CN105858981A - 一种浓盐水分质资源化处理装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浓盐水分质资源化处理装置及工艺。该装置包括：一价离子膜盐分离装置，具有进水口、浓水出口和淡水出口；第一双极膜制酸碱装置，其进水口连接所述一价离子膜盐分离装置的浓水出口；特种离子膜盐浓缩装置，其进水口连接所述一价离子膜盐分离装置的淡水出口；第二双极膜制酸碱装置，其进水口连接所述特种离子膜盐浓缩装置的浓水出口；光催化氧化装置，其进水口连接所述特种离子膜盐浓缩装置的淡水出口。本发明能够真正意义上在实现水和固废的零排放，变危废为资源，达到清洁生产、循环利用和分质资源化的目的。

Description

一种浓盐水分质资源化处理装置及工艺
技术领域
本发明属于废水零排放技术领域，更具体地说，涉及环保工程零排放技术领域的浓盐水分质资源化处理装置及工艺。
背景技术
煤化工及其他化工企业和电厂等能源企业的快速发展，工业生产耗水量很大，同时产生大量的高浓盐水，对水环境造成了较严重的污染。高浓盐水含盐量高达30000~100000 mg/L，主要含Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+、SO4 2-、Cl-、NO3 -、NO2 -等离子，易引起结垢，堵塞设备，有机物种类多，含量高。
目前国内外较成熟可靠的浓盐水的零排放的方式是使用反渗透膜将盐浓缩然后通过蒸发器或结晶器进行结晶制盐。反渗透膜和结晶器对进水水质要求高，投资大，运行成本高。常规的高浓盐水的零排放只是把溶解在废水中的污染物进一步进行了浓缩，并以固体的形式从系统中转化出来，整个工艺过程中，污染物并没有得到减量化处理，而是把污染物从一种形态转化为另一种形态。产生的固体成分复杂，只能作为危废处理，处置方法不当，还可能会造成二次污染。
发明内容
为解决上述传统技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种浓盐水分质资源化（BCU）组合工艺。针对浓盐水的主要成分和水质特点（TDS>30000mg/l)，分质逐级回收镁盐、钙盐、氯化钠浓盐液、硫酸钠浓盐液、盐酸、硫酸、氢氧化钠、中水等，再进行分质资源化利用。真正意义上在实现水和固废的零排放，变危废为资源，达到清洁生产、循环利用和分质资源化的目的。
本发明提供了一种浓盐水分质资源化处理装置，包括：
一价离子膜盐分离装置，具有进水口、浓水出口和淡水出口；
第一双极膜制酸碱装置，其进水口连接所述一价离子膜盐分离装置的浓水出口；
特种离子膜盐浓缩装置，其进水口连接所述一价离子膜盐分离装置的淡水出口；
第二双极膜制酸碱装置，其进水口连接所述特种离子膜盐浓缩装置的浓水出口；
光催化氧化装置，其进水口连接所述特种离子膜盐浓缩装置的淡水出口。
优选地，上述的浓盐水分质资源化处理装置，还包括通过管线顺次连接的浓盐水软化装置、钠床和精密过滤器，其中精密过滤器的出水口连接所述一价离子膜盐分离装置的进水口。
优选地，所述浓盐水软化装置包括一级软化装置和二级软化装置，所述一级软化装置为高效澄清器，所述二级软化装置包括微絮凝器和管式微滤装置，所述高效澄清器的出水口连接所述微絮凝器的入水口，所述微絮凝器的出水口连接所述管式微滤装置的入水口，所述管式微滤装置的出水口连接钠床的入水口。
优选地，上述的浓盐水分质资源化处理装置，还包括：第一板框脱水系统，其连接所述高效澄清器的固相出口；第二板框脱水系统，其连接所述管式微滤装置的固相出口。
优选地，所述特种离子膜盐浓缩装置的浓水出口与所述微絮凝器连接。
本发明还提供一种浓盐水分质资源化处理工艺，包括如下步骤：
1）浓盐水软化；
2）软化后的浓盐水，进入一价离子膜盐分离装置进行浓缩分离，一价离子膜盐分离装置的浓水侧得到NaCl浓盐液，NaCl浓盐液进入第一双极膜制酸碱装置，在第一双极膜制酸碱装置的双极膜的两侧施加0.83V以上的水理论分解电压后，得到氢氧化钠与盐酸，分别回收；
