǎn)生一系列危害，主要包括以下幾個(gè)方面:
(1)腐蝕金屬管道和設(shè)備，影響廢水輸送和處理設(shè)施壽命；
(2)影響水體生態(tài)環(huán)境，對水生生物造成一定影響；
(3)用于灌溉會(huì)引起土壤鹽潰化，抑制植物生長甚至導(dǎo)致其死亡；
(4)是通過下滲污染地下水。
[0004]導(dǎo)致水體鹽分整體上升主要有以下幾個(gè)方面的因素:
一是國家現(xiàn)行水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系中缺少對全鹽量(各類含鹽因子的總和)的總體控制，雖然部分行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了個(gè)別如氯化物之類的鹽分指標(biāo)，但相當(dāng)一部分行業(yè)的外排廢水和外排清凈下水未對全鹽量提出控制要求，導(dǎo)致企業(yè)在工藝選擇和廢水處理過程中都沒有對排放廢水中的鹽分給予足夠的重視，甚至采取了增加鹽分的措施。
二是由于C0D、氨氮指標(biāo)實(shí)行總量控制以及大力推行的清潔生產(chǎn)審核，使得企業(yè)加大了節(jié)約用水和中水回用的力度，提高了水循環(huán)利用率，結(jié)果導(dǎo)致排水量減少，循環(huán)水鹽分累積，排放廢水中鹽分濃度增高。部分企業(yè)作為清凈下水排放的廢水中，雖然COD濃度不高，但全鹽量污染物濃度很高，甚至個(gè)別企業(yè)超過10000mg/L。
三是為了滿足國家減排任務(wù)和水環(huán)境質(zhì)量改善需求，近年來制定了一系列嚴(yán)格的水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)為了 COD等綜合性指標(biāo)的達(dá)標(biāo)排放，在污水處理過程中加入了過多的絮凝劑、酸、堿等化學(xué)試劑，也導(dǎo)致了外排廢水中鹽分濃度的增高。
目前，隨著國家水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系的不斷完善，對全鹽量的總體控制逐步嚴(yán)格，部分發(fā)達(dá)省份如山東，已在現(xiàn)行的四個(gè)流域地方標(biāo)準(zhǔn)中增加了全鹽量指標(biāo)，新的標(biāo)準(zhǔn)修改單要求:自2014年5月I日起，全鹽量指標(biāo)限值執(zhí)行3000mg/L的要求；2016年I月I日起，全鹽量指標(biāo)限值執(zhí)行1600mg/L的要求；以中水或循環(huán)水為主要水源的企業(yè)，全鹽量指標(biāo)限值放寬到2000mg/L ;一般地表水體省控?cái)嗝嫠|(zhì)以全鹽量1000mg/L作為參考控制目標(biāo)，超出該目標(biāo)值的設(shè)區(qū)的市可以在轄區(qū)內(nèi)對排放廢水提出更加嚴(yán)格的要求。
[0005]由此可見，污水廠污水的除鹽已是大勢所趨。中國專利文獻(xiàn)CN103708644A公開的《一種用于二級生化出水同步除磷除COD的深度處理方法》、CN103787525A公開的《一種城市污水二級生化出水深度處理的方法》、CN103803696A公開的《一種造紙廢水二級生化出水深度脫色的方法》以及CN102491560B公開的《用于維生素C 二級生化出水處理及回用的方法及系統(tǒng)》均不涉及二級生化出水的除鹽處理。
[0006]CN102390879B公開的《一種同時(shí)選擇性去除二級生化出水中硝酸鹽與磷酸鹽的方法》，其步驟為:將同時(shí)含有硝酸鹽、磷酸鹽及其他溶解性共存陰離子的混合溶液通過裝有聚乙烯吡啶過渡金屬絡(luò)合物和強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂雙層固定床吸附柱，其中聚乙烯吡啶過渡金屬絡(luò)合物在吸附柱的上方，強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂在吸附柱的下方；將吸附了硝酸鹽和磷酸鹽的吸附柱通過氯化鈉鹽溶液進(jìn)行脫附，脫附后吸附柱可循環(huán)使用。該方法只能去除污水處理廠二級出水中低濃度硝酸鹽和磷酸鹽，工藝過程復(fù)雜。
[0007]為此，有必要在污水廠二級生化的基礎(chǔ)上，分析污水廠二級生化出水的含鹽特性，利用滲透作用，開發(fā)節(jié)能、高效的污水廠二級生化出水處理技術(shù)。
[0008]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(gè):一是有半透膜，二是半透膜兩側(cè)有物質(zhì)的量濃度差。
[0009]滲透作用又可分為正滲透(FO)、反滲透(RO)和壓力阻尼滲透(PRO)。
[0010]正滲透(FO)過程是以半透膜兩側(cè)的滲透壓差為驅(qū)動(dòng)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。
[0011]反滲透(RO)過程，是一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。因?yàn)樗驼凉B透的方向相反，故稱反滲透?？梢岳貌煌锪系臐B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。
[0012]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。
[0013]稀溶液(包含污水廠二級生化出水)的依數(shù)性是指稀溶液中溶劑的蒸氣壓下降、凝固點(diǎn)降低、沸點(diǎn)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污水廠二級生化出水，利用滲透作用特別是正滲透(F0)，就可以將污水廠二級生化出水進(jìn)一步濃縮。
[0014]為此，亟需開發(fā)節(jié)能、高效的污水廠二級生化出水除鹽系統(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(shí)現(xiàn)污水廠二級生化出水有效處置、循環(huán)利用水資源的同時(shí)，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】

[0015]本發(fā)明針對現(xiàn)有污水廠二級生化出水除鹽技術(shù)存在的不足，依據(jù)二級生化出水的含鹽特性，利用溶液的依數(shù)性，提供一種處理效果好、節(jié)能的污水廠二級生化出水處理系統(tǒng)。同時(shí)提供一種該系統(tǒng)對污水廠二級生化出水的處理方法。
[0016]本發(fā)明的節(jié)能污水廠二級生化出水除鹽系統(tǒng)，采用以下技術(shù)方案:
該系統(tǒng)，包括正滲透鹽濃縮裝置和母液(或稱濃縮液)多效蒸發(fā)器，正滲透鹽濃縮裝置包括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(dòng)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(dòng)閥門連接，且均通過超越電動(dòng)閥門與母液多效蒸發(fā)器連接。
[0017]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(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)閥門與母液多效蒸發(fā)器連接；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(dòng)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(dòng)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。
