CN202465427U - 用于对含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理的装置 - Google Patents

用于对含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理的装置 Download PDF

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CN202465427U CN2012200237808U CN201220023780U CN202465427U CN 202465427 U CN202465427 U CN 202465427U CN 2012200237808 U CN2012200237808 U CN 2012200237808U CN 201220023780 U CN201220023780 U CN 201220023780U CN 202465427 U CN202465427 U CN 202465427U
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徐铜文
张旭
李传润
王晓林
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Abstract

本实用新型公开了一种用于对含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理的装置，特征是其中扩散渗析装置采用板框式扩散渗析装置或螺旋卷式扩散渗析装置，采用一个缓冲罐将扩散渗析装置和电渗析装置联系起来形成一个进行含金属离子酸性废液处理的集成装置。利用电渗析装置的浓缩淡化能力淡化扩散渗析过程的渗析液，再将淡化的渗析液作为扩散渗析过程的接受液，使扩散渗析装置接受液一侧的溶液得到了循环使用，大大减少了扩散渗析过程中水的消耗量；同时可以延长电渗析过程的操作时间，使回收获得的酸浓度能够达到直接使用的要求，免去了在连续扩散渗析操作后的回收酸中加入新鲜的酸液，使回收获得的酸得到充分利用。

Description

用于对含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理的装置
技术领域
本实用新型属于废水处理装置技术领域，具体涉及对含金属离子酸性废液进行扩散渗析与电渗析集成处理的装置。 
背景技术
据中国《污染防治技术》杂志(2008，21：59-61)介绍，在钛材、钢铁、电镀、湿法炼铜、稀土等工业中，通常采用盐酸、硫酸、硝酸和氢氟酸等无机酸来清洗金属表面或溶解矿石，因此会有大量含金属离子的酸性废液产生。对于这些酸性废液如果不进行适当处理而直接排放，不仅会对环境造成污染，同时也浪费了自然资源。目前虽然已有一些用于处理这类废液的方法，其中包括：投药中和、酸碱废水相互中和、过滤中和等，但这些方法还不能够充分有效地回收可利用的物质，且存在成本太高、容易产生二次污染等问题。扩散渗析是一种以浓度梯度作为推动力的自发膜分离过程，由于其具有效率高、安装和操作费用低、操作简单、能耗低等优势，已成功应用于钛白粉加工、钢铁生产、有色金属冶炼等行业中，用来处理含金属离子酸性废液并回收无机酸。但扩散渗析也存在着一些不足。首先，由于扩散渗析在工业应用时主要采取的是连续操作，酸性废液和淡水连续不断地进入扩散渗析装置进行传质交换，因此需要大量的淡水作为接受液来接受来自酸性废液侧的无机酸。然而据美国《科学》杂志(Science，302：1524-1528)介绍，近年来全世界都面临着水危机，大约有50亿人生活在用水紧张或水缺乏的地区，水资源已变得越来越紧张，由此会进一步限制扩散渗析的广泛应用。另外，由于经过扩散渗析处理后的回收酸液浓度较低，通常达不到直接使用的标准，需要混合部分新鲜酸液才能重新投入使用，因此在整个扩散渗析的体系中须引入额外的酸液。 
