一种双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统

1.本实用新型属于反渗透浓盐水处理领域，具体涉及一种双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统。


背景技术：

2.随着我国工业的发展，工业用水量逐年增加，废水的排放量也日益增加，其排水成分也越来越复杂，特别是在煤转化、火电厂脱硫、印染、造纸、石油和天然气采集加工等领域还会产生很大一部分高盐废水。高盐废水处理及资源化已成为环境保护与水资源可持续利用的必然选择，处理高盐废水的一个可持续性选择就是开发废液“零排放”系统，早期的零排放系统主要是由热蒸发技术构成的，因此其能耗很高。为了降低处理成本，反渗透技术被广泛应用到高盐废水的处理，反渗透技术可从高盐废水中获得约70％的高品质再生水，具有良好的环境、经济双重效益，但同时也产生了约30％的反渗透浓水(roc)。浓盐水tds含量一般在10-50g/l，主要含有钠、钾、钙、镁、硅等无机阳离子以及氯离子、硫酸根、硝酸根离子等无机阴离子，此外含有的重金属主要有砷、钡、镉、铅、铜、锌等。浓盐水的另一个特点是有机物种类多、难以生化降解、cod含量高(200-4000mg/l)。如果roc未经处理而直接排放，将对水环境产生严重的污染。因此，基于环保要求及废水“零排放”的目的，资源化处理反渗透浓盐水已成为当前水处理的一项重要内容。
3.目前，针对roc的处理处置技术主要有自然蒸发处理技术、热蒸发技术、膜分离技术、直接减排(回收法、地表水或污水处理系统排放、深井注射等)等。但常规的反渗透浓盐水处理或处置技术及方法都有其局限性或缺点，其目的主要是通过减少roc的体积或污染负荷来减少roc的影响，没有从实质上实现反渗透浓盐水的“零排放”，另外，根据研究数据，浓水排放的费用约占总处理成本的20％至35％，因此造成了水资源和能耗的浪费。
4.专利公开号为cn101928088b，名称为“一种石化企业反渗透浓水的处理方法”的发明专利，该方法采用“纳滤+调碱+气浮除镁+除钙+微滤+中和+反渗透+多效蒸发+干化”处理流程；处理过程得到的产水，可以返回上一级反渗透系统处理回用，处理过程得到的残渣，可以集中处置。该方法可以减少反渗透膜的污染，提高了处理效率，具有一定的社会效益和经济效益，但是仍然无法做到零排放，而且处理成本较高，处理方法较为繁琐，效率低下。
5.专利公开号为cn106396234a，名称为“一种反渗透浓水的零排放处理方法”的发明专利，该方法是将经过预处理的反渗透浓盐水进行纳滤处理，得到富含so
42-、mg
2+
的纳滤浓水和含有na
+
、cl-、no
3-、k
+
、ca
2+
的纳滤渗透液，纳滤浓水经浓缩后可与渗透液混合沉淀去除caso4，在通过结晶技术进一步分质；纳滤渗透液则通过中压反渗透、多效蒸发、多效膜蒸馏等工艺将渗透液中的多种无机盐浓缩至近饱和状态并回收淡水资源。该方法虽然回收了淡水和固体盐，并消除了反渗透浓水的污染性，但采用蒸发结晶工艺费用较高，产生的固体杂盐分离困难，其过程也会产生二次污染。
6.专利公开号为cn109081488a，名称为“一种工业浓盐水资源化利用的方法及系统”的发明专利，该方法是将工业浓盐水与碱液混合后的溶液经微滤系统去除沉淀，在经纳滤
系统得到主要含一价盐的溶液a和主要含二价盐的溶液b，溶液a经反渗透系统浓缩后蒸发结晶得到工业氯化钠产品，溶液b经树脂交换进一步去除钙镁离子后电解得到碱液和硫酸溶液；该发明工艺系统设计巧妙，虽然将电解后的碱液循环利用可降低系统的加药成本，但使用高能耗的蒸发结晶技术获得工业氯化钠产品，不利于企业长期的经济效益，即使产出的盐品质能达到一级工业品的要求，但本身氯化钠盐在国内产量就过剩，导致零排放产生的氯化钠工业盐大多是超低价销售，所以不利于实际应用。
7.上述专利虽然能够较好的处理反渗透浓盐水，也对浓盐水中有用的资源进行了回收，但采用传统方法来资源化回收盐存在能耗高、投资大、效益低等问题，回收的工业盐也较难售出，且过程复杂，任一环节出现问题都将直接影响到结晶盐的品质。因此，亟待探索一种高效且低成本的资源化处理系统，利用该系统解决上述技术问题。


