一种PVA废水的处理系统及处理方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种PVA废水的处理系统及处理方法。

背景技术

聚乙烯醇纤维(PVA)是一种用途广泛的有机合成纤维材料，因其具有良好的强度、模量、抗酸碱、易溶解等优良性能，可用于混凝土增强、造纸、纺织、医学等领域。聚乙烯醇纤维是由聚乙烯醇通过溶解、过滤、脱泡、纺丝、凝固、热处理等工艺制造而成。

聚乙烯醇纤维在生产过程中会产生大量的废水，其洗涤废水中，含有较高浓度的硫酸钠和有机污染物，传统处理方式难以处理回用，目前这些废水基本直接进入现有污水处理厂的生化系统，由于硫酸根离子对生化系统有抑制作用，导致生化处理难度增加，污水处理成本增加，而且废水的高温、高硫酸钠特性，都可以作为原料及资源加以利用。针对此情况，以及回用要求及水质特征研究，需制定专门技术方案以实现水资源、硫酸钠盐及热能再利用的回收处理。

中国专利CN108409022A公开了一种含PVA的退浆废水处理方法，该处理方法使用酸性调节剂调节待处理退浆废水的pH至3～5，然后将退浆废水输送至电磁搅拌式反应器中，电流控制在12～14A，频率控制在25～35HZ，以使PVA聚集形成聚凝体，随后从电磁搅拌式反应器中排出，再经过滤完成对退浆废水中污染物PVA的处理。该专利实用利用电磁搅拌式反应器对污染物PVA凝聚物体进行过滤，过滤率低，并且对过滤后PVA废水采用氧化处理，氧化处理过程的不可控因素很多，对最终的实验结果会有不稳定的影响，即仍存在以上技术问题。

发明内容

为了解决由于硫酸根离子对生化系统有抑制作用，导致生化处理难度增加，污水处理成本增加的问题，本发明提供了一种PVA废水的处理系统及处理方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种PVA废水的处理系统，包括纤维束过滤器，热交换系统，超滤系统，反渗透系统，淡水循环箱，浓水循环箱，电渗析系统，浓盐水箱和冷冻结晶系统；

含有PVA废水的原水箱的出口与所述纤维束过滤器的入口通过管路相连，所述纤维束过滤器的出口与热交换系统通过管路相连，所述热交换系统与超滤系统通过管路连接，超滤系统与淡水循环箱通过管路相连，淡水循环箱与反渗透系统相连且淡水循环箱与反渗透系统之间依次设有增压泵、保安过滤器和高压泵；

所述电渗析系统进水口与淡水循环箱相连且对淡水循环箱内的废水进行分盐处理和浓缩处理；所述浓水循环箱一端通过管路与电渗析系统连接，另一端通过管路与浓盐水箱连接，浓盐水箱通过管路与冷冻结晶系统连接。

进一步地，所述纤维束过滤器对原水箱内的废水过滤，且采用碳钢防腐，材质为高分子改性纤维，平均孔径为20μm-50μm，操作压力≤0.6mpa，过滤流速20m/h-40m/h。

进一步地，所述热交换系统板式换热器，换热材质为SUS304。

进一步地，所述超滤系统中超滤膜平均孔径30nm-70nm，超滤膜材质为亲水性PVDF纤维，超滤膜过滤形式为外压式，平均操作压力为0.03mpa-0.1mpa。

进一步地，所述反渗透系统中膜材质为聚酰胺复合膜，平均操作压力为1.2mpa-1.6mpa。

一种PVA废水的处理系统的处理方法，步骤包括：

步骤S1:将增压泵依次泵入纤维过滤器、热交换系统和超滤系统，纤维束过滤器与超滤系统对原水箱中的废水进行过滤，脱除废水中悬浮物后，出水进入淡水循环箱；

步骤S2:淡水循环箱中的废水经增压泵及高压泵加压后进入反渗透系统，经反渗透系统作用后得到反渗透淡水和含高浓度硫酸钠溶液的反渗透浓水，反渗透浓水全部回流至淡水循环箱，废水中原本的硫酸钠盐全部被截留在淡水循环箱内，反渗透淡水进入热交换系统换热后，进行淡水回用；

