CN112125457A - 一种热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环保技术领域，提供了一种热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，该工艺将热电反渗透浓水顺次经过活性炭和离子交换树脂处理，降低COD和硬度，之后利用纳滤膜进行分盐，并对获得的纳滤浓水和纳滤产水分别进行结晶，进而获得相应的产品，采用这种工艺即有效的降低了RO浓水中COD和硬度对结晶产品的影响，又通过纳滤的方式，有效避免了RO浓水中氯化钠与硫酸钠比例约为1时易结晶出混盐无法得到利用而浪费资源的情况。该方法降低了危废物的产生，促进了资源的回收利用，分盐效率高，和膜法分盐及直接冷法分质结晶相比能耗低。

Description

一种热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理综合利用技术领域，具体提供了一种热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法。
背景技术
工业废水中，主要含有大量的以无机盐为主的溶解性总固体，同时具有硬度高、COD含量高且生化性较差等特点。现在相关企业为了节约成本，同时实现资源的重复利用，都希望能将废水中的无机盐进行回收得到具有利用价值的工业级产品。今年来RO(反渗透)作为一种常规、高效的除盐技术在废水处理中得到广泛的应用，RO在处理废水过程中会产生部分浓水，浓水中COD、硬度及含盐量均比较高，直接外排会造成污染同时也造成资源的浪费，故需要对该RO浓水进行资源化处理。
对RO浓水常用的处理方法为直接通过蒸发结晶的方式得杂盐，该方法的主要缺陷为增加后续危废处理难度，同时造成资源的浪费。该RO浓水的主要特点为Cl-和SO4 2-的比例约为1:1，直接采用蒸发结晶不能将氯化钠与硫酸钠盐有效的分开。当Cl-：SO4 2-≥1:1.3时，通过控制蒸发结晶过程中蒸出水的量及蒸发温度，在蒸发结晶过程中首先得硫酸钠盐，而后得氯化钠盐，收率略有不同；当Cl-：SO4 2-≥1.3:1时，通过控制蒸发结晶过程中蒸出水的量及蒸发温度，在蒸发结晶过程中首先得氯化钠盐，而后得硫酸钠盐，收率略有不同。
目前分盐方法主要有热法分盐(蒸发结晶)、冷法分质结晶以及纳滤后冷法分质结晶三种工艺，对于热电RO浓水这种高含盐且Cl-和SO4 2-的含量没有明显区别的，采用传统的热法分盐基本无法实现；采用冷法分质结晶虽然理论上可行，但能耗高且结晶盐收率低，参数控制复杂。所以采用纳滤后冷法分质结晶的方法可有效进行分盐且能耗低。
三种分盐方法特点对比如下：
热法分盐 NF/冷法分质结晶 冷法分质结晶
能耗 高 低 高
有机物富集 高 低 中
盐品质 差 好 好
自控性 中 高 差
出盐率 高 高 低
现有技术中有申请号为“201721775944.1”，名称为“一种反渗透浓水的分盐浓缩系统”的技术方案用于处理相应废水，但是根据其记载可知，其对应的废水指标为悬浮物ss＜1mg/L，硬度＜100mg/L，SO4 2-：1500-2500mg/L，Cl-:15000-20000mg/L，其对于来水的要求过高，需要进行复杂的前处理才能利用其技术方案进行后续的处理，处理成本高，同时其处理的废水中氯离子与硫酸根的比例约为10:1，本身比例很大这有利于结晶盐的析出，但是对于本申请所涉及Cl-:SO4 2-约为1:1的浓水，其处理设备是无能为力的；无法对本申请所涉及的热电RO浓水进行有效处理。
因此如何解决现有分盐工艺存在的诸多弊端，成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明针对上述技术存在的不足，提供一种热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，该工艺将热电反渗透浓水顺次经过活性炭和离子交换树脂处理，降低COD和硬度，之后利用纳滤膜进行分盐，并对获得的纳滤浓水和纳滤产水分别进行结晶，进而获得相应的产品，采用这种工艺即有效的降低了RO浓水中COD和硬度对结晶产品的影响，又通过纳滤的方式，有效避免了RO浓水中氯化钠与硫酸钠比例约为1时易结晶出混盐无法得到利用而浪费资源的情况。该方法降低了危废物的产生，促进了资源的回收利用，分盐效率高，和膜法分盐及直接冷法分质结晶相比能耗低。
