CN109956524A - 废水中多价离子的分离方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废水中多价离子分离领域，公开了废水中多价离子的分离方法和系统。该方法包括：将含有一价离子和多价离子的原水进行n级纳滤分离，得到在富含一价离子的产水和富含多价离子的浓水；其中，在每一级纳滤分离的过程中，将包含相邻一级纳滤分离得到的相邻产水和/或相邻浓水的本级进水进行纳滤分离得到本级产水和本级浓水，最终第1级纳滤分离得到的第1级产水为所述富含一价离子的产水，第n级纳滤分离得到的第n级浓水为所述富含多价离子的浓水；其中，所述原水加入选自第2至n‑1级纳滤分离的任意一级进水中的一个；其中n为3以上的正整数。实现提高二价离子的分离率。

Description

废水中多价离子的分离方法和系统

技术领域

本发明涉及废水中多价离子分离领域，具体涉及废水中多价离子分离的方法和系统。

背景技术

在化学工业、环境工程、冶金工程等多个工业领域中，研究含有多价离子的水溶液进行高效浓缩分离其中的多价离子具有重要的意义。我国绝大多数电厂、煤化工厂采用石灰石湿法脱硫技术脱除烟气中的SO₂，在运行中产生的脱硫废水因成分复杂、污染物种类多，成为燃煤电厂最难处理的废水之一。

目前国内主要采用化学沉淀法(俗称三联箱沉淀)处理脱硫废水，其处理出水含盐量较高，直接排放后容易造成二次污染。随着我国环保要求的进一步强化，脱硫废水的进一步零排放处理技术的开发迫在眉睫，亟需在降低工艺系统成本和提高工艺系统稳定性方面进行技术创新与技术开发。

对于燃煤电厂脱硫废水近零排放或完全零排放处理过程，废水中含有的大量包括悬浮物、硫酸钙、硫酸镁、氯化钠等有机物及无机盐杂质，其中一价盐主要为氯化钠等，多价盐主要包括硫酸钙、硫酸镁等。如果需要将上述废水中无机盐杂质分离以生产高纯工业盐，借以提高工艺过程经济效益，那么多价离子的高效浓缩分离工艺系统必不可少。但是现有技术分离一价与多价无机离子时，多价离子的分离率还不够高。

发明内容

本发明的目的是为了解决如何提高含有一价和多价离子溶液中多价离子的分离率的问题，提供废水中多价离子的分离方法和系统，该方法和系统可以提高分离含有一价和多价离子的废水中多价离子的分离率。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种废水中多价离子的分离方法，包括：

将含有一价离子和多价离子的原水进行n级纳滤分离，得到在富含一价离子的产水和富含多价离子的浓水；其中，

在每一级纳滤分离的过程中，将包含相邻一级纳滤分离得到的相邻产水和/或相邻浓水的本级进水进行纳滤分离，得到本级产水和本级浓水；最终第1级纳滤分离得到的第1级产水为所述富含一价离子的产水，第n级纳滤分离得到的第n级浓水为所述富含多价离子的浓水；

其中，所述原水加入选自第2至n-1级纳滤分离的任意一级进水中的一个；

其中n为3以上的正整数。

优选地，第1级纳滤分离的第1级进水为第2级纳滤分离得到的第2级产水。

优选地，第n级纳滤分离的第n级进水为第n-1级纳滤分离得到的第n-1级浓水。

优选地，第i级纳滤分离为第2至n-1级纳滤分离中的任意一级，第i级纳滤分离的第i级进水包含第i-1级浓水和第i+1级产水，或者包含所述原水、第i-1级浓水和第i+1级产水。

优选地，第i-1级浓水和第i+1级产水的重量比为(0.5-2):1；或者，所述原水、第i-1级浓水和第i+1级产水的重量比为(1.5-3):(0.5-2):1。

优选地，所述原水包含浓度为500-15000mg/l的钠离子、浓度为500-10000mg/l的硫酸根离子、浓度为500-5000mg/l的氯离子、浓度为100-1500mg/l的镁离子；所述原水的pH值为中性。

优选地，每一级纳滤分离的条件包括：温度为10-35℃，压力为0.8-1.5MPa；每一级纳滤分离的产水率为30-70％。

本发明第二方面提供一种应用本发明的方法的废水中多价离子的分离系统，包括：带有原水出口的盛放含有一价离子和多价离子的原水的装置，和n级纳滤分离组件；每一级纳滤分离组件包括带有进水口3、产水出口5和浓水出口4的纳滤分离设备1，以及与所述进水口连通的高压泵2；在每一级纳滤分离组件中，本级高压泵连通相邻一级的纳滤分离设备的产水出口和/或浓水出口，

