一种高浓度化工废水资源化处理装置及方法与流程

1.本发明涉及污水处理技术领域，尤其是一种高浓度化工废水资源化处理装置及方法。


背景技术：

2.随着经济的高速发展，高浓度化工废水的排放量逐渐增加。高浓度化工废水水质成分复杂，水量变化大，废水中通常含有大量可溶性无机盐如：na

、cl-、so
42-、nh
4
、ca
2
、mg
2
、cu
2
等，有毒有害物质也多。高浓度化工废水的危害主要表现为：致使水体缺氧甚至厌氧，导致水生物死亡，恶化水质及水环境；致毒性强，化工废水中的大量污染物可以在水体及土壤环境中积累，随食物和水进入人体，影响人体健康。
3.高浓度化工废水色度和电导率高，生物难降解物质多，b/c低，可生化性差。若技术上仅仅使用常规生化或物化法，则远远达不到目标要求。国内外目前对于高浓度化工废水的处理方法主要有：溶剂萃取法、吸附法、燃烧法、化学氧化法、生物处理法、高级氧化法等。单一处理方法很难使废水达标排放，现有的每种处理工艺方法均包含有至少三个治理环节，有的甚至达到五个，而且处理周期长。同时，这样的处理方法使得废水处理设施体积庞大，造价增高，运行费用增大，因此怎样能够简单、快速且高效处理高浓度化工废水是当前急需解决的问题。
4.中国专利《一种高浓度化工废水预处理装置及处理方法》(201510150251.2)公开了一种高浓度化工废水预处理装置及处理方法，其包括调节池、1级混凝反应池、初沉池、砂滤池、1级臭氧氧化池、电催化反应器、2级臭氧氧化池、2级混凝反应池以及二沉池；其中，调节池、1级混凝反应池、初沉池、砂滤池、1级臭氧氧化池、电催化反应器、2级臭氧氧化池、2级混凝反应池、二沉池依次连接并形成一集成式处理装置。该发明的高浓度化工废水预处理装置及处理方法结合了多种混凝、过滤、氧化、电催化还原的优势，经过该设备处理的废水，可以有效降解色度、codcr、提高b/c比以及可生化性，具有处理成本低、操作简单易于控制等优点。中国专利《一种高浓度化工废水资源化集成处理技术》(201710335949.0)公开了一种高浓度化工废水资源化集成处理技术，将高浓度化工废水进行膜过滤处理，经超滤膜过滤后的废水进入电催化氧化系统，电催化氧化后的废水进入蒸发系统，蒸发出水进入回用系统，蒸发母液进入分质结晶系统，对废水中的无机盐通过分质结晶技术进行回收利用。该发明采用超滤膜过滤、电催化、蒸发、分质结晶组合处理工艺，不仅实现了废水的达标处理，同时也实现了废水的资源化利用，具有工艺先进、效率高和效果稳定可靠的优点。上述两发明专利都存在结构装置多，操作复杂、处理成本高的缺陷。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：为了解决高浓度化工废水处理的技术问题和克服上述专利存在的缺陷，提出一种高浓度化工废水资源化处理装置及方法。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高浓度化工废水资源化处理装
置为长方体结构，包括多级盐析室、电离室、预热室、蒸发室、曝气冷凝室、滚轮和检修窗。
7.所述的多级盐析室设有多级盐析室布水管、多级盐析室进水管、镁析搅拌区、镁析分离区、钙析搅拌区、钙析分离区、铜析搅拌区和铜析分离区。所述的多级盐析室布水管设置在多级盐析室内的上部，多级盐析室布水管连接多级盐析室进水管，多级盐析室布水管设置成方格状或同心圆形状，多级盐析室布水管上具有水平辐射出水口。
