公布日：2022.11.04
申請(qǐng)日：2022.09.26
分類號(hào)：C02F9/10(2006.01)I
摘要
本發(fā)明涉及含鹽廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)及方法，其中，系統(tǒng)包括依次連接的儲(chǔ)料箱、膜蒸餾機(jī)構(gòu)、冷卻結(jié)晶池和雙極膜電滲析機(jī)構(gòu)，所述雙極膜電滲析機(jī)構(gòu)包括依次連接的鹽水箱、雙極膜電滲析裝置和集中冷卻裝置，所述冷卻結(jié)晶池的出水口與所述鹽水箱的入水口連通，且連通的通路上設(shè)置有一加熱器。本發(fā)明的系統(tǒng)，可使雙極膜電滲析產(chǎn)酸堿濃度大幅度提高，并且高效利用了系統(tǒng)中各個(gè)組成部分的熱量和水資源，與傳統(tǒng)制酸堿方法相比，本方法工藝簡單靈活，且無污染物外排，運(yùn)行成本較低，占地面積較小，該系統(tǒng)在以各種濃度鹽水為原料制備工業(yè)用酸堿產(chǎn)品中具有較大的市場價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
權(quán)利要求書
1.一種含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的儲(chǔ)料箱（1）、膜蒸餾機(jī)構(gòu)（2）、冷卻結(jié)晶池（3）和雙極膜電滲析機(jī)構(gòu)，其中，所述雙極膜電滲析機(jī)構(gòu)包括依次連接的鹽水箱（4）、雙極膜電滲析裝置和集中冷卻裝置（5），所述冷卻結(jié)晶池（3）的出水口與所述鹽水箱（4）的入水口連通，且連通的通路上設(shè)置有一加熱器（6）；所述雙極膜電滲析裝置包括雙極膜膜組件（7）、酸液箱（8）、堿液箱（9）和極液箱（10），所述鹽水箱（4）與所述雙極膜膜組件（7）的鹽液入口連通，所述雙極膜膜組件（7）的酸液出口、堿液出口、極液出口和淡鹽水出口分別與所述酸液箱（8）、所述堿液箱（9）、所述極液箱（10）和所述膜蒸餾機(jī)構(gòu)（2）連通，且其連通的通路上設(shè)置有集中冷卻裝置（5）；還包括循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)，所述循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)包括第一換熱器（11）、第二換熱器（12）、第三換熱器（13）和冷卻塔（14），所述第一換熱器（11）設(shè)置在所述儲(chǔ)料箱（1）和所述膜蒸餾機(jī)構(gòu)（2）之間；所述第二換熱器（12）設(shè)置在所述膜蒸餾機(jī)構(gòu)（2）和所述冷卻結(jié)晶池（3）之間；所述第三換熱器（13）設(shè)置在所述膜蒸餾機(jī)構(gòu)（2）的蒸汽出口和所述冷卻塔（14）之間；所述冷卻塔（14）的出水口與所述集中冷卻裝置（5）的入水口連通，所述集中冷卻裝置（5）的出水分別經(jīng)所述第二換熱器（12）和所述第三換熱器（13）進(jìn)入所述第一換熱器（11），經(jīng)所述第一換熱器（11）后匯流至所述冷卻塔（14）。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)，其特征在于，所述膜蒸餾機(jī)構(gòu)（2）內(nèi)設(shè)置有電加熱器、攪拌器和溫度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻結(jié)晶池（3）內(nèi)設(shè)置有溫度在線監(jiān)測器和攪拌器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)，其特征在于，所述鹽水箱（4）內(nèi)可拆卸設(shè)置有過濾膜（15），所述過濾膜（15）將所述鹽水箱（4）分割成第一容納空間和第二容納空間，所述第一容納空間內(nèi)設(shè)置有溫度在線監(jiān)測器和攪拌器；所述過濾膜（15）的材質(zhì)包括醋酸纖維素、硝酸纖維素、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯和聚醚砜中的任意一種；所述第二容納空間與所述雙極膜膜組件（7）連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二容納空間和所述雙極膜膜組件（7）連通的通路上還設(shè)置有壓力在線監(jiān)測器（16）。