所述原水出口连通选自第2至n-1级的高压泵中的任意一个；

其中n为3以上的正整数。

优选地，第1级纳滤分离组件中的第1级高压泵连通第2级纳滤分离设备的产水出口；第n级纳滤分离组件中的第n级高压泵连通第n-1级纳滤分离设备的浓水出口。

优选地，第i级纳滤分离组件为第2至n-1级纳滤分离组件中的任意一个，第i级高压泵连通第i-1级纳滤分离设备的浓水出口和第i+1级纳滤分离设备的产水出口，或者连通所述原水出口、第i-1级纳滤分离设备的浓水出口和第i+1级纳滤分离设备的产水出口。

通过上述技术方案，本发明将含有一价离子和多价离子的原水进行多级纳滤分离，实现提高分离一价、二价离子的分离率。特别地可以有效地分离出原水中的硫酸根离子和镁离子，分离上述二价离子的分离率可以达到98％以上。

附图说明

图1是本发明的单级纳滤分离组件的示意图；

图2是本发明的n级纳滤分离的流程示意图；

图3是本发明的一种三级纳滤分离的流程示意图；

图4是本发明的一种六级纳滤分离的流程示意图。

附图标记说明

1、纳滤分离设备2、高压泵3、进水口

4、浓水出口5、产生出口6、纳滤膜

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的词语如“上游”通常是指本发明的废水中多价离子浓缩分离的方法和系统中，级数编号小的一级纳滤分离或纳滤分离组件；“下游”通常是指本发明的废水中多价离子浓缩分离的方法和系统中，级数编号大的一级纳滤分离或纳滤分离组件。

本发明中，多价离子主要是指废水中含有的二价无机阳离子、阴离子，如镁离子、硫酸根离子。

本发明第一方面提供一种废水中多价离子的分离方法，如图2所示，包括：

将含有一价离子和多价离子的原水进行n级纳滤分离，得到在富含一价离子的产水和富含多价离子的浓水；其中，

在每一级纳滤分离的过程中，将包含相邻一级纳滤分离得到的相邻产水和/或相邻浓水的本级进水进行纳滤分离，得到本级产水和本级浓水；最终第1级纳滤分离得到的第1级产水为所述富含一价离子的产水，第n级纳滤分离得到的第n级浓水为所述富含多价离子的浓水；

其中，所述原水加入选自第2至n-1级纳滤分离的任意一级进水中的一个；

其中n为3以上的正整数。

本发明中，所述n级纳滤分离可以是包括从第1级纳滤分离一直到第n级纳滤分离。就其中任意一级纳滤分离而言，级数编号小于该级的纳滤分离为上游，级数编号大于该级的纳滤分离为下游。对于第1级纳滤分离，其他级的纳滤分离都是其下游。对于第n级纳滤分离，其他级的纳滤分离都是其上游。

例如图4所示的6级纳滤分离，对于第4级纳滤分离而言，第1、2、3级纳滤分离为第4级纳滤分离的上游，第5、6级纳滤分离为第4级纳滤分离的下游。第2-6级纳滤分离都是第1级纳滤分离的下游。第1-5级纳滤分离都是第6级纳滤分离的上游。

其他的多级纳滤分离，以及下述的n级纳滤分离组件也以上述同样的方式描述。

本申请中，第1级纳滤分离是n级纳滤分离的最上游，仅接受来自相邻下游的产水为进水。优选地，第1级纳滤分离的第1级进水为第2级纳滤分离得到的第2级产水。

本申请中，第n级纳滤分离是n级纳滤分离的最下游，仅接受来自相邻上游的浓水为进水。优选地，第n级纳滤分离的第n级进水为第n-1级纳滤分离得到的第n-1级浓水。

本发明中，位于n级纳滤分离中间的多级纳滤分离可以以多股来自相邻的纳滤分离的产物作为本级进水。为方便描述，以i表示n级纳滤分离中的第2至n-1级。而且，所述原水仅通入第2至n-1级纳滤分离中的某一级，与来自相邻的纳滤分离的产物混合为进水，即该级的纳滤分离可以有三股物料混合为本级进水；同时，第2至n-1级中其他级的纳滤分离仅有来自相邻的纳滤分离的两股产物作为本级进水。一般相邻的纳滤分离的产物包含来自上游的相邻纳滤分离得到的浓水，和来自下游的相邻纳滤分离得到的产水。优选地，第i级纳滤分离为第2至n-1级纳滤分离中的任意一级，第i级纳滤分离的第i级进水包含第i-1级浓水和第i+1级产水，或者包含所述原水、第i-1级浓水和第i+1级产水。第i-1级为第i级的上游，第i+1级为第i级的下游。