8.所述的镁析搅拌区与镁析分离区实现上部连通，钙析搅拌区设有镁析剂添加计量器，镁析剂添加计量器添加的镁析剂为氢氧化钠溶液，镁析搅拌区设有镁析搅拌器；镁析搅拌区的下部设有倾斜的镁析搅拌区底板，搅拌后的水沿倾斜的镁析搅拌区底板流入镁析分离区的中下部。镁析分离区底部设计成锥形结构，在锥形结构下部设置有镁析物排放阀。
9.所述的铜析搅拌区与钙析分离区实现上部连通，钙析搅拌区设有钙析剂添加计量器，钙析剂添加计量器添加的钙析剂为碳酸钠溶液，钙析搅拌区设有钙析搅拌器；钙析搅拌区的下部设有倾斜的钙析搅拌区底板，搅拌后的水沿倾斜的钙析搅拌区底板流入钙析分离区的中下部。钙析分离区底部设计成锥形结构，在锥形结构下部设置有钙析物排放阀。
10.所述的铜析搅拌区设有铜析剂添加计量器，铜析剂添加计量器添加的铜析剂为硫化钠和pam的混合溶液，铜析搅拌区设有铜析搅拌器；铜析搅拌区的下部设有倾斜的铜析搅拌区底板，搅拌后的水沿倾斜的铜析搅拌区底板流入铜析分离区的中下部。铜析分离区底部设计成锥形结构，在锥形结构下部设置有铜析物排放阀。
11.进一步地，所述的镁析分离区、钙析搅拌区、钙析分离区、铜析搅拌区和铜析分离区依次并列排布于镁析搅拌区的下部一侧。
12.所述的电离室设置在铜析分离区的一侧，所述的电离室设有阳极区、中间配水区和阴极区，阳极区和阴极区位于中间配水区的两侧，经过铜析分离区的废水首先通过铜析分离区的上部进入中间配水区；阳极区和中间配水区之间设有阴离子交换膜，阴极区和中间配水区之间设有阳离子交换膜；阳极区设有阳极板，阳极板通过电缆连接电源的正极；阴极区设有阴极板，阴极板通过电缆连接电源的负极；阳极区设有阳极纯净水添加管和阳极液排放口；阴极区设有阴极纯净水添加管和阴极液排放口；阳极区的顶部设有阳极集气管，阳极集气管连通阳极排气管；阴极区的顶部设有阴极集气管，阴极集气管连通阴极排气管。中间配水区设有电离室出水管。
13.所述的预热室设置在电离室的一侧。预热室内设有螺旋状上升式的预热管，预热管的底端连通电离室出水管。预热室内充满预热液，预热室的上部设有预热液进口，预热室的底部设计成锥形结构，在锥形结构下部设置有预热液排放阀。
14.所述的蒸发室位于预热室的上部。蒸发室的壳体由外及内依次设有外保层、保温层和内保层。所述外保层由不锈钢或硬塑料材料制成。所述保温层由保温材料制成，保温层设置在外保层的内侧。所述内保层由不锈钢材料制成，内保层设置在保温层的内侧。所述蒸发室内设有温度探头、电热管和控制器。所述温度探头安装在蒸发室内的上部，所述电热管均匀安装在蒸发室内。所述控制器设置在蒸发室的外壁上。控制器通过电缆与电源、温度探头、电热管连接。所述蒸发室的底部壳体上设有蒸发室进水开关和浓缩液排放开关，蒸发室进水开关连通预热管的顶端；浓缩液排放开关连通预热液进口。蒸发操作完成后产生的高温浓缩液进入预热室成为预热液，为废水加温预热。所述蒸发室的上部壳体上设有蒸发室出气管。蒸发室为并联的互为备用的两室结构。
15.所述的曝气冷凝室设置在蒸发室的一侧；曝气冷凝室的下部设置有曝气盘，所述的曝气盘通过管道连接有曝气冷凝室外壁上的鼓风机，进一步，所述的曝气盘是均匀设置有微孔的微孔式曝气盘。曝气冷凝室内设有布气管，所述的布气管设置在曝气盘的上部，布气管连接蒸发室出气管，布气管设置成方格状或同心圆形状，布气管上具有水平辐射出气口。曝气冷凝室还设有溢流堰，溢流堰连通曝气冷凝室出水管，曝气冷凝室出水管排出的水回用。
