公布日：2023.12.15
申請日：2023.11.15
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C01D5/00(2006.01)I;B01D39/14(2006.01)I;B01D39/20(2006.01)I;B01D39/18(2006.01)I;C02F103/30(2006.01)N;C02F3/00(2023.01)N;
C02F1/28(2023.01)N;C02F1/42(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F1/22(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/04(2023.01)N
摘要
本申請涉及廢水處理的領(lǐng)域，具體公開了一種印染廢水處理工藝，包括以下步驟：S1：收集廢水并進行預(yù)處理；所述預(yù)處理依次包括生化處理、活性炭處理、樹脂軟化處理、超濾過濾處理；所述活性炭處理采用具有活性炭介質(zhì)的活性炭過濾器進行處理，所述活性炭介質(zhì)包括至少1個的過濾層，所述過濾層包括無紡布框架層、活性炭過濾層；S2：將預(yù)處理后的廢水依次用RO膜系統(tǒng)和納濾體系進行分鹽濃縮處理；S3：將濃鹽水A進行冷凍結(jié)晶得到高純度芒硝，濃鹽水B進行蒸發(fā)結(jié)晶后進行固廢處理。本申請的處理工藝可以實現(xiàn)對印染廢水更高的COD去除率和對活性炭更高的再生使用率的效果以及實現(xiàn)廢水零排放的目標。
權(quán)利要求書
1.一種印染廢水處理工藝，其特征在于，包括以下步驟：S1：收集廢水并進行預(yù)處理；所述預(yù)處理依次包括生化處理、活性炭處理、樹脂軟化處理、超濾過濾處理；所述活性炭處理采用具有活性炭介質(zhì)的活性炭過濾器進行處理，所述活性炭介質(zhì)包括至少1個的過濾層，所述過濾層包括無紡布框架層、活性炭過濾層；所述無紡布框架層包覆所述活性炭過濾層；所述活性炭過濾層包括活性炭顆粒、纖維；S2：將預(yù)處理后的廢水依次用RO膜系統(tǒng)和納濾體系進行分鹽濃縮處理，得到富含硫酸鈉的濃鹽水A和富含氯化鈉的濃鹽水B；S3：將濃鹽水A進行冷凍結(jié)晶得到高純度芒硝，并且剩余母液再循環(huán)至納濾體系中進行濃縮，濃縮后再進行冷凍結(jié)晶得到高純度芒硝；濃鹽水B進行蒸發(fā)結(jié)晶后進行固廢處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種印染廢水處理工藝，其特征在于，所述RO膜系統(tǒng)包括依次設(shè)置的第一反滲透裝置、第二反滲透裝置和第三反滲透裝置；所述第一反滲透裝置將預(yù)處理后的廢水處理成75%預(yù)處理廢水體積的第一淡水和25%預(yù)處理廢水體積的第一濃水；所述納濾體系包括第一高壓納濾裝置和第二高壓納濾裝置；所述第一高壓納濾裝置將經(jīng)過RO膜系統(tǒng)處理后的廢水處理成等質(zhì)量的用于蒸發(fā)結(jié)晶濃鹽水B和濃鹽水C；所述第二高壓納濾裝置將濃鹽水C處理成等質(zhì)量的用于第二反滲透裝置處理的反滲透回用液和用于冷凍結(jié)晶回收芒硝的濃鹽水A；所述第二反滲透裝置將來自納濾體系的反滲透回用液和第一濃水處理成65%的反滲透回用液和第一濃水總體積的第二淡水和第二濃水；所述第三反滲透裝置將第二濃水處理成等質(zhì)量的第三淡水和用于供給納濾體系處理的廢水；第一淡水、第二淡水和第三淡水合并后成為回用水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種印染廢水處理工藝，其特征在于，所述過濾層內(nèi)的活性炭含量沿過濾層的厚度方向自過濾層進液側(cè)向出液側(cè)梯度升高，靠近活性炭過濾器進液端的過濾層中的活性炭含量低于靠近活性炭過濾器出液端的過濾層中的活性炭含量