3）一价离子膜盐分离装置的淡水侧得到硫酸钠溶液，硫酸钠溶液进入特种离子膜盐浓缩装置进行浓缩分离，特种离子膜盐浓缩装置的浓水侧得到硫酸钠浓盐液，硫酸钠浓盐液进入第二双极膜制酸碱装置，在第二双极膜制酸碱装置的双极膜的两侧施加0.83V以上的水理论分解电压后，得到氢氧化钠与硫酸，分别回收；
4）特种离子膜盐浓缩装置的淡水侧得到含有有机污染物的低含盐水，进入光催化氧化装置以去除有机污染物后回用。
优选地，步骤1）浓盐水软化包括如下步骤：
a.浓盐水经絮凝、沉淀和过滤；
b.步骤a的处理后的出水进入钠床，利用钠床的钠型离子交换树脂进一步去除水中残留的结垢离子；
c.钠床的出水进入精密过滤器，进一步去除悬浮物；精密过滤器出水进入一价离子膜盐分离装置。
优选地，步骤a为: 浓盐水进入高效澄清器的絮凝区，在絮凝区进行絮凝后，进入高效澄清器的沉淀区，沉淀后，上清液进入微絮凝器，在微絮凝器进行絮凝反应后，出水进入管式微滤装置过滤，管式微滤装置的出水进入钠床，其中高效澄清器絮凝区所添加的絮凝剂为氢氧化钠/石灰、PAM和PAC，微絮凝器中所添加的絮凝剂为碳酸钠或硫酸钠或三氯化铝的其中之一或其组合。
优选地，所述特种离子膜盐浓缩装置的浓水侧的硫酸钠浓盐液部分回流至微絮凝器作为絮凝剂；所述一价离子膜盐分离装置浓水侧的NaCl浓盐液部分回用于钠床的再生。
优选地，所述高效澄清器的沉淀区的沉淀物进入板框脱水系统，脱水后，回收镁盐；所述管式微滤装置的过滤物进入板框脱水系统，脱水后，回收钙盐。
本发明由于采用了上述结构，一级软化装置回收的镁盐，可出售用于重金属脱除、印染废水脱色、烟气脱硫等方面；二级软化装置回收碳酸钙，可用于烟气脱硫、中和剂或催化剂、制水泥的膨胀剂等方面；一价离子膜盐分离装置浓水侧的氯化钠浓盐液部分回用作钠床再生液;双极膜电渗析制酸碱装置处理后回收得到氢氧化钠、盐酸和硫酸，可厂区内自用或作为工业原料出售；部分氢氧化钠可回用于本组合工艺中一级软化装置的软化药剂；特种离子膜盐浓缩装置的浓水侧的部分硫酸钠浓盐液可回用于二级软化装置的软化药剂；光催化氧化装置的出水作为中水进入循环水补水回用系统，协同处理后资源化利用。针对浓盐水的成分进行分质回收后，实现清洁生产、循环利用和分质资源化的目的。
附图说明
图1为本发明的浓盐水分质资源化处理装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的浓盐水分质资源化处理装置，包括：
一级软化装置，其为高效澄清器1，高效澄清器1包括连通的絮凝区100和沉淀区100，沉淀区100设有固相出口。
二级软化装置，其包括微絮凝器2和管式微滤装置3，高效澄清器1的出水口连接微絮凝器2的入水口，微絮凝器的出水口3连接管式微滤装置3的入水口，
钠床4，钠床的入水口连接和管式微滤装置3的出水口；
精密过滤器5，其入水口连接钠床4的出水口；
一价离子膜盐分离装置6，具有进水口、浓水出口和淡水出口，其进水口连接精密过滤器5的出水口；
第一双极膜制酸碱装置7，其进水口连接一价离子膜盐分离装置6的浓水出口；
特种离子膜盐浓缩装置8，其进水口连接一价离子膜盐分离装置6的淡水出口；
第二双极膜制酸碱装置9，其进水口连接特种离子膜盐浓缩装置8的浓水出口；
光催化氧化装置10，其进水口连接特种离子膜盐浓缩装置8的淡水出口；
第一板框脱水系统11，其连接高效澄清器1的固相出口；
第二板框脱水系统12，其连接管式微滤装置3的固相出口。
其中，特种离子膜盐浓缩装置8的浓水出口部分回流与微絮凝器2连接（图中未示出）。
本发明的浓盐水分质资源化处理装置工作时，浓盐水经过调解水质水量后输送至一级软化装置，一级软化装置采用高效澄清器1，向高效澄清器的絮凝区中加入氢氧化钠或石灰（可为来自于第一双极膜制酸碱装置7或第二双极膜制酸碱装置8制备的碱液），与水中镁离子、重金属、二氧化硅等物质反应生成沉淀物，然后再投加PAM、PAC，加速絮体的生长，同时依靠回流的污泥形成异核结晶，最终在高效澄清池1的沉淀区实现固液的分离。沉淀分离的污泥进入第一板框脱水系统11脱水回收得到镁盐，可出售用于重金属脱除、印染废水脱色、烟气脱硫等方面，或与厂区内的灰库协同处理。