CN115466000A - 针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统，包括根据处理工艺依次包括蒸发器、换热器、调酸罐、氧化单元、渗透单元以及收集单元。其中，蒸发器能够接收溴系阻燃剂废水，并对其进行蒸发浓缩。换热器与蒸发器的出液口连通。调酸罐对降温后的溴系阻燃剂废水进行调酸处理。氧化单元氧化单元将溴系阻燃剂废水中的溴离子进行氧化。渗透单元将被氧化废水中的溴素进行分离。收集单元对渗透后的溴素进行收集。本发明提供的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统改变了以往通过氯气酸化氧化溴离子的方式，杜绝了危险气体的使用，同时也避免氯盐的产生，工艺简单紧凑，运行成本低廉，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统。
背景技术
溴素作为一种重要的化工原料，是溴系阻燃剂废水的生产原料，溴系阻燃剂废水有四溴双酚A、十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯、溴代三嗪、甲基八溴醚等。工业生产中制备溴系阻燃剂废水时，溴的利用率不高，同时生产中有使用大量芳香族化合物以及有机洗液，因此会产生大量溴含量大于10g-60g/L的高浓工业废水。主要以氢溴酸、溴化钠等物质为主。这些工业废水通常直接处理后排放，其极高的盐分导致废水处理困难，而且导致大量高价值易提取的溴元素流失，大大提高了原料成本，降低经济收益。
现有技术中，对于溴系阻燃剂废水的处理方法有水蒸气蒸馏法和空气吹出法。二者都是先通过氯气氧化酸化废水中的溴离子，使其转化为溴分子，用水蒸气或空气吹脱，使用富集液吸收富集后，再次氧化吹脱，冷凝再精制得到成品。通常水蒸气蒸馏法用在溴离子浓度较高的卤水中（含溴浓度在1g/L以上），空气吹出法则用于海水。但是，氯气酸化氧化的方式不仅需要大量危险气体氯气，存在安全隐患，而且水蒸气蒸馏法和空气吹出法所需设备庞大，投资高昂且耗能大，处理成本较高，实用性差。
发明内容
本发明实施例提供一种针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统，旨在能够解决现有的溴系阻燃剂废水处理方式实用性差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统，根据处理工艺依次包括蒸发器、换热器、调酸罐、氧化单元、渗透单元以及收集单元；其中，
所述蒸发器用于接收溴系阻燃剂废水，并对其进行蒸发浓缩；所述换热器具有热媒进口、热媒出口、冷媒进口及冷媒出口，所述热媒进口与所述蒸发器的出液口连通；所述调酸罐的进料口与所述热媒出口连通，用于对降温后的溴系阻燃剂废水进行调酸处理；所述氧化单元具有废液进口及废液出口，所述废液进口与所述调酸罐的出料口连通，所述废液出口与所述冷媒进口相连通，所述氧化单元用于将溴系阻燃剂废水中的溴离子进行氧化；所述渗透单元具有进液口、出液口及导气口，所述进液口与所述冷媒出口相连通，所述出液口与所述废液进口连通，所述渗透单元用于将被氧化废水中的溴素进行分离；所述收集单元分别与所述导气口连通，对渗透后的溴素进行收集。
在一种可能的实现方式中，所述渗透单元包括筒体、端盖、第一封头、第二封头、中空纤维膜以及真空泵；所述筒体具有两端贯通的筒腔，所述导气口均位于所述筒体上，所述筒体的两端设有法兰端面；所述端盖设有两个，两个所述端盖分别位于所述筒体的两端，且与所述筒体两端的法兰端面可拆卸连接，每个所述端盖上均布有多个连通结构；所述第一封头与其中一个所述端盖可拆卸连接，且与对应的所述端盖围合形成进料腔，所述进液口位于所述第一封头上；所述第二封头与其中另一个所述端盖可拆卸连接，且与对应的所述端盖围合形成出料腔，所述出液口位于所述第二封头上；所述中空纤维膜设有多个，各所述中空纤维膜均位于所述筒腔中，且与任意所述端盖上的所述连通结构一一对应设置，每个所述中空纤维膜的两端分别与两个所述端盖上的所述连通结构分别连通，以对所述进料腔和所述出料腔进行连通，每个所述中空纤维膜均绕着所述筒体的中轴线呈螺旋设置；所述真空泵用于对所述筒腔进行负压。
在一种可能的实现方式中，所述导气口位于所述筒腔的底部。