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種印染廢水處理工藝，其特征在于，靠近活性炭過濾器進液端的過濾層距離其出液面的1/3過濾層厚度的區(qū)域內(nèi)的活性炭含量為T1，靠近活性炭過濾器出液端的過濾層距離其進液面的1/3過濾層厚度的區(qū)域內(nèi)的活性炭含量為T2，T1＞T2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種印染廢水處理工藝，其特征在于，所述過濾層的兩個側(cè)面均設(shè)置有平行的凹凸紋；當活性炭介質(zhì)具有至少2層的過濾層時，相鄰過濾層之間相對的側(cè)面上的凹凸紋交錯設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種印染廢水處理工藝，其特征在于，所述凹凸紋包括多個凸起部和設(shè)置于相鄰?fù)蛊鸩恐g的凹陷部，所述凹陷部內(nèi)填充有帚化率為35～50%的纖維素纖維和膨脹石墨，纖維素纖維和膨脹石墨的質(zhì)量比為3～6∶1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種印染廢水處理工藝，其特征在于，所述凹陷部內(nèi)設(shè)置有金屬架體，所述纖維素纖維和膨脹石墨填充于金屬架體內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種印染廢水處理工藝，其特征在于，所述活性炭過濾層內(nèi)的纖維選自纖維素纖維、聚烯烴纖維、聚酰胺纖維中的一種或多種；且纖維直徑為100～800μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種印染廢水處理工藝，其特征在于，所述凹陷部內(nèi)的纖維素纖維的纖維直徑為50～100μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9任一所述的一種印染廢水處理工藝，其特征在于，所述過濾層的制備方法包括以下步驟：S1：將纖維、活性炭顆粒和粘結(jié)劑在水中混合均勻，得到漿料；S2：將漿料鋪設(shè)到無紡布框架上，無紡布框架背離漿料的一側(cè)進行真空抽吸，并在漿料上再鋪設(shè)一層無紡布框架；其中，所述無紡布框架鋪設(shè)于平整的網(wǎng)格上或者具有凹凸紋理的不平整網(wǎng)格上；S3：待真空抽吸定型后，烘干后即可得到過濾層。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本申請?zhí)峁┮环N印染廢水處理工藝。
一種印染廢水處理工藝，包括以下步驟：S1：收集廢水并進行預(yù)處理；所述預(yù)處理依次包括生化處理、活性炭處理、樹脂軟化處理、超濾過濾處理；所述活性炭處理采用具有活性炭介質(zhì)的活性炭過濾器進行處理，所述活性炭介質(zhì)包括至少1個的過濾層，所述過濾層包括無紡布框架層、活性炭過濾層；所述無紡布框架層包覆所述活性炭過濾層；所述活性炭過濾層包括活性炭顆粒、纖維和粘結(jié)劑；S2：將預(yù)處理后的廢水依次用RO膜系統(tǒng)和納濾體系進行分鹽濃縮處理，得到富含硫酸鈉的濃鹽水A和富含氯化鈉的濃鹽水B；S3：將濃鹽水A進行冷凍結(jié)晶得到高純度芒硝，并且剩余母液再循環(huán)至納濾體系中進行濃縮，濃縮后再進行冷凍結(jié)晶得到高純度芒硝；濃鹽水B進行蒸發(fā)結(jié)晶后進行固廢處理。
通過采用上述技術(shù)方案，將染廠的廢水收集后先通過生化處理、活性炭處理、樹脂軟化處理、超濾過濾處理，除去廢水中較高的COD等有機雜質(zhì)，并軟化水質(zhì)，以保證后續(xù)的多級反滲透系統(tǒng)正常的運行；隨后再通過多級RO膜系統(tǒng)和高壓納濾系統(tǒng)得到富含硫酸鈉的濃縮鹽水，最后再通過冷凍結(jié)晶得到高純度的芒硝以再度回收利用于染布過程中，達到資源的循環(huán)利用。
