公布日：2024.03.26
申请日：2023.12.28
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/04(2023.01)N
摘要
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及零废水污水处理系统及零废水污水处理工艺，所述零废水污水处理系统其包括生化处理系统、粗滤单元、超滤单元、RO反渗透单元以及蒸发系统。本发明通过多种污水处理手段的联用，从而能够有效提升污水的处理效果。同时，发明中的污水处理系统能够最大限度地利用污水处理过程中产生的废水，采用浓缩液内循环模式，从而实现废水中的水分和有用组分的回收和再利用，提高水资源的利用效率，最终达到零排放的目的。
权利要求书
1.零废水污水处理系统，其特征在于，包括：生化处理系统，其用于对生产废水以及污水处理过程中形成的废水进行生化处理；粗滤单元，其用于对从生化处理系统流出的生化处理完尾水进行初步过滤，从而得到粗滤水以及粗滤冲洗水，所述砂滤冲洗水回流至生化处理系统；超滤单元，其用于对粗滤单元中流出的粗滤水进行超滤处理，从而得到超滤水和超滤冲洗水，所述超滤冲洗水回流至生化处理系统；RO反渗透单元，其用于对超滤单元中流出的超滤水进行反渗透过滤，从而得到处理后的排放水以及反渗透浓水；蒸发系统，其用于对RO反渗透单元中的反渗透浓水进行蒸发处理，从而得到蒸出液以及废盐，所述蒸出液回流至生化处理系统，废盐外运处理。
2.根据权利要求1所述的零废水污水处理系统，其特征在于，所述超滤单元包括膜过滤系统以及超滤正反冲洗系统；还包括设置在超滤单元进水侧的第一酸投加装置、第一阻垢剂投加装置以及第一非氧化性杀菌装置。
3.根据权利要求2所述的零废水污水处理系统，其特征在于，所述第一阻垢剂投加装中装载有硫酸钙阻垢剂。
4.根据权利要求2所述的零废水污水处理系统，其特征在于，所述膜过滤系统包括三层结构的复合膜；所述复合膜包括依次设置的聚酰胺薄膜层、GE纳滤膜以及聚砜多孔支撑层。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的零废水污水处理系统，其特征在于，所述RO反渗透单元包括RO反渗透系统以及设置在RO反渗透系统进水侧的第二酸投加装置、第二阻垢剂投加装置以及第二非氧化性杀菌装置。
6.根据权利要求5所述的一种零废水污水处理系统，其特征在于，所述第二阻垢剂投加装置中装载有二氧化硅阻垢剂。
7.根据权利要求5所述的零废水污水处理系统，其特征在于，所述RO反渗透系统包括依次连接的一段RO反渗透系统、二段RO反渗透系统、三段DTRO反渗透系统或三段SWRO反渗透系统。
8.根据权利要求7所述的零废水污水处理系统，其特征在于，所述二段RO反渗透系统、三段DTRO反渗透系统或三段SWRO反渗透系统之间还设置有化学软化系统以及与化学软化系统相连的三段超滤系统；所述化学软化系统与污泥池相连接，所述污泥池与生化处理系统相连接。
9.根据权利要求8所述的零废水污水处理系统，其特征在于，所述三段DTRO反渗透系统或三段SWRO反渗透系统还包括用于将三段DTRO反渗透系统或三段SWRO中流出的排放水对三段超滤系统进行反冲洗的第二超滤正反冲洗系统。
