公布日：2022.06.24
申請日：2022.03.25
分類號：C02F9/06(2006.01)I;C02F101/14(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及一種基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)，包括：預處理系統(tǒng)、濃鹽水箱、雙極膜電滲析系統(tǒng)、緩沖水箱和回用水箱；預處理系統(tǒng)的出口連接濃鹽水箱的入口，濃鹽水箱的出口連接雙極膜電滲析系統(tǒng)的入口，雙極膜電滲析系統(tǒng)的出口連接緩沖水箱的入口。本發(fā)明的有益效果是：設置用于調(diào)節(jié)廢水pH值的緩沖水箱；多段膜堆組件并聯(lián)，有效縮短了反應時間、減少了反應能耗；多級雙極膜裝置共用酸液箱和堿液箱，有效解決了目前存在的產(chǎn)酸堿濃度低的問題；設有電導率儀，提高處理效率，降低能耗和處理成本；雙極膜裝置的出水口連接酸堿箱補充液入口，顯著提高酸堿的應用范圍。
權利要求書
1.基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：預處理系統(tǒng)（1）、濃鹽水箱（2）、雙極膜電滲析系統(tǒng)（3）、緩沖水箱（10）和回用水箱（12）；預處理系統(tǒng)（1）的出口連接濃鹽水箱（2）的入口，濃鹽水箱（2）的出口連接雙極膜電滲析系統(tǒng)（3）的入口，雙極膜電滲析系統(tǒng)（3）的出口連接緩沖水箱（10）的入口；緩沖水箱（10）的出口分兩路分別連接反滲透系統(tǒng)（13）的入口和回用水箱（12）的入口；緩沖水箱（10）和回用水箱（12）之間的連接管道上設有閥門A（11）；緩沖水箱（10）和反滲透系統(tǒng)（13）之間的連接管道上設有閥門B（14）；反滲透系統(tǒng)（13）的出口連接預處理系統(tǒng)（1）的入口；預處理系統(tǒng)（1）包括除雜裝置（101）、除硬除硅裝置（102）和有機物脫除裝置（103）中的至少一種裝置；雙極膜電滲析系統(tǒng)（3）包括多級雙極膜裝置、酸液箱（6）、堿液箱（7）和多級淡鹽水箱，其中雙極膜裝置與淡鹽水箱的級數(shù)相同；濃鹽水箱（2）的出口分為多路，每路分別連接多級雙極膜裝置的鹽室進口，每級雙極膜裝置的鹽室出口連接該級的淡鹽水箱進口；酸液箱（6）與每級雙極膜裝置的酸室相連，形成多向連接；堿液箱（7）與每級雙極膜裝置的堿室相連，形成多向連接；多級淡鹽水箱的出口均接入緩沖水箱（10）的進口；每級雙極膜裝置均至少包括1段膜堆組件；酸液箱（6）上設有酸液回用出口（601），酸液回用出口（601）通過管道連接至預處理系統(tǒng)（1）上的酸液回用入口（602）；堿液箱（7）上設有堿液回用出口（701），堿液回用出口（701）通過管道連接至預處理系統(tǒng)（1）上的堿液回用入口（702）；回用水箱（12）上設有淡水回用出口（1201），淡水回用出口（1201）通過管道連接至堿液箱（7）和酸液箱（6）上設置的淡水回用入口（1202）。
2.根據(jù)權利要求1所述基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：雙極膜電滲析系統(tǒng)（3）包括一級雙極膜裝置（4）、二級雙極膜裝置（5）、酸液箱（6）、堿液箱（7）、一級淡鹽水箱（8）和二級淡鹽水箱（9）；濃鹽水箱（2）的出口分為兩路，分別連接一級雙極膜裝置（4）的鹽室進口和二級雙極膜裝置（5）的鹽室進口；一級雙極膜裝置（4）的鹽室出口連接一級淡鹽水箱（8）的進口，二級雙極膜裝置（5）的鹽室出口連接二級淡鹽水箱（9）的進口；酸液箱（6）分別與一級雙極膜裝置（4）的酸室和二級雙極膜裝置（5）的酸室雙向連接；堿液箱（7）分別一級雙極膜裝置（4）的堿室和二級雙極膜裝置（5）的堿室雙向連接；一級淡鹽水箱（8）的出口和二級淡鹽水箱（9）的出口均連接緩沖水箱（10）的進口。
