CN111003854A - 一种利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固体废物处理工艺的技术领域，具体的涉及一种利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置及其方法。本发明装置包括溶解池、沉淀池、第一输送泵、第二输送泵、第三输送泵、离子交换树脂装置和双极膜电渗析设备。本发明处理芒硝的方法是芒硝在溶解池中与软水混合，接着再通过沉淀池的静置将芒硝溶液中的泥沙等杂物沉淀。接着通过送入离子交换树脂装置实现将其中的钙镁锌等离子拦截。接着将滤液送入到双极膜电渗析设备中的盐室内，再在双极膜电渗析设备的酸室和碱室中分别加入与滤液等体积的水，开始对双极膜电渗析设备电解。当双极膜电渗析设备的盐室内的滤液的导电率小于或等于20mS/cm时，盐室内的滤液的硫酸钠处理完成，达到排放标准。
Description
技术领域
本发明属于固体废物处理工艺的技术领域，具体的涉及一种利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置及其方法。
背景技术
芒硝为硫酸盐类矿物芒硝族芒硝，主要含含水硫酸钠(Na2SO4·10H2O)。双极膜电渗析设备包括依次串联的第一极室、酸室、盐室、碱室和第二极室。第一极室和酸室之间通过双极膜串联，酸室和盐室通过阳极膜串联，盐室和碱室通过阴极膜串联，碱室和第二极室通过双极膜串联。
目前处理芒硝的方法是将芒硝的结晶水脱去后变为元明粉售卖。受市场需求量减少的影响，大量的元明粉堆放在粘胶纤维厂内无法处理。给环保和销售都带来了很大的压力。
因此缺少一种能够将芒硝进行有效处理的方法。
发明内容
本发明的目的之一，是为了解决上述背景技术中的现有技术缺少一种能够对芒硝进行有效处理的方法技术问题，提供一种利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置，包括溶解池、沉淀池、第一输送泵、排污管道、第二输送泵、第三输送泵、离子交换树脂装置和双极膜电渗析设备，所述双极膜电渗析设备包括第一极室、酸室、盐室、碱室和第二极室，其中：
所述溶解池的出口通过管道与所述沉淀池的入口连通且设置在沉淀池的上方；
所述沉淀池的出口通过管道与所述第一输送泵的输入端连通，所述第一输送泵的输出端通过管道与所述离子交换树脂装置的入口连通；
所述离子交换树脂装置的出口通过管道与所述第二输送泵的输入端连通；
所述第二输送泵的输出端通过管道与所述盐室的入口连通；
所述盐室的出口通过管道与所述第三输送泵的输入端连通，所述第三输送泵的输出端与所述排污管道连通。
本发明的有益效果是：固体的芒硝在溶解池中与软水混合，形成了芒硝溶液，接着再通过沉淀池的静置将溶液中的泥沙等杂物沉淀下来。接着通过送入离子交换树脂装置实现将其中的钙镁锌等离子拦截。为芒硝的处理避免了干扰。接着通过将滤液送入到双极膜电渗析设备中的盐室内，再在双极膜电渗析设备的酸室和碱室中分别加入与滤液等体积的水，开始对双极膜电渗析设备电解。水在两个双极膜上分解，氢氧根进入碱室，氢离子进入酸室，在直流电源的作用下，盐室中的钠离子通过阳离子膜进入碱室，在碱室中形成氢氧化钠；硫酸根离子通过阴离子膜进入酸室，在酸室中形成硫酸。从而让盐室中的滤液中的硫酸钠进行分解，实现了芒硝的环保型处理，并不会引入其他有害物质。本发明的装置生产操作简便。同时由于硫酸和氢氧化钠是粘胶纤维企业在生产中必不可少的原料，因此本发明可以将硫酸根与钠离子循环使用，不但可以减少企业的生产成本，还可以减轻固废处理的环保压力和元明粉的销售压力。解决了现有技术缺少一种能够对芒硝进行有效处理的方法技术问题。闸阀的设置可以实现各个工段之间更好的启停作用。双极膜电渗析设备可以采用合肥科佳高分子材料科技有限公司生产的CJBMED-2040型双极膜电渗析设备。所述溶解池与所述沉淀池之间的管道、所述第二输送泵与所述双极膜电渗析设备之间的管道、所述双极膜电渗析设备与所述第三输送泵之间的管道上均设有闸阀。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述离子交换树脂装置由并联的第一离子交换树脂和第二离子交换树脂组成，其中：
所述第一输送泵的输出端通过管道分别与所述第一离子交换树脂的入口和所述第二离子交换树脂的入口连通；所述第一离子交换树脂的出口和所述第二离子交换树脂的出口均通过管道与所述盐室的入口连通。
