申请日2014.11.28
公开(公告)日2015.04.01
IPC分类号C02F9/10
摘要
一种节能难生物降解有机废水深度处理系统，该系统包括正渗透膜浓缩装置和多效蒸发器，正渗透膜浓缩装置包括FO 膜密闭交换箱、汲取液回收利用装置和清水回收装置，FO 膜密闭交换箱至少设置一级，汲取液回收利用装置与各级FO膜密闭交换箱分别通过电动阀门连接，清水回收装置与汲取液回收利用装置连接，各级FO膜密闭交换箱依次通过排液电动阀门连接，且均通过超越电动阀门与母液焚烧炉连接。该系统针对难生物降解有机废水的高渗透压特性，通过配制依数性更高的汲取液，利用溶液的依数性差异带来的渗透压差，使难生物降解有机废水得到高效浓缩的同时回收循环利用水资源，产生电能;运行过程实现自动联锁控制，可根据不同进水条件调整运行方式。
权利要求书
1.一种节能难生物降解有机废水处理系统，包括正渗透膜浓缩装置和母液焚烧炉，其特征是： 正渗透膜浓缩装置包括FO膜密闭交换箱、汲取液回收利用装置和清水回收装置，FO膜密闭 交换箱至少设置一级，汲取液回收利用装置与各级FO膜密闭交换箱分别通过电动阀门连接， 清水回收装置与汲取液回收利用装置连接，各级FO膜密闭交换箱依次通过排液电动阀门连 接，且均通过超越电动阀门与母液焚烧炉连接。
2.根据权利要求1所述的节能难生物降解有机废水处理系统，其特征是：所述FO膜密闭交 换箱的内部设置膜元件，膜元件将FO膜密闭交换箱内部分为母液区和汲取液区，母液区的 上部设置有进水管，该进水管上设置有进水电动阀门;上一级FO膜密闭交换箱中母液区的 底部通过排液电动阀门与下一级FO膜密闭交换箱中母液区的上部连接，同时每一级FO膜密 闭交换箱中母液区的底部均通过超越电动阀门与母液焚烧炉连接;每一级FO膜密闭交换箱中 汲取液区的上部分别通过汲取液输送管与汲取液回收利用装置中的汲取液交换箱连接，各自 的汲取液输送管上均设置有汲取液出口电动阀门;每一级FO膜密闭交换箱中汲取液区的底部 均设置有汲取液补偿电动阀门，且与汲取液回收利用装置中的汲取液补偿箱之间通过汲取液 补偿管连接，汲取液补偿管上连接有汲取液补偿泵。
3.根据权利要求2所述的节能难生物降解有机废水处理系统，其特征是：所述汲取液区的外 部设置有连接汲取液区上部和下部的汲取液循环管，汲取液循环管上设置有汲取液循环泵。
4.根据权利要求2所述的节能难生物降解有机废水处理系统，其特征是：所述母液区和汲取 液区内均设置有搅拌器和温度调节装置;母液区设置有COD在线监测仪，汲取液区设置有离 子浓度计。
5.根据权利要求1所述的节能难生物降解有机废水处理系统，其特征是：所述汲取液回收利 用装置包括汲取液交换箱、汲取液中间箱、汲取液多效蒸发器、汲取液溶解箱、汲取液补偿 箱和溶药箱，汲取液交换箱上部设置有交换箱电动阀门和交换箱电动排气阀，并通过交换箱 电动阀门与汲取液中间箱连接;汲取液交换箱的底部通过交换箱超越管电动阀门与汲取液中 间箱连接;汲取液中间箱上部设置有中间箱电动排气阀，汲取液中间箱与汲取液多效蒸发器 连接;汲取液溶解箱与汲取液多效蒸发器连接;汲取液补偿箱的底部通过补偿箱进口电动阀 门与汲取液溶解箱的底部连接;溶药箱的底部通过溶药出口电动阀门与汲取液补偿箱的底部 连接。
6.根据权利要求5所述的节能难生物降解有机废水处理系统，其特征是：所述汲取液溶解箱 和溶药箱内均设置有搅拌器和离子浓度计。
7.根据权利要求5所述的节能难生物降解有机废水处理系统，其特征是：所述汲取液补偿箱 内设置有离子浓度计。
8.根据权利要求1所述的节能难生物降解有机废水处理系统，其特征是：所述清水装置包括 清水箱、清水泵和清水管，清水箱与汲取液多效蒸发器连接，清水管与清水箱连接，清水泵 连接在清水管上，清水管与溶药箱连接。
9.根据权利要求1所述的节能难生物降解有机废水处理系统，其特征是：还包括渗透能量利 用装置，该装置包括密闭的转子箱和涡轮发电机组，转子箱内设置有涡轮机叶轮，涡轮机叶 轮与涡轮发电机组连接，转子箱的底部设置有转子箱电动排气阀，转子箱通过转子箱进水电 动阀门与汲取液交换箱连接，同时转子箱也与汲取液中间箱连接。