一级软化装置的上清液与二级软化装置连接，二级软化装置采用微絮凝器2和管式微滤装置3的组合工艺，在微絮凝器2中投加碳酸钠或回流的特种离子膜盐浓缩装置8浓水侧的硫酸钠浓盐液、三氯化铝或其组合，与水中的钙离子反应形成碳酸钙或硫酸钙或钙矾石的沉淀物，然后利用管式微滤装置3的管式微滤膜在高浓度悬浮固体下实现良好的固液分离，在实现回收钙盐（碳酸钙、硫酸钙或钙矾石）的同时，对易导致后续工艺结垢的成分有效去除，以便保证后续工艺的良好运行和高回收率。管式微滤装置3的出水钙离子、镁离子分别小于50mg/l，浊度小于1NTU。沉淀的碳酸钙、硫酸钙的混合污泥进入第二板框脱水装置12压滤脱水后，含水率小于60%，实现钙盐的回收，可回用做烟气脱硫系统的药剂，最终形成石膏外售。二级软化装置的出水与钠床4连接，通过钠型离子交换树脂进一步去除水中残留的钙、镁等结垢离子，确保水中硬度接近为零，保证后续工艺单元的稳定运行，提高后续工艺单元制备的氯化钠浓盐液的纯度。钠床4的出水与精密过滤器5连接，通过精密过滤器5进一步除去一些小颗粒悬浮物，防止对后续设备产生影响。精密过滤器5过滤精度为5μm。精密过滤器5的出水与一价离子膜盐分离装置6连接，通过一价离子膜盐分离装置6进行氯化钠与硫酸钠的分离，有机物和无机盐的分离。一价离子膜盐分离装置6浓水侧得到高纯度的NaCl浓盐液（TDS>150g/l，NaCl纯度>95%)，部分浓盐液回用于本组合工艺中的钠床4的再生。一价离子膜盐分离装置6浓水侧与第一双极膜制酸碱装置7连接，在双极膜的两侧施加0.83V以上的水理论分解电压后，膜内的水分解为酸 (H＋)和碱(OH－)，双极膜电渗析槽中氯化钠的浓盐液在电场作用下, 阴离子(Cl－)透过阴离子交换膜在双极膜上与已分裂的H离子(H+)结合后生成酸(HCl). 另一方面阳离子(Na＋)透过阳离子交换膜在双极膜上与已分裂的OH离子(OH-)结合后生成碱(NaOH),从而实现氢氧化钠和盐酸的回收，可厂区自用或外售。一价离子膜盐分离装置6的淡水侧与特种离子膜盐浓缩装置8连接。通过特种离子膜盐浓缩装置8实现硫酸钠的浓缩（TDS>180g/l，NaCl纯度>75%)，同时实现盐分和有机物的分离，提高盐分的纯度。特种离子膜盐浓缩装置8的浓水侧与第二双极膜制酸碱装置9连接，在双极膜的两侧施加0.83V以上的水理论分解电压后，膜内的水分解为酸 (H＋)和碱(OH－)，双极膜电渗析槽中硫酸钠的浓盐液在电场作用下, 阴离子(SO4 2-)透过阴离子交换膜在双极膜上与已分裂的H离子(H+)结合后生成酸(H2SO4). 另一方面阳离子(Na＋)透过阳离子交换膜在双极膜上与已分裂的OH离子(OH-)结合后生成碱(NaOH),从而实现氢氧化钠和硫酸的回收，可厂区自用或外售。特种离子膜盐浓缩装置8的淡水侧与光催化氧化装置10连接，通过光催化氧化装置10去除有机污染物（TDS<10g/l,COD<50mg/l），作为中水进入循环水补水回用系统，协同处理后资源化利用。光催化氧化装置10亦可采用臭氧催化氧化与曝气生物滤池的组合工艺（图中未示出）。
综上所述，一级软化装置回收的镁盐，可出售用于重金属脱除、印染废水脱色、烟气脱硫等方面；二级软化装置回收钙盐，可用于烟气脱硫、中和剂或催化剂、制水泥的膨胀剂等方面；一价离子膜盐分离装置6浓水侧的氯化钠浓盐液部分回用作钠床4再生液;第一和第二双极膜制酸碱装置7处理后回收得到氢氧化钠、盐酸和硫酸，可厂区内自用或作为工业原料出售；部分氢氧化钠可回用于本组合工艺中一级软化装置的软化药剂；特种离子膜盐浓缩装置8的浓水侧的部分硫酸钠浓盐液可回用于二级软化装置的软化药剂；光催化氧化装置9的出水作为中水进入循环水补水回用系统，协同处理后资源化利用。针对浓盐水的成分进行分质回收后，实现清洁生产、循环利用和分质资源化的目的。
本发明通过回收镁盐、钙盐、氯化钠浓盐液、硫酸钠浓盐液、盐酸、硫酸、氢氧化钠、中水等，对浓盐水中的物质成分逐个回收，回用于本装置或作为工业原料出售，实现了浓盐水和固体废弃物的零排放，并且实现所有回收物质的资源化利用，是浓盐水处理厂变成一个资源回收工厂，变危废为资源，达到清洁生产、循环利用和分质资源化的目的。