在一种可能的实现方式中，所述连通结构包括固定管以及锁紧帽；所述固定管的中轴线与所述筒体的中轴线共线设置，所述固定管的一端固设在所述端盖上，且穿透所述端盖，所述固定管的另一端伸入至所述筒腔中，以供所述中空纤维膜的一端套设，所述固定管的伸出端上套设有第一橡胶环；所述锁紧帽具有供所述固定管的伸出端穿过的通孔，所述通孔的一端与所述固定管的螺纹连接，所述通孔的另一端侧壁上嵌装有第二橡胶环，所述第二橡胶环的内径大于所述固定管伸出端的外径，小于所述第一橡胶环的外径，以随着所述锁紧帽的带动，与所述第一橡胶环共同对所述中空纤维膜的端部进行夹持固定；
其中，所述固定管伸出端靠近所述端盖的部位设有外螺纹，所述通孔的一端设有与所述外螺纹适配的内螺纹。
在一种可能的实现方式中，所述氧化单元包括电氧化装置、吸收罐以及洗气塔；所述废液进口和所述废液出口均位于所述电氧化装置上，所述电氧化装置还具有废气出口，所述电氧化装置用于将溴系阻燃剂废水中的溴离子进行氧化；所述吸收罐的进料口与所述废气出口连通，所述吸收罐用于对由所述废气出口导出的溴气进行吸收；所述洗气塔的进口与所述吸收罐的出料口连通，以对未吸收的废气进行处理。
在一种可能的实现方式中，所述收集单元包括第一冷凝器以及分离瓶；所述第一冷凝器的进料口与所述导气口连通，所述第一冷凝器的出料口与所述真空泵的抽气口连通，所述第一冷凝器具有溴素导出口；所述分离瓶与所述溴素导出口连通；
其中，所述真空泵的出气口与所述洗气塔的进口连通。
在一种可能的实现方式中，所述针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统还包括回收单元，所述回收单元包括第二冷凝器以及储罐；所述第二冷凝器的进料口与所述蒸发器的出气口连通，用于对所述蒸发器中导出的低沸点有机物进行冷凝；所述储罐与所述第二冷凝器的出料口连通，以对低沸点有机物进行存储。
本实现方式/申请实施例中，设置的蒸发器能够将溴系阻燃剂废水中的低沸点有机物进行蒸发，而且能够将溴系阻燃剂废水进行浓缩，可在一定程度上保证后续提取的溴素纯度，同时保证溴素的回收率。而换热器与调酸罐可依次对溴系阻燃剂废水进行降温及调酸，为氧化单元的氧化提供条件，保证对溴系阻燃剂废水的处理。而渗透单元可保证将废水中的溴素进行分离，并且通过收集单元进行收集。在此过程中，蒸发器中导出的溴系阻燃剂废水与氧化单元中导出的废水在换热器中进行热交换，能够保证能源的利用。本实施例提供的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统改变了以往通过氯气酸化氧化溴离子的方式，杜绝了危险气体的使用，同时也避免氯盐的产生，工艺简单紧凑，运行成本低廉，实用性强。
附图说明
图1为本发明实施例提供的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统的流程结构示意图；
图2为本发明实施例提供的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统的渗透单元结构示意图；
图3为本发明实施例提供的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统的连通结构放大结构示意图；
附图标记说明：
10、蒸发器；20、换热器；30、调酸罐；40、氧化单元；41、电氧化装置；42、吸收罐；43、洗气塔；50、渗透单元；51、筒体；52、端盖；53、第一封头；54、第二封头；55、中空纤维膜；56、真空泵；57、连通结构；571、固定管；572、锁紧帽；573、第一橡胶环；574、第二橡胶环；60、收集单元；61、第一冷凝器；62、分离瓶；70、回收单元；71、第二冷凝器；72、储罐。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统进行说明。所述针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统，根据处理工艺依次包括蒸发器10、换热器20、调酸罐30、氧化单元40、渗透单元50以及收集单元60。其中，蒸发器10能够接收溴系阻燃剂废水，并对其进行蒸发浓缩。换热器20具有热媒进口、热媒出口、冷媒进口及冷媒出口，热媒进口与蒸发器10的出液口连通。调酸罐30的进料口与热媒出口连通，能够对降温后的溴系阻燃剂废水进行调酸处理。氧化单元40具有废液进口及废液出口，废液进口与调酸罐30的出料口连通，废液出口与冷媒进口相连通，氧化单元40能够将溴系阻燃剂废水中的溴离子进行氧化。渗透单元50具有进液口、出液口及导气口，进液口与冷媒出口相连通，出液口与废液进口连通，渗透单元50能够将被氧化废水中的溴素进行分离。收集单元60分别与导气口连通，对渗透后的溴素进行收集。
