CN105439255A - 一种滤芯过滤器及其应用和脱硫液的预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滤芯过滤器，该滤芯过滤器包括外壳、滤芯、阳极和电源，所述电源的负极与所述滤芯通过导线连接，所述电源的正极与所述阳极通过导线连接，所述阳极与所述滤芯不接触，所述外壳包围滤芯，且所述外壳的下部设置有出水口。还涉及上述滤芯过滤器在预处理脱硫液中的应用。还涉及一种脱硫液的预处理方法，该预处理方法包括：将脱硫液进行沉淀；然后将沉淀得到的上清液通过上述滤芯过滤器进行电解、氧化、成垢和过滤处理。采用本发明的滤芯过滤器预处理脱硫液，能够在氧化脱硫液的同时有效地去除脱硫液中含有的铁离子、锰离子、钙离子、镁离子和粉尘颗粒。

Description

一种滤芯过滤器及其应用和脱硫液的预处理方法

技术领域

本发明涉及一种滤芯过滤器，一种滤芯过滤器的应用以及一种脱硫液的预处理方法。

背景技术

目前国内外催化裂化装置烟气脱硫使用较为广泛的技术为钠碱法。钠碱法以氢氧化钠或碳酸钠为吸收剂，比其它类型的吸收剂与SO₂的亲和力更强，具有将所有化合物保持在溶液内的能力，从而避免了吸收塔的结垢和堵塞。然而由于该技术排放出大量含有高浓度亚硫酸钠和亚硫酸氢钠和催化剂粉尘的废水，对环境不利，成为限制内陆地区生产单位发展的瓶颈。

离子膜电渗析可以在不引入其他成分的情况下将盐转化为相应的酸或碱。目前已有研究将离子膜电渗析用于钠基烟气脱硫液的再生，为实现钠碱吸收液的循环利用提供了可能。电解亚硫酸氢钠得到亚硫酸钠循环使用的工艺，由于烟气中SO₃的存在及循环过程中不可避免的氧化作用，导致脱硫液中存在硫酸根并累积，会导致脱硫液脱硫效率的下降。将脱硫液完全氧化为硫酸钠后，采用双极膜电渗析将硫酸钠再生为氢氧化钠循环使用，可以解决上述问题。

脱硫液中含有大量催化剂粉尘及金属离子如铁离子、锰离子、钙离子、镁离子等，如果不经处理直接进入双极膜电渗析再生系统，催化剂粉尘会导致离子交换膜表面的机械划伤，金属离子会形成氢氧化物沉淀，堵塞膜通道。上述问题均会影响离子交换膜的性能和再生系统的运行稳定性。烟气中催化剂粉尘的粒径大多小于5微米，絮凝处理或滤布等一般过滤方法无法将其去除。常用金属离子去除方法为离子交换树脂法，虽然钙、镁离子可由一般离子交换树脂去除，但铁、锰则需由专用离子交换树脂或设备去除，因此，针对不同污染物一一去除，工艺流程复杂。

目前尚无简单有效的脱硫液预处理技术，急需一种能够在氧化脱硫液的同时有效地去除脱硫液中含有的铁离子、锰离子、钙离子、镁离子和粉尘颗粒，且操作简单的预处理方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中不能在氧化脱硫液的同时有效地去除脱硫液中含有的铁离子、锰离子、钙离子、镁离子和粉尘颗粒，导致其水质不符合双极膜电渗析所需水质要求的缺陷，提供一种滤芯过滤器，一种滤芯过滤器在预处理脱硫液中的应用，以及一种脱硫液的预处理方法。

本发明的发明人在研究中发现，滤芯过滤器包括外壳、滤芯、阳极和电源，将电源分别与滤芯和阳极相连接，在通电情况下预处理脱硫液时，滤芯作为阴极，即阳极、滤芯和外接的电源组成了电解池，通电电解时，在阳极附近会产生氧气氧化脱硫液，同时在作为阴极的滤芯附近会产生OH^-，从而与脱硫液中的铁离子、锰离子、钙离子和镁离子等离子形成沉淀，而滤芯上的滤孔又可以同时将生成的沉淀和粉尘颗粒进行过滤，因此，采用本发明的滤芯过滤器预处理脱硫液，能够在氧化脱硫液的同时有效地去除脱硫液中含有的铁离子、锰离子、钙离子、镁离子和粉尘颗粒，且操作简单。

