CN110482661B - 一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高盐废水处理技术领域，具体涉及一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置，包括电渗析反应器，所述电渗析反应器包括两个端板组件和位于两个端板组件之间的膜堆，所述端板组件包括端板和嵌设在端板中的电极板，所述端板上设有电极柱；所述膜堆包括依次设置在阴极和阳极之间的双极膜、阳离子膜、阴离子膜和双极膜，相邻的两膜之间，以及电极板与膜之间均通过隔板隔开，所述隔板上设有弯折形的流道，所述流道的首端和末端均设有输水道；采用本发明将分离的氢氧化钠作为生物段的酸碱度调节剂，次氯酸作为生物段杀菌消毒液，有机物因为不带电荷而被留在源水中进入生物段被去除，最终实现了对榨菜废水的资源化回收处理。

Description

一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置

技术领域

本发明涉及高盐废水处理技术领域，具体涉及一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置。

背景技术

目前国内外对榨菜腌制高盐废水处理的方法主要包括生物法、物理化学法和生物-物理化学法组合工艺。由于微生物对盐具有一定的可驯化性、低成本、高处理量，生物法成为高盐废水处理最为主要而且相对热门的方法。然而榨菜腌渍废水的盐度可达12%左右，即使是驯化后的嗜盐微生物也很难在如此高浓度的盐分环境中进行正常生长代谢。

膜技术处理高盐废水近年来飞速发展，尤其以反渗透为首的膜技术在垃圾渗滤液、工艺废水等领域处理都有大量研究和报道，且工业化程度很高。在反渗透膜中，水分子在一定的压力下透过RO膜，而源水中的盐离子、有机物、胶体和微生物无法透过，从而使纯水从源水中分离出来，由于废水中的有机物无法从废水中分离，在实际工程中无法与生物法结合，使得运行成本高昂。此外，RO膜技术还存在浓缩液后续处理困难、膜压力过高、膜易污染等问题。

近年来电渗析在特定的废水领域有较为广泛的应用，例如对总氮和总磷有较高的去除效率，而且无药剂添加，减少了二次污染，因而具有较好的发展前景。然而电渗析法应用于榨菜高盐废水处理方向确鲜有研究。其主要原因在于：（1）榨菜废水具有区域性，导致榨菜废水处理的技术研发少。从2018年全国统计的榨菜分布可知，有60%左右的榨菜生产于重庆。榨菜高盐废水基本上都是通过传统的生物法处理；（2）目前榨菜废水处理技术主要针对有机物，氨氮和总磷，而盐分一般通过加水稀释到2.0 wt%，因此地方对榨菜废水处理的认知还有待提高；（3）电渗析无法避免能耗高、设备易腐蚀等不足，导致使用成本较高，目前电渗析法在榨菜废水处理上很难具有较强的竞争力。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于处理榨菜腌制高盐废水的电渗析装置，以更好的结合生物除盐法、降低成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置，包括电渗析反应器，所述电渗析反应器包括两个端板组件和位于两个端板组件之间的膜堆，所述端板组件包括端板和嵌设在端板中的电极板，所述端板上设有电极柱，所述电极板分别通过电极柱与外接电源导通；所述膜堆包括依次设置在阴极和阳极之间的双极膜、阳离子膜、阴离子膜和双极膜，相邻的两膜之间，以及电极板与膜之间均通过隔板隔开，所述隔板上设有弯折形的流道，所述流道的首端和末端均设有输水道。

传统的电渗析反应器的隔板流道结构单一，进入电渗析反应器内的源水在有限的空间内行程较短，因此，源水通过电渗析反应器的时间也短，影响除盐效率，而本技术方案中的隔板设计，由于隔板上设有弯折形的流道，弯折的流道设计在有限的空间内能够延长源水的行程路径，延长源水通过电渗析反应器的时间，提高盐的去除效率；此外，流道的首端和末端均设有输水道，两个输水道都可以作为出水口和进水口，也即是可以反向进水，能够避免长时间一个方向进水容易在离子膜的一侧出现污堵，提高了离子膜的使用寿命。