技术实现要素：

8.本实用新型旨在克服现有传统技术应用于处理反渗透浓盐水存在的问题与缺陷，提供一种通过双极膜电渗析装置资源化反渗透浓盐水制取酸碱的系统，解决现有浓盐水处理技术产生的结晶杂盐处理成本高、危害大的问题，本实用新型采用电-fenton装置去除废水中的cod，可在降低膜污染与堵塞风险的同时，使膜寿命得到延长。
9.本实用新型是通过下述技术方案来实现的。
10.本实用新型提供了一种双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，包括加药除硬反应装置、硅藻土过滤器、ph调节池、电-fenton反应装置、pp微孔过滤器和双极膜电渗析装置，加药除硬反应装置、硅藻土过滤器、ph调节池、电-fenton反应装置、pp微孔过滤器和双极膜电渗析装置依次连通，加药除硬反应装置连通反渗透浓盐水储液罐，加药除硬反应装置和ph调节池的出水管分别连通双极膜电渗析装置。
11.优选的，双极膜电渗析装置采用双极膜电渗析膜堆，为bp-a-c一腔多室板框结构，包括隔室膜和隔室膜中的双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜，还包括极板和压紧装置，通过导流板将隔室膜与膜之间分隔为盐室、碱室、酸室和两侧的极室；极室与直流稳压电源连接。
12.优选的，盐室连通进料液储存罐、料液储存罐和稀料液储存罐；碱室连通碱液储存罐、去离子水补充罐和碱产品储存罐；酸室连通酸液储存罐、去离子水补充罐和酸产品储存罐；极室连通极液储存罐形成循环回路。
13.优选的，盐室连通进料液储存罐和料液储存罐形成循环回路。
14.优选的，碱室连通碱液储存罐和去离子水补充罐形成循环回路。
15.优选的，酸室连通酸液储存罐和去离子水补充罐形成循环回路。
16.优选的，在各循环回路的管道上均设有循磁力泵、阀门和转子流量计。
17.优选的，电-fenton反应装置中电解槽阳极和阴极采用钛电极、钛合金电极或石墨电极。
18.优选的，电-fenton反应装置中电解槽阳极和阴极为平板状、柱状或多孔状。
19.优选的，pp微孔过滤器采用聚四氟乙烯材质。
20.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
21.1.本实用新型采用加药除硬反应装置化学除杂去除浓盐水中的钙、镁、二氧化硅
以及多种重金属，药剂比例优化，形成协同效应，使后续物质成分简单，回收容易，使用条件缓和，达到很好的除杂效果。
22.2.本实用新型采用双极膜电渗析处理反渗透浓盐水，具有操作工艺简单、膜堆组装方式灵巧多变、无二次污染的特点，与传统蒸发结晶技术相比，即不浪费资源，也降低了杂盐处理带来的高能耗，达到了资源和经济的双重考量，实现了反渗透浓盐水的零排放。
23.3.采用“bp-a-c”一腔多室板框结构的双极膜电渗析装置“进料-出料”模式，可实现酸碱产物的连续产出和浓盐水的连续处理，利于工业化生产。
附图说明
24.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：
25.图1为双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统结构示意图；
26.图2为双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水工艺流程图；
27.图3为双极膜电渗析装置结构示意图；
28.图4为双极膜电渗析产酸产碱的原理示意图。
29.图1、3中，1—反渗透浓盐水储液罐；2—加药除硬反应装置；3—硅藻土过滤器；4—ph调节池；5—电-fenton反应装置；6—pp微孔过滤器；7—双极膜电渗析装置；8—双极膜电渗析膜堆；9—极液储存罐；10—酸液储存罐；11-料液储存罐；12—碱液储存罐；13-磁力泵；14—转子流量计；15—直流电源；16—阀门；17—进料液储存罐；18—去离子水补充罐；19—酸产品储存罐；20—稀料液储存罐；21—碱产品储存罐。
30.图4中，bp—双极膜；c—阳离子交换膜；a—阴离子交换膜；hx—产品酸；moh—产品碱；mx—双极膜电渗析处理反渗透浓盐水排出水。
具体实施方式
31.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
