本發(fā)明涉及工業(yè)廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種tds值較高的能源化工濃鹽水零排放系統(tǒng)及其處理工藝。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代能源化工通常是以煤、石油為原料，經(jīng)化學(xué)加工使原料轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體產(chǎn)品，并進(jìn)一步加工成一系列化工產(chǎn)品的新型工業(yè)。以煤為例，主要包括煤的氣化、煤的液化、焦油化學(xué)、電石乙炔化學(xué)。近幾年來，能源化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但是由于能源化工產(chǎn)業(yè)需要耗費(fèi)大量用水，隨之帶來的水資源再利用與環(huán)境保護(hù)問題日益突出，尤其是處于多旱少雨的地區(qū)較為突出。因此，能源化工的環(huán)保問題亟待需要解決。
目前，傳統(tǒng)的能源化工廢水處理的工藝路線包括：首先，物化預(yù)處理；其次，a/o生化處理；最后，物化深度處理。其中，能源化工廢水經(jīng)過生化處理后，水中的cod、氨氮等顯著降低，但難降解有機(jī)物仍使廢水的色度、cod等指標(biāo)無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，尤其是高含鹽量的生化系統(tǒng)出水無法進(jìn)行回用。因此，經(jīng)過生化處理后的廢水(濃鹽水)，仍需進(jìn)行深度處理。
能源化工濃鹽水深度處理方法主要包括固定化生物技術(shù)、混凝沉淀法、吸附法和超濾、反滲透等膜處理法。
第一種固定化生物技術(shù)可選擇性固定優(yōu)勢菌種，同時(shí)能有針對性地處理含有難降解有機(jī)物廢水。但此技術(shù)對菌種的要求高，適合處理一些特定的難降解廢水。
第二種混凝沉淀法是在生產(chǎn)過程中用混凝劑比如鋁鹽、鐵鹽、聚鐵、聚鋁及聚丙烯酰胺等來加強(qiáng)沉淀效果，同時(shí)要調(diào)節(jié)好ph值，使廢水中懸浮物在混凝劑作用下能夠加快聚集、下沉，達(dá)到固液分離，從而可以去除廢水中懸浮有機(jī)物，有效地降低廢水濁度，但該技術(shù)對廢水的ph值要求高。
第三種吸附法利用固體表面具有吸附溶質(zhì)、膠質(zhì)的能力，因此，當(dāng)廢水通過比表面積很大的吸附劑時(shí)，其中的污染物就可能會被吸附到固體顆粒上。這種方法可以獲得較好的效果，但只適合處理含有固體顆粒較多的廢水，且吸附劑用量大、費(fèi)用高，容易產(chǎn)生二次污染。
第四種超濾、反滲透等膜處理法通過超濾除去廢水中的大多數(shù)濁度、有機(jī)物，減輕對反滲透膜的污染，可延長膜的壽命，減少運(yùn)行成本。反滲透膜不僅能去除廢水中的有機(jī)物，而且還可以進(jìn)行脫鹽、脫色，出水水質(zhì)好，可直接為生產(chǎn)循環(huán)用水，可實(shí)現(xiàn)能源化工廢水的零排放和能源化工清潔生產(chǎn)。但是，超濾、反滲透等膜處理法對進(jìn)水水質(zhì)、膜的要求高，不可直接適用于所有廢水的處理，并且反滲透膜分離技術(shù)存在膜污染、堵塞、腐蝕、使用壽命短等問題，尤其是當(dāng)給水tds高于6000mg/l時(shí)，其脫鹽率會急劇下降，膜處理成本也會提高。
能量回收裝置的作用就是把反滲透系統(tǒng)高壓濃海水的壓力能量回收再利用，從而降低反滲透海水淡化的制水能耗和制水成本。能量回收裝置有不同的應(yīng)用方式：
1.回收的能量可直接用于提高海水給水的壓力；
2.可用于提高第二段給水的升壓，以提高或均衡第二段膜組件的產(chǎn)水量；
