申請日2010.06.02
公開(公告)日2010.10.13
IPC分類號C02F9/06; C02F1/28; C02F1/44; C02F1/469
摘要
本發(fā)明公開了一種廢水循環(huán)回用為工業(yè)超純水的處理工藝，包括如下步驟：預(yù)處理、前置活性炭吸附、一級反滲透、后置活性炭吸附、二級反滲透和電去離子。反滲透后置活性炭吸附飽和以后可以通過簡單操作重復(fù)用于前置活性炭吸附。本發(fā)明可將富含有機(jī)清洗劑、重金屬離子的廢水處理成為TOC合格的超純水，并保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，具有簡單、高效、穩(wěn)定、低成本的優(yōu)勢，水回用率達(dá)60%以上，可廣泛用于大量使用超純水的電子、半導(dǎo)體等工業(yè)的廢水處理以及城市中水回用為電廠鍋爐補(bǔ)給水的廢水處理。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種廢水回用為工業(yè)超純水的處理工藝，其特征在于：包括如下步驟：
(1)預(yù)處理：將廢水直接過濾或加入絮凝劑后沉淀、過濾;
(2)前置活性炭吸附：預(yù)處理后的廢水進(jìn)行前置活性炭吸附;
(3)一級反滲透：經(jīng)前置活性炭吸附處理后的廢水用反滲透膜進(jìn)行反滲透處理;
(4)后置活性炭吸附：將經(jīng)一級反滲透處理后的透過液用后置活性炭進(jìn)行二次吸附;
(5)二級反滲透：用高脫鹽反滲透膜對經(jīng)后置活性炭吸附處理后的廢水進(jìn)行二級反滲透;
(6)電去離子：通過電去離子處理深度除鹽后得到工業(yè)超純水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水回用為工業(yè)超純水的處理工藝，其特征在于：所述的步驟(1)中的過濾為多介質(zhì)過濾、超濾或膜生物反應(yīng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水回用為工業(yè)超純水的處理工藝，其特征在于：步驟(3)中所述的一級反滲透膜表面帶負(fù)電荷或電中性。
4.按照權(quán)利要求1所述的廢水回用為工業(yè)超純水的處理工藝，其特征在于：步驟(5)中所述的高脫鹽反滲透膜表面帶正電荷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水回用為工業(yè)超純水的處理工藝，其特征在于：步驟(6)中所述的電去離子為二級電去離子模塊，將二級反滲透處理后的透過液經(jīng)過串聯(lián)的第一級流道和第二級流道進(jìn)行離子交換處理，第一級流道裝填陽離子交換樹脂，第二級流道裝填混床離子交換樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水回用為工業(yè)超純水的處理工藝，其特征在于：所述的步驟(4)吸附后的后置活性炭直接作為前置活性炭使用。
說明書
一種廢水回用為工業(yè)超純水的處理工藝
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及水、廢水或污水的處理領(lǐng)域，尤其是涉及一種廢水回用為工業(yè)超純水的處理工藝。
背景技術(shù)
我國水資源極度缺乏，節(jié)約水資源有著重大的戰(zhàn)略意義。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，對提高資源利用率和建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會具有重要意義。