16.所述滚轮采用万向轮，设置在高浓度化工废水资源化处理装置的最底部，滚轮设有四个。
17.所述检修窗设置在高浓度化工废水资源化处理装置的侧壁上，检修窗为长方形或圆形结构，检修窗为张开式，检修窗的四周设有橡胶密封圈，检修窗关闭时实现密闭不漏水。检修窗设有若干个。
18.采用上述高浓度化工废水资源化处理装置进行废水处理的方法为：
19.①
高浓度化工废水通过多级盐析室进水管和多级盐析室布水管进入多级盐析室，多级盐析室布水管均匀布水。
20.②
然后水进入镁析搅拌区，镁析剂添加计量器添加氢氧化钠溶液，镁析搅拌器对水进行搅拌混合，镁离子与氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀物，氢氧化镁沉淀物在重力的作用下下沉到镁析分离区的下部，通过底部的镁析物排放阀排出，氢氧化镁脱水、干燥、回收利用。
21.③
然后水进入钙析搅拌区，钙析剂添加计量器添加碳酸钠溶液，钙析搅拌器对水进行搅拌混合，钙离子与碳酸根离子生成碳酸钙沉淀物，碳酸钙沉淀物在重力的作用下下沉到钙析分离区的下部，通过底部的钙析物排放阀排出，碳酸钙脱水、干燥、处理。
22.④
然后水进入铜析搅拌区，铜析剂添加计量器添加硫化钠和pam的混合溶液，铜析搅拌器对水进行搅拌混合，cu
2
与s
2-生成硫化铜沉淀物，硫化铜沉淀物在重力的作用下下沉到铜析分离区的下部，通过底部的铜析物排放阀排出，硫化铜脱水、干燥、回收利用。
23.⑤
多级盐析室处理后的废水进入电离室的中间配水区，废水中的cl-、so
42-、no
3-穿过阴离子交换膜进入阳极区与h-生成酸并从阳极液排放口排放出去，被收集利用；废水中的nh
4
穿过阳离子交换膜进入阴极区与oh-生成氨水并从阴极液排放口排放出去，被收集回用；阳极区生成的氧气被阳极集气管收集利用，阴极区生成的氢气被阴极集气管收集利用；阳极区液面降低时由阳极纯净水添加管添加纯净水，阴极区液面降低时由阴极纯净水添加管添加纯净水。
24.⑥
然后废水从电离室出水管流出，进入预热室的预热管，废水在预热管内螺旋上升，通过热量交换，废水的温度逐渐升高，预热液被冷却，然后预热液排放阀开启，浓缩液排放开关关闭，预热液通过预热液排放阀排出高浓度化工废水资源化处理装置，预热液的主要成分为硝酸铵，预热液被回收利用。
25.⑦
预热后的废水进入蒸发室，废水被加热蒸发，产生的蒸气通过蒸发室出气管排出，蒸发操作完成，预热液排放阀关闭，浓缩液排放开关开启，后产生的高温浓缩液通过浓缩液排放开关进入预热室成为预热液。蒸发室为并联的互为备用的两室结构，当其中一室关闭蒸发室进水开关并进入加热状态后，另外一室同时打开蒸发室进水开关，开始进水。
26.⑧
蒸气通过蒸发室出气管进入布气管，并通过布气管上的水平辐射出气口射入曝
气冷凝室内的水中，蒸气在布气管和曝气冷凝室内的水中被冷却成水珠，积聚在曝气冷凝室内。曝气盘进行充氧曝气，其作用包括三个方面：第一，吹脱冷凝水中的有害气体；第二，利用空气降低水体温度；第三，为冷凝水充氧，利于回用。
27.⑨
曝气冷凝室的出水通过溢流堰和曝气冷凝室出水管排出、回用，实现零排放。
28.本发明的有益效果是：
①
本发明装置结构简单，建造、安装、操作方便；
29.②
利用投加药剂、沉淀去除沉淀物，降低废水的硬度，防止后续处理单元结垢，同时分级回收金属盐；
③
利用电离技术回收酸和氨水；