10.零废水污水处理工艺，其特征在于，其基于权利要求1~9中任意一项所述的零废水污水处理系统，其包括以下步骤：（S.1）将生产废水通入到生化处理系统进行生化处理，获得生化处理完尾水；（S.2）将生化处理完尾水通入到粗滤单元进行初步过滤，去除生化处理完尾中的大颗粒物，从而得到粗滤水，并对粗滤单元进行冲洗，得到粗滤冲洗水，所述粗滤冲洗水回流至生化处理系统；（S.3）将粗滤冲洗水通入到超滤单元中进行超滤处理，去除粗滤冲洗水中的胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物，从而得到超滤水，并对超滤单元进行冲洗得到超滤冲洗水，所述超滤冲洗水回流至生化处理系统；（S.4）将超滤水通入到RO反渗透单元中进行反渗透过滤，去除超滤水中的离子，从而得到处理后的排放水以及反渗透浓水；（S.5）将反渗透浓水通入到蒸发系统中进行蒸发处理，从而得到蒸出液以及废盐，所述蒸出液回流至生化处理系统，废盐外运处理。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的污水处理系统其在进行污水处理过程中仍然会有大量的污水生成，无法实现零废水的目的，因此提供了一种零废水污水处理系统以及零废水污水处理工艺以克服上述不足之处。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：第一方面，本发明首先提供了一种零废水污水处理系统，其包括：生化处理系统，其用于对生产废水以及污水处理过程中形成的废水进行生化处理；粗滤单元，其用于对从生化系统调节池流出的生化处理完尾水进行初步过滤，从而得到粗滤水以及粗滤冲洗水，所述砂滤冲洗水回流至生化处理系统；超滤单元，其用于对粗滤单元中流出的粗滤水进行超滤处理，从而得到超滤水和超滤冲洗水，所述超滤冲洗水回流至生化处理系统；RO反渗透单元，其用于对超滤单元中流出的超滤水进行反渗透过滤，从而得到处理后的排放水以及反渗透浓水；蒸发系统，其用于对RO反渗透单元中的反渗透浓水进行蒸发处理，从而得到蒸出液以及废盐，所述蒸出液回流至生化处理系统，废盐外运处理。
本发明中的零废水污水处理系统通过生化处理系统对生产废水以及污水处理过程中形成的废水进行生化处理。这包括有机物的降解和转化，以及营养物的去除。通过多个处理单元的协同作用，可以对废水中的各类污染物进行全面处理，大大提高废水处理的效果。在经过生化处理系统处理后，系统中的粗滤单元和超滤单元分别对生化处理完尾水和粗滤水进行过滤处理。
粗滤单元对流出的生化处理完尾水进行初步过滤，去除较大的固体颗粒和悬浮物。超滤单元则通过超滤技术对粗滤水进行更细致的过滤，去除更小的颗粒、微生物和胶体物质。这样可以提高废水净化的效率。
而系统中的RO反渗透单元对超滤水进行反渗透过滤。反渗透过程通过半透膜的作用，将水中的离子、溶解性有机物和微生物等更小的颗粒去除，从而获得处理后的排放水。同时，反渗透过程中也会产生反渗透浓水，即浓缩了废水中的有害物质。这样，通过RO反渗透单元的运用，可以进一步提高废水的净化效果。
最后，系统中的蒸发系统对RO反渗透单元中的反渗透浓水进行蒸发处理。在蒸发过程中，水分蒸发掉并得到蒸发液，而废水中的污染物则会浓缩在废盐中。这种蒸发浓缩处理方式可以有效地将废水中的有害物质浓缩，减少排放量，同时也从废水中回收了部分水分。
此外，系统中的砂滤冲洗水、超滤冲洗水和蒸发液都会回流至生化处理系统进行再利用。这样可以最大限度地利用废水中的水分和有用组分，实现废水资源的回收和再利用，提高水资源的利用效率。系统中废水的处理过程中，通过蒸发系统将废水中的有害物质进行浓缩，产生废盐。这些废盐可以外运处理，减少对环境的影响，降低废物的排放量。
作为优选，所述超滤单元包括膜过滤系统以及超滤正反冲洗系统；还包括设置在超滤单元进水侧的第一酸投加装置、第一阻垢剂投加装置以及第一非氧化性杀菌装置。