6.使用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述系統(tǒng)制備高濃度酸堿的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、將含鹽廢水預(yù)熱后排入膜蒸餾機(jī)構(gòu)（2）中進(jìn)行濃縮處理；S2、將膜蒸餾所得濃縮液冷卻后排入冷卻結(jié)晶池（3）；S3、將冷卻結(jié)晶池（3）內(nèi)的流體加熱后排入鹽水箱（4），經(jīng)鹽水箱（4）內(nèi)過濾膜（15）過濾后由第二容納空間進(jìn)入雙極膜膜組件（7）；S4、經(jīng)雙極膜電滲析處理，制得質(zhì)量濃度在20-30%的酸液和堿液，經(jīng)雙極膜電滲析處理得到的淡鹽液再次回到膜蒸餾機(jī)構(gòu)（2），重復(fù)上述步驟；其中，步驟S1中，經(jīng)預(yù)熱后含鹽廢水的溫度為40-50℃；步驟S2中，冷卻結(jié)晶池（3）內(nèi)冷卻后濃縮液的溫度為25-35℃；步驟S3中，經(jīng)加熱器（6）加熱后，進(jìn)入鹽水箱（4）內(nèi)流體的溫度為38-42℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，冷卻塔（14）為雙極膜膜組件（7）所得酸液、堿液、極液和淡鹽液的冷卻提供冷卻水，該冷卻水進(jìn)一步冷卻膜蒸餾產(chǎn)生的濃縮液和蒸汽，吸收熱量后對(duì)含鹽廢水進(jìn)行預(yù)熱，整個(gè)冷卻水系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟S1中，所述濃縮處理時(shí)，開啟攪拌和加熱，并控制溫度為105-115℃，反應(yīng)時(shí)間為50-70min；步驟S4中，所述雙極膜電滲析處理時(shí)，酸液箱（8）和堿液箱（9）內(nèi)注入淡水，極液箱（10）內(nèi)注入質(zhì)量濃度為3-5%的氫氧化鈉溶液，并控制反應(yīng)時(shí)間為1-1.5h。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)，該系統(tǒng)顯著提高了雙極膜電滲析產(chǎn)酸堿的濃度，提高了含鹽廢水的回收價(jià)值；
本發(fā)明的第二目的在于提供一種含鹽廢水制備高濃度酸堿的方法，該方法高效利用了系統(tǒng)中各個(gè)組成部分的熱量和水資源，同時(shí)大幅提高了雙極膜電滲析產(chǎn)酸堿的濃度。
本發(fā)明提供一種含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)，包括依次連接的儲(chǔ)料箱、膜蒸餾機(jī)構(gòu)、冷卻結(jié)晶池和雙極膜電滲析機(jī)構(gòu)，其中，所述雙極膜電滲析機(jī)構(gòu)包括依次連接的鹽水箱、雙極膜電滲析裝置和集中冷卻裝置，所述冷卻結(jié)晶池的出水口與所述鹽水箱的入水口連通，且連通的通路上設(shè)置有一加熱器。
作為本技術(shù)方案優(yōu)選地，所述雙極膜電滲析裝置包括雙極膜膜組件、酸液箱、堿液箱和極液箱，所述鹽水箱與所述雙極膜膜組件的鹽液入口連通，所述雙極膜膜組件的酸液出口、堿液出口、極液出口和淡鹽水出口分別與所述酸液箱、所述堿液箱、所述極液箱和所述膜蒸餾機(jī)構(gòu)連通，且其連通的通路上設(shè)置有集中冷卻裝置。
作為本技術(shù)方案優(yōu)選地，還包括循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)，所述循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)包括第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器和冷卻塔，所述第一換熱器設(shè)置在所述儲(chǔ)料箱和所述膜蒸餾機(jī)構(gòu)之間；所述第二換熱器設(shè)置在所述膜蒸餾機(jī)構(gòu)和所述冷卻結(jié)晶池之間；所述第三換熱器設(shè)置在所述膜蒸餾機(jī)構(gòu)的蒸汽出口和所述冷卻塔之間；所述冷卻塔的出水口與所述集中冷卻裝置的入水口連通，所述集中冷卻裝置的出水分別經(jīng)所述第二換熱器和所述第三換熱器進(jìn)入所述第一換熱器，經(jīng)所述第一換熱器后匯流至所述冷卻塔。
作為本技術(shù)方案優(yōu)選地，所述膜蒸餾機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有電加熱器、攪拌器和溫度傳感器。
作為本技術(shù)方案優(yōu)選地，所述冷卻結(jié)晶池內(nèi)設(shè)置有溫度在線監(jiān)測器和攪拌器。
作為本技術(shù)方案優(yōu)選地，所述鹽水箱內(nèi)可拆卸設(shè)置有過濾膜，所述過濾膜將所述鹽水箱分割成第一容納空間和第二容納空間，所述第一容納空間內(nèi)設(shè)置有溫度在線監(jiān)測器和攪拌器；所述過濾膜的材質(zhì)包括醋酸纖維素、硝酸纖維素、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯和聚醚砜中的任意一種；所述第二容納空間與所述雙極膜膜組件連通。
作為本技術(shù)方案優(yōu)選地，所述第二容納空間和所述雙極膜膜組件連通的通路上還設(shè)置有壓力在線監(jiān)測器。
此外，本發(fā)明還提供了使用上述系統(tǒng)制備高濃度酸堿的方法，也理應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，該方法具體包括以下步驟：
S1、將含鹽廢水預(yù)熱后排入膜蒸餾機(jī)構(gòu)中進(jìn)行濃縮處理；