《第三届膜分离技术在冶金工业中应用研讨会论文集》(2009，51-55)中介绍了一种由支撑板、密封垫、离子交换膜、密封垫、流道隔网、密封垫、离子交换膜、密封垫和支撑板依次叠压后用夹紧装置固定而成的板框式扩散渗析装置，但该装置庞大笨重、不易运输，且装置内部装填密度低、流通通道窄，容易造成堵塞和传质不充分；在工业应用时，板框式扩散渗析装置通常需要酸性废液罐、淡水罐、渗余液罐和渗析液罐四个罐体盛放溶液，酸性废液罐中的酸性废液和淡水罐中的淡水连续不断地进入板框式扩散渗析装置进行传质交换，因此需要大量的淡水作为接受液，且渗析液罐中的回收酸液浓度较低。至今尚未见到有将板框式扩散渗析装置同电渗析装置集成或者耦合起来使用的相关报导。 
中国专利申请号201010144042.4提出的一种螺旋卷式扩散渗析装置，是在两根并排的中心管间夹入一张离子交换膜和膜两侧的流道隔网，相互紧贴着围绕中心管按同一方向一起卷，并在轴向边缘粘合密封成圆筒体；离子交换膜末端处在圆筒体外缘上形成 两个径向对称的切线方向流道开口，分别粘接密封固定一侧流管，再以塑料薄膜将包括侧流管在内的整个圆筒体绕紧密封固定，形成膜芯，将膜芯装入圆筒形外壳内，两端头用粘合剂浇铸固定，构成带两对进出口接管的螺旋卷式扩散渗析装置。这种由中心管、离子交换膜、流道隔网、侧流管卷制而成的螺旋卷式扩散渗析装置与板框式扩散渗析装置相比，具有体积小、重量轻、便于运输和组装、节约空间、径向为螺旋式流动、促进湍流、便于强化传质和减轻浓差极化等优点。但该螺旋卷式扩散渗析装置与板框式扩散渗析装置一样需要酸性废液罐、淡水罐、渗余液罐和渗析液罐四个罐体来盛放溶液，酸性废液罐中的废液和淡水罐中的淡水连续不断地进入螺旋卷式扩散渗析装置进行传质交换，因此同样需要大量的淡水作为接受液，并且回收得到的酸液浓度也很低。至今也未见到将螺旋卷式扩散渗析装置与电渗析装置集成或者耦合起来使用的相关报导。 
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种用于对含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理的装置，以克服现有技术的上述缺陷。 
本实用新型用于对含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理的装置，由扩散渗析装置与电渗析装置按如下方式组合而成： 
一种方式是： 
所述扩散渗析装置采用在两根并排的中心管35A和35B之间夹入一张离子交换膜和该膜两侧的流道隔网，相互紧贴着围绕中心管35A和35B按同一方向一起卷制，边卷边在离子交换膜及流道隔网的轴向边缘涂上粘合剂粘合密封，至离子交换膜末端处在圆筒体外缘上形成两个径向对称的切线方向流道开口，分别粘接固定侧流管36和37，并在轴向边缘粘合密封成圆筒体，再以塑料薄膜将包括侧流管在内的整个圆筒体绕紧密封固定，形成膜芯，将膜芯装入圆筒形外壳内，两端头用粘合剂浇铸固定，构成从两根中心管35A和35B分别经离子交换膜、两侧流道隔网到两根侧流管36和37的两个流道，连接两对进出口接管的螺旋卷式扩散渗析装置1，将该装置两个流道中的一个流道的进口为中心管35B的接口28，以硅橡胶管连接到酸性废液罐4内部，该流道的出口为侧流管37的接口31，通过硅橡胶管并经渗余液蠕动泵3连接到渗余液罐5内部，作为酸性废液流道； 
所述电渗析装置2由阴离子交换膜和阳离子交换膜交替叠压后加上流道隔网和密封垫等辅助材料组成的膜堆34以及阴电极19和阳电极18，通过前夹板32和后夹板33固定构成，其阳极室进口20、出口22，阴极室进口24、出口27和浓缩室进口25、出口23分别通过乳胶管连接到对应的阳极室罐6、阴极室罐8和浓缩室罐7的内部，该三个罐体内置有分别与相应的阳极室罐6、阴极室罐8和浓缩室罐7中的进口乳胶管相连的阳极潜水泵12、阴极潜水泵14和浓缩潜水泵13，形成阳极室循环回路、阴极室循环回路和浓缩室循环回路三个各自独立的循环回路，将该电渗析装置2的阴电极19和阳电极18分别通过导线与配套直流电源的正极16和负极17相连接； 
其特征在于： 