采用上述进一步方案的有益效果是，在第一离子交换树脂工作的时候，可以对第二离子树脂进行检修和对第二离子交换树脂的离子交换膜用适当浓度的无机酸或碱洗涤，使得其恢复到原来的初始状态。通过第一离子交换树脂和第二离子交换树脂的交底工作和检修，保证了这个装置在使用时候的连续性和过滤效果。
进一步，还包括酸液储槽和碱液储槽，所述酸液储槽和所述碱液储槽均设置在所述双极膜电渗析设备的下方，所述酸室的出口通过管道与所述酸液储槽的入口连通，所述碱室的出口通过管道与所述碱液储槽的入口连通；所述酸液储槽的出口和所述碱液储槽的出口分别与两根浓缩管道的一端连通。
采用上述进一步方案的有益效果是，由于电解的时候氢氧根进入碱室，氢离子进入酸室，在直流电源的作用下，盐室中的钠离子通过阳离子膜进入碱室，在碱室中形成氢氧化钠；硫酸根离子通过阴离子膜进入酸室，在酸室中形成硫酸。所以可以通过打开酸室和碱室的出口使得酸液储槽内收集硫酸，碱液储槽内收集氢氧化钠。实现了再回收利用。且可以通过所述浓缩管道能够连接现有的提浓工段，通入闪蒸罐中闪蒸提浓到需要的浓度的硫酸和氢氧化钠，作为浓硫酸和烧碱使用或者售卖。所述双极膜电渗析设备与所述酸液储槽之间的管道、所述双极膜电渗析设备与所述碱液储槽之间的管道以及两根浓缩管道上均设有闸阀。
进一步，还包括干燥塔、氢气储罐和氧气储罐，其中：
所述干燥塔包括并列的第一干燥塔和第二干燥塔；
所述第一干燥塔的入口通过管道与所述第一极室的顶端连通，所述第一干燥塔的出口通过管道与所述氢气储罐的入口连通；
所述第二干燥塔的入口通过管道与所述第二极室的顶端连通，所述第二干燥塔的出口通过管道与所述氧气储罐的入口连通。
采用上述进一步方案的有益效果是，由于在电解过程中双极膜电渗析设备中的第一极室产生氢气，第二极室产生氧气，所以氢气和氧气通过上升的过程中通过顶壁连通的两根管道分别进入第一干燥塔和第二干燥塔，将其气体中附带的水蒸气进行干燥。通过干燥后的氢气和氧气分别收集到氢气储罐和氧气储罐中，实现了资源的收集与利用。
进一步，所述溶解池和所述盐室内均设有导电率仪，所述酸室和碱室内均设有pH计。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过导电率可以知道溶解池中的芒硝溶液中硫酸钠的浓度和双极膜电渗析设备的盐室中硫酸钠的浓度。PH计可以知道其PH值，从而决定是否收集到酸液储槽和碱液储槽中。
进一步，还包括第四输送泵，其中：
所述第四输送泵的输入端通过管道与所述盐室的出口连通，所述第四输送泵的输出端通过管道与所述溶解池的入口连通。
采用上述进一步方案的有益效果是，还可以通过将电解后的含有较低浓度硫酸钠的滤液通过第四输送泵回流到溶解池中作为芒硝的溶剂，与固定芒硝混合形成芒硝溶液。第四输送泵与所述溶解池连通的入口为溶解池的第一入口，溶解池添加原料的入口为第二入口。
本发明的目的之二，是提供一种利用上述所述的利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置处理芒硝的方法，本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种处理芒硝的方法，包括以下步骤：
A、将芒硝和软水按照质量比为1：(3.4～7.8)，分别从溶解池的入口加入到溶解池中，得到混合溶液；混合溶液进入到沉淀池中，静置1～3h；接着通过第一输送泵将沉淀池中的上清液输送到离子交换树脂装置内过滤，得到滤液；
B、将步骤A中的滤液通过第二输送泵输送到双极膜电渗析设备的盐室内，然后向酸室和碱室内分别加入与步骤A里的滤液相同体积的软水，接着在电压为35～45V和电流为25～35A的条件下，对所述双极膜电渗析设备进行电解；
C、当所述盐室内的滤液的导电率小于或等于20mS/cm时断电终止电解，滤液通过第三输送泵进入到排污管道排出或通过第四输送泵输送回所述溶解池中。
本发明的有益效果是:通过上述步骤的电解，能够有效的将芒硝进行电解，使得芒硝中的硫酸钠分解，此时的滤液达到排放标准。可以选择将双极膜电渗析设备的盐室内的滤液通过排污管道排出，或者通过第四输送泵回流到溶解池中，用于溶解新加入的固定芒硝。本发明的芒硝的处理方法不会引入其他杂质污染小，且十分的高效和环保。同时还能收集氧气和氢气，实现了废物利用。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，在步骤A中，当采用所述离子交换树脂装置的第一离子交换树脂进行过滤操作时，关闭第二离子交换树脂的入口且通过质量百分数为30％～70％的氢氧化钠溶液冲洗所述第二离子交换树脂1～2h；当采用所述离子交换树脂装置的所述第二离子交换树脂进行过滤操作时，关闭所述第一离子交换树脂的入口且通过质量百分数为30％～70％的氢氧化钠溶液冲洗所述第一离子交换树脂1～2h。