作为优选方案，为了实现结构的密封连接，所述端板和隔板上均周向设有一一对应的螺栓孔，所述端板组件和膜堆通过螺栓穿过螺栓孔实现密封紧固连接。

作为优选方案，为了延长源水在电渗析反应器内的流通时间，所述流道呈“弓”字形结构，流道的“弓”字形转角的隔板上设置有连通弯折的流道的弹性孔，所述弹性孔由隔板上的连通孔以及封堵连通孔的带孔弹性膜组成。

作为优选方案，两个输水道相对设置在隔板上。

作为优选方案，所述流道包括弯折部，所述弯折部为弧形，通过隔板凸出或凹进的转角进行圆角处理来实现；在弧形弯折部位的侧壁上开设通孔，并在通孔与流道接触的位置安装弹性囊，弹性囊通过泵入液体或者气体膨胀。

弯折部加设弹性囊的设计，可以通过泵入液体或者气体，使得弹性囊震动，改变流道弯折部位的流动情况，从而能够减少流道在弯折部出现堵塞的情况，源水经过弯折部，可形成湍流，水流的振动也会降低弯折部出现堵塞的情况。

作为优选方案，为了实现对电压电流的检测，还包括与电源连接的电压电流传感器。

作为优选方案，所述端板和隔板均采用有机玻璃板制成。

作为优选方案，还包括与电渗析反应器管路连接的源水室，所述源水室的进水端连接有过滤器，所述过滤器的进水端连接有第一蠕动泵，所述第一蠕动泵将榨菜废水引入到源水室内，所述源水室和电渗析反应器的阳离子膜与阴离子膜间的隔板的进、出水端通过管路串接有第二蠕动泵，以构成淡水循环回路；所述电渗析反应器的阴离子膜与阳极间的两隔板的出、进水端之间的管路上依次设有第一气液分离装置、第一极水室、第三蠕动泵，构成第一极水回路；所述电渗析反应器的阳离子膜与阳极间的两隔板的出、进水端的管路上依次设有第二气液分离装置、第二极水室、第四蠕动泵，构成第二极水回路；所述第一气液分离装置还连接有第一集气装置，所述第二气液分离装置还连接有第二集气装置。

首先，第一蠕动泵将榨菜废水先通过过滤器过滤之后引入到源水室内，过滤之后把榨菜碎片、大颗粒杂质和泥沙过滤掉，成为电渗析反应器内的源水，之后启动第二蠕动泵、第三蠕动泵和第四蠕动泵，使源水、极水得以循环，第一极水室内开始放有低浓度的盐酸溶液，第二极水室内开始放有低浓度的氢氧化钠溶液，之后为电渗析反应器通电，源水箱中的源水经第二蠕动泵泵送进入电渗析反应器，在电渗析反应器内进行阴离子和阳离子分离，在离子分离过程中，由于水电解无法避免，电渗析会产生一定量的气体，主要是氢气（阴极）、氧气（阳极）和氯气（阳极），气体和液体混合物在洗气瓶内进行气体和浓缩液分离，阳极浓缩液主要是盐酸（HCl）和次氯酸（HClO），阴极浓缩液为碱（NaOH），阳极浓缩液可作为生物段杀菌消毒液，而阴极浓缩液可用于生物段中和发酵产生的酸，最后，有机物因为不带电荷而被留在源水中，随后进入生物段供嗜盐微生物生长消耗，嗜盐微生物进一步对水中的盐分长代谢消耗，最终实现了对榨菜废水的资源化回收处理。

作为优选方案，所述源水室设有将处理之后的水引入生物段的排水管。

作为优选方案，所述第一极水室引出的高浓度极水作为生物段的杀菌消毒液使用，所述第二极水室引出的高浓度极水作为生物段的酸碱度调节剂使用。

采用上述技术方案的一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置的有益效果：传统的电渗析反应器的隔板流道结构单一，进入电渗析反应器内的源水在有限的空间内行程较短，因此，源水通过电渗析反应器的时间也短，影响除盐效率，而本技术方案中的隔板设计，由于隔板上设有弯折形的流道，弯折的流道设计在有限的空间内能够延长源水的行程路径，延长源水通过电渗析反应器的时间，提高盐的去除效率；此外，流道的首端和末端均设有输水口，对于阳离子膜与阴离子膜间的流道，两个输水口均可以作为出水口和进水口，也即是可以反向进水，能够避免长时间一个方向进水容易在离子膜的一侧出现污堵，提高了离子膜的使用寿命。

