CN113087259B - 一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺 - Google Patents

一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺，包括下述方法：将高盐废水通过预处理系统进行过滤；将经过预处理的高盐废水导入置换电渗析系统的料液室；将置换电渗析产生的滤室浓水和钠室浓水混合进入诱导结晶系统软化，软化后的上清液进入纳滤系统，将纳滤透过液回用至置换电渗析氯化钠室，纳滤浓水回至诱导结晶系统。本发明采用置换电渗析系统对高盐废水进行浓缩，可将易结垢的CaSO4、CaCO3等转化为易溶的CaCl2，节省了大量的预处理药剂费用，且通过对两股浓水进行诱导结晶软化后，再通过纳滤分盐系统进行回收氯化钠，从而达到氯化钠的循环使用，大大地降低了运行成本，且降低了零排放的投资和运行费用。

Description

一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺
技术领域
本发明涉及一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺，属于污水处理工艺技术领域。
背景技术
工业生产过程中不可避免地会产生大量的高盐废水，如火电厂脱硫废水、采矿矿井水、煤化工废水等。高盐废水对环境的危害较大，目前常进行以预处理-浓缩减量-蒸发结晶为主的废水“零排放”处理工艺。通常高盐废水中含有大量的Ca2+、Mg2+，废水的高硬度会造成水处理设备的结垢和腐蚀。因此预处理常加入大量的药剂如Na2CO3、NaOH等进行除硬，然后经物理过滤后进行浓缩减量，最后末端浓水进行固化处理。一方面药剂的大量使用提高了运行成本，且产生大量污泥，另一方面目前常用的以高压反渗透为主的浓缩技术产生的浓水量依然较大(浓缩至30-50％左右)，加大了后续的蒸发结晶成本。因此现有技术中如何有效地降低高盐废水“零排放”的投资和运行成本是一个亟待解决的难题，既关乎着高盐废水处理技术的推广和应用，又关乎着我国水环境保护战略的实施和推进。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺，采用置换电渗析系统对高盐废水进行浓缩，并将易结垢的CaSO4、CaCO3等转化为易溶的CaCl2，从而降低设备的结垢和腐蚀，并且可以大大的降低药剂投放量，从而降低废水处理成本。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺，包括下述方法：
将高盐废水通过预处理系统进行过滤，在预处理系统中不需要加入化学药剂如Na2CO3、NaOH等进行软化，仅需要物理截留，如多介质过滤器、活性炭过滤器、微滤、超滤等，去除浊度、悬浮物、大分子有机物等即可；
将经过预处理的高盐废水导入置换电渗析系统的料液隔室，在置换电渗析系统的氯化钠循环隔室中导入原料氯化钠溶液，通过置换电渗析系统的电场力作用于高盐废水和原料氯化钠溶液，将高盐废水中易结垢化合物转化为易溶解的氯化物；置换电渗析(Electrodialysis metathesis,EDM)系统和离子交换膜并无不同，只是将两股不同的溶液分在相间的隔室进入，在电场力的作用下不同溶液的阴阳离子分别进入相邻隔室发生置换反应。可将高盐废水中易于结垢的CaSO4、CaCO3等转化为易溶的CaCl2，置换电渗析系统的浓室中分别得到Cl型浓液和Na型浓液，从根本上避免了离子交换膜潜在的结垢风险。故节约了预处理的加药软化成本，且可以通过操作条件控制浓缩液含盐量。置换电渗析系统处理后的高盐废水被分拆为三股水。一股为淡室产水，其经过3反渗透(RO)系统处理后淡水回用，浓水回至预处理系统。第二股水为Na型浓水，主要成分为NaCl、Na2SO4、Na2CO3等，第三股水为Cl型浓水，主要成分为NaCl、CaCl2和MgCl2等。
将置换电渗析系统的淡室产水通过反渗透系统处理，将反渗透系统的产出淡水回收利用，将反渗透系统的产出浓水导入所述预处理系统；
将置换电渗析系统产出的浓水通过诱导结晶法对溶液进行软化；置换电渗析系统输出的浓水主要成分是NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaCl、CaCl2和MgCl2，通过诱导结晶法会生成一系列沉淀反应，导致硬度降低：
将经过软化后的浓水进行过滤；
Na2SO4+CaCl2＝CaSO4↓Ksp≈9.1×10-6
Na2CO3+CaCl2＝CaCO3↓Ksp≈2.8×10-9
Na2CO3+MgCl2＝MgCO3↓Ksp≈2.6×10-5
