申請日2014.01.21

　　公開(公告)日2015.07.01

　　IPC分類號C02F9/06

　　摘要

　　一種離子交換樹脂再生廢水資源回收系統(tǒng)及方法，采用兩級反滲透加電解工藝對再生廢水進行處理，第一級反滲透的濃水用于電解制次氯酸鈉，第二級反滲透淡水回用于電廠工業(yè)水、脫硝用水等。本發(fā)明能夠回收再生廢水中的氯化鈉、氨等資源，同時回收淡水，最終濃水用于制次氯酸鈉，可以實現(xiàn)再生廢水的零排放。

　　權利要求書

　　1.一種離子交換樹脂再生廢水資源回收系統(tǒng)，其特征在于：包括與陽、陰離 子交換再生廢水相連的帶有風機(23)的廢水箱(1)，廢水箱(1)的出口經(jīng)管路 依次與過濾器/超濾(3)、一級增壓泵(5)及一級保安過濾器(6)相連通，且在 一級增壓泵(5)與一級保安過濾器(6)相連通的管路上還設置有阻垢劑加藥裝置， 一級保安過濾器(6)的出水經(jīng)管路分別與一級高壓泵(7)、能量回收裝置(10) 的入口相連通，一級高壓泵(7)的出口與一級一段反滲透裝置(8)的入口相連， 一級一段反滲透裝置(8)的淡水出口經(jīng)管路與淡水箱(19)相連通，淡水箱(19) 出水經(jīng)淡水泵(20)增壓后送至回用水點，一級一段反滲透裝置(8)的濃水出口 與一級二段反滲透裝置(9)的入口相連通，一級二段反滲透裝置(9)的淡水出口 經(jīng)管路與二級反滲透裝置相連通，二級反滲透裝置的淡水出口與淡水箱(19)相連 通，二級反滲透裝置的濃水出口經(jīng)管路與過濾器/超濾(3)的出口管路相連通，一 級二段反滲透裝置(9)的濃水出口與能量回收裝置(10)的另一入口相連通，能 量回收裝置(10)一個出口經(jīng)管路與一級高壓泵(7)的出口相連，另一出口與電 解槽(11)相連通，電解槽(11)產(chǎn)出的次氯酸鈉由次氯酸鈉加藥泵(24)送至加 藥點;

　　所述的廢水箱(1)與過濾器/超濾(3)之間的管路上還安裝有提升泵(2);

　　所述的二級反滲透裝置包括二級一段反滲透裝置(16)、二級段間增壓泵(18) 和二級二段反滲透裝置(17)，一級二段反滲透裝置(9)的淡水出口與二級一段反 滲透裝置(16)的入口連通，二級一段反滲透裝置(16)的濃水出口經(jīng)二級段間增 壓泵(18)與二級二段反滲透裝置(17)的入口相連通，二級二段反滲透裝置(17) 的濃水出口與過濾器/超濾(3)的出口管路相連通，二級一段反滲透裝置(16)及 二級二段反滲透裝置(17)的淡水出口分別與淡水箱(19)相連通。

　　2.根據(jù)權利要求1所述的離子交換樹脂再生廢水資源回收系統(tǒng)，其特征在于： 所述的過濾器/超濾(3)與一級增壓泵(5)之間還安裝有清水箱(4)。

　　3.根據(jù)權利要求1所述的離子交換樹脂再生廢水資源回收系統(tǒng)，其特征在于： 所述的阻垢劑加藥裝置包括阻垢劑箱(21)以及與分別與阻垢劑箱(21)、一級保 安過濾器(6)的入口管路相連通的阻垢劑計量泵(22)。

　　4.根據(jù)權利要求1所述的離子交換樹脂再生廢水資源回收系統(tǒng)，其特征在于： 所述的一級二段反滲透裝置(9)與二級反滲透裝置之間的管路上依次安裝有中間 水箱(12)、二級增壓泵(13)、二級保安過濾器(14)和二級高壓泵(15)。