本发明主要采用了纳滤分盐技术，该技术是利用纳滤膜技术将一价离子(以Cl-为主)和二价离子(以SO4 2-为主)分开，分别形成以一价离子为主的溶液(纳滤产水)和以二价离子为主的溶液(纳滤浓水)，二者分别进行分盐。从而有效避免了废液中一价离子和二价离子含量相当而产生杂盐的情况，且结晶盐纯度满足工业用盐要求。
为了达到更好的效果，发明人提供了具体技术方案如下：
一种热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，其具体步骤如下：
步骤一，使用活性炭处理方法除去热电RO浓水的部分有机物，从而降低COD含量，饱和后的活性炭可进行再生处理；
步骤二，使用离子交换树脂降低热电RO浓水的硬度，避免其影响结晶盐纯度，饱和后的离子交换树脂可进行再生处理；
步骤三，将步骤二所得热电RO浓水经卷式纳滤膜处理分别得纳滤浓水和纳滤产水；所述纳滤产水率控制为80％～95％；运行压力控制在0.8Mpa～1.5Mpa；
步骤四，将步骤三所得纳滤浓水经冷冻结晶且干燥后得工业级硫酸钠产品；
步骤五，将步骤三所得纳滤产水经蒸发结晶得工业级氯化钠产品；
其中步骤一中所述的热电RO浓水是指:含盐浓度大于10000mg/L、含COD浓度大于500mg/L、硬度不低于1000mg/L，且Cl-:SO4 2-的摩尔比为1:1左右的废水；
步骤一中所述活性炭载体为颗粒活性炭，活性炭颗粒大小范围为40-80目，优选的为活性炭颗粒大小为60-80目；碘值不低于800mg/g，优选的为活性炭碘值为950mg/g-1000mg/g；其来源不限于果壳活性炭或椰壳活性炭；
步骤一中所述使用活性炭降低热电RO浓水的COD为活性炭吸附柱，活性炭吸附柱的料液流速范围为1-4BV，优选的为2-3BV；
步骤一中所述使用活性炭降低热电RO浓水的COD，处理后COD低于50mg/L；
现有技术中虽然采用砂滤的方式，但是其主要目的是为了去除悬浮物，对于COD的处理无能为力，而本申请技术方案中采用了活性炭来进行处理，其在去除悬浮物的同时更加能够吸附浓水中的有机物，从而降低水中的有机物含量，即COD，这是与本申请的待处理浓水性质有直接关系的，也是本申请与对比文件的不同之处，若只按照对比文件的技术方案进行砂滤，则有机物含量高会影响纳滤膜的使用寿命，同时易造成膜的堵塞，难以进行后续的处理；
步骤二中所述使用的离子交换树脂为离子交换树脂吸附柱，离子交换树脂吸附柱的料液流速范围为1-4BV，优选的为2-3BV；
步骤二中所述使用离子交换树脂吸附柱降低RO浓水的硬度，吸附后硬度低于50mg/L；
浓水的硬度过高也会对后续的纳滤膜造成不利影响，很容易造成纳滤膜表面钙化并结垢，不但影响纳滤膜的通量及处理效果，还会严重影响纳滤膜的使用寿命，增加运行成本；同时，硬度过高会造成纳滤膜分盐后纳滤浓水中杂离子含量高，而影响结晶盐的纯度及品质；采用上述工艺降低RO浓水的硬度则避免了上述问题的发生，上述步骤一和二需要对料液流速进行严格控制，从而确保其处理效果；
步骤三中所用纳滤膜为卷式纳滤膜，具体可选1812卷式纳滤膜，其截留分子量在150Da，卷式纳滤膜对硫酸根的拦截率可达98％；
上述纳滤膜进水在COD低于50mg/L,硬度低于50mg/L的条件下，经纳滤膜分离后，所得溶液结晶盐均符合工业二级品要求；由于本申请所涉及的浓水中Cl-:SO4 2-的摩尔比约为1:1，因此需要控制所述纳滤产水率控制为80％～95％；运行压力控制在0.8Mpa～1.5Mpa；更进一步的优选为纳滤产水率控制为90％；运行压力控制在1.0Mpa～1.3Mpa。
步骤四中所述冷冻结晶温度为-5-5℃，烘箱干燥温度为80-105℃；
步骤五中所述蒸发结晶温度为60-85℃，不同蒸发结晶温度下，所得结晶盐收率略有差异，优选的为85℃；
上述的冷冻结晶和蒸发结晶均采用本领域的常规设备完成；
经过上述冷冻结晶所得硫酸钠盐收率范围为50％～65％，收率最高可达65％；
