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電滲析與反滲透集成轉化法硫酸鈉型廢水處理工藝

發布時間:2020-1-22 8:05:52  中國污水處理工程網

  申請日2019.11.22

  公開(公告)日2020.01.14

  IPC分類號C02F9/06

  摘要

  本發明為一種電滲析與反滲透集成轉化法硫酸鈉型廢水處理的方法。該方法將轉化法電滲析技術應用到廢水處理,利用轉換法電滲析與反滲透相結合,通過設置帶有溢流的循環水箱并與膜堆各隔室相連,并配套流程,實現了整體工藝過程的連續操作,產品參數穩定,符合工業化生產要求;同時通過與反滲透集成,將電滲析過程產出的淡鹽水進行濃縮重復利用,提高了原料的利用率。本發明可將低濃度低經濟價值的硫酸鈉廢水轉化并濃縮為高濃度高經濟價值的硫酸鉀溶液,在濃縮、分離的同時實現廢水處理過程產品高值轉化,極大的提升硫酸鈉型工業廢水處理的經濟性。

  權利要求書

  1.一種電滲析與反滲透集成轉化法硫酸鈉型廢水處理的方法,其特征為該方法包括以下步驟:

  (1)在各水箱中加入對應的溶液;

  其中,第一濃室水箱C1中為硫酸鉀溶液,硫酸鉀濃度為0.2-0.4mol/L;第二濃室水箱C2中為氯化鈉溶液,氯化鈉濃度為0.5-1mol/L;第一淡室水箱D1中為硫酸鈉型工業廢水,Na2SO4廢水的濃度為10-100g/L;第二淡室水箱D2中為氯化鉀溶液,KCl溶液的濃度為10-100g/L;極室水箱中的極液為NaCl溶液、Na2SO4溶液中的一種,質量濃度為1%-3%;

  (2)打開各個水箱的磁力循環泵,調節各個水箱流入膜堆中膜面流速為1-10cm/s,且各循環流量一致;同時向第一淡室水箱D1和第二淡室水箱D2勻速補加與該水箱初始濃度成分相同的溶液,保持液面不變;

  (3)打開直流電源,調節好電壓,調節電壓的范圍按照前面提到的:直流電壓=膜堆膜片對數×(0.1-1)V;

  運轉期間第二濃室水箱C2不斷溢流出氯化鈉溶液,溢流產品NaCl的濃度在60~150 g/L,第一濃室水箱C1不斷溢流出硫酸鉀溶液,溢流產品K2SO4溶液的濃度為80~100 g/L,分別作為兩種產品液收集;第一淡室水箱D1溢流出的Na2SO4低濃水的濃度為5~30g/L,進入第一反滲透裝置;第二淡室水箱D2溢流出的低濃水氯化鉀溶液的濃度為5~30g/L進入第二反滲透裝置;

  所述的五組進料通道的流量(膜間流速)相同。

  2.如權利要求1所述的電滲析與反滲透集成轉化法硫酸鈉型廢水處理的方法,其特征為所述的隔板表面流速為1-10cm/s。

  3.如權利要求1所述的電滲析與反滲透集成轉化法硫酸鈉型廢水處理裝置,其特征為該裝置的組成包括膜堆、極室水箱、第一濃室水箱C1、第二濃室水箱C2、第一淡室水箱D1和第二淡室水箱D2;

  其中,極室水箱與膜堆的陽極室入口相連,極室水箱中極液由膜堆的陽極室入口進入陽極室,由陽極室出口流出,再由陰極室入口流入陰極室,由陰極室出口流出回極室水箱;第一淡室水箱D1與膜堆的硫酸鈉入口相連,第一淡室水箱D1中的Na2SO4廢水從硫酸鈉入口進入,由硫酸鈉出口流出回第一淡室水箱D1;第二淡室水箱D2與膜堆的氯化鉀入口相連,淡室水箱D2中中的KCl溶液從氯化鉀入口進入,由氯化鉀出口流出回第二淡室水箱D2;第一濃室水箱C1與膜堆的硫酸鉀入口相連,第一濃室水箱C1中的K2SO4溶液從硫酸鉀入口進入,由硫酸鉀出口流出回濃室水箱C1;第二濃室水箱C2與膜堆的氯化鈉入口相連,第二濃室水箱C2中的NaCl溶液從氯化鈉入口進入,由氯化鈉出口流出回第二濃室水箱C2;

