CN113493278A - 一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统，包括膜法回收酸系统、聚合氯化铝膜反应器系统、纳滤膜浓缩系统、电化学除盐装置、蒸发装置及自清洗系统。本发明针对含盐酸、含铝废水进行资源再利用，回收了稀盐酸，制备了聚合氯化铝(PAC)，实现废液中盐酸、铝资源的回收，变废为宝，实现经济效益的同时，将废水资源化；利用聚合氯化铝膜反应器系统制备聚合氯化铝(PAC)，操作简单，经济效益高；利用纳滤膜浓缩系统提高聚合氯化铝(PAC)浓度，获得性能稳定的PAC成品；利用自清洗系统对系统中几个膜的清洗维护，延长膜使用寿命长，避免单独添加化学清洗剂，运行成本低；整个系统无废水产生，真正实现了零排放。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体为一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统。
背景技术
铝加工、肥料等企业生产过程中会有大量含铝、酸的废水产生，如果直接将污水排放，既污染了环境，又浪费了大量的资源。现有技术会对污水做一定的处理再排放，但是现有的污水处理工艺具有能耗大，产物不能回收利用或产物回收利用率低，污水处理不彻底，无法做到零排放等缺陷。
聚合氯化铝（PAC）是一种无机物，一种新兴净水材料、无机高分子混凝剂，简称聚铝。它是介于AlCI3和Al(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，化学通式为[Al2(OH)nCl6-n]m，其中m代表聚合程度，n表示PAC产品的中性程度。n=1-5为具有Keggin结构的高电荷聚合环链体，对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，并可强力去除微有毒物及重金属离子，性状稳定。由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用，生产出来的聚合氯化铝是相对分子质量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂。
因此，设计资源高度回收、零排放的一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统，其特征在于包括膜法回收酸系统、聚合氯化铝膜反应器系统、纳滤膜浓缩系统、电化学除盐装置、蒸发装置及自清洗系统，所述处理废水中含盐酸、含有铝离子，根据每天处理水量调整设备规模。
根据上述技术方案，所述膜法回收酸系统包括：原储罐、提升泵、原液高位槽、纯水高位槽、水泵、膜法回收装置、稀酸储罐；原储罐内的废水通过提升泵与原液高位槽通过管路连通；原液高位槽与膜法回收装置通过管路连通；纯水通过水泵与纯水高位槽通过管路连通；纯水高位槽与膜法回收装置通过管路连通；膜法回收装置酸出水口通过管道与稀酸储罐连通；膜法回收装置处理液出水口通过管道与聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐连通。
根据上述技术方案，所述原液含有高浓度盐酸、氯化铝；所述原液高位槽中的原液与纯水高位槽中的纯水按照1:1体积比例同时进入膜法回收装置内膜的两侧，获得的处理液进入聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐、获得的酸液进入稀酸储罐。
根据上述技术方案，所述聚合氯化铝膜反应器系统包括：两个聚合氯化铝储罐、两个进料泵、膜反应器、两个碱液储罐、两个供碱泵；两个聚合氯化铝储罐分别通过各自的进料泵与膜反应器通过管路连通；两个碱液储罐分别通过各自的供碱泵与膜反应器通过管路连通；膜反应器与两个聚合氯化铝储罐分别通过管路连通；膜反应器与两个碱液储罐分别通过管路连通；两个聚合氯化铝储罐分别通过各自的进料泵与纳滤膜浓缩装置通过管路连通。
