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    高新丙烯酸鈉廢水資源化處理系統

    發(fā)布時(shí)間:2024-4-25 10:02:26  中國污水處理工程網(wǎng)

    公布日:2023.04.25

    申請日:2023.02.10

    分類(lèi)號:C02F9/00(2023.01)I;C07C51/42(2006.01)I;C07C51/43(2006.01)I;C07C51/44(2006.01)I;C07C57/04(2006.01)I;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/469(2023.01)N;

    C02F101/34(2006.01)N

    摘要

    本發(fā)明涉及一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理裝置及工藝。資源化處理工藝,包括以下步驟:超濾膜過(guò)濾:丙烯酸鈉廢水經(jīng)超濾膜過(guò)濾,除去聚合物膠體及懸浮顆粒雜質(zhì);電驅動(dòng)膜濃縮:電驅動(dòng)膜分離濃縮廢水中丙烯酸鈉,得到高濃度丙烯酸鈉溶液和低鹽有機廢水;雙極膜制酸堿:高濃度丙烯酸鈉溶液送入雙極膜模組處理,在電場(chǎng)和膜的篩分作用下轉化為丙烯酸溶液和氫氧化鈉溶液;氫氧化鈉溶液用于生產(chǎn)丙烯酸酯過(guò)程中水洗水相的中和;丙烯酸精餾提濃:丙烯酸溶液在經(jīng)過(guò)減壓精餾提濃精制,品質(zhì)到達要求后回用到丙烯酸酯生產(chǎn)線(xiàn)作為原料。與現有技術(shù)相比,本發(fā)明具有針對性強、資源回收率高、污染物處理徹底、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。

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    權利要求書(shū)

    1.一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理裝置,其特征在于,該裝置包括:電驅動(dòng)膜組,用于將丙烯酸鈉廢水分離為高濃度丙烯酸鈉溶液和低鹽有機廢水;雙極膜膜組,用于將高濃度丙烯酸鈉溶液轉化為丙烯酸溶液和氫氧化鈉溶液;所述電驅動(dòng)膜組的淡水室與丙烯酸鈉廢水供給機構相連,電驅動(dòng)膜組的淡水室與廢水排放機構相連;所述電驅動(dòng)膜組的濃水室與雙極膜膜組的樣品液室相連;膜堆的兩端分別與陽(yáng)極板和陰極板形成的腔室通過(guò)管道聯(lián)通形成極水室,極水在極水室內循環(huán)流動(dòng),極水不參與反應也不消耗;所述雙極膜膜組的樣品液室與丙烯酸溶液回收機構相連,雙極膜膜組的堿液室與堿液循環(huán)利用機構相連;雙極膜膜組的酸液室與丙烯酸溶液回收機構相連;雙極膜膜堆的兩端分別與陽(yáng)極板和陰極板形成的腔室通過(guò)管道聯(lián)通起來(lái)形成電極液室,電極液在電極液室內循環(huán)流動(dòng),電極液不參與反應也不消耗。

    2.根據權利要求1所述的一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理裝置,其特征在于,所述的電驅動(dòng)膜組與雙極膜膜組為循環(huán)連接,待處理的丙烯酸鈉廢水進(jìn)入電驅動(dòng)膜組的淡水室經(jīng)電場(chǎng)驅動(dòng)丙烯酸鈉轉移到濃水室,并且隨著(zhù)處理時(shí)間延長(cháng),濃度逐漸升高;當濃水室丙烯酸鈉溶液濃度達到要求后再被轉移到雙極膜膜組的樣品液室進(jìn)一步轉化為丙烯酸溶液。

    3.根據權利要求1所述的一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理裝置,其特征在于,所述的電驅動(dòng)膜組與丙烯酸鈉廢水供給機構之間設有用于去除膠體和/或顆粒雜質(zhì)的超濾膜過(guò)濾器;所述的電驅動(dòng)膜組與廢水排放機構之間設有用于去除COD污染物的吸附裝置。

    4.根據權利要求1所述的一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理裝置,其特征在于,所述的電驅動(dòng)膜組與雙極膜膜組之間設有濃水罐和進(jìn)料泵;所述的電驅動(dòng)膜組與丙烯酸鈉廢水供給機構之間設有原水泵。

