申請(qǐng)日2015.11.13
公開(公告)日2018.02.09
IPC分類號(hào)C02F9/10; C02F103/04
摘要
本發(fā)明公開了一種零廢水排放的制備超純水的方法，預(yù)處理子系統(tǒng)的處理負(fù)荷為后續(xù)脫鹽子系統(tǒng)和精處理子系統(tǒng)的處理負(fù)荷的8～12倍，經(jīng)過預(yù)處理的水提高了進(jìn)入反滲透裝置的水質(zhì)，減輕了反滲透膜的工作壓力，降低了膜污染，而且較大的負(fù)荷能力保證本系統(tǒng)可以同時(shí)處理較為純凈的自來水、混床的再生水，經(jīng)過預(yù)處理的中間水的電導(dǎo)率可以達(dá)到2μs/cm，可以直接作為生活用水使用。本發(fā)明的制備超純水的方法實(shí)現(xiàn)了超純水制備過程廢水零排放;制備超純水的系統(tǒng)包括混床，混床中的陽樹脂和陰樹脂再生時(shí)產(chǎn)生的大量酸堿廢水不是如現(xiàn)有處理方式那樣排放到污水管網(wǎng)中，而是在本發(fā)明的系統(tǒng)中得到處理，并最終得到超純水。
權(quán)利要求書
1.一種零廢水排放的制備超純水的方法，其特征在于：使用制備超純水的系統(tǒng)，包括預(yù)處理子系統(tǒng)、脫鹽子系統(tǒng)、精處理子系統(tǒng)和再生廢水預(yù)處理子系統(tǒng);
所述預(yù)處理子系統(tǒng)包括通過管道依次連接的原水儲(chǔ)罐、水泵、軟化過濾器、pH值調(diào)節(jié)罐、石英砂過濾器、活性炭過濾器、沸石過濾器和預(yù)處理水儲(chǔ)罐;
脫鹽子系統(tǒng)包括通過管道依次連接的第一高壓泵、一級(jí)反滲透主機(jī)、反滲透水箱、第二高壓泵、二級(jí)反滲透主機(jī)、紫外線殺菌器、精密過濾器和脫鹽水儲(chǔ)罐，第一高壓泵的進(jìn)水口與預(yù)處理子系統(tǒng)的預(yù)處理水儲(chǔ)罐的出水口相連;
精處理子系統(tǒng)為混床系統(tǒng)，包括加壓泵、2組混合離子交換柱和超純水儲(chǔ)罐，加壓泵的進(jìn)水口通過管道與脫鹽子系統(tǒng)的脫鹽水儲(chǔ)罐的出水口相連，加壓泵的出水口與混床的進(jìn)水口通過管道連通，混床的出水口通過管道與超純水儲(chǔ)罐相連通;
再生廢水預(yù)處理子系統(tǒng)包括再生廢水中和池和蒸發(fā)結(jié)晶裝置，所述蒸發(fā)裝置設(shè)有冷凝水收集管道和冷凝水儲(chǔ)罐，冷凝水儲(chǔ)罐的出水口通過水泵和管道與預(yù)處理子系統(tǒng)的軟化過濾器相連通，管道上設(shè)有閥門;其中精處理子系統(tǒng)的混合離子交換柱的再生酸液出口通過管道通入再生廢水中和池中，再生堿液出口也通過管道通入再生廢水中和池中，再生廢水中和池的出水口通過水泵和管道將池中廢水輸送至蒸發(fā)裝置中;
制備方法包括以下步驟：
①原水預(yù)處理;將原水通入原水儲(chǔ)罐中，打開水泵，原水通過軟化過濾器，去除水中結(jié)垢離子，降低原水硬度;從軟化過濾器流出的水進(jìn)入pH值調(diào)節(jié)罐內(nèi)，pH值檢測儀及時(shí)讀取罐內(nèi)水的pH值，若罐內(nèi)水的pH值大于7.0，向罐內(nèi)滴加鹽酸至pH值讀數(shù)為7.0，若罐內(nèi)水的pH值小于7.0，向罐內(nèi)滴加氫氧化鈉溶液至pH值讀數(shù)為7.0，若罐內(nèi)水的pH值為7.0則不需要調(diào)節(jié);
