CN108218072A - 高盐水制碱工艺及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水处理技术领域，具体是一种高盐水制碱工艺及其装置，工艺包括以下步骤：1）向高盐水中加碱，形成碳酸钙和氢氧化镁，除去沉淀物，经过第一级陶瓷膜装置过滤，产水加酸后进行脱盐处理；2）膜脱盐装置的浓水再次加碱后通过第二级陶瓷膜装置处理，产水经加酸调节PH后进入纳滤装置；3）纳滤装置产水主要为氯化钠溶液，氯化钠溶液经过膜浓缩装置、弱酸阳床、脱碳装置处理后，产水进入双极膜电渗析，经双极膜电渗析将氯化钠溶液制成氢氧化钠和盐酸；4）纳滤装置的浓水主要成分为硫酸钠溶液，该溶液经冷冻后结晶成芒硝。本发明使高盐水的产水全部回用，水中的盐份都能得到资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体是一种高盐水制碱工艺及其装置。
背景技术
高盐水是地表水、地下水或其它各类水经过膜浓缩、离子交换再生、清洗设备或蒸发形成的高含盐、高硬度的水，主要来源于循环排污水、反渗透浓水、离子交换再生水和其它脱盐设备的浓缩水，该类废水不但含盐高、硬度高，还含有部分有机物、藻类及微生物，在循环排污水中还含有部分杀菌剂、缓蚀阻垢剂和泄露的油类污染。
随着国家环保政策要求越来越严格，该类废水最终的处理方式，不但要回用，而且要实现零排放，要实现零排放就要高倍浓缩和蒸发处理。
现有的处理方式为先用膜法浓缩10倍以上，然后进行蒸发处理。在现有的零排放工艺中存在以下难题：1.在采用膜法浓缩时，部分公司将加碱反应后的水直接进入陶瓷膜进行过滤，因该部分水含有大量的碳酸钙和氢氧化镁悬浮颗粒，容易附着在陶瓷膜表面、管路阀门及水泵的内表面，影响陶瓷膜系统的正常运行，减小了陶瓷膜的通量，增加了设备投资和运行费用。2.高盐水经高倍浓缩以后，水中的COD，二氧化硅、碱度、硬度等杂质都会同步浓缩，部分公司在反渗透或电渗析浓缩后的浓水中用钠离子树脂软化的方式去除硬度，钠离子树脂软化只能去除硬度而不能去除碱度、二氧化硅、COD等杂质，经后续浓缩设备和蒸发处理后这些杂质都会掺杂在结晶盐中，使结晶盐成为固废，甚至成为危废，使水污染变为固体污染，成为环保难点。3.在采用纳滤分盐后，部分公司将纳滤浓水返回至系统的起点，这将使部分杂质在系统内形成死循环，COD等污染物将越循环越多，影响系统的正常运行和后续的产品质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种高盐水制碱工艺及其装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种高盐水制碱工艺，包括以下步骤：
1）向高盐水中加碱产生化学反应，形成碳酸钙和氢氧化镁，除去部分沉淀物或悬浮物，碳酸钙颗粒有很强的吸附作用，能吸附水中COD，加碱沉淀还能除去水中二氧化硅等其它杂质，然后经过第一级陶瓷膜装置过滤，第一级陶瓷膜装置产水加酸调PH后进入膜脱盐装置进行脱盐处理，脱盐后的产品水回用。经陶瓷膜过滤后可以去除大部分的硬度、碱度、二氧化硅和COD，但水中仍然残留一定的杂质，经过后续的膜脱盐装置浓缩5-10倍后，硬度、碱度、COD和二氧化硅等杂质又有不同程度的浓缩。
2）向膜脱盐装置的浓水中再次加碱后进入反应池，形成碳酸钙和氢氧化镁沉淀，除去部分沉淀物或悬浮物，然后经过第二级陶瓷膜装置过滤，可以去除大部分的硬度、碱度、COD和二氧化硅，第二级陶瓷膜装置产水经加酸调节PH后进入纳滤装置。
