公布日：2024.03.26

申請(qǐng)日：2023.12.28

分類號(hào)：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/04(2023.01)N

摘要

本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，尤其涉及零廢水污水處理系統(tǒng)及零廢水污水處理工藝，所述零廢水污水處理系統(tǒng)其包括生化處理系統(tǒng)、粗濾單元、超濾單元、RO反滲透單元以及蒸發(fā)系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)多種污水處理手段的聯(lián)用，從而能夠有效提升污水的處理效果。同時(shí)，發(fā)明中的污水處理系統(tǒng)能夠最大限度地利用污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，采用濃縮液內(nèi)循環(huán)模式，從而實(shí)現(xiàn)廢水中的水分和有用組分的回收和再利用，提高水資源的利用效率，最終達(dá)到零排放的目的。

權(quán)利要求書

1.零廢水污水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：生化處理系統(tǒng)，其用于對(duì)生產(chǎn)廢水以及污水處理過(guò)程中形成的廢水進(jìn)行生化處理；粗濾單元，其用于對(duì)從生化處理系統(tǒng)流出的生化處理完尾水進(jìn)行初步過(guò)濾，從而得到粗濾水以及粗濾沖洗水，所述砂濾沖洗水回流至生化處理系統(tǒng)；超濾單元，其用于對(duì)粗濾單元中流出的粗濾水進(jìn)行超濾處理，從而得到超濾水和超濾沖洗水，所述超濾沖洗水回流至生化處理系統(tǒng)；RO反滲透單元，其用于對(duì)超濾單元中流出的超濾水進(jìn)行反滲透過(guò)濾，從而得到處理后的排放水以及反滲透濃水；蒸發(fā)系統(tǒng)，其用于對(duì)RO反滲透單元中的反滲透濃水進(jìn)行蒸發(fā)處理，從而得到蒸出液以及廢鹽，所述蒸出液回流至生化處理系統(tǒng)，廢鹽外運(yùn)處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零廢水污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述超濾單元包括膜過(guò)濾系統(tǒng)以及超濾正反沖洗系統(tǒng)；還包括設(shè)置在超濾單元進(jìn)水側(cè)的第一酸投加裝置、第一阻垢劑投加裝置以及第一非氧化性殺菌裝置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的零廢水污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述第一阻垢劑投加裝中裝載有硫酸鈣阻垢劑。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的零廢水污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述膜過(guò)濾系統(tǒng)包括三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜；所述復(fù)合膜包括依次設(shè)置的聚酰胺薄膜層、GE納濾膜以及聚砜多孔支撐層。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的零廢水污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述RO反滲透單元包括RO反滲透系統(tǒng)以及設(shè)置在RO反滲透系統(tǒng)進(jìn)水側(cè)的第二酸投加裝置、第二阻垢劑投加裝置以及第二非氧化性殺菌裝置。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種零廢水污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述第二阻垢劑投加裝置中裝載有二氧化硅阻垢劑。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的零廢水污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述RO反滲透系統(tǒng)包括依次連接的一段RO反滲透系統(tǒng)、二段RO反滲透系統(tǒng)、三段DTRO反滲透系統(tǒng)或三段SWRO反滲透系統(tǒng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的零廢水污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述二段RO反滲透系統(tǒng)、三段DTRO反滲透系統(tǒng)或三段SWRO反滲透系統(tǒng)之間還設(shè)置有化學(xué)軟化系統(tǒng)以及與化學(xué)軟化系統(tǒng)相連的三段超濾系統(tǒng)；所述化學(xué)軟化系統(tǒng)與污泥池相連接，所述污泥池與生化處理系統(tǒng)相連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的零廢水污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述三段DTRO反滲透系統(tǒng)或三段SWRO反滲透系統(tǒng)還包括用于將三段DTRO反滲透系統(tǒng)或三段SWRO中流出的排放水對(duì)三段超濾系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗的第二超濾正反沖洗系統(tǒng)。