因此，为了实现上述目的，本发明提供了一种滤芯过滤器，该滤芯过滤器包括外壳、滤芯、阳极和电源，所述电源的负极与所述滤芯通过导线连接，所述电源的正极与所述阳极通过导线连接，所述阳极与所述滤芯不接触，所述外壳包围滤芯，且所述外壳的下部设置有出水口。

另一方面，本发明还提供了如上所述的滤芯过滤器在预处理脱硫液中的应用。

第三方面，本发明还提供了一种脱硫液的预处理方法，该预处理方法包括：将脱硫液进行沉淀；然后将沉淀得到的上清液通过滤芯过滤器进行电解、氧化、成垢和过滤处理，其中，所述滤芯过滤器为如上所述的滤芯过滤器。

本发明中，采用本发明的滤芯过滤器预处理脱硫液，能够在氧化脱硫液的同时有效地去除脱硫液中含有的铁离子、锰离子、钙离子、镁离子和粉尘颗粒，使得最终处理得到的清液中不含有SO₃ ^2-和HSO₃ ^-，铁离子的含量小于0.2mg/L，锰离子的含量小于0.1mg/L，硬度小于0.2mg/L，浊度小于3mg/L，当铁离子、锰离子、浊度和硬度同时满足上述含量范围时，预处理方法处理后得到的清液的水质才能够满足后续双极膜电渗析所需水质的要求，另外，采用该滤芯过滤器预处理脱硫液的步骤也比较简单。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明的一种滤芯过滤器的剖面示意图。

附图标记说明

1外壳2滤芯3阳极4电源

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种滤芯过滤器(如图1所示)，该滤芯过滤器包括外壳1、滤芯2、阳极3和电源4，电源4的负极与滤芯2通过导线连接，电源4的正极与阳极3通过导线连接，阳极3与滤芯2不接触，外壳1包围滤芯2，且外壳1的下部设置有出水口。

根据本发明所述的滤芯过滤器，其中，优选地，外壳1和滤芯2均为筒状，所述外壳和所述滤芯的底面均为半球形，且外壳1与滤芯2上端相连接。本领域的技术人员应该理解的是该滤芯过滤器整体为底面为半球形的筒，筒的上部开口可以密封(未示出)也可以不密封(如图1所示)。当筒的上部开口密封(未示出)时，必须在该滤芯过滤器的外壳1上设置出气口(未示出)，本发明中，外壳1的底面为半球形，此处的半球形为设置有出水口的半球形。

根据本发明所述的滤芯过滤器，其中，阳极3的材质可以为本领域常规用作阳极的材质，例如可以为石墨、钛和铂中的至少一种，优选为钛和/或铂。

根据本发明所述的滤芯过滤器，其中，滤芯2的材质可以为本领域常规用作滤芯的金属材质，例如可以为不锈钢和/或钛中的一种，优选为不锈钢。

根据本发明所述的滤芯过滤器，其中，壳体1的材质可以为本领域常规的材质，例如可以为玻璃钢或不锈钢中的一种。

根据本发明所述的滤芯过滤器，其中，对该滤芯过滤器的高径比没有特殊要求。

另一方面，本发明还提供了如上所述的滤芯过滤器在预处理脱硫液中的应用。

第三方面，本发明还提供了一种脱硫液的预处理方法，该预处理方法包括：将脱硫液进行沉淀；然后将沉淀得到的上清液通过滤芯过滤器进行电解、氧化、成垢和过滤处理，其中，所述滤芯过滤器为如上所述的滤芯过滤器。