3.根據(jù)權利要求2所述基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：一級雙極膜裝置（4）和二級雙極膜裝置（5）均包含2段膜堆組件；雙極膜電滲析系統(tǒng)（3）為二級4段。
4.根據(jù)權利要求3所述基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：廢水管道通過濃鹽水入口（201）連接一級雙極膜裝置（4）的膜堆組件A（401）和膜堆組件B（402）；一級雙極膜裝置（4）的淡鹽水出口（403）連接一級淡鹽水箱（8），一級雙極膜裝置（4）的酸液出口（404）接入酸液箱（6），一級雙極膜裝置（4）的堿液出口（405）接入堿液箱（7）；酸液箱（6）和堿液箱（7）分別連接二級雙極膜裝置（5）的酸室和堿室。
5.根據(jù)權利要求1所述基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：每段膜堆組件包括陽極板、陰極板和位于兩個極板之間的膜堆；陽極板和陰極板分別與外接電源導通；膜堆為BP-A-C-BP型三隔室構型，以雙極膜為起始和終止；起始雙極膜和終止雙極膜中間由至少1組重復單元構成，每組重復單元由1張陰離子交換膜、1張陽離子交換膜和1張雙極膜依次排列形成，相鄰的兩張離子交換膜之間，以及陽極板、陰極板和膜堆之間均通過流道隔板隔開；陽極板與膜堆中雙極膜的陰面一側相鄰排列，膜堆中雙極膜的陽面一側朝向陰極板；雙極膜與陰離子交換膜之間形成酸室，陰離子交換膜與陽離子交換膜之間形成鹽室，陽離子交換膜與雙極膜之間形成堿室。
6.根據(jù)權利要求2所述基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：濃鹽水箱（2）、酸液箱（6）、堿液箱（7）、一級淡鹽水箱（8）、二級淡鹽水箱（9）、緩沖水箱（10）和回用水箱（12）內(nèi)均設有液位計、電導率儀和pH在線監(jiān)測儀；廢水處理系統(tǒng)的所有管路上均安裝有流量計和流量調(diào)節(jié)閥；酸液箱（6）上設有分支管路，分支管路連接酸液回用出口（601）和酸液回用入口（602）；堿液箱（7）上也設有分支管路，分支管路連接堿液回用出口（701）和堿液回用入口（702）。
7.一種如權利要求1至6任一項所述基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、若煤化工高鹽廢水的水質(zhì)滿足雙極膜電滲析系統(tǒng)（3）的進水要求，則煤化工高鹽廢水不經(jīng)過預處理系統(tǒng)（1），直接將煤化工高鹽廢水泵入濃鹽水箱（2）；否則將煤化工高鹽廢水通入預處理系統(tǒng)（1）進行預處理；S2、將回用水箱（12）中的淡水由淡水回用入口（1202）泵入酸液箱（6）和酸液箱（7）作為酸堿初始液；S3、將預處理系統(tǒng)（1）的出水由濃鹽水箱（2）分批次泵入雙極膜電滲析系統(tǒng)（3），經(jīng)過多級雙極膜裝置電滲析處理，多級雙極膜裝置產(chǎn)生的酸液和堿液分別進入酸液箱（6）和堿液箱（7）；當廢水的電導率低于設定值時，將淡水排出雙極膜電滲析系統(tǒng)（3），并泵入緩沖水箱（10）；將堿液箱（7）的堿液通過堿液回用入口（702）泵入緩沖水箱（10），調(diào)節(jié)緩沖水箱（10）的pH至設定值后泵入回用水箱（12）；S4、當酸液箱（6）中的酸液濃度和堿液箱（7）中的堿液濃度均大于設定值時，重復執(zhí)行步驟S2和步驟S3，將酸液箱（6）中的酸液回用至預處理系統(tǒng)（1），將堿液箱（7）中的部分堿液回用至預處理系統(tǒng)（1），將堿液箱（7）中的剩余堿液回用至緩沖水箱（10），調(diào)節(jié)緩沖水