pH值調(diào)至7.0的水從pH值調(diào)節(jié)罐流出，依次經(jīng)過石英砂過濾器、活性炭過濾器和沸石過濾器，經(jīng)過該三級(jí)過濾除去水中的1~20μm的固體懸浮物、膠體、有機(jī)物，減輕后續(xù)反滲透膜處理負(fù)荷，從沸石過濾器流出的水儲(chǔ)存在預(yù)處理水儲(chǔ)罐內(nèi);原水預(yù)處理時(shí)的處理負(fù)荷是5噸/h;
②脫鹽處理;脫鹽子系統(tǒng)的第一高壓泵將預(yù)處理水儲(chǔ)罐內(nèi)的水輸送至一級(jí)反滲透主機(jī)內(nèi)，經(jīng)過一級(jí)反滲透脫除水中大部分的溶解鹽類、顆粒、硬度和活性硅;經(jīng)一級(jí)反滲透處理的水再進(jìn)行二級(jí)反滲透，進(jìn)一步脫除水中微量的溶解鹽類、硬度和SiO2;
經(jīng)過兩級(jí)反滲透處理的水送入紫外線殺菌器中，紫外線破壞生物體的核酸功能而使細(xì)菌死亡;紫外線殺菌器流出的水進(jìn)入精密過濾器中，水中的細(xì)菌被除去，從精密過濾器流出的水儲(chǔ)存在脫鹽水儲(chǔ)罐內(nèi);原水預(yù)處理的處理負(fù)荷是脫鹽處理負(fù)荷的8～12倍;
③精處理;精處理子系統(tǒng)的加壓泵將步驟②脫鹽處理后的水輸送至混床中，在混床中深度去除水中的礦物質(zhì)，出水水質(zhì)的電導(dǎo)率達(dá)到超純水的標(biāo)準(zhǔn)，得到的超純水儲(chǔ)存在超純水儲(chǔ)罐內(nèi);原水預(yù)處理的處理負(fù)荷是精處理負(fù)荷的8～12倍;
④混床再生廢液處理;連續(xù)處理完畢120噸原水后，混床內(nèi)的陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂使用鹽酸和氫氧化鈉分別再生后，對(duì)再生廢液預(yù)處理，再生的廢酸和廢堿液通入再生廢水預(yù)處理子系統(tǒng)的再生廢水中和池中，在中和池中中和后送入蒸發(fā)結(jié)晶裝置中加熱，隨著蒸發(fā)結(jié)晶裝置中鹽濃度的升高，氯化鈉析出，收集結(jié)晶的氯化鈉，蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的水蒸汽冷凝后儲(chǔ)存在冷凝水儲(chǔ)罐內(nèi);
預(yù)處理后，冷凝水儲(chǔ)罐內(nèi)的水送入制備超純水系統(tǒng)的預(yù)處理子系統(tǒng)的軟化過濾器中，從軟化過濾器流出的水進(jìn)入pH值調(diào)節(jié)罐內(nèi)，pH值檢測儀讀取罐內(nèi)水的pH值，并將pH值調(diào)節(jié)罐內(nèi)水的pH調(diào)至7.0;pH值調(diào)至7.0的水從pH值調(diào)節(jié)罐流出，依次經(jīng)過石英砂過濾器、活性炭過濾器和沸石過濾器，經(jīng)過該三級(jí)過濾除去水中的固體懸浮物、膠體、有機(jī)物，從沸石過濾器流出的水儲(chǔ)存在預(yù)處理水儲(chǔ)罐內(nèi);脫鹽子系統(tǒng)的第一高壓泵將預(yù)處理水儲(chǔ)罐內(nèi)的水輸送至一級(jí)反滲透主機(jī)內(nèi)，經(jīng)一級(jí)反滲透處理的水再進(jìn)行二級(jí)反滲透;經(jīng)過兩級(jí)反滲透后進(jìn)入紫外線殺菌器中，紫外線破壞生物體的核酸功能而使細(xì)菌死亡;紫外線殺菌器流出的水進(jìn)入精密過濾器中，水中的細(xì)菌被除去，從精密過濾器流出的水儲(chǔ)存在脫鹽水儲(chǔ)罐內(nèi);精處理子系統(tǒng)的加壓泵將脫鹽處理后的水輸送至混床中，在混床中深度去除水中的礦物質(zhì)，混床出水的電導(dǎo)率達(dá)到超純水的標(biāo)準(zhǔn)。