10.零廢水污水處理工藝，其特征在于，其基于權(quán)利要求1~9中任意一項(xiàng)所述的零廢水污水處理系統(tǒng)，其包括以下步驟：（S.1）將生產(chǎn)廢水通入到生化處理系統(tǒng)進(jìn)行生化處理，獲得生化處理完尾水；（S.2）將生化處理完尾水通入到粗濾單元進(jìn)行初步過(guò)濾，去除生化處理完尾中的大顆粒物，從而得到粗濾水，并對(duì)粗濾單元進(jìn)行沖洗，得到粗濾沖洗水，所述粗濾沖洗水回流至生化處理系統(tǒng)；（S.3）將粗濾沖洗水通入到超濾單元中進(jìn)行超濾處理，去除粗濾沖洗水中的膠體、懸浮顆粒、色度、濁度、細(xì)菌、大分子有機(jī)物，從而得到超濾水，并對(duì)超濾單元進(jìn)行沖洗得到超濾沖洗水，所述超濾沖洗水回流至生化處理系統(tǒng)；（S.4）將超濾水通入到RO反滲透單元中進(jìn)行反滲透過(guò)濾，去除超濾水中的離子，從而得到處理后的排放水以及反滲透濃水；（S.5）將反滲透濃水通入到蒸發(fā)系統(tǒng)中進(jìn)行蒸發(fā)處理，從而得到蒸出液以及廢鹽，所述蒸出液回流至生化處理系統(tǒng)，廢鹽外運(yùn)處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的污水處理系統(tǒng)其在進(jìn)行污水處理過(guò)程中仍然會(huì)有大量的污水生成，無(wú)法實(shí)現(xiàn)零廢水的目的，因此提供了一種零廢水污水處理系統(tǒng)以及零廢水污水處理工藝以克服上述不足之處。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：第一方面，本發(fā)明首先提供了一種零廢水污水處理系統(tǒng)，其包括：生化處理系統(tǒng)，其用于對(duì)生產(chǎn)廢水以及污水處理過(guò)程中形成的廢水進(jìn)行生化處理；粗濾單元，其用于對(duì)從生化系統(tǒng)調(diào)節(jié)池流出的生化處理完尾水進(jìn)行初步過(guò)濾，從而得到粗濾水以及粗濾沖洗水，所述砂濾沖洗水回流至生化處理系統(tǒng)；超濾單元，其用于對(duì)粗濾單元中流出的粗濾水進(jìn)行超濾處理，從而得到超濾水和超濾沖洗水，所述超濾沖洗水回流至生化處理系統(tǒng)；RO反滲透單元，其用于對(duì)超濾單元中流出的超濾水進(jìn)行反滲透過(guò)濾，從而得到處理后的排放水以及反滲透濃水；蒸發(fā)系統(tǒng)，其用于對(duì)RO反滲透單元中的反滲透濃水進(jìn)行蒸發(fā)處理，從而得到蒸出液以及廢鹽，所述蒸出液回流至生化處理系統(tǒng)，廢鹽外運(yùn)處理。

本發(fā)明中的零廢水污水處理系統(tǒng)通過(guò)生化處理系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)廢水以及污水處理過(guò)程中形成的廢水進(jìn)行生化處理。這包括有機(jī)物的降解和轉(zhuǎn)化，以及營(yíng)養(yǎng)物的去除。通過(guò)多個(gè)處理單元的協(xié)同作用，可以對(duì)廢水中的各類污染物進(jìn)行全面處理，大大提高廢水處理的效果。在經(jīng)過(guò)生化處理系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)中的粗濾單元和超濾單元分別對(duì)生化處理完尾水和粗濾水進(jìn)行過(guò)濾處理。

粗濾單元對(duì)流出的生化處理完尾水進(jìn)行初步過(guò)濾，去除較大的固體顆粒和懸浮物。超濾單元?jiǎng)t通過(guò)超濾技術(shù)對(duì)粗濾水進(jìn)行更細(xì)致的過(guò)濾，去除更小的顆粒、微生物和膠體物質(zhì)。這樣可以提高廢水凈化的效率。

而系統(tǒng)中的RO反滲透單元對(duì)超濾水進(jìn)行反滲透過(guò)濾。反滲透過(guò)程通過(guò)半透膜的作用，將水中的離子、溶解性有機(jī)物和微生物等更小的顆粒去除，從而獲得處理后的排放水。同時(shí)，反滲透過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生反滲透濃水，即濃縮了廢水中的有害物質(zhì)。這樣，通過(guò)RO反滲透單元的運(yùn)用，可以進(jìn)一步提高廢水的凈化效果。