箱（10）的pH，直至緩沖水箱（10）的pH符合要求；S5、通過電導率儀監(jiān)控濃鹽水箱（2）、酸液箱（6）、堿液箱（7）、一級淡鹽水箱（8）、二級淡鹽水箱（9）、緩沖水箱（10）和回用水箱（12）的電導率，當緩沖水箱（10）的電導率大于設定值，或鈣鎂離子含量大于設定值時，關閉閥門A（11），開啟閥門B（14）并啟動反滲透系統(tǒng)（13），反滲透系統(tǒng)（13）產(chǎn)生的淡水進入回用水箱（12），反滲透系統(tǒng)（13）的產(chǎn)生的濃水返回預處理系統(tǒng)（1）進行預處理。
8.根據(jù)權利要求7所述基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，步驟S1中雙極膜電滲析系統(tǒng)（3）的進水要求為：鈣鎂離子含量≤5mg/L，COD≤50mg/L，二氧化硅≤20mg/L，懸浮物<1mg/L。
9.根據(jù)權利要求7所述基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于：步驟S3中廢水的電導率設定值為1mS/cm；步驟S3中調(diào)節(jié)緩沖水箱（10）的pH至7～8；步驟S4中酸液箱（6）中的酸液濃度設定值為2mol/L，堿液箱（7）中的堿液濃度設定值為2mol/L；步驟S5中鈣鎂離子含量設定值為5mg/L，步驟S5中緩沖水箱（10）的電導率設定值為1mS/cm。
10.根據(jù)權利要求9所述基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，當多級雙極膜裝置為二極雙極膜裝置時，步驟S3具體為：將預處理系統(tǒng)（1）的出水由濃鹽水箱（2）分批次泵入一級雙極膜裝置（4），經(jīng)過一級雙極膜裝置（4）電滲析處理產(chǎn)生酸液和堿液，酸液和堿液分別進入酸液箱（6）和堿液箱（7），當一級雙極膜裝置（4）內(nèi)廢水的電導率<1mS/cm時，將淡水排入一級淡鹽水箱（8）；然后運行二級雙極膜裝置（5），將濃鹽水箱（2）的出水泵入二級雙極膜裝置（5）的鹽室，將酸液箱（6）和堿液箱（7）中的酸液和堿液分別泵入二級雙極膜裝置（5）的酸室和堿室，經(jīng)過二級雙極膜裝置（5）電滲析處理得到高濃度酸液和堿液，高濃度酸液和堿液分別進入酸液箱（6）和堿液箱（7）；當二級雙極膜裝置（5）內(nèi)廢水的電導率<1mS/cm時，將二級雙極膜裝置（5）的鹽室出水泵入二級淡鹽水箱（9），隨后再泵入緩沖水箱（10）；將堿液箱（7）的堿液通過堿液回用入口（702）泵入緩沖水箱（10），調(diào)節(jié)緩沖水箱（10）的pH至設定值后泵入回用水箱（12）。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)和方法。
這種基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)，包括：預處理系統(tǒng)、濃鹽水箱、雙極膜電滲析系統(tǒng)、緩沖水箱和回用水箱；預處理系統(tǒng)的出口連接濃鹽水箱的入口，濃鹽水箱的出口連接雙極膜電滲析系統(tǒng)的入口，雙極膜電滲析系統(tǒng)的出口連接緩沖水箱的入口；緩沖水箱的出口分兩路分別連接反滲透系統(tǒng)的入口和回用水箱的入口；緩沖水箱和回用水箱之間的連接管道上設有閥門A；緩沖水箱和反滲透系統(tǒng)之間的連接管道上設有閥門B；反滲透系統(tǒng)的出口連接預處理系統(tǒng)的入口；
預處理系統(tǒng)包括除雜裝置、除硬除硅裝置和有機物脫除裝置中的至少一種裝置；
雙極膜電滲析系統(tǒng)包括多級雙極膜裝置、酸液箱、堿液箱和多級淡鹽水箱，其中雙極膜裝置與淡鹽水箱的級數(shù)相同；濃鹽水箱的出口分為多路，每路分別連接多級雙極膜裝置的鹽室進口，每級雙極膜裝置的鹽室出口連接該級的淡鹽水箱進口；酸液箱與每級雙極膜裝置的酸室相連，形成多向連接；堿液箱與每級雙極膜裝置的堿室相連，形成多向連接；多級淡鹽水箱的出口均接入緩沖水箱的進口；