本发明中，脱硫液可以为本领域常规的经钠碱法处理后得到的脱硫液，本领域技术人员应该理解的是，该经过钠碱法处理后得到的脱硫液中含有SO₃ ^2-和HSO₃ ^-，并含有少量的粉尘和杂质离子，如Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等。铁锰离子一般是由于钠碱法处理过程中的设备腐蚀引入到脱硫液中的，钙镁离子一般是由于所用工业用水中含有钙镁离子而引入到脱硫液中的，粉尘是指脱硫液洗涤烟气过程中，由烟气中转移至脱硫液的催化剂等粉尘物质。

优选地，本发明的预处理方法处理的脱硫液为催化裂化装置钠碱法脱硫液，即催化裂化装置烟气经过钠碱法脱硫处理后得到的脱硫液，该脱硫液中SO₃ ^2-和HSO₃ ^-的总含量为12～15g/L，铁离子的含量为1～4mg/L，锰离子的含量为0.5～0.9mg/L，钙镁离子的含量为35～50mg/L，pH为6～8，且该脱硫液因含有大量的催化剂粉尘而浊度较大。

根据本发明的预处理方法，其中，只要将脱硫液进行沉淀，然后将沉淀得到的上清液在通电情况下通过上述滤芯过滤器，进行电解、氧化、成垢和过滤处理，即可在氧化脱硫液的同时有效地去除脱硫液中含有的铁离子、锰离子、钙离子、镁离子和粉尘颗粒，但是，为了在氧化脱硫液的同时更有效地去除脱硫液中含有的铁离子、锰离子、钙离子、镁离子和粉尘颗粒，优选地，在进行预处理时，沉淀得到的上清液通过滤芯过滤器的条件包括：操作压力为-0.1～-0.6MPa。在此，操作压力是指在采用筒形上部不密封的滤芯过滤器进行脱硫液预处理时(如图1所示)，对外壳下部出水口进行减压操作，该减压操作的压力为-0.1～-0.6MPa，减压操作的方式可以为本领域常规的减压方式，例如可以为抽真空减压。

本领域的技术人员应该理解的是将沉淀得到的上清液通过滤芯过滤器进行电解、氧化、成垢和过滤处理，其中，电解其实是由电源4、阳极3和滤芯2组成的电解池完成的，在预处理脱硫液时，优选地，电源4提供的电流密度为50～150mA/cm^-1，另外，本领域的技术人员还应该理解的是该电源4为直流电源才能够保证电解池中，阳极3附近总是产生氧气，滤芯2附近总是产生OH^-，从而才能够更好地实现本发明的发明目的。

根据本发明所述的预处理方法，优选地，滤芯2的滤孔的孔径为≤5μm，从而能够更有效地去除生成的沉淀和粉尘颗粒。

根据本发明所述的预处理方法，该预处理方法还可以包括：用氮气反冲洗，然后酸液浸泡滤芯过滤器。由于预处理一段时间后，生成的沉淀和粉尘颗粒堆积在滤芯的内表面，会导致脱硫液经过滤芯过滤器的速度变慢，因此，当进出口压差达到0.15MPa时，可以采用氮气反冲洗滤芯过滤器的方式，来保证预处理的脱硫液能够顺利通过滤芯过滤器。氮气反向冲洗的方式可以为由外壳出口处向滤层的方向吹氮气流，氮气反冲洗的操作压力可以为0.2～0.7MPa；酸液可以为本领域常规用于浸泡除垢的酸液，例如可以为盐酸。

根据本发明所述的预处理方法，其中，沉淀的方式可以为本领域常规的沉淀方式，例如可以为絮凝沉淀或静置沉淀，优选为絮凝沉淀。

根据本发明所述的预处理方法，其中，絮凝沉淀所用的絮凝剂为有机絮凝剂，优选地，相对于1L的脱硫流，有机絮凝剂的用量为0.5～4.0mg；其中，当有机絮凝剂优选为聚丙烯酰胺及其衍生物，更优选为聚丙烯酰胺和/或阳离子型聚丙烯酰胺，能够更有效地去除脱硫液中的杂质离子和粉尘。