本发明中，在n级纳滤分离的第2至n-1级中，只有一级的进水是还含有所述原水。当第2至n-1级纳滤分离中的本级进水不含有所述原水时，优选地，第i-1级浓水和第i+1级产水的重量比为(0.5-2):1；或者，当第2至n-1级纳滤分离中的本级进水含有所述原水时，优选地，所述原水、第i-1级浓水和第i+1级产水的重量比为(1.5-3):(0.5-2):1。在上述限定下，可以更好的实现分离率的提高。

本发明中，优选地，所述原水包含浓度为500-15000mg/l的钠离子、浓度为500-10000mg/l的硫酸根离子、浓度为500-5000mg/l的氯离子、浓度为100-1500mg/l的镁离子；所述原水的pH值为中性。其中，二价离子——硫酸根离子和镁离子是最终得到的第n级浓水中富含的离子。它们通过本发明的方法可以有效地从所述原水中分离出。同时得到的第1级产水中二价离子含量被有效地降低。

本发明中，优选地，每一级纳滤分离的条件包括：温度为10-35℃，压力为0.8-1.5MPa；每一级纳滤分离的产水率为30-70％。所述产水率是指每一级纳滤分离得到的所述本级产水的回收率，即每一级纳滤分离得到的所述本级产水相对于本级进水的回收率为30-70％时，可以有更好的二价离子分离效果。

本发明中，可以设定n级纳滤分离中每级的产水率在上述范围内从上游到下游逐渐增加。也可以设定各级纳滤分离中的产水率为相同的定值。

本发明中，每一级纳滤分离主要分离出二价离子SO₄ ²⁺、Mg²⁺。采用上述的n级纳滤分离的方法，包括原水的进料，各级进水、产生、浓水的走向，以及纳滤分离的条件，可以实现最终富含二价离子的浓水中分离得到原水中二价离子的99.5％以上，即二价离子的分离率达到99.5％以上。而在相同的纳滤膜和条件下，单级纳滤分离对二价离子的分离率最高仅为95％。

本发明第二方面提供一种应用本发明的方法的废水中多价离子的分离系统，如图2所示，包括：带有原水出口的盛放含有一价离子和多价离子的原水的装置，和n级纳滤分离组件；每一级纳滤分离组件包括带有进水口3、产水出口5和浓水出口3的纳滤分离设备1，以及与所述进水口连通的高压泵2；在每一级纳滤分离组件中，本级高压泵连通相邻一级的纳滤分离设备的产水出口和/或浓水出口，

所述原水出口连通选自第2至n-1级的高压泵中的任意一个；

其中n为3以上的正整数。

如图1所示，单级纳滤分离组件的示意图，高压泵2保证各进水口3处进入纳滤膜分离器1的进水达到每级纳滤分离的压力。纳滤膜6选用陶氏NF270-2540膜。

本发明中，优选地，第1级纳滤分离组件中的第1级高压泵连通第2级纳滤分离设备的产水出口。

本发明中，优选地，第n级纳滤分离组件中的第n级高压泵连通第n-1级纳滤分离设备的浓水出口。

本发明中，优选地，第i级纳滤分离组件为第2至n-1级纳滤分离组件中的任意一个，第i级高压泵连通第i-1级纳滤分离设备的浓水出口和第i+1级纳滤分离设备的产水出口，或者连通所述原水出口、第i-1级纳滤分离设备的浓水出口和第i+1级纳滤分离设备的产水出口。

图3显示了三级纳滤分离组件进行废水中多价离子分离时，各级纳滤分离组件之间的连接关系，以及各级进水、浓水和产水的流动走向。原水从第2级进入废水中多价离子分离系统。

图4显示了六级纳滤分离组件进行废水中多价离子分离时，各级纳滤分离组件之间的连接关系，以及各级进水、浓水和产水的流动走向。原水从第4级进入废水中多价离子分离系统。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例和对比例使用的原水组成见表1。