采用上述进一步方案的有益效果是，第一离子交换树脂和第二离子交换树脂的交替使用，保证了整个处理过程的连续性和效果。氢氧化钠溶液的冲洗使得第一交换树脂和第二交换树脂均能够保持很好的过滤性，能够过滤其中的锌、钙、镁离子。
进一步，在步骤A中，所述软水的温度为30～55℃；
在步骤B中，在所述双极膜电渗析设备进行电解时，所述第一极室内的气体经过第一干燥塔后通入到氢气储罐中，所述第二极室内的气体经过第二干燥塔后通入氧气储罐中。
采用上述进一步方案的有益效果是，实现了氢气和氧气的收集。
进一步，在步骤B中，当所述酸室的pH值为0时，将所述酸室内的溶液通入到酸液储槽中；当所述碱室的pH值为14时，将所述碱室内的溶液通入到碱液储槽中。
采用上述进一步方案的有益效果是，实现了硫酸和氢氧化钠的收集，实现了废物利用。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、溶解池，2、沉淀池，3、第一输送泵，4、离子交换树脂装置、401、第一离子交换树脂，402、第二离子交换树脂，5、双极膜电渗析设备，501、第一极室，502、酸室，503、盐室，504、碱室，505、第二极室，601、酸液储槽，602、碱液储槽，7、干燥塔，701、第一干燥塔，702、第二干燥塔，801、氢气储罐，802、氧气储罐，9、排污管道，10、第二输送泵，11、第三输送泵，12、第四输送泵，13、浓缩管道。
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。
实施例1、
如图1所述，一种利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置，包括溶解池1、沉淀池2、第一输送泵3、排污管道9、第二输送泵10、第三输送泵11、离子交换树脂装置4和双极膜电渗析设备5，所述双极膜电渗析设备5包括第一极室501、酸室502、盐室503、碱室504和第二极室504，其中，所述溶解池1的出口通过管道与所述沉淀池2的入口连通且设置在沉淀池2的上方；所述沉淀池2的出口通过管道与所述第一输送泵3的输入端连通，所述第一输送泵3的输出端通过管道与所述离子交换树脂装置4的入口连通；所述离子交换树脂装置4的出口通过管道与所述第二输送泵10的输入端连通；所述第二输送泵10的输出端通过管道与所述盐室503的入口连通；所述盐室503的出口通过管道与所述第三输送泵11的输入端连通，所述第三输送泵11的输出端与所述排污管道9连通。
可选的，所述离子交换树脂装置4由并联的第一离子交换树脂401和第二离子交换树脂402组成，所述第一输送泵3的输出端通过管道分别与所述第一离子交换树脂401的入口和所述第二离子交换树脂402的入口连通；所述第一离子交换树脂401的出口和所述第二离子交换树脂402的出口均通过管道与所述盐室503的入口连通。
可选的，还包括酸液储槽601和碱液储槽602，其中：酸液储槽601和所述碱液储槽602均设置在所述双极膜电渗析设备5的下方，所述酸室502的出口通过管道与所述酸液储槽601的入口连通，所述碱室502的出口通过管道与所述碱液储槽602的入口连通；所述酸液储槽601的出口和所述碱液储槽602的出口分别与两根浓缩管道13的一端连通。所述双极膜电渗析设备5与所述酸液储槽601之间的管道、所述双极膜电渗析设备5与所述碱液储槽602之间的管道以及两根浓缩管道13上均设有闸阀。
可选的，还包括干燥塔7、氢气储罐801和氧气储罐802，其中，所述干燥塔7包括并列的第一干燥塔701和第二干燥塔702；所述第一干燥塔701的入口通过管道与所述第一极室501的顶端连通，所述第一干燥塔701的出口通过管道与所述氢气储罐801的入口连通；所述第二干燥塔702的入口通过管道与所述第二极室505的顶端连通，所述第二干燥塔702的出口通过管道与所述氧气储罐802的入口连通。
可选的，所述溶解池1和所述盐室503内均设有导电率仪，所述酸室502和碱室504内均设有pH计。
可选的，还包括第四输送泵12，其中：所述第四输送泵12的输入端通过管道与所述盐室503的出口连通，所述第四输送泵12的输出端通过管道与所述溶解池1的入口连通。
在具体的芒硝处理过程中，提供了利用上述所述的利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置处理芒硝的方法，包括以下步骤：