以上内容是结合具体的优选的具体实施方式所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单改进或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种浓盐水分质资源化处理装置，其特征在于，包括：
一价离子膜盐分离装置，具有进水口、浓水出口和淡水出口；
第一双极膜制酸碱装置，其进水口连接所述一价离子膜盐分离装置的浓水出口；
特种离子膜盐浓缩装置，其进水口连接所述一价离子膜盐分离装置的淡水出口；
第二双极膜制酸碱装置，其进水口连接所述特种离子膜盐浓缩装置的浓水出口；
光催化氧化装置，其进水口连接所述特种离子膜盐浓缩装置的淡水出口。
2.根据权利要求1所述的浓盐水分质资源化处理装置，其特征在于，还包括通过管线顺次连接的浓盐水软化装置、钠床和精密过滤器，其中精密过滤器的出水口连接所述一价离子膜盐分离装置的进水口。
3.根据权利要求2所述的浓盐水分质资源化处理装置，其特征在于，所述浓盐水软化装置包括一级软化装置和二级软化装置，
所述一级软化装置为高效澄清器，所述二级软化装置包括微絮凝器和管式微滤装置，所述高效澄清器的出水口连接所述微絮凝器的入水口，所述微絮凝器的出水口连接所述管式微滤装置的入水口，所述管式微滤装置的出水口连接钠床的入水口。
4.根据权利要求3所述的浓盐水分质资源化处理装置，其特征在于，还包括：第一板框脱水系统，其连接所述高效澄清器的固相出口；第二板框脱水系统，其连接所述管式微滤装置的固相出口。
5.根据权利要求3所述的浓盐水分质资源化处理装置，其特征在于，所述特种离子膜盐浓缩装置的浓水出口与所述微絮凝器连接。
6.一种浓盐水分质资源化处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
浓盐水软化；
软化后的浓盐水，进入一价离子膜盐分离装置进行浓缩分离，一价离子膜盐分离装置的浓水侧得到NaCl浓盐液，NaCl浓盐液进入第一双极膜制酸碱装置，在第一双极膜制酸碱装置的双极膜的两侧施加0.83V以上的水理论分解电压后，得到氢氧化钠与盐酸，分别回收；
一价离子膜盐分离装置的淡水侧得到硫酸钠溶液，硫酸钠溶液进入特种离子膜盐浓缩装置进行盐分浓缩，特种离子膜盐浓缩装置的浓水侧得到硫酸钠浓盐液，硫酸钠浓盐液进入第二双极膜制酸碱装置，在第二双极膜制酸碱装置的双极膜的两侧施加0.83V以上的水理论分解电压后，得到氢氧化钠与硫酸，分别回收；
特种离子膜盐浓缩装置的淡水侧得到含有有机污染物的低含盐水，进入光催化氧化装置以去除有机污染物后回用。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，步骤1）浓盐水软化包括如下步骤：
浓盐水经絮凝、沉淀和过滤；
步骤a的处理后的出水进入钠床，利用钠床的钠型离子交换树脂进一步去除水中残留的结垢离子；
钠床的出水进入精密过滤器，进一步去除悬浮物；精密过滤器出水进入一价离子膜盐分离装置。
8.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，步骤a为: 浓盐水进入高效澄清器的絮凝区，在絮凝区进行絮凝后，进入高效澄清器的沉淀区，沉淀后，上清液进入微絮凝器，在微絮凝器进行絮凝反应后，出水进入管式微滤装置过滤，管式微滤装置的出水进入钠床，其中高效澄清器絮凝区所添加的絮凝剂为氢氧化钠或石灰、PAM和PAC，微絮凝器中所添加的软化药剂为碳酸钠、硫酸钠或三氯化铝的其中之一或其组合。
9.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述特种离子膜盐浓缩装置的浓水侧的硫酸钠浓盐液部分回流至微絮凝器作为软化药剂；所述一价离子膜盐分离装置浓水侧的NaCl浓盐液部分回用于钠床的再生。
10.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述高效澄清器的沉淀区的沉淀物进入板框脱水系统，脱水后，回收镁盐；所述管式微滤装置的过滤物进入板框脱水系统，脱水后，回收钙盐。
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