3）经过纳滤装置过滤后的产水主要为氯化钠溶液，氯化钠溶液进入膜浓缩装置进行浓缩处理，淡水回用，浓水进入弱酸阳床进一步去除硬度，出水进入脱碳装置进行除碳处理，经脱出二氧化碳后的产水进入双极膜电渗析，经双极膜电渗析将氯化钠溶液制成氢氧化钠和盐酸，部分氢氧化钠和盐酸回用于前端处理，剩余部分酸和碱回收利用。
4）纳滤装置的浓水主要成分为硫酸钠溶液，该溶液经冷冻后结晶成芒硝从水中析出，母液经反渗透或碟管式反渗透浓缩，产水回用，浓水进入烟道汽化或拌灰处理。
纳滤装置在系统中的作用即可以把水中的硫酸钠和氯化钠分开，又可以过滤水中的COD等杂质，起到保护后面双极膜电渗析的双极膜的作用，经高倍浓缩后的高盐水在进双极膜电渗析处理之前，采用弱酸阳床和脱碳装置相结合的办法，即除硬度又除碱度，即保护双极膜又提高酸碱质量。
步骤1）和步骤2）中的加碱指的是加入氢氧化钠、氢氧化钠和碳酸钠的组合或者氢氧化钙和碳酸钠的组合中的一种，步骤1）和步骤2）中的加酸指的是加入盐酸或硫酸。
一种根据高盐水制碱工艺进行高盐水制碱的装置，包括第一反应池，第一反应池连接第一加碱装置，第一反应池的输出端连接依次设置的第一沉淀池、第一水箱、第一除垢仪及第一增压泵，第一增压泵连接第一级陶瓷膜装置，第一级陶瓷膜装置连接第一产水箱，第一产水箱连接依次设置的第二增压泵、膜脱盐装置及浓水箱，第二增压泵与膜脱盐装置之间设有第一加酸装置，浓水箱连接第二反应池，第二反应池连接第二加碱装置，第二反应池的输出端连接依次设置的第二沉淀池、第二水箱、第二除垢仪及第三增压泵，第三增压泵连接第二级陶瓷膜装置，第二级陶瓷膜装置连接第二产水箱，第二产水箱连接依次设置的第四增压泵及纳滤装置，第四增压泵与纳滤装置之间设有第二加酸装置，纳滤装置产水端连接膜浓缩装置，膜浓缩装置连接依次设置的弱酸阳床、脱碳装置及双极膜电渗析，纳滤浓水端连接依次设置的纳滤浓水箱、输送泵、冷冻结晶装置、母液箱及反渗透装置。
所述第一级陶瓷膜装置及第二级陶瓷膜装置选用管式、多通道、中空纤维、平板式或圆盘式结构中的一种。
所述第一级陶瓷膜装置及第二级陶瓷膜装置材质选用氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅、高岭土或堇青石中的一种。
所述第一级陶瓷膜装置及第二级陶瓷膜装置的陶瓷膜的过滤精度为20纳米-20微米之间。
所述膜脱盐装置选用电渗析、反渗透、纳滤、反渗透与纳滤的组合中的一种。
膜脱盐装置的回收率在50％-95％之间，优选80-90％。膜脱盐装置的脱盐率在50％-98％之间，优选70-90％。
所述纳滤装置的纳滤膜选用卷式、管式、碟管式或中空纤维式中的一种，纳滤膜材质选用聚酰胺、醋酸纤维素或硅胶中的一种。
所述膜浓缩装置选用反渗透、电渗析、电渗析与反渗透的组合中的一种。
膜浓缩装置的回收率在50％-90％之间，优选75-85％。
所述脱碳装置选用脱碳塔或脱气膜中的一种。
所述第一除垢仪及第二除垢仪选用电子除垢仪、超声波除垢仪或磁性除垢仪中的一种。
第一沉淀池及第二沉淀池选用斜管沉淀、斜板沉淀、澄清池、高密度澄清池或平流沉淀池中的一种。沉淀池也可使用气浮池代替，气浮池选用溶气气浮池、曝气气浮池、沉淀气浮一体机或浮上澄清桶中的一种。
本发明所达到的有益效果是：
1.经过本发明的第1）、2）步脱盐浓缩、第3）步双极膜制备酸碱、第4）步冷冻制成芒硝，高盐水的产水全部回用，水中的盐份都能得到资源化利用，使环保工程有所收益，处理每吨高盐水由投入10元左右变为产出2.5元左右。