说明书
一种节能难生物降解有机废水深度处理系统
技术领域
本实用新型涉及一种用于难生物降解有机废水的深度处理系统，属于废水深度治理技术 领域。
背景技术
水污染问题是我国面临的主要环境问题之一。据统计，工业废水占到了总污水量的百分 之七十以上，而工业废水中绝大部分都属于高浓度的有机废水。高浓度有机废水主要来源于 造纸、皮革、食品以及化工等行业排出的COD浓度在2000mg/L以上的废水，有机废水中含 有难降解有机化合物的污染水被称为难降解的有机废水，难降解有机物通常指的是在微生物 或者是特定条件下都不能快速分解或分解不彻底的有机物。这类污染物存在的形式总是富集 在生物体内，对水体造成潜在的危险和污染。
根据水体中有机污染物存在的化学结构和其特性的不同，人们把难降解的有机污染物主 要分为以下几个类别：卤代的脂肪烃和酯、有机物的氯代化合物、具有单环芳香性质的化合 物、酚类以及甲酚类等。
难降解有机废水一般具有的特征都包括以下几个方面，即污染物的分子量相对较大、污 染物的毒性较强、污染物的结构及成分相对复杂、污染物存在于水体中的化学需氧量一般较 高、水体中简单存在的微生物无法有效的将这些污染物分解。而在水体中的长期残留性、生 物积累性、半挥发性以及高毒性是这些难降解有机化工废水中污染物的主要特点。高浓度、 难降解的有机物之所以会在水中生物体内的浓度越来越大是因为它高脂溶的性质。此外，对 于一些特殊的高浓度、难降解有机化合物来说，其自身的挥发性是一大特点，因此可以在自 然界中任意漂移，对这种污染物的处理难度将会更大。
高浓度难降解有机废水的危害主要体现在其对人体及环境的危害上，这种类型的污染源 都具有致癌或毒性，而经过多年的研究，人们总结出了高浓度、难降解有机废水对人体的主 要危害，根据危害的程度不同可以分为急性危害、慢性危害和潜在危害。
急性危害指的是人体与这类物质接触之后可以在短时间内就体现出发病或者致毒的特 征;而这类污染源对人体的慢性危害主要指的是人体经过与这类物质的长期接触之后，并且 这类毒素在体内积累了一定量之后才会出现病变的特征，因此慢性危害又称为积蓄中毒。
由于高浓度难生物降解有机废水对水环境污染程度严重且处理难度大，因此高浓度难生 物降解有机废水处理技术的研究一直是水处理技术研究的重点。经过多年的研究和总结，人 们对高浓度、难降解有机废水有了更深刻的认识，也探究出了有效处理这类废水的主要措施， 一般都是以下几点：化学氧化法、溶剂萃取法、吸附法、光催化法以及生化处理法等，其中 生物处理技术在处理农药、制药、印刷等行业有机废水中经济性较好，且不会产生二次污染。 应用生物处理技术进行高浓度难降解有机废水处理，其方法主要为好氧生物、厌氧生物、酶 生物处理技术与发酵工程。化学处理技术则是建立于化学原理及化学作用的基础上，将高浓 度难生物降解有机废水中污染物成分转变为无害物质，达到净化废水的目的，常用的方法为 焚烧法、催化氧化法、电化学氧化法等。
物化处理技术在处理高浓度难生物降解废水处理时，将废水中污染物通过相转移变化实 现净化目标，以萃取法应用较为广泛。萃取法进行高浓度难降解有机废水其成本较低，操作 简单，可以有效回收主要污染物，尤其是脉冲萃取技术的应用，其效果较好。
这些方法的存在给高浓度、难降解有机化工废水的处理开启了新的道路，但是这些方法 也都有其自身的优缺点。
中国专利文献CN102381812A公开的《一种利用O3催化氧化深度处理难生物降解有机废水 的方法及装置》、CN103539296A公开的《处理高浓度难生物降解有机废水的方法及其装置》 以及CN1264761C公开的《难生物降解有机废水处理方法及其装置》，工艺过程复杂，成本高， 处理效果有待提高。
为此，有必要重新分析难生物降解有机废水的特性，在生化处理的基础上，开发节能、 高效的难生物降解有机废水深度处理技术。