将螺旋卷式扩散渗析装置1的另一个流道的进口--侧流管36的接口29通过硅橡胶管连接到缓冲罐9内部，该流道的出口--中心管35A的接口30通过硅橡胶管并经接受液蠕动泵11连接到缓冲罐9内部，该流道作为接受液流道； 
将所述电渗析装置2中的淡化室进口21、出口26通过乳胶管连接到缓冲罐9的内部，并在缓冲罐9中安置缓冲潜水泵15与电渗析装置2淡化室的进口乳胶管相连。 
本实用新型用于对含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理的装置，由扩散渗析装置与电渗析装置按如下方式组合而成： 
其另一种方式是： 
所述扩散渗析装置采用由支撑板、密封垫、离子交换膜、密封垫、流道隔网、密封垫、离子交换膜、密封垫和支撑板依次叠压而成的膜堆40，通过前夹紧板38和后夹紧板39固定而成的板框式扩散渗析装置1’，将该装置两个流道中的一个流道的进口43通过硅橡胶管连接到酸性废液罐4内部，该流道的出口42通过硅橡胶管并经渗余液蠕动泵3连接到渗余液罐5内部，该流道作为酸性废液流道； 
所述电渗析装置2由阴离子交换膜和阳离子交换膜交替叠压后加上流道隔网和密封垫等辅助材料组成的膜堆34以及阴电极19和阳电极18，通过前夹板32和后夹板33固定构成，其阳极室进口20、出口22，阴极室进口24、出口27和浓缩室进口25、出口23分别通过乳胶管连接到对应的阳极室罐6、阴极室罐8和浓缩室罐7的内部，该三个罐体内置有分别与相应的阳极室罐6、阴极室罐8和浓缩室罐7中的进口乳胶管相连的阳极潜水泵12、阴极潜水泵14和浓缩潜水泵13，形成阳极室循环回路、阴极室循环回路和浓缩室循环回路三个各自独立的循环回路，将该电渗析装置2的阴电极19和阳电极18分别通过导线与配套直流电源的正极16和负极17相连接； 
其特征在于： 
将板框式扩散渗析装置1’的另一个流道的进口44通过硅橡胶管连接到缓冲罐9内部，该流道的出口41通过硅橡胶管并经接受液蠕动泵11连接到缓冲罐9内部，该流道作为接受液流道； 
将所述电渗析装置2中的淡化室进口21、出口26通过乳胶管连接到缓冲罐9的内部，并在缓冲罐9中安置缓冲潜水泵15与电渗析装置2淡化室的进口乳胶管相连。 
这样通过缓冲罐9将螺旋卷式扩散渗析装置1或板框式扩散渗析装置1’和电渗析装置2联系起来，形成一个可对含金属离子酸性废液进行集成处理的装置。 
使用上述本实用新型集成装置对含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理时，先分别往缓冲罐9中灌注淡水至淹没罐中的缓冲潜水泵15，往酸性废液罐4中灌注酸浓度为1-10mol/L、金属离子浓度为0.1-10mol/L的含金属离子酸性废液至占罐体容积的10-90％，用渗余液罐5接收经过扩散渗析处理的酸性废液，往浓缩室罐7 中灌注浓度为0.1-2mol/L且与酸性废液中的无机酸是同一种酸的溶液至淹没罐体中的浓缩潜水泵13，往阳极室罐6和阴极室罐8中分别灌注0.01-2mol/L的强电解质溶液至淹没罐中的阳极潜水泵12、阴极潜水泵14；分别用酸性废液冲洗扩散渗析装置的酸性废液流道和用淡水冲洗扩散渗析装置的淡水流道以排除两个流道中的气泡，然后开启渗余液蠕动泵3，调节选定一个流速作为渗余液的流速，并且保持渗余液蠕动泵3在整个集成处理过程中始终以该流速运行；同时保持接受液蠕动泵11始终以该蠕动泵能达到的最大流速循环缓冲罐9中的溶液以保证与酸性废液进行充分传质；先单独运行扩散渗析装置，并在扩散渗析装置运行的同时，开动四个潜水泵分别对阳极室罐6、阴极室罐8、浓缩室罐7、缓冲罐9中的溶液进行循环以排除电渗析装置2内部的气泡；在扩散渗析装置单独运行至少十分钟之后，再开启直流电源10运行电渗析装置，之后保持扩散渗析装置和电渗析装置一起运行。 