    5.根據權利要求4所述的一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理裝置,其特征在于,所述濃水罐的出水端與電驅動(dòng)膜組濃水室循環(huán)管相連,用于實(shí)現電驅動(dòng)膜組產(chǎn)生濃水的循環(huán)和濃縮。

    6.根據權利要求1所述的一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理裝置,其特征在于,所述的雙極膜膜組與丙烯酸溶液回收機構之間設有丙烯酸減壓精餾提濃機構,該提濃機構包括精餾塔和塔頂冷凝回流設備,所述雙極膜膜組的酸液室與精餾塔的進(jìn)料端相連,所述精餾塔的塔底與丙烯酸溶液回收機構相連。

    7.根據權利要求6所述的一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理裝置,其特征在于,所述的塔頂冷凝回流設備包括依次循環(huán)連接的塔頂出料端、冷凝器、出水泵和塔頂回流管;所述的出水泵和塔頂回流管之間開(kāi)設有供塔頂冷凝液采出的支路。

    8.一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理工藝,其特征在于,該工藝基于如權利要求1-7任一項所述的資源化處理裝置,具體包括以下步驟:超濾膜過(guò)濾:丙烯酸鈉廢水經(jīng)超濾膜過(guò)濾,除去聚合物膠體及懸浮顆粒雜質(zhì);電驅動(dòng)膜濃縮:電驅動(dòng)膜分離濃縮廢水中丙烯酸鈉,得到高濃度丙烯酸鈉溶液和低鹽有機廢水;其中,低鹽有機廢水經(jīng)過(guò)吸附處理降低COD后,排入生化污水裝置處理或納管達標排放;雙極膜制酸堿:高濃度丙烯酸鈉溶液送入雙極膜膜組處理,在電場(chǎng)和界面膜的水解和電離復合作用下轉化為丙烯酸溶液和氫氧化鈉溶液;氫氧化鈉溶液用于生產(chǎn)丙烯酸酯過(guò)程中水洗水相的中和;丙烯酸精餾提濃:丙烯酸溶液經(jīng)過(guò)減壓精餾提濃精制,品質(zhì)到達要求后回用到丙烯酸酯生產(chǎn)線(xiàn)作為原料。

    9.根據權利要求8所述的一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理工藝,其特征在于,所述的丙烯酸鈉廢水水質(zhì)指標為:pH值為7-9之間,CODCr100000-150000mg/L,懸浮物SS100-1000mg/L,電導率為100-300mS/cm,丙烯酸鈉含量為10.0wt%以上。

    10.根據權利要求8所述的一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理工藝,其特征在于,電驅動(dòng)膜濃縮時(shí),淡水室廢水中丙烯酸鈉的脫除率大于99%,濃水室丙烯酸鈉的質(zhì)量濃度達到14%以上;電驅動(dòng)膜濃縮過(guò)程中,廢水溫度不超過(guò)40℃,通過(guò)的電流不大于400A/m2;雙極膜制酸堿過(guò)程中,每個(gè)水室溫度不超過(guò)38℃,通過(guò)的電流不大于800A/m2;樣品液室的丙烯酸鈉質(zhì)量濃度不低于5%;精餾精制提濃過(guò)程中,塔頂壓力小于10kPa,塔釜溫度小于80℃;回流比在3-15之間,塔頂冷凝液丙烯酸質(zhì)量濃度小于0.05%;塔釜得到的丙烯酸溶液中丙烯酸質(zhì)量濃度不低于80%。

    發(fā)明內容

    本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術(shù)存在的缺陷中的至少一個(gè)而提供一種耦合了超濾過(guò)濾分離、吸附凈化、電驅動(dòng)膜濃縮、雙極膜制酸堿和低壓精餾精制分離等技術(shù),具有完整的污染物去除鏈以及充分的鹽資源化回收設計考量,針對性強、資源回收率高、污染物處理徹底、能耗低的丙烯酸鈉廢水的資源化處理裝置及工藝。

    本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現:

    發(fā)明人了解到,雙極膜技術(shù)制備丙烯酸電流約為400-800A/m2,電壓僅需35V以下;再經(jīng)低壓精餾提濃后,丙烯酸中氯化氫被蒸發(fā)并在塔頂冷凝,塔釜高純度丙烯酸則可以回用到裝置“精制除雜”過(guò)程中,用于酯化制備丙烯酸酯等后端產(chǎn)品,提高了企業(yè)生產(chǎn)裝置丙烯酸的收率,減少污染物排放。雙極膜制備的氫氧化鈉溶液濃度高雜質(zhì)少,也可以會(huì )用到裝置丙烯酸酯的水洗過(guò)程,充分回收可用資源的利用價(jià)值,具體方案如下:

    一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理裝置,其特征在于,該裝置包括:

    電驅動(dòng)膜組,用于將丙烯酸鈉廢水分離為高濃度丙烯酸鈉溶液和低鹽有機廢水;電驅動(dòng)膜組中的膜堆組件包括陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜,通過(guò)交叉堆疊陰/陽(yáng)離子膜形成相互間隔約1mm的腔室;在膜堆兩側設置陰/陽(yáng)電極板,電極與膜堆之間形成極水室;電驅動(dòng)膜組運行過(guò)程中,腔室通過(guò)泵獨立循環(huán),保證極水室極水濃度始終均衡;電驅動(dòng)膜濃縮技術(shù)是利用直流電場(chǎng)中電位差作為驅動(dòng)力,通過(guò)選擇性離子透過(guò)膜對溶液中帶電離子進(jìn)行篩分的過(guò)程;電驅動(dòng)膜設備的主要部件分為陰、陽(yáng)離子交換膜,供電電源、電極板和控制儀表模塊四大部分,電驅動(dòng)膜組進(jìn)出水倉室分為濃水室、淡水室和極水室,設備儀器儀表包含電導率、溫度、電功率等在線(xiàn)檢測儀表,能實(shí)時(shí)記錄處理過(guò)程中各個(gè)水樣室的電導率變化,以及處理能耗;電驅動(dòng)膜組主要是低價(jià)離子選擇透過(guò)膜,在電場(chǎng)的驅動(dòng)下,僅允許一價(jià)丙烯酸根離子通過(guò),并在濃水室富集形成高濃度丙烯酸鈉溶液。而廢水中高價(jià)離子和大分子有機物則被膜攔截,留在淡水室形成低鹽有機廢水;

    雙極膜膜組,用于將高濃度丙烯酸鈉溶液轉化為丙烯酸溶液和氫氧化鈉溶液;

    雙極膜膜組的膜堆組件包括陰/陽(yáng)電極板、界面強化電離膜、陰離子選擇膜和陽(yáng)離子選擇膜,交叉堆疊的陰/陽(yáng)離子選擇膜和界面強化電離膜會(huì )分割形成獨立的酸液室、堿液室和樣品液室,以及在堆疊的膜組件兩側設置陰/陽(yáng)電極板,整體封裝后在極板與膜堆之間留有電極液室。在處理鹽溶液時(shí),四個(gè)腔室內的溶液循環(huán)流動(dòng),各個(gè)腔室溶液和膜堆內部液體始終維持濃度均衡。雙極膜鹽制酸堿工藝基于膜材料而開(kāi)發(fā),水分子在界面親水層和直流電場(chǎng)的作用下,解離為氫離子和氫氧根離子,提供酸堿所需H+OH-離子,配合選擇透過(guò)性陰、陽(yáng)離子膜,實(shí)現對鹽份的劈裂式分解,轉化為相應的酸和堿溶液。雙極膜膜組能夠在不引入新組分情況下將鹽轉化為對應的酸和堿,優(yōu)點(diǎn)在于可以減少企業(yè)鹽排放量,同時(shí)一步實(shí)現鹽制酸堿資源化的過(guò)程;樣品液室中丙烯酸根離子和鈉離子在電場(chǎng)作用下定向移動(dòng),分別到達酸液室和堿液室。而在電流和界面強化電離膜作用下將溶液中水分子電離為氫離子和氫氧根離子,它們分別向陽(yáng)/陽(yáng)電極移動(dòng),而后分別在酸液室和堿液室形成丙烯酸和氫氧化鈉。運行過(guò)程中為了溶液各處濃度一致,酸液室、堿液室、樣品液室、電極液室的溶液均在水泵作用下不斷循環(huán),樣品液室連續補充濃水室丙烯酸鈉溶液,酸/堿液室各自定量排出一定量酸/堿液,而電極液室溶液在正負極之間循環(huán)始終保持物質(zhì)組成和濃度不變;

