[发明专利]用于处理工业废水的杂化膜组件、系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于处理工业废水的杂化膜组件、系统和方法，尤其是用于将含有有机物和矿物质的工业废水转化为以下物质的杂化膜组件、系统和方法：(a)用于回用的高品质水，(b)用于回用或易于处置的经纯化和高度浓缩的盐水，和(c)最小体积的含有分散并溶解的有机物的高度浓缩的含水流，以通过氧化手段，如湿式空气氧化(WAO)或焚烧进行最终消除。

背景技术

例如化学、石化、制药、金属和粮食等部门的所有工厂产生大量的废水流，所述废水流含有难以分离的悬浮物和溶解物的混合物。来自制药、农用化学品或精细化工生产厂的典型含水废水流可能含有高浓度的有机物(1000～10000ppm TOC)，其中0.5％～30％是矿物质。不同浓度的有机溶剂，如甲醇、乙醇、IPA(异丙醇)、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、DMF(二甲基甲酰胺)、NMP(N-甲基吡咯烷酮)、THF(四氢呋喃)、甲酰胺等溶剂可能会存在于该废水流中。一些矿物质和有机物以饱和或超饱和溶液存在于该废水中，并且只要通过例如热蒸馏或膜浓缩工艺对废水流进行稍微浓缩，它们将会以沉淀性于表面上的固态泥浆分离，并对任何废水处理设备例如公共运行的废水处理装置(POWT)、热蒸发器、膜装置、过滤器甚至控制设备和管道等产生不利影响。除上述提到的废水流中的问题组分之外，所述废水流往往包含强有机溶剂，这样的有机溶剂对膜处理装置如反渗透、电渗析或纳滤装置尤其有害。很多时候，这些有机溶剂以饱和形式存在，并且当在膜装置中浓缩时，它们将分离成小液滴或胶体乳液的形式而分散在含水流中。实际上，每个溶剂液滴，如甲苯、二甲苯、二氯甲烷或氯仿的液滴都是具有100％纯度的有机溶剂。当与控制设备的塑料表面或膜表面相接触时，这些腐蚀性有机溶剂液滴将腐蚀与其接触的聚合物表面，并造成不可逆转的损害，缩短了膜和所述设备的寿命。因此，在任何废水系统中包含一个适当的在采用例如膜设备的主要处理步骤之前去除这些有机溶剂的预处理手段是重要的。必须指出的是，除了其他因素之外，用于预处理废水流的预处理设备膜必须是耐溶剂性的。

来自不同化工厂的工业废水流可能含有对环境和许多生物废水处理装置造成不利影响的有害化合物。因此，它们向POWT装置、水运输体和环境的排放受到了环境法的严格限制。所述受限化合物的名单包括，AOX类物质(可吸收的有机卤化物)、氨、重金属、磷酸盐和其他够抑制天然存在的细菌的活性从而对有机物的自然分解和环境造成损害的有机物和矿物质。

向废水处理厂排放矿物质是受到法律限制的，所以在许多情况下，矿物质必须依照规定进行去除和排放。通常，矿物质可以作为有价值的产品进行回收，只要它们的纯度达到该矿物质产品的鉴定标准，或达到根据该矿物质的鉴定书所鉴定的标准。这样的可回收盐的例子是：CaCl₂、CaSO₄、CaCO₃和Al₂(SO4)₃等。

由于这种废水可能对POWT和环境造成危害，工业企业被法律强制在将它们的废水流排放到POWT之前对其进行处理。最被接受的处理是生物废水处理装置，其中，经特别驯化的生物有机体(细菌)将有机物转化为CO₂，并同时形成生物量。世界上有很多类型的生物废水处理设备在运行。它们中有些是在很大的沉降池中运行，在沉降池中，由于自然沉降，结果出现生物量的分离，其他生物废水处理设备使用了固定在塑料表面的细菌，众所周知的还有生物装置的结合，其中细菌通过超滤膜或微滤膜而从处理过的废水中分离；这些生物废水处理设备被称为MBR(膜生物反应器)。

来自工业源的许多类型的废水给生物处理装置带来空前未有的困难。已确定的主要因素是：

(a)非生物降解性有机物的存在。这些有机物难以被微生物分解。它们转化为CO₂需要很长的保持时间和特殊的条件，并且在许多情况下，这些有机物在生物处理后的废水流中保持完整，并构成了保留在处理过的废水中的主要有机组分(TOC，总有机碳)。由非降解性有机物造成的TOC值远远超过允许排放的限制值，并且是后续处理设施高投资的主要原因。

(b)有毒有机分子的存在。这些分子可以对POWT造成严重损害并杀死生物量。有时唯一的解决办法是在生物步骤之前从废水流中去除这些分子。

(c)工业废水中存在的高浓度矿物质导致生物量形成厚的细菌膜，作为抵抗高渗透压的保护手段，从而显著减缓了这些物质转化的代谢速率。