3.制備含鹽量更低的淡水，用于第二級反滲透的給水升壓。不同的能量回收裝置回收效率不同，回收效率低的約為35％～70％，回收效率高的可達(dá)90％～95％。
能量回收裝置按照工作原理主要可分為透平式和正位移式兩種類型。透平式能量回收裝置主要有水力透平式，通常需要經(jīng)過“壓能-機(jī)械能-壓能”兩步轉(zhuǎn)換過程，能量回收效率一般在50～70％之間。正位移式能量回收裝置利用反滲透系統(tǒng)排出的高壓濃水直接增壓進(jìn)料海水的方式來回收能量，能量回收效率一般都在92％～95％之間。
水力(渦輪)透平式能量回收裝置采用離心式原理，由安裝葉輪的水泵側(cè)和安裝透平轉(zhuǎn)子的透平側(cè)組成，葉輪和透平轉(zhuǎn)子間通過一根中心軸相連接。反滲透裝置排出的高壓濃水直接沖擊渦輪驅(qū)動透平轉(zhuǎn)子把壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能(軸功)，通過中心軸把機(jī)械能傳遞水泵側(cè)的葉輪，葉輪再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能，對進(jìn)入反滲透系統(tǒng)的海水實(shí)施增壓。因此，水力透平式能量回收裝置完全由濃水提供能量，不需要外加電能。
水力透平式出現(xiàn)最早，技術(shù)成熟，流程簡易，組裝方便，產(chǎn)品已形成系列化，但由于其在能量回收過程中存在2次能量轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)化過程中存在能量損失，所以能量回收效率較低。其能量回收效率曲線和離心水泵的效率曲線相似，隨著進(jìn)水流量的增加而提高，因此，適宜在大容量海水淡化系統(tǒng)中應(yīng)用。
壓力交換式能量回收裝置采用正位移原理，低壓海水從一端進(jìn)入px設(shè)備，來自反滲透膜的高壓濃鹽水從另一端進(jìn)入px設(shè)備。壓力能量在設(shè)備內(nèi)進(jìn)行交換后，低壓海水轉(zhuǎn)變成高壓海水流出，而高壓濃鹽水轉(zhuǎn)變成低壓濃鹽水流出。這種能量轉(zhuǎn)換效率非常高可達(dá)95％以上，比渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)換效率高1/3。經(jīng)px加壓后的高壓海水使進(jìn)入反滲透裝置的海水得到分流，通過高壓泵的海水流量大幅度降低，從而降低了對高壓水泵的能耗要求，因此安裝此裝置后可使海水淡化的運(yùn)行費(fèi)用大為降低。由于px的使用，反滲透裝置的比能耗最低可以小于2.0kw·h/m3。
隨著反滲透海水淡化技術(shù)的發(fā)展，對能量回收技術(shù)和裝置的研究與開發(fā)也引起高度關(guān)注和重視。
透平式能量回收裝置在設(shè)計(jì)、維護(hù)、運(yùn)行等各方面都比正位移式能量回收裝置簡單，不需要增壓泵和自動閥門，但其能量回收效率較低。px壓力交換式能量回收裝置需要控制系統(tǒng)，運(yùn)行較復(fù)雜，但能耗低，投資回報(bào)率高。對于不同的海水淡化工程，要根據(jù)項(xiàng)目本身的特點(diǎn)合理選擇合適的能量回收裝置。對于透平式能量回收裝置適合于大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用，回收效率明顯、經(jīng)濟(jì)效益良好、淡化成本顯著降低。對于px壓力交換式能量回收裝置大、小系統(tǒng)都適用，但大的系統(tǒng)需并聯(lián)的px較多，接口較多，占地較大。小系統(tǒng)在短期內(nèi)就可收回投資成本，從節(jié)能的角度出發(fā)，采用px壓力交換式能量回收裝置更好。