更重要的是，本發(fā)明中在對步驟S1中的廢水進行預(yù)處理時采用的活性炭過濾器中，并不是與傳統(tǒng)的活性炭過濾器一樣，直接填充活性炭填料進行過濾吸附，而是通過先將活性炭和無紡布框架形成過濾層，再由過濾層堆疊一定層數(shù)得到用于過濾吸附廢水中的有機物的活性炭介質(zhì)。本發(fā)明中，通過無紡布框架層將活性炭進行包覆后，一方面可以提高活性炭的利用效率，因為不同過濾層之間的活性炭不易發(fā)生串流，從而可以更好地根據(jù)不同的活性炭表面積進行設(shè)計布層，比如在進水端采用吸附力一般但是含量較多的活性炭作為過濾層，而靠近出液端采用吸附力較強但是含量一般的活性炭作為過濾層，從而使得靠近進水端的活性炭可以具有吸附更多的有機物，而處于靠近出水端的活性炭可以確保有機物的吸附完全性，高效地降低廢水中的COD值；另一方面，還可以提高活性炭的分布均勻性和不影響廢水流通流道的情況下盡可能地緊密，以提高廢水與活性炭之間的接觸時間和接觸面積，從而提高活性炭的吸附效果，提高預(yù)處理過程對廢水中COD值得取出效果，從而降低殘留得有機物對后續(xù)廢水處理的影響。
其次，活性炭過濾層采用活性炭、纖維組成，使得活性炭過濾層內(nèi)活性炭相當于被嵌入在纖維形成的復(fù)雜網(wǎng)道結(jié)構(gòu)中，使得活性炭可以獲得較好的排布，以獲得與廢水之間具有較大的接觸面積，進一步提高活性炭的吸附效果。
更進一步地，本發(fā)明的活性炭過濾層在用0.1mol/l的H2SO4溶液的再生液進行再生時，可以降低H2SO4溶液的使用量，因為活性炭過濾層采用活性炭、纖維組成，具有多孔的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，尤其是當纖維采用纖維素纖維時，活性炭過濾層可以有效地將再生液保留在活性炭過濾層中進行長時間充分的反應(yīng)，因此不需要將活性炭過濾層浸泡于再生液中，而僅需要完全潤濕即可，然后再對整個活性炭過濾層進行升溫，進行再生即可，可節(jié)約大量資源。
進一步地，所述RO膜系統(tǒng)包括依次設(shè)置的第一反滲透裝置、第二反滲透裝置和第三反滲透裝置；所述第一反滲透裝置將預(yù)處理后的廢水處理成75%預(yù)處理廢水體積的第一淡水和25%預(yù)處理廢水體積的第一濃水；所述納濾體系包括第一高壓納濾裝置和第二高壓納濾裝置；所述第一高壓納濾裝置將經(jīng)過RO膜系統(tǒng)處理后的廢水處理成等質(zhì)量的用于蒸發(fā)結(jié)晶濃鹽水B和濃鹽水C；所述第二高壓納濾裝置將濃鹽水C處理成等質(zhì)量的用于第二反滲透裝置處理的反滲透回用液和用于冷凍結(jié)晶回收芒硝的濃鹽水A；所述第二反滲透裝置將來自納濾體系的反滲透回用液和第一濃水處理成65%的反滲透回用液和第一濃水總體積的第二淡水和第二濃水；所述第三反滲透裝置將第二濃水處理成等質(zhì)量的第三淡水和用于供給納濾體系處理的廢水；第一淡水、第二淡水和第三淡水合并后成為回用水。
通過上述設(shè)置，廢水經(jīng)過上述將預(yù)處理后進行濃縮，其中第一反滲透裝置采用普通苦咸水RO膜、第二和第三反滲透裝置采用高壓RO膜，通過采用普通苦咸水RO膜和高壓RO膜相結(jié)合的多級RO處理工藝相結(jié)合的多級RO處理工藝，可以將廢水的電導(dǎo)率濃縮到60000-80000μs/cm，并且多級RO系統(tǒng)的產(chǎn)水可以回用，而末端RO濃水進入多級高壓納濾進行分鹽濃縮，高壓納濾可以將硫酸鈉濃縮至15%的濃度，濃縮后的濃水進入結(jié)晶系統(tǒng)進行處理。收集的高壓納濾濃水（硫酸鈉濃水）進入冷凍結(jié)晶系統(tǒng)，產(chǎn)出高純度芒硝（十水硫酸鈉），母液再次回到高壓納濾進行濃縮，形成循環(huán)冷凍結(jié)晶，得到的芒硝進行補水加熱溶解，得到高純度的硫酸鈉濃鹽水，也就是染布所需的元明粉濃鹽水，可以直接回到車間進行染布；收集的高壓納濾產(chǎn)水（氯化鈉濃水），進入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，最后以固廢的形式進行處理。通過上述步驟后，廢水中的資源得到合理回收，并且達到了零排放的目的，為企業(yè)創(chuàng)造長久的利益。