　　5.根據(jù)權利要求1所述的離子交換樹脂再生廢水資源回收系統(tǒng)，其特征在于： 所述的風機(23)采用羅茨風機。

　　6.一種如權利要求1-5中任意一項所述的系統(tǒng)的離子交換樹脂再生廢水資源 回收方法：其特征在于：將含氨的凝結水精處理離子交換樹脂再生廢水送入廢水箱 (1)，控制混合再生廢水pH值達到10以上;在廢水箱(1)中用羅茨風機(23) 鼓入空氣進行充分混合，同時供氧以氧化可能存在的Fe2+，通過提升泵(2)將混 合再生廢水送入過濾器/超濾(3)以去除顆粒懸浮物及鐵，出水進入清水箱(4); 通過一級增壓泵(5)將清水箱(4)出水送入一級保安過濾器(6)過濾，在一級 保安過濾器(6)前根據(jù)運行條件由阻垢劑計量泵(22)加入貯存在阻垢劑箱(21) 中的阻垢劑，一級保安過濾器(6)出水一部分進入一級高壓泵(7)加壓，另一部 分進入能量回收裝置(10)與一級二段反滲透裝置(9)的濃水進行能量交換后與 一級高壓泵(7)出水一同進入一級一段反滲透裝置(8)，一級一段反滲透裝置(8) 產(chǎn)出的淡水直接進入淡水箱(19)回用，一級二段反滲透裝置(9)產(chǎn)出的淡水進 入中間水箱(12)，一級二段反滲透裝置(9)的濃水經(jīng)過能量回收裝置(10)交換 能量后送至電解槽(11)進行電解制氯，當回收含氨的凝結水精處理離子交換樹脂 再生廢水時，還在電解槽(11)內(nèi)進行氨的氧化去除反應;通過二級增壓泵(13) 將中間水箱(12)出水送入二級保安過濾器(14)過濾，二級保安過濾器(14)出 水經(jīng)二級高壓泵(15)加壓后送入二級一段反滲透裝置(16)，二級一段反滲透裝 置(16)產(chǎn)出的淡水進入淡水箱(19)，二級一段反滲透裝置(16)的濃水經(jīng)二級 段間增壓泵(18)增壓后進入二級二段反滲透裝置(17)，二級二段反滲透裝置(17) 產(chǎn)出的淡水進入淡水箱(19)，二級二段反滲透裝置(17)的濃水返回清水箱(4) 繼續(xù)處理;淡水箱(19)出水經(jīng)淡水泵(20)增壓后送至回用水點;電解槽(11) 產(chǎn)出的次氯酸鈉由次氯酸鈉加藥泵(24)送至加藥點。

　　說明書

　　一種離子交換樹脂再生廢水資源回收系統(tǒng)及方法

　　技術領域

　　本發(fā)明屬于工業(yè)廢水處理與資源循環(huán)利用領域，具體涉及一種離子交換 樹脂再生廢水資源回收系統(tǒng)及方法。

　　現(xiàn)有技術

　　目前，工業(yè)企業(yè)中離子交換樹脂再生酸堿廢水通常是經(jīng)中和處理之后達 標排放，或者將再生廢水用于中和企業(yè)內(nèi)部所產(chǎn)其余酸堿廢水，很少有考慮 回收再生廢水中的有用物質。離子交換樹脂再生酸堿廢水已見報道的處理方 法有以下幾種：酸堿中和法、化學反應沉淀法、生化法、FENTON試劑法、 納濾/反滲透法。

