一种制膜高浓度有机废水的深度处理系统及其处理方法与流程

本发明涉及一种废水处理技术，特别涉及一种制膜高浓度有机废水的深度处理系统及其处理方法。

背景技术：

1、高分子分离膜广泛用于水质净化、海水淡化、生物制药以及新能源等领域，其制备过程会产生大量高浓度有机废水，其深度处理领域面临着一系列挑战；主要是由于废水中含有大量难降解的有机物，例如：二甲基乙酰胺(dmac)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、各种添加剂及部分残留聚合物等，其高污染，难生化降解，对生物具有抑制作用。此外，这类废水具有高化学需氧量(cod)且大多为含氮有机物，处理含氮有机废水不仅需要高效降解有机物，还须同时实现氮的有效去除，增加了处理过程的复杂性和难度。

2、利用单一方法处理制膜废水在实际应用中面临诸多挑战。虽然蒸发法是一种有效的处理手段，但通常伴随着较高的运行成本和基础设施投资。此外，传统蒸发技术在高温条件下可能导致有机溶剂分解，生成酸性物质和铵盐，从而腐蚀设备并产生新的污染物。因此，需要额外的处理步骤来处理这些副产物，进一步增加了整体处理过程的复杂性和成本。特别是，高浓度制膜废水通常可生化性差，导致其难以通过传统生物处理方法被微生物有效分解。这一特性主要源于废水中复杂的有机结构、高浓度的污染物以及潜在的有毒物质，这些因素共同抑制了微生物的生长和代谢活动。

3、采用电化学高级氧化技术处理高浓度制膜废水可以取得高效的污染物去除率，这种方法能够有效地促进有机物的分解和转化。但是，该技术通常需要使用特定的电催化剂和电极，如贵金属催化剂或特定的过渡金属化合物，这些电极材料运行操作电压较高、成本较高、稳定性不足及产氢产氧等，需要定期更换或补充，从而导致整体处理成本显著增加。

4、对于众多制膜企业而言，场地限制使得安装和运行水处理设备的可用面积非常有限，极大地增加了废水处理的挑战和压力。

5、高浓度制膜废水主要源自制膜企业的核心生产制膜环节，例如凝固浴和漂洗槽单元；同时，这些企业在其它非制膜单元(膜组件加工测试、纯水制备等)也会产生cod相对较低的废水。鉴于废水性质的差异，采用分质处理方法对这两类废水进行区别处理，对于提高处理效率和降低成本具有显著优势。制膜中高浓度易挥发、难生化降解、对生物具有抑制作用的物质可以通过低温蒸发技术处理，通过减压降低沸点并在低于60℃的操作温度下进行，大幅减轻了后续处理负荷，也避免了有机溶剂的热分解。

6、虽然低温蒸发技术在降低高污染、难生化降解、对生物具有抑制作用的污染物方面表现优秀，但仍无法保证处理后水质完全满足严格的排放标准。因此，必须采取生化处理，特别是对于场地有限的情况，膜生物反应器(mbr)技术是理想的选择。mbr不仅能显著降低cod，还通过硝化和反硝化过程将氮转化为氮气，实现总氮(tn)的高效处理。mbr技术以其高效的有机物去除、紧凑的系统设计、简便的操作和低污泥产量，以及能实现泥水分离等优势，已成为必要技术。

7、电催化膜反应器耦合臭氧技术是一种新型高级氧化工艺，通过电化学氧化和臭氧氧化的协同作用产生羟基自由基，从而进一步降解有机物，实现深度净化，达到排放标准，同时避免二次污染。

8、反渗透技术是一种基于半透膜的物理分离工艺，通常作为废水处理流程中的后端技术，通过压力差驱动，实现水与溶解性污染物的高效分离，从而进一步去除前端处理后残留的污染物，并回收水资源。该技术具有较强的适应性，能够应对不同进水水质和水量的变化，且已在工业废水处理领域得到广泛应用，充分证明了其在高浓度制膜废水处理中的显著优势。

9、因此，特别需要一种制膜高浓度有机废水的深度处理系统及其处理方法，以解决上述现有存在的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种制膜高浓度有机废水的深度处理系统及其处理方法，针对现有技术的不足，不仅提高了处理效率，也降低了运营成本，实现高浓度制膜废水的深度处理或回用，确保处理后的水质指标满足严格的排放标准，具有实用价值和广泛的应用前景。