[0018]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)。
[0019]母液區(qū)和汲取液區(qū)內(nèi)均設(shè)置有攪拌器、離子濃度計(jì)和溫度調(diào)節(jié)裝置。
[0020]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(dòng)閥門和交換箱電動(dòng)排氣閥，并通過交換箱電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)閥門與汲取液補(bǔ)償箱的底部連接。
[0021 ] 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(jì)。
[0022]汲取液補(bǔ)償箱內(nèi)設(shè)置有離子濃度計(jì)。
[0023]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。
[0024]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(dòng)排氣閥，轉(zhuǎn)子箱通過轉(zhuǎn)子箱進(jìn)水電動(dòng)閥門與汲取液交換箱連接，同時(shí)轉(zhuǎn)子箱也與汲取液中間箱連接。
[0025]上述系統(tǒng)的處理方法，是:
首先分析計(jì)算污水廠二級生化出水的滲透物質(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M1 (運(yùn)行過程中以離子濃度計(jì)顯示數(shù)據(jù)近似折算)，按照所需滲透壓力(Δ η，由是否用于發(fā)電等實(shí)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J1, J1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(gè)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；開啟污水廠二級生化出水進(jìn)水電動(dòng)閥門，污水廠二級生化出水流入第一級FO膜密閉交換箱內(nèi)，與汲取液交換，使污水廠二級生化出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(shí)現(xiàn)汲取液溶質(zhì)(一般為氣體)和水(溶劑)的分離，實(shí)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(shí)現(xiàn)水資源的回收利用；污水廠二級生化出水通過逐級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)一步濃縮的的母液進(jìn)入母液多效蒸發(fā)器進(jìn)行脫鹽處理。
[0026]本發(fā)明針對污水廠二級生化出水的高滲透壓特性，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，使污水廠二級生化出水得到高效濃縮的同時(shí)，回收循環(huán)利用水資源，生產(chǎn)電能；同時(shí)，運(yùn)行過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聯(lián)鎖控制，可根據(jù)不同進(jìn)水條件調(diào)整運(yùn)行方式，便于實(shí)施。具有以下特點(diǎn):
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)，利用其與污水廠二級生化出水的高滲透壓差，實(shí)現(xiàn)污水廠二級生化出水高效濃縮的同時(shí)，可回收大量水資源；
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(shí)現(xiàn)；
3.采用的多效蒸發(fā)器為通用設(shè)備，采用強(qiáng)制循環(huán)與真空負(fù)壓(真空度0.08 MPa)蒸發(fā)方式，以確保物料在較低溫度下(一般為65?80 °C)沸騰蒸發(fā)，該設(shè)備具有物料受熱時(shí)間短、蒸發(fā)速度快、濃縮比大的特點(diǎn)，對于黏度較大或容易結(jié)晶、結(jié)垢的物料，適應(yīng)性較好，多效同時(shí)蒸發(fā)，蒸汽得到反復(fù)使用，與普通單效蒸發(fā)器相比節(jié)約能耗約70 %以上。
[0027]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；
5.通過自動(dòng)化儀器儀表使運(yùn)行過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聯(lián)鎖控制，便于根據(jù)不同進(jìn)水條件調(diào)整運(yùn)行方式；
6.模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)污水廠二級生化出水實(shí)際濃度和其他實(shí)施條件，自由組合，具有較強(qiáng)的靈活性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明高效節(jié)能污水廠二級生化出水除鹽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0029]圖中:1、進(jìn)水電動(dòng)閥門，2、FO膜密閉交換箱，3、污水廠二級生化出水?dāng)嚢杵鳎?、汲取液攪拌器，5、膜機(jī)架，6、膜元件，7、污水廠二級生化出水離子濃度計(jì)，8、汲取液離子濃度計(jì)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jì)，26、補(bǔ)償箱進(jìn)口電動(dòng)閥門，27、汲取液補(bǔ)償箱，28、補(bǔ)償箱離子濃度計(jì)，29、溶藥出口電動(dòng)閥門，30、溶藥箱，31、溶藥攪拌器，32、汲取液離子濃度計(jì)，33、洗氣裝置，34、清水箱，35、清水泵，36、第一級超越管電動(dòng)閥門，37、排液電動(dòng)閥門，38、第二級超越管電動(dòng)閥門，39、母液蒸發(fā)器進(jìn)口電動(dòng)閥門，40、母液多效蒸發(fā)器，41、汲取液補(bǔ)償泵，42、汲取液補(bǔ)償電動(dòng)閥門，43、交換箱超越管電動(dòng)閥門，44、自來水管道，45、交換箱電動(dòng)排氣閥，46、轉(zhuǎn)子箱電動(dòng)排氣閥，47、轉(zhuǎn)子箱進(jìn)水電動(dòng)閥門，48、折流擋板。

【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明的節(jié)能污水廠二級生化出水除鹽系統(tǒng)主要包括正滲透鹽濃縮裝置、母液(或稱濃縮液)多效蒸發(fā)器40和滲透能量利用裝置，各個(gè)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。
