一种采用物理法且近零排放的制水方法及装置与流程

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种采用物理法且近零排放的制水方法及装置。

背景技术：

随着水资源的日益匮乏，为提高水资源利用率，同时为减轻因污水排放而产生的环保压力，各行各业均对自身所产生的工艺废水进行处理及循环利用。

但是现有的水处理工艺存在以下几个方面的问题：1、处理高含盐水较难处理并且成本极高，由于高含盐水的成因很多，原水钠盐含量及氯根含量高则现有工艺有其局限性；2、水处理过程添加化学试剂，由此带来了新的化学污染；3、离子交换器的再生需要消耗大量的氯化钠。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供了一种采用物理法且近零排放的制水方法及装置，采用互补性工艺搭建的制水方法，并且离子交换器中的再生剂进行循环使用，同时对水处理过程中产生的高浓度含盐废液进行回收利用，降低了水处理的成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：本发明公开了高效低排废的复式结构离子交换装置，包括：

水处理单元，其包括原水蓄水池、水过滤设备、钠离子交换器、精密过滤器和ro设备，所述水过滤设备的进液口与原水蓄水池连通，所述水过滤设备的出液口与钠离子交换器的进液口连通，所述钠离子交换器的出液口与精密过滤器的进液口连通，所述精密过滤器的出液口与ro设备的进液口连通；

废液处理及回收单元，其包括再生废液罐、压滤机、第一纳滤分离设备、dtro膜分离设备、第二纳滤分离设备和蒸发器，所述再生废液罐的废液进口与钠离子交换器的废液出口连通，所述再生废液罐的废液进口还与第二纳滤分离设备的废液出口连通，所述再生废液罐的废液出口与压滤机的废液进口连通，所述压滤机的废液出口与第一纳滤分离设备的废液进口连通，所述第一纳滤分离设备的出液口与原水蓄水池连通，所述第一纳滤分离设备的废液出口与dtro膜分离设备的废液进口连通，所述dtro膜分离设备的废液进口还与ro设备的废液出口连通，所述dtro膜分离设备的出液口与原水蓄水池连通，所述dtro膜分离设备的废液出口与第二纳滤分离设备的废液进口连通，所述第二纳滤设备的出液口与钠离子交换器的进液口、蒸发器和原水蓄水池均连通。

优选的是，所述水过滤设备包括预过滤设备和超滤设备，所述预过滤设备的出液口与超滤设备的进液口连通，所述超滤设备的废液出口还与污水处理装置连通。

优选的是，所述原水蓄水池与水过滤设备之间设置有水泵。

本发明提供了一种采用物理法且近零排放的制水方法，将包含钙和镁的给水中的钙离子和镁离子除去，且对反应中产生的含盐废水进行处理和回收利用，以制备软水产品，所述制水方法包括：

(a)水处理步骤，将所述给水在钠离子交换器内除去钙离子和镁离子，然后将已除去钙离子和镁离子的给水经过ro设备以除去钠离子，得到含钠离子浓溶液和纯水；

(b)含盐废水处理及回收步骤，将水处理步骤中得到的含钠离子浓溶液进行多次浓缩，然后将浓缩后的含钠离子浓溶液通过第一纳滤分离设备分离出一价阴阳离子溶液和高价阴阳离子溶液；将一价阴阳离子溶液回流至钠离子交换器，作为钠离子交换器再生剂将钠离子交换器中的钙和镁置换出来，同时得到含钙和镁离子的浓缩液溶液，实现钠离子交换器的再生；然后再将含钙和镁离子的浓缩液溶液与高价阴阳离子浓缩溶液进行反应以沉淀钙和镁，同时得到含盐溶液；将含盐溶液通过第二纳滤分离设备得到杂盐溶液和氯化钠清水溶液，杂盐溶液回流至给水中，氯化钠清水溶液进入ro设备进行浓缩，浓缩后的氯化钠清水溶液通过第一纳滤分离设备。

优选的是，水处理步骤(a)中得到的含钠离子浓溶液多次浓缩的倍数为100倍，含钙和镁离子的浓缩液溶液进行浓缩的倍数50倍，水处理步骤(b)中得到的氯化钠清水溶液浓缩至5-10％浓度。

优选的是，水处理步骤(a)中的ro设备为两级ro，将水处理步骤(a)中得到的含钠离子浓溶液先依次通过两级海水淡化和dtro膜分离设备，最后再通入到第一纳滤分离设备中。