電子、半導(dǎo)體、太陽能光伏、鍍膜玻璃等工業(yè)領(lǐng)域需要大量清洗和配藥用的超純水，用量通常10-150M3/h，水質(zhì)要求10MΩ.cm-18.2MΩ.cm。目前工業(yè)超純水制備的原水絕大部分采用城市自來水，主流生產(chǎn)工藝是反滲透加混床離子交換集成工藝。高純產(chǎn)品工業(yè)的清洗用水最后成為帶有大量化學(xué)清洗劑、酸堿和銅、鎳、錫、鉛等重金屬離子的廢水，對環(huán)境影響極大。傳統(tǒng)物化和生化處理工藝是設(shè)法讓廢水達(dá)標(biāo)排放，但即使達(dá)標(biāo)排放，由于電子、半導(dǎo)體、太陽能光伏是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，量大面廣，環(huán)境壓力依然很大。因此，清潔生產(chǎn)與廢水循環(huán)利用是這些行業(yè)的外在壓力和內(nèi)在需求。傳統(tǒng)廢水處理工藝獲得的部分回用水由于有機(jī)物和金屬離子含量高，不能滿足生產(chǎn)工藝用水質(zhì)量要求，只能用作雜用水，因此，廢水部分中水回用仍不能解決生產(chǎn)工藝用水的大量原水需求，實(shí)際水資源節(jié)約效果很有限。例如在用水量和污染大戶印刷線路板PCB行業(yè)中，不少大中型企業(yè)每天廢水排放量達(dá)上萬噸。
反滲透具有對有機(jī)物和離子污染物的高效截留能力，是最重要的廢水資源高值利用技術(shù)之一。在總體水質(zhì)要求不高的PCB行業(yè)中，已有用反滲透膜技術(shù)將廢水部分回用于生產(chǎn)線的案例。但即使采用二級反滲透也無法直接獲得超純水，需要經(jīng)過后續(xù)混床離子交換或電去離子(EDI)處理。反滲透加電去離子是目前最先進(jìn)的超純水清潔生產(chǎn)技術(shù)，與傳統(tǒng)的混床離子交換技術(shù)相比，電去離子本身就是一種全自動連續(xù)運(yùn)行、水質(zhì)穩(wěn)定、不浪費(fèi)水和化學(xué)品、占地面積小、運(yùn)行成本很低的深度除鹽技術(shù)，將取代傳統(tǒng)混床離子交換工藝。但目前常規(guī)使用的EDI模塊嚴(yán)格要求進(jìn)水的重金屬離子、鈣鎂離子含量小于1ppm，甚至0.5ppm，否則易引起模塊結(jié)垢，影響正常使用。由于帶有大量化學(xué)清洗劑、酸堿和銅、鎳等重金屬離子的制程廢水水質(zhì)無法與城市自來水相比，現(xiàn)有的EDI模塊主要用在以城市自來水為原水，以反滲透作前處理的超純水制備工藝中。另一方面，反滲透膜技術(shù)對100分子量以下的有機(jī)物截留率不高，尤其是有機(jī)溶劑更難，甚至?xí)黄茐�，即使通過二級反滲透分離效果也不理想，過量有機(jī)物會使后續(xù)雙波長紫外燈難以重負(fù)，影響超純水水質(zhì)。因此，工業(yè)廢水或城市中水經(jīng)反滲透加電去離子清潔生產(chǎn)技術(shù)回用為超純水，需要優(yōu)化工藝設(shè)計，解決過量有機(jī)物、重金屬離子、硬度、鹽份影響超純水水質(zhì)、膜污染以及設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種廢水高質(zhì)量循環(huán)回用處理工藝，將工業(yè)廢水和城市中水處理成為工業(yè)超純水，達(dá)到廢水減排和節(jié)約水資源的目的。
一種廢水回用為工業(yè)超純水的處理工藝，包括以下步驟：
(1)預(yù)處理：將經(jīng)過物化和生化處理后的廢水或來自調(diào)節(jié)池的工業(yè)制程廢水直接進(jìn)行過濾或加入絮凝劑后沉淀、過濾，去除各種懸浮物、機(jī)械顆粒雜質(zhì)，所述的過濾方法可采用多介質(zhì)過濾、超濾或膜生物反應(yīng)器(MBR)。當(dāng)廢水中懸浮物、機(jī)械顆粒物多時優(yōu)先用多介質(zhì)過濾;當(dāng)廢水中大分子有機(jī)物多時優(yōu)先用超濾;經(jīng)生化處理的廢水優(yōu)先用MBR。超濾、膜生物反應(yīng)器分離比多介質(zhì)過濾精度更高，處理效果更好，但成本較高。三種預(yù)處理方法均可反沖洗。
(2)前置活性炭吸附：預(yù)處理后的廢水再經(jīng)前置活性炭吸附去除對反滲透膜有降解破壞作用的余氯等氧化性物質(zhì)以及膠體有機(jī)物。前置活性炭是反滲透系統(tǒng)工藝設(shè)計的經(jīng)典步驟，對反滲透膜的穩(wěn)定性和膜污染具有很好的保護(hù)效果。