根据上述技术方案，所述两个聚合氯化铝储罐交替向膜反应器供料、两个碱液储罐交替向膜反应器供料，一个聚合氯化铝储罐与一个碱液储罐同时向膜反应器供料，并严格控制进料速度，多余碱液回流到碱液储罐中，生成的聚合氯化铝流到聚合氯化铝储罐中，1-5h后结束反应，切换另一组聚合氯化铝储罐与碱液储罐同时向膜反应器供料；液碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾其中的一种。
根据上述技术方案，所述纳滤膜浓缩系统包括：纳滤膜浓缩装置、两个聚合氯化铝储罐及两个进料泵（聚合氯化铝储罐及进料泵与聚合氯化铝膜反应器系统所用设备相同）、一个吸引泵；所述聚合氯化铝从两个聚合氯化铝储罐通过各自的进料泵与纳滤膜浓缩装置通过管路连通；聚合氯化铝从两个聚合氯化铝储罐通过各自的进料泵与聚合氯化铝浓缩罐通过管路连通；纳滤膜浓缩装置出料聚合氯化铝通过管道回流到两个聚合氯化铝储罐中；纳滤膜浓缩装置废液（主要为含盐废水）通过吸引泵与电化学除盐装置通过管路连通。
根据上述技术方案，所述纳滤膜浓缩装置废料进入电化学除盐装置进行除盐，除盐后通过管道进入蒸发装置，蒸发装置通过管道连通自清洗系统的中间罐，中间罐通过管道与纯水高位槽通过管道连通。
根据上述技术方案，所述自清洗系统包括两部分：
一部分是针对聚合氯化铝膜反应器系统水自清洗系统：包括中间罐及水泵，中间罐通过水泵与两个碱液储罐通过管道连通，使水进入聚合氯化铝膜反应器系统,清洗液从聚合氯化铝储罐通过供料泵通过管道进入原储罐，从而进入系统回用；
另一部分是是针对系统酸自清洗系统：包括膜法回收酸系统中的原储罐、提升泵、聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐、两个进料泵及管道；原储罐内的废水通过提升泵与聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐通过管路连通，将含盐酸废水打入聚合氯化铝膜反应器系统，对聚合氯化铝膜反应器进行酸洗，洗液回流到两个聚合氯化铝储罐中；两个聚合氯化铝储罐分别通过各自的进料泵与膜法回收装置通过管路连通。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明针对含盐酸、含铝废水进行资源再利用，回收了稀盐酸，制备了聚合氯化铝(PAC)，实现废液中盐酸、铝资源的回收，变废为宝，实现经济效益的同时，将废水资源化；处理效果明显，节省不必要的投入；利用膜法回收酸系统，将废水中含有的高浓度盐酸扩散渗析到纯水中，低能耗，回收稀盐酸回收率高；利用聚合氯化铝膜反应器系统制备聚合氯化铝(PAC)，操作简单，经济效益高；利用纳滤膜浓缩系统提高聚合氯化铝(PAC)浓度，获得性能稳定的PAC成品；利用电化学除盐装置去除水中多余盐分；利用蒸发装置回收水资源；利用自清洗系统对系统中几个膜的清洗维护，不但可以延长膜的使用寿命，避免单独添加化学清洗剂，还降低了运行成本；整个系统无废水产生，本发明将处理工艺中间过程产出的废水及最终产出的纯净水返回系统进行回用，真正实现了零排放。
综上所述，本发明处理效果稳定、回用率高、运行成本低、绿色环保、零排放等显著特点，实现了废水资源化，具有广泛的推广价值。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统的连接关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供技术方案：一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统，其特征在于包括膜法回收酸系统、聚合氯化铝膜反应器系统、纳滤膜浓缩系统、电化学除盐装置、蒸发装置及自清洗系统，所述处理废水中含盐酸、含有铝离子，根据每天处理水量调整设备规模。
根据上述技术方案，所述膜法回收酸系统包括：原储罐、提升泵、原液高位槽、纯水高位槽、水泵、膜法回收装置、稀酸储罐；原储罐内的废水通过提升泵与原液高位槽通过管路连通；原液高位槽与膜法回收装置通过管路连通；纯水通过水泵与纯水高位槽通过管路连通；纯水高位槽与膜法回收装置通过管路连通；膜法回收装置酸出水口通过管道与稀酸储罐连通；膜法回收装置处理液出水口通过管道与聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐连通。