說明書
一種零廢水排放的制備超純水的方法
本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01510779129.1，申請(qǐng)日為2015年11月13日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“零廢水排放的制備超純水的系統(tǒng)和方法”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種純水的制備方法，具體涉及一種生產(chǎn)過程零廢水排放的制備超純水的方法。
背景技術(shù)
水是一種最常見的化合物，它既是生命之源，也是現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的重要資源。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多領(lǐng)域?qū)λ|(zhì)量的要求越來越高，純水制備技術(shù)成為一個(gè)熱門研究領(lǐng)域。
純水分為飲用純水和工業(yè)純水。工業(yè)純水根據(jù)電導(dǎo)率分為三種，如下表1所示。
表1 工業(yè)純水分類(25℃)
超純水作為高品質(zhì)的分析實(shí)驗(yàn)用水、生產(chǎn)工藝用水和鍋爐設(shè)備補(bǔ)給用水廣泛用于電子、醫(yī)藥、電力、化工等眾多工業(yè)領(lǐng)域。它不僅與產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率有著直接的關(guān)系，而且對(duì)各個(gè)行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響，是生產(chǎn)過程中不可或缺的原材料之一。
關(guān)于超純水的制備方法，張志坤等在《超純水制備》(現(xiàn)代化工，2011,04期：79-82)一文中提到用預(yù)處理+二級(jí)反滲透+電去離子EDI+拋光精混床的工藝流程處理石化公司地下水制備超純水。文中將石英砂過濾器和精密過濾器作為預(yù)處理，去除原水中的懸浮物、膠體、色度、濁度、有機(jī)物等，一級(jí)反滲透作為預(yù)脫鹽裝置，脫除水中大部分的溶解鹽類、顆粒、硬度、活性硅;二級(jí)反滲透和電去離子作為精脫鹽裝置，進(jìn)一步脫除水中微量的溶解鹽類、硬度和SiO2，使整個(gè)系統(tǒng)的出水水質(zhì)達(dá)到超純水出水水質(zhì)要求;電去離子EDI和拋光精混床作為第三套工序，主要起第三重保障作用，保障出水水質(zhì)滿足油田伴生氣洗滌水質(zhì)需要。該工藝工作性能可靠、產(chǎn)水量為3噸/h，出水水質(zhì)穩(wěn)定，產(chǎn)水電阻率在0.056μS/cm以下，符合工業(yè)超純水的標(biāo)準(zhǔn)，而且拋光精混床的再生周期大大延長，減少了部分環(huán)境污染。但是，該工藝需要使用EDI裝置，EDI裝置的初期投資昂貴，維修比較困難，很多材料及配件均要求進(jìn)口，初期投資非常昂貴，不適用于中小型企業(yè)，而且EDI在水電離模式下工作時(shí)，電能和除鹽的效率較低。