本实施例提供的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统，与现有技术相比，设置的蒸发器10能够将溴系阻燃剂废水中的低沸点有机物进行蒸发，而且能够将溴系阻燃剂废水进行浓缩，可在一定程度上保证后续提取的溴素纯度，同时保证溴素的回收率。而换热器20与调酸罐30可依次对溴系阻燃剂废水进行降温及调酸，为氧化单元40的氧化提供条件，保证对溴系阻燃剂废水的处理。而渗透单元50可保证将废水中的溴素进行分离，并且通过收集单元60进行收集。在此过程中，蒸发器10中导出的溴系阻燃剂废水与氧化单元40中导出的废水在换热器20中进行热交换，能够保证能源的利用。本实施例提供的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统改变了以往通过氯气酸化氧化溴离子的方式，杜绝了危险气体的使用，同时也避免氯盐的产生，工艺简单紧凑，运行成本低廉，实用性强。
需要进行说明的是，蒸发器10的预处理温度可为100℃，使得蒸发出大部分低沸点有机物，同时浓缩溴系阻燃剂废水，将溴离子浓度提升至30-60g/L。可根据具体生产使用的有机物以及浓度改变浓缩程度。
在一些实施例中，上述渗透单元50可以采用如图2所示结构。参见图2，渗透单元50包括筒体51、端盖52、第一封头53、第二封头54、中空纤维膜55以及真空泵56。筒体51具有两端贯通的筒腔，导气口均位于筒体51上，筒体51的两端设有法兰端面。端盖52设有两个，两个端盖52分别位于筒体51的两端，且与筒体51两端的法兰端面可拆卸连接，每个端盖52上均布有多个连通结构57。第一封头53与其中一个端盖52可拆卸连接，且与对应的端盖52围合形成进料腔，进液口位于第一封头53上。第二封头54与其中另一个端盖52可拆卸连接，且与对应的端盖52围合形成出料腔，出液口位于第二封头54上。中空纤维膜55设有多个，各中空纤维膜55均位于筒腔中，且与任意端盖52上的连通结构57一一对应设置，每个中空纤维膜55的两端分别与两个端盖52上的连通结构57分别连通，以对进料腔和出料腔进行连通，每个中空纤维膜55均绕着筒体51的中轴线呈螺旋设置。真空泵56能够对筒腔进行负压。
被氧化的溴系阻燃剂废水被换热器20进行加热后，通过进料腔进入至各中空纤维膜55中，并导入至出料腔中，在此过程中，随着真空泵56的负压，溴素分子通过中空纤维膜55进入至筒腔中，并通过导气口排出，实现溴素的渗透处理。
中空纤维膜55在筒腔中呈螺旋状设置，能够增大溴系阻燃剂废水的流程，进而能够增大渗透的面积，能够提高渗透的效率。筒体51、端盖52、第一封头53和第二封头54的可拆卸连接，可便于整体的拆装，进而能够保证对中空纤维膜55的更换。同时也便于将中空纤维膜55扭转为呈螺旋状设置，仅需在中空纤维膜55连接后，扭转其中一个端盖52即可，但是，为了防止中空限位膜被拉扯，中空纤维膜55的长度需大于筒体51的长度。
需要进行说明的是，出液口还具有一条支路，与下一级处理设备连通，并设有阀门，能够保证溴素提取完毕后将废液导出。也可采用边回流边排出的方式，优选的回流比为0.1-0.9。
在一些实施例中，上述渗透单元50可以采用如图2所示结构。参见图2，导气口位于筒腔的底部，该种结构可保证筒腔内液化的溴素进行导出。
在一些实施例中，上述连通结构57可以采用如图3所示结构。参见图3，连通结构57包括固定管571以及锁紧帽572。固定管571的中轴线与筒体51的中轴线共线设置，固定管571的一端固设在端盖52上，且穿透端盖52，固定管571的另一端伸入至筒腔中，以供中空纤维膜55的一端套设，固定管571的伸出端上套设有第一橡胶环573。锁紧帽572具有供固定管571的伸出端穿过的通孔，通孔的一端与固定管571的螺纹连接，通孔的另一端侧壁上嵌装有第二橡胶环574，第二橡胶环574的内径大于固定管571伸出端的外径，小于第一橡胶环573的外径，以随着锁紧帽572的带动，与第一橡胶环573共同对中空纤维膜55的端部进行夹持固定。其中，固定管571伸出端靠近端盖52的部位设有外螺纹，通孔的一端设有与外螺纹适配的内螺纹。