[0031]正滲透鹽濃縮裝置，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。
[0032]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)(污水廠二級生化出水區(qū))和右側(cè)汲取液區(qū)兩部分，兩區(qū)為完全獨(dú)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)置有污水廠二級生化出水的進(jìn)水管，該進(jìn)水管上設(shè)置有進(jìn)水電動(dòng)閥門1，母液區(qū)內(nèi)設(shè)置有污水廠二級生化出水?dāng)嚢杵?、污水廠二級生化出水離子濃度計(jì)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(dòng)，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(jì)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)。
[0033]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(dòng)閥門37，同時(shí)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多效蒸發(fā)器40連接，超越管上設(shè)置電動(dòng)閥門(如圖1中的第一級超越管電動(dòng)閥門36和第二級超越管電動(dòng)閥門38)，超越管通過母液蒸發(fā)器進(jìn)口電動(dòng)閥門39與母液多效蒸發(fā)器40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(dòng)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(dòng)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(jì)28。
[0034]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(dòng)閥門15和交換箱電動(dòng)排氣閥45，并通過交換箱電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jì)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(dòng)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(jì)28。溶藥箱30的底部通過溶藥出口電動(dòng)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(jì)32。多效蒸發(fā)器為通用設(shè)備。
[0035]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。
[0036]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(dòng)排氣閥46。轉(zhuǎn)子箱16通過轉(zhuǎn)子箱進(jìn)水電動(dòng)閥門47與汲取液交換箱13連接，同時(shí)也與汲取液中間箱19連接。
[0037]上述系統(tǒng)的運(yùn)行過程，如下所述。
[0038]運(yùn)行前，首先確定以下幾項(xiàng)重要參數(shù):
1、處理前污水廠二級生化出水的滲透壓π(污水廠二級生化出水)
首先對處理前污水廠二級生化出水進(jìn)行檢測分析，計(jì)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XS1,以mol噸4計(jì))，采用范托夫(van’t Hoff)公式計(jì)算得出處理前污水廠二級生化出水的滲透壓π (污水廠二級生化出水):π (污水廠二級生化出水)=cbRT ^ S1RT
其中:(污水廠二級生化出水)為處理前污水廠二級生化出水的滲透壓；
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；
R為氣體常數(shù)；
T為絕對溫度。
[0039]運(yùn)行過程中各級FO膜密閉交換箱母液區(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(jì)顯示數(shù)據(jù)近似計(jì)算；
2、第一級FO膜密閉交換箱汲取液的離子濃度J1
按照所需滲透壓差(Λ η，由是否用于發(fā)電等實(shí)際需求決定)，采用范托夫(van’ tHoff)公式π =CbRT計(jì)算得出所需第一級FO膜密閉交換箱汲取液的離子濃度J1:
J1 ^ Cb= 31 (汲取液)/RT ^ (汲取液)=^ (污水廠二級生化出水)+ An η (污水廠二級生化出水)^ S1RT
其中，η (汲取液)為汲取液的滲透壓，η (污水廠二級生化出水)為污水廠二級生化出水的滲透壓；
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；
R為理想氣體常數(shù)；
T為絕對溫度。
[0040]運(yùn)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(jì)顯示數(shù)據(jù)近似計(jì)算；
為提高效率，一般采用接近飽和濃度的汲取液。
[0041]3, FO膜密閉交換箱的級數(shù)η (串聯(lián)數(shù)量)
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)ma ; 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；
系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，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(huì)越來越高，且Sn+1 > SnCSn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 也會(huì)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(shí)，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(shí)FO膜密閉交換箱的級數(shù)為η的最大數(shù)值。
[0042]滲透壓差Λ π的減小會(huì)影響膜通量和滲透效率，用于發(fā)電時(shí)還會(huì)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(shí)際因素，綜合確定FO膜密閉交換箱的級數(shù)η。
[0043]4、每級FO膜密閉交換箱的個(gè)數(shù)i (并聯(lián)數(shù)量)
每級FO膜密閉交換箱的個(gè)數(shù)i由以下公式估算: i=Q/ (Q，.S)。
[0044]其中:Q為廢水處理規(guī)模(m3.S—1);
Q’ 為 FO 膜通量(m3.S—1.πΓ2)；
S為單個(gè)FO膜密閉交換箱的有效正滲透膜面積(m2)。
[0045]確定了上述重要參數(shù)，意味著確定了系統(tǒng)的配置。