每級雙極膜裝置均至少包括1段膜堆組件；酸液箱上設有酸液回用出口，酸液回用出口通過管道連接至預處理系統(tǒng)上的酸液回用入口；堿液箱上設有堿液回用出口，堿液回用出口通過管道連接至預處理系統(tǒng)上的堿液回用入口；回用水箱上設有淡水回用出口，淡水回用出口通過管道連接至堿液箱和酸液箱上設置的淡水回用入口。
作為優(yōu)選，雙極膜電滲析系統(tǒng)包括一級雙極膜裝置、二級雙極膜裝置、酸液箱、堿液箱、一級淡鹽水箱和二級淡鹽水箱；濃鹽水箱的出口分為兩路，分別連接一級雙極膜裝置的鹽室進口和二級雙極膜裝置的鹽室進口；一級雙極膜裝置的鹽室出口連接一級淡鹽水箱的進口，二級雙極膜裝置的鹽室出口連接二級淡鹽水箱的進口；酸液箱分別與一級雙極膜裝置的酸室和二級雙極膜裝置的酸室雙向連接；堿液箱分別一級雙極膜裝置的堿室和二級雙極膜裝置的堿室雙向連接；一級淡鹽水箱的出口和二級淡鹽水箱的出口均連接緩沖水箱的進口。
作為優(yōu)選，一級雙極膜裝置和二級雙極膜裝置均包含2段膜堆組件；雙極膜電滲析系統(tǒng)為二級4段。
作為優(yōu)選，廢水管道通過濃鹽水入口連接一級雙極膜裝置的膜堆組件A和膜堆組件B；一級雙極膜裝置的淡鹽水出口連接一級淡鹽水箱，一級雙極膜裝置的酸液出口接入酸液箱，一級雙極膜裝置的堿液出口接入堿液箱；酸液箱和堿液箱分別連接二級雙極膜裝置的酸室和堿室。
作為優(yōu)選，每段膜堆組件包括陽極板、陰極板和位于兩個極板之間的膜堆；陽極板和陰極板分別與外接電源導通；膜堆為BP-A-C-BP型三隔室構型，以雙極膜為起始和終止；起始雙極膜和終止雙極膜中間由至少1組重復單元構成，每組重復單元由1張陰離子交換膜、1張陽離子交換膜和1張雙極膜依次排列形成，相鄰的兩張離子交換膜之間，以及陽極板、陰極板和膜堆之間均通過流道隔板隔開；陽極板與膜堆中雙極膜的陰面一側相鄰排列，膜堆中雙極膜的陽面一側朝向陰極板；雙極膜與陰離子交換膜之間形成酸室，陰離子交換膜與陽離子交換膜之間形成鹽室，陽離子交換膜與雙極膜之間形成堿室。
作為優(yōu)選，濃鹽水箱、酸液箱、堿液箱、一級淡鹽水箱、二級淡鹽水箱、緩沖水箱和回用水箱內(nèi)均設有液位計、電導率儀和pH在線監(jiān)測儀；廢水處理系統(tǒng)的所有管路上均安裝有流量計和流量調(diào)節(jié)閥；酸液箱上設有分支管路，分支管路連接酸液回用出口和酸液回用入口；堿液箱上也設有分支管路，分支管路連接堿液回用出口和堿液回用入口。
這種基于多級多段雙極膜的煤化工高鹽廢水處理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，包括以下步驟：
S1、若煤化工高鹽廢水的水質(zhì)滿足雙極膜電滲析系統(tǒng)的進水要求，則煤化工高鹽廢水不經(jīng)過預處理系統(tǒng)，直接將煤化工高鹽廢水泵入濃鹽水箱；否則將煤化工高鹽廢水通入預處理系統(tǒng)進行預處理；
S2、將回用水箱中的淡水由淡水回用入口泵入酸液箱和酸液箱作為酸堿初始液，回用水箱中的淡水也可作為回用水用于廠內(nèi)其他生產(chǎn)工藝；
S3、將預處理系統(tǒng)的出水由濃鹽水箱分批次泵入雙極膜電滲析系統(tǒng)，經(jīng)過多級雙極膜裝置電滲析處理，多級雙極膜裝置產(chǎn)生的酸液和堿液分別進入酸液箱和堿液箱；當廢水的電導率低于設定值時，將淡水排出雙極膜電滲析系統(tǒng)，并泵入緩沖水箱；將堿液箱的堿液通過堿液回用入口泵入緩沖水箱，調(diào)節(jié)緩沖水箱的pH至設定值后泵入回用水箱；
S4、當酸液箱中的酸液濃度和堿液箱中的堿液濃度均大于設定值時，重復執(zhí)行步驟S2和步驟S3，將酸液箱中的酸液回用至預處理系統(tǒng)，將堿液箱中的部分堿液回用至預處理系統(tǒng)，將堿液箱中的剩余堿液回用至緩沖水箱，調(diào)節(jié)緩沖水箱的pH，直至緩沖水箱的pH符合要求；
