CN102267747B

CN102267747B - 一种电渗析浓缩制盐装置

Info

Publication number: CN102267747B
Application number: CN 201110228180
Authority: CN
Inventors: 金可勇
Original assignee: Hangzhou Water Treatment Technology Development Center Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Water Treatment Technology Development Center Co Ltd
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2031-08-10
Also published as: CN102267747A

Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种浓缩制盐的电渗析装置。本发明包括膜堆、电极、隔板和流道隔网的电渗析机构、以及固体盐分离与收集机构，通过采用钛涂铂电极、或钛涂钌电极，以及在布水流道板上设置上流道、连接流道、下流道结构，并对固体盐分离与收集机构中加装斜板，利用逆流换热的结构设计，实现本发明的目的。本发明的优点是：避免了蒸发过程，大大的减少了制盐的能耗，没有二次污染等问题，对于装置的使用寿命也有大大的延长；可用于大电流密度的情况。本发明在水处理行业具有广泛的使用前景。

Description

一种电渗析浓缩制盐装置

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种浓缩制盐的电渗析装置。

技术背景

电渗析浓缩海水制盐是一项成熟的工业技术，在日本取代盐田法已有30余年，并推广到澳洲、南美和中东不少国家应用。我国沿海盐田正逐渐减少。反渗透海水淡化技术日臻成熟，装机容量迅速扩大，其浓水利用各地提出了不少方案，出于保护海洋环境、发展循环经济和保证海盐产量，电渗析浓缩制盐备受青睐。

1960年日本以海水浓缩制盐为目标开展电渗析技术的研究，1972年国会通过了废除盐田法制盐法案以后，电渗析法全部取代了盐田法。膜性能的提高和工艺的改进，特别1，2价离子分离交换膜研制成功，使耗电和盐的纯度大大提高工业应用中的制盐工艺都是直接取用海水。海水经杀菌、除藻、降低浊度三级预处理后进入电渗析器浓缩，浓水再经蒸发、干燥制成食盐。工场自备锅炉，供涡轮发电机和蒸发罐蒸汽，电力供电渗析装置运转。电渗析膜堆和蒸发罐都是多级串联，日本国内电渗析浓缩海水制盐年产量150万吨，其他国家约50万吨。电渗析装置的操作电流密度在30～40mA/cm²，隔室流速4～6cm/s。海水浓缩6倍，浓度浓水165～170g/L(Cl^-浓度108～116g/L)，淡水系统的脱盐率在20％～30％。电渗析系统的电流效率80％～84％，以Na⁺计电流效率为73％～74％、Cl^-电流效率与系统电流效率相当。每吨食盐电渗析直流耗电160～180kWh、系统总耗电在280～300kWh。离子交换膜保用3年。不管是电渗析海水浓缩制盐还是料液特定成分的富集回收，都希望浓水浓度越高越好，但这受到膜传质性能和操作电流密度的限制。

在电渗析过程中同时发生的几种伴随过程，以膜的传质特性参数定量描述各个过程的强度。以水合离子形式迁移形成的电渗失水，不同膜相差不大。由浓差引起的电解质扩散系数和水的渗透系数相差很大。这些伴随过程降低了浓缩倍数和电流效率，且随着操作电流密度和膜两侧浓差的升高而加剧。与中、低浓度料液脱盐相比，浓缩对膜的传质特性参数要求更高，一般异相离子交换膜难以达到要求。

但这些电渗析制盐的一个共同点就是都需要蒸发过程，需大量的能耗，从而提高了制盐成本。

我们针对以上现状，在前人研究的基础上，针对电渗析制盐装置的特殊要求，进行了系列研究与开发，经过多方面试验研究，终于开发出了具有防内漏与防外漏、防漏电的制盐电渗析专用复合隔板，充分解决了许多外在因素的干扰影响，保证运行数据的准确性与重复性；在此基础上，根据电渗析浓缩制盐的要求，继续对阴膜、1-2价分离阳膜、电极、夹紧装置、热交换装置、流道设计、电流密度、流速进行研究与优化，最终开发出可以无需蒸发就可以制得固体盐的电渗析浓缩的制盐装置。