  所述的第一淡室水箱D1的溢流孔通過管路和第一反滲透裝置的原水口相連,第一反滲透裝置的濃水出口與第一淡室水箱D1相連;所述的第二淡室水箱D2得溢流孔通過管路和第二反滲透裝置的原水口相連,第二反滲透裝置的濃水出口與第二淡室水箱D2相連。

  4.如權利要求3所述的電滲析與反滲透集成轉化法硫酸鈉型廢水處理裝置,其特征為所述的第一淡室水箱D1的溢流孔和第一反滲透裝置的原水口之間,還設置有預處理裝置;所述的預處理裝置為過濾裝置。

  說明書

  一種電滲析與反滲透集成轉化法硫酸鈉型廢水處理的方法

  技術領域

  本發明涉及一種硫酸鈉型工業廢水的處理方法,更為具體的講是一種采用置換法電滲析與反滲透集成轉化法處理硫酸鈉型工業廢水的方法,屬于廢水處理技術領域。

  背景技術

  隨著工業的發展,工業廢水的排放量日益增加。硫酸鈉是自然水體和某些工業生產中重要的組成物質,因此排放的工業廢水中存在大量硫酸鈉。與其他類型的含鹽廢水類似,若處理不當會引起嚴重的環境污染。

  傳統的廢水零排放處理方法是將上述廢水進行濃縮結晶,獲得淡水與結晶鹽,如專利CN 109205866 A公開了一種無需加藥軟化預處理的高含鹽工業廢水電滲析濃縮系統及方法,其中就包括通過電滲析處理過濾后的廢水,獲得濃縮液,再將濃縮液結晶成鹽。而對硫酸鈉,其經濟價值較低,對其銷售和處置帶來困難。如果能夠將低價值的硫酸鈉轉化為具有更高價值的硫酸鉀,處理廢水的同時副產更高價值的產品,優勢更明顯。

  目前合成硫酸鉀的主要途徑有:(1)曼海姆法:是將氯化鉀和濃硫酸按一定比例放入反應爐,先在低溫下進行放熱反應,268℃后進行第二步反應,約600℃時反應完全,反應過程中產生副產物鹽酸。如專利CN 108926965 A公開了一種曼海姆法生產硫酸鉀的尾氣分離的方法,利用濃硫酸將曼海姆爐中排出的尾氣進行分離,這種方法工藝可靠,產物純度高,但是由于反應過程中會用到強酸導致設備腐蝕,能耗也較大。(2)芒硝轉化法:是將芒硝和氯化鉀反應制取硫酸鉀。先在25℃下反應生成鉀芒硝,然后在60~100℃下,繼續與氯化鉀反應生成硫酸鉀。如專利CN 107857282 A公開了一種芒硝制備硫酸鉀的方法,這種方法工藝簡單,耗能少,無污染。但由于鉀離子和鈉離子的分離不徹底,產物純度低。(3)石膏轉化法:這種方法是用硫酸鈣和氯化鉀進行反應,利用硫酸鉀在氨的乙醇溶液中溶解度小而結晶析出的特點,低溫反應生成產物,同時生成副產物氯化鈣。如專利CN 104046380 A公開了一種石膏制備硫酸鉀的方法,這種方法主要優點是原料易得,工藝簡單易操作。但需要控制低溫操作條件,并且副產物難處理。(4)硫酸銨轉化法:這種方法主要原理是用硫酸銨和氯化鉀進行反應,利用產物溶解度的不同,通過控制溫度、溶液濃度和反應時間等條件,將硫酸鉀和氯化銨分離。如專利CN 106629781 A就是采用的這種方法,這種方法比較節能環保,以一些化工產品的副產物硫酸銨為原料。但由于鉀離子回收率低,造成產物純度較低。專利一種制備硫酸鉀的裝置及方法CN105177619B中,該裝置的主要組成為膜堆、第一電解液進樣裝置、第二電解液進樣裝置、第一鹽溶液進樣裝置、第二鹽溶液進樣裝置、第三鹽溶液生成裝置、第四鹽溶液生成裝置,是通過氯化鉀和硫酸銨采用轉化法電滲析技術來實現制備硫酸鉀和氯化銨的;但該發明的工藝是間歇性的操作無法連續進行,無法達到更高的轉化效果,產品更加穩定;其次,該發明中并沒有解決轉化完成之后低濃度原料如何處理,實際上在工業中是不可行的。