使用上述本实用新型集成装置对含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理时，先分别往缓冲罐9中灌注淡水至淹没罐中的缓冲潜水泵15，往酸性废液罐4中灌注酸浓度为1-10mol/L、金属离子浓度为0.1-10mol/L的含金属离子酸性废液至占罐体容积的10-90％，用渗余液罐5接收经过扩散渗析处理的酸性废液，往浓缩室罐7中灌注浓度为0.1-2mol/L且与酸性废液中的无机酸是同一种酸的溶液至淹没罐体中的浓缩潜水泵13，往阳极室罐6和阴极室罐8中分别灌注0.01-2mol/L的强电解质溶液至淹没罐中的阳极潜水泵12、阴极潜水泵14；分别用酸性废液冲洗扩散渗析装置的酸性废液流道和用淡水冲洗扩散渗析装置的淡水流道以排除两个流道中的气泡，然后开启渗余液蠕动泵3，调节选定一个流速作为渗余液的流速，并且保持渗余液蠕动泵3在整个集成处理过程中始终以该流速运行；同时保持接受液蠕动泵11始终以该蠕动泵能达到的最大流速循环缓冲罐9中的溶液以保证与酸性废液进行充分传质；先单独运行扩散渗析装置，并在扩散渗析装置运行的同时，开动四个潜水泵分别对阳极室罐6、阴极室罐8、浓缩室罐7、缓冲罐9中的溶液进行循环以排除电渗析装置2内部的气泡；在扩散渗析装置单独运行至少十分钟之后，再开启直流电源10运行电渗析装置，之后保持扩散渗析装置和电渗析装置一起运行。 
可以通过调节直流电源10对电渗析装置实现恒流或恒压操作，通过调节直流电源10的电流或电压大小来调节电渗析装置的处理能力。 
可以通过调节渗余液蠕动泵3的流速大小来调节扩散渗析装置的处理能力。 
所述强电解质溶液可选用浓度为0.01-2mol/L的氢氧化钠、硫酸、氢氧化钾或硫酸钠溶液；优选浓度为0.1-1mol/L的硫酸钠溶液。 
由于本实用新型含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理的装置利用电渗析装置的浓缩淡化能力淡化扩散渗析过程的渗析液，再将淡化的渗析液作为扩散渗析过程的接受液，这样可使扩散渗析装置的接受液一侧溶液得到循环使用，与现有的扩散渗析过程连续进水相比，大大减少了扩散渗析过程中水的消耗量；同时可以延长电渗 析过程的操作时间，使回收获得的酸浓度能够达到直接使用的要求，从而免去了在连续扩散渗析操作后的回收酸中加入新鲜的酸液，因此使回收获得的酸得到充分利用。 
附图说明
图1为现有的螺旋卷式扩散渗析装置示意图。 
图2为现有的电渗析装置示意图。 
图3为本实用新型由螺旋卷式扩散渗析装置和电渗析装置集成的处理装置及其处理模拟化成箔废水的工艺流程图。 
图4为现有的板框式扩散渗析装置示意图。 
图5为本实用新型的由板框式扩散渗析装置和电渗析装置集成的处理装置及其处理模拟钢铁废水的工艺流程图。 
具体实施方式
以下通过实施例进一步详细说明本实用新型对含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理的装置的配置连结方式及其使用操作的方法和处理过程。 
实施例1：采用由螺旋卷式扩散渗析装置和电渗析装置集成的处理装置处理模拟化成箔废水 
图1为本实施例中采用的现有螺旋卷式扩散渗析装置示意图。该螺旋卷式扩散渗析装置1是根据中国专利申请号201010144042.4中所介绍的方式进行组装而成：在两根并排的中心管35A和35B间夹入一张山东天维膜技术有限公司提供的DF-120阴离子交换膜和该膜两侧的流道隔网，相互紧贴着围绕中心管35A和35B按同一方向一起卷制而成，边卷边在离子交换膜及流道隔网的轴向边缘涂上粘合剂粘合密封，至离子交换膜末端处在圆筒体外缘上形成两个径向对称的切线方向流道开口，分别粘接固定侧流管36和37，并在轴向边缘粘合密封成圆筒体，再以塑料薄膜将包括侧流管在内的整个圆筒体绕紧密封固定，形成膜芯，将膜芯装入圆筒形外壳内，两端头用粘合剂浇铸固定，构成从两根中心管35A和35B分别经离子交换膜、两侧流道隔网到两根侧流管36和37的两个流道，并在两个流道的进出口连接两对进出口接管。该螺旋卷式扩散渗析装置1的有效膜面积约为1.0m2。将该装置的一个流道的进口--中心管35B的接口28通过硅橡胶管连接到酸性废液罐4内部，该流道的出口--侧流管37的接口31通过硅橡胶管并经渗余液蠕动泵3连接到渗余液罐5内部，作为酸性废液流道；另一个流道的进口--侧流管36的接口29通过硅橡胶管连接到淡水罐47的内部，该流道的出口--中心管35A的接口30通过硅橡胶管并经接受液蠕动泵11连接到渗析液罐48的内部，该流道作为接受液流道； 