在不同的海水淡化項(xiàng)目中要根據(jù)情況選擇采用何種能量回收裝置和反滲透裝置。現(xiàn)有技術(shù)中也有將能量回收裝置用在高鹽廢水處理中，但是由于始終處于研發(fā)初期，根據(jù)不同的情況選擇不同的布置方式。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能源化工濃鹽水零排放系統(tǒng)及其處理工藝，主要適用于產(chǎn)量較大的能源化工行業(yè)，使?jié)恹}水最終實(shí)現(xiàn)98％以上的回用，減少濃液外排帶來的環(huán)境污染，從而實(shí)現(xiàn)了能源化工濃鹽水零排放的目標(biāo)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
一種能源化工濃鹽水零排放系統(tǒng)，包括分離系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)、濃水回收系統(tǒng)、清水池和濃水池；
所述分離系統(tǒng)包括相連接的分離池和調(diào)節(jié)池，所述分離池的上端設(shè)有攪拌機(jī)和加藥裝置，底部設(shè)有刮泥機(jī)，所述調(diào)節(jié)池為ph調(diào)節(jié)池；
所述廢水處理系統(tǒng)根據(jù)處理過程依次包括變頻給水泵、超濾膜裝置、高壓泵、一級反滲透裝置、二級反滲透裝置和三級反滲透裝置，一級反滲透裝置和二級反滲透裝置之間設(shè)有變頻增壓泵，二級反滲透裝置和三級反滲透裝置之間還設(shè)有透平式能量回收裝置；所述超濾膜裝置的產(chǎn)水端通過高壓泵后連接一級反滲透裝置，濾水端連接調(diào)節(jié)池；所述一級反滲透裝置的產(chǎn)水端連接清水池，濃水端通過變頻增壓泵后連接二級反滲透裝置；所述二級反滲透裝置的產(chǎn)水端連接清水池，濃水端與透平式能量回收裝置的低壓進(jìn)水端連接；所述三級反滲透裝置的產(chǎn)水端連接清水池，濃水端與透平式能量回收裝置的增壓進(jìn)水端連接；所述透平式能量回收裝置的高壓出水端與三級反滲透裝置的輸入端連接，低壓出水端與濃水池連接；
所述污泥處理系統(tǒng)包括污泥收集池和板框壓濾機(jī)，所述分離池底部的污泥輸出端與污泥收集池連接，所述板框壓濾機(jī)的出水端與分離池連接；
所述濃水回收系統(tǒng)包括機(jī)械再壓縮蒸發(fā)器。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：
優(yōu)選的，所述分離池包括混凝池、絮凝池和沉淀池，所述刮泥機(jī)位于沉淀池。
優(yōu)選的，所述透平式能量回收裝置可自動或者手動調(diào)節(jié)壓力和流量。
本發(fā)明的還提供了一種上述的能源化工濃鹽水零排放系統(tǒng)的處理工藝，包括以下步驟：
a.將能源化工濃鹽水經(jīng)過分離池進(jìn)行澄清軟化處理，除去重金屬、氟、懸浮物；
b.將步驟a得到的軟化水泵入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)ph至中性；
c.將步驟b調(diào)節(jié)后的廢水送入超濾膜裝置進(jìn)行超濾處理，吸附廢水中的剩余鈣、鎂金屬離子，超濾后得到處理過的廢水和被截留的濾液，濾液回流至分離池；
d.將步驟c得到的廢水泵入一級反滲透裝置進(jìn)行一級反滲透濃縮分離，得到一級濃水和產(chǎn)水，產(chǎn)水流入清水池；
e.將步驟d得到的一級濃水增壓后送入二級反滲透裝置進(jìn)行二級反滲透濃縮分離，得到二級濃水和產(chǎn)水產(chǎn)水流入清水池；
f.將步驟e得到的二級濃水流經(jīng)透平式能量回收裝置后送入三級反滲透裝置，得到三級濃水和產(chǎn)水，三級濃水流入透平式能量回收裝置給二級濃水增壓后從排水端排入濃水池，產(chǎn)水流入清水池；
g.將步驟f中濃水池的水送入機(jī)械再壓縮蒸發(fā)器中得到工業(yè)鹽。
