CN105525306A - 一种去除高浓度盐水中toc的系统及方法 - Google Patents

一种去除高浓度盐水中toc的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于离子膜制碱工业中的TOC控制领域，具体涉及一种去除高浓度盐水中TOC的系统及方法，本发明提供的系统包括盐水进料管、碱液进料管、纯净水管、废液排出管、滤液流出管和竖直放置的吸附树脂塔等，该系统结构简单，可实现自动控制和连续化生产，使用树脂对TOC进行吸附，去除效率高，同时树脂易解吸再生、性能稳定、可反复使用；本发明提供的方法包括a.树脂活化、b.吸附去除TOC和c.树脂再生三个步骤，该方法较为简单，易实现自动控制和连续化生产，有助于节省生产成本，有极大的市场价值。

Description

一种去除高浓度盐水中TOC的系统及方法
技术领域
本发明属于离子膜制碱工业中的TOC控制领域，具体涉及一种去除高浓度盐水中TOC的系统及方法。
背景技术
TOC是有机碳的总称，离子膜制碱工艺对盐水中的有机碳TOC的控制指标要求小于10ppm。盐水进料中有机污染物含量过高，会对离子膜、电解槽的性能产生不利的影响，主要影响有：TOC降低膜的有效面积，槽电压上升；TOC使离子膜膨胀和间断脱液，同时降低了阻止阴离子的能力，降低膜的电流效率，膜的长时间脱液，还会造成电流效率的永久性下降；TOC造成电解槽内的氯氢压力波动，长时间会使膜形成针孔，产品品质下降；TOC会破坏离子膜结构，造成离子膜不可完全恢复的损伤，缩短膜的使用寿命；TOC通过不透过性的覆盖阳极涂层，降低阳极的活性区域，使槽电压升高，电流分布变差；也能透过性的覆盖阳极涂层，限制氯离子接近阳极，增加氧气的产生，造成阳极涂层过早失效，缩短阳极的使用寿命；TOC在电解槽内的反应物(氯碳化合物)会覆盖在电极表面，引起分解电压升高，电耗增加；TOC会降低氯气纯度和电流效率。上述影响中有些影响是永久性的，无法挽救，对企业造成很大损失。
为了离子膜制碱工艺低能耗经济运行，必须严格控制盐水进料中的TOC。但目前在国内和业界还没有较好的去除高浓度盐水中TOC的办法和工艺，只是强调源头原盐的控制及减少污染环节的带入。我公司离子膜全卤制碱项目于2010年10月投产，2013年因地下卤水矿品发生变化，盐水进料TOC在170ppm左右，严重的TOC超标，导致槽电压上涨迅猛，电流效率加速下降，产品品质下降，拆卸检查发现膜起泡、阳极涂层损坏，迫使对原装置的电解槽、离子膜进行了全部的更换。可见，TOC超标对离子膜工艺造成的恶劣影响，迫切需要解决盐水中TOC超标的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种去除高浓度盐水中TOC的系统和方法，使用该系统和方法可以达到有效降低盐水中TOC的目的。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种去除高浓度盐水中TOC的系统，包括盐水进料管、碱液进料管、纯净水管、废液排出管、滤液流出管和竖直放置的吸附树脂塔，所述吸附树脂塔的顶部开设有盐水进口、碱液进口和纯净水进口，所述吸附树脂塔的底部开设有废液出口和滤液出口，所述盐水进口与所述盐水进料管连通，所述碱液进口与所述碱液进料管连通，所述纯净水进口与所述纯净水管连通，所述废液出口与废液排出管连通，所述滤液出口与所述滤液流出管连通；
所述盐水进料管上设置有支管口，所述支管口与盐酸管道连通，所述盐酸管道内的盐酸溶液能够通过所述支管口与所述盐水进料管内的盐水混合，所述盐酸管道上设置有盐酸控制阀，所述支管口及所述盐水进口之间的盐水进料管道上设置有pH自动检测装置和流量控制装置，所述废液排出管上设置有排液阀，所述滤液流出管上设置有流量控制装置，所述碱液进料管上设置有碱液进料阀，所述纯净水管上设置有纯净水阀；