2.本发明在陶瓷膜装置前面增加沉淀池或气浮池以及安装除垢仪设备，使陶瓷膜装置设备的出力增加2倍以上，陶瓷膜装置的投资和运行费用减少50％以上。
3. 本发明采用两步加碱与陶瓷膜过滤相结合的工艺去除硬度和COD等杂质，即保护了双极膜又提高了最终酸碱产品质量。
4. 本发明采用纳滤分离技术即可以将氯化钠和硫酸钠分离，又可以去除COD等杂质，延长双极膜使用寿命，使双极膜的寿命延长20％以上。
5. 本发明双极膜前面采用弱酸阳床去除硬度，脱碳装置去除二氧化碳后，可以保护双极膜的正常运行，同时使产出的酸碱中杂质含量降低20％以上。
6. 本发明纳滤浓水采用冷冻结晶的办法，可以结晶出工业用芒硝，母液中富集了COD等多种杂质，采用反渗透或碟管式反渗透浓缩后剩余量只有原液的3‰。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是本发明实施例二的结构示意图。
图中：1、第一反应池，2、第一加碱装置，3、第一沉淀池，4、第一水箱，5、第一除垢仪，6、第一增压泵，7、第一循环泵，8、第一级管式陶瓷膜装置，9、第一产水箱，10、第二增压泵，11、第一加酸装置，12、电渗析脱盐装置，13、浓水箱，14、第二反应池，15、第二加碱装置，16、第二沉淀池，17、第二水箱，18、第二除垢仪，19、第三增压泵，20、第二循环泵，21、第二级管式陶瓷膜装置，22、第二产水箱，23、第四增压泵，24、第二加酸装置，25、纳滤装置，26、第一反渗透装置，27、电渗析装置，28、弱酸阳床,29、脱气膜装置，30、双极膜电渗析，31、纳滤浓水箱，32、输送泵，33、冷冻结晶装置，34、母液箱，35、第二反渗透装置，36、第一膜池，37、第一级平板陶瓷膜装置，38、第一抽吸泵，39、第二膜池，40、第二级平板陶瓷膜装置，41、第二抽吸泵。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种高盐水制碱工艺，包括以下步骤：
1）向高盐水中加碱产生化学反应，形成碳酸钙和氢氧化镁，除去部分沉淀物或悬浮物，碳酸钙颗粒有很强的吸附作用，能吸附水中COD，加碱沉淀还能除去水中二氧化硅等其它杂质，然后经过第一级陶瓷膜装置过滤，第一级陶瓷膜装置产水加酸调PH后进入膜脱盐装置进行脱盐处理，脱盐后的产品水回用。
2）向膜脱盐装置的浓水中再次加碱后进入反应池，形成碳酸钙和氢氧化镁沉淀，除去部分沉淀物或悬浮物，第二级陶瓷膜装置产水经加酸调节PH后进入纳滤装置。
3）经过纳滤装置过滤后的产水主要为氯化钠溶液，氯化钠溶液进入膜浓缩装置进行浓缩处理，淡水回用，浓水进入弱酸阳床进一步去除硬度，出水进入脱碳装置进行除碳处理，经脱出二氧化碳后的产水进入双极膜电渗析，经双极膜电渗析将氯化钠溶液制成氢氧化钠和盐酸，部分氢氧化钠和盐酸回用于前端处理，剩余部分酸和碱回收利用。
4）纳滤装置的浓水主要成分为硫酸钠溶液，该溶液经冷冻后结晶成芒硝从水中析出，母液经反渗透或碟管式反渗透浓缩，产水回用，浓水进入烟道汽化或拌灰处理。
实施例一：