上述處理工藝中，優(yōu)選的，所述能源化工濃鹽水經(jīng)過過濾池、分離池過濾排出的污泥，采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理，再送去做污泥集中處理，脫水得到的濃液送入分離池進(jìn)行循環(huán)處理。
上述處理工藝中，優(yōu)選的，所述步驟a的分離池中加入氧化劑、氫氧化鈣、碳酸納、混凝劑以及絮凝劑。
上述處理工藝中，優(yōu)選的，所述能源化工濃鹽水中總?cè)芙夤绦挝飔ds大于8000mg/l。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
本發(fā)明的能源化工濃鹽水零排放系統(tǒng)及其處理工藝，采用三段式反滲透裝置，回收率達(dá)到99％以上。本發(fā)明的能源化工濃鹽水零排放系統(tǒng)及其處理工藝，能夠有效減少處理過程中化學(xué)品的添加量和反滲透膜的清洗次數(shù)，通過透平式能量回收裝置和三級反滲透膜裝置降低系統(tǒng)能耗，降低水處理的成本。本發(fā)明的能源化工濃鹽水零排放系統(tǒng)及其處理工藝，減少了濃液外排帶來的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)了零排放的目標(biāo)。本發(fā)明的能源化工濃鹽水零排放系統(tǒng)及其處理工藝，采用透平式能量回收裝置主要是利用反滲透濃水的能量給進(jìn)入反滲透裝置的原水進(jìn)行增壓，以降低高壓泵的揚(yáng)程，起到節(jié)能的作用，同時(shí)可以擁有能量回收和段間增壓功能，使能量消耗降低20％～30％，段間增壓成本為零。
附圖說明
圖1是本發(fā)明能源化工濃鹽水零排放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖例說明：
1、清水池；2、分離池；21、刮泥機(jī)；22、攪拌機(jī)；23、加藥裝置；24、混凝池；25、調(diào)節(jié)池；26、絮凝池；27、沉淀池；3、超濾膜裝置；31、變頻給水泵；4、三級反滲透裝置；41、透平式能量回收裝置；5、一級反滲透裝置；51、高壓泵；6、二級反滲透裝置；61、變頻增壓泵；7、污泥收集池；71、板框壓濾機(jī)；8、機(jī)械再壓縮蒸發(fā)器；9、濃水池。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個(gè)器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應(yīng)解釋。
圖1示出了本發(fā)明能源化工濃鹽水零排放系統(tǒng)的一種實(shí)施方式，包括分離系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)、濃水回收系統(tǒng)、清水池1和濃水池9。
分離系統(tǒng)包括相連接的分離池2和調(diào)節(jié)池25，分離池2設(shè)有混凝池24、絮凝池26和沉淀池27，加藥裝置23位于三個(gè)池子的上方，混凝池24設(shè)有攪拌機(jī)22，用于加藥攪拌，絮凝池26上方的加藥裝置用于添加高分子絮凝劑，沉淀池27的底部設(shè)有刮泥機(jī)21。沉淀池27與調(diào)節(jié)池25連接，分離后的廢水通過提升泵進(jìn)入調(diào)節(jié)池25中調(diào)節(jié)ph值至中性。
廢水處理系統(tǒng)根據(jù)處理過程依次包括變頻給水泵31、超濾膜裝置3、高壓泵51、一級反滲透裝置5、二級反滲透裝置6和三級反滲透裝置4，一級反滲透裝置5和二級反滲透裝置6之間設(shè)有變頻增壓泵61，二級反滲透裝置6和三級反滲透裝置4之間還設(shè)有透平式能量回收裝置41。透平式能量回收裝置41為渦輪式能量回收裝置，通過3d幾何設(shè)計(jì)葉輪來優(yōu)化效率，主要是利用反滲透濃水的能量給進(jìn)入反滲透裝置的原水進(jìn)行增壓以降低高壓泵的揚(yáng)程，起到節(jié)能的作用。透平式能量回收裝置41設(shè)有自帶的分配管，可以手動調(diào)節(jié)壓力和流量，或者通過低壓旁通管路和閥門可自動調(diào)節(jié)壓力和流量。使用時(shí)，二級濃水的能量需要大于段間增壓壓力，否則段間需要另外設(shè)置段間增壓泵。透平式能量回收裝置41可以節(jié)省段間增壓泵和濃水高壓泵排放閥，能夠直接平衡第二和第三段的流量，防止第二段污堵，更能夠降低投資成本。
