申请日2015.06.10
公开(公告)日2015.09.30
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，包括过滤浓缩单元、煤焦油回收单元、酚分离回收单元、氨氮回收单元、脱硫单元、一级生化处理单元、电解单元、二级生化单元、废水深度处理单元、脱盐再生水生产单元和污泥处理单元共十一个单元。该发明通过膜过滤、煤焦油回收、脱酚、脱氨、脱硫、厌氧处理、好氧处理、电解、反渗透脱盐、污泥处理等组合装置，进行兰炭废水的深度处理，最终实现废水再生水循环利用，实现污染消除和资源节约，不仅实现了资源的回收利用，而且大幅度降低了兰炭废水的处理成本。
摘要附图
权利要求书
1.基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：包括过滤浓缩单元、煤焦油回收单元、酚分离回收单元、氨氮回收单元、脱硫单元、一级生化处理单元、电解单元、二级生化单元、废水深度处理单元、脱盐再生水生产单元和污泥处理单元共十一个单元;兰炭废水经过废水管道、泵和阀门与过滤浓缩单元的进水口联接，过滤浓缩单元的出水口与煤焦油的回收单元进水口联接，煤焦油回收单元的兰炭废水出口与酚分离回收单元的进水口联接，酚分离回收单元的出水口与氨氮回收单元的进水口联接，氨氮回收单元的出水口与脱硫单元的进水口连接，脱硫单元的兰炭废水出口与一级生化处理单元的进水口联接，一级生化处理单元的出水口与电解单元的进水口联接，电解单元的出水口与二级生化单元的进水口联接，二级生化单元的出水口与废水深度处理单元的进水口联接，废水深度处理单元的出水口与脱盐再生水生产单元的进水口联接，脱盐再生水生产单元的再生水出口联接一再生水贮罐的进口，脱盐再生水生产单元的浓缩水出口联接一结晶罐的进口;脱硫单元、一级生化处理单元、二级生化单元的污泥出口经过污泥泵和排泥管与污泥处理单元的进口联接。
2.如权利要求1所述的基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：所述的过滤浓缩单元由调节池、事故池、格栅或筛网、贮水罐、pH调节池、陶瓷膜或金属膜过滤浓缩系统、兰炭废水浓缩液贮罐和兰炭废水透析液贮罐构成;焦油回收池的兰炭废水经过废水管道、泵和三通阀与调节池、事故池的废水进口联接，调节池、事故池的出水口通过三通与格栅或筛网进水口联接，格栅或筛网出水口与贮水罐的进水口联接，贮水罐的出水口与pH调节池进水口联接，pH调节池出水口联接陶瓷膜或金属膜过滤浓缩系统的进水口联接，陶瓷膜或金属膜过滤浓缩系统的透析液出口与兰炭废水透析液贮罐的进水口联接，陶瓷膜或金属膜过滤浓缩系统的浓缩液出口与兰炭废水浓缩液贮罐进口联接，兰炭废水浓缩液贮罐的出口与煤焦油回收单元的废水贮存池的进口联接;pH调节池顶部还设有废气收集罩，废气回收罩通过管道与废气洗气罐的进口联接。
3.如权利要求1所述的基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：所述的煤焦油回收单元至少由重力分离池、焦油收集罐和脱焦兰炭废水收集池构成;兰炭废水浓缩液贮罐的出水口与重力分离池的进水口联接，重力分离池的焦油出口与焦油收集罐的进口联接;重力分离池的出水口与脱焦兰炭废水收集池的进水口联接，脱焦兰炭废水收集池的出水口与酚分离回收单元的进水口联接。
4.如权利要求1所述的基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：所述的煤焦油回收单元包括离心机、焦油收集罐和脱焦兰炭废水收集池;兰炭废水浓缩液贮罐的出水口与离心机的进水口联接，离心机的焦油出口与焦油收集罐的进口联接;离心机的出水口与脱焦兰炭废水收集池的进水口联接，脱焦兰炭废水收集池的出水口与酚分离回收单元的进水口联接。