最后，系統(tǒng)中的蒸發(fā)系統(tǒng)對(duì)RO反滲透單元中的反滲透濃水進(jìn)行蒸發(fā)處理。在蒸發(fā)過(guò)程中，水分蒸發(fā)掉并得到蒸發(fā)液，而廢水中的污染物則會(huì)濃縮在廢鹽中。這種蒸發(fā)濃縮處理方式可以有效地將廢水中的有害物質(zhì)濃縮，減少排放量，同時(shí)也從廢水中回收了部分水分。

此外，系統(tǒng)中的砂濾沖洗水、超濾沖洗水和蒸發(fā)液都會(huì)回流至生化處理系統(tǒng)進(jìn)行再利用。這樣可以最大限度地利用廢水中的水分和有用組分，實(shí)現(xiàn)廢水資源的回收和再利用，提高水資源的利用效率。系統(tǒng)中廢水的處理過(guò)程中，通過(guò)蒸發(fā)系統(tǒng)將廢水中的有害物質(zhì)進(jìn)行濃縮，產(chǎn)生廢鹽。這些廢鹽可以外運(yùn)處理，減少對(duì)環(huán)境的影響，降低廢物的排放量。

作為優(yōu)選，所述超濾單元包括膜過(guò)濾系統(tǒng)以及超濾正反沖洗系統(tǒng)；還包括設(shè)置在超濾單元進(jìn)水側(cè)的第一酸投加裝置、第一阻垢劑投加裝置以及第一非氧化性殺菌裝置。

本發(fā)明中超濾單元包括超濾正反沖洗系統(tǒng)，其采用濃縮液內(nèi)循環(huán)模式，大部分濃水直接回流至高壓泵后，并與進(jìn)水相混合，經(jīng)循環(huán)泵提升壓力后再次進(jìn)入超濾單元，從而在保證膜表面過(guò)濾流速，進(jìn)而在降低膜污染的情況下，提高單元系統(tǒng)的回收率。

此外，超濾單元中主要會(huì)造成硫酸鈣結(jié)垢，一般硫酸鈣飽和度能達(dá)到660%，因此在超濾單元設(shè)置第一阻垢劑投加裝置從而投加專用硫酸鈣阻垢劑（能阻止800%的飽和度）能夠有效防止硫酸鈣結(jié)垢。另外由于垃圾滲濾液中的堿度較高，若在堿性條件下運(yùn)行會(huì)造成碳酸鈣結(jié)垢所以在進(jìn)水側(cè)設(shè)置第一酸投加裝置控制系統(tǒng)在偏酸性的情況運(yùn)行，由于垃圾滲濾液通過(guò)處理后該廢水的CODcr可能達(dá)到300-800mg/L,所以在進(jìn)水側(cè)設(shè)置第一非氧化性殺菌裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行周期性投藥殺菌，從而控制系統(tǒng)中膜的微生物污染。

作為優(yōu)選，所述第一阻垢劑投加裝中裝載有硫酸鈣阻垢劑。

作為優(yōu)選，所述膜過(guò)濾系統(tǒng)包括三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜；所述復(fù)合膜包括依次設(shè)置的聚酰胺薄膜層、GE納濾膜以及聚砜多孔支撐層。

本申請(qǐng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，針對(duì)于膜污染的控制，除了正反沖洗系統(tǒng)的設(shè)置，膜的選擇對(duì)于膜污染的防止也有較大的影響。其中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在超濾單元的膜過(guò)濾系統(tǒng)中選用三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜，三層膜結(jié)構(gòu)是通過(guò)在膜元件的聚酰胺薄膜層（PA）和聚砜（PS）多孔支撐層之間插入GE納濾膜，從而使表層復(fù)合膜增加了光滑度，降低了污染物在表層膜上的附著力，從而提高膜的抗污染能力，即使在污染之后也容易清洗恢復(fù)，減少膜系統(tǒng)對(duì)精細(xì)預(yù)處理的苛求。

作為優(yōu)選，所述RO反滲透單元包括RO反滲透系統(tǒng)以及設(shè)置在RO反滲透系統(tǒng)進(jìn)水側(cè)的第二酸投加裝置、第二阻垢劑投加裝置以及第二非氧化性殺菌裝置。