根据本发明所述的预处理方法，其中，絮凝沉淀的条件，可以为本领域常规的进行絮凝沉淀的条件，例如可以为静置30～120min，静置时间对后续的过滤步骤有很大影响，当静置时间为30～120min时，能够更有效地固液分离，从而减小沉淀得到的上清液对后续过滤步骤的压力。

实施例

在以下实施例和对比例中，硬度表示钙镁离子的总含量，压力均以表压计。聚丙烯酰胺和阳离子型聚丙烯酰胺均购自东方环保工程材料有限公司，牌号分别为PAM-2A-1和CPAM。

铁离子、锰离子、硬度和浊度的测定方法分别为邻菲啰啉分光光度法(Q/SH3155.S08.005-2006)、原子吸收分光光度法(GB/T5750.6-2006)、EDTA滴定法(Q/SH3155.S08.003-2006)和分光光度法(Q/SH3155.S08.001-2006)，SO₃ ^2-和HSO₃ ^-的含量采用碘量法测定。

实施例1

本实施例用于说明本发明的滤芯过滤器及其应用和脱硫液的预处理方法

快速搅拌过程中向10L的1号脱硫液(其成分如表1所示)中加入5mg聚丙烯酰胺，进行絮凝沉淀，混合均匀后静置120min，测定沉淀得到的上清液中SO₃ ^2-和HSO₃ ^-的含量、铁离子的含量，锰离子的含量，硬度和浊度(结果见表2)，然后采用如图1所示的滤芯过滤器继续对沉淀得到的上清液进行处理，按照图1所示的进水方向将沉淀得到的上清液通入滤芯过滤器中，在直流电源4提供的电流密度为50mA/cm^-1的条件下进行预处理，并在外壳1下部的出水口处采用真空减压的方式控制操作压力为-0.1MPa，使得经过滤芯过滤器处理的清液从外壳1下部的出水口流出，当进出口压力差为0.15MPa时，停止预处理过程，采用反冲洗的方式从外壳1下部的出水口向滤芯方向吹氮气，反冲洗的压力为0.2MPa，然后用5％的盐酸溶液浸泡该滤芯过滤器5min除垢。然后可以将反向冲洗并除垢后的滤芯过滤器按照上述的步骤继续用于预处理脱硫液。测定从外壳1下部的出水口流出的清液中SO₃ ^2-和HSO₃ ^-的含量、铁离子的含量，锰离子的含量，硬度和浊度(结果见表2)。其中，滤芯过滤器的滤芯2为不锈钢材质，阳极3为钛材质，外壳1为不锈钢材质，滤芯2滤孔的孔径为3μm。

实施例2

本实施例用于说明本发明的滤芯过滤器及其应用和脱硫液的预处理方法

快速搅拌过程中先后向10L的2号脱硫液(其成分如表1所示)中加入20mg的聚丙烯酰胺，进行絮凝沉淀，混合均匀后静置80min，测定沉淀得到的上清液中SO₃ ^2-和HSO₃ ^-的含量、铁离子的含量，锰离子的含量，硬度和浊度(结果见表2)，然后采用如图1所示的滤芯过滤器继续对沉淀得到的上清液进行处理，按照图1所示的进水方向将沉淀得到的上清液通入滤芯过滤器中，在直流电源4提供的电流密度为100mA/cm^-1的条件下进行预处理，并在外壳1下部的出水口处采用真空减压的方式控制操作压力为-0.4MPa，使得经过滤芯过滤器处理的清液从外壳1下部的出水口流出，当进出口压力差为0.15MPa时，停止预处理过程，采用反冲洗的方式从外壳1下部的出水口向滤芯方向吹氮气，反冲洗的压力为0.5MPa，然后用5％的盐酸溶液浸泡该滤芯过滤器6min除垢。然后可以将反向冲洗并除垢后的滤芯过滤器按照上述的步骤继续用于预处理脱硫液。测定从外壳1下部的出水口流出的清液中SO₃ ^2-和HSO₃ ^-的含量、铁离子的含量，锰离子的含量，硬度和浊度(结果见表2)。其中，滤芯过滤器的滤芯2为不锈钢材质，阳极3为石墨材质，外壳1为不锈钢材质，滤芯2滤孔的孔径为4μm。