  發明內容

  本發明的目的為針對當前技術中存在的問題,提出了一種電滲析與反滲透集成轉化法硫酸鈉型廢水處理的方法。該方法將轉化法電滲析技術應用到廢水處理,相較于傳統水處理過程中單純的物質濃縮過程,利用轉換法電滲析與反滲透相結合,可將低濃度低經濟價值的硫酸鈉廢水轉化并濃縮為高濃度高經濟價值的硫酸鉀溶液,在濃縮、分離的同時實現廢水處理過程產品高值轉化,極大的提升硫酸鈉型工業廢水處理的經濟性。相較于其他過程轉換法電滲析過程的間歇操作,本過程通過設置帶有溢流的循環水箱并與膜堆各隔室相連,并配套流程,實現了整體工藝過程的連續操作,產品參數穩定,符合工業化生產要求;同時通過與反滲透集成,將電滲析過程產出的淡鹽水進行濃縮重復利用,提高了原料的利用率。

  本發明所采用的技術方案如下:

  一種電滲析與反滲透集成轉化法硫酸鈉型廢水處理的方法,該方法包括以下步驟:

  (1)在各水箱中加入對應的溶液;

  其中,第一濃室水箱C1中為硫酸鉀溶液,硫酸鉀濃度為0.2-0.4mol/L;第二濃室水箱C2中為氯化鈉溶液,氯化鈉濃度為0.5-1mol/L;第一淡室水箱D1中為硫酸鈉型工業廢水,Na2SO4廢水的濃度為10-100g/L;第二淡室水箱D2中為氯化鉀溶液,KCl溶液的濃度為10-100g/L;極室水箱中的極液為NaCl溶液、Na2SO4溶液中的一種,質量濃度為1%-3%;

  (2)打開各個水箱的磁力循環泵,調節各個水箱流入膜堆中膜面流速為1-10cm/s,且各循環流量一致;同時向第一淡室水箱D1和第二淡室水箱D2勻速補加該水箱初始濃度(即步驟(1)中的設定濃度)成分相同的溶液,保持液面不變;

  (3)打開直流電源,調節好電壓,調節電壓的范圍按照前面提到的:直流電壓=膜堆膜片對數×(0.1-1)V;

  運轉期間第二濃室水箱C2不斷溢流出氯化鈉溶液,溢流產品NaCl的濃度在60~150g/L,第一濃室水箱C1不斷溢流出硫酸鉀溶液,溢流產品K2SO4溶液的濃度為80~100g/L,分別作為兩種產品液收集;第一淡室水箱D1溢流出的Na2SO4低濃水的濃度為5~30g/L,進入第一反滲透裝置;第二淡室水箱D2溢流出的低濃水氯化鉀溶液的濃度為5~30g/L進入第二反滲透裝置。

  所述的五組進料通道的流量(膜間流速)相同。隔板表面流速為1-10cm/s。

  所述的電滲析與反滲透集成轉化法硫酸鈉型廢水處理裝置,該裝置的組成包括膜堆、極室水箱、第一濃室水箱C1、第二濃室水箱C2、第一淡室水箱D1和第二淡室水箱D2;