附图说明

图1是本发明中端板组件的结构示意图；

图2是本发明中端板组件的侧视结构示意图；

图3是本发明中隔板的结构示意图；

图4是本发明中电渗析反应器的结构示意图；

图5是本发明的结构示意图。

图6是本发明中电渗析反应器的堆间各膜分布示意图；

图7是本发明装置脱盐与能耗和成本的关系示意图；

图8是本发明装置脱盐与能耗和能耗补充的关系示意图。

其中：电渗析反应器1；端板2；电极板3；电极柱4；双极膜3.1；阴离子膜5；阳离子膜6；隔板7；流道8；弯折部8.1；弹性囊8.2；弹性孔8.3；输水道9；螺栓孔10；电压电流传感器11；源水室12；第一极水室13；第二极水室14；过滤器15；第一蠕动泵16；第一气液分离装置17；第三蠕动泵18；第二气液分离装置19；第四蠕动泵20；第一集气装置21；第二集气装置22；排水管23；第二蠕动泵24。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明：

实施例1：

如图1-图5所示，本实施例提供一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置，包括电渗析反应器1，电渗析反应器1包括两个端板组件和位于两个端板组件之间的膜堆，端板组件包括端板2和嵌设在端板2中的电极板3，端板2上固定有电极柱4，电极板3分别通过电极柱4与外部电源连接导通；膜堆包括依次设置双极膜3.1、阳离子膜6、阴离子膜5和双极膜3.1，上述膜放置在阴极和阳极之间，相邻的两片膜之间，以及电极板3与膜之间均通过隔板7隔开，隔板7上设有弯折形的流道8，流道8的首端和末端均设有输水道9。

传统的电渗析反应器1的隔板7流道8结构单一，进入电渗析反应器1内的源水在有限的空间内行程较短，因此，源水通过电渗析反应器1的时间也短，影响除盐效率，而本技术方案中的隔板7设计，由于隔板7上设有弯折形的流道8，弯折的流道8设计在有限的空间内能够延长源水的行程路径，延长源水通过电渗析反应器1的时间，提高盐的去除效率；此外，流道8的首端和末端均设有输水道9，两个输水道9都可以作为出水口和进水口，也即是可以反向进水，能够避免长时间一个方向进水容易在离子膜的一侧出现污堵，提高了离子膜的使用寿命。

实施例2：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定。

为了实现结构的密封连接，端板2和隔板7上均周向设有一一对应的螺栓孔10，端板组件和膜堆通过螺栓穿过螺栓孔10实现密封紧固连接。

实施例3：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定。

为了延长源水在电渗析反应器1内的流通时间，流道8呈“弓”字形结构，流道的“弓”字形转角的隔板7上安装有连通弯折的流道的弹性孔8.3，弹性孔由隔板上的连通孔以及封堵连通孔的带孔弹性膜组成，这样的结构可以通过改变流道中水的流速或压力，从而改变弹性孔8.3的大小和角度，在转角的位置形成多角度冲刷，从而避免沉积和堵塞，弹性孔8.3正常流速下优选为小于0.1毫米的小微孔。

实施例4：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定。

两个输水道9相对设置在隔板7上。

实施例5：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定。

流道8包括弯折部8.1，弯折部8.1为弧形弯折部8.1。

弧形弯折部8.1的设计能够减少流道8在弯折部8.1出现堵塞的情况，源水经过弯折部8.1，会形成湍流，产生气泡，水流的振动也会降低弧形弯折部8.1出现堵塞的情况，提高隔板7的使用寿命。