实施例3

本实施例用于说明本发明的滤芯过滤器及其应用和脱硫液的预处理方法

快速搅拌过程中先后向10L的3号脱硫液(其成分如表1所示)中加入40mg的阳离子型聚丙烯酰胺，进行絮凝沉淀，混合均匀后静置30min，测定沉淀得到的上清液中SO₃ ^2-和HSO₃ ^-的含量、铁离子的含量，锰离子的含量，硬度和浊度(结果见表2)，然后采用如图1所示的滤芯过滤器继续对沉淀得到的上清液进行处理，按照图1所示的进水方向将沉淀得到的上清液通入滤芯过滤器中，在直流电源4提供的电流密度为150mA/cm^-1的条件下进行预处理，并在外壳1下部的出水口处采用真空减压的方式控制操作压力为-0.6MPa，使得经过滤芯过滤器处理的清液从外壳1下部的出水口流出，当进出口压力差为0.15MPa时，停止预处理过程，采用反冲洗的方式从外壳1下部的出水口向滤芯方向吹氮气，反冲洗的压力为0.7MPa，然后用5％的盐酸溶液浸泡该滤芯过滤器7min除垢。然后可以将反向冲洗并除垢后的滤芯过滤器按照上述的步骤继续用于预处理脱硫液，测定从外壳1下部的出水口流出的清液中SO₃ ^2-和HSO₃ ^-的含量、铁离子的含量，锰离子的含量，硬度和浊度(结果见表2)。其中，滤芯过滤器的滤芯2为不锈钢，阳极3为铂材质，外壳1为玻璃钢材质，滤芯2滤孔的孔径为5μm。

实施例4

本实施例用于说明本发明的滤芯过滤器及其应用和脱硫液的预处理方法

按照实施例1的方法预处理脱硫液，不同的是，将操作压力替换为-1.0MPa，然后分别测定沉淀得到的上清液中和从外壳1下部的出水口流出的清液中SO₃ ^2-和HSO₃ ^-的含量、铁离子的含量，锰离子的含量，硬度和浊度(结果见表2)。

实施例5

本实施例用于说明本发明的滤芯过滤器及其应用和脱硫液的预处理方法

按照实施例1的方法预处理脱硫液，不同的是，滤芯过滤器的滤芯的孔径为10μm，然后分别测定沉淀得到的上清液中和从外壳1下部的出水口流出的清液中SO₃ ^2-和HSO₃ ^-的含量、铁离子的含量，锰离子的含量，硬度和浊度(结果见表2)。

实施例6

本实施例用于说明本发明的滤芯过滤器及其应用和脱硫液的预处理方法

按照实施例1的方法预处理脱硫液，不同的是，将5mg的聚丙烯酰胺替换为3mg的聚丙烯酰胺，然后分别测定沉淀得到的上清液中和从外壳1下部的出水口流出的清液中SO₃ ^2-和HSO₃ ^-的含量、铁离子的含量，锰离子的含量，硬度和浊度(结果见表2)。

对比例1

按照实施例1的方法预处理脱硫液，不同的是，滤芯过滤器中不设置电源和阳极，即形不成电解池，然后分别测定沉淀得到的上清液中和从外壳1下部的出水口流出的清液中SO₃ ^2-和HSO₃ ^-的含量、铁离子的含量，锰离子的含量，硬度和浊度(结果见表2)。

表1

注：“/”表示超出检测范围，目视非常浑浊。

表2

注：SO₃ ^2-和HSO₃ ^-浓度以g/L计；其余浓度以mg/L计。

将实施例1-6与对比例1比较可以看出，采用本发明的滤芯过滤器预处理脱硫液，能够在氧化脱硫液的同时有效地去除脱硫液中含有的铁离子、锰离子、钙离子、镁离子和粉尘颗粒，使得最终处理得到的清液中不含有SO₃ ^2-和HSO₃ ^-，铁离子的含量小于0.2mg/L，锰离子的含量小于0.1mg/L，硬度小于0.2mg/L，浊度小于3mg/L，当铁离子、锰离子、浊度和硬度同时满足上述含量范围时，预处理方法处理后得到的清液的水质才能够满足后续双极膜电渗析所需水质的要求，另外，采用该滤芯过滤器预处理脱硫液的步骤也比较简单。