步骤S3:随着反渗透系统运行，淡水循环箱内废水电导率升高至预设值时，电渗析系统开启获得电渗析淡水和电渗析浓水，电渗析浓水回流至浓水循环箱，电渗析淡水回流至淡水循环箱，硫酸钠盐在电渗析系统作用下迁移至浓水循环箱；

步骤S4:随着电渗析系统的运行，为保持淡水循环箱内污染物浓度平衡，淡水循环箱外排废水，由排水沟或水箱收集，进行后续处理；

步骤S5:随着电渗析系统的运行，浓水循环箱内废水电导率升高至大于设定值时，浓水循环系统中的浓水定量排至浓盐水箱缓存，浓盐水箱中的浓盐水再进入冷冻结晶系统处理，析出芒硝；

步骤S6:冷冻结晶系统中剩余的浓盐水回流至浓水循环箱，小部分浓盐水外排，由排水沟或水箱收集，进行后续处理。

进一步地，所述淡水循环箱将反渗透浓水、电渗析淡水、经过超滤系统的废水进行混合均质并缓冲存储。

进一步地，所述反渗透系统对淡水循环箱内废水进行盐水分离，得到脱盐水和高盐浓水。

进一步地，反渗透淡水含有极少量的硫酸钠盐。

进一步地，所述浓水循环箱对电渗析浓水和冷冻结晶系统中的浓盐水进行混合均质并进行缓冲储存。

进一步地，所述浓盐水箱对浓水循环箱内废水进行缓冲储存。

进一步地，所述电渗析系统中运行电压为352V-400V，运行电流为99A-112.5A。

进一步地，所述冷冻结晶装置是由结晶器、外挂式冷却器(外冷器)及轴流循环泵组成，同时辅以必要的物料周转泵和槽罐，运行方式为连续进料和连续出料，进料温度为30-35℃，结晶温度为0℃。

进一步地，PVA洗涤废水硫酸钠盐浓度为6000mg/L-12000mg/L，硫酸钠盐含量占总盐类污染物的85％以上，pH为3-5，废水温度40-46℃。

进一步地，步骤S5中的预设值的大小根据反渗透膜的设计最大耐受盐浓度决定，反渗透耐盐能力越强废水电导率可升高到越高，但是反渗透的操作压力也越高。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体体现在：

(1)本发明利用反渗透膜高效盐水分离作用及电渗析离子交换膜选择性透过性能的，实现盐类物质与有机物从溶液中脱除或富集浓缩，产生高浓度硫酸钠溶液；

(2)本发明利用热交换系统使废水与脱盐水充分换热，实现废水热量的再利用，减少蒸汽消耗，换热后脱盐水进行回用，最终实现PVA洗涤废水的综合处理及资源化利用，可以大大降低PVA生产公司的生产成本；

(3)本发明有效解决了常规技术在对PVA洗涤废水进行处理时，存在的淡水回用率低、浓水浓缩倍数低、资源浪费、处理成本高及系统运行不稳定等问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图标记：1.原水箱；2.纤维束过滤器；3.热交换系统；4.超滤系统；5.淡水循环箱；6.反渗透系统；7.电渗析系统；8.浓水循环箱；9.浓盐水箱；10.冷冻结晶系统；11.增压泵；12.高压泵；13.保安过滤器。