实施例6：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定 。

为了实现对电压电流的检测，还包括与电源连接的电压电流传感器11。

实施例7：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定。

端板2和隔板7均采用有机玻璃板制成。

实施例8：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化限定。

还包括与电渗析反应器1管路上还连接有源水室12、第一极水室13和第二极水室14，其中源水室12的进水端连接有过滤器15，过滤器15的进水端连接有第一蠕动泵16，第一蠕动泵16将榨菜废水引入到源水室12内，源水室12和电渗析反应器1中的源水进水端之间的管路上设有第二蠕动泵24，源水进水端即是阳离子膜与阴离子膜间的隔板上的进水端，源水出水端连接回源水室12，构成淡水循环回路；第一极水室13和电渗析反应器1的第一极水进水端间设有第三蠕动泵18、第一极水出水端与第一极水室13间安装有第一气液分离装置17，它们共同构成第一极水回路，此处第一极水进水端，第一极水出水端即为阴离子膜与阳极间的两隔板上的进水端和出水端；第二极水室14和电渗析反应器1的第二极水室14的进水端之间设有第四蠕动泵20，第二极水室14的出水端与第二极水室14之间设有第二气液分离装置19、它们共同构成第二极水回路，此处第二极水进水端，第二极水出水端即为阳离子膜与阴极间的两隔板上的进水端和出水端；第一气液分离装置17还连接有用于收集氧气和氯气的第一集气装置21，第二气液分离装置19还连接有用于收集氢气的第二集气装置22。

首先，第一蠕动泵16将榨菜废水先通过过滤器15过滤之后引入到源水室12内，过滤之后把榨菜碎片、大颗粒杂质和泥沙过滤掉，成为电渗析反应器1内的源水，之后启动第二蠕动泵24、第三蠕动泵18和第四蠕动泵20，使源水、极水得以循环，之后为电渗析反应器1通电，源水箱中的源水经第二蠕动泵24泵送进入电渗析反应器1，在电渗析反应器1内进行阴离子和阳离子分离，在离子分离过程中，由于水电解无法避免，电渗析会产生一定量的气体，主要是阴极产生氢气、阳极产生氧气和和氯气，气体和液体混合物在洗气瓶内进行气体和浓缩液分离，阳极浓缩液主要是盐酸和次氯酸溶液；阴极浓缩液为氢氧化钠溶液，阳极浓缩液作为生物段杀菌消毒液，而阴极浓缩液用于生物段中和发酵产生的酸，最后，有机物因为不带电荷而被留在源水中进入生物段被去除，最终实现了对榨菜废水的资源化回收处理。

实施例9：

本实施例是在上述实施例8的基础上进行优化限定。

源水室12设有将处理之后的水引入生物段的排水管23。

实施例10：

本实施例是在上述实施例9的基础上进行优化限定。

第一极水室13引出的高浓度极水作为生物段的杀菌消毒液使用，第二极水室14引出的高浓度极水作为生物段的酸碱度调节剂使用。

实施例11：

本实施例是在上述实施例2的基础上进行优化限定。

为了延长源水在电渗析反应器1内的流通时间，流道8呈“弓”字形结构。

两个输水道9相对设置在隔板7上。

流道8包括弯折部8.1，弯折部8.1为弧形弯折部8.1。

弧形弯折部8.1的设计能够减少流道8在弯折部8.1出现堵塞的情况，源水经过弯折部8.1，会形成湍流，产生气泡，水流的振动也会降低弧形弯折部8.1出现堵塞的情况，提高隔板7的使用寿命。

为了实现对电压电流的检测，还包括与电源连接的电压电流传感器11。

端板2和隔板7均采用有机玻璃板制成。

源水室12设有将处理之后的水引入生物段的排水管23，第一极水室13引出的高浓度极水作为生物段的杀菌消毒液使用，第二极水室14引出的高浓度极水作为生物段的酸碱度调节剂使用。