又例如中國專利文獻(xiàn)CN 104150663 A(申請(qǐng)?zhí)?201410438809.2)公開了一種超純水生產(chǎn)系統(tǒng)，包括預(yù)處理子系統(tǒng)、反滲透子系統(tǒng)、混床子系統(tǒng);所述預(yù)處理子系統(tǒng)包括依次相連接的原水箱、原水泵、多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、保安過濾器;所述反滲透子系統(tǒng)包括一級(jí)高壓泵、RO反滲透系統(tǒng)、RO水箱、二級(jí)高壓泵、純水箱，所述RO反滲透系統(tǒng)包括一級(jí)反滲透主機(jī)、二級(jí)反滲透主機(jī);所述混床子系統(tǒng)包括純水泵、混床、紫外線殺菌器、精密過濾器，純水箱與純水泵相連接，純水泵、混床、紫外線殺菌器、精密過濾器依次連接。
上述超純水制備工藝中均使用了混床，混床運(yùn)行過程中需要頻繁用酸堿進(jìn)行再生，產(chǎn)生大量酸堿廢液，上述文獻(xiàn)中未提到酸堿廢液的處理方法;目前混床再生產(chǎn)生的酸堿廢水的處理是將其中和后排放到市政污水管網(wǎng)，這種處理方式也是水資源的浪費(fèi)。
近年來，隨著人們節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高，不僅要求水質(zhì)能夠滿足各領(lǐng)域的用水要求，還要對(duì)制備超純水工藝中一些造成水資源浪費(fèi)和污染環(huán)境的技術(shù)工藝加以改進(jìn)，這些都推動(dòng)了純水制備技術(shù)的不斷發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種生產(chǎn)過程零廢水排放的制備超純水的方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種零廢水排放的制備超純水的方法，該方法使用零廢水排放的制備超純水的系統(tǒng)，所述制備系統(tǒng)包括預(yù)處理子系統(tǒng)、脫鹽子系統(tǒng)、精處理子系統(tǒng)和再生廢水預(yù)處理子系統(tǒng)。
所述預(yù)處理子系統(tǒng)包括通過管道依次連接的原水儲(chǔ)罐、水泵、軟化過濾器、pH值調(diào)節(jié)罐、石英砂過濾器、活性炭過濾器、沸石過濾器和預(yù)處理水儲(chǔ)罐。
脫鹽子系統(tǒng)包括通過管道依次連接的第一高壓泵、一級(jí)反滲透主機(jī)、反滲透水箱、第二高壓泵、二級(jí)反滲透主機(jī)、紫外線殺菌器、精密過濾器和脫鹽水儲(chǔ)罐，第一高壓泵的進(jìn)水口與預(yù)處理子系統(tǒng)的預(yù)處理水儲(chǔ)罐的出水口相連。
精處理子系統(tǒng)為混床系統(tǒng)，包括加壓泵、2組混合離子交換柱和超純水儲(chǔ)罐，加壓泵的進(jìn)水口通過管道與脫鹽子系統(tǒng)的脫鹽水儲(chǔ)罐的出水口相連，加壓泵的出水口與混床的進(jìn)水口通過管道連通，混床的出水口通過管道與超純水儲(chǔ)罐相連通。
再生廢水預(yù)處理子系統(tǒng)包括再生廢水中和池和蒸發(fā)結(jié)晶裝置，所述蒸發(fā)裝置設(shè)有冷凝水收集管道和冷凝水儲(chǔ)罐，冷凝水儲(chǔ)罐的出水口通過水泵和管道與預(yù)處理子系統(tǒng)的軟化過濾器相連通，管道上設(shè)有閥門;其中精處理子系統(tǒng)的混合離子交換柱的再生酸液出口通過管道通入再生廢水中和池中，再生堿液出口也通過管道通入再生廢水中和池中，再生廢水中和池的出水口通過水泵和管道將池中廢水輸送至蒸發(fā)裝置中。
制備超純水的方法包括以下步驟：