如图1所示，一种高盐水制碱的装置，包括第一反应池1，第一反应池1连接第一加碱装置2，第一反应池1的输出端连接依次设置的第一沉淀池3、第一水箱4、第一除垢仪5及第一增压泵6，第一增压泵6连接第一循环泵7，第一循环泵7连接第一级管式陶瓷膜装置8，第一级管式陶瓷膜装置8连接第一产水箱9，第一产水箱9连接依次设置的第二增压泵10、电渗析脱盐装置12及浓水箱13，第二增压泵10与电渗析脱盐装置12之间设有第一加酸装置11，浓水箱13连接第二反应池14。第二反应池14连接第二加碱装置15，第二反应池14的输出端连接依次设置的第二沉淀池16、第二水箱17、第二除垢仪18及第三增压泵19，第三增压泵19连接第二循环泵20，第二循环泵20连接第二级管式陶瓷膜装置21，第二级管式陶瓷膜装置21连接第二产水箱22，第二产水箱22连接依次设置的第四增压泵23及纳滤装置25，第四增压泵23与纳滤装置25之间设有第二加酸装置24。纳滤装置25产水端连接依次设置的第一反渗透装置26及电渗析装置27，电渗析装置27连接依次设置的弱酸阳床28、脱气膜装置29及双极膜电渗析30。纳滤浓水端连接依次设置的纳滤浓水箱31、输送泵32、冷冻结晶装置33、母液箱34及第二反渗透装置35。
本发明的工作过程如下：
将含盐量为2500ppm，流量为100m³/h循环排污水送入第一反应池1中，用第一加碱装置2加入氢氧化钠和碳酸钠，搅拌反应60分钟，形成碳酸钙和氢氧化镁晶体，该混合液自流到第一沉淀池3中，沉淀后的水自流到第一水箱4中，经第一水箱4暂存后自流至第一除垢仪5中，经第一除垢仪5处理后到第一增压泵6中，经第一增压泵6提高压力后到第一循环泵7中，经第一循环泵7加大循环流量后到第一级管式陶瓷膜装置8，经第一级管式陶瓷膜装置8过滤后的产水到第一产水箱9，产水经第二增压泵10加压，通过第一加酸装置11加酸调节PH后进入电渗析脱盐装置12进行脱盐处理，电渗析脱盐装置12的回收率为90％，流量为90m³/h的产水回用，流量为10m³/h的浓水含盐量25000ppm进入浓水箱13。
将浓水箱13中的浓水送人第二反应池14中，用第二加碱装置15加入氢氧化钠和碳酸钠，搅拌反应60分钟，形成碳酸钙和氢氧化镁晶体，该混合液自流到第二沉淀池16中，沉淀后的水自流到第二水箱17中，经第二水箱17暂存后自流至第二除垢仪18中，经第二除垢仪18处理后到第三增压泵19中，经第三增压泵19提高压力后到第二循环泵20中，经第二循环泵20加大循环流量后到第二级管式陶瓷膜装置21，经第二级管式陶瓷膜装置21过滤后的产水到第二产水箱22，产水经第四增压泵23加压，通过第二加酸装置24加酸调节PH后进入纳滤装置25。
纳滤装置25的回收率为90％，经纳滤装置25过滤后的产品水流量为9m³/h,含氯化钠为17000ppm，进入第一反渗透装置26浓缩3倍，流量为6m³/h产品水回用，流量为3m³/h浓水含氯化钠50000ppm进入电渗析装置27浓缩2倍，流量为1.5m³/h产品水回用，流量为1.5m³/h浓水含氯化钠100000ppm进入弱酸阳床28脱出硬度,出水进入脱气膜装置29脱出水中二氧化碳，经脱碳后的水进入双极膜电渗析30，经双极膜制备出6％的氢氧化钠和5％盐酸，部分酸碱回用于前端系统，剩余部分用于混床再生。
纳滤装置25的浓水流量为1m³/h，进入纳滤浓水箱31，经输送泵32输送到冷冻结晶装置33，经冷冻后结晶生成芒硝，母液流量为0.9m³/h进入母液箱34，然后进入第二反渗透装置35，经第二反渗透装置35浓缩3倍后的浓水流量为0.3m³/h进入烟道汽化，第二反渗透装置35的淡水流量为0.6m³/h回用。
实施例二