　　1)酸堿中和法。(張家驊.貴陽電廠廢水治理與回用試驗研究[J].給 水排水,1994,04);(任合社.除鹽設備再生廢水的綜合利用[J].工業(yè)水處 理,1995,05);(方晞,張格紅,韓耀霞,et al.熱電廠灰渣廢水、再生廢水綜 合利用技改設計[J].環(huán)境工程,2006,02);(喻軍,張占平,高文峰.火電廠 離子交換樹脂再生廢水處理及減排[J].電力環(huán)境保護,2008,06):7-9.);(錢 楓,向晶,李偉,et al.鍋爐軟水站再生廢水用于煙氣脫硫的研究[J].環(huán)境 科學與技術,2009,01);(房金祥.某電廠化學廢水綜合利用工程實踐[J].給 水排水,2010,09);(劉景明,郗麗娟,李冰.酸堿廢水中和系統(tǒng)絮凝條件優(yōu) 化及最佳產(chǎn)泥量的研究[J].環(huán)境工程,2002,05)等報道了將離子交換再生 酸性廢水用于鍋爐沖灰、堿性廢水用做脫硫劑及酸堿中和系統(tǒng)優(yōu)化等技 術。

　　2)化學反應沉淀法。(郭春梅陳,張忠智.注氣鍋爐含鹽廢水的分析 及回用技術研究[J].工業(yè)水處理,2003,12);(郭春梅,陳進富.離子交換 樹脂再生廢水回用處理模擬試驗研究[J].環(huán)境工程學報,2008,01);(車春 波.沉淀法處理離子交換樹脂再生廢水的研究[J].哈爾濱商業(yè)大學學報(自 然科學版),2010,03):291-4.);(王曉暉,李玉銀.離子交換樹脂再生廢水 回收和利用的模擬試驗[J].河北冶金,2012,12):24-7.)等報道了通過分步 化學反應沉淀方法去除再生廢水中的硬度離子，回收鈣鹽和鎂鹽兩種副產(chǎn) 品，利用產(chǎn)水中的氯化鈉再生鈉離子交換樹脂等技術。

　　3)生化法。(湯蘊蕾.上海地區(qū)電廠樹脂再生廢水處理的探討[J].華 東電力,2001,12);(張萍,陳曉宇.生物接觸氧化池―膜生物反應器組合處 理電廠再生廢水的研究[J].華東電力,2006,05)等采用生物膜法、生物接 觸氧化及膜生物反應器法處理離子交換樹脂再生廢水，去除其中的有機 物，達到排放標準。

　　4)FENTON試劑法。(王羅春沈,丁桓如,孟奕,楊貴盛.Fenton試劑處理 電廠離子交換樹脂再生廢水[J].環(huán)境污染與防治,2001,05);(王羅春,李 曉華,金龍.用Fenton試劑-礦化垃圾生物反應器聯(lián)合處理離子交換樹脂再 生廢水[J].上海電力學院學報,2009,05):461-4.);(金龍趙.Fenton試劑 和礦化垃圾生物反應床聯(lián)合處理電廠離子交換樹脂再生廢水[J].給水排水, 2004,12);(金龍,王羅春,陳梅.Fenton試劑處理電廠難降解離子交換樹脂 再生廢水[J].蘇州科技學院學報(工程技術版),2008,01):18-22.);(楊貴 盛,孟奕,王羅春,et al.催化氧化法處理電廠離子交換樹脂再生廢水[J]. 能源工程,2007,01):53-5.);(車春波,王薇.用Fenton試劑處理煉油廠離 子交換樹脂再生廢水的研究[J].煉油與化工,2009,04):19-21+58.);(車 春波.Fenton試劑催化氧化法處理離子交換樹脂再生廢水[J].環(huán)境科學與 管理,2010,02):79-81.)等采用FENTON試劑催化氧化法處理離子交換樹脂再 生廢水，去除其中的難降解有機物，達到排放標準。

　　5)納濾/反滲透法。(王羅春,丁桓如,聞人勤.納濾法處理電廠離子 交換樹脂再生廢水的研究[J].上海電力學院學報,2006,04):338-40.);(付 杰榮.精煉糖廠離子交換樹脂再生廢水回收技術[J].廣西輕工業(yè),2010,09): 106-7+37.)采用納濾技術回收離子交換樹脂再生廢水，去除其中的有機 物，達到排放標準。(魏立安,廖城城.反滲透用于APT離子交換廢水的處 理與回用[J].環(huán)境科學與技術,2010,11)等采用反滲透技術回收APT冶煉 離子交換堿性廢水，其運行壓力在1.7～1.8MPa。