渗透作用是两种不同浓度的溶液隔以半透膜(允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过 的膜)，水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。其发生 的条件有两个：一是有半透膜，二是半透膜两侧有物质的量浓度差。
渗透作用又可分为正渗透(FO)、反渗透(RO)和压力阻尼渗透(PRO)。
正渗透(FO)过程是以半透膜两侧的渗透压差为驱动力，溶液中的水分子从高水化学势 区(低离子浓度溶液)通过半透膜向低水化学势区(高离子浓度溶液)传递，而溶质分子或 离子被阻挡的一种渗透过程。
反渗透(RO)过程是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为 它和正渗透的方向相反，故称反渗透。可以利用不同物料的渗透压差异，使用大于渗透压的 反渗透压力，达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。
压力阻尼渗透(PRO)是介于正渗透和反渗透过程的中间过程，是指在渗透压差的反方向 上施加压力，与反渗透过程相似，然而水分子仍然是扩散到高离子浓度一侧，与正渗透过程 相似。
稀溶液(包含难生物降解有机废水)的依数性是指稀溶液中溶剂的蒸气压下降、凝固点 降低、沸点升高和渗透压的数值，只与溶液中溶质的量有关，与溶质的本性无关，溶液的依 数性为开发特种汲取液提供了理论依据，即只要配置一定依数性的汲取液，使其渗透压高于 待处理难生物降解有机废水，利用渗透作用，就可以将难生物降解有机废水进一步浓缩。
为此，亟需在生化处理的基础上，开发节能的难生物降解有机废水深度处理系统，利用 渗透作用尤其是正渗透(FO)作用和溶液的依数性差异带来的渗透压差，实现难生物降解有 机废水有效处置、循环利用水资源的同时，充分利用正渗透(FO)产生的压差获得电能，节 约能源。
发明内容
本实用新型针对现有难生物降解有机废水处理技术存在的不足，依据生化处理后难生物 降解有机废水的特性，利用溶液的依数性，提供一种处理效果好、节能的难生物降解有机废 水深度处理系统。同时提供一种该系统对难生物降解有机废水的深度处理方法。
本实用新型的节能难生物降解有机废水深度处理系统，采用以下技术方案：
该系统，包括正渗透膜浓缩装置和母液焚烧炉，正渗透膜浓缩装置包括FO膜密闭交换 箱、汲取液回收利用装置和清水回收装置，FO膜密闭交换箱至少设置一级，汲取液回收利用 装置与各级FO膜密闭交换箱分别通过电动阀门连接，清水回收装置与汲取液回收利用装置连 接，各级FO膜密闭交换箱依次通过排液电动阀门连接，且均通过超越电动阀门与母液焚烧炉 连接。母液焚烧炉配套有助燃燃料(天然气、柴油或焦炉煤气等)燃烧器和尾气净化装置。
FO膜密闭交换箱的内部设置膜元件，膜元件将FO膜密闭交换箱内部分为母液区和汲取 液区，母液区的上部设置有进水管，该进水管上设置有进水电动阀门;上一级FO膜密闭交 换箱中母液区的底部通过排液电动阀门与下一级FO膜密闭交换箱中母液区的上部连接，同 时每一级FO膜密闭交换箱中母液区的底部均通过超越电动阀门与母液焚烧炉连接;每一级 FO膜密闭交换箱中汲取液区的上部分别通过汲取液输送管与汲取液回收利用装置中的汲取液 交换箱连接，各自的汲取液输送管上均设置有汲取液出口电动阀门;每一级FO膜密闭交换箱 中汲取液区的底部均设置有汲取液补偿电动阀门，且与汲取液回收利用装置中的汲取液补偿 箱之间通过汲取液补偿管连接，汲取液补偿管上连接有汲取液补偿泵。
汲取液区的外部设置有连接汲取液区上部和下部的汲取液循环管，汲取液循环管上设置 有汲取液循环泵。通过汲取液循环泵将汲取液在汲取液区上部和下部形成循环。
母液区和汲取液区内均设置有搅拌器和温度调节装置。
母液区设置有COD在线监测仪，汲取液区设置有离子浓度计。