本发明中超滤单元包括超滤正反冲洗系统，其采用浓缩液内循环模式，大部分浓水直接回流至高压泵后，并与进水相混合，经循环泵提升压力后再次进入超滤单元，从而在保证膜表面过滤流速，进而在降低膜污染的情况下，提高单元系统的回收率。
此外，超滤单元中主要会造成硫酸钙结垢，一般硫酸钙饱和度能达到660%，因此在超滤单元设置第一阻垢剂投加装置从而投加专用硫酸钙阻垢剂（能阻止800%的饱和度）能够有效防止硫酸钙结垢。另外由于垃圾渗滤液中的碱度较高，若在碱性条件下运行会造成碳酸钙结垢所以在进水侧设置第一酸投加装置控制系统在偏酸性的情况运行，由于垃圾渗滤液通过处理后该废水的CODcr可能达到300-800mg/L,所以在进水侧设置第一非氧化性杀菌装置对系统进行周期性投药杀菌，从而控制系统中膜的微生物污染。
作为优选，所述第一阻垢剂投加装中装载有硫酸钙阻垢剂。
作为优选，所述膜过滤系统包括三层结构的复合膜；所述复合膜包括依次设置的聚酰胺薄膜层、GE纳滤膜以及聚砜多孔支撑层。
本申请发明人发现，针对于膜污染的控制，除了正反冲洗系统的设置，膜的选择对于膜污染的防止也有较大的影响。其中，发明人发现，在超滤单元的膜过滤系统中选用三层结构的复合膜，三层膜结构是通过在膜元件的聚酰胺薄膜层（PA）和聚砜（PS）多孔支撑层之间插入GE纳滤膜，从而使表层复合膜增加了光滑度，降低了污染物在表层膜上的附着力，从而提高膜的抗污染能力，即使在污染之后也容易清洗恢复，减少膜系统对精细预处理的苛求。
作为优选，所述RO反渗透单元包括RO反渗透系统以及设置在RO反渗透系统进水侧的第二酸投加装置、第二阻垢剂投加装置以及第二非氧化性杀菌装置。
现有技术中认为纳滤能起到部分软化作用，反渗透阻垢剂加药量可减少甚至不加。然而实际情况并非如此，超滤单元对SiO2基本不截留，而对硫酸盐截留率较高，对钙、镁的截留率由于电荷效应截留率只有50%左右因此并不高。
反渗透（RO）是一种借助于选择透过（半透过）性膜的功能，以压力差为推动力的膜分离技术，当系统中所加的压力大于溶液渗透压时，水分子不断地透过膜，经过产水流道流入中心管，然后在出水端流出，进水中的杂质，如：离子、有机物、细菌、病毒等被截留在膜的进水侧，然后在浓水出水端流出，从而达到分离净化目的。反渗透与一般单纯的筛分分离过程不同，无法像普通过滤那样可以无限浓缩（反渗透有浓差极化问题）。
超滤出水进入反渗透膜组，在压力作用下，大部分水分子和极微量一价离子透过反渗透膜，经收集后成为透过水，通过产水管道进入后续设备；水中的大部分盐分和胶体、有机物等不能透过膜，残留在少量浓水中，由浓水管排出。
本发明中RO反渗透单元膜浓水中的CaSO4、CaCO3、Mg（OH）2、SiO2等的饱和浓度超过溶度积指数KSP，就会在膜面（尤其是浓水侧）沉淀结垢。因此，RO系统中主要会造成二氧化硅结垢，二氧化硅的饱和度可能达到180，因此在本申请中特意增加了第二阻垢剂投加装置从而投放专用二氧化硅阻垢剂（能阻止250%的饱和度）能够有效防止二氧化硅结垢。另外由于垃圾渗滤液中的碱度较高，若在碱性条件下运行会造成碳酸钙结垢所以在进水侧设置第二酸投加装置控制系统在偏酸性的情况运行，由于垃圾渗滤液通过纳滤处理后该废水的CODcr可能达到300mg/L,所以在进水侧设置第二非氧化性杀菌装置对系统进行周期性投药杀菌控制系统中膜的微生物污染。系统采用大流量的循环泵加大膜面的错流速率来有效的控制膜的污染，采用内循环加大循环的方式来实现产水量。
作为优选，所述第二阻垢剂投加装置中装载有二氧化硅阻垢剂。
作为优选，所述RO反渗透系统包括依次连接的一段RO反渗透系统、二段RO反渗透系统、三段DTRO反渗透系统或三段SWRO反渗透系统。