2、本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种制膜高浓度有机废水的深度处理系统，包括低温蒸发器、调节池、mbr处理单元和电催化膜反应器耦合臭氧装置；制膜高浓度有机废水进入低温蒸发器，其它非制膜废水进入调节池，制膜高浓度有机废水经过低温蒸发器蒸发，制膜高浓度有机废水中的水和少量挥发性有机物形成蒸馏液进入调节池，有机溶剂、各种添加剂及部分残留聚合物等高污染、难生化降解、对生物具有抑制作用的物质形成浓缩液委外处理；调节池的废水进入mbr处理单元，通过微生物的代谢(好氧降解及硝化反硝化)高效去除有机物和氮亦即同步脱碳脱氮，实现泥水分离；mbr处理单元的出水进入电催化膜反应器耦合臭氧装置，通过电化学氧化和臭氧氧化的协同作用，进一步降解有机物，实现深度净化，处理后的水质满足排放标准。

4、在本发明的一个实施例中，所述低温蒸发器用于处理制膜高浓度有机废水，利用减压技术降低溶液沸点，溶液通过循环泵在换热器中雾化并蒸发，产生的水汽经冷凝装置冷却。

5、在本发明的一个实施例中，所述mbr处理单元用于处理经低温蒸发器处理的制膜废水形成的蒸馏液与其它非制膜废水的混合废水；所述mbr处理单元包括缺氧池、好氧池和mbr膜池，实现有机物和氮同步去除；缺氧池用于配合好氧池回流的硝化液进行脱氮反应，去除有机物；好氧池用于将含氮有机物氧化为氨氮，再进一步转化为硝酸盐，形成硝化液后回流至缺氧池，同时高效去除大部分有机物；mbr膜池用于活性污泥和水的固液分离，确保出水清澈，并将部分活性污泥回流至好氧池，维持系统中微生物的浓度和活性。

6、在本发明的一个实施例中，所述电催化膜反应器耦合臭氧装置包括电解槽、多孔导电炭膜组件、臭氧发生器、曝气系统、臭氧尾气破坏器、水泵和直流电源；所述电解槽上设置有废水入口、废水排口、排气口和进气口；所述电解槽内设置有若干多孔导电炭膜组件和曝气系统，所述曝气系统设置在所述电解槽的底部，所述曝气系统与所述臭氧发生器相连接，所述电解槽的排气口和所述臭氧尾气破坏器相连接；所述多孔导电炭膜组件的阴极通过外电路连接线与所述直流电源的负极相连接，所述多孔导电炭膜组件的阳极通过外电路连接线与所述直流电源的正极相连接，所述多孔导电炭膜组件的透过液出口与所述水泵的进水端相连接，所述水泵的出水端与所述电解槽的废水入口相连。

7、进一步，所述多孔导电炭膜组件的阴极为若干平均孔径为100-500nm的多孔导电炭膜，所述多孔导电炭膜组件的阳极为石墨板，所述多孔导电炭膜组件的阴极和所述多孔导电炭膜组件的阳极的间距为1-3cm。

8、进一步，所述多孔导电炭膜为活性炭材质制备，其封装在亚克力密封件内，亚力克密封件上设置有外电路连接线和透过液出口，透过液出口与水泵的进水端相连接，水泵的出水端与电解槽的废水入口相连接。

9、在本发明的一个实施例中，还包括反渗透装置，用于对mbr处理单元的出水进行进一步净化处理；mbr处理单元的出水进入反渗透装置进行处理，反渗透装置产生的浓缩液进入电催化膜反应器耦合臭氧装置，提升可生化性，电催化膜反应器耦合臭氧装置的出水进入mbr处理单元进行处理，反渗透装置的透过液直接回用。

10、第二方面，本发明提供一种制膜高浓度有机废水的深度处理系统的处理方法，包括如下步骤：

11、步骤1、高浓度制膜废水收集，包括分别收集制膜高浓度有机废水与其它非制膜废水；

12、步骤2、制膜高浓度有机废水进入低温蒸发器，其它非制膜废水进入调节池，制膜高浓度有机废水经过低温蒸发器蒸发，制膜高浓度有机废水中的水和少量挥发性有机物形成蒸馏液进入调节池，有机溶剂、各种添加剂及部分残留聚合物等高污染、难生化降解、对生物具有抑制作用的物质形成浓缩液委外处理；

13、步骤3、调节池的废水进入mbr处理单元，通过微生物的代谢高效去除有机物和氮亦即同步脱碳脱氮，实现泥水分离；mbr处理单元包括缺氧池、好氧池和mbr膜池，缺氧池用于配合好氧池回流的硝化液进行脱氮反应，去除有机物；好氧池用于将含氮有机物氧化为氨氮，再进一步转化为硝酸盐，形成硝化液后回流至缺氧池，同时高效去除大部分有机物；mbr膜池用于活性污泥和水的固液分离，确保出水清澈，并将部分活性污泥回流至好氧池，维持系统中微生物的浓度和活性；