5.如权利要求1所述的基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：所述的酚分离回收单元由萃取装置、反萃取装置、有机相贮罐、粗酚贮罐、脱酚兰炭废水收集池构成;萃取装置进水口与脱焦兰炭废水收集池及兰炭废水透析液贮罐的出水口联接，萃取装置有机相贮罐通过管道、计量泵和阀门与萃取装置的溶剂罐入口联接，萃取装置有机相出口与反萃取装置的进口联接，反萃取装置的有机相出口与溶剂罐联接，反萃取装置的无机相出口与粗酚贮罐联接;萃取装置无机相出口与脱酚兰炭废水收集池的进水口联接。
6.如权利要求1所述的基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：所述的酚分离回收单元由萃取装置、溶剂蒸发装置、有机相贮罐、粗酚贮罐、脱酚兰炭废水收集池构成;萃取装置进水口与脱焦兰炭废水收集池和兰炭废水透析液贮罐的出水口联接，萃取装置有机相贮罐通过管道、计量泵和阀门与萃取装置的溶剂罐入口联接，萃取装置有机相出口与溶剂蒸发装置的进口联接，溶剂蒸发装置的有机相出口与有机相贮罐联接，溶剂蒸发装置的镏余相出口与粗酚贮罐联接;萃取装置兰炭废水出口与脱酚兰炭废水收集池联接;所述的萃取装置是离心萃取装置、脉冲筛板萃取装置、振动萃取装置、文氏管萃取装置和卧式串联萃取装置的一种。
7.如权利要求1所述的基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：所述的氨分离回收单元由pH调节池、氨蒸馏塔、氨吸收塔和脱氨兰炭废水收集池构成;脱酚兰炭废水收集池的出水口与氨分离回收单元的pH调节池进口联接，pH调节池出口与氨蒸馏塔进口联接，氨蒸馏塔的氨气出口与氨吸收塔的进口联接，氨蒸馏塔的废水出口与脱氨兰炭废水收集池进水口联接。
8.如权利要求1所述的基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：所述脱硫单元至少由酸贮罐、pH调节池、硫酸亚铁贮罐、脱硫反应罐、硫化铁沉淀池构成;氨分离回收单元的出水口与pH调节池的进水口联接，pH调节池的出水口与脱硫反应罐的进水口联接，脱硫反应罐的出水口与硫化铁沉淀池的进水口联接，硫化铁沉淀池的出水口接一级生化单元的进水口，脱硫反应罐的污泥出口接污泥处理单元的进口;酸贮罐通过酸计量泵和管道与pH调节池联接;硫酸亚铁贮罐通过计量泵和管道与脱硫反应罐联接。
9.如权利要求1所述的基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：所述一级生化处理单元由pH调节池、厌氧池一、兼氧池、好氧池一和沉淀池构成;脱硫单元的兰炭废水出口与pH调节池的进口联接，pH调节池的出口与厌氧池一的进水口联接，厌氧池一的出水口与兼氧池进口联接，兼氧池出口与好氧池一的进口联接，好氧池一的出口与沉淀池联接，沉淀池的出水口与电解单元的进口联接。
10.如权利要求1所述的基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：所述的二级生化处理单元由还原池、厌氧池二、好氧池二和二沉池构成;还原池的进水口接电解单元出水口，还原池的出水口与厌氧池二的进水口联接，厌氧池二的出水口与好氧池二的进水口联接，好氧池二的出水口与二沉池的进水口联接，二沉池的出水口与废水深度处理单元的进水口联接。
11.如权利要求1所述的基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：所述的废水深度处理单元由MBR装置或曝气生物滤池构成构成，MBR装置的膜组件选自聚偏氟乙烯中空纤维膜、聚丙烯中空纤维膜、聚砜中空纤维膜、聚醚砜、聚丙烯腈和聚氯乙烯中空纤维膜中的一种，膜孔径为0.10～0.2μm，工作压力为-1～-50kPa，工作温度为5～45℃。
