申请日2010.06.02
公开(公告)日2010.10.13
IPC分类号C02F9/06; C02F1/28; C02F1/44; C02F1/469
摘要
本发明公开了一种废水循环回用为工业超纯水的处理工艺，包括如下步骤：预处理、前置活性炭吸附、一级反渗透、后置活性炭吸附、二级反渗透和电去离子。反渗透后置活性炭吸附饱和以后可以通过简单操作重复用于前置活性炭吸附。本发明可将富含有机清洗剂、重金属离子的废水处理成为TOC合格的超纯水，并保证设备稳定运行，具有简单、高效、稳定、低成本的优势，水回用率达60%以上，可广泛用于大量使用超纯水的电子、半导体等工业的废水处理以及城市中水回用为电厂锅炉补给水的废水处理。
摘要附图
权利要求书
1.一种废水回用为工业超纯水的处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)预处理：将废水直接过滤或加入絮凝剂后沉淀、过滤;
(2)前置活性炭吸附：预处理后的废水进行前置活性炭吸附;
(3)一级反渗透：经前置活性炭吸附处理后的废水用反渗透膜进行反渗透处理;
(4)后置活性炭吸附：将经一级反渗透处理后的透过液用后置活性炭进行二次吸附;
(5)二级反渗透：用高脱盐反渗透膜对经后置活性炭吸附处理后的废水进行二级反渗透;
(6)电去离子：通过电去离子处理深度除盐后得到工业超纯水。
2.根据权利要求1所述的废水回用为工业超纯水的处理工艺，其特征在于：所述的步骤(1)中的过滤为多介质过滤、超滤或膜生物反应器。
3.根据权利要求1所述的废水回用为工业超纯水的处理工艺，其特征在于：步骤(3)中所述的一级反渗透膜表面带负电荷或电中性。
4.按照权利要求1所述的废水回用为工业超纯水的处理工艺，其特征在于：步骤(5)中所述的高脱盐反渗透膜表面带正电荷。
5.根据权利要求1所述的废水回用为工业超纯水的处理工艺，其特征在于：步骤(6)中所述的电去离子为二级电去离子模块，将二级反渗透处理后的透过液经过串联的第一级流道和第二级流道进行离子交换处理，第一级流道装填阳离子交换树脂，第二级流道装填混床离子交换树脂。
6.根据权利要求1所述的废水回用为工业超纯水的处理工艺，其特征在于：所述的步骤(4)吸附后的后置活性炭直接作为前置活性炭使用。
说明书
一种废水回用为工业超纯水的处理工艺
技术领域
本发明涉及水、废水或污水的处理领域，尤其是涉及一种废水回用为工业超纯水的处理工艺。
背景技术
我国水资源极度缺乏，节约水资源有着重大的战略意义。发展循环经济，对提高资源利用率和建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。
电子、半导体、太阳能光伏、镀膜玻璃等工业领域需要大量清洗和配药用的超纯水，用量通常10-150M3/h，水质要求10MΩ.cm-18.2MΩ.cm。目前工业超纯水制备的原水绝大部分采用城市自来水，主流生产工艺是反渗透加混床离子交换集成工艺。高纯产品工业的清洗用水最后成为带有大量化学清洗剂、酸碱和铜、镍、锡、铅等重金属离子的废水，对环境影响极大。传统物化和生化处理工艺是设法让废水达标排放，但即使达标排放，由于电子、半导体、太阳能光伏是我国的支柱产业，量大面广，环境压力依然很大。因此，清洁生产与废水循环利用是这些行业的外在压力和内在需求。传统废水处理工艺获得的部分回用水由于有机物和金属离子含量高，不能满足生产工艺用水质量要求，只能用作杂用水，因此，废水部分中水回用仍不能解决生产工艺用水的大量原水需求，实际水资源节约效果很有限。例如在用水量和污染大户印刷线路板PCB行业中，不少大中型企业每天废水排放量达上万吨。
反渗透具有对有机物和离子污染物的高效截留能力，是最重要的废水资源高值利用技术之一。在总体水质要求不高的PCB行业中，已有用反渗透膜技术将废水部分回用于生产线的案例。但即使采用二级反渗透也无法直接获得超纯水，需要经过后续混床离子交换或电去离子(EDI)处理。反渗透加电去离子是目前最先进的超纯水清洁生产技术，与传统的混床离子交换技术相比，电去离子本身就是一种全自动连续运行、水质稳定、不浪费水和化学品、占地面积小、运行成本很低的深度除盐技术，将取代传统混床离子交换工艺。但目前常规使用的EDI模块严格要求进水的重金属离子、钙镁离子含量小于1ppm，甚至0.5ppm，否则易引起模块结垢，影响正常使用。由于带有大量化学清洗剂、酸碱和铜、镍等重金属离子的制程废水水质无法与城市自来水相比，现有的EDI模块主要用在以城市自来水为原水，以反渗透作前处理的超纯水制备工艺中。另一方面，反渗透膜技术对100分子量以下的有机物截留率不高，尤其是有机溶剂更难，甚至会被破坏，即使通过二级反渗透分离效果也不理想，过量有机物会使后续双波长紫外灯难以重负，影响超纯水水质。因此，工业废水或城市中水经反渗透加电去离子清洁生产技术回用为超纯水，需要优化工艺设计，解决过量有机物、重金属离子、硬度、盐份影响超纯水水质、膜污染以及设备运行稳定性的问题。