经过上述的蒸发结晶所得氯化钠盐收率范围为45％～55％，收率最高可达55％，且经过检测，上述的硫酸钠和氯化钠均已达到工业品合格盐的标准，可以作为工业品继续利用，而且经过发明人实验比对，针对本申请这种Cl-:SO4 2-的摩尔比为1:1左右的废水，现有技术很难将其分离，现有技术中硫酸钠和氯化钠的收率只有10％-20％左右，可见本申请的技术方案针对这种特殊废水，收率普遍提高了25％以上，具有显著的进步之处。
综上所述，采用本发明所提供的工艺，即有效的降低了RO浓水中COD和硬度对结晶产品的影响，又通过纳滤的方式，有效避免了RO浓水中氯化钠与硫酸钠比例约为1时易结晶出混盐无法得到利用而浪费资源的情况。该方法降低了危废物的产生，促进了资源的回收利用，分盐效率高，和膜法分盐及直接冷法分质结晶相比能耗低。
附图说明
图1为本发明所述热电反渗透浓水结晶分盐的处理工艺流程图。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。
实施例1
某热电厂RO浓缩后浓水含盐量为11690mg/L、COD含量为756mg/L、硬度为1564mg/L，Cl-：SO4 2-＝0.97。
其处理工艺，具体步骤如下：
经椰壳活性炭吸附柱吸附，料液流速2BV，椰壳活性炭碘值950mg/g，处理后水中COD含量为26mg/L；
经离子交换树脂吸附柱脱硬后水中硬度为17mg/L，料液流速为2BV；
卷式纳滤膜分盐，压力控制1.2Mpa，产水率控制为89％，硫酸根截留率为98.85％,经卷式纳滤膜分离后，纳滤产水在85℃下旋蒸结晶，所得氯化钠结晶盐纯度为98.14％，达到工业合格品的标准；收率为46.97％；
纳滤浓水在-5℃下冷冻结晶，抽滤后在105℃下烘干，所得硫酸钠结晶盐纯度为95.69％，达到工业合格品的标准；收率为53.62％。
实施例2
某热电厂三期DTRO浓缩后浓水含盐量为42470mg/L、COD含量为852mg/L、硬度为2200mg/L，Cl-：SO4 2-＝0.93。
其处理工艺，具体步骤如下：
使用椰壳活性炭吸附柱吸附，椰壳活性炭碘值950mg/g，进料流速控制2BV，吸附后水中COD含量为42mg/L；
经离子交换树脂吸附柱脱硬后水中硬度为36mg/L，料液流速为2BV；
卷式纳滤膜分盐，压力控制1.3Mpa，产水率控制为93％，硫酸根截留率为98.77％,经卷式纳滤膜分离后，纳滤产水在85℃下旋蒸结晶，所得氯化钠结晶盐纯度为97.90％，达到工业合格品的标准；收率为52.89％；
纳滤浓水在-5℃下冷冻结晶，抽滤后在105℃下烘干，所得硫酸钠结晶盐纯度为97.99％，达到工业合格品的标准；收率为64.11％。
实施例3
某电厂RO浓水与某石化电脱水混和水样，含盐量为23240mg/L、COD含量为509mg/L、硬度为1414mg/L，Cl-：SO4 2-＝1.1。
其处理工艺，具体步骤如下：
使用椰壳活性炭吸附柱吸附，椰壳活性炭碘值950mg/g，进料流速控制2BV，吸附后水中COD含量为29mg/L；
经离子交换树脂吸附柱脱硬后水中硬度为31mg/L，料液流速为2BV；
卷式纳滤膜分盐，压力控制1.3Mpa，产水率控制为94％，硫酸根截留率为98.89％,经卷式纳滤膜分离后，纳滤产水在85℃下旋蒸结晶，所得氯化钠结晶盐纯度为98.43％，达到工业合格品的标准；收率为53.34％；
纳滤浓水在-5℃下冷冻结晶，抽滤后在105℃下烘干，所得硫酸钠结晶盐纯度为97.07％，达到工业合格品的标准；收率为53.34％。
比较例
对实施例3中所述样品分别进行热法分盐和冷法分质分盐：
某电厂RO浓水与某石化电脱水混和水样，含盐量为23240mg/L、COD含量为509mg/L、硬度为1414mg/L，Cl-：SO4 2-＝1.1。
其处理工艺，具体步骤如下：
使用椰壳活性炭吸附柱吸附，椰壳活性炭碘值950mg/g，进料流速控制2BV，吸附后水中COD含量为29mg/L；
经离子交换树脂吸附柱脱硬后水中硬度为31mg/L，料液流速为2BV；
(1)热法分盐：脱硬后的水样品，直接在85℃条件下进行蒸发结晶，所得结晶盐为混盐，经离子色谱检测显示，当脱水率为75％时，混盐中氯化钠及硫酸钠的含量分别为25.32％和71.20％；当脱水率为92.5％时，混盐中氯化钠及硫酸钠的含量分别为80.89％和14.96％。即直接热法分盐只能得到混盐，无法实现回收盐的再利用；