超濾膜裝置3的產(chǎn)水端通過高壓泵51后連接一級反滲透裝置5，濾水端連接調(diào)節(jié)池25。超濾膜裝置3設(shè)置在反滲透裝置的上游，能夠保護(hù)反滲透裝置。一級反滲透裝置5的產(chǎn)水端連接清水池1，濃水端通過變頻增壓泵61后連接二級反滲透裝置6；二級反滲透裝置6的產(chǎn)水端連接清水池1，濃水端與透平式能量回收裝置41的低壓進(jìn)水端連接；三級反滲透裝置4的產(chǎn)水端連接清水池1，濃水端與透平式能量回收裝置41的增壓進(jìn)水端連接；透平式能量回收裝置41的高壓出水端與三級反滲透裝置4的輸入端連接，低壓出水端與濃水池9連接。
污泥處理系統(tǒng)包括污泥收集池7和板框壓濾機(jī)71，分離池2底部的污泥輸出端與污泥收集池7連接，板框壓濾機(jī)71的出水端與沉淀池27連接。分離池2排出的污泥通過板框壓濾機(jī)71進(jìn)行脫水壓縮處理，得到的廢水回流至沉淀池27循環(huán)處理。
濃水回收系統(tǒng)包括機(jī)械再壓縮蒸發(fā)器8。
以某能源化工企業(yè)的水處理項(xiàng)目為例，來說明本發(fā)明能源化工濃鹽水零排放系統(tǒng)的處理工藝，包括以下步驟：
a.原水水質(zhì)、水量變化不大，客戶提供了很詳細(xì)的原水資料，ph為6～9，tds為8000mg/l～9000mg/l，確定只采用透平式能量回收裝置就可以提供段間壓力，無需再增加多余的泵。
b.將能源化工濃鹽水經(jīng)過分離池2進(jìn)行澄清軟化處理，在常溫條件下，加入氧化劑、氫氧化鈣、碳酸納、混凝劑以及絮凝劑，將廢水中的ss、cod、氟、總硅以及鈣鎂等金屬離子沉淀，分離后得到的污泥進(jìn)入污泥收集池7。
c.將步驟b得到的軟化水泵入調(diào)節(jié)池25調(diào)節(jié)ph至中性。
d.將步驟c調(diào)節(jié)后的廢水以10m3/h的流量送入超濾膜裝置3進(jìn)行超濾處理，吸附廢水中的剩余鈣、鎂金屬離子，超濾后得到處理過的廢水和被截留的濾液，濾液回流至分離池2循環(huán)處理，回收率為80％～90％。
e.將步驟d過濾后的廢水以15m3/h的流量泵入一級反滲透裝置5，在15～30bar的壓力條件下，進(jìn)行一級反滲透濃縮分離，得到一級濃水和產(chǎn)水，截留了大部分鹽、小分子有機(jī)物等，產(chǎn)水流入清水池1，回收率在75％～85％。
f.將步驟e得到的一級濃水增壓后送入二級反滲透裝置6，在25～45bar的壓力條件下，進(jìn)行二級反滲透濃縮分離，得到二級濃水和產(chǎn)水，產(chǎn)水流入清水池1，回收率在70％～80％。
g.將步驟f得到的二級濃水流經(jīng)透平式能量回收裝置41后送入三級反滲透裝置4，在40～55bar的壓力條件下，得到三級濃水和產(chǎn)水，三級濃水流入透平式能量回收裝置41給二級濃水增壓后從排水端排入濃水池9，產(chǎn)水流入清水池1，回收率在70％～75％。
h.將步驟g中濃水池9的水送入機(jī)械再壓縮蒸發(fā)器8中得到工業(yè)鹽。
i.能源化工濃鹽水經(jīng)過分離池2過濾排出的污泥，采用板框壓濾機(jī)71進(jìn)行脫水處理，再送去做污泥集中處理，脫水得到的濃液送入分離池2進(jìn)行循環(huán)處理。
上述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。