固定管571与锁紧帽572的螺纹连接，能够便于对中空纤维膜55的连接操作，随着锁紧帽572的转动，进行轴向进给，带动第二橡胶环574靠近第一橡胶环573，第一橡胶环573和第二橡胶环574的错位设置，且在第一橡胶环573和第二橡胶环574的挤压力作用，能够使套设在固定管571上的中空限位膜端部的侧壁呈蛇形设置，此时能够保证中空纤维膜55与固定管571的稳定连接，防止中空纤维膜55脱离固定管571。该种结构能够保证中空纤维膜55的便捷更换，同时能够保证中空纤维膜55的连接强度，结构简单，实用性强。
在一些实施例中，上述氧化单元40可以采用如图1所示结构。参见图1，氧化单元40包括电氧化装置41、吸收罐42以及洗气塔43。废液进口和废液出口均位于电氧化装置41上，电氧化装置41还具有废气出口，电氧化装置41能够将溴系阻燃剂废水中的溴离子进行氧化。吸收罐42的进料口与废气出口连通，吸收罐42能够对由废气出口导出的溴气进行吸收。洗气塔43的进口与吸收罐42的出料口连通，以对未吸收的废气进行处理。
需要进行说明的是，洗气塔43可依次包括碱洗塔、酸洗塔及水洗塔，该技术为现有技术，在此不再赘述。吸收罐42内的吸收液可为亚硫酸钠、亚硝酸钠、亚硫酸镁、亚硫酸、亚硫酸氢钠和硫代硫酸钠中的一种或两种以上混合物，优选为亚硫酸钠。
在一些实施例中，上述收集单元60可以采用如图1所示结构。参见图1，收集单元60包括第一冷凝器61以及分离瓶62。第一冷凝器61的进料口与导气口连通，第一冷凝器61的出料口与真空泵56的抽气口连通，第一冷凝器61具有溴素导出口。分离瓶62与溴素导出口连通。其中，真空泵56的出气口与洗气塔43的进口连通。第一冷凝器61能够将导出口导出的溴气进行冷凝，进而能够保证溴素呈液态形式进入至分离瓶62中。
本实施例中，真空泵56可为水环式真空泵56。
在一些实施例中，参见图1，针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统还包括回收单元70，回收单元70包括第二冷凝器71以及储罐72。第二冷凝器71的进料口与蒸发器10的出气口连通，能够对蒸发器10中导出的低沸点有机物进行冷凝。储罐72与第二冷凝器71的出料口连通，以对低沸点有机物进行存储。通过第二冷凝器71与储罐72的设置可保证对溴系阻燃剂废水中的低沸点有机物进行收集，保证再利用，同时能够保证后续收集溴素的纯度。
作为本发明提供的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统的一种具体实施例：溴系阻燃剂废水中溴离子的浓度为25g/L，COD为20g/L。将该溴系阻燃剂废水通过蒸发器10（预处理温度为100℃）进行浓缩至溴离子浓度为48.355g/L后，通过换热器20进行降温至35℃，再通过调酸罐30将溴系阻燃剂废水的pH调节至3，通入至电氧化装置41（电氧化装置41阳极使用钌铱电极板，9片阴极板8片阳极板，极板间距为2cm，极水比3.5dm²/L。阳极板电流密度控制为25mA/cm²。电氧化装置41与渗透单元50的回流比为0.8，混合后溴离子浓度为12.503g/L，混合废水通入电氧化装置41，废水停留时间为30min，出水溴离子浓度为2.514g/L（将单质溴完全吹脱后测定）），电氧化装置41导出的废水进入换热器20将温度升高之60℃后，进入渗透单元50中，其进液流量为20L/h，流速为0.3m/s，外侧通过真空泵56抽吸真空，抽气量为30L/min。使得溴素分子扩散至筒腔中，随后进入收集单元60。通过气态膜组件提溴后，出液口导出的废液中溴离子浓度为3.105g/L，总脱溴率达93.5%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统，其特征在于，根据处理工艺依次包括蒸发器、换热器、调酸罐、氧化单元、渗透单元以及收集单元；其中，