汲取液回收利用装置包括汲取液交换箱、汲取液中间箱、汲取液多效蒸发器、汲取液溶 解箱、汲取液补偿箱和溶药箱，汲取液交换箱上部设置有交换箱电动阀门和交换箱电动排气 阀，并通过交换箱电动阀门与汲取液中间箱连接;汲取液交换箱的底部通过交换箱超越管电 动阀门与汲取液中间箱连接;汲取液中间箱上部设置有中间箱电动排气阀，汲取液中间箱与 汲取液多效蒸发器连接;汲取液溶解箱与汲取液多效蒸发器连接，;汲取液补偿箱的底部通过 补偿箱进口电动阀门与汲取液溶解箱的底部连接;溶药箱的底部通过溶药出口电动阀门与汲 取液补偿箱的底部连接。
汲取液溶解箱和溶药箱内均设置有搅拌器和离子浓度计。
汲取液补偿箱内设置有离子浓度计。
清水装置包括清水箱、清水泵和清水管，清水箱与汲取液多效蒸发器连接，清水管与清 水箱连接，清水泵连接在清水管上，清水管与溶药箱连接。
上述系统，还包括渗透能量利用装置，该装置包括密闭的转子箱和涡轮发电机组，转子 箱内设置有涡轮机叶轮，涡轮机叶轮与涡轮发电机组连接，转子箱的底部设置有转子箱电动 排气阀，转子箱通过转子箱进水电动阀门与汲取液交换箱连接，同时转子箱也与汲取液中间 箱连接。
上述系统的处理方法，是：
首先分析计算难生物降解有机废水的渗透物质的量浓度(溶液中的离子态物质的量与分 子态物质的量之和)S1(运行过程中以COD在线监测仪显示数据近似折算)，按照所需渗透压 力(△π，由是否用于发电等实际需求决定)得出所需第一级FO膜密闭交换箱汲取液的离 子浓度J1，J1大于S1，且得出需要的FO膜密闭交换箱的级数n和每级FO膜密闭交换箱的个 数i;然后通过汲取液回收利用装置配制离子浓度J1的汲取液，使汲取液充满第一级FO膜密 闭交换箱;开启难生物降解有机废水进水电动阀门，难生物降解有机废水流入第一级FO膜 密闭交换箱内，与汲取液交换，使难生物降解有机废水中的水分子自由传至汲取液，稀释后 体积增大的汲取液通过汲取液回收利用装置中的多效蒸发器实现汲取液溶质(一般为气体) 和水(溶剂)的分离，实现汲取液溶质的回收和再利用，多余的水进入清水装置，实现水资 源的回收利用;难生物降解有机废水通过逐级FO膜密闭交换箱进行浓缩，最后无法再浓缩 的或根据需要无需进一步浓缩(一般COD在600000mg/L以上时)的母液进入母液焚烧炉进行 焚烧处理。
本实用新型针对难生物降解有机废水的高渗透压特性，通过配制依数性更高的汲取液， 利用溶液的依数性差异带来的渗透压差，使难生物降解有机废水得到高效浓缩的同时，回收 循环利用水资源，生产电能;同时，运行过程实现自动联锁控制，可根据不同进水条件调整 运行方式，便于实施。具有以下特点：
1.充分利用溶液的依数性，通过配制依数性较高的汲取液(如NH4HCO3等)，利用其与难 生物降解有机废水的高渗透压差，实现难生物降解有机废水高效浓缩的同时，可回收大量水 资源;
2.采用的FO膜具有膜通量大，浓差极化现象少的特性，可保障渗透功能的顺利实现;
3.采用的母液焚烧炉为通用设备，专门处理高浓度有机废液，利用高温(850-1100℃) 热解，可充分分解废液中的有机物和含氯、苯、酚类的有害化合物，并具有以下特点：
(1)微负压设计，燃烧安全性高，控制程序中设有炉内点火前不排除易燃易爆气体就不 能点火的功能，以防气爆;
(2)自动化程度高，全方位在线检测控制，燃烧稳定。
(3)采用雾化喷枪，喷出极细微的颗粒，保证在炉内空中气化，氧化分解，不会滴落。
(4)采用切线燃烧雾化装置内部混合式二流体雾化器，其混合程度，雾化效果燃烧速度
极高，过剩空气低，可节约大量燃料。
(5)涡流效果好，燃烧滞留时间达2秒以上，燃烧无死角。
(6)低氮燃烧技术，无烟无臭，无有害气体，可同时焚烧有机废气及少量固体。
(7)配套完善合理的尾气处理净化装置，保证环保排放达标。
4.采用的渗透能量利用装置可将系统产生的渗透能转化为电能，从而降低废水处理成本;
5.通过自动化仪器仪表使运行过程实现自动联锁控制，便于根据不同进水条件调整运行 方式;
6.模块化设计，可根据难生物降解有机废水实际浓度和其他实施条件，自由组合，具有 较强的灵活性。