32.如图1所示，本实用新型提供了一种双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，包括依次连通的加药除硬反应装置2、硅藻土过滤器3、ph调节池4、电-fenton反应装置5、pp微孔过滤器6和双极膜电渗析装置7，加药除硬反应装置2连通反渗透浓盐水储液罐1，加药除硬反应装置2和ph调节池4的出水管分别连通双极膜电渗析装置7，双极膜电渗析装置生成的产品酸碱回用于加药除硬反应装置2和ph调节池4。
33.其中，pp微孔过滤器6采用聚四氟乙烯材质，滤芯长度500mm，孔径为0.22μm。
34.图1结合图2所示，反渗透浓盐水储液罐1中的反渗透浓盐水经加药除硬反应装置2加药除硬，硅藻土过滤器3过滤，ph调节池4调节ph，电-fenton反应装置5氧化，pp微孔过滤器6微孔精滤，双极膜电渗析装置7电解生成酸和碱。
35.与双极膜电渗析膜堆8循环连通的极液储存罐9、酸液储存罐10、料液储存罐11和碱液储存罐12，双极膜电渗析膜堆8连接直流电源15。储液罐出口侧连接磁力泵13，进口侧连接双极膜电渗析膜堆8，磁力泵13进口侧连接储液罐，出口侧连接双极膜电渗析膜堆8，其间设有转子流量计14和阀门16，双极膜电渗析膜堆8进口侧连接磁力泵13，出口侧连接储液
罐，出口端设有冷却器，用以控制溶液温度，配电箱连接磁力泵13和直流电源15，直流电源15连接双极膜电渗析膜堆8正负极。
36.如图3所示，本实用新型实施例提供了一种双极膜电渗析装置，采用“bp-a-c”一腔多室板框结构的双极膜电渗析装置7包括双极膜电渗析膜堆8，由膜堆、磁力泵、储液罐、配电箱和直流稳压电源组成。
37.双极膜电渗析膜堆8包括隔室膜和隔室膜中的双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜，以及极板(钛涂钌)和压紧装置，组数随处理溶液量自由增减。每张膜的面积110mm
×
270mm。双极膜电渗析装置两侧设有极液室(左侧为阴极室，右侧为阳极室)，分别与直流稳压电源的正极和负极相连接，阳极室和阴极室中间交替排列双极膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜，阴离子交换膜和阳离子交换膜间隔排列构成盐室，阳离子交换膜和双极膜间隔排列构成碱室，阴离子交换膜和双极膜间隔排列构成酸室，酸室、盐室和碱室组成一个重复单元，每个隔室膜与膜之间用导流板分隔，流速控制在60-240l/h，每组膜施加的直流电压宜为1-3v之间。
38.双极膜电渗析膜堆的盐室连通进料液储存罐17、料液储存罐11和稀料液储存罐21；碱室连通碱液储存罐12、去离子水补充罐18和碱产品储存罐21；酸室连通酸液储存罐10、去离子水补充罐18和酸产品储存罐19；极室连通极液储存罐9形成循环回路。
39.进料液储液罐17和去离子水补充罐18分别连接到双极膜电渗析膜堆8的盐室和酸碱室，通过磁力泵13和循环管道上设有的转子流量计14来控制流速，酸室产出液和碱室产出液分别连通酸液储存罐10和碱液储存罐12，通过循环管道与双极膜电渗析膜堆8分别构成酸液和碱液循环回路；极液储存罐9连通双极膜电渗析膜堆8与其构成极液循环回路；盐室产出液连通料液储存罐11，通过循环管道与双极膜电渗析膜堆8构成料液循环回路；酸液储存罐10中的产品酸和碱液储存罐12中的产品碱通过阀门16分别排出到酸产品储存罐19和碱产品储存罐21；料液储存罐11中的稀料液通过阀门排出到稀料液储存罐20。
40.在各循环管道上均设有循磁力泵13、阀门16和转子流量计14。
41.电-fenton反应装置5的电解槽惰性阳极和阴极或为钛电极、钛合金电极或石墨电极，其构型或为平板状、柱状或多孔状。电-fenton反应装置5设有两个反应区，为还原内电解反应池和fenton氧化反应池，反应池内设置填料，装置尺寸：1000
×
600
×
1800(长
×
宽
×
高，mm)。极区采用钛涂钌电极，阴阳离子交换膜均为全氟磺酸膜(nafion)，双极膜均采用bp-1型双极膜。
42.膜堆原理如图4所示，该构型膜堆主要由aem、cem和bpm交替排列，在直流电源的作用下，经阳离子交换膜c和阴离子交换膜a，盐室内加入的电解质溶液(mx)开始分解为阴离子(x-)和阳离子(m
+
)，然后x-透过aem与bpm解离出的h
+
生成产品酸hx，m
+
透过cem与bpm解离出的oh-生成产品碱moh，经过一定时间的处理后可实现脱盐，双极膜电渗析处理反渗透浓盐水排出水mx排出，得到的产品酸和碱以便再利用。