A、将芒硝和软水按照质量比为1：3.4，分别从溶解池1的入口加入到溶解池1中，得到混合溶液；混合溶液进入到沉淀池2中，静置1～3h；接着通过第一输送泵3将沉淀池2中的上清液输送到离子交换树脂装置4内过滤，得到滤液；
B、将步骤A中的滤液通过第二输送泵10输送到双极膜电渗析设备5的盐室503内，然后向酸室502和碱室504内分别加入与步骤A里的滤液相同体积的软水，接着在电压为35～45V和电流为25～35A的条件下，对所述双极膜电渗析设备5进行电解；
C、当所述盐室503内的滤液的导电率小于或等于20mS/cm时断电终止电解，滤液通过第三输送泵11进入到排污管道9排出或通过第四输送泵12输送回所述溶解池1中。
可选的，在步骤A中，当采用所述离子交换树脂装置4的第一离子交换树脂401进行过滤操作时，关闭第二离子交换树脂402的入口且通过质量百分数为30％～70％的氢氧化钠溶液冲洗所述第二离子交换树脂402的时间为1～2h；当采用所述离子交换树脂装置4的所述第二离子交换树脂402进行过滤操作时，关闭所述第一离子交换树脂401的入口且通过质量百分数为30％～70％的氢氧化钠溶液冲洗所述第一离子交换树脂401的时间为1～2h。
可选的，在步骤A中，所述软水的温度为30～55℃；
在步骤B中，在所述双极膜电渗析设备5进行电解时，所述第一极室501内的气体经过第一干燥塔701后通入到氢气储罐801中，所述第二极室505内的气体经过第二干燥塔702后通入氧气储罐802中。
可选的，在步骤B中，当所述酸室502的pH值为0时，将所述酸室502内的溶液通入到酸液储槽601中；当所述碱室504的pH值为14时，将所述碱室504内的溶液通入到碱液储槽602中。
实施例2、
与实施例1的区别在于，在具体的芒硝处理过程中，在步骤A中，将芒硝和软水按照1：5的质量比加入到溶解池1中得到混合溶液。
实施例3、
与实施例1的区别在于，在具体的芒硝处理过程中，在步骤A中，将芒硝和软水按照1：7.8的质量比加入到溶解池1中得到混合溶液。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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)
1.一种利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置，其特征在于，包括溶解池(1)、沉淀池(2)、第一输送泵(3)、排污管道(9)、第二输送泵(10)、第三输送泵(11)、离子交换树脂装置(4)和双极膜电渗析设备(5)，所述双极膜电渗析设备(5)包括第一极室(501)、酸室(502)、盐室(503)、碱室(504)和第二极室(504)，其中：
所述溶解池(1)的出口通过管道与所述沉淀池(2)的入口连通且设置在沉淀池(2)的上方；
所述沉淀池(2)的出口通过管道与所述第一输送泵(3)的输入端连通，所述第一输送泵(3)的输出端通过管道与所述离子交换树脂装置(4)的入口连通；
所述离子交换树脂装置(4)的出口通过管道与所述第二输送泵(10)的输入端连通；
所述第二输送泵(10)的输出端通过管道与所述盐室(503)的入口连通；
所述盐室(503)的出口通过管道与所述第三输送泵(11)的输入端连通，所述第三输送泵(11)的输出端与所述排污管道(9)连通。
2.根据权利要求1所述的利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置，其特征在于，所述离子交换树脂装置(4)由并联的第一离子交换树脂(401)和第二离子交换树脂(402)组成，其中：
所述第一输送泵(3)的输出端通过管道分别与所述第一离子交换树脂(401)的入口和所述第二离子交换树脂(402)的入口连通；所述第一离子交换树脂(401)的出口和所述第二离子交换树脂(402)的出口均通过管道与所述盐室(503)的入口连通。
3.根据权利要求1所述的利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置，其特征在于，还包括酸液储槽(601)和碱液储槽(602)，其中：
酸液储槽(601)和所述碱液储槽(602)均设置在所述双极膜电渗析设备(5)的下方，所述酸室(502)的出口通过管道与所述酸液储槽(601)的入口连通，所述碱室(502)的出口通过管道与所述碱液储槽(602)的入口连通；所述酸液储槽(601)的出口和所述碱液储槽(602)的出口分别与两根浓缩管道(13)的一端连通。