发明内容

本发明的主要目的是开发一种无需蒸发就可以制得固体盐的电渗析浓缩制盐装置。本发明的目的还在于提供一种可以进行经济、环保的电渗析浓缩制盐的运行参数。

本发明通过下述技术方案得以实现的：

一种电渗析浓缩制盐装置，包括膜堆、电极、隔板和流道隔网的电渗析机构、以及固体盐分离与收集机构，其中电极是铂涂层厚度为2～10微米的钛涂铂电极、或涂层厚度为2～20微米的钛涂钌电极；隔板是复合弹性隔板，由PVC、PP、或PC制作而成，隔板厚度为0.6～0.8mm，每个布水口连接有布水流道板，每个布水流道板上分布有6～15道布水流道，布水流道宽度为0.2～0.8mm，深度为0.3～0.5mm；固体盐分离与收集机构包括过饱和盐水进口、未饱和盐水出口、斜板、固体盐排出口；其中斜板的倾斜度为15～30度；过饱和盐水进口与电渗析机构的浓水出口连接，未饱和盐水出口电渗析机构的进口连接。本发明中的电极可更适于在高电流密度、高盐浓度下的应用。复合弹性隔板使液体流动状态更好、阻力更小、防结晶堵塞、并具有防内外漏、防漏电的作用。

作为优选，上述的一种电渗析浓缩制盐装置中所述的涂层厚度为2～20微米的钛涂钌电极中的涂层是由TiO₂、RuO₂、IrO₂的共熔体，其中的质量比例为0.01～10∶0.01～5∶0.01～3。

在电渗析制盐过程，所用的电渗析膜与至关重要。异相膜电渗析因浓差扩散引起的电解质扩散系数为均相膜的1～2个数量级、水的渗透系数为1个数量级，离子迁移数也低，构成了影响浓缩浓度的主要因素之一。在本发明中，我们采用了低浓差扩散系与低水渗透系数的均相膜，作为优选，上述的一种电渗析浓缩制盐装置中所述膜堆包括阳膜、阴膜，其中阳膜为1-2价分离膜膜，如CMF2或CMS2，阴膜为均相离子交换膜，如AMT或AMV；其阳膜对1价与2价阳离子的分离度大于95％；阴膜与阳膜的膜电阻为0.2～0.6Ω/cm²，交联度为70～90％，膜厚度为0.08～0.16mm。使用这些高性能的均相离子交换膜，使浓缩的盐溶液可以达到过饱和的浓度，并且耗电少、产盐的品质高；由于采用了1-2价分离膜，只对钠离子与氯离子进行浓缩，而对钙离子与镁离子进行截留，很好的解决了CaCO₃、CaSO₄的浓度升高而引起的沉淀问题。

作为优选，上述的一种电渗析浓缩制盐装置中所述隔板的布水流道分别由上流道、连接流道、下流道连通组成；其中连接流道位于布水流道板的中间位置，上流道和下流道分别位于连接流道的两侧，上流道和下流道分别位于布水流道板的上、下面，通过连接流道贯通。当上流道、下流道为弧形流道，且上流道、连接流道与下流道的横截面大小相同时效果更好。

作为优选，上述的一种电渗析浓缩制盐装置中所述流道隔网上均匀分布着支撑点和流道。

在电渗析浓缩过程中，各运行参数也至关重要。我们采用电流密度为500-1200A/m²，膜面流速为6-15m/s，电渗析运行水温为30-40℃。

本发明还设计了一个具有热交换功能的固体盐分离与收集装置。经电渗析浓缩后，盐的浓度达到过饱和，进入该装置后，经热交换，水温降低，使盐的溶解度降低，此时盐就以晶体的形式析出来。上清液回流至热交换部位加温，使盐的溶解度增大，使盐溶液又恢复至不饱和状态。再回到电渗析浓缩室继续浓缩至过饱和状态，周而复始进行循环，使盐复以不断的浓缩、析出，最终无需蒸发而得到固体盐，并使盐溶液的水得以极高比例回用。在过饱和盐水进水时，其在斜板上的线流速为0.5-2m/s。回流时，线流速为2-5m/s。

有益效果：本发明是通过电渗析对盐浓液进行浓缩至过饱和，过饱和浓液经过热交换器降温后析出固体盐，后再热交换器适当加温后回到电渗析装置继续浓缩提高浓度至过饱和，这样经过循环，固体盐不停的析出，从而避免了蒸发过程，大大的减少了制盐的能耗，没有二次污染等问题，对于装置的使用寿命也有大大的延长；而且对于大电流，相对于普通电渗析机构一般只能在400A/m²的电流密度条件下运行，本发明可以正常在800A/m²运行，甚至更高的电流密度。