具体实施方式

为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

根据图1所示的一种PVA废水的处理系统，包括纤维束过滤器2，热交换系统3，超滤系统4，反渗透系统6，淡水循环箱5，浓水循环箱8，电渗析系统7，浓盐水箱9和冷冻结晶系统10；含有PVA废水的原水箱1的出口与所述纤维束过滤器2的入口通过管路相连，所述纤维束过滤器2的出口与热交换系统3通过管路相连，所述热交换系统3与超滤系统4通过管路连接，超滤系统4与淡水循环箱5通过管路相连，淡水循环箱5与反渗透系统6相连且淡水循环箱5与反渗透系统6之间依次设有增压泵11、保安过滤器13和高压泵12，所述保安过滤器13用于过滤5um以下的颗粒物，保护后续处理系统；，所述电渗析系统7进水口与淡水循环箱5相连且对淡水循环箱5内的废水进行分盐处理和浓缩处理；所述浓水循环箱8一端通过管路与电渗析系统7连接，另一端通过管路与浓盐水箱9连接，浓盐水箱9通过管路与冷冻结晶系统10连接。就淡水循环箱5这个环节而言，反渗透的作用是把废水中的硫酸钠盐几乎截留在淡水循环箱5中，电渗析的作用是将淡水循环箱5的硫酸钠浓度保持，电渗析浓水不断地将淡水循环箱5中的硫酸钠提到后级水箱。

所述纤维束过滤器2对原水箱1内的废水过滤，且采用碳钢防腐，滤元采用纤维束，材质为高分子改性纤维，平均孔径为20μm-50μm。所述热交换系统3采用板式换热器，换热材质为SUS304，热交换系统3用于对高温原废水与低温脱盐水进行换热处理，实现废水热量的再利用，减少蒸汽消耗。所述超滤系统4中超滤膜平均孔径30nm-70nm，超滤膜材质为亲水性PVDF纤维，超滤膜过滤形式为外压式。所述高压泵12中膜材质为聚酰胺复合膜。所述纤维束过滤器2与超滤系统4用于对PVA洗涤废水进行过滤，脱除废水中悬浮物。所述淡水循环箱5将反渗透浓水、电渗析淡水、经过超滤系统4的废水进行混合均质并缓冲存储。所述高压泵12对淡水循环箱5内废水进行盐水分离，得到脱盐水和高盐浓水。所述浓水循环箱8对电渗析浓水和冷冻结晶系统10中的浓盐水进行混合均质并进行缓冲储存。所述浓盐水箱9对浓水循环箱8内废水进行缓冲储存。所述冷冻结晶系统10用于对高浓度硫酸钠溶液进行冷冻结晶处理，得到芒硝；

PVA洗涤废水水质为：硫酸钠盐浓度为6478mg/L，硫酸钠盐含量占总盐类污染物的98％，pH为4，废水温度45℃，采用本发明的处理系统及方法：

首先原废水以120m3/h的流量依次经由纤维过滤器、热交换系统3和超滤系统4过滤，出水进入淡水循环箱5；纤维过滤器滤元孔径35μm，操作压力为0.1mpa；超滤膜孔径30nm，操作压力为0.1mpa，纤维过滤器滤出水与脱盐水进行热交换，热能回收率达58％；

淡水循环箱5中废水经增压泵11及高压泵12加压后进入高压泵12，运行淡水回收率50％，运行压力为1.5mpa，总进水流量234m3/h，总产水流量117m3/h，浓水流量117m3/h，浓水全部回流至淡水循环箱5，使硫酸钠盐全部被截留在淡水循环箱5内；

随着高压泵12运行，当淡水循环箱5内废水电导率升高至15000uS/cm时，启动电渗析，运行淡水回收率约97％，运行电流为112.5A，运行压力为400V；电渗析浓水回流至浓水循环箱8，淡水回流至淡水循环箱5，硫酸钠盐在电渗析作用下迁移至浓水循环箱8；为保持淡水循环箱5内污染物浓度平衡，淡水循环箱5需外排1m3/h，由排水沟收集，进行后续处理；

随着电渗析系统7运行，浓水循环箱8内废水电导率升高至大于120000uS/cm时，4.35m3/h的浓水排至浓盐水箱9缓存，浓盐水箱9硫酸钠含量约为19.9％，浓盐水进入冷冻结晶系统10处理，芒硝回收率为23％，析出的芒硝产量为1440kg/h；

经芒硝析出后的浓盐水中，硫酸钠浓度降低至4.3％，其中3.05m3/h的废水回流至浓水循环箱8，0.3m3/h的废水外排，由排水沟收集，进行后续处理；

最终该类型PVA洗涤废水综合处理率为99％，有效热能回收率为58％，芒硝回收产量为1440kg/h。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。