优选的是，水处理步骤(a)中的给水在钠离子交换器内采用下进上出，含盐废水处理及回收步骤(b)中的一价阴阳离子溶液在钠离子交换器内采用上进下出。

优选的是，水处理步骤(a)的给水先经过预处理以除去给水中的泥沙以及其他固体颗粒。

优选的是，将含盐废水处理及回收步骤(b)中的一价阴阳离子溶液的一部分在蒸发器内结晶。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的物理法且近零排放的制水装置，采用水过滤设备：分级过滤水中存在的颗粒杂质，胶体，悬浮物及有机物等，使其达到后级软化器及ro设备的进水要求；精密过滤设备：过滤拦截软化器运行中产生的破碎树脂等杂质，保护一级ro设备；钠离子交换器：利用阳离子交换树脂对水中钙镁离子等进行置换吸附，树脂失效后利用再生剂氯化钠对树脂进行复苏，使其恢复工作能力，并将钙镁离子通过排废水排出，因排出废液的水量极少，本质上实现了钙镁离子的高倍浓缩，主要成分为氯化钙，氯化镁和再生过量残余氯化钠，技术手段上可以轻易实现钙镁离子的50-100倍浓缩，易与ro制水工艺中产生的浓缩液中碳酸根等高价阴离子进行沉淀化学反应。因水中钙镁离子已彻底除去，对后级ro和纳滤均起到长效的保护作用；ro设备：因其一级浓淡水比例约为1:4，也即其浓缩液可将原水溶解成份浓缩5倍，作为多级纯水工艺需求，在此基础上对一级纯水进行深度纯化，如为零排需求，需对其浓缩液进行多级浓缩，使其尽量趋近饱和溶解度，为后段结晶蒸发器作准备，主要成份为钠盐，因结晶蒸发器投入和运行费用均十分高昂，本工艺零排工艺线路中，采用多级ro的目的均为最大程度浓缩，减少末端蒸发器投入，甚至可以无需蒸发器，ro膜的投入级数的确定，是以将浓水中氯离子浓度浓缩至5-10％，使其具备作为再生剂为浓缩终点；一级海水淡化及二级海水淡化处理：均为采用ro膜的有一种特殊膜“海水淡化膜”进行水的浓淡水分离，产出一定比例的浓水和淡水；dtro膜分离设备：针对高含盐水进行淡化处理，也是ro膜的一种特殊应用，产出浓水和淡水；纳滤分离设备：利用纳滤膜对离子的选择性，拦截高价阴阳离子，滤过一价离子，因上述浓缩液中含有大量钠离子和氯离子(即为一价阴阳离子溶液)，其通过率可达到85％，一价阴阳离子溶液的主要成份即为软化设备再生所需氯化钠成份，另外，再生废液中也含有大量氯化钠，再生废液中钙镁离子被沉淀后，残留水溶液中含有氯化钠及未沉淀的杂盐溶液，需进行一次分盐回收，提高氯化钠的利用率，鉴于此废水中必然含有钙镁离子，故采用低压纳滤膜进行分盐，并定期进行纳滤设备清洗。

2、本发明的物理法且近零排放的制水方法，当水中含有较大量的易结垢阳离子，如钙镁离子等，对膜处理工艺影响极大，采用低排废量的预软化设备，对水中钙镁离子进行处理和浓缩。然后因原水钙镁离子已去除，可以不用投加阻垢剂而通过膜处理技术制备纯水，同时可以获得不含钙镁离子的原水浓缩液，膜段的多级浓缩液通过纳滤膜进行盐类分离，得到以氯化钠为主要成份的浓缩液和以高价盐为主要成份的杂盐浓缩液。氯化钠浓缩液作为工艺中钠离子交换器中所需再生剂循环利用，虽浓度不满足结晶条件，但满足预软化设备再生剂所需浓度，且减少了传统软化工艺中对氯化钠再生剂进行溶解和浓度控制的问题，同时高价盐浓缩液与钙镁离子浓缩液进行混合，使其产生化学沉淀。通过沉淀过滤后进行氯化钠盐回收后即可进行用于原水供给，将水全量回用。当钙镁离子大量沉淀后，即使必须采用结晶工艺，也可避免蒸发器设备出现恶性结垢隐患。从系统的角度而言，本制水方法贡献是工艺所需纯水，实现了无化学药剂投加的制备工艺，极大减少了纯水制备成本；另一种贡献是低成本的零排放处理工艺，其产出水作为工艺原水循环利用，产出物料为预处理钠离子软水制备工艺所需再生剂，减少了需结晶蒸发的浓缩液体量。产生固废为原水中固有可沉淀成份(主要为碳酸钙镁，硫酸钙镁等，经济价值不高，几无环境污染的成份)，无新污染源。

附图说明

图1是本发明的采用物理法且近零排放的制水装置的结构框图；

图2是本发明的采用物理法且近零排放的制水方法的工艺流程图；

图3是本发明的采用物理法且近零排放的制水方法的水处理步骤(a)的工艺流程图；

图4是本发明的采用物理法且近零排放的制水方法的含盐废水处理及回收步骤(b)的工艺流程图；

附图标记：1-水处理单元，2-废液处理及回收单元，3-原水蓄水池，4-水过滤设备，5-钠离子交换器，6-精密过滤器，7-ro设备，8-dtro膜分离设备，9-再生废液罐，10-压滤机，11-第一纳滤分离设备，12-第二纳滤分离设备，13-蒸发器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面结合实施例对本发明的采用物理法且近零排放的制水方法及装置作具体说明。

如图1所示，本发明的采用物理法且近零排放的制水装置，包括：

水处理单元1，其包括原水蓄水池3、水过滤设备4、钠离子交换器5、精密过滤器6和ro设备7，所述水过滤设备4的进液口与原水蓄水池3连通，所述水过滤设备4的出液口与钠离子交换器5的进液口连通，所述钠离子交换器5的出液口与精密过滤器6的进液口连通，所述精密过滤器6的出液口与ro设备7的进液口连通；