(3)一級反滲透：經(jīng)前置活性炭吸附處理后的廢水通過表面帶負(fù)電荷或電中性的抗有機(jī)物污染的反滲透膜，可高效截留進(jìn)水中97%以上的離子、有機(jī)物。城市污水等通常含有各種不同大小的有機(jī)物膠體、表面活性劑，這些污染物常常帶電負(fù)性，極易吸附在表面帶正電荷的反滲透膜上而難以清除。相反，表面帶負(fù)電荷或電中性的反滲透膜可有效防治有機(jī)物污染。
(4)后置活性炭吸附：將脫除了絕大部分污染物的一級反滲透透過液用后置活性炭深度吸附去除未被反滲透截留的小分子有機(jī)物。所述的后置活性炭為不添加任何抑菌化學(xué)物質(zhì)的純活性炭，不同于常規(guī)飲用純水機(jī)中普遍使用的滲銀或加碘后置活性炭。反滲透膜對分子量100以下的有機(jī)物截留率不高，尤其是有機(jī)溶劑更難，甚至?xí)黄茐�，即使通過二級反滲透分離效果也不理想。常規(guī)超純水制備工藝中反滲透之后的混床離子交換或電去離子的去除對象均為離子，無法去除總有機(jī)碳(TOC)，雙波長紫外燈適于微量TOC脫除，過量有機(jī)物會使后續(xù)雙波長紫外燈難以重負(fù)，影響超純水TOC和電阻率指標(biāo)�；钚蕴康奶攸c(diǎn)是對小分子有機(jī)物有快速吸附能力，并且大量毛細(xì)孔道對小分子有很高的吸附量。本發(fā)明設(shè)計后置活性炭吸附可進(jìn)一步高效脫除有機(jī)物，滿足大部分生產(chǎn)工藝對超純水TOC的要求。
(5)二級反滲透：用表面帶正電荷的高脫鹽膜對經(jīng)上述處理的廢水進(jìn)行二級反滲透，進(jìn)一步降低重金屬離子、硬度和鹽分，以減輕后續(xù)深度除鹽系統(tǒng)的負(fù)荷。目前常規(guī)使用的電去離子模塊嚴(yán)格要求進(jìn)水的重金屬離子、鈣鎂離子含量小于1ppm，甚至0.5ppm，否則易引起模塊結(jié)垢，影響正常使用。
(6)電去離子：最后用具有抗重金屬離子和鈣鎂離子結(jié)垢的二級電去離子模塊深度除鹽，制備出工業(yè)超純水。所述的二級電去離子模塊為：將流道分為二級，第一級流道和第二級流道為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，第一級流道裝填的是陽離子交換樹脂，不同于常規(guī)電去離子模塊淡水室裝填的都是混床離子交換樹脂，目的是對淡水室的進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，即在直流電場驅(qū)動下去除淡水中過量的重金屬離子和鈣鎂離子等易結(jié)垢成分，保證流入第二級淡水流道(超純水制備區(qū)域)的進(jìn)水硬度指標(biāo)在安全水平。第二級流道裝填的才是混床離子交換樹脂，和常規(guī)電去離子模塊一樣用于制備超純水。
本發(fā)明工藝所述的步驟(4)中的后置活性炭用于反滲透之后深度吸附微量小分子有機(jī)物，由于吸附量少，吸附位點(diǎn)可深入毛細(xì)孔道內(nèi)部，吸附活性沒有被完全破壞，活性炭顆粒表面清潔，可用做前置活性炭對廢水中余氯、有機(jī)物、油污以及膠體進(jìn)行表面或內(nèi)部吸附處理。通過設(shè)置簡單的閥門切換可將后置活性炭用作前置活性炭加以重復(fù)利用，不影響其功效，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，不會影響其脫除膠體、油污和氧化性成分的功效。
本發(fā)明工藝基于反滲透加電去離子先進(jìn)技術(shù)，將廢水高質(zhì)量回用為超純水，克服傳統(tǒng)物化和生化處理工藝無法將工業(yè)廢水循環(huán)回用為生產(chǎn)線用超純水的缺陷，解決了現(xiàn)有常規(guī)超純水處理工藝難以解決的廢水中過量有機(jī)物、重金屬離子、硬度、酸堿中和鹽份影響超純水水質(zhì)、膜污染以及設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的問題。
本發(fā)明可將富含有機(jī)清洗劑、重金屬離子的廢水處理成為TOC合格的超純水，并保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，具有簡單、高效、穩(wěn)定、低成本的優(yōu)勢，水回用率達(dá)60%以上，可廣泛用于大量使用超純水的電子、半導(dǎo)體等工業(yè)的廢水處理以及城市中水回用為電廠鍋爐補(bǔ)給水的廢水處理。