  其中,極室水箱與膜堆的陽極室入口相連,極室水箱中極液由膜堆的陽極室入口進入陽極室,由陽極室出口流出,再由陰極室入口流入陰極室,由陰極室出口流出回極室水箱;第一淡室水箱D1與膜堆的硫酸鈉入口相連,第一淡室水箱D1中的Na2SO4廢水從硫酸鈉入口進入,由硫酸鈉出口流出回第一淡室水箱D1;第二淡室水箱D2與膜堆的氯化鉀入口相連,淡室水箱D2中中的KCl溶液從氯化鉀入口進入,由氯化鉀出口流出回第二淡室水箱D2;第一濃室水箱C1與膜堆的硫酸鉀入口相連,第一濃室水箱C1中的K2SO4溶液從硫酸鉀入口進入,由硫酸鉀出口流出回濃室水箱C1;第二濃室水箱C2與膜堆的氯化鈉入口相連,第二濃室水箱C2中的NaCl溶液從氯化鈉入口進入,由氯化鈉出口流出回第二濃室水箱C2;

  所述的第一淡室水箱D1的溢流孔通過管路和第一反滲透裝置的原水口相連,第一反滲透裝置的濃水出口與第一淡室水箱D1相連;所述的第二淡室水箱D2得溢流孔通過管路和第二反滲透裝置的原水口相連,第二反滲透裝置的濃水出口與第二淡室水箱D2相連。

  所述的第一淡室水箱D1的溢流孔和第一反滲透裝置的原水口之間,還設置有預處理裝置。

  所述的預處理裝置為過濾裝置。

  本發明的實質性特點為:

  當前技術的“一種制備硫酸鉀的裝置及方法CN105177619B”中,該裝置的主要組成為膜堆、第一電解液進樣裝置、第二電解液進樣裝置、第一鹽溶液進樣裝置、第二鹽溶液進樣裝置、第三鹽溶液生成裝置、第四鹽溶液生成裝置,但該發明的工藝是間歇性的操作,也就是將水槽內溶液轉化完成后即停止運行,若繼續生產,需要排掉溶液再重新開始,而本發明與之有兩個很大的不同,首先操作原料可以源源不斷的進入到水槽中,經處理之后溢流產出,沒有任何的停機換水,是完全連續式的,這樣本發明可以更快達到更高的轉化效果,產品更加穩定;其次,CN105177619B中并沒有提及轉化完成之后低濃度原料如何處理,若不加處理則是極大的浪費,而本發明通過轉化法電滲析與反滲透相結合,將轉化法電滲析用后的低濃度原料進入反滲透,獲得可工業應用的淡水之后,還可以提高濃度使得原料重復再利用,提高了轉化率,理論上能達到100%。本發明與CN105177619B相比,不僅僅是相差構件數量的問題,而是工藝上有根本的不同和改變。

  本發明的有益效果為:

  1.借助陰陽離子交換膜能夠選擇性分離陰陽離子的特點,通過隔室與陰陽離子交換膜的排列組合,實現反應、分離、濃縮在一個設備內的集成,過程簡單、參數易控。

  2.轉化法電滲析系統采用連續化操作,相比間歇工藝,易于控制和工業應用。

  3.將轉化法電滲析和反滲透系統相集成,將轉化法電滲析處理后的低濃度溶液經反滲透濃縮再循環回電滲析裝置,提高Na2SO4和KCl的利用率,同時可獲得高品質的淡水進行回用。

  4.將轉化法電滲析是應用到處理硫酸鈉型工業廢水,利用率能夠達到近似100%,能將溶液中的水分離出去,將剩下的濃水返回作為原料,基本上沒有硫酸鈉型廢水和氯化鉀的排放,都全部返回到原料重新作為補料了。

  5.在處理硫酸鹽型廢水的同時將硫酸鈉轉化為更高價值的硫酸鉀,經濟效益更高。(發明人劉杰;徐帆;袁俊生;紀志永;趙穎穎;王士釗;郭小甫;李非)

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