废液处理及回收单元2，其包括再生废液罐9、压滤机10、第一纳滤分离设备11、dtro膜分离设备8、第二纳滤分离设备12和蒸发器13，所述再生废液罐9的废液进口与钠离子交换器5的废液出口连通，所述再生废液罐9的废液进口还与第二纳滤分离设备12的废液出口连通，所述再生废液罐9的废液出口与压滤机10的废液进口连通，所述压滤机10的废液出口与第一纳滤分离设备11的废液进口连通，所述第一纳滤分离设备11的出液口与原水蓄水池3连通，所述第一纳滤分离设备11的废液出口与dtro膜分离设备8的废液进口连通，所述dtro膜分离设备8的废液进口还与ro设备7的废液出口连通，所述dtro膜分离设备8的出液口与原水蓄水池3连通，所述dtro膜分离设备8的废液出口与第二纳滤分离设备12的废液进口连通，所述第二纳滤设备的出液口与钠离子交换器5的进液口、蒸发器13和原水蓄水池3均连通。

所述水过滤设备4包括预过滤设备和超滤设备，所述预过滤设备的出液口与超滤设备的进液口连通，所述超滤设备的废液出口还与污水处理装置连通，污水处理装置处理少量的超滤设备排出的废水。

所述原水蓄水池3与水过滤设备4之间设置有水泵。

如图2-图4所示，本发明的采用物理法且近零排放的制水装置的工作流程如下：

1、水处理步骤(a)，将原水蓄水池3中的水通过水过滤设备4(如预过滤设备和超滤设备)进行原水预处理，以除去其中的泥沙或者其它大颗粒，然后再将原水通入到钠离子交换器5内，通过钠离子交换树脂置换原水中的钙和镁，然后在将软水通过精密过滤器6，进一步除去软水中的细小颗粒，避免软水进入到ro设备7内对ro膜造成堵塞，从精密过滤器6出来的软水先通入到过渡缓冲水池暂存缓冲过渡，然后在通过两级ro设备7淡化，通过两级ro设备7淡化后得到含钠离子浓溶液且这个过程浓缩倍数为5倍，得到含钠离子浓溶液和纯水产品；整个工艺工程未使用化学试剂，有效的防止水处理过程中产生新的化学污染，同时先采用钠离子交换器5除去钙镁，有效的防止了对ro设备7的ro膜的堵塞；

2、含盐废水处理及回收步骤(b)，以上水处理过程中将在ro设备7淡化过程中产生含钠离子浓溶液(含碳酸根、碳酸氢根、硫酸根、钾离子等)，此外含钠离子交换器5处理交换一段时间后，钠离子交换器5内的钠离子交换树脂上已经被钙镁离子结合饱和，这时需要对钠离子交换树脂再生，就需要向钠离子交换器5内通入再生剂(氯化钠溶液)，置换出钙镁离子的溶液，将ro设备7产生的钠离子溶液依次通过两级海水淡化处理和dtro膜分离设备8淡化处理，产生的淡水回流至原水蓄水池3；而含钠离子溶液的浓水(含钠离子)经过多级的浓缩后，浓度为刚出ro设备7时的20倍，在通入到第二纳滤分离设备12内，分离出一价阴阳离子溶液(即为氯化钠溶液，主要成分氯化钠，浓度为5-10％)和高价阴阳离子溶液(主要成分碳酸氢钠、硫酸钠等高价盐)，一价阴阳离子溶液回流至钠离子交换器5内置换钙镁离子，而高价阴阳离子溶液回流到再生废液罐9内，同时从钠离子交换器5内出来的含钙镁离子的溶液浓缩50倍进入到再生废液罐9内，含钙镁离子的溶液产生钙镁离子的高价盐沉淀，然后从再生废液罐9内得到的溶液先通入到压滤机10，过滤掉沉淀，从压滤机10出来的溶液再进入到得第一纳滤分离设备11，从第一纳滤分离设备11中分离出杂盐溶液回流至原水蓄水池3中，从第一纳滤分离设备11中分离出的氯化钠溶液进入到dtro设备7中浓缩，进行同样的工艺循环过程；当从第二纳滤分离设备12出来的一价阴阳离子溶液的产出量过高时,可通过蒸发器13结晶过量的氯化钠，维持氯化钠的进出量平衡，产出蒸汽或凝结水可作为制水过程的水温保持热源；实现了整个方法中的废液的循环利用。

水处理步骤(a)中的给水在钠离子交换器内采用下进上出，含盐废水处理及回收步骤(b)中的一价阴阳离子溶液在钠离子交换器内采用上进下出，一价阴阳离子溶液为含氯化钠的浓溶液。由于钙镁离子相较于钠离子的分子量较大，回收步骤(b)中的一价阴阳离子溶液和氯化钠溶液在钠离子交换器5内采用上进下出保证结合在钠离子交换树脂上的钙镁离子能够完全被置换出来，保证置换的效率。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。