　　離子交換樹脂再生廢水相關專利文獻。

　　專利號201120177523.5螯合樹脂塔再生廢水的回收利用裝置，通過在 廢水管線上加裝儲罐、泵，使其重新回接在各自的酸堿處置的管路上，產(chǎn)生 合理的化學反應，減少最終處置的壓力。

　　申請?zhí)枺?7105951.9離子交換樹脂再生廢水生產(chǎn)絮凝劑的技術，將再 生廢水中的鹽酸或硫酸與鐵或鋁發(fā)生反應,生成氫氣、鐵鹽或鋁鹽，氫氣回 收利用,含鐵鹽或鋁鹽的再生廢水作為絮凝劑應用。

　　專利號201010533707.0PVC酸堿廢水二級混凝與生物協(xié)同處理工藝，

　　結合混凝與生物處理工藝，實現(xiàn)最終達標排放。

　　申請?zhí)枺?00620094150.4酸堿廢水處理系統(tǒng)，將工業(yè)酸性廢水和工業(yè) 堿性廢水經(jīng)酸堿廢水中和、混凝、沉淀、污泥脫水等工藝后,達到排放標準。

　　專利號201220023152.X一種樹脂塔酸堿廢水回收利用系統(tǒng)，將酸性廢 水和堿性廢水分別流入廢酸槽和廢堿槽，廢酸通過廢酸泵輸送至PO車間皂 化廢水槽內(nèi)中和廢水，廢堿通過廢堿泵輸送到次氯酸鈉工序配堿生產(chǎn)成品次 氯酸鈉銷售。

　　專利號201220079958.0火電廠酸堿廢水中和處理自動加藥裝置，結合 加酸、加堿和自動控制裝置實現(xiàn)酸堿廢水的自動中和控制。

　　根據(jù)文獻檢索結果分析，目前離子交換樹脂再生酸堿廢水主要被視為一 種廢棄物，經(jīng)過酸堿中和法、化學反應沉淀法、生化法、FENTON試劑法、 納濾/反滲透法等使其能夠達標排放，或者用于低質場合如鍋爐沖灰等，少 量技術考慮將再生廢水中的硬度等去除后回用氯化鈉溶液作為鈉離子交換 樹脂的再生劑使用，當沒有鈉離子交換器時氯化鈉溶液無法有效利用。(魏 立安,廖城城.反滲透用于APT離子交換廢水的處理與回用[J].環(huán)境科學 與技術,2010,11)提到用反滲透技術回收APT冶煉離子交換堿性廢水，但其 操作壓力低，只有1.7～1.8MPa，且并未回收廢水中的化學資源。

　　目前，工業(yè)企業(yè)脫鹽水處理系統(tǒng)普遍采用反滲透技術，在反滲透裝置后 再接陽、陰、混合離子交換塔進行脫鹽處理，離子交換樹脂再生時用除鹽水 稀釋高純工業(yè)鹽酸和離子膜堿作為再生液，其中雜質離子濃度很低。由于反 滲透裝置已經(jīng)將離子交換塔進水中的硬度、硫酸根、鋇、鍶、硅等結垢成份 去除到很低的程度，因此離子交換再生廢水中的鹽分主要是再生劑帶入的鈉 離子和氯離子，結垢成份濃度很低，具備反滲透回收的技術條件。

　　火電廠凝結水精處理系統(tǒng)陽離子交換塔再生廢水中含有大量的氯離子、 氨、及少量的硬度離子及腐蝕產(chǎn)物，陰離子交換塔再生廢水中含有大量的鈉 離子及少量的硬度離子、硫酸根離子，二者混合后成為主要含氯化鈉和氨的 再生廢水，也具備反滲透回收的技術條件。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于提供一種能夠回收離子交換樹脂再生酸堿廢水中氯 化鈉、氨等有用資源，同時回收淡水，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水能夠制備次氯酸 鈉，最終實現(xiàn)再生廢水零排放的離子交換樹脂再生廢水資源回收系統(tǒng)及方 法。