附图说明

图1本发明的流程原理示意图

图2复合弹性隔板的结构示意图

图3流道隔网剖面结构示意图

图4固体盐分离与收集装置的结构示意图

图5布水流道板的结构示意图

图6布水流道板的A-A向剖面示意图

1、上流道 2、连接流道 3、下流道 4、布水口 5、布水流道板

6、流道隔网 7、支撑点 8、流道 9、过饱和盐水进口 10、未饱和盐水出口

11、斜板 12、固体盐排出口

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施作具体说明：

实施例1

根据图1～6所示原理结构，安装一台电渗析浓缩制盐装置，包括膜堆、电极、隔板和流道隔网6的电渗析机构、固体盐分离与收集机构，其中电极是铂涂层厚度为3微米的钛涂铂电极，隔板是复合弹性隔板，由PVC制作而成，隔板厚度为0.8mm，每个布水口4连接有布水流道板5，每个布水流道板5上分布有12道布水流道，布水流道宽度为0.4mm，深度为0.4mm；固体盐分离与收集机构包括过饱和盐水进口9、未饱和盐水出口10、斜板11、固体盐排出口12；其中斜板11的倾斜度为30度；过饱和盐水进口9与电渗析机构的浓水出口连接，未饱和盐水出口10电渗析机构的进口连接。其中隔板的布水流道分别由上流道1、连接流道2、下流道3连通组成；其中连接流道2位于布水流道板5的中间位置，上流道1和下流道3分别位于连接流道2的两侧，上流道1和下流道3分别位于布水流道板5的上、下面，通过连接流道2贯通。流道隔网6上均匀分布着支撑点7和流道8。

以含3％氯化钠溶液为进水进入电渗析淡室。阴膜采用AMV均相离子交换膜；阳膜采用CMF2的1-2价分离均相离子交换膜；其膜电阻为0.3Ω/cm²；交联度为80％，膜厚度为0.12mm；电渗析电流密度为800A/m²，膜面流速为12m/s，电渗析运行水温为38℃。经电渗析浓缩运行后，淡室的淡水浓度为0.1％的氯化钠淡水可以回用。浓室的氯化钠浓度为28％。达到过饱和浓度的氯化钠溶液进入具有热交换功能的固体盐分离与收集装置。经热交换后，温度降至25度，此时固体氯化钠慢慢析出，由装置下部漏斗排出后收集。上清液的氯化钠浓度为26％左右回到电渗析浓室继续浓缩。周而复始，固体盐不停排出，实现了无需蒸发的电渗析制的目的，整个体系水回收率达98％，盐回收率为97％，制盐总能耗为200度电/吨固体盐。

实施例2

一台电渗析浓缩制盐装置，包括膜堆、电极、隔板和流道隔网6的电渗析机构、固体盐分离与收集机构，其中电极是涂层厚度为5微米的钛涂钌电极，其中的涂层是由TiO₂、RuO₂、IrO₂的共熔体，其中的质量比例为5∶3∶1。复合弹性隔板厚度为0.7mm，每个流道口加工10个布水流道，布水流道宽度为0.5mm，深度为0.5mm；阴膜采用AMT均相离子交换膜；阳膜采用CMS2的1-2价分离均相离子交换膜；其膜电阻为0.4Ω/cm²；交联度为85％，膜厚度为0.10mm；电渗析电流密度为700A/m²，膜面流速为10m/s，电渗析运行水温为38℃。固体盐分离与收集机构包括过饱和盐水进口9、未饱和盐水出口10、斜板11、固体盐排出口12；其中斜板11的倾斜度为20度；过饱和盐水进口9与电渗析机构的浓水出口连接，未饱和盐水出口10电渗析机构的进口连接。其中隔板的布水流道分别由上流道1、连接流道2、下流道3连通组成；其中连接流道2位于布水流道板5的中间位置，上流道1和下流道3分别位于连接流道2的两侧，上流道1和下流道3分别位于布水流道板5的上、下面，通过连接流道2贯通，其中上流道1、下流道3为弧形流道，且上流道1、连接流道2与下流道3的横截面大小相同，这样可以实现水流的均匀，而不至于会在某一环节发生流量受阻的情况。流道隔网6上均匀分布着支撑点7和流道8。

以含2.5％硫酸钠溶液为进水进入电渗析淡室。经电渗析浓缩运行后，淡室的淡水浓度为0.2％的硫酸钠淡水可以回用。浓室的硫酸钠浓度为30％。达到过饱和浓度的硫酸钠溶液进入具有热交换功能的固体盐分离与收集装置。经热交换后，温度降至25度，此时固体硫酸钠慢慢析出，由装置下部漏斗排出后收集。上清液的氯化钠浓度为18％左右回到电渗析浓室继续浓缩。周而复始，固体盐不停排出，实现了无需蒸发的电渗析制的目的，整个体系水回收率达90％，盐回收率为95％，制盐总能耗为180度电/吨固体盐。