根据上述技术方案，所述原液含有高浓度盐酸、氯化铝；所述原液高位槽中的原液与纯水高位槽中的纯水按照1:1体积比例同时进入膜法回收装置内膜的两侧，获得的处理液进入聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐、获得的酸液进入稀酸储罐。
根据上述技术方案，所述聚合氯化铝膜反应器系统包括：两个聚合氯化铝储罐、两个进料泵、膜反应器、两个碱液储罐、两个供碱泵；两个聚合氯化铝储罐分别通过各自的进料泵与膜反应器通过管路连通；两个碱液储罐分别通过各自的供碱泵与膜反应器通过管路连通；膜反应器与两个聚合氯化铝储罐分别通过管路连通；膜反应器与两个碱液储罐分别通过管路连通；两个聚合氯化铝储罐分别通过各自的进料泵与纳滤膜浓缩装置通过管路连通。
根据上述技术方案，所述两个聚合氯化铝储罐交替向膜反应器供料、两个碱液储罐交替向膜反应器供料，一个聚合氯化铝储罐与一个碱液储罐同时向膜反应器供料，并严格控制进料速度，多余碱液回流到碱液储罐中，生成的聚合氯化铝流到聚合氯化铝储罐中，1-5h后结束反应，切换另一组聚合氯化铝储罐与碱液储罐同时向膜反应器供料；液碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾其中的一种。
根据上述技术方案，所述纳滤膜浓缩系统包括：纳滤膜浓缩装置、两个聚合氯化铝储罐及两个进料泵（聚合氯化铝储罐及进料泵与聚合氯化铝膜反应器系统所用设备相同）、一个吸引泵；所述聚合氯化铝从两个聚合氯化铝储罐通过各自的进料泵与纳滤膜浓缩装置通过管路连通；聚合氯化铝从两个聚合氯化铝储罐通过各自的进料泵与聚合氯化铝浓缩罐通过管路连通；纳滤膜浓缩装置出料聚合氯化铝通过管道回流到两个聚合氯化铝储罐中；纳滤膜浓缩装置废液（主要为含盐废水）通过吸引泵与电化学除盐装置通过管路连通。
根据上述技术方案，所述纳滤膜浓缩装置废料进入电化学除盐装置进行除盐，除盐后通过管道进入蒸发装置，蒸发装置通过管道连通自清洗系统的中间罐，中间罐通过管道与纯水高位槽通过管道连通。
根据上述技术方案，所述自清洗系统包括两部分：
一部分是针对聚合氯化铝膜反应器系统水自清洗系统：包括中间罐及水泵，中间罐通过水泵与两个碱液储罐通过管道连通，使水进入聚合氯化铝膜反应器系统,清洗液从聚合氯化铝储罐通过供料泵通过管道进入原储罐，从而进入系统回用；
另一部分是是针对系统酸自清洗系统：包括膜法回收酸系统中的原储罐、提升泵、聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐、两个进料泵及管道；原储罐内的废水通过提升泵与聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐通过管路连通，将含盐酸废水打入聚合氯化铝膜反应器系统，对聚合氯化铝膜反应器进行酸洗，洗液回流到两个聚合氯化铝储罐中；两个聚合氯化铝储罐分别通过各自的进料泵与膜法回收装置通过管路连通。
实施例1：来水为10吨含10%盐酸的含氯化铝废水，置于原储罐中，通过提升泵进入原液高位槽；原液高位槽中的原液与纯水高位槽中的纯水按照1:1体积比例同时进入膜法回收装置内膜的两侧，获得的处理液进入聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐、获得的酸液进入稀酸储罐。
两个聚合氯化铝储罐分别通过各自的进料泵将物料打入膜反应器，两个氢氧化钾储罐分别通过各自的供碱泵将液碱加入到膜反应器内；两个聚合氯化铝储罐交替向膜反应器供料、两个碱液储罐交替向膜反应器供料，一个聚合氯化铝储罐与一个碱液储罐同时向膜反应器供料，并严格控制进料速度，多余碱液回流到碱液储罐中，生成的聚合氯化铝回流到聚合氯化铝储罐中，2小时后结束反应，切换另一组聚合氯化铝储罐与碱液储罐同时向膜反应器供料。
回流到聚合氯化铝储罐中的PAC通过进料泵进入纳滤膜浓缩装置进行浓缩，浓缩后生成的稳定聚合氯化铝通过管道回流到两个聚合氯化铝储罐中，再由进料泵打入PAC浓缩液罐；纳滤膜浓缩装置废料（主要为含氯盐废水）通过吸引泵进入电化学除盐装置进行脱盐反应，生成的氯化钾可以作化肥的原材料等。