43.采用本实用新型系统处理反渗透浓盐水，经处理后的浓盐水中cod≤3％，钙镁离子含量≤1％，含盐量≤1.3％。本实用新型针对传统技术在处理反渗透浓盐水存在的工艺流程长、技术难度大、处理系统复杂、高能耗成本等问题，提出利用双极膜电渗析将大部分浓盐水直接转化成酸和碱而不进行蒸发结晶处理，大大减少了蒸发量，且双极膜电渗析装置具有低空间要求和设备紧凑的优点，可在降低对环境危害的同时创造一定的经济效益。
因此，本实用新型为处理反渗透浓盐水提供了一种有效的处理系统。
44.本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，其特征在于，包括加药除硬反应装置、硅藻土过滤器、ph调节池、电-fenton反应装置、pp微孔过滤器和双极膜电渗析装置，加药除硬反应装置、硅藻土过滤器、ph调节池、电-fenton反应装置、pp微孔过滤器和双极膜电渗析装置依次连通，加药除硬反应装置连通反渗透浓盐水储液罐，加药除硬反应装置和ph调节池的出水管分别连通双极膜电渗析装置。2.根据权利要求1所述的双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，其特征在于，双极膜电渗析装置采用双极膜电渗析膜堆，为bp-a-c一腔多室板框结构，包括隔室膜和隔室膜中的双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜，还包括极板和压紧装置，通过导流板将隔室膜与膜之间分隔为盐室、碱室、酸室和两侧的极室；极室与直流稳压电源连接。3.根据权利要求2所述的双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，其特征在于，盐室连通进料液储存罐、料液储存罐和稀料液储存罐；碱室连通碱液储存罐、去离子水补充罐和碱产品储存罐；酸室连通酸液储存罐、去离子水补充罐和酸产品储存罐；极室连通极液储存罐形成循环回路。4.根据权利要求3所述的双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，其特征在于，盐室连通进料液储存罐和料液储存罐形成循环回路。5.根据权利要求3所述的双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，其特征在于，碱室连通碱液储存罐和去离子水补充罐形成循环回路。6.根据权利要求3所述的双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，其特征在于，酸室连通酸液储存罐和去离子水补充罐形成循环回路。7.根据权利要求3-6任一项所述的双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，其特征在于，在各循环回路的管道上均设有循磁力泵、阀门和转子流量计。8.根据权利要求1所述的双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，其特征在于，电-fenton反应装置中电解槽阳极和阴极采用钛电极、钛合金电极或石墨电极。9.根据权利要求1所述的双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，其特征在于，电-fenton反应装置中电解槽阳极和阴极为平板状、柱状或多孔状。10.根据权利要求1所述的双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，其特征在于，pp微孔过滤器采用聚四氟乙烯材质。

技术总结
本实用新型公开了一种双极膜电渗析资源化处理反渗透浓盐水系统，包括依次连通的加药除硬反应装置、硅藻土过滤器、pH调节池、电-Fenton反应装置、PP微孔过滤器和双极膜电渗析装置，加药除硬反应装置连通反渗透浓盐水储液罐，加药除硬反应装置和pH调节池的出水管分别连通双极膜电渗析装置。本实用新型采用加药除硬反应装置化学除杂去除浓盐水中的多种重金属，达到很好的除杂效果。采用双极膜电渗析处理反渗透浓盐水，实现了实现酸碱产物的连续产出和浓盐水的连续处理及反渗透浓盐水的零排放。放。放。


技术研发人员：王旭东 唐海兵 许碧涛 王磊 陈立成 吕永涛
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/14