目前垃圾渗滤液的主流工艺通常采用一段超滤+一段RO，通常一段超滤最高的回收率做到80-85%,一段RO的回收率做到80%，因此整体系统的回收率在70-75%，按照要求也打不到整体系统85%的回收率。另外一段RO处理的是一段NF的产水（一段NF对氨氮、总氮的基本没有截留）势必会造成氨氮和总氮的分离全靠一段RO进行，而RO对氨氮和总氮的去除也是有限，通过单段RO处理是达不到氨氮≤5mg/L，总氮≤8.8mg/L的要求。
为了克服上述不足之处，申请人曾提出采用采用“一段RO+二段RO+三段RO、产水二级RO工艺”，保证出水达标。一段RO系统回收率控制在66%左右，二段RO系统回收率控制在52%左右，三段RO系统回收率控制在47%左右，产水二级RO控制回收率在72%左右，整体工艺通过小试实验论证出水水质完全达到要求。然而，在该工艺下，三段RO浓水的COD在1350mg/L左右，因此最大的风险会出现在三段RO，如果出现损坏，肯定是三段RO的膜先损坏。为了降低风险申请人在第三段RO采用DTRO工艺或者SWRO工艺，相应的工艺会变成“一段RO+二段RO+三段DTRO或三段SWRO，产水二级RO工艺”该工艺的操作性更强，经济性更高，从而能够有效降低第三段RO的运行风险，延长三段RO膜的使用寿命。
作为优选，所述二段RO反渗透系统、三段DTRO反渗透系统或三段SWRO反渗透系统之间还设置有化学软化系统以及与化学软化系统相连的三段超滤系统；所述化学软化系统与污泥池相连接，所述污泥池与生化处理系统相连接。
原废水通过组合一段、二段膜处理浓缩后，二段反渗透的浓水钙镁离子、二氧化硅、氟离子、硫酸根离子、碳酸根离子含量较高，需要进行化学软化处理除去钙镁离子、二氧化硅、氟离子、碳酸根离子，防止其进入后续膜处理系统。
作为优选，所述三段DTRO反渗透系统或三段SWRO反渗透系统还包括用于将三段DTRO反渗透系统或三段SWRO中流出的排放水对三段超滤系统进行反冲洗的第二超滤正反冲洗系统。
第二方面，本发明还提供了一种零废水污水处理工艺，其基于所述的零废水污水处理系统，其包括以下步骤：（S.1）将生产废水通入到生化处理系统进行生化处理，获得生化处理完尾水；（S.2）将生化处理完尾水通入到粗滤单元进行初步过滤，去除生化处理完尾中的大颗粒物，从而得到粗滤水，并对粗滤单元进行冲洗，得到粗滤冲洗水，所述粗滤冲洗水回流至生化处理系统；（S.3）将粗滤冲洗水通入到超滤单元中进行超滤处理，去除粗滤冲洗水中的胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物，从而得到超滤水，并对超滤单元进行冲洗得到超滤冲洗水，所述超滤冲洗水回流至生化处理系统；（S.4）将超滤水通入到RO反渗透单元中进行反渗透过滤，去除超滤水中的离子，从而得到处理后的排放水以及反渗透浓水；（S.5）将反渗透浓水通入到蒸发系统中进行蒸发处理，从而得到蒸出液以及废盐，所述蒸出液回流至生化处理系统，废盐外运处理。
因此，本发明具有以下有益效果：本发明通过多种污水处理手段的联用，从而能够有效提升污水的处理效果。同时，发明中的污水处理系统能够最大限度地利用污水处理过程中产生的废水，从而实现废水中的水分和有用组分的回收和再利用，提高水资源的利用效率，最终达到零排放的目的。
此外，本发明超滤和反渗透系统均采用浓缩液内循环模式，大部分浓水直接回流至高压泵后，并与进水相混合，经循环泵提升压力后再次进入膜系统，从而在保证膜表面过滤流速，降低膜污染的情况下，提高单元系统的回收率；另外，反渗透不仅采用浓缩内循环模式，而且部分浓水回流至纳滤系统再处理，提高整个膜系统的回收率。
（发明人：干建文;张闰容）