将经过软化后的浓水通过纳滤分盐系统回收浓水中的氯化钠，将分离出的氯化钠溶液导入置换电渗析系统的氯化钠循环隔室中。由于本工艺的运行成本主要为NaCl的消耗，因此考虑对其分离回收，然后回用，分离方法为纳滤膜分盐技术。纳滤属于膜技术中的一种,具有纳米级的孔径(约为1～10nm),是介于反渗透和超滤之间的一种压力驱动式膜过程，其具有截留二价盐的能力，因此常在水处理中用作一、二价盐的分离。透过液为分离的NaCl溶液回用至EDM系统。未透过膜侧主要为二价离子的混合浓溶液，回用至二价离子浓缩液诱导结晶系统。
前述的一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺中，所述诱导结晶法包括以下内容：将置换电渗析系统产出的浓水导入结晶反应器，在结晶反应器中加入晶体和碱性药剂，使水中的钙离子发生化学反应生成结晶附着在晶种表面，沉淀在水底排出。
前述的一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺中，将经过软化后的浓水通过多介质过滤器、纤维过滤器或微滤装置进行过滤。
前述的一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺中，所述原料氯化钠溶液采用下述方法制备：将纯度是99.9％以上的氯化钠药剂加入反渗透产水，配置溶液的电导率维持在高盐废水料液的1.2-1.5之间。
与现有技术相比，本发明采用置换电渗析系统对高盐废水进行浓缩，并将易结垢的CaSO4、CaCO3等转化为易溶的CaCl2，从而降低设备的结垢和腐蚀，并且可以大大的降低药剂投放量，从而降低废水处理成本。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的流程图；
图2是置换电渗析系统的工作原理示意图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例：一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺，包括下述方法：
将高盐废水通过预处理系统进行过滤；预处理系统是多介质过滤器、活性炭过滤器、微滤装置或超滤装置，用于去除高盐废水中的浊度、悬浮物、大分子有机物。
将经过预处理的高盐废水导入置换电渗析系统的料液隔室，在置换电渗析系统的氯化钠循环隔室中导入原料氯化钠溶液，通过置换电渗析系统的电场力作用于高盐废水和原料氯化钠溶液，将高盐废水中易结垢化合物转化为易溶解的氯化物；所述原料氯化钠溶液采用下述方法制备：将纯度是99.9％以上的氯化钠药剂加入反渗透产水，配置溶液的电导率维持在高盐废水料液的1.2-1.5之间。
将置换电渗析系统的淡室产水通过反渗透系统处理，将反渗透系统的产出淡水回收利用，将反渗透系统的产出浓水导入所述预处理系统；
将置换电渗析系统产出的浓水通过诱导结晶法对溶液进行软化；所述诱导结晶法包括以下内容：将置换电渗析系统产出的浓水导入结晶反应器，在结晶反应器中加入晶体和碱性药剂，使水中的钙离子发生化学反应生成结晶附着在晶种表面，沉淀在水底排出。结晶软化处理设备的原理是水从罐体下部进入，使晶种以悬浮态存在于水中，通过加入氢氧化钠和碳酸钠，使水中的钙离子形成碳酸钙包裹在晶种外部，慢慢形成大的结晶颗粒，形成到足够大时，沉淀在罐体底部排出。
将经过软化后的浓水通过多介质过滤器、纤维过滤器或微滤装置进行过滤。诱导结晶会去除大量的硬度，但也会产生较多的固体悬浮物。主要设备为多介质过滤器、纤维过滤器、微滤等，去除固体悬浮物，能达到纳滤分盐系统的进水条件即可。
将经过软化后的浓水通过纳滤分盐系统回收浓水中的氯化钠，将分离出的氯化钠溶液导入置换电渗析系统的氯化钠循环隔室中。由于本工艺的运行成本主要为NaCl的消耗，因此考虑对其分离回收，然后回用，分离方法为纳滤膜分盐技术。纳滤属于膜技术中的一种,具有纳米级的孔径(约为1～10nm),是介于反渗透和超滤之间的一种压力驱动式膜过程，其具有截留二价盐的能力，因此常在水处理中用作一、二价盐的分离。透过液为分离的NaCl溶液回用至EDM系统。未透过膜侧主要为二价离子的混合浓溶液，回用至二价离子浓缩液诱导结晶系统。
采用上述工艺方法处理某煤矿矿井水反渗透浓水，水质为：电导率18mS/cm、TDS为18g/L、硬度约为500mg/L(以CaCO3计)，进水水量为1m3/h。氯化钠室采用纯度为99.5％以上的氯化钠药剂，并以反渗透产水配置而成，电导率30mS/cm。经过此工艺处理，产生了约950L/h的产水，TDS为10g/L，经反渗透处理后回用，淡水回收率高达95％。高盐废水浓缩并减量至5％以下，主要为约20L/h的Na型浓液，TDS为200g/L，和约23L/h的Cl型浓液，TDS为200g/L。
经诱导结晶和纳滤后，可获得约25L/h纯度为99％的NaCl浓缩液，将其回用至EDM系统。另外获得18L/h的二价杂盐浓缩液，进入诱导结晶系统，诱导后固体外运。此工艺大大地降低了浓缩段的运行成本，可使得每吨高盐废水浓缩运行成本从16-18元降低至3-5元。且相比于吨水浓水为一半高压反渗透浓缩技术，此工艺极大地降低了高盐废水“零排放”阶段的投资和运行成本，起到很好的节能降耗作用。