所述吸附树脂塔的顶部还设置有用于维持吸附树脂塔内气压与外界大气压相平衡的排空装置。
另外，容易想到的是，所述盐水进料管远离所述吸附树脂塔的一端连通盐水储罐，靠近盐水储罐的盐水进料管上设置有输料泵；所述盐酸管道远离所述支管口的一端连通盐酸储罐；所述碱液进料管远离所述吸附树脂塔的一端连通碱液储罐；所述滤液流出管远离所述吸附树脂塔的一端连通有盐水中转罐或作为洁净原料直接输送至离子膜制碱车间；所述废液排出管排出的液体直接流入污水池进行污水处理。
在上述技术方案的基础上，本发明所述的去除TOC的系统还可以做如下改进。
进一步，所述pH自动检测装置为在线pH检测仪或pH传感器。
进一步，所述流量控制装置包括流量控制阀和流量指示器。
进一步，所述排空装置为与所述吸附树脂塔内部连通的排空弯管。
进一步，所述碱液进料阀、纯净水阀、排液阀和盐酸控制阀均为电磁阀。使用电磁阀便于信息集中和自动化控制。
进一步，还包括至少一个与所述吸附树脂塔及其连接结构完全相同的备用树脂塔，所述备用树脂塔与所述吸附树脂塔并联。
本发明还提供一种去除高浓度盐水中TOC的方法，包括如下步骤：
a.树脂活化:仅打开碱液进料阀和排液阀，通过吸附树脂塔顶部的碱液进料管加入碱溶液，碱溶液经吸附树脂塔的塔内分布器均匀透过树脂层后关闭排液阀，碱溶液完全浸没树脂后关闭碱液进料阀，充分浸泡树脂至其被完全激活，打开树脂塔底部的排液阀，塔内溶液经废液排出管全部排出，打开纯净水阀门，通过吸附树脂塔顶部的纯净水管道加入纯净水，纯净水经树脂塔塔内分布器均匀透过树脂层对树脂进行洗涤，洗至废液排出管中的液体呈中性或弱碱性后关闭所有阀门，得到树脂活化了的吸附树脂塔。
b.吸附去除TOC：盐水经吸附树脂塔顶部的盐水进料管送入树脂活化了的吸附树脂塔内，同时通过管道加酸将盐水的pH值调整至1-3之间，盐水经吸附树脂塔塔内分布器均匀透过树脂层，盐水中的TOC被树脂吸附，去除TOC后的盐水经树脂塔塔内隔板汇聚于吸附树脂塔底部，经底部滤液流出管流出。通过调节吸附树脂塔顶部盐水进料管和底部滤液流出管上的流量控制阀，控制流量大小以保证盐水在吸附树脂塔内停留适当的时间，从而让盐水中的TOC被树脂充分吸附。流量控制阀调节的流量是否适当，以检测滤液流出管流出的盐水中TOC含量是否达到要求为准，通常要求为TOC含量小于10ppm。
c.树脂再生：当吸附树脂塔内的树脂吸附TOC的能力明显下降后(已持续运行较长时间，通过调整流量控制阀已经无法保证在符合生产要求的时间内使滤液流出管流出的盐水的TOC含量降低至10ppm以下)，关闭吸附树脂塔顶部盐水进料管上的流量控制阀，停止盐水供入，同时启用与吸附树塔并联且树脂已活化的备用树脂塔按步骤b对盐水中的TOC进行吸附，已停止盐水供入的原吸附树脂塔内的剩余盐水通过静压全部流出后，重复步骤a对原吸附树脂塔内的树脂进行活化。
具体的，步骤a中使用的碱溶液为氢氧化钠溶液，其质量浓度为不低于3％。
具体的，步骤a中的树脂为大孔吸附树脂，步骤a中碱液浸泡树脂至其完全激活所用时间为2-3小时。
具体的，步骤a中所述的管道加酸使用的酸为盐酸溶液，盐酸溶液的质量分数在30％以上。
本发明的有益效果是：目前，国际、国内尚无对高浓度盐水中TOC进行去除的设备和方法，本发明提供的去除高浓度盐水中TOC的系统结构简单，可实现自动控制和连续化生产；使用树脂对TOC进行吸附，去除效率高，同时树脂易解吸再生、性能稳定、可反复使用；本发明提供的去除高浓度盐水中TOC的方法简单，易实现自动控制和连续化生产，有助于节省生产成本；综上所述，本发明提供的去除高浓度盐水中TOC的系统及方法适用于工业生产，有极大的市场价值。
附图说明