如图2所示，一种高盐水制碱的装置，包括第一反应池1，第一反应池1连接第一加碱装置2，第一反应池1的输出端连接依次设置的第一沉淀池3、第一水箱4、第一除垢仪5及第一增压泵6，第一增压泵6连接第一膜池36，第一膜池36内设有第一级平板陶瓷膜装置37，第一膜池36连接第一抽吸泵38，第一抽吸泵38连接第一产水箱9，第一产水箱9连接依次设置的第二增压泵10、电渗析脱盐装置12及浓水箱13，第二增压泵10与电渗析脱盐装置12之间设有第一加酸装置11，浓水箱13连接第二反应池14。第二反应池14连接第二加碱装置15，第二反应池14的输出端连接依次设置的第二沉淀池16、第二水箱17、第二除垢仪18及第三增压泵19，第三增压泵19连接第二膜池39，第二膜池39内设有第二级平板陶瓷膜装置40，第二膜池39连接第二抽吸泵41，第二抽吸泵41连接第二产水箱22，第二产水箱22连接依次设置的第四增压泵23及纳滤装置25，第四增压泵23与纳滤装置25之间设有第二加酸装置24。纳滤装置25产水端连接依次设置的第一反渗透装置26及电渗析装置27，电渗析装置27连接依次设置的弱酸阳床28、脱气膜装置29及双极膜电渗析30。纳滤浓水端连接依次设置的纳滤浓水箱31、输送泵32、冷冻结晶装置33、母液箱34及第二反渗透装置35。
本发明的工作过程如下：
将含盐量为2500ppm，流量为100m³/h循环排污水送入第一反应池1中，用第一加碱装置2加入氢氧化钠和碳酸钠，搅拌反应60分钟，形成碳酸钙和氢氧化镁晶体，该混合液自流到第一沉淀池3中，沉淀后的水自流到第一水箱4中，经第一水箱4暂存后自流至第一除垢仪5中，经第一除垢仪5处理后到第一增压泵6中，经第一增压泵6输送到第一膜池36中，经过第一级平板陶瓷膜装置37过滤后的产品水经第一抽吸泵38抽吸后输送到第一产水箱9中，产水经第二增压泵10加压，通过第一加酸装置11加酸调节PH后进入电渗析脱盐装置12进行脱盐处理，电渗析脱盐装置12的回收率为90％，流量为90m³/h产水回用，流量为10m³/h浓水含盐量25000ppm进入浓水箱13。
将浓水箱13中的浓水送人第二反应池14中，用第二加碱装置15加入氢氧化钠和碳酸钠，搅拌反应60分钟，形成碳酸钙和氢氧化镁晶体，该混合液自流到第二沉淀池16中，沉淀后的水自流到第二水箱17中，经第二水箱17暂存后自流至第二除垢仪18中，经第二除垢仪18处理后到第三增压泵19中，经第三增压泵19输送到第二膜池39中，经过第二级平板陶瓷膜装置40过滤后的产品水经第二抽吸泵41抽吸后输送到第二产水箱22中，产水经第四增压泵23加压，通过第二加酸装置24加酸调节PH后进入纳滤装置25。
纳滤装置25的回收率为90％，经纳滤装置25过滤后的产品水流量为9m³/h,含氯化钠为17000ppm，进入第一反渗透装置26浓缩3倍，流量为6m³/h产品水回用，流量为3m³/h浓水含氯化钠50000ppm进入电渗析装置27浓缩2倍，流量为1.5m³/h产品水回用，流量为1.5m³/h浓水含氯化钠100000ppm进入弱酸阳床28脱出硬度,出水进入脱气膜装置29脱出水中二氧化碳，经脱碳后的水进入双极膜电渗析30，经双极膜制备出6％的氢氧化钠和5％盐酸，部分酸碱回用于前端系统，剩余部分用于混床再生。
纳滤装置25的浓水1m³/h进入纳滤浓水箱31，经输送泵32输送到冷冻结晶装置33，经冷冻后结晶生成芒硝，母液流量为0.9m³/h进入母液箱34，然后进入第二反渗透装置35，经第二反渗透装置35浓缩3倍后的浓水流量为0.3m³/h进入烟道汽化，第二反渗透装置35的淡水流量为0.6m³/h回用。
Claims (10)