�、僭A(yù)處理;將原水通入原水儲(chǔ)罐中，打開水泵，原水通過軟化過濾器，去除水中結(jié)垢離子，降低原水硬度;從軟化過濾器流出的水進(jìn)入pH值調(diào)節(jié)罐內(nèi)，pH值檢測儀及時(shí)讀取罐內(nèi)水的pH值，若罐內(nèi)水的pH值大于7.0，向罐內(nèi)滴加鹽酸至pH值讀數(shù)為7.0，若罐內(nèi)水的pH值小于7.0，向罐內(nèi)滴加氫氧化鈉溶液至pH值讀數(shù)為7.0，若罐內(nèi)水的pH值為7.0則不需要調(diào)節(jié)。
pH值調(diào)至7.0的水從pH值調(diào)節(jié)罐流出，依次經(jīng)過石英砂過濾器、活性炭過濾器和沸石過濾器，經(jīng)過該三級(jí)過濾除去水中的1~20μm的固體懸浮物、膠體、有機(jī)物，減輕后續(xù)反滲透膜處理負(fù)荷，從沸石過濾器流出的水儲(chǔ)存在預(yù)處理水儲(chǔ)罐內(nèi)。
�、诿擕}處理;脫鹽子系統(tǒng)的第一高壓泵將預(yù)處理水儲(chǔ)罐內(nèi)的水輸送至一級(jí)反滲透主機(jī)內(nèi)，經(jīng)過一級(jí)反滲透脫除水中大部分的溶解鹽類、顆粒、硬度和活性硅;經(jīng)一級(jí)反滲透處理的水再進(jìn)行二級(jí)反滲透，進(jìn)一步脫除水中微量的溶解鹽類、硬度和SiO2。
經(jīng)過兩級(jí)反滲透處理的水送入紫外線殺菌器中，紫外線破壞生物體的核酸功能而使細(xì)菌死亡;紫外線殺菌器流出的水進(jìn)入精密過濾器中，水中的細(xì)菌被除去，從精密過濾器流出的水儲(chǔ)存在脫鹽水儲(chǔ)罐內(nèi)。
�、劬幚�;精處理子系統(tǒng)的加壓泵將步驟②脫鹽處理后的水輸送至混床中，在混床中深度去除水中的礦物質(zhì)，出水水質(zhì)的電導(dǎo)率達(dá)到超純水的標(biāo)準(zhǔn)，得到的超純水儲(chǔ)存在超純水儲(chǔ)罐內(nèi)。
�、芑齑苍偕鷱U液處理;連續(xù)處理完畢100～150噸原水后，混床內(nèi)的陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂使用鹽酸和氫氧化鈉分別再生后，對(duì)再生廢液預(yù)處理，即將再生的廢酸和廢堿液通入再生廢水預(yù)處理子系統(tǒng)的再生廢水中和池中，在中和池中中和后送入蒸發(fā)結(jié)晶裝置中加熱，隨著蒸發(fā)結(jié)晶裝置中鹽濃度的升高，氯化鈉析出，收集結(jié)晶的氯化鈉，蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的水蒸汽冷凝后儲(chǔ)存在冷凝水儲(chǔ)罐內(nèi)。
預(yù)處理后，冷凝水儲(chǔ)罐內(nèi)的水送入制備超純水系統(tǒng)的預(yù)處理子系統(tǒng)的軟化過濾器中，按照上述步驟①至步驟③進(jìn)行純化得到超純水。
具體的，預(yù)處理后，冷凝水儲(chǔ)罐內(nèi)的水從軟化過濾器流出的水進(jìn)入pH值調(diào)節(jié)罐內(nèi)，pH值檢測儀讀取罐內(nèi)水的pH值，并將pH值調(diào)節(jié)罐內(nèi)水的pH調(diào)至7.0;pH值調(diào)至7.0的水從pH值調(diào)節(jié)罐流出，依次經(jīng)過石英砂過濾器、活性炭過濾器和沸石過濾器，經(jīng)過該三級(jí)過濾除去水中的固體懸浮物、膠體、有機(jī)物，從沸石過濾器流出的水儲(chǔ)存在預(yù)處理水儲(chǔ)罐內(nèi);脫鹽子系統(tǒng)的第一高壓泵將預(yù)處理水儲(chǔ)罐內(nèi)的水輸送至一級(jí)反滲透主機(jī)內(nèi)，經(jīng)一級(jí)反滲透處理的水再進(jìn)行二級(jí)反滲透;經(jīng)過兩級(jí)反滲透后進(jìn)入紫外線殺菌器中，紫外線破壞生物體的核酸功能而使細(xì)菌死亡;紫外線殺菌器流出的水進(jìn)入精密過濾器中，水中的細(xì)菌被除去，從精密過濾器流出的水儲(chǔ)存在脫鹽水儲(chǔ)罐內(nèi);精處理子系統(tǒng)的加壓泵將脫鹽處理后的水輸送至混床中，在混床中深度去除水中的礦物質(zhì)，混床出水的電導(dǎo)率達(dá)到超純水的標(biāo)準(zhǔn)。