S2、將膜蒸餾所得濃縮液冷卻后排入冷卻結(jié)晶池；
S3、將冷卻結(jié)晶池內(nèi)的流體加熱后排入鹽水箱，經(jīng)鹽水箱內(nèi)過濾膜過濾后由第二容納空間進(jìn)入雙極膜膜組件；
S4、經(jīng)雙極膜電滲析處理，制得質(zhì)量濃度在20-30%的酸液和堿液，經(jīng)雙極膜電滲析處理得到的淡鹽液再次回到膜蒸餾機(jī)構(gòu)，重復(fù)上述步驟；
其中，步驟S1中，經(jīng)預(yù)熱后含鹽廢水的溫度為40-50℃；
步驟S2中，冷卻結(jié)晶池內(nèi)冷卻后濃縮液的溫度為25-35℃；
步驟S3中，經(jīng)加熱器加熱后，鹽水箱內(nèi)流體的溫度為38-42℃。
作為本技術(shù)方案優(yōu)選地，冷卻塔為雙極膜膜組件所得酸液、堿液、極液和淡鹽液的冷卻提供冷卻水，該冷卻水進(jìn)一步冷卻膜蒸餾產(chǎn)生的濃縮液和蒸汽，吸收熱量后對(duì)含鹽廢水進(jìn)行預(yù)熱，整個(gè)冷卻水系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)行。
作為本技術(shù)方案優(yōu)選地，步驟S1中，所述濃縮處理時(shí)，開啟攪拌和加熱，并控制溫度為105-115℃，反應(yīng)時(shí)間為50-70min；步驟S4中，所述雙極膜電滲析處理時(shí)，酸液箱和堿液箱內(nèi)注入淡水，極液箱內(nèi)注入質(zhì)量濃度為3-5%的氫氧化鈉溶液，并控制反應(yīng)時(shí)間為1-
1.5h。
本發(fā)明的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)，至少具有以下技術(shù)效果：
1、本發(fā)明的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)中，儲(chǔ)料箱內(nèi)的含鹽廢水經(jīng)膜蒸餾機(jī)構(gòu)處理后，可得到高濃度鹽溶液和淡水，其中，高濃度鹽溶液經(jīng)冷卻結(jié)晶池處理可得到飽和液或過飽和液至析出晶體，冷卻結(jié)晶池內(nèi)均一穩(wěn)定的飽和液或含有部分晶體的過飽和液經(jīng)加熱后進(jìn)入鹽水箱，經(jīng)鹽水箱固液分離處理后，最終由雙極膜電滲析裝置制備出質(zhì)量濃度20-30%的高濃度酸液和堿液，顯著提高了含鹽廢水的回收價(jià)值；
2、本發(fā)明的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)中，在雙極膜電滲析機(jī)構(gòu)中設(shè)置鹽水箱，可使雙極膜電滲析裝置處理近飽和的鹽水，制備高濃度的酸堿液，同時(shí)可避免因飽和液晶體析出產(chǎn)生管道與膜堵塞問題；
3、本發(fā)明的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)中，在鹽水箱之前設(shè)置的加熱器和在鹽水箱之后設(shè)置的壓力在線監(jiān)測器對(duì)系統(tǒng)起到了有效的保護(hù)作用，通過加熱器控制溫度，避免飽和鹽溶液由于溫度降低析出過量晶體，減少后續(xù)膜堵塞，減少了對(duì)膜組件的損耗；
4、本發(fā)明的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)中，還包括循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)，該循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)可用于為雙極膜電滲析機(jī)構(gòu)冷卻、膜蒸餾機(jī)構(gòu)換熱及含鹽廢水預(yù)熱，在循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)中，冷卻水在不同溫度梯度下（由低到高）吸收熱量，采用先冷卻后預(yù)熱的熱交換系統(tǒng)最大程度利用了系統(tǒng)的余熱，有效提高了熱能利用率，降低了熱量損失；
5、本發(fā)明對(duì)膜蒸餾與雙極膜的耦合技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，使兩種工藝有機(jī)結(jié)合，可用于制備更高價(jià)值的酸堿液，也可用于高鹽廢水的終端資源化；
6、本發(fā)明的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統(tǒng)，可使雙極膜電滲析產(chǎn)酸堿濃度大幅度提高，并且高效利用了系統(tǒng)中各個(gè)組成部分的熱量和水資源，與傳統(tǒng)制酸堿方法相比，本方法工藝簡單靈活，且無污染物外排，運(yùn)行成本較低，占地面積較小，該系統(tǒng)在以各種濃度鹽水為原料制備工業(yè)用酸堿產(chǎn)品中具有較大的市場價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
（發(fā)明人：高陽;王順啟;田曉曼;張國柱;劉海洋;彭思偉;荊亞超;麻曉越;李飛;楊言）