所述纳滤膜浓缩装置废液进入电化学除盐装置进行除盐后，通过管道进入蒸发装置，将水蒸发回收到自清洗系统的中间罐中，中间罐通过管道与纯水高位槽通过管道连通，将水回用或用来系统自清洗。
所述自清洗系统包括两部分：一部分是针对聚合氯化铝膜反应器系统水自清洗系统：包括中间罐及水泵，中间罐通过水泵与两个碱液储罐通过管道连通，使水进入聚合氯化铝膜反应器系统,清洗液从聚合氯化铝储罐通过供料泵通过管道进入原储罐，从而进入系统回用；一部分是利用原废水对聚合氯化铝膜反应器进行酸洗，原储罐内的废水通过提升泵进入聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐，对聚合氯化铝膜反应器进行酸洗，洗液回流到两个聚合氯化铝储罐中，再将洗液通过两个进料泵打入膜法回收装置。
实施例2： 来水为20吨含盐酸的含氯化铝废水，置于原储罐中，通过提升泵进入原液高位槽；原液高位槽中的原液与纯水高位槽中的纯水按照1:1体积比例同时进入膜法回收装置内膜的两侧，获得的处理液进入聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐、获得的酸液进入稀酸储罐。
两个聚合氯化铝储罐分别通过各自的进料泵将物料打入膜反应器，两个氢氧化钠储罐分别通过各自的供碱泵将液碱加入到膜反应器内；两个聚合氯化铝储罐交替向膜反应器供料、两个碱液储罐交替向膜反应器供料，一个聚合氯化铝储罐与一个碱液储罐同时向膜反应器供料，并严格控制进料速度，多余碱液回流到碱液储罐中，生成的聚合氯化铝回流到聚合氯化铝储罐中，2小时后结束反应，切换另一组聚合氯化铝储罐与碱液储罐同时向膜反应器供料。
回流到聚合氯化铝储罐中的PAC通过进料泵进入纳滤膜浓缩装置进行浓缩，浓缩后生成的稳定聚合氯化铝通过管道回流到两个聚合氯化铝储罐中，再由进料泵打入PAC浓缩液罐；纳滤膜浓缩装置废料（主要为含氯盐废水）通过吸引泵进入电化学除钠盐装置进行脱盐反应。
所述纳滤膜浓缩装置废液进入电化学除盐装置进行除盐后，通过管道进入蒸发装置，将水蒸发回收到自清洗系统的中间罐中，中间罐通过管道与纯水高位槽通过管道连通，将水回用或用来系统自清洗。
所述自清洗系统包括两部分：一部分是针对聚合氯化铝膜反应器系统水自清洗系统：包括中间罐及水泵，中间罐通过水泵与两个碱液储罐通过管道连通，使水进入聚合氯化铝膜反应器系统,清洗液从聚合氯化铝储罐通过供料泵通过管道进入原储罐，从而进入系统回用；一部分是利用原废水对聚合氯化铝膜反应器进行酸洗，原储罐内的废水通过提升泵进入聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐，对聚合氯化铝膜反应器进行酸洗，洗液回流到两个聚合氯化铝储罐中，再将洗液通过两个进料泵打入膜法回收装置。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (8)
1.一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统，其特征在于包括膜法回收酸系统、聚合氯化铝膜反应器系统、纳滤膜浓缩系统、电化学除盐装置、蒸发装置及自清洗系统，所述处理废水中含盐酸、含有铝离子，根据每天处理水量调整设备规模。
2.根据权利要求1所述的一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统，其特征在于：所述膜法回收酸系统包括：原储罐、提升泵、原液高位槽、纯水高位槽、水泵、膜法回收装置、稀酸储罐；原储罐内的废水通过提升泵与原液高位槽通过管路连通；原液高位槽与膜法回收装置通过管路连通；纯水通过水泵与纯水高位槽通过管路连通；纯水高位槽与膜法回收装置通过管路连通；膜法回收装置酸出水口通过管道与稀酸储罐连通；膜法回收装置处理液出水口通过管道与聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐连通。
3.根据权利要求2所述的一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统，其特征在于：所述原液含有高浓度盐酸、氯化铝；所述原液高位槽中的原液与纯水高位槽中的纯水按照1:1体积比例同时进入膜法回收装置内膜的两侧，获得的处理液进入聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐、获得的酸液进入稀酸储罐。
