公布日：2023.10.24

申請日：2022.03.29

分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)I;C02F1/469(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/66(2023.01)I;C02F1/44(2023.01)I;C02F101/20(2006.01)N;C02F101

/30(2006.01)N

摘要

本發明公開了一種離子交換復合膜裝置廢水資源化處理的系統和方法，廢水軟化后進入混凝沉淀池，投加混凝劑使廢水的細小顆粒形成混凝體、加快沉降速度，顆粒絮體通過沉淀污泥去除，并投入混凝劑去除水中含的鐵、錳、鉻、鉛等重金屬，以及氟化物和含油有機物，投加的混凝劑為聚合硫酸鐵，來自廢水中通過雙極膜裝置產生的硫酸和鐵反應生成，可以在去除廢水中二價硫酸根的同時實現混凝劑自產自用，本發明通過雙極膜裝置將廢水中的二價硫酸根進行分離，再投加鐵粉和廢水中的硫酸根生成聚合硫酸鐵，和廢水中的微小顆粒發生絮凝沉淀反應后去除，實現除濁、脫色、脫油、脫水、除菌、除臭、除藻、去除水中重金屬離子等功效，實現廢水資源化處理的效果。

權利要求書

1.一種離子交換復合膜裝置廢水資源化處理的系統，包括系統本體(100)，其特征在于：所述系統本體(100)為一整套按既定順序作業的廢水處理系統，包括混凝沉淀池(200)，所述混凝沉淀池(200)的輸出管路單向連通后端的一級處理器(300)；所述一級處理器(300)的輸出管路單向連通后端的二級處理器(400)；所述二級處理器(400)的輸出管路單向連通后端的三級處理器(500)，二級處理器(400)輸出管路的另一端同步且單向連通后端的雙極膜裝置(800)；所述三級處理器(500)的輸出管路單向連通后端的雙極膜裝置(800)，三級處理器(500)輸出管路的另一端單向回流式連通二級處理器(400)；所述雙極膜裝置(800)的輸出管路單向連通后端的置換反應池(700)；所述置換反應池(700)的輸出管路單向連通后端的氧化反應池(600)；所述氧化反應池(600)的另一支輸出管路連通混凝沉淀池(200)，所述混凝沉淀池(200)設排出沉淀固廢的輸出管路。