進一步地，所述過濾層內(nèi)的活性炭含量沿過濾層的厚度方向自過濾層進液側(cè)向出液側(cè)梯度升高。
活性炭的含量在過濾層的厚度方向上自過濾層進液側(cè)向出液側(cè)梯度升高可以使得廢水在經(jīng)過過濾層的時候，有機物在過濾層前端的吸附堆積不宜過快堵塞過濾層或者影響過濾層內(nèi)廢水的流通性，并且廢水在經(jīng)過過濾層后端后又能夠被足夠多的活性炭暴露的吸附面積吸附，保證對有機物的吸附去除效果，從而在一定程度上可以兼顧吸附過濾效果和吸附效率。
進一步地，靠近活性炭過濾器進液端的過濾層中的活性炭含量低于靠近活性炭過濾器出液端的過濾層中的活性炭含量。
通過采用上述技術(shù)方案，活性炭過濾器靠近進液端的過濾層的活性炭的含量低于靠近活性炭過濾器出液端的過濾層中的活性炭的含量，可以有效控制廢水在經(jīng)過過濾層的時候有機物雜質(zhì)被吸附截留的能力，使得活性炭過濾器的前端不易過快發(fā)生堵塞或者流速衰減或者對廢水的流動產(chǎn)生各種不利的影響，使得廢水中的有機物雜質(zhì)是通過層層過濾層進行吸附截留到較完全的程度的，從而極大地提高了活性炭的利用率。
進一步地，靠近活性炭過濾器進液端的過濾層距離其出液面的1/3過濾層厚度的區(qū)域內(nèi)的活性炭含量為T1，靠近活性炭過濾器出液端的過濾層距離其進液面的1/3過濾層厚度的區(qū)域內(nèi)的活性炭含量為T2，T1＞T2。
相鄰的過濾層之間存在活性炭含量大小自進液端向出液端呈遞減變化的過渡區(qū)域，也就是上述上層過濾層距離其出液面的1/3過濾層厚度的區(qū)域與下層過濾層距離其進液面的1/3過濾層厚度的區(qū)域范圍內(nèi)。如此設(shè)置的好處在于，經(jīng)過前一層過濾層過濾后的廢水中依舊具有較多的有機物雜質(zhì)，那么下層過濾層的前端的活性炭含量處于較低的水平時，可以有效避免下層過濾層的前端在較快的時間內(nèi)達到吸附飽和而使得過濾流流動的阻力較快變大，較低水平的活性炭含量可以有效保留更多的流動空間和納污空間，從而基本能維持較好的過濾吸附效果的前提下提高過濾效率和活性炭的利用率。
進一步地，所述過濾層的兩個側(cè)面均設(shè)置有平行的凹凸紋；當活性炭介質(zhì)具有至少2層的過濾層時，相鄰過濾層之間相對的側(cè)面上的凹凸紋交錯設(shè)置。
過濾層的兩個側(cè)面均設(shè)置有平行的凹凸紋可以提高兩層相鄰過濾層之間的空間，在廢水過濾過程中起到有效的緩沖空間，也避免過濾層在長時間的過濾下過濾層之間被壓縮的過于緊密而導(dǎo)致過濾效果和過濾效率均下降。
進一步地，所述凹凸紋包括多個凸起部和設(shè)置于相鄰?fù)蛊鸩恐g的凹陷部，所述凹陷部內(nèi)填充有帚化率為35～50%的纖維素纖維和膨脹石墨，纖維素纖維和膨脹石墨的質(zhì)量比為3～6∶1。
填充于凹陷部內(nèi)的纖維素纖維和膨脹石墨具有多種效果：其一是作為骨架以提供支撐效果，以避免在長時間的壓力下而導(dǎo)致過濾層發(fā)生嚴重的變形而降低過濾效果；其二是提供吸附效果，因為纖維素纖維和膨脹石墨也能夠?qū)τ袡C物起到一定的吸附效果，尤其是膨脹石墨，其可以達到與活性炭基本相同的吸附效果。其三是提高活性炭的再生能力，因為凹陷不是均勻設(shè)置于過濾層表面，且具有一定的深度，那么膨脹石墨相當于在過濾層的一定厚度范圍內(nèi)均勻布設(shè)在活性炭之間；而活性炭的再生可以通過0.1mol/l的H2SO4溶液的再生液在較高溫度下加熱反應(yīng)以快速再生活性炭，而但是活性炭在過濾使用后容易由于變形等影響而分布不均，從而導(dǎo)致加熱以及再生液的浸泡滲透產(chǎn)生不均勻的情況，導(dǎo)致活性炭的再生率降低；而膨脹石墨相對于活性炭而言依舊還是較為均勻的分布于過濾層中，而膨脹石墨具有很好的導(dǎo)熱性能，可以提高過濾層的導(dǎo)熱性，使得活性炭即便分布不均勻也能較快地受熱均勻，并且膨脹石墨具有多孔結(jié)構(gòu)，可以有助于再生液對活性炭過濾層的滲透，從而提高活性炭的再生率。