实施例1

将原水(组成见表1)引入图3所示的三级纳滤分离系统中进行纳滤分离。

第1级纳滤分离的条件为：压力1.1MPa，温度25℃，产水率30％；

第2级纳滤分离的条件为：原水：第3级产水：第1级浓水的重量比为2:1:1；压力1.2MPa，温度25℃，产水率30％；

第3级纳滤分离的条件为：压力1.3MPa，温度25℃，产水率30％。

第1级产水得到富含一价离子的产水，第3级浓水得到富含二价离子的浓水。分离结果见表1。

实施例2

将原水(组成见表1)引入图4所示的六级纳滤分离系统中进行纳滤分离

第1级纳滤分离的条件为：压力1.0MPa，温度25℃，产水率50％；

第2级纳滤分离的条件为：第3级产水与第1级浓水的重量比为0.5:1；压力1.1MPa，温度25℃，产水率50％；

第3级纳滤分离的条件为：第4级产水与第2级浓水的重量比为0.8:1；压力1.15MPa，温度25℃，产水率50％；

第4级纳滤分离的条件为：原水：第4级产水：第3级浓水的重量比为1.0:1.1:1；压力1.2MPa，温度25℃，产水率50％；

第5级纳滤分离的条件为：第6级产水与第4级浓水的重量比为1.2:1；压力1.23MPa，温度25℃，产水率50％；

第6级纳滤分离的条件为：压力1.25MPa，温度25℃，产水率50％。

第1级产水得到富含一价离子的产水，第6级浓水得到富含二价离子的浓水。分离结果见表1。

实施例3

按照实施例1的方法，不同的是，各级的产水率为75％。

分离结果见表1。

实施例4

按照实施例1的方法，不同的是，各级的产水率为25％。

分离结果见表1。

实施例5

按照实施例1的方法，不同的是，第2级纳滤分离中，原水：第3级产水：第1级浓水的重量比为1:1:1。

分离结果见表1。

实施例6

按照实施例1的方法，不同的是，第2级纳滤分离中，原水：第3级产水：第1级浓水的重量比为2:2.1:1。

分离结果见表1。

实施例7

按照实施例2的方法，不同的是，第2级纳滤分离中，第3级产水与第1级浓水的重量比为0.4:1。

分离结果见表1。

对比例1

将原水进行一级纳滤分离，条件为：压力1.15MPa，温度25℃，产水率50％。

分离结果见表1。

表1

注：表1中分离率为二价离子从原水中分离出的分离率，即分离率％＝(浓水中二价离子的浓度/原水中二价离子的浓度)×100％。

通过实施例、对比例和表1的结果可以看出，采用本发明提供的方法和系统的实施例可以有效提高废水中多价离子的分离率。

实施例3-7中实施的方法不在进一步限定的优选条件下，分离废水中多价离子的分离率要低于实施例1-2的结果。

对比例1为现有技术的一级纳滤分离，多价离子的分离率更低于实施例的结果。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种废水中多价离子的分离方法，包括：

将含有一价离子和多价离子的原水进行n级纳滤分离，得到在富含一价离子的产水和富含多价离子的浓水；其中，

在每一级纳滤分离的过程中，将包含相邻一级纳滤分离得到的相邻产水和/或相邻浓水的本级进水进行纳滤分离，得到本级产水和本级浓水；最终第1级纳滤分离得到的第1级产水为所述富含一价离子的产水，第n级纳滤分离得到的第n级浓水为所述富含多价离子的浓水；

其中，所述原水加入选自第2至n-1级纳滤分离的任意一级进水中的一个；

其中n为3以上的正整数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，第1级纳滤分离的第1级进水为第2级纳滤分离得到的第2级产水。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，第n级纳滤分离的第n级进水为第n-1级纳滤分离得到的第n-1级浓水。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，第i级纳滤分离为第2至n-1级纳滤分离中的任意一级，第i级纳滤分离的第i级进水包含第i-1级浓水和第i+1级产水，或者包含所述原水、第i-1级浓水和第i+1级产水。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，第i-1级浓水和第i+1级产水的重量比为(0.5-2):1；或者，所述原水、第i-1级浓水和第i+1级产水的重量比为(1.5-3):(0.5-2):1。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述原水包含浓度为500-15000mg/l的钠离子、浓度为500-10000mg/l的硫酸根离子、浓度为500-5000mg/l的氯离子、浓度为100-1500mg/l的镁离子；所述原水的pH值为中性。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，每一级纳滤分离的条件包括：温度为10-35℃，压力为0.8-1.5MPa；每一级纳滤分离的产水率为30-70％。

8.一种应用权利要求1-7中任意一项所述的方法的废水中多价离子的分离系统，包括：带有原水出口的盛放含有一价离子和多价离子的原水的装置，和n级纳滤分离组件；每一级纳滤分离组件包括带有进水口(3)、产水出口(5)和浓水出口(4)的纳滤分离设备(1)，以及与所述进水口连通的高压泵(2)；在每一级纳滤分离组件中，本级高压泵连通相邻一级的纳滤分离设备的产水出口和/或浓水出口，

所述原水出口连通选自第2至n-1级的高压泵中的任意一个；

其中n为3以上的正整数。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，第1级纳滤分离组件中的第1级高压泵连通第2级纳滤分离设备的产水出口；第n级纳滤分离组件中的第n级高压泵连通第n-1级纳滤分离设备的浓水出口。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，第i级纳滤分离组件为第2至n-1级纳滤分离组件中的任意一个，第i级高压泵连通第i-1级纳滤分离设备的浓水出口和第i+1级纳滤分离设备的产水出口，或者连通所述原水出口、第i-1级纳滤分离设备的浓水出口和第i+1级纳滤分离设备的产水出口。