(2)冷法分质分盐：首先需要对溶液进一步浓缩至氯化钠接近饱和溶液，然后进行降温冷冻结晶，得到一定量的芒硝产品，然后对制硝母液进行蒸发结晶，得到氯化钠产品，此时需要对蒸发温度和蒸发量进行控制以便得到纯度比较高的氯化钠产品，结晶母液外排或是回到系统前端，芒硝再进行热融蒸发结晶，得到无水硫酸钠。采用此方式进行分盐，虽然能得到相应的盐，但收率低且步骤繁琐，同时条件控制更加苛刻。
可见本申请的技术方案较之现有技术有更好的处理效果，有效的降低了RO浓水中COD和硬度对结晶产品的影响，又通过纳滤的方式，有效避免了RO浓水中氯化钠与硫酸钠比例约为1时易结晶出混盐无法得到利用而浪费资源的情况。

Claims (10)

1.一种热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一，使用活性炭处理方法除去热电RO浓水的部分有机物，从而降低COD含量，饱和后的活性炭可进行再生处理；
步骤二，使用离子交换树脂降低热电RO浓水的硬度，避免其影响结晶盐纯度，饱和后的离子交换树脂可进行再生处理；
步骤三，将步骤二所得热电RO浓水经卷式纳滤膜处理分别得纳滤浓水和纳滤产水；
步骤四，将步骤三所得纳滤浓水经冷冻结晶且干燥后得工业级硫酸钠产品；
步骤五，将步骤三所得纳滤产水经蒸发结晶得工业级氯化钠产品；
其中步骤一中所述的热电RO浓水是指:含盐浓度大于10000mg/L、含COD浓度大于500mg/L、硬度不低于1000mg/L且Cl-:SO4 2-的摩尔比为1:1的废水。
2.根据权利要求1所述热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，其特征在于：
步骤一中所述活性炭载体为颗粒活性炭，活性炭颗粒大小范围为40-80目，碘值不低于800mg/g，其来源不限于果壳活性炭或椰壳活性炭；步骤一中所述使用活性炭降低热电RO浓水的COD为活性炭吸附柱，活性炭吸附柱的料液流速范围为1-4BV；处理后COD低于50mg/L。
3.根据权利要求2所述热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，其特征在于：所述活性炭颗粒大小为60-80目；碘值为950mg/g-1000mg/g；活性炭吸附柱的料液流速范围2-3BV。
4.根据权利要求1所述热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，其特征在于：
步骤二中所述使用的离子交换树脂为离子交换树脂吸附柱，离子交换树脂吸附柱的料液流速范围为1-4BV，RO浓水吸附后硬度低于50mg/L。
5.根据权利要求4所述热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，其特征在于：
步骤二中所述使用的离子交换树脂为离子交换树脂吸附柱，离子交换树脂吸附柱的料液流速范围为2-3BV。
6.根据权利要求1所述热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，其特征在于：步骤三中所用纳滤膜为卷式纳滤膜，所述纳滤产水率控制为80％～95％；运行压力控制在0.8Mpa～1.5Mpa。
7.根据权利要求6所述热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，其特征在于：所述纳滤产水率控制为90％；运行压力控制在1.0Mpa～1.3Mpa。
8.根据权利要求1所述热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，其特征在于：
步骤四中所述冷冻结晶温度为-5-5℃，烘箱干燥温度为80-105℃。
9.根据权利要求1所述热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，其特征在于：步骤五中所述蒸发结晶温度为60-85℃。
10.根据权利要求9所述热电反渗透浓水结晶分盐的处理方法，其特征在于：步骤五中所述蒸发结晶温度为85℃。
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