实施例3

以实施例2所示相同装置，以含3.0％硫酸钠工业废水为进水进入电渗析淡室。膜堆电极采用钛涂钌电极，涂层厚度为15微米；复合弹性隔板厚度为0.8mm的PC板，每个流道口加工10个布水流道，布水流道宽度为0.6mm，深度为0.6mm；阴膜采用AMV均相离子交换膜；阳膜采用CMF2的1-2价分离均相离子交换膜；其膜电阻为0.6Ω/cm²；交联度为75％，膜厚度为0.15mm；电渗析电流密度为700A/m²，膜面流速为15m/s，电渗析运行水温为35℃。经电渗析浓缩运行后，淡室的淡水浓度为0.2％的硫酸钠淡水进入生化处理系统后用反渗透膜进行回用。浓室的硫酸钠浓度为27％。达到过饱和浓度的硫酸钠溶液进入具有热交换功能的固体盐分离与收集装置。经热交换后，温度降至25度，此时固体硫酸钠慢慢析出，由装置下部漏斗排出后收集。上清液的氯化钠浓度为18％左右回到电渗析浓室继续浓缩。周而复始，固体盐不停排出，实现了无需蒸发的电渗析制的目的，整个体系水回收率达93％，盐回收率为94％，制盐总能耗为210度电/吨固体盐。

实施例4

以实施例2所示相同装置，以盐度为3.0％的海水为进水进入电渗析淡室。膜堆电极采用钛涂钌电极，涂层厚度为18微米；复合弹性隔板厚度为0.75mm的PC板，每个流道口加工12个布水流道，布水流道宽度为0.5mm，深度为0.6mm；阴膜采用AMV均相离子交换膜；阳膜采用CMF2的1-2价分离均相离子交换膜；其膜电阻为0.55Ω/cm²；交联度为75％，膜厚度为0.15mm；电渗析电流密度为900A/m²，膜面流速为12m/s，电渗析运行水温为35℃。经电渗析浓缩运行后，浓室的盐浓度为26％。达到过饱和浓度的盐溶液进入具有热交换功能的固体盐分离与收集装置。经热交换后，温度降至25度，此时盐慢慢析出，由装置下部漏斗排出后收集。上清液的盐浓度为24％左右回到电渗析浓室继续浓缩。周而复始，固体盐不停排出，实现了无需蒸发的电渗析制的目的，盐回收率为70％，制盐总能耗为230度电/吨固体盐。

Claims

1.一种电渗析浓缩制盐装置，包括膜堆、电极、隔板和流道隔网（6）的电渗析机构、固体盐分离与收集机构，其特征在于电极是铂涂层厚度为2~10微米的钛涂铂电极、或涂层厚度为2~20微米的钛涂钌电极；

隔板是复合弹性隔板，由PVC、PP、或PC制作而成，隔板厚度为0.6~0.8mm，每个布水口（4）连接有布水流道板（5），每个布水流道板（5）上分布有6~15道布水流道，布水流道宽度为0.2~0.8mm，深度为0.3~0.5mm；

固体盐分离与收集机构包括过饱和盐水进口（9）、未饱和盐水出口（10）、斜板（11）、固体盐排出口（12）；其中斜板（11）的倾斜度为15~30度；所述固体盐分离与收集机构具有热交换功能；

过饱和盐水进口（9）与电渗析机构的浓水出口连接，未饱和盐水出口（10）电渗析机构的进口连接；

上述所述的涂层厚度为2~20微米的钛涂钌电极中的涂层是由TiO₂、RuO₂、IrO₂的共熔体，其中的质量比例为0.01~10：0.01~5：0.01~3；

上述所述膜堆包括阳膜、阴膜，其中阳膜为1-2价分离膜，阴膜为均相离子交换膜；其阳膜对1价与2价阳离子的分离度大于95%；阴膜与阳膜的膜电阻为0.2~0.6Ω/cm²，交联度为70~90%，膜厚度为0.08~0.16mm。

2.根据权利要求1所述的一种电渗析浓缩制盐装置，其特征在于所述隔板的布水流道分别由上流道（1）、连接流道（2）、下流道（3）连通组成；其中连接流道（2）位于布水流道板（5）的中间位置，上流道（1）和下流道（3）分别位于连接流道（2）的两侧，上流道（1）和下流道（3）分别位于布水流道板（5）的上、下面，通过连接流道（2）贯通。

3.根据权利要求2所述的一种电渗析浓缩制盐装置，其特征在于所述上流道（1）、下流道（3）为弧形流道，且上流道（1）、连接流道（2）与下流道（3）的横截面大小相同。

4.根据权利要求1所述的一种电渗析浓缩制盐装置，其特征在于所述流道隔网（6）上均匀分布着支撑点（7）和流道（8）。