操作步骤：

1.榨菜腌制废水通过过滤器把榨菜碎片、大颗粒杂质和泥沙过滤掉，成为电渗析的源水。

2.源水通过第一蠕动泵进入电渗析反应器。电渗析反应器内部为 “弓”字型（图3）。该流道设计主要是为了延长原水通过电渗析反应器的时间，提高盐的去除效率。

3.为了减少榨菜废水中的有机物沉积在流道内，装置的流道转角处有两种处理方式，一是采用弧形弯折部，弧形弯折部的主要通过对隔板7凸出或凹进的转角进行圆角处理来实现，同时在弧形弯折部位的侧壁上开设通孔，并在通孔与流道8接触的位置安装弹性囊8.2，弹性囊8.2通过泵入液体或者气体膨胀，从而实弧形弯折部的空间改变，使得此处根据需要间歇式的中增加或减小湍流强度，并对堆积此处的有机物进行挤压或冲击，从而避免持续沉积。二是采用弹性孔8.3，即带孔弹性膜的形式，通过水流速度和压力的调整，使得弹性膜上的孔大小和方向发生变化，从而对附近的水流形成冲击以及湍流干扰，减少有机物的沉积，当水流频率与弹性膜的固有频率相近时，这种防沉积的效果会更好。阳极和阴极均为0.5 wt%的NaCl溶液，进水以4.0wt%的榨菜废水，流速为1.4 cm/分钟，电渗析装置的最佳输入电压 4.0V，得到酸、碱产物的最大pH值分别为2.0和13.6。

本发明的装置的脱盐效率与能耗成本的关系如图7、图8所示。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (6)

1.一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置，其特征在于：包括电渗析反应器，所述电渗析反应器包括两个端板组件和位于两个端板组件之间的膜堆，所述端板组件包括端板和嵌设在端板中的电极板，所述端板上设有电极柱，所述电极板分别通过电极柱与外接电源导通；所述膜堆包括依次设置在阴极和阳极之间的双极膜、阳离子膜、阴离子膜和双极膜，相邻的两膜之间，以及电极板与膜之间均通过隔板隔开，所述隔板上设有贯通其两面的弯折形的流道，所述流道的首端和末端均设有输水道；

所述端板和隔板上均周向设有一一对应的螺栓孔，所述端板组件和膜堆通过螺栓穿过螺栓孔实现密封紧固连接；

所述流道呈“弓”字形结构，流道的“弓”字形转角的隔板上设置有连通弯折的流道的弹性孔，所述弹性孔由隔板上的连通孔以及封堵连通孔的带孔弹性膜组成；两个输水道相对设置在隔板上；所述流道包括弯折部，所述弯折部为弧形，隔板凸出或凹进的转角处为圆角，在弧形弯折部位的侧壁上开设有通孔，通孔与流道接触的位置安装有弹性囊，弹性囊通过泵入液体或者气体膨胀。

2.根据权利要求1所述的一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置，其特征在于：还包括与电源连接的电压电流传感器。

3.根据权利要求2所述的一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置，其特征在于：所述端板和隔板均采用有机玻璃板制成。

4.根据权利要求1或2所述的一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置，其特征在于：还包括与电渗析反应器管路连接的源水室，所述源水室的进水端连接有过滤器，所述过滤器的进水端连接有第一蠕动泵，所述第一蠕动泵将榨菜废水引入到源水室内，所述源水室和电渗析反应器的阳离子膜与阴离子膜间的隔板的进、出水端通过管路串接有第二蠕动泵，以构成淡水循环回路；所述电渗析反应器的阴离子膜与阳极间的两隔板的出、进水端之间的管路上依次设有第一气液分离装置、第一极水室、第三蠕动泵，构成第一极水回路；所述电渗析反应器的阳离子膜与阳极间的两隔板的出、进水端的管路上依次设有第二气液分离装置、第二极水室、第四蠕动泵，构成第二极水回路；所述第一气液分离装置还连接有第一集气装置，所述第二气液分离装置还连接有第二集气装置。

5.根据权利要求4所述的一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置，其特征在于：所述源水室设有将处理之后的水引入生物段的排水管。

6.根据权利要求5所述的一种榨菜腌制高盐废水资源化利用的电渗析装置，其特征在于：所述第一极水室引出的高浓度极水作为生物段的杀菌消毒液使用，所述第二极水室引出的高浓度极水作为生物段的酸碱度调节剂使用。

Images