　　為達到上述目的，本發(fā)明的系統(tǒng)包括：包括與陽、陰離子交換再生廢水 相連的帶有風機的廢水箱，廢水箱的出口經(jīng)管路依次與過濾器/超濾、一級 增壓泵及一級保安過濾器相連通，且在一級增壓泵與一級保安過濾器相連通 的管路上還設置有阻垢劑加藥裝置，一級保安過濾器的出水經(jīng)管路分別與一 級高壓泵、能量回收裝置的入口相連通，一級高壓泵的出口與一級一段反滲 透裝置的入口相連，一級一段反滲透裝置的淡水出口經(jīng)管路與淡水箱相連 通，淡水箱出水經(jīng)淡水泵增壓后送至回用水點，一級一段反滲透裝置的濃水 出口與一級二段反滲透裝置的入口相連通，一級二段反滲透裝置的淡水出口 經(jīng)管路與二級反滲透裝置相連通，二級反滲透裝置的淡水出口與淡水箱相連 通，二級反滲透裝置的濃水出口經(jīng)管路與過濾器的出口管路相連通，一級二 段反滲透裝置的濃水出口與能量回收裝置的另一入口相連通，能量回收裝置 一個出口經(jīng)管路與一級高壓泵的出口相連，另一出口與電解槽相連通，電解 槽產(chǎn)出的次氯酸鈉由次氯酸鈉加藥泵送至加藥點。

　　所述的廢水箱與過濾器/超濾之間的管路上還安裝有提升泵。

　　所述的過濾器/超濾與一級增壓泵之間還安裝有清水箱。

　　所述的阻垢劑加藥裝置包括阻垢劑箱以及與分別與阻垢劑箱、一級保安 過濾器的入口管路相連通的阻垢劑計量泵。

　　所述的二級反滲透裝置包括二級一段反滲透裝置、二級段間增壓泵和二 級二段反滲透裝置，一級二段反滲透裝置的淡水出口與二級一段反滲透裝置 的入口連通，二級一段反滲透裝置的濃水出口經(jīng)二級段間增壓泵與二級二段 反滲透裝置的入口相連通，二級二段反滲透裝置的濃水出口與過濾器的出口 管路相連通，二級一段反滲透裝置及二級二段反滲透裝置的淡水出口分別與 淡水箱相連通。

　　所述的一級二段反滲透裝置與二級反滲透裝置之間的管路上依次安裝 有中間水箱、二級增壓泵、二級保安過濾器和二級高壓泵。

　　所述的風機采用羅茨風機。

　　本發(fā)明的離子交換樹脂再生廢水資源回收方法是將含氨的凝結水精處 理離子交換樹脂再生廢水送入廢水箱，控制混合再生廢水pH值達到10以上; 在廢水箱中用羅茨風機鼓入空氣進行充分混合，同時供氧以氧化可能存在的 Fe2+，通過提升泵將混合再生廢水送入過濾器/超濾以去除顆粒懸浮物及鐵， 出水進入清水箱;通過一級增壓泵將清水箱出水送入一級保安過濾器過濾， 在一級保安過濾器前根據(jù)運行條件由阻垢劑計量泵加入貯存在阻垢劑箱中 的阻垢劑，一級保安過濾器出水一部分進入一級高壓泵加壓，另一部分進入 能量回收裝置與一級二段反滲透裝置的濃水進行能量交換后與一級高壓泵 出水一同進入一級一段反滲透裝置，一級一段反滲透裝置產(chǎn)出的淡水直接進 入淡水箱回用，一級二段反滲透裝置產(chǎn)出的淡水進入中間水箱，一級二段反 滲透裝置的濃水經(jīng)過能量回收裝置交換能量后送至電解槽進行電解制氯，當 回收含氨的凝結水精處理離子交換樹脂再生廢水時，還在電解槽內(nèi)進行氨的 氧化去除反應;通過二級增壓泵將中間水箱出水送入二級保安過濾器過濾， 二級保安過濾器出水經(jīng)二級高壓泵加壓后送入二級一段反滲透裝置，二級一 段反滲透裝置產(chǎn)出的淡水進入淡水箱，二級一段反滲透裝置的濃水經(jīng)二級段 間增壓泵增壓后進入二級二段反滲透裝置，二級二段反滲透裝置產(chǎn)出的淡水 進入淡水箱，二級二段反滲透裝置的濃水返回清水箱繼續(xù)處理;淡水箱出水 經(jīng)淡水泵增壓后送至回用水點;電解槽產(chǎn)出的次氯酸鈉由次氯酸鈉加藥泵送 至加藥點。