12.如权利要求1所述的基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：所述的脱盐再生水生产单元是反渗透过滤脱盐装置、纳滤过滤脱盐装置、电渗析脱盐装置或电容吸附去离子装置的一种;脱盐再生水生产单元的进水口与废水深度处理单元的深度处理水贮罐的出水口联接，脱盐再生水生产单元的再生水出口与再生水贮罐联接，脱盐再生水生产单元的浓缩水出口与结晶罐的进水口联接;反渗透系统的反渗透膜组件为卷式膜组件，膜材料为有机膜中醋酸纤维膜或复合膜，膜材料的截留分子量为50～200MWCO，进压为6.0～45.0bar，出压为4.5～33.5 bar;纳滤系统中的纳滤膜组件为管式膜组件、卷式膜组件或平板膜组件的一种，工作压力为6～45bar，工作温度为20～45℃;电渗析系统的工作条件是操作电压压力0.5～3.0 kg/cm2，操作电压50～250V，电流强度1～3A;电容吸附去离子系统的工作条件是直流电压为110V～2×106V。
13.如权利要求1所述的基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：所述污泥处理单元至少由污泥浓缩池、理化调节池和污泥脱水机构成;脱硫单元、一级生化处理单元、二级生化处理单元产生的污泥经过污泥排放口、污泥泵和管道与污泥浓缩池的进口联接，污泥浓缩池的出口与理化调节池的进口联接，理化调节池的出口与脱水机的进口联接。
说明书
基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置
技术领域
本发明属于环境工程的水污染治理领域，更为具体地说是指一种基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置。
背景技术
兰炭又称半焦，焦粉，是铁合金、煤制气、煤化工生产的重要原料，是原煤经过低温干馏(650℃左右)而得。兰炭生产、煤气净化过程会产生废水，称之为兰炭废水，是一种成分复杂、污染物浓度高、性质稳定、可生化性差，处理难度极大的工业废水。兰炭废水中的无机污染物主要有硫化物、氰化物、氨氮和硫氰化物等;有机污染物以煤焦油类物质为主，酚类化合物的含量很高，此外，还含有多环的芳香族化合物及含氮、硫、氧的杂环化合物等。兰炭废水与焦化废水完全不同，见表1兰炭废水与焦化废水主要污染物指标对比。从表1和表2对比可知，兰炭废水主要污染物指标是焦化废水的十倍。因此，尽管焦化废水的处理方法不少，但其处理方法不适用于兰炭废水。目前，兰炭废水的处理还没有成熟的方法，其处理方法和其主要成分综合利用十分迫切。何斌、王亚娥在《广西化工》第36卷第12期报告了蒸氨-脱酚-SBR处理兰炭废水的研究;杨义普等在《环境工程学报》第8卷第十二期介绍了兰炭废水中酚类物质萃取及回收的效果，但都只是解决兰炭废水某个角度的问题。尽管当前关于兰炭废水处理的方法报到不少，但目前还没有完善而成熟而实用的兰炭废水处理方法。
表1兰炭废水与焦化废水主要污染物指标
序号 主要污染物 兰炭废水 焦化废水 1 pH 8～10 8～9 2 焦油 (mg/L) 5000～40000 100～200 3 COD (mg/L) 10000～75000 3500～5000 4 BOD (mg/L) 3000～5000 1170～2000 5 氨氮 (mg/L) 500～5000 200～400 6 总酚 (mg/L) 1000～6000 600～800 7 色度(倍) 10000～30000 1000～1500
兰炭废水的水质特点决定了其复杂的危害性。例如，其中所含氨氮、酚类化合物和芳香族化合物对生态环境存在巨大威胁。此外，兰炭废水中的煤焦油、氨、酚等工业副产品还具有回收利用的价值。
发明内容