4.根据权利要求1所述的一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统，其特征在于：所述聚合氯化铝膜反应器系统包括：两个聚合氯化铝储罐、两个进料泵、膜反应器、两个碱液储罐、两个供碱泵；两个聚合氯化铝储罐分别通过各自的进料泵与膜反应器通过管路连通；两个碱液储罐分别通过各自的供碱泵与膜反应器通过管路连通；膜反应器与两个聚合氯化铝储罐分别通过管路连通；膜反应器与两个碱液储罐分别通过管路连通；两个聚合氯化铝储罐分别通过各自的进料泵与纳滤膜浓缩装置通过管路连通。
5.根据权利要求4所述的一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统，其特征在于：所述两个聚合氯化铝储罐交替向膜反应器供料、两个碱液储罐交替向膜反应器供料，一个聚合氯化铝储罐与一个碱液储罐同时向膜反应器供料，并严格控制进料速度，多余碱液回流到碱液储罐中，生成的聚合氯化铝流到聚合氯化铝储罐中，1-5h后结束反应，切换另一组聚合氯化铝储罐与碱液储罐同时向膜反应器供料；液碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾其中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统，其特征在于：所述纳滤膜浓缩系统包括：纳滤膜浓缩装置、两个聚合氯化铝储罐及两个进料泵（聚合氯化铝储罐及进料泵与聚合氯化铝膜反应器系统所用设备相同）、一个吸引泵；所述聚合氯化铝从两个聚合氯化铝储罐通过各自的进料泵与纳滤膜浓缩装置通过管路连通；聚合氯化铝从两个聚合氯化铝储罐通过各自的进料泵与聚合氯化铝浓缩罐通过管路连通；纳滤膜浓缩装置出料聚合氯化铝通过管道回流到两个聚合氯化铝储罐中；纳滤膜浓缩装置废液（主要为含盐废水）通过吸引泵与电化学除盐装置通过管路连通。
7.根据权利要求2、6所述的一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统，其特征在于：所述纳滤膜浓缩装置废料进入电化学除盐装置进行除盐，除盐后通过管道进入蒸发装置，蒸发装置通过管道连通自清洗系统的中间罐，中间罐通过管道与纯水高位槽通过管道连通。
8.根据权利要求2、4所述的一种含铝废水制备聚合氯化铝的膜反应器系统，其特征在于：所述自清洗系统包括两部分：
一部分是针对聚合氯化铝膜反应器系统水自清洗系统：包括中间罐及水泵，中间罐通过水泵与两个碱液储罐通过管道连通，使水进入聚合氯化铝膜反应器系统,清洗液从聚合氯化铝储罐通过供料泵通过管道进入原储罐，从而进入系统回用；
另一部分是是针对系统酸自清洗系统：包括膜法回收酸系统中的原储罐、提升泵、聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐、两个进料泵及管道；原储罐内的废水通过提升泵与聚合氯化铝膜反应器系统的两个聚合氯化铝储罐通过管路连通，将含盐酸废水打入聚合氯化铝膜反应器系统，对聚合氯化铝膜反应器进行酸洗，洗液回流到两个聚合氯化铝储罐中；两个聚合氯化铝储罐分别通过各自的进料泵与膜法回收装置通过管路连通。
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Denomination of invention: A membrane reactor system for preparing polyaluminum chloride from aluminum containing wastewater Granted publication date: 20230616 Pledgee: Bank of Nanjing Co.,Ltd. Changzhou Branch Pledgor: Poseidon (Jiangsu) new material technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980012426 |