1.一种高盐水制碱工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）向高盐水中加碱产生化学反应，形成碳酸钙和氢氧化镁，除去部分沉淀物或悬浮物，然后经过第一级陶瓷膜装置过滤，第一级陶瓷膜装置产水加酸调PH后进入膜脱盐装置进行脱盐处理，脱盐后的产品水回用；
2）向膜脱盐装置的浓水中再次加碱后进入反应池，形成碳酸钙和氢氧化镁沉淀，除去部分沉淀物或悬浮物，然后经过第二级陶瓷膜装置过滤，第二级陶瓷膜装置产水经加酸调节PH后进入纳滤装置；
3）经过纳滤装置过滤后的产水主要为氯化钠溶液，氯化钠溶液进入膜浓缩装置进行浓缩处理，淡水回用，浓水进入弱酸阳床进一步去除硬度，出水进入脱碳装置进行除碳处理，经脱出二氧化碳后的产水进入双极膜电渗析，经双极膜电渗析将氯化钠溶液制成氢氧化钠和盐酸，部分氢氧化钠和盐酸回用于前端处理，剩余部分酸和碱回收利用；
4）纳滤装置的浓水主要成分为硫酸钠溶液，该溶液经冷冻后结晶成芒硝从水中析出，母液经反渗透或碟管式反渗透浓缩，产水回用，浓水进入烟道汽化或拌灰处理。
2.根据权利要求1所述的高盐水制碱工艺，其特征在于，步骤1）和步骤2）中的加碱指的是加入氢氧化钠、氢氧化钠和碳酸钠的组合或者氢氧化钙和碳酸钠的组合中的一种，步骤1）和步骤2）中的加酸指的是加入盐酸或硫酸。
3.一种根据权利要求1所述的高盐水制碱工艺进行高盐水制碱的装置，其特征在于，包括第一反应池，第一反应池连接第一加碱装置，第一反应池的输出端连接依次设置的第一沉淀池、第一水箱、第一除垢仪及第一增压泵，第一增压泵连接第一级陶瓷膜装置，第一级陶瓷膜装置连接第一产水箱，第一产水箱连接依次设置的第二增压泵、膜脱盐装置及浓水箱，第二增压泵与膜脱盐装置之间设有第一加酸装置，浓水箱连接第二反应池，第二反应池连接第二加碱装置，第二反应池的输出端连接依次设置的第二沉淀池、第二水箱、第二除垢仪及第三增压泵，第三增压泵连接第二级陶瓷膜装置，第二级陶瓷膜装置连接第二产水箱，第二产水箱连接依次设置的第四增压泵及纳滤装置，第四增压泵与纳滤装置之间设有第二加酸装置，纳滤装置产水端连接膜浓缩装置，膜浓缩装置连接依次设置的弱酸阳床、脱碳装置及双极膜电渗析，纳滤浓水端连接依次设置的纳滤浓水箱、输送泵、冷冻结晶装置、母液箱及反渗透装置。
4.根据权利要求3所述的高盐水制碱装置，其特征在于，所述第一级陶瓷膜装置及第二级陶瓷膜装置选用管式、多通道、中空纤维、平板式或圆盘式结构中的一种。
5.根据权利要求3所述的高盐水制碱装置，其特征在于，所述第一级陶瓷膜装置及第二级陶瓷膜装置材质选用氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅、高岭土或堇青石中的一种。
6.根据权利要求3所述的高盐水制碱装置，其特征在于，所述膜脱盐装置选用电渗析、反渗透、纳滤、反渗透与纳滤的组合中的一种。
7.根据权利要求3所述的高盐水制碱装置，其特征在于，所述纳滤装置的纳滤膜选用卷式、管式、碟管式或中空纤维式中的一种。
8.根据权利要求3所述的高盐水制碱装置，其特征在于，所述膜浓缩装置选用反渗透、电渗析、电渗析与反渗透的组合中的一种。
9.根据权利要求3所述的高盐水制碱装置，其特征在于，所述脱碳装置选用脱碳塔或脱气膜中的一种。
10.根据权利要求3所述的高盐水制碱装置，其特征在于，所述第一除垢仪及第二除垢仪选用电子除垢仪、超声波除垢仪或磁性除垢仪中的一种。
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