本发明提供一种基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其主要目的在于克服现有兰炭废水处理及煤焦油回收技术的不足，以及兰炭废水中同时回收焦油、氨和酚的技术空缺。
本发明采用如下技术方案：
基于膜浓缩的兰炭废水处理再生及资源回收利用装置，其特征在于：包括过滤浓缩单元、煤焦油回收单元、酚分离回收单元、氨氮回收单元、脱硫单元、一级生化处理单元、电解单元、二级生化单元、废水深度处理单元、脱盐再生水生产单元和污泥处理单元共十一个单元;兰炭废水经过废水管道、泵和阀门与过滤浓缩单元的进水口联接，过滤浓缩单元的出水口与煤焦油的回收单元进水口联接，煤焦油回收单元的兰炭废水出口与酚分离回收单元的进水口联接，酚分离回收单元的出水口与氨氮回收单元的进水口联接，氨氮回收单元的出水口与脱硫单元的进水口连接，脱硫单元的兰炭废水出口与一级生化处理单元的进水口联接，一级生化处理单元的出水口与电解单元的进水口联接，电解单元的出水口与二级生化单元的进水口联接，二级生化单元的出水口与废水深度处理单元的进水口联接，废水深度处理单元的出水口与脱盐再生水生产单元的进水口联接，脱盐再生水生产单元的再生水出口联接一再生水贮罐的进口，脱盐再生水生产单元的浓缩水出口联接一结晶罐的进口;脱硫单元、一级生化处理单元、二级生化单元的污泥出口经过污泥泵和排泥管与污泥处理单元的进口联接。
所述的过滤浓缩单元由调节池、事故池、格栅或筛网、贮水罐、pH调节池、陶瓷膜或金属膜过滤浓缩系统、兰炭废水浓缩液贮罐和兰炭废水透析液贮罐构成;焦油回收池的兰炭废水经过废水管道、泵和三通阀与调节池、事故池的废水进口联接，调节池、事故池的出水口通过三通与格栅或筛网进水口联接，格栅或筛网出水口与贮水罐的进水口联接，贮水罐的出水口与pH调节池进水口联接，pH调节池出水口联接陶瓷膜或金属膜过滤浓缩系统的进水口联接，陶瓷膜或金属膜过滤浓缩系统的透析液出口与兰炭废水透析液贮罐的进水口联接，陶瓷膜或金属膜过滤浓缩系统的浓缩液出口与兰炭废水浓缩液贮罐进口联接，兰炭废水浓缩液贮罐的出口与煤焦油回收单元的废水贮存池的进口联接;pH调节池顶部还设有废气收集罩，废气回收罩通过管道与废气洗气罐的进口联接。
所述的煤焦油回收单元至少由重力分离池、焦油收集罐和脱焦兰炭废水收集池构成;兰炭废水浓缩液贮罐的出水口与重力分离池的进水口联接，重力分离池的焦油出口与焦油收集罐的进口联接;重力分离池的出水口与脱焦兰炭废水收集池的进水口联接，脱焦兰炭废水收集池的出水口与酚分离回收单元的进水口联接。
所述的煤焦油回收单元包括离心机、焦油收集罐和脱焦兰炭废水收集池;兰炭废水浓缩液贮罐的出水口与离心机的进水口联接，离心机的焦油出口与焦油收集罐的进口联接;离心机的出水口与脱焦兰炭废水收集池的进水口联接，脱焦兰炭废水收集池的出水口与酚分离回收单元的进水口联接。
所述的酚分离回收单元由萃取装置、反萃取装置、有机相贮罐、粗酚贮罐、脱酚兰炭废水收集池构成;萃取装置进水口与脱焦兰炭废水收集池及兰炭废水透析液贮罐的出水口联接，萃取装置有机相贮罐通过管道、计量泵和阀门与萃取装置的溶剂罐入口联接，萃取装置有机相出口与反萃取装置的进口联接，反萃取装置的有机相出口与溶剂罐联接，反萃取装置的无机相出口与粗酚贮罐联接;萃取装置无机相出口与脱酚兰炭废水收集池的进水口联接。
所述的酚分离回收单元由萃取装置、溶剂蒸发装置、有机相贮罐、粗酚贮罐、脱酚兰炭废水收集池构成;萃取装置进水口与脱焦兰炭废水收集池和兰炭废水透析液贮罐的出水口联接，萃取装置有机相贮罐通过管道、计量泵和阀门与萃取装置的溶剂罐入口联接，萃取装置有机相出口与溶剂蒸发装置的进口联接，溶剂蒸发装置的有机相出口与有机相贮罐联接，溶剂蒸发装置的镏余相出口与粗酚贮罐联接;萃取装置兰炭废水出口与脱酚兰炭废水收集池联接;所述的萃取装置是离心萃取装置、脉冲筛板萃取装置、振动萃取装置、文氏管萃取装置和卧式串联萃取装置的一种。