图1为本发明提供的一种去除高浓度盐水中TOC的系统示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1.吸附树脂塔；2.盐水进料管；3.碱液进料管；4.盐酸管道；5.纯净水管；6.滤液流出管；7.废液排出管；8.pH自动检测装置；9.流量控制阀；10.流量指示器；11.碱液进料阀；12.纯净水阀；13.排液阀；14.排空弯管；15.盐酸控制阀。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种去除高浓度盐水中TOC的系统，包括盐水进料管2、碱液进料管3、纯净水管5、废液排出管7、滤液流出管6和竖直放置的吸附吸附树脂塔1，所述吸附树脂塔1的顶部开设有盐水进口、碱液进口和纯净水进口，所述吸附树脂塔1的底部开设有废液出口和滤液出口，所述盐水进口与所述盐水进料管2连通，所述碱液进口与所述碱液进料管3连通，所述纯净水进口与所述纯净水管5连通，所述废液出口与废液排出管7连通，所述滤液出口与所述滤液流出管6连通；
所述盐水进料管2上设置有支管口，所述支管口与盐酸管道4连通，所述盐酸管道4内的盐酸溶液能够通过所述支管口与所述盐水进料管2内的盐水混合，所述盐酸管道4上设置有盐酸控制阀15，所述支管口及所述盐水进口之间的盐水进料管2道上设置有pH自动检测装置8和流量控制装置，所述废液排出管7上设置有排液阀13，所述滤液流出管6上设置有流量控制装置，所述碱液进料管3上设置有碱液进料阀11，所述纯净水管5上设置有纯净水阀12；
所述吸附树脂塔1的顶部还设置有用于维持吸附树脂塔1内气压与外界大气压相平衡的排空装置。
在上述技术方案的基础上，本发明提供的系统还可以有如下进一步改进。
进一步，所述pH自动检测装置8为在线pH检测仪或pH传感器。
进一步，所述流量控制装置包括流量控制阀9和流量指示器10。
进一步，所述排空装置为与所述吸附树脂塔1内部连通的排空弯管14。
进一步，所述碱液进料阀11、纯净水阀12、排液阀13和盐酸控制阀15均为电磁阀。
进一步，还包括至少一个与所述吸附树脂塔1及其连接结构完全相同的备用树脂塔，所述备用树脂塔与所述吸附树脂塔1并联。
实施例1
使上述系统对TOC含量200ppm的高浓度氯化钠盐水进行TOC的去除，所述高浓度氯化钠盐水的温度接近室温且固态悬浮物(ss)含量在10ppm以下，去除TOC的其具体步骤如下：
a.树脂活化:仅打开碱液进料阀和排液阀，通过吸附树脂塔顶部的碱液进料管加入质量分数3％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液经吸附树脂塔的塔内分布器均匀透过树脂层后关闭排液阀，氢氧化钠溶液完全浸没树脂后关闭碱液进料阀，浸泡树脂3小时至其被完全激活，打开树脂塔底部的排液阀，塔内溶液经废液排出管全部排出，打开纯净水阀门，通过吸附树脂塔顶部的纯净水管道加入纯净水，纯净水经树脂塔塔内分布器均匀透过树脂层对树脂进行洗涤，洗至废液排出管中的液体的pH为8.5时关闭所有阀门，得到树脂活化了的吸附树脂塔。
b.吸附去除TOC：盐水经吸附树脂塔顶部的盐水进料管送入树脂活化了的吸附树脂塔内，同时通过管道加入质量分数为30％的盐酸将盐水的pH值调整至1，盐水经吸附树脂塔塔内分布器均匀透过树脂层，盐水中的TOC被树脂吸附，去除TOC后的盐水经树脂塔塔内隔板汇聚于吸附树脂塔底部，经底部滤液流出管流出。本系统1小时内可处理与树脂投入量等体积的盐水，被处理的盐水TOC含量由200ppm降低至10ppm以下。
c.树脂再生：当吸附树脂塔内的树脂吸附TOC的能力明显下降后(已持续运行较长时间，通过调整流量控制阀已经无法保证在符合生产要求的时间内使滤液流出管流出的盐水的TOC含量降低至10ppm以下)，关闭吸附树脂塔顶部盐水进料管上的流量控制阀，停止盐水供入，同时启用与吸附树塔并联且树脂已活化的备用树脂塔按步骤b对盐水中的TOC进行吸附，已停止盐水供入的原吸附树脂塔内的剩余盐水通过静压全部流出后，重复步骤a对原吸附树脂塔内的树脂进行活化。
实施例2
使上述系统对TOC含量170ppm的高浓度氯化钠盐水进行TOC的去除，所述高浓度氯化钠盐水的温度接近室温且固态悬浮(ss)物含量在10ppm以下，去除TOC的其具体步骤如下：