14、步骤4、mbr处理单元的出水进入电催化膜反应器耦合臭氧装置，通过电化学氧化和臭氧氧化的协同作用，进一步降解有机物，实现深度净化，处理后的水质满足排放标准。

15、在本发明的一个实施例中，所述低温蒸发器在低温条件下进行蒸发处理，操作温度为35-60℃，操作压力为一0.05至-0.095mpa；适合处理cod≥3000mg/l，tn≥250mg/l的废水，实现cod去除率为50-97％，tn去除率为50-97％。

16、在本发明的一个实施例中，所述缺氧池和所述好氧池的污泥浓度为3000-10000mg/l，较佳范围5000-8000mg/l；曝气量为0.5-1.5m3/h，较佳范围0.8-1.2m3/h；污泥回流比在100-200％；水力停留时间为20-48h；所述mbr膜池中的膜通量为15-30lm-2h-1；适合处理混合废水，cod为150-3000mg/l，tn为18-250mg/l，实现cod去除率为75-97％，tn去除率为50-80％。

17、在本发明的一个实施例中，将mbr处理单元的出水引入电催化膜反应器耦合臭氧装置的电解槽中；启动直流电源，在电解槽内的多孔导电炭膜组件的阳极和阴极上分别施加正负电压；将臭氧通过曝气系统曝入电解槽的废水中；在负压作用下，使废水由多孔导电炭膜组件的阴极表面进入膜内部的孔道结构，水中溶解的臭氧发生电催化反应产生具有强氧化能力的羟基自由基等活性物质，实现有机物的深度处理，确保处理后的水质满足排放标准。

18、在本发明的一个实施例中，所述电催化膜反应器耦合臭氧装置的操作电压为1.5-5.0v，较佳范围1.5-3.0v；水力停留时间为30-180min；臭氧投加量为50-300mg/l，较佳范围100-200mg/l；水泵流速控制在20-200lm-2h-1；适合处理mbr处理单元的出水，cod为30-500mg/l，tn为10-70mg/l，其中，cod去除率为80-98％，tn去除率为20-35％，实现制膜废水深度净化或达标排放。

19、在本发明的一个实施例中，还包括如下步骤，mbr处理单元的出水进入反渗透装置进行处理，反渗透装置产生的浓缩液进入电催化膜反应器耦合臭氧装置，提升可生化性，电催化膜反应器耦合臭氧装置的出水进入mbr处理单元进行处理，反渗透装置的透过液直接回用。

20、进一步，mbr处理单元的出水必须满足反渗透膜装置的进水要求，即cod为＜60mg/l，tn为＜30mg/l；反渗透装置对cod去除率为95-100％，tn去除率为93-100％；纯水回收率≥70％，脱盐率≥99％，且透过液电导率≤10μ s/cm，可以回用。

21、本发明的优点如下：

22、(1)通过综合应用高浓度制膜废水分类收集、低温蒸发器、mbr和电催化膜反应器耦合臭氧装置等集成技术，实现了对高浓度制膜废水的高效处理；

23、(2)采用高浓度制膜废水分类收集，根据废水特性选择最佳处理方式，提高效率；

24、(3)采用低温蒸发技术，大量去除水分和部分挥发性污染物，同时避免有机溶剂热分解；

25、(4)mbr技术结合缺氧/好氧两级生物及膜过滤处理，高效去除有机物和氮，确保出水清澈；

26、(5)电催化膜反应器耦合臭氧装置通过电化学氧化和臭氧氧化的协同作用，进一步降解有机物，实现深度净化，确保处理后的水质满足排放标准；

27、(6)反渗透装置处理后的透过液能实现高效回用，并在工业生产中循环使用，显著提升水资源的利用率；

28、(7)占地面积小，高效、低能耗，且适应性强，能够满足各类制膜废水的深度处理需求，确保处理后的水质达到排放标准。

29、本发明的制膜高浓度有机废水的深度处理系统及其处理方法，与现有技术相比，不仅提高了处理效率，也降低了运营成本，实现高浓度制膜废水的深度处理或回用，占地面积小、高效、低能耗，确保处理后的水质指标满足严格的排放标准，适合于各类制膜废水的深度处理或回用，具有实用价值和广泛的应用前景。，实现本发明的目的。

30、本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。