    所述電驅動(dòng)膜組的濃水室的循環(huán)管與丙烯酸鈉廢水供給機構相連,電驅動(dòng)膜組的淡水室與廢水排放機構相連;所述電驅動(dòng)膜組的濃水室的出料與雙極膜膜組的樣品液室相連;

    所述雙極膜膜組的樣品液室與丙烯酸溶液回收機構相連,雙極膜膜組的堿液室與堿液循環(huán)利用機構相連。

    進(jìn)一步地,所述的電驅動(dòng)膜組與雙極膜膜組循環(huán)連接,所述雙極膜膜組的樣品液室與電驅動(dòng)膜組的濃水室的出料相連。

    進(jìn)一步地,所述的電驅動(dòng)膜組與丙烯酸鈉廢水供給機構之間設有用于去除膠體和/或顆粒雜質(zhì)的超濾膜過(guò)濾器。

    超濾膜過(guò)濾主要是去除丙烯酸鈉廢水中的丙烯酸聚合物、懸浮物雜質(zhì)、高分子團聚絮團等,凈化廢水水質(zhì)避免后續污堵膜組。丙烯酸廢水中存在水溶性差的阻聚劑、丙烯酸多聚體和丙烯酸酯油滴等懸浮物,為了避免其對后續電膜系統及丙烯酸溶液產(chǎn)生污染,采用精度為0.5μm的陶瓷膜對廢水進(jìn)行過(guò)濾處理,除去其中99%的懸浮物,過(guò)濾出水濁度要求小于1NTU;

    進(jìn)一步地,所述的電驅動(dòng)膜組與廢水排放機構之間設有用于去除COD污染物的吸附裝置。

    低鹽有機廢水中丙烯酸鈉鹽被脫除,并且碳源豐富各項指標適合生化處理。也可以經(jīng)過(guò)活性炭纖維等吸附材料吸附凈化,去除大部分COD污染物,并最終按納管排放標準達標排放;

    進(jìn)一步地,所述的電驅動(dòng)膜組與雙極膜膜組之間設有濃水罐和進(jìn)料泵;所述的電驅動(dòng)膜組與丙烯酸鈉廢水供給機構之間設有原水泵。

    進(jìn)一步地,所述濃水罐的出水端與電驅動(dòng)膜組的濃水室循環(huán)管相連。

    進(jìn)一步地,所述的雙極膜膜組與丙烯酸溶液回收機構之間設有丙烯酸減壓精餾提濃機構,該提濃機構包括精餾塔和塔頂冷凝回流設備,所述雙極膜膜組的酸液室與精餾塔的進(jìn)料端相連,所述精餾塔的塔底與丙烯酸溶液回收機構相連。

    因為丙烯酸濃度必須達到80%以上,輕重雜質(zhì)組分含量小于1000ppm,才能滿(mǎn)足生產(chǎn)上丙烯酸的回用要求。因丙烯酸高溫下容易聚合,丙烯酸精餾精制過(guò)程需要先加入50-800ppm的阻聚劑,且控制在溫度80℃以下進(jìn)行減壓精餾提濃。丙烯酸在溫度超過(guò)80℃后會(huì )發(fā)生自聚合,采用精餾脫水提濃過(guò)程需要嚴格控制溫度,采用抽真空減壓精餾工藝,同時(shí)在塔頂和塔釜添加阻聚劑防止丙烯酸聚合。丙烯酸溶液中還有約1000ppm的氯離子和少量水溶性好的小分子雜質(zhì),精餾過(guò)程會(huì )從塔底揮發(fā)并在塔頂取出,過(guò)程中需要控制塔頂丙烯酸夾帶損耗和塔釜輕組分含量,提高丙烯酸產(chǎn)品純度。

    進(jìn)一步地,所述的塔頂冷凝回流設備包括依次循環(huán)連接的塔頂出料端、冷凝器、出水泵和塔頂回流管;所述的出水泵和塔頂回流管之間開(kāi)設有供塔頂冷凝液采出的支路。

    一種丙烯酸鈉廢水的資源化處理工藝,該工藝基于如上所述的資源化處理裝置,具體包括以下步驟:

    超濾膜過(guò)濾:丙烯酸鈉廢水經(jīng)超濾膜過(guò)濾,除去聚合物膠體及懸浮顆粒雜質(zhì);