所述蒸发器用于接收溴系阻燃剂废水，并对其进行蒸发浓缩；所述换热器具有热媒进口、热媒出口、冷媒进口及冷媒出口，所述热媒进口与所述蒸发器的出液口连通；所述调酸罐的进料口与所述热媒出口连通，用于对降温后的溴系阻燃剂废水进行调酸处理；所述氧化单元具有废液进口及废液出口，所述废液进口与所述调酸罐的出料口连通，所述废液出口与所述冷媒进口相连通，所述氧化单元用于将溴系阻燃剂废水中的溴离子进行氧化；所述渗透单元具有进液口、出液口及导气口，所述进液口与所述冷媒出口相连通，所述出液口与所述废液进口连通，所述渗透单元用于将被氧化废水中的溴素进行分离；所述收集单元分别与所述导气口连通，对渗透后的溴素进行收集。
2.如权利要求1所述的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统，其特征在于，所述渗透单元包括筒体、端盖、第一封头、第二封头、中空纤维膜以及真空泵；所述筒体具有两端贯通的筒腔，所述导气口均位于所述筒体上，所述筒体的两端设有法兰端面；所述端盖设有两个，两个所述端盖分别位于所述筒体的两端，且与所述筒体两端的法兰端面可拆卸连接，每个所述端盖上均布有多个连通结构；所述第一封头与其中一个所述端盖可拆卸连接，且与对应的所述端盖围合形成进料腔，所述进液口位于所述第一封头上；所述第二封头与其中另一个所述端盖可拆卸连接，且与对应的所述端盖围合形成出料腔，所述出液口位于所述第二封头上；所述中空纤维膜设有多个，各所述中空纤维膜均位于所述筒腔中，且与任意所述端盖上的所述连通结构一一对应设置，每个所述中空纤维膜的两端分别与两个所述端盖上的所述连通结构分别连通，以对所述进料腔和所述出料腔进行连通，每个所述中空纤维膜均绕着所述筒体的中轴线呈螺旋设置；所述真空泵用于对所述筒腔进行负压。
3.如权利要求2所述的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统，其特征在于，所述导气口位于所述筒腔的底部。
4.如权利要求2所述的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统，其特征在于，所述连通结构包括固定管以及锁紧帽；所述固定管的中轴线与所述筒体的中轴线共线设置，所述固定管的一端固设在所述端盖上，且穿透所述端盖，所述固定管的另一端伸入至所述筒腔中，以供所述中空纤维膜的一端套设，所述固定管的伸出端上套设有第一橡胶环；所述锁紧帽具有供所述固定管的伸出端穿过的通孔，所述通孔的一端与所述固定管的螺纹连接，所述通孔的另一端侧壁上嵌装有第二橡胶环，所述第二橡胶环的内径大于所述固定管伸出端的外径，小于所述第一橡胶环的外径，以随着所述锁紧帽的带动，与所述第一橡胶环共同对所述中空纤维膜的端部进行夹持固定；
其中，所述固定管伸出端靠近所述端盖的部位设有外螺纹，所述通孔的一端设有与所述外螺纹适配的内螺纹。
5.如权利要求2所述的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统，其特征在于，所述氧化单元包括电氧化装置、吸收罐以及洗气塔；所述废液进口和所述废液出口均位于所述电氧化装置上，所述电氧化装置还具有废气出口，所述电氧化装置用于将溴系阻燃剂废水中的溴离子进行氧化；所述吸收罐的进料口与所述废气出口连通，所述吸收罐用于对由所述废气出口导出的溴气进行吸收；所述洗气塔的进口与所述吸收罐的出料口连通，以对未吸收的废气进行处理。
6.如权利要求5所述的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统，其特征在于，所述收集单元包括第一冷凝器以及分离瓶；所述第一冷凝器的进料口与所述导气口连通，所述第一冷凝器的出料口与所述真空泵的抽气口连通，所述第一冷凝器具有溴素导出口；所述分离瓶与所述溴素导出口连通；
其中，所述真空泵的出气口与所述洗气塔的进口连通。
7.如权利要求1所述的针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统，其特征在于，所述针对溴系阻燃剂废水溴离子的处理系统还包括回收单元，所述回收单元包括第二冷凝器以及储罐；所述第二冷凝器的进料口与所述蒸发器的出气口连通，用于对所述蒸发器中导出的低沸点有机物进行冷凝；所述储罐与所述第二冷凝器的出料口连通，以对低沸点有机物进行存储。
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