④
利用蒸发冷凝技术分离回收硝酸铵；
⑤
冷凝水回用，实现零排放。
附图说明
30.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
31.图1是本发明的实施例的结构示意图；图2是本发明的电离室的结构示意图。
32.图1、图2中：1.多级盐析室，1-1.多级盐析室布水管，1-2.多级盐析室进水管，1-3.镁析搅拌区，1-3-1.镁析剂添加计量器，1-3-2.镁析搅拌器，1-4.镁析分离区，1-4-1.镁析物排放阀，1-5.钙析搅拌区，1-5-1.钙析剂添加计量器，1-5-2.钙析搅拌器，1-6.钙析分离区，1-6-1.钙析物排放阀，1-7.铜析搅拌区，1-7-1.铜析剂添加计量器，1-7-2.铜析搅拌器，1-8.铜析分离区，1-8-1.铜析物排放阀，2.电离区，2-1.阳极区，2-2.中间配水区，2-3.阴极区，2-4.阴离子交换膜，2-5.阳离子交换膜，2-6.阳极板，2-7.阴极板，2-8.阳极纯净水添加管，2-9.阳极液排放口，2-10.阴极纯净水添加管，2-11.阴极液排放口，2-12.阳极集气管，2-13.阴极集气管，2-14.电离室出水管，3.预热室，3-1.预热管，3-2.预热液排放阀，4.蒸发室，4-1.电热管，4-2.蒸发室进水开关，4-3.浓缩液排放开关，4-4.蒸发室出气管，5.曝气冷凝室，5-1.曝气盘，5-2.鼓风机，5-3.布气管，5-4.溢流堰，6.滚轮。
具体实施方式
33.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
34.实施例
35.如图1、图2所示的本发明的一种高浓度化工废水资源化处理装置为长方体结构，包括多级盐析室1、电离室2、预热室3、蒸发室4、曝气冷凝室5、滚轮6和检修窗。
36.所述的多级盐析室1设有多级盐析室布水管1-1、多级盐析室进水管1-2、镁析搅拌区1-3、镁析分离区1-4、钙析搅拌区1-5、钙析分离区1-6、铜析搅拌区1-7和铜析分离区1-8。所述的多级盐析室布水管1-1设置在多级盐析室1内的上部，多级盐析室布水管1-1连接多级盐析室进水管1-2，多级盐析室布水管1-1设置成方格状或同心圆形状，多级盐析室布水管1-1上具有水平辐射出水口。
37.所述的镁析搅拌区1-3设有镁析剂添加计量器1-3-1，镁析剂添加计量器1-3-1添加的镁析剂为氢氧化钠溶液，镁析搅拌区1-3设有镁析搅拌器1-3-2；镁析搅拌区的下部设有倾斜的镁析搅拌区底板，搅拌后的水沿倾斜的镁析搅拌区底板流入镁析分离区1-4的中下部。镁析分离区1-4底部设计成锥形结构，在锥形结构下部设置有镁析物排放阀1-4-1。
38.所述的钙析搅拌区1-5与镁析分离区1-4实现上部连通，钙析搅拌区1-5设有钙析
剂添加计量器1-5-1，钙析剂添加计量器1-5-1添加的钙析剂为碳酸钠溶液，钙析搅拌区1-5设有钙析搅拌器1-5-2；钙析搅拌区的下部设有倾斜的钙析搅拌区底板，搅拌后的水沿倾斜的钙析搅拌区底板流入钙析分离区1-6的中下部。钙析分离区1-6的底部设计成锥形结构，在锥形结构下部设置有钙析物排放阀1-6-1。