上述步驟①原水預(yù)處理的處理負(fù)荷是步驟②脫鹽處理負(fù)荷的8～12倍，步驟①原水預(yù)處理的處理負(fù)荷是步驟③精處理負(fù)荷的8～12倍。
進(jìn)一步的，使用的制備系統(tǒng)中，所述預(yù)處理子系統(tǒng)的pH值調(diào)節(jié)罐包括罐主體、酸液罐和堿液罐，酸液罐和堿液罐設(shè)置在罐主體的上方，酸液罐和堿液罐分別通過管道與罐主體聯(lián)通，管道上設(shè)有閥門;罐主體上還設(shè)有pH值檢測儀，pH值檢測儀的電極浸在pH值調(diào)節(jié)罐內(nèi)的液體中，即時(shí)讀取測量罐內(nèi)液體的pH值;酸液罐內(nèi)儲(chǔ)存20%～30%的鹽酸，堿液罐內(nèi)儲(chǔ)存15%～20%的氫氧化鈉溶液。
所述精處理子系統(tǒng)的混合離子交換柱的柱身上設(shè)有再生酸液進(jìn)口、再生酸液出口、再生堿液進(jìn)口、再生堿液出口;再生酸液進(jìn)口通過管道與鹽酸儲(chǔ)罐相連通，再生堿液進(jìn)口通過管道與氫氧化鈉溶液儲(chǔ)罐相連通，其中鹽酸儲(chǔ)罐中鹽酸的濃度為20%～30%，氫氧化鈉溶液儲(chǔ)罐中氫氧化鈉溶液的濃度為15%～20%。
預(yù)處理子系統(tǒng)的處理負(fù)荷為脫鹽子系統(tǒng)處理負(fù)荷的8～12倍，預(yù)處理子系統(tǒng)的處理負(fù)荷為精處理子系統(tǒng)的處理負(fù)荷的8～12倍。
本發(fā)明具有積極的效果：(1)本發(fā)明的制備超純水的系統(tǒng)和方法實(shí)現(xiàn)了超純水制備過程廢水零排放;制備超純水的系統(tǒng)包括混床，混床中的陽樹脂和陰樹脂再生時(shí)產(chǎn)生的大量酸堿廢水不是如現(xiàn)有處理方式那樣排放到污水管網(wǎng)中，而是在本發(fā)明的系統(tǒng)中得到處理，并最終得到超純水。
(2)本發(fā)明的制備超純水的系統(tǒng)的預(yù)處理子系統(tǒng)的處理負(fù)荷為后續(xù)脫鹽子系統(tǒng)和精處理子系統(tǒng)的處理負(fù)荷的8～12倍，經(jīng)過預(yù)處理的水提高了進(jìn)入反滲透裝置的水質(zhì)，減輕了反滲透膜的工作壓力，降低了膜污染，而且較大的負(fù)荷能力保證本系統(tǒng)可以同時(shí)處理較為純凈的自來水、混床的再生水，經(jīng)過預(yù)處理的中間水的電導(dǎo)率可以達(dá)到2μs/cm，可以直接作為生活用水使用。
由于精處理子系統(tǒng)之前的預(yù)處理子系統(tǒng)和脫鹽子系統(tǒng)對(duì)原水的處理，混床樹脂的再生周期變長，處理水量達(dá)到120噸才需對(duì)混床的陰陽樹脂進(jìn)行再生。
(3)本發(fā)明的制備超純水的系統(tǒng)和方法未使用價(jià)格昂貴的裝置，處理設(shè)備投入成本較低，設(shè)備占地面積小，適合中小型企業(yè)生產(chǎn)工業(yè)用超純水。
(4)本發(fā)明的制備超純水的系統(tǒng)和方法制備的超純水的電導(dǎo)率低至0.02 μs/cm。