a.树脂活化:仅打开碱液进料阀和排液阀，通过吸附树脂塔顶部的碱液进料管加入质量分数4％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液经吸附树脂塔的塔内分布器均匀透过树脂层后关闭排液阀，氢氧化钠溶液完全浸没树脂后关闭碱液进料阀，浸泡树脂2.5小时至其被完全激活，打开树脂塔底部的排液阀，塔内溶液经废液排出管全部排出，打开纯净水阀门，通过吸附树脂塔顶部的纯净水管道加入纯净水，纯净水经树脂塔塔内分布器均匀透过树脂层对树脂进行洗涤，洗至废液排出管中的液体的pH为7.5时关闭所有阀门，得到树脂活化了的吸附树脂塔。
b.吸附去除TOC：盐水经吸附树脂塔顶部的盐水进料管送入树脂活化了的吸附树脂塔内，同时通过管道加入33％的盐酸将盐水的pH值调整至2，盐水经吸附树脂塔塔内分布器均匀透过树脂层，盐水中的TOC被树脂吸附，去除TOC后的盐水经树脂塔塔内隔板汇聚于吸附树脂塔底部，经底部滤液流出管流出。本系统1小时内可处理与树脂投入量等体积的盐水，被处理的盐水TOC含量由170ppm降低至10ppm以下。
c.树脂再生：当吸附树脂塔内的树脂吸附TOC的能力明显下降后(已持续运行较长时间，通过调整流量控制阀已经无法保证在符合生产要求的时间内使滤液流出管流出的盐水的TOC含量降低至10ppm以下)，关闭吸附树脂塔顶部盐水进料管上的流量控制阀，停止盐水供入，同时启用与吸附树塔并联且树脂已活化的备用树脂塔按步骤b对盐水中的TOC进行吸附，已停止盐水供入的原吸附树脂塔内的剩余盐水通过静压全部流出后，重复步骤a对原吸附树脂塔内的树脂进行活化。
实施例3
使上述系统对TOC含量150ppm的高浓度氯化钠盐水进行TOC的去除，所述高浓度氯化钠盐水的温度接近室温且固态悬浮物(ss)含量在10ppm以下，去除TOC的具体步骤如下：
a.树脂活化:仅打开碱液进料阀和排液阀，通过吸附树脂塔顶部的碱液进料管加入质量分数5％的氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液经吸附树脂塔的塔内分布器均匀透过树脂层后关闭排液阀，氢氧化钠溶液完全浸没树脂后关闭碱液进料阀，浸泡树脂2小时至其被完全激活，打开树脂塔底部的排液阀，塔内溶液经废液排出管全部排出，打开纯净水阀门，通过吸附树脂塔顶部的纯净水管道加入纯净水，纯净水经树脂塔塔内分布器均匀透过树脂层对树脂进行洗涤，洗至废液排出管中的液体的pH为7时关闭所有阀门，得到树脂活化了的吸附树脂塔。
b.吸附去除TOC：盐水经吸附树脂塔顶部的盐水进料管送入树脂活化了的吸附树脂塔内，同时通过管道加入36％的盐酸将盐水的pH值调整至3，盐水经吸附树脂塔塔内分布器均匀透过树脂层，盐水中的TOC被树脂吸附，去除TOC后的盐水经树脂塔塔内隔板汇聚于吸附树脂塔底部，经底部滤液流出管流出。本系统1小时内可处理与树脂投入量等体积的盐水，被处理的盐水TOC含量由150ppm降低至10ppm以下。
c.树脂再生：当吸附树脂塔内的树脂吸附TOC的能力明显下降后(已持续运行较长时间，通过调整流量控制阀已经无法保证在符合生产要求的时间内使滤液流出管流出的盐水的TOC含量降低至10ppm以下)，关闭吸附树脂塔顶部盐水进料管上的流量控制阀，停止盐水供入，同时启用与吸附树塔并联且树脂已活化的备用树脂塔按步骤b对盐水中的TOC进行吸附，已停止盐水供入的原吸附树脂塔内的剩余盐水通过静压全部流出后，重复步骤a对原吸附树脂塔内的树脂进行活化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种去除高浓度盐水中TOC的系统，其特征在于，包括盐水进料管(2)、碱液进料管(3)、纯净水管(5)、废液排出管(7)、滤液流出管(6)和竖直放置的吸附树脂塔(1)，所述吸附树脂塔(1)的顶部开设有盐水进口、碱液进口和纯净水进口，所述吸附树脂塔(1)的底部开设有废液出口和滤液出口，所述盐水进口与所述盐水进料管(2)连通，所述碱液进口与所述碱液进料管(3)连通，所述纯净水进口与所述纯净水管(5)连通，所述废液出口与废液排出管(7)连通，所述滤液出口与所述滤液流出管(6)连通；
