公布日：2022.11.04
申請日：2022.09.26
分類(lèi)號：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及方法，其中，系統包括依次連接的儲料箱、膜蒸餾機構、冷卻結晶池和雙極膜電滲析機構，所述雙極膜電滲析機構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，且連通的通路上設置有一加熱器。本發(fā)明的系統，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中各個(gè)組成部分的熱量和水資源，與傳統制酸堿方法相比，本方法工藝簡(jiǎn)單靈活，且無(wú)污染物外排，運行成本較低，占地面積較小，該系統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(chǎng)價(jià)值和經(jīng)濟價(jià)值。
權利要求書(shū)
1.一種含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統，其特征在于，包括依次連接的儲料箱（1）、膜蒸餾機構（2）、冷卻結晶池（3）和雙極膜電滲析機構，其中，所述雙極膜電滲析機構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）和所述膜蒸餾機構（2）連通，且其連通的通路上設置有集中冷卻裝置（5）；還包括循環(huán)冷卻機構，所述循環(huán)冷卻機構包括第一換熱器（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）設置在所述儲料箱（1）和所述膜蒸餾機構（2）之間；所述第二換熱器（12）設置在所述膜蒸餾機構（2）和所述冷卻結晶池（3）之間；所述第三換熱器（13）設置在所述膜蒸餾機構（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.根據權利要求1所述的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統，其特征在于，所述膜蒸餾機構（2）內設置有電加熱器、攪拌器和溫度傳感器。
3.根據權利要求1所述的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統，其特征在于，所述冷卻結晶池（3）內設置有溫度在線(xiàn)監測器和攪拌器。
4.根據權利要求1所述的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統，其特征在于，所述鹽水箱（4）內可拆卸設置有過(guò)濾膜（15），所述過(guò)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設置有溫度在線(xiàn)監測器和攪拌器；所述過(guò)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.根據權利要求4所述的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統，其特征在于，所述第二容納空間和所述雙極膜膜組件（7）連通的通路上還設置有壓力在線(xiàn)監測器（16）。
6.使用權利要求1-5任一項所述系統制備高濃度酸堿的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、將含鹽廢水預熱后排入膜蒸餾機構（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晶池（3）；S3、將冷卻結晶池（3）內的流體加熱后排入鹽水箱（4），經(jīng)鹽水箱（4）內過(guò)濾膜（15）過(guò)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構（2），重復上述步驟；其中，步驟S1中，經(jīng)預熱后含鹽廢水的溫度為40-50℃；步驟S2中，冷卻結晶池（3）內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）內流體的溫度為38-42℃。
7.根據權利要求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，吸收熱量后對含鹽廢水進(jìn)行預熱，整個(gè)冷卻水系統循環(huán)運行。
8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟S1中，所述濃縮處理時(shí)，開(kāi)啟攪拌和加熱，并控制溫度為105-115℃，反應時(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）內注入淡水，極液箱（10）內注入質(zhì)量濃度為3-5%的氫氧化鈉溶液，并控制反應時(shí)間為1-1.5h。
發(fā)明內容
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，該系統顯著(zhù)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，包括依次連接的儲料箱、膜蒸餾機構、冷卻結晶池和雙極膜電滲析機構，其中，所述雙極膜電滲析機構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構連通，且其連通的通路上設置有集中冷卻裝置。
作為本技術(shù)方案優(yōu)選地，還包括循環(huán)冷卻機構，所述循環(huán)冷卻機構包括第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器和冷卻塔，所述第一換熱器設置在所述儲料箱和所述膜蒸餾機構之間；所述第二換熱器設置在所述膜蒸餾機構和所述冷卻結晶池之間；所述第三換熱器設置在所述膜蒸餾機構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，所述膜蒸餾機構內設置有電加熱器、攪拌器和溫度傳感器。
作為本技術(shù)方案優(yōu)選地，所述冷卻結晶池內設置有溫度在線(xiàn)監測器和攪拌器。
作為本技術(shù)方案優(yōu)選地，所述鹽水箱內可拆卸設置有過(guò)濾膜，所述過(guò)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設置有溫度在線(xiàn)監測器和攪拌器；所述過(guò)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置有壓力在線(xiàn)監測器。
此外，本發(fā)明還提供了使用上述系統制備高濃度酸堿的方法，也理應屬于本發(fā)明的保護范圍，該方法具體包括以下步驟：
S1、將含鹽廢水預熱后排入膜蒸餾機構中進(jìn)行濃縮處理；
S2、將膜蒸餾所得濃縮液冷卻后排入冷卻結晶池；
S3、將冷卻結晶池內的流體加熱后排入鹽水箱，經(jīng)鹽水箱內過(guò)濾膜過(guò)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構，重復上述步驟；
其中，步驟S1中，經(jīng)預熱后含鹽廢水的溫度為40-50℃；
步驟S2中，冷卻結晶池內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，吸收熱量后對含鹽廢水進(jìn)行預熱，整個(gè)冷卻水系統循環(huán)運行。
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(kāi)啟攪拌和加熱，并控制溫度為105-115℃，反應時(shí)間為50-70min；步驟S4中，所述雙極膜電滲析處理時(shí)，酸液箱和堿液箱內注入淡水，極液箱內注入質(zhì)量濃度為3-5%的氫氧化鈉溶液，并控制反應時(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，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中，儲料箱內的含鹽廢水經(jīng)膜蒸餾機構處理后，可得到高濃度鹽溶液和淡水，其中，高濃度鹽溶液經(jīng)冷卻結晶池處理可得到飽和液或過(guò)飽和液至析出晶體，冷卻結晶池內均一穩定的飽和液或含有部分晶體的過(guò)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(zhù)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中，在雙極膜電滲析機構中設置鹽水箱，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(wèn)題；
3、本發(fā)明的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統中，在鹽水箱之前設置的加熱器和在鹽水箱之后設置的壓力在線(xiàn)監測器對系統起到了有效的保護作用，通過(guò)加熱器控制溫度，避免飽和鹽溶液由于溫度降低析出過(guò)量晶體，減少后續膜堵塞，減少了對膜組件的損耗；
4、本發(fā)明的含鹽廢水制備高濃度酸堿的系統中，還包括循環(huán)冷卻機構，該循環(huán)冷卻機構可用于為雙極膜電滲析機構冷卻、膜蒸餾機構換熱及含鹽廢水預熱，在循環(huán)冷卻機構中，冷卻水在不同溫度梯度下（由低到高）吸收熱量，采用先冷卻后預熱的熱交換系統最大程度利用了系統的余熱，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)，使兩種工藝有機結合，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，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中各個(gè)組成部分的熱量和水資源，與傳統制酸堿方法相比，本方法工藝簡(jiǎn)單靈活，且無(wú)污染物外排，運行成本較低，占地面積較小，該系統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(chǎng)價(jià)值和經(jīng)濟價(jià)值。
（發(fā)明人：高陽(yáng);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）