[0046]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。，.!。> 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(jì)32檢測配制的汲取液離子濃度。開啟溶藥出口電動(dòng)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(dòng)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(dòng)閥門42、溶藥出口電動(dòng)閥門29和溶藥攪拌器31，同時(shí)檢查確定其余電動(dòng)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(yùn)行前的處理準(zhǔn)備工作。
[0047]上述工作做完后，開啟污水廠二級生化出水進(jìn)水電動(dòng)閥門1，污水廠二級生化出水流入第一級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 )，使母液區(qū)污水廠二級生化出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(huì)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(dòng)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(dòng)閥門43，開啟轉(zhuǎn)子箱進(jìn)水電動(dòng)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(dòng)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(dòng)閥門47，開啟交換箱超越管電動(dòng)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(shí)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(jì)25控制溶液濃度，實(shí)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(shí)現(xiàn)水資源的回收利用。
[0048]濃縮后的污水廠二級生化出水逐級通過排液電動(dòng)閥門37進(jìn)入下一級的FO膜密閉交換箱，按上述流程運(yùn)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，合理控制污水廠二級生化出水的溫度，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)一步濃縮的母液進(jìn)入母液多效蒸發(fā)器40進(jìn)行脫鹽處理。
【權(quán)利要求】
1.一種節(jié)能污水廠二級生化出水除鹽系統(tǒng)，包括正滲透鹽濃縮裝置和母液多效蒸發(fā)器，其特征是:正滲透鹽濃縮裝置包括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(dòng)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(dòng)閥門連接，且均通過超越電動(dòng)閥門與母液多效蒸發(fā)器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能污水廠二級生化出水除鹽系統(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(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)閥門與母液多效蒸發(fā)器連接；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(dòng)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(dòng)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)能污水廠二級生化出水除鹽系統(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)能污水廠二級生化出水除鹽系統(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、離子濃度計(jì)和溫度調(diào)節(jié)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能污水廠二級生化出水除鹽系統(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(dòng)閥門和交換箱電動(dòng)排氣閥，并通過交換箱電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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)能污水廠二級生化出水除鹽系統(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(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的節(jié)能污水廠二級生化出水除鹽系統(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(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能污水廠二級生化出水除鹽系統(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)能污水廠二級生化出水除鹽系統(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(dòng)排氣閥，轉(zhuǎn)子箱通過轉(zhuǎn)子箱進(jìn)水電動(dòng)閥門與汲取液交換箱連接，同時(shí)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)能污水廠二級生化出水除鹽系統(tǒng)的處理方法，其特征是: 首先分析計(jì)算污水廠二級生化出水的滲透物質(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(gè)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；開啟污水廠二級生化出水進(jìn)水電動(dòng)閥門，污水廠二級生化出水流入第一級FO膜密閉交換箱內(nèi)，與汲取液交換，使污水廠二級生化出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(shí)現(xiàn)汲取液溶質(zhì)和水的分離，實(shí)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(shí)現(xiàn)水資源的回收利用；污水廠二級生化出水通過逐級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)入母液多效蒸發(fā)器進(jìn)行脫鹽處理。
【文檔編號】C02F9/10GK104386871SQ201410714416
【公開日】2015年3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】馬濤, 康興生, 張波 申請人:馬濤, 康興生