　　本發(fā)明的效果如下：

　　1)本發(fā)明針對的離子交換樹脂再生廢水水質特點是硬度、硫酸根、二 氧化硅等結垢成份濃度很低，可以采用反滲透回收廢水中大量的氯化鈉，提 供反滲透回收率，使運行壓力達到8MPa或者更高，濃縮后的反滲透濃水含 鹽量達到8%或者更高，從而最大量地回收了淡水，氯化鈉保留在少量的濃 水中;

　　2)由于再生廢水中的鐵對反滲透膜造成污染，在反滲透前設置了曝氣- 過濾/超濾工藝，可以氧化廢水中可能存在的Fe2+,過濾介質選用石英砂或者 錳砂，過濾過程中在濾料表面形成活性催化層，將溶解態(tài)的鐵轉化為不溶的 Fe(OH)3經(jīng)過濾去除，同時顆粒態(tài)鐵氧化物也被過濾去除，其后再連接超濾 裝置，去除再生廢水中的顆粒物，從而保護反滲透裝置;

　　3)對于含氨的凝結水精處理再生廢水，反滲透運行在pH值為10或者 更高的條件下，利用反滲透膜對分子態(tài)物質去除率較低的特點，使再生廢水 中的氨主要以氨分子形態(tài)透過反滲透膜，保留在淡水中，從而回收再生廢水 中的氨資源，運行pH值越高，回收的氨越多;

　　4)第一級反滲透采用兩段式排列，反滲透膜采用DOW、HYDRANAUTICS、 TORAY、KOCH、GE等公司的海水淡化膜，當回收氨時，反滲透運行在pH值 為10或者更高的條件下，運行壓力達到膜的極限壓力(8MPa或者更高)， 當再生廢水含鹽量在2%左右時，系統(tǒng)回收率在75%以上，濃水含鹽量在8% 以上;

　　5)第一級反滲透采用淡水分段回用設計，第一段由于濃縮倍數(shù)較低， 淡水含鹽量較低可直接回用，第二段濃縮倍數(shù)較高，淡水含鹽量超過 1000mg/L，繼續(xù)進入二級反滲透進行脫鹽處理;

　　6)第一級反滲透使用能量回收裝置以回收濃水的能量，運行電耗僅3～ 4kWh/m3淡水;

　　7)第二級反滲透采用兩段式排列，段間設增壓泵，反滲透膜采用DOW、 HYDRANAUTICS、TORAY、KOCH、GE等公司的苦咸水膜，當回收氨時，反滲透 運行在pH值為10或者更高的條件下，產(chǎn)出的淡水與第一級第一段反滲透淡 水混合后回用，濃水返回第一級反滲透前繼續(xù)處理;

　　8)第一級反滲透的濃水中主要含氯化鈉，當處理含氨的凝結水精處理 再生廢水時，濃水中還有較高的氨，將濃水送至電解槽進行電解，利用電解 產(chǎn)生的次氯酸鈉將氨完全氧化去除，進一步電解制成次氯酸鈉溶液，可用于 殺菌消毒;

　　9)電解槽使用鈦基金屬氧化物涂層DSA陽極，采用RuO2、IrO2、Ta2O5、 SnO2、PbO2、TiO2等金屬氧化物組配成催化活性涂層，具有較低的析氯電位 和較高的析氧電位，有利于氨的直接和間接氧化，同時適用于電解氯化鈉溶 液制次氯酸鈉。