所述的萃取装置是离心萃取装置、脉冲筛板萃取装置、振动萃取装置、文氏管萃取装置和卧式串联萃取装置的一种。
所述的氨分离回收单元由pH调节池、氨蒸馏塔、氨吸收塔和脱氨兰炭废水收集池构成;脱酚兰炭废水收集池的出水口与氨分离回收单元的pH调节池进口联接，pH调节池出口与氨蒸馏塔进口联接，氨蒸馏塔的氨气出口与氨吸收塔的进口联接，氨蒸馏塔的废水出口与脱氨兰炭废水收集池进水口联接。
所述脱硫单元至少由酸贮罐、pH调节池、硫酸亚铁贮罐、脱硫反应罐、硫化铁沉淀池构成;氨分离回收单元的出水口与pH调节池的进水口联接，pH调节池的出水口与脱硫反应罐的进水口联接，脱硫反应罐的出水口与硫化铁沉淀池的进水口联接，硫化铁沉淀池的出水口接一级生化单元的进水口，脱硫反应罐的污泥出口接污泥处理单元的进口;酸贮罐通过酸计量泵和管道与pH调节池联接;硫酸亚铁贮罐通过计量泵和管道与脱硫反应罐联接。
所述一级生化处理单元由pH调节池、厌氧池一、兼氧池、好氧池一和沉淀池构成;脱硫单元的兰炭废水出口与pH调节池的进口联接，pH调节池的出口与厌氧池一的进水口联接，厌氧池一的出水口与兼氧池进口联接，兼氧池出口与好氧池一的进口联接，好氧池一的出口与沉淀池联接，沉淀池的出水口与电解单元的进口联接。
所述的二级生化处理单元由还原池、厌氧池二、好氧池二和二沉池构成;还原池的进水口接电解单元出水口，还原池的出水口与厌氧池二的进水口联接，厌氧池二的出水口与好氧池二的进水口联接，好氧池二的出水口与二沉池的进水口联接，二沉池的出水口与废水深度处理单元的进水口联接。
所述的废水深度处理单元由MBR装置或曝气生物滤池(BAF)构成;MBR装置的膜组件选自聚偏氟乙烯中空纤维膜、聚丙烯中空纤维膜、聚砜中空纤维膜、聚醚砜、聚丙烯腈和聚氯乙烯中空纤维膜中的一种，膜孔径为0.10～0.2μm，工作压力为-1～-50kPa，工作温度为5～45℃。
所述的脱盐再生水生产单元是反渗透过滤脱盐装置、纳滤过滤脱盐装置、电渗析脱盐装置或电容吸附去离子装置的一种;脱盐再生水生产单元的进水口与废水深度处理单元的深度处理水贮罐的出水口联接，脱盐再生水生产单元的再生水出口现再生水贮水池联接，脱盐再生水生产单元的浓缩水出口与结晶池的进水口联接。
所述污泥处理单元至少由污泥浓缩池、理化调节池和污泥脱水机构成;脱硫单元、一级生化处理单元、二级生化处理单元产生的污泥经过污泥排放口、污泥泵和管道与污泥浓缩池的进口联接，污泥浓缩池的出口与理化调节池的进口联接，理化调节池的出口与脱水机的进口联接。
如上所述，各单元对兰炭废水的主要污染物去除效果如表2。
表2 各单元对主要污染指标的去除效果表
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
(1)膜过滤将兰炭废水中的焦油浓缩到浓缩液中，可以大幅度减少废水离心的体积，节省设备和构筑物投资和降低能耗，降低生产成本。
(2)通过重力沉降分离或离心分离，可以从每立方废水中回收5～40公斤的煤焦油，不仅实现了兰炭废水中煤焦油的回收利用，而且将废水的COD降低一半以上，大幅度降低色度，保证后续生产工艺的进行。
(3)膜过滤所得的透析液和煤焦油的回收所得的脱焦油废水混合，萃取分离，可以从每立方废水中回收1～6公斤的粗酚，实现兰炭废水中酚的回收利用，又根除了酚对后端废水生化处理的危害。
(4)脱氨所得的脱酚后的兰炭废水经过调节pH、加热蒸发后可脱除氨气，可从每立方废水中回收0.5～5公斤的氨，实现氨的回收利用。
(5)通过膜过滤、煤焦油回收、脱酚、脱氨、厌氧处理、好氧处理、电解反渗透脱盐等过程的组合处理装置，进行兰炭废水的深度处理，最终实现废水再生水循环利用，实现污染消除和资源节约。
(6)通过煤焦油、酚、氨等资源的回收利用，不仅实现了资源的回收利用，而且大幅度降低了兰炭废水的处理成本。