    電驅動(dòng)膜濃縮:電驅動(dòng)膜分離濃縮廢水中丙烯酸鈉,得到高濃度丙烯酸鈉溶液和低鹽有機廢水;其中,低鹽有機廢水經(jīng)過(guò)吸附處理降低COD后,排入生化污水裝置處理或納管達標排放;

    雙極膜制酸堿:高濃度丙烯酸鈉溶液送入雙極膜膜組處理,在電場(chǎng)和界面膜的水解和電離復合作用下轉化為丙烯酸溶液和氫氧化鈉溶液;氫氧化鈉溶液用于生產(chǎn)丙烯酸酯過(guò)程中水洗水相的中和;

    丙烯酸精餾提濃:丙烯酸溶液在經(jīng)過(guò)減壓精餾提濃精制,品質(zhì)到達要求后回用到丙烯酸酯生產(chǎn)線(xiàn)作為原料。

    進(jìn)一步地,所述的丙烯酸鈉廢水水質(zhì)指標為:pH值為7-9之間,CODCr100000-150000mg/L,懸浮物SS100-1000mg/L,電導率為100-300mS/cm,丙烯酸鈉含量為10.0wt%以上。

    進(jìn)一步地,電驅動(dòng)膜濃縮時(shí)丙烯酸鈉廢水進(jìn)脫鹽室,電場(chǎng)驅動(dòng)鹽份在濃水室富集,其中要求,廢水中丙烯酸鈉的脫除率大于99%,濃水室丙烯酸鈉的質(zhì)量濃度為14%以上;電驅動(dòng)膜濃縮過(guò)程中,為了保證脫鹽效率和回收的產(chǎn)品不變質(zhì),需要控制全程廢水溫度不超過(guò)40℃,通過(guò)的電流不大于400A/m2;

    雙極膜制酸堿過(guò)程中,每個(gè)水室需要設置冷卻盤(pán)管過(guò)程中溫度不超過(guò)38℃,通過(guò)的電流不大于800A/m2;樣品液室的丙烯酸鈉質(zhì)量濃度不低于5%;

    精餾精制提濃過(guò)程中,為了保證丙烯酸鈉不會(huì )因高溫聚合,整個(gè)過(guò)程需要控制塔頂壓力小于10kPa,塔釜溫度小于80℃;試驗證實(shí)丙烯酸跟水存在共沸,塔頂冷凝液容易夾帶丙烯酸造成損失,需要控制回流比在3-15之間,保證塔頂冷凝液丙烯酸質(zhì)量濃度小于0.05%;塔釜得到的丙烯酸溶液中丙烯酸質(zhì)量濃度不低于80%。

    與現有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):

    (1)本發(fā)明中,避免了廢水焚燒處理的巨大能源消耗,從真實(shí)需求出發(fā)而設計的高效組合工藝;該方法從丙烯酸鈉廢水中回收丙烯酸的價(jià)值約500元每噸廢水,解決了廢水中污染物處置的難題,又回收了高價(jià)值丙烯酸資源,減少行業(yè)污染物排放,創(chuàng )造回收價(jià)值;

    (2)本發(fā)明中,根據丙烯酸鈉廢水污染特點(diǎn)設計了全流程的處理工藝,具有完整的達標處理能力和資源化回收路徑。通過(guò)電膜系統將丙烯酸鈉定向轉移、轉化,再通過(guò)精密相分離工藝提純丙烯酸,制得的丙烯酸溶液純度和濃度均達到企業(yè)生產(chǎn)裝置的回用要求,可直接回用到生產(chǎn)裝置,做到回收高價(jià)值資源的同時(shí)將對現有生產(chǎn)的影響降到最低;

    (3)本發(fā)明中,根據丙烯酸鈉廢水的污染特性、企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)以及丙烯酸資源化回收需求而提出,經(jīng)過(guò)試驗驗證后設計而成的工藝包方法,包括“超濾過(guò)濾+電膜濃縮+吸附凈化+雙極膜制酸堿+精餾精制”五個(gè)單元過(guò)程,有效地解決了廢水污染物處理和高價(jià)值資源回收的需求。

    發(fā)明人:吳科;陸雨楠;吳芳;王士勇

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