現(xiàn)有技術(shù)中認(rèn)為納濾能起到部分軟化作用，反滲透阻垢劑加藥量可減少甚至不加。然而實(shí)際情況并非如此，超濾單元對(duì)SiO2基本不截留，而對(duì)硫酸鹽截留率較高，對(duì)鈣、鎂的截留率由于電荷效應(yīng)截留率只有50%左右因此并不高。

反滲透（RO）是一種借助于選擇透過(guò)（半透過(guò)）性膜的功能，以壓力差為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)，當(dāng)系統(tǒng)中所加的壓力大于溶液滲透壓時(shí)，水分子不斷地透過(guò)膜，經(jīng)過(guò)產(chǎn)水流道流入中心管，然后在出水端流出，進(jìn)水中的雜質(zhì)，如：離子、有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等被截留在膜的進(jìn)水側(cè)，然后在濃水出水端流出，從而達(dá)到分離凈化目的。反滲透與一般單純的篩分分離過(guò)程不同，無(wú)法像普通過(guò)濾那樣可以無(wú)限濃縮（反滲透有濃差極化問(wèn)題）。

超濾出水進(jìn)入反滲透膜組，在壓力作用下，大部分水分子和極微量一價(jià)離子透過(guò)反滲透膜，經(jīng)收集后成為透過(guò)水，通過(guò)產(chǎn)水管道進(jìn)入后續(xù)設(shè)備；水中的大部分鹽分和膠體、有機(jī)物等不能透過(guò)膜，殘留在少量濃水中，由濃水管排出。

本發(fā)明中RO反滲透單元膜濃水中的CaSO4、CaCO3、Mg（OH）2、SiO2等的飽和濃度超過(guò)溶度積指數(shù)KSP，就會(huì)在膜面（尤其是濃水側(cè)）沉淀結(jié)垢。因此，RO系統(tǒng)中主要會(huì)造成二氧化硅結(jié)垢，二氧化硅的飽和度可能達(dá)到180，因此在本申請(qǐng)中特意增加了第二阻垢劑投加裝置從而投放專用二氧化硅阻垢劑（能阻止250%的飽和度）能夠有效防止二氧化硅結(jié)垢。另外由于垃圾滲濾液中的堿度較高，若在堿性條件下運(yùn)行會(huì)造成碳酸鈣結(jié)垢所以在進(jìn)水側(cè)設(shè)置第二酸投加裝置控制系統(tǒng)在偏酸性的情況運(yùn)行，由于垃圾滲濾液通過(guò)納濾處理后該廢水的CODcr可能達(dá)到300mg/L,所以在進(jìn)水側(cè)設(shè)置第二非氧化性殺菌裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行周期性投藥殺菌控制系統(tǒng)中膜的微生物污染。系統(tǒng)采用大流量的循環(huán)泵加大膜面的錯(cuò)流速率來(lái)有效的控制膜的污染，采用內(nèi)循環(huán)加大循環(huán)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)水量。

作為優(yōu)選，所述第二阻垢劑投加裝置中裝載有二氧化硅阻垢劑。

作為優(yōu)選，所述RO反滲透系統(tǒng)包括依次連接的一段RO反滲透系統(tǒng)、二段RO反滲透系統(tǒng)、三段DTRO反滲透系統(tǒng)或三段SWRO反滲透系統(tǒng)。

目前垃圾滲濾液的主流工藝通常采用一段超濾+一段RO，通常一段超濾最高的回收率做到80-85%,一段RO的回收率做到80%，因此整體系統(tǒng)的回收率在70-75%，按照要求也打不到整體系統(tǒng)85%的回收率。另外一段RO處理的是一段NF的產(chǎn)水（一段NF對(duì)氨氮、總氮的基本沒(méi)有截留）勢(shì)必會(huì)造成氨氮和總氮的分離全靠一段RO進(jìn)行，而RO對(duì)氨氮和總氮的去除也是有限，通過(guò)單段RO處理是達(dá)不到氨氮≤5mg/L，總氮≤8.8mg/L的要求。