2.如權利要求1所述一種離子交換復合膜裝置廢水資源化處理的系統，其特征在于：所述氧化反應池(600)與外部的氧化劑輸入管路連通。

3.如權利要求1所述一種離子交換復合膜裝置廢水資源化處理的系統，其特征在于：所述置換反應池(700)與外部的鐵粉輸入裝置連通。

4.如權利要求1所述一種離子交換復合膜裝置廢水資源化處理的系統，其特征在于：所述雙極膜裝置(800)與外部的酸、堿輸入裝置連通。

5.如權利要求1所述一種離子交換復合膜裝置廢水資源化處理的系統，其特征在于：所述三級處理器(500)與雙極膜裝置(800)的連通管路間設回用水輸出管。

6.一種離子交換復合膜裝置廢水資源化處理的方法，其特征在于：6.1高鹽廢水經過加藥軟化后進入混凝沉淀池(200)進行混凝沉淀處理，往廢水中投加混凝劑，顆粒固體通過沉淀污泥去除，混凝反應的上清液采用一級處理器(300)去除細小懸浮物，一級處理器(300)的產水進入二級處理器(400)，二級處理器(400)濃水進入雙極膜裝置(800)；6.2雙極膜裝置(800)的淡水回到二級處理器(400)進水循環處理；6.3雙極膜裝置(800)的堿室會產生1～5％的堿，成分是1～5％氫氧化鈉；6.3雙極膜裝置(800)的酸室會產生1～5％的酸，酸室側的酸在一價選擇陰離子交換膜的阻隔下，分成一價酸和二價酸，一價酸主要成分是1～5％的鹽酸，二價酸的只要成分是1～5％的硫酸；6.5氫氧化鈉和鹽酸輸出外部收集，1～5％的硫酸通過投加鐵粉發生置換反應生成硫酸亞鐵，往硫酸亞鐵中投加氧化劑發生氧化反應生成硫酸鐵，硫酸鐵作為混凝劑投加到廢水混凝沉淀階段中；6.6雙極膜裝置(800)內部的組成包含：A為陽極極板、B為陰極極板、Ⅰ為陽離子交換膜、Ⅱ為雙極膜、Ⅲ為一價選擇陰離子交換膜、Ⅳ為陰離子交換膜，雙極膜裝置(800)的膜堆內離子交換膜按依次設陽離子交換膜、雙極膜，一價選擇陰離子交換膜，陰離子交換膜的順序依次重復排列；6.7陽離子交換膜、雙極膜間插入式設置隔板，在離子交換膜排列組合的最前端設陽極極板，在離子交換膜排列組合的最后端設陰極極板，通過夾緊裝置固定；6.8雙極膜裝置(800)酸室側設置一層一價選擇陰離子交換膜Ⅲ；6.9高鹽廢水經過加藥軟化后進入混凝反應階段，混凝反應階段投加混凝劑產生固體污泥沉淀，混凝反應后的上清液進入一級處理器(300)，一級處理器(300)產水進入進入二級處理器(400)，二級處理器(400)的濃水進入雙極膜裝置(800)，二級處理器(400)的淡水進入三級處理器(500)，三級處理器(500)濃水回到二級處理器(400)的進水循環處理，三級處理器(500)的產水一部分作為雙極膜裝置(800)的淡水補水，多的部分作為工藝補水回用，雙極膜裝置(800)的淡水回到二級處理器(400)進水循環處理，雙極膜裝置(800)的堿室生成氫氧化鈉溶液、酸室生產硫酸和鹽酸溶液，硫酸溶液進入置換反應階段，加入鐵粉發生置換反應，生成硫酸亞鐵溶液；硫酸亞鐵進入氧化反應階段，加入氧化劑生成聚合硫酸鐵，生成的聚合硫酸鐵作為混凝劑投加到混凝反應階段中；6.10氧化反應階段的反應物為硫酸亞和氧化劑，反應產物為聚合硫酸鐵；氧化反應的時間為1～2小時，pH控制在1～2，投加的氧化劑為雙氧水，亞硝酸、氯酸鉀，壓縮空氣的一種或者多種，投加比例為1：30～1：25；6.11置換反應階段的反應物為稀硫酸和鐵粉，反應產物為硫酸亞鐵，置換反應的時間為0.5～1小時，稀硫酸濃度控制在2～4％，鐵粉的投加比例為1：100～1：50；6.12一級處理器(300)采用為超濾膜或者微濾膜，膜的孔徑在0.01～1um，膜型式包括但不限于管式、柱式、板式、中空纖維中的任意一種；膜材料包含聚氯乙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚砜，聚丙烯，混合纖維素；6.13二級處理器(400)采用均相電滲析膜，相電滲析膜是具有離子交換基團的高分子材料直接制成的薄膜，由膜中聚電解質和成膜高分子材料之間發生了化學結合而成為一體；高分子成膜材料本身有離子交換基團而構成膜狀聚電解質，為膜內化學組成均一的離子交換膜，包含均相陽離子交換膜和均相陰離子交換膜；6.14三級處理器(500)內為反滲透膜，反滲透膜包括但不限于模擬生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，由高分子材料制成，包括但不限于醋酸纖維素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜；反滲透膜形式包括但不限于卷式、板式、碟管式中的任意一種，反滲透膜表面微孔的直徑在0.5～10nm之間，脫鹽率≥95％。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的的上述缺陷，提供一種離子交換復合膜裝置廢水資源化處理的系統和方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種離子交換復合膜裝置廢水資源化處理的系統和方法，廢水軟化后進入混凝沉淀池，投加混凝劑使廢水的細小顆粒形成混凝體、加快沉降速度，顆粒絮體通過沉淀污泥去除，并投入混凝劑去除水中含的鐵、錳、鉻、鉛等重金屬，以及氟化物和含油有機物，投加的混凝劑為聚合硫酸鐵，來自廢水中通過雙極膜裝置產生的硫酸和鐵反應生成，可以在去除廢水中二價硫酸根的同時實現混凝劑自產自用，本發明通過雙極膜裝置將廢水中的二價硫酸根進行分離，再投加鐵粉和廢水中的硫酸根生成聚合硫酸鐵，和廢水中的微小顆粒發生絮凝沉淀反應后去除，實現除濁、脫色、脫油、脫水、除菌、除臭、除藻、去除水中COD、BOD及重金屬離子等功效，實現以廢制廢的效果。

在本發明提供的一種離子交換復合膜裝置廢水資源化處理的系統中，包括系統本體，所述系統本體為一整套按既定順序作業的廢水處理系統，包括混凝沉淀池，所述混凝沉淀池的輸出管路單向連通后端的一級處理器；

所述一級處理器的輸出管路單向連通后端的二級處理器；

所述二級處理器的輸出管路單向連通后端的三級處理器，二級處理器輸出管路的另一端同步且單向連通后端的雙極膜裝置；

所述三級處理器的輸出管路單向連通后端的雙極膜裝置，三級處理器500輸出管路的另一端單向回流式連通二級處理器；

所述雙極膜裝置的輸出管路單向連通后端的置換反應池；

所述置換反應池的輸出管路單向連通后端的氧化反應池；

所述氧化反應池的另一支輸出管路連通混凝沉淀池，所述混凝沉淀池200設排出沉淀固廢的輸出管路。

進一步設置，所述氧化反應池與外部的氧化劑輸入管路連通。

進一步設置，所述置換反應池與外部的鐵粉輸入裝置連通。

進一步設置，所述雙極膜裝置與外部的酸、堿輸入裝置連通。

進一步設置，所述三級處理器與雙極膜裝置的連通管路間設回用水輸出管。

一種離子交換復合膜裝置廢水資源化處理的方法，高鹽廢水經過加藥軟化后進入混凝沉淀池進行混凝沉淀處理，往廢水中投加混凝劑，顆粒固體通過沉淀污泥去除，混凝反應的上清液采用一級處理器去除細小懸浮物，一級處理器的產水進入二級處理器，二級處理器濃水進入雙極膜裝置；