Claims (4)

1.一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺，其特征在于，包括下述方法：
将高盐废水通过预处理系统进行过滤；
将经过预处理的高盐废水导入置换电渗析系统的料液隔室，在置换电渗析系统的氯化钠循环隔室中导入原料氯化钠溶液，通过置换电渗析系统的电场力作用于高盐废水和原料氯化钠溶液，将高盐废水中易结垢化合物转化为易溶解的氯化物；
将置换电渗析系统的淡室产水通过反渗透系统处理，将反渗透系统的产出淡水回收利用，将反渗透系统的产出浓水导入所述预处理系统；
将置换电渗析系统产出的浓水通过诱导结晶法对溶液进行软化；所述诱导结晶法包括以下内容：将置换电渗析系统产出的氯室浓水和钠室浓水导入结晶反应器，在结晶反应器中加入晶体和碱性药剂，使水中的钙离子发生化学反应生成结晶附着在晶种表面，沉淀在水底排出；
将经过软化后的浓水进行过滤；
将经过软化后的浓水通过纳滤分盐系统回收浓水中的氯化钠，将分离出的氯化钠溶液导入置换电渗析系统的氯化钠循环隔室中。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺，其特征在于，所述预处理系统是多介质过滤器、活性炭过滤器、微滤装置或超滤装置，用于去除高盐废水中的浊度、悬浮物、大分子有机物。
3.根据权利要求1所述的一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺，其特征在于，将经过软化后的浓水通过多介质过滤器、纤维过滤器或微滤装置进行过滤。
4.根据权利要求1所述的一种基于纳滤回用盐的不软化浓缩高盐废水的工艺，其特征在于，所述原料氯化钠溶液采用下述方法制备：将纯度是99.9％以上的氯化钠药剂加入反渗透产水，配置的溶液的电导率维持在高盐废水料液的1.2-1.5之间。
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