4.根据权利要求1至3任一项所述的利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置，其特征在于，还包括干燥塔(7)、氢气储罐(801)和氧气储罐(802)，其中：
所述干燥塔(7)包括并列的第一干燥塔(701)和第二干燥塔(702)；
所述第一干燥塔(701)的入口通过管道与所述第一极室(501)的顶端连通，所述第一干燥塔(701)的出口通过管道与所述氢气储罐(801)的入口连通；
所述第二干燥塔(702)的入口通过管道与所述第二极室(505)的顶端连通，所述第二干燥塔(702)的出口通过管道与所述氧气储罐(802)的入口连通。
5.根据权利要求1至3任一项所述的利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置，其特征在于，所述溶解池(1)和所述盐室(503)内均设有导电率仪，所述酸室(502)和碱室(504)内均设有pH计。
6.根据权利要求1至3任一项所述的利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置，其特征在于，还包括第四输送泵(12)，其中：
所述第四输送泵(12)的输入端通过管道与所述盐室(503)的出口连通，所述第四输送泵(12)的输出端通过管道与所述溶解池(1)的入口连通。
7.一种利用如权利要求1至6任一项所述的利用双极膜电渗析设备电解处理芒硝的装置处理芒硝的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将芒硝和软水按照质量比为1：(3.4～7.8)，分别从溶解池(1)的入口加入到溶解池(1)中，得到混合溶液；混合溶液进入到沉淀池(2)中，静置1～3h；接着通过第一输送泵(3)将沉淀池(2)中的上清液输送到离子交换树脂装置(4)内过滤，得到滤液；
B、将步骤A中的滤液通过第二输送泵(10)输送到双极膜电渗析设备(5)的盐室(503)内，然后向酸室(502)和碱室(504)内分别加入与步骤A里的滤液相同体积的软水，接着在电压为35～45V和电流为25～35A的条件下，对所述双极膜电渗析设备(5)进行电解；
C、当所述盐室(503)内的滤液的导电率小于或等于20mS/cm时断电终止电解，滤液通过第三输送泵(11)进入到排污管道(9)排出或通过第四输送泵(12)输送回所述溶解池(1)中。
8.根据权利要求7所述的处理芒硝的方法，其特征在于，在步骤A中，当采用所述离子交换树脂装置(4)的第一离子交换树脂(401)进行过滤操作时，关闭第二离子交换树脂(402)的入口且通过质量百分数为30％～70％的氢氧化钠溶液冲洗所述第二离子交换树脂(402)1～2h；当采用所述离子交换树脂装置(4)的所述第二离子交换树脂(402)进行过滤操作时，关闭所述第一离子交换树脂(401)的入口且通过质量百分数为30％～70％的氢氧化钠溶液冲洗所述第一离子交换树脂(401)1～2h。
9.根据权利要求7所述的处理芒硝的方法，其特征在于，在步骤A中，所述软水的温度为30～55℃；
在步骤B中，在所述双极膜电渗析设备(5)进行电解时，所述第一极室(501)内的气体经过第一干燥塔(701)后通入到氢气储罐(801)中，所述第二极室(505)内的气体经过第二干燥塔(702)后通入氧气储罐(802)中。
10.根据权利要求7所述的处理芒硝的方法，其特征在于，在步骤B中，当所述酸室(502)的pH值为0时，将所述酸室(502)内的溶液通入到酸液储槽(601)中；当所述碱室(504)的pH值为14时，将所述碱室(504)内的溶液通入到碱液储槽(602)中。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112939295A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-06-11 | 四川恩特普环保科技有限公司 | 一种硫酸钠双极膜电渗析制备酸碱的方法 |
| CN113371909A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-09-10 | 中石化南京化工研究院有限公司 | 一种甲醇合成催化剂生产废水资源化利用的方法 |
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