雙極膜裝置的淡水回到二級處理器進水循環處理；

雙極膜裝置的堿室會產生1～5％的堿，成分是1～5％氫氧化鈉；

雙極膜裝置的酸室產生1～5％的酸，酸室側的酸在一價選擇陰離子交換膜的阻隔下，分成一價酸和二價酸，一價酸主要成分是1～5％的鹽酸，二價酸的要成分是1～5％的硫酸；

1～5％氫氧化鈉和鹽酸作為工藝原料回用，1～5％的硫酸通過投加鐵粉發生置換反應生成硫酸亞鐵，往硫酸亞鐵中投加氧化劑發生氧化反應生成硫酸鐵，硫酸鐵作為混凝劑投加到廢水混凝沉淀階段中，實現對廢水中硫酸根和顆粒固體的去除；

雙極膜裝置內部的組成包含：A為陽極極板、B為陰極極板、Ⅰ為陽離子交換膜、Ⅱ為雙極膜、Ⅲ為一價選擇陰離子交換膜、Ⅳ為陰離子交換膜，雙極膜裝置的膜堆內離子交換膜按依次設陽離子交換膜、雙極膜，一價選擇陰離子交換膜，陰離子交換膜的順序依次重復排列；

陽離子交換膜、雙極膜之間插入一層隔板，在離子交換膜排列組合的最前端加上陽極極板，在離子交換膜排列組合的最后端加上陰極極板，最后通過夾緊裝置固定；

雙極膜裝置酸室側設置一層一價選擇陰離子交換膜Ⅲ，將硫酸和鹽酸溶液分離開，氫氧化鈉和鹽酸溶液作為水處理的中和劑使用或者利用到其他工藝段；

高鹽廢水經過加藥軟化后進入混凝反應階段，混凝反應階段投加混凝劑產生固體污泥沉淀，經混凝反應的上清液進入一級處理器，一級處理器產水進入進入二級處理器，二級處理器的濃水進入雙極膜裝置，二級處理器的淡水進入三級處理器，三級處理器濃水回到二級處理器的進水循環處理，三級處理器的產水一部分作為雙極膜裝置的淡水補水，多的部分作為工藝補水回用，雙極膜裝置的淡水回到二級處理器進水循環處理，雙極膜裝置的堿室生成氫氧化鈉溶液、酸室生產硫酸和鹽酸溶液，硫酸溶液進入置換反應階段，加入鐵粉發生置換反應，生成硫酸亞鐵溶液；硫酸亞鐵進入氧化反應階段，加入氧化劑生成聚合硫酸鐵，生成的聚合硫酸鐵作為混凝劑投加到混凝反應階段中；

氧化反應階段的反應物為硫酸亞和氧化劑，反應產物為聚合硫酸鐵；氧化反應的時間為1～2小時，pH控制在1～2，投加的氧化劑為雙氧水，亞硝酸、氯酸鉀，壓縮空氣的一種或者多種，投加比例為1：30～1：25；

置換反應階段的反應物為稀硫酸和鐵粉，反應產物為硫酸亞鐵，置換反應的時間為0.5～1小時，稀硫酸濃度控制在2～4％，鐵粉的投加比例為1：100～1：50；

一級處理器采用為超濾膜或者微濾膜，膜的孔徑在0.01～1um，膜型式包括但不限于管式、柱式、板式、中空纖維中的任意一種；膜材料包含聚氯乙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚砜，聚丙烯，混合纖維素；

二級處理器采用均相電滲析膜，相電滲析膜是具有離子交換基團的高分子材料直接制成的薄膜，由膜中聚電解質和成膜高分子材料之間發生了化學結合而成為一體；高分子成膜材料本身有離子交換基團而構成膜狀聚電解質，為膜內化學組成均一的離子交換膜，包含均相陽離子交換膜和均相陰離子交換膜；

三級處理器內為反滲透膜，反滲透膜包括但不限于模擬生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，由高分子材料制成，包括但不限于醋酸纖維素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜；反滲透膜形式包括但不限于卷式、板式、碟管式中的任意一種，反滲透膜表面微孔的直徑在0.5～10nm之間，脫鹽率≥95％。

本發明的有益效果

通過雙極膜裝置將廢水中的二價硫酸根進行分離，再投加鐵粉和廢水中的硫酸根生成聚合硫酸鐵，和廢水中的微小顆粒發生絮凝沉淀反應后去除，實現除濁、脫色、脫油、脫水、除菌、除臭、除藻、去除水中COD、BOD及重金屬離子等功效，實現廢水資源化處理的效果。

（發明人：徐熙安;楊寶良;史俊;梁陽陽;鄒鵬飛;章孜鵬;張朋）