发明内容
本发明提供了一种废水高质量循环回用处理工艺，将工业废水和城市中水处理成为工业超纯水，达到废水减排和节约水资源的目的。
一种废水回用为工业超纯水的处理工艺，包括以下步骤：
(1)预处理：将经过物化和生化处理后的废水或来自调节池的工业制程废水直接进行过滤或加入絮凝剂后沉淀、过滤，去除各种悬浮物、机械颗粒杂质，所述的过滤方法可采用多介质过滤、超滤或膜生物反应器(MBR)。当废水中悬浮物、机械颗粒物多时优先用多介质过滤;当废水中大分子有机物多时优先用超滤;经生化处理的废水优先用MBR。超滤、膜生物反应器分离比多介质过滤精度更高，处理效果更好，但成本较高。三种预处理方法均可反冲洗。
(2)前置活性炭吸附：预处理后的废水再经前置活性炭吸附去除对反渗透膜有降解破坏作用的余氯等氧化性物质以及胶体有机物。前置活性炭是反渗透系统工艺设计的经典步骤，对反渗透膜的稳定性和膜污染具有很好的保护效果。
(3)一级反渗透：经前置活性炭吸附处理后的废水通过表面带负电荷或电中性的抗有机物污染的反渗透膜，可高效截留进水中97%以上的离子、有机物。城市污水等通常含有各种不同大小的有机物胶体、表面活性剂，这些污染物常常带电负性，极易吸附在表面带正电荷的反渗透膜上而难以清除。相反，表面带负电荷或电中性的反渗透膜可有效防治有机物污染。
(4)后置活性炭吸附：将脱除了绝大部分污染物的一级反渗透透过液用后置活性炭深度吸附去除未被反渗透截留的小分子有机物。所述的后置活性炭为不添加任何抑菌化学物质的纯活性炭，不同于常规饮用纯水机中普遍使用的渗银或加碘后置活性炭。反渗透膜对分子量100以下的有机物截留率不高，尤其是有机溶剂更难，甚至会被破坏，即使通过二级反渗透分离效果也不理想。常规超纯水制备工艺中反渗透之后的混床离子交换或电去离子的去除对象均为离子，无法去除总有机碳(TOC)，双波长紫外灯适于微量TOC脱除，过量有机物会使后续双波长紫外灯难以重负，影响超纯水TOC和电阻率指标。活性炭的特点是对小分子有机物有快速吸附能力，并且大量毛细孔道对小分子有很高的吸附量。本发明设计后置活性炭吸附可进一步高效脱除有机物，满足大部分生产工艺对超纯水TOC的要求。
(5)二级反渗透：用表面带正电荷的高脱盐膜对经上述处理的废水进行二级反渗透，进一步降低重金属离子、硬度和盐分，以减轻后续深度除盐系统的负荷。目前常规使用的电去离子模块严格要求进水的重金属离子、钙镁离子含量小于1ppm，甚至0.5ppm，否则易引起模块结垢，影响正常使用。
(6)电去离子：最后用具有抗重金属离子和钙镁离子结垢的二级电去离子模块深度除盐，制备出工业超纯水。所述的二级电去离子模块为：将流道分为二级，第一级流道和第二级流道为串联结构，第一级流道装填的是阳离子交换树脂，不同于常规电去离子模块淡水室装填的都是混床离子交换树脂，目的是对淡水室的进水进行预处理，即在直流电场驱动下去除淡水中过量的重金属离子和钙镁离子等易结垢成分，保证流入第二级淡水流道(超纯水制备区域)的进水硬度指标在安全水平。第二级流道装填的才是混床离子交换树脂，和常规电去离子模块一样用于制备超纯水。
本发明工艺所述的步骤(4)中的后置活性炭用于反渗透之后深度吸附微量小分子有机物，由于吸附量少，吸附位点可深入毛细孔道内部，吸附活性没有被完全破坏，活性炭颗粒表面清洁，可用做前置活性炭对废水中余氯、有机物、油污以及胶体进行表面或内部吸附处理。通过设置简单的阀门切换可将后置活性炭用作前置活性炭加以重复利用，不影响其功效，不增加使用成本。新活性炭首先用作后置活性炭，吸附后的后置活性炭可直接用作前置活性炭，不会影响其脱除胶体、油污和氧化性成分的功效。
本发明工艺基于反渗透加电去离子先进技术，将废水高质量回用为超纯水，克服传统物化和生化处理工艺无法将工业废水循环回用为生产线用超纯水的缺陷，解决了现有常规超纯水处理工艺难以解决的废水中过量有机物、重金属离子、硬度、酸碱中和盐份影响超纯水水质、膜污染以及设备运行稳定性的问题。
本发明可将富含有机清洗剂、重金属离子的废水处理成为TOC合格的超纯水，并保证设备稳定运行，具有简单、高效、稳定、低成本的优势，水回用率达60%以上，可广泛用于大量使用超纯水的电子、半导体等工业的废水处理以及城市中水回用为电厂锅炉补给水的废水处理。