所述盐水进料管(2)上设置有支管口，所述支管口与盐酸管道(4)连通，所述盐酸管道(4)内的盐酸溶液能够通过所述支管口与所述盐水进料管(2)内的盐水混合，所述盐酸管道(4)上设置有盐酸控制阀(15)，所述支管口及所述盐水进口之间的盐水进料管(2)道上设置有pH自动检测装置(8)和流量控制装置，所述废液排出管(7)上设置有排液阀(13)，所述滤液流出管(6)上设置有流量控制装置，所述碱液进料管(3)上设置有碱液进料阀(11)，所述纯净水管(5)上设置有纯净水阀(12)；
所述吸附树脂塔(1)的顶部还设置有用于维持吸附树脂塔(1)内气压与外界大气压相平衡的排空装置。
2.根据权利要求1所述的一种去除高浓度盐水中TOC的系统，其特征在于，所述pH自动检测装置(8)为在线pH检测仪或pH传感器。
3.根据权利要求1所述的一种去除高浓度盐水中TOC的系统，其特征在于，所述流量控制装置包括流量控制阀(9)和流量指示器(10)。
4.根据权利要求1所述的一种去除高浓度盐水中TOC的系统，其特征在于，所述排空装置为与所述吸附树脂塔(1)内部连通的排空弯管(14)。
5.根据权利要求1所述的一种去除高浓度盐水中TOC的系统，其特征在于，所述碱液进料阀(11)、纯净水阀(12)、排液阀(13)和盐酸控制阀(15)均为电磁阀。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种去除高浓度盐水中TOC的系统，其特征在于，还包括至少一个与所述吸附树脂塔(1)结构完全相同的备用树脂塔，所述备用树脂塔与所述吸附树脂塔(1)并联。
7.一种使用如权利要求1至6任一项所述的系统去除高浓度盐水中TOC的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.树脂活化:仅打开碱液进料阀和排液阀，通过吸附树脂塔顶部的碱液进料管加入碱溶液，碱溶液经吸附树脂塔的塔内分布器均匀透过树脂层后关闭排液阀，碱溶液完全浸没树脂后关闭碱液进料阀，充分浸泡树脂至其被完全激活，打开树脂塔底部的排液阀，塔内溶液经废液排出管全部排出，打开纯净水阀门，通过吸附树脂塔顶部的纯净水管道加入纯净水，纯净水经树脂塔塔内分布器均匀透过树脂层对树脂进行洗涤，洗至废液排出管中的液体呈中性或弱碱性后关闭所有阀门，得到树脂活化了的吸附树脂塔；
b.吸附去除TOC：盐水经吸附树脂塔顶部的盐水进料管送入树脂活化了的吸附树脂塔内，同时通过管道加酸将盐水的pH值调整至1-3之间，盐水经吸附树脂塔塔内分布器均匀透过树脂层，盐水中的TOC被树脂吸附，去除TOC后的盐水经树脂塔塔内隔板汇聚于吸附树脂塔底部，经底部滤液流出管流出；
c.树脂再生：当吸附树脂塔内的树脂吸附TOC的能力明显下降后，关闭吸附树脂塔顶部盐水进料管上的流量控制阀，停止盐水供入，同时启用与吸附树塔并联且树脂已活化的备用树脂塔按步骤b对盐水中的TOC进行吸附，已停止盐水供入的原吸附树脂塔内的剩余盐水通过静压全部流出后，重复步骤a对原吸附树脂塔内的树脂进行活化。
8.根据权利要求7所述的一种去除高浓度盐水中TOC的方法，其特征在于，步骤a中使用的碱溶液为氢氧化钠溶液，其质量分数为在3％以上。
9.根据权利要求7所述的一种去除高浓度盐水中TOC的方法，其特征在于，步骤a中的树脂为大孔吸附树脂，步骤a中碱液浸泡树脂至其完全激活所用时间为2-3小时。
10.根据权利要求7-9任一项所述的一种去除高浓度盐水中TOC的方法，其特征在于，步骤a中所述的管道加酸使用的酸为质量分数30％以上的浓盐酸溶液。
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