将实施例1和实施例4比较可以看出，当沉淀得到的上清液通过所述滤芯过滤器的操作压力为-0.1～-0.6MPa，能够在氧化脱硫液的同时更有效地去除脱硫液中的杂质离子和粉尘。

将实施例1和实施例5比较可以看出，当滤芯的孔径为≤5μm时，能够在氧化脱硫液的同时更有效地去除脱硫液中的杂质离子和粉尘。

将实施例1和实施例6比较可以看出，当有机絮凝剂为聚丙烯酰胺时，相对于1L的脱硫流，有机絮凝剂的用量为0.5～4.0mg时，能够更有效地去除脱硫液中的杂质离子和粉尘。

因此，采用本发明的滤芯过滤器预处理脱硫液，能够在氧化脱硫液的同时有效地去除脱硫液中含有的铁离子、锰离子、钙离子、镁离子和粉尘颗粒，使得最终处理得到的清液中不含有SO₃ ^2-和HSO₃ ^-，铁离子的含量小于0.2mg/L，锰离子的含量小于0.1mg/L，硬度小于0.2mg/L，浊度小于3mg/L，当铁离子、锰离子、浊度和硬度同时满足上述含量范围时，预处理方法处理后得到的清液的水质才能够满足后续双极膜电渗析所需水质的要求，另外，采用该滤芯过滤器预处理脱硫液的步骤也比较简单。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种滤芯过滤器，其特征在于，该滤芯过滤器包括外壳、滤芯、阳极和电源，所述电源的负极与所述滤芯通过导线连接，所述电源的正极与所述阳极通过导线连接，所述阳极与所述滤芯不接触，所述外壳包围滤芯，且所述外壳的下部设置有出水口。

2.根据权利要求1所述的滤芯过滤器，其中，所述外壳和所述滤芯均为筒状，所述外壳和所述滤芯的底面均为半球形，且所述外壳与所述滤芯上端相连接。

3.根据权利要求1所述的滤芯过滤器，其中，所述阳极的材质为石墨、钛和铂中的至少一种，优选为钛和/或铂。

4.根据权利要求1所述的滤芯过滤器，其中，所述滤芯的材质为不锈钢和/或钛，优选为不锈钢。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的滤芯过滤器在预处理脱硫液中的应用。

6.一种脱硫液的预处理方法，其特征在于，该预处理方法包括：将脱硫液进行沉淀；然后将沉淀得到的上清液通过滤芯过滤器进行电解、氧化、成垢和过滤处理，其中，所述滤芯过滤器为权利要求1-4中任意一项所述的滤芯过滤器。

7.根据权利要求6所述的预处理方法，其中，沉淀得到的上清液通过所述滤芯过滤器的条件包括：操作压力为-0.1～-0.6MPa。

8.根据权利要求6或7所述的预处理方法，其中，沉淀得到的上清液通过所述滤芯过滤器的条件还包括：电流密度为50～150mA/cm^-1。

9.根据权利要求6所述的预处理方法，其中，所述滤芯的孔径为≤5μm。

10.根据权利要求6所述的预处理方法，其中，所述沉淀选自絮凝沉淀或静置沉淀，优选为絮凝沉淀。

11.根据权利要求10所述的预处理方法，其中，絮凝沉淀所用的絮凝剂为有机絮凝剂，优选地，相对于1L的脱硫流，有机絮凝剂的用量为0.5～4.0mg；有机絮凝剂为聚丙烯酰胺及其衍生物，更优选为聚丙烯酰胺和/或阳离子型聚丙烯酰胺。

12.根据权利要求6所述的预处理方法，其中，该预处理方法还包括：用氮气反冲洗，然后酸液浸泡所述滤芯过滤器。