步驟S5、通過電導率儀監(jiān)控濃鹽水箱、酸液箱、堿液箱、一級淡鹽水箱、二級淡鹽水箱、緩沖水箱和回用水箱的電導率，當緩沖水箱的電導率大于設定值，或鈣鎂離子含量大于設定值時，關閉閥門A，開啟閥門B并啟動反滲透系統(tǒng)，反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生的淡水進入回用水箱，反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)生的濃水返回預處理系統(tǒng)進行預處理。
作為優(yōu)選。步驟S1中雙極膜電滲析系統(tǒng)的進水要求為：鈣鎂離子含量≤5mg/L，COD≤50mg/L，二氧化硅≤20mg/L，懸浮物<1mg/L。
作為優(yōu)選，步驟S3中廢水的電導率設定值為1mS/cm；步驟S3中調(diào)節(jié)緩沖水箱的pH至7～8；步驟S4中酸液箱中的酸液濃度設定值為2mol/L，堿液箱中的堿液濃度設定值為2mol/L；步驟S5中鈣鎂離子含量設定值為5mg/L，步驟S5中緩沖水箱的電導率設定值為1mS/cm。
作為優(yōu)選，當多級雙極膜裝置為二極雙極膜裝置時，步驟S3具體為：將預處理系統(tǒng)的出水由濃鹽水箱分批次泵入一級雙極膜裝置，經(jīng)過一級雙極膜裝置電滲析處理產(chǎn)生酸液和堿液，酸液和堿液分別進入酸液箱和堿液箱，當一級雙極膜裝置內(nèi)廢水的電導率<1mS/cm時，將淡水排入一級淡鹽水箱；然后運行二級雙極膜裝置，將濃鹽水箱的出水泵入二級雙極膜裝置的鹽室，將酸液箱和堿液箱中的酸液和堿液分別泵入二級雙極膜裝置的酸室和堿室，經(jīng)過二級雙極膜裝置電滲析處理得到高濃度酸液和堿液，高濃度酸液和堿液分別進入酸液箱和堿液箱；當二級雙極膜裝置內(nèi)廢水的電導率<1mS/cm時，將二級雙極膜裝置的鹽室出水泵入二級淡鹽水箱，隨后再泵入緩沖水箱；將堿液箱的堿液通過堿液回用入口泵入緩沖水箱，調(diào)節(jié)緩沖水箱的pH至設定值后泵入回用水箱。
本發(fā)明的有益效果是：
由于雙極膜系統(tǒng)處理后的廢水呈酸性，因此，本發(fā)明設置緩沖水箱用于調(diào)節(jié)廢水pH值；本發(fā)明系統(tǒng)中的多段膜堆組件并聯(lián)工作，有效縮短了反應時間、減少了反應能耗；多級雙極膜裝置共用酸液箱和堿液箱，經(jīng)過多級雙極膜處理可得到高濃度酸堿液，有效解決了目前雙極膜電滲析存在的產(chǎn)酸堿濃度低的問題；通過電導率儀檢測的酸堿液的電導率數(shù)值，進而判斷酸堿濃度，判斷是否有必要繼續(xù)對廢水進行雙極膜電滲析處理，以便及時取出高濃度酸堿液，并更換為淡水初始液，提高處理效率，降低能耗和處理成本；
本發(fā)明無需對鹽水進行提濃預處理即可高效將其轉化為高濃度酸堿，且處理后殘留鹽分極低，免去了常規(guī)雙極膜電滲析的淡鹽水處理步驟，可作為酸堿箱補充液直接回用于多級多段雙極膜電滲析系統(tǒng)，提高了高鹽廢水的資源化利用程度；可實現(xiàn)雙極膜電滲析在低濃度進鹽條件下產(chǎn)生高濃度酸堿，改善煤化工高鹽廢水雙極膜電滲析技術的應用范圍和廣泛適用性。
本發(fā)明的廢水處理方法避免了常規(guī)雙極膜電滲析進水前的鹽水提濃、深度除硬等預處理工序，可降低處理成本、提高雙極膜系統(tǒng)效率；可在低運行能耗的情況下，將廢水電導反應至1mS/cm以下，雙極膜裝置的出水可作為酸堿箱補充液直接回用于系統(tǒng)，有效提高常規(guī)雙極膜電滲析的產(chǎn)酸堿濃度，顯著提高酸堿的應用范圍，有效解決了傳統(tǒng)雙極膜出水淡鹽水的后續(xù)處理或回用問題。
（發(fā)明人：董雋;薛上峰;劉春紅;祁志福;高強生）