39.所述的铜析搅拌区1-7与钙析分离区1-6实现上部连通，铜析搅拌区1-7设有铜析剂添加计量器1-7-1，铜析剂添加计量器1-7-1添加的铜析剂为硫化钠和pam的混合溶液，铜析搅拌区1-7设有铜析搅拌器1-7-2；铜析搅拌区1-7的下部设有倾斜的铜析搅拌区底板，搅拌后的水沿倾斜的铜析搅拌区底板流入铜析分离区1-8的中下部。铜析分离区底部设计成锥形结构，在锥形结构下部设置有铜析物排放阀1-8-1。
40.进一步地，所述的镁析分离区1-4、钙析搅拌区1-5、钙析分离区1-6、铜析搅拌区1-7和铜析分离区1-8依次并列排布于镁析搅拌区1-3的下部一侧；
41.所述的电离室2设置在铜析分离区1-8的一侧，所述的电离室2设有阳极区2-1、中间配水区2-2和阴极区2-3，阳极区2-1和阴极区2-3位于中间配水区2-2的两侧，经过铜析分离区1-8的废水首先通过铜析分离区1-8的上部进入中间配水区2-2；阳极区2-1和中间配水区2-2之间设有阴离子交换膜2-4，阴极区2-3和中间配水区2-2之间设有阳离子交换膜2-5；阳极区2-1设有阳极板2-6，阳极板2-6通过电缆连接电源的正极；阴极区2-3设有阴极板2-7，阴极板2-7通过电缆连接电源的负极；阳极区2-1设有阳极纯净水添加管2-8和阳极液排放口2-9；阴极区2-2设有阴极纯净水添加管2-10和阴极液排放口2-11；阳极区2-1的顶部设有阳极集气管2-12，阳极集气管2-12连通阳极排气管；阴极区2-3的顶部设有阴极集气管2-13，阴极集气管2-13连通阴极排气管。中间配水区2-2设有电离室出水管2-14。
42.所述的预热室3设置在电离室2的一侧。预热室3内设有螺旋状上升式的预热管3-1，预热管3-1的底端连通电离室出水管2-14。预热室3内充满预热液，预热室3的上部设有预热液进口，预热室3的底部设计成锥形结构，在锥形结构下部设置有预热液排放阀3-2。
43.所述的蒸发室4位于预热室3的上部。蒸发室4的壳体由外及内依次设有外保层、保温层和内保层。所述外保层由不锈钢或硬塑料材料制成。所述保温层由保温材料制成，保温层设置在外保层的内侧。所述内保层由不锈钢材料制成，内保层设置在保温层的内侧。所述蒸发室4内设有温度探头、电热管4-1和控制器。所述温度探头安装在蒸发室4内的上部，所述电热管4-1均匀安装在蒸发室4内。所述控制器设置在蒸发室4的外壁上。控制器通过电缆与电源、温度探头、电热管4-1连接。所述蒸发室4的底部壳体上设有蒸发室进水开关4-2和浓缩液排放开关4-3，蒸发室进水开关4-2连通预热管3-1的顶端；浓缩液排放开关4-3连通预热液进口。蒸发操作完成后产生的高温浓缩液进入预热室3成为预热液，为废水加温预热。所述蒸发室4的上部壳体上设有蒸发室出气管4-4。蒸发室4为并联的互为备用的两室结构。
44.所述的曝气冷凝室5设置在蒸发室4的一侧；曝气冷凝室5的下部设置有曝气盘5-1，所述的曝气盘5-1通过管道连接有曝气冷凝室5的外壁上的鼓风机5-2，进一步，所述的曝气盘5-1是均匀设置有微孔的微孔式曝气盘。曝气冷凝室5内设有布气管5-3，所述的布气管5-3设置在曝气盘5-1的上部，布气管5-3连通蒸发室出气管4-4，布气管5-3设置成方格状或同心圆形状，布气管5-3上具有水平辐射出气口。曝气冷凝室5还设有溢流堰5-4，溢流堰5-4连通曝气冷凝室出水管，曝气冷凝室出水管排出的水回用。
45.所述滚轮6采用万向轮，设置在高浓度化工废水资源化处理装置的最底部，滚轮6设有四个。
46.所述检修窗设置在高浓度化工废水资源化处理装置的侧壁上，检修窗为长方形或圆形结构，检修窗为张开式，检修窗的四周设有橡胶密封圈，检修窗关闭时实现密闭不漏水。检修窗设有若干个。