為了克服上述不足之處，申請(qǐng)人曾提出采用采用“一段RO+二段RO+三段RO、產(chǎn)水二級(jí)RO工藝”，保證出水達(dá)標(biāo)。一段RO系統(tǒng)回收率控制在66%左右，二段RO系統(tǒng)回收率控制在52%左右，三段RO系統(tǒng)回收率控制在47%左右，產(chǎn)水二級(jí)RO控制回收率在72%左右，整體工藝通過(guò)小試實(shí)驗(yàn)論證出水水質(zhì)完全達(dá)到要求。然而，在該工藝下，三段RO濃水的COD在1350mg/L左右，因此最大的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)出現(xiàn)在三段RO，如果出現(xiàn)損壞，肯定是三段RO的膜先損壞。為了降低風(fēng)險(xiǎn)申請(qǐng)人在第三段RO采用DTRO工藝或者SWRO工藝，相應(yīng)的工藝會(huì)變成“一段RO+二段RO+三段DTRO或三段SWRO，產(chǎn)水二級(jí)RO工藝”該工藝的操作性更強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性更高，從而能夠有效降低第三段RO的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)三段RO膜的使用壽命。

作為優(yōu)選，所述二段RO反滲透系統(tǒng)、三段DTRO反滲透系統(tǒng)或三段SWRO反滲透系統(tǒng)之間還設(shè)置有化學(xué)軟化系統(tǒng)以及與化學(xué)軟化系統(tǒng)相連的三段超濾系統(tǒng)；所述化學(xué)軟化系統(tǒng)與污泥池相連接，所述污泥池與生化處理系統(tǒng)相連接。

原廢水通過(guò)組合一段、二段膜處理濃縮后，二段反滲透的濃水鈣鎂離子、二氧化硅、氟離子、硫酸根離子、碳酸根離子含量較高，需要進(jìn)行化學(xué)軟化處理除去鈣鎂離子、二氧化硅、氟離子、碳酸根離子，防止其進(jìn)入后續(xù)膜處理系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，所述三段DTRO反滲透系統(tǒng)或三段SWRO反滲透系統(tǒng)還包括用于將三段DTRO反滲透系統(tǒng)或三段SWRO中流出的排放水對(duì)三段超濾系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗的第二超濾正反沖洗系統(tǒng)。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種零廢水污水處理工藝，其基于所述的零廢水污水處理系統(tǒng)，其包括以下步驟：（S.1）將生產(chǎn)廢水通入到生化處理系統(tǒng)進(jìn)行生化處理，獲得生化處理完尾水；（S.2）將生化處理完尾水通入到粗濾單元進(jìn)行初步過(guò)濾，去除生化處理完尾中的大顆粒物，從而得到粗濾水，并對(duì)粗濾單元進(jìn)行沖洗，得到粗濾沖洗水，所述粗濾沖洗水回流至生化處理系統(tǒng)；（S.3）將粗濾沖洗水通入到超濾單元中進(jìn)行超濾處理，去除粗濾沖洗水中的膠體、懸浮顆粒、色度、濁度、細(xì)菌、大分子有機(jī)物，從而得到超濾水，并對(duì)超濾單元進(jìn)行沖洗得到超濾沖洗水，所述超濾沖洗水回流至生化處理系統(tǒng)；（S.4）將超濾水通入到RO反滲透單元中進(jìn)行反滲透過(guò)濾，去除超濾水中的離子，從而得到處理后的排放水以及反滲透濃水；（S.5）將反滲透濃水通入到蒸發(fā)系統(tǒng)中進(jìn)行蒸發(fā)處理，從而得到蒸出液以及廢鹽，所述蒸出液回流至生化處理系統(tǒng)，廢鹽外運(yùn)處理。

因此，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明通過(guò)多種污水處理手段的聯(lián)用，從而能夠有效提升污水的處理效果。同時(shí)，發(fā)明中的污水處理系統(tǒng)能夠最大限度地利用污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，從而實(shí)現(xiàn)廢水中的水分和有用組分的回收和再利用，提高水資源的利用效率，最終達(dá)到零排放的目的。

此外，本發(fā)明超濾和反滲透系統(tǒng)均采用濃縮液內(nèi)循環(huán)模式，大部分濃水直接回流至高壓泵后，并與進(jìn)水相混合，經(jīng)循環(huán)泵提升壓力后再次進(jìn)入膜系統(tǒng)，從而在保證膜表面過(guò)濾流速，降低膜污染的情況下，提高單元系統(tǒng)的回收率；另外，反滲透不僅采用濃縮內(nèi)循環(huán)模式，而且部分濃水回流至納濾系統(tǒng)再處理，提高整個(gè)膜系統(tǒng)的回收率。

（發(fā)明人：干建文;張閏容）