纖維素纖維的帚化率控制在35～50%是為了使得纖維素纖維上有更多的帚化產(chǎn)生的絨毛狀結(jié)構(gòu)，一方面提高纖維素纖維與膨脹石墨質(zhì)之間的結(jié)合效果，另一方面纖維素纖維也可以與過濾層的無紡布之間產(chǎn)生一定的抓力，提高過濾層之間堆疊的穩(wěn)定性。
進一步地，所述凹陷部內(nèi)設(shè)置有金屬架體，所述纖維素纖維和膨脹石墨填充于金屬架體內(nèi)。
金屬架體一方面由于其具有一定的強度可以提供更好的支撐效果，使得過濾層在長期過濾的過程中發(fā)生更少的變形等不良情況；另一方面，金屬架體可以使得填充于凹陷部內(nèi)的纖維素纖維和膨脹石墨可以在過濾層無法使用的情況下進行回收，因為金屬架體對其起到了較好的保護作用，使得同一個凹陷部內(nèi)的膨脹石墨和纖維素纖維基本成整體，從而降低其損耗，可繼續(xù)回收應(yīng)用于新的過濾層堆疊中。
進一步地，所述活性炭過濾層內(nèi)的纖維選自纖維素纖維、聚烯烴纖維、聚酰胺纖維中的一種或多種；且纖維直徑為100～800μm。
纖維直徑控制在100～800μm的范圍內(nèi)是為了使得活性炭過濾層內(nèi)纖維之間形成的復(fù)雜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不會過于緊密，同時較粗的纖維直徑具有較高的強度，可以使得活性炭過濾層更耐壓，提高耐久性。
進一步地，所述凹陷部內(nèi)的纖維素纖維的纖維直徑為50～100μm。
進一步地，所述過濾層的制備方法包括以下步驟：S1：將纖維、活性炭顆粒和粘結(jié)劑在水中混合均勻，得到漿料；S2：將漿料鋪設(shè)到無紡布框架上，無紡布框架背離漿料的一側(cè)進行真空抽吸，并在漿料上再鋪設(shè)一層無紡布框架；其中，所述無紡布框架鋪設(shè)于平整的網(wǎng)格上或者具有凹凸紋理的不平整網(wǎng)格上；S3：待真空抽吸定型后，烘干后即可得到過濾層。
通過采用上述技術(shù)方案，通過真空抽吸使得活性炭和纖維形成活性炭過濾層，并且真空抽吸時，活性炭顆粒會向抽吸方向遷移，從而得到活性炭含量呈梯度分布的活性炭過濾層。而當真空抽吸側(cè)采用具有凹凸紋理的不平整網(wǎng)格時，在真空吸力下會使得活性炭過濾層的兩側(cè)面均具有凹凸的紋理。
綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：通過將染廠的廢水收集后先通過生化處理、活性炭處理、樹脂軟化處理、超濾過濾處理，除去廢水中較高的COD等有機雜質(zhì)，并軟化水質(zhì)，以保證后續(xù)的多級反滲透系統(tǒng)正常的運行；隨后再通過多級RO膜系統(tǒng)和高壓納濾系統(tǒng)得到富含硫酸鈉的濃縮鹽水，最后再通過冷凍結(jié)晶得到高純度的芒硝以再度回收利用于染布過程中，達到資源的循環(huán)利用。并且，本發(fā)明中在步驟S1中的廢水進行預(yù)處理時采用的活性炭過濾器中，并不是與傳統(tǒng)的活性炭過濾器一樣，直接填充活性炭填料進行過濾吸附，而是通過先將活性炭和無紡布框架形成過濾層，再由過濾層堆疊一定層數(shù)得到用于過濾吸附廢水中的有機物的活性炭介質(zhì)，提高活性炭的吸附效果和活性炭的利用率。更進一步地，通過纖維素纖維和膨脹石墨的布層設(shè)計降低活性炭的再生損耗率，提高其再生使用能力。
（發(fā)明人：鄧海靜;王雅紅;尚夢鑫;朱和林;吳玉超;趙熒）