47.采用上述高浓度化工废水资源化处理装置进行废水处理的方法为：
48.①
高浓度化工废水通过多级盐析室进水管1-2和多级盐析室布水管1-1进入多级盐析室1，多级盐析室布水管1-1均匀布水。
49.②
然后水进入镁析搅拌区1-3，镁析剂添加计量器1-3-1添加氢氧化钠溶液，镁析搅拌器1-3-2对水进行搅拌混合，镁离子与氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀物，氢氧化镁沉淀物在重力的作用下下沉到镁析分离区1-4的下部，通过底部的镁析物排放阀1-4-1排出，氢氧化镁被脱水、干燥、回收利用。
50.③
然后水进入钙析搅拌区1-5，钙析剂添加计量器1-5-1添加碳酸钠溶液，钙析搅拌器1-5-2对水进行搅拌混合，钙离子与碳酸根离子生成碳酸钙沉淀物，碳酸钙沉淀物在重力的作用下下沉到钙析分离区1-6的下部，通过底部的钙析物排放阀1-6-1排出，碳酸钙脱水、干燥、处理。
51.④
然后水进入铜析搅拌区1-7，铜析剂添加计量器1-7-1添加硫化钠和pam的混合溶液，铜析搅拌器1-7-2对水进行搅拌混合，cu
2
与s
2-生成硫化铜沉淀物，硫化铜沉淀物在重力的作用下下沉到铜析分离区1-8的下部，通过底部的铜析物排放阀1-8-1排出，硫化铜脱水、干燥、回收利用。
52.⑤
多级盐析室1处理后的废水进入电离室的中间配水区2-2，废水中的cl-、so
42-、no
3-穿过阴离子交换膜2-4进入阳极区2-1与h-生成酸并从阳极液排放口2-9排放出去，被收集利用；废水中的nh
4
穿过阳离子交换膜2-5进入阴极区2-3与oh-生成氨水并从阴极液排放口2-11排放出去，被收集回用；阳极区2-1生成的氧气被阳极集气管2-12收集利用，阴极区生成的氢气被阴极集气管2-13收集利用；阳极区2-1液面降低时由阳极纯净水添加管2-8添加纯净水，阴极区液面降低时由阴极纯净水添加管2-10添加纯净水。
53.⑥
然后废水从电离室出水管2-14流出，进入预热室的预热管3-1，废水在预热管3-1内螺旋上升，通过热量交换，废水的温度逐渐升高，预热液被冷却，然后预热液排放阀3-2开启，浓缩液排放开关4-3关闭，预热液通过预热液排放阀3-2排出高浓度化工废水资源化处理装置，预热液的主要成分为硝酸铵，预热液被回收利用。
54.⑦
预热后的废水进入蒸发室4，废水被加热蒸发，产生的蒸气通过蒸发室出气管4-4排出，蒸发操作完成后，预热液排放阀3-2关闭，浓缩液排放开关4-3开启，产生的高温浓缩液通过浓缩液排放开关4-3进入预热室3成为预热液。蒸发室4为并联的互为备用的两室结构，当其中之一关闭蒸发室进水开关4-2、并进入加热状态后，另外一室同时开始进水。
55.⑧
蒸气通过蒸发室出气管4-4进入布气管5-3，并通过布气管5-3上的水平辐射出气口射入曝气冷凝室5内的水中，蒸气在布气管5-3内和曝气冷凝室5的水中被冷却成水珠，积聚在曝气冷凝室5内。曝气盘5-1对冷凝水进行充氧曝气，其作用包括三个方面：第一，吹脱冷凝水中的有害气体；第二，利用空气降低水体温度；第三，为冷凝水充氧，利于回用。
56.⑨
曝气冷凝室5的出水通过溢流堰5-4和曝气冷凝室出水管排出、回用，实现零排
放。
57.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。