图2为本实施例中采用的现有电渗析装置示意图。该电渗析装置是根据机电商情网中所介绍的方式进行组装而成：采用由北京廷润膜技术开发有限公司提供的阴离子交换膜和阳离子交换膜交替叠在一起再加上密封垫和流道隔网等辅助材料形成有七对阴、阳 离子交换膜重复单元构成的膜堆34，每张膜的有效面积约为0.78×1.03dm2，及分别设置在膜堆两端的阴阳电极19、18和安置在电极两端的前夹板32和后夹板33通过螺栓夹紧形成的电渗析装置2，其阳极室进口20、出口22，阴极室进口24、出口27，浓缩室进口25、出口23和淡化室进口21、出口26分别通过乳胶管连接到对应的阳极室罐6、阴极室罐8、浓缩室罐7和淡化室罐46的内部，该四个罐体内置有分别与相应的阳极室罐6、阴极室罐8、浓缩室罐7和淡化室罐46中的进口乳胶管相连的阳极潜水泵12、阴极潜水泵14、浓缩潜水泵13和淡化潜水泵45，形成从阳极室罐6开始经过阳极潜水泵12到阳极室进口20再到阳极室出口22最后回到阳极室罐6的阳极循环回路、从阴极室罐8开始经过阴极潜水泵14到阴极室进口24再到阴极室出口27最后回到阴极室罐8的阴极循环回路、从浓缩室罐7开始经过浓缩潜水泵13到浓缩室进口25再到浓缩室出口23最后回到浓缩室罐7的浓缩循环回路和从淡化室罐46开始经过淡化潜水泵45到淡化室进口21再到淡化室出口26最后回到淡化室罐46的淡化循环回路这四个各自独立的循环回路。将该电渗析装置2的阴电极19和阳电极18分别通过导线与配套直流电源的正极16和负极17相连接。 
图3为本实施例利用上述螺旋卷式扩散渗析装置和电渗析装置进行集成的处理装置及其处理模拟化成箔废水的工艺流程图。 
本实施例的集成装置是在上述现有的螺旋卷式扩散渗析装置1和电渗析装置2的基础上，将该螺旋卷式扩散渗析装置1的接受液流道的进出口硅橡胶管置于缓冲罐9中，电渗析装置2淡化室罐46中的进出口乳胶管置于缓冲罐9中，并在缓冲罐9中安置缓冲潜水泵15与电渗析装置2淡化室的进口乳胶管相连，即使用缓冲罐9替代螺旋卷式扩散渗析装置1的淡水罐47、渗析液罐48和电渗析装置2的淡化室罐46。 
如此通过缓冲罐9将螺旋卷式扩散渗析装置1和电渗析装置2联系起来形成一个进行含金属离子酸性废液处理的集成装置。 
利用上述组装好的集成处理装置进行含金属离子酸性废液处理操作时，先往缓冲罐9中灌注2L淡水至罐体容量的2/3；往酸性废液罐4中灌注2-3L组成为0.15mol/L AlCl3和1.35mol/L HCl的模拟化成箔废水，约占罐体的70-90％；用渗余液罐5接收经过扩散渗析处理后的酸性废液；往浓缩室罐7中灌注1L浓度为0.24mol/L的盐酸溶液，约占罐体容积的90％；往阳极室罐6和阴极室罐8里分别灌注0.5L浓度为0.5mol/L的硫酸钠溶液，约占罐体体积的50％；分别用酸性废液冲洗螺旋卷式扩散渗析装置1的酸性废液流道和用淡水冲洗螺旋卷式扩散渗析装置1的淡水流道以排除流道中的气泡，然后开启渗余液蠕动泵3电源，调节一个确定的流速作为渗余液流速，并且保持渗余液蠕动泵3在整个集成处理过程中始终以该流速运行。本实施例的各次实验中调节采用渗余液的流速Qf分别为0.24、0.36、0.48、0.60、0.72L/h。同时保持接受液蠕动泵11始终以该蠕动泵能达到的最大流速10.2L/h循环缓冲罐9中的溶液以保证与酸性废液进行充分传质；在螺旋卷式扩散渗析装置1单独运行的过程中，启动四个潜水泵12、14、 13和15分别循环阳极室罐6、阴极室罐8、浓缩室罐7、缓冲罐9中的溶液以排除电渗析装置2内部的气泡；在螺旋卷式扩散渗析装置1单独运行至少十分钟后，本实施例的各次实验中设置扩散渗析装置单独运行的时间T1分别为10、20、30、40、50min，开启直流电源10运行电渗析装置2，本实施例的各次实验中电流I分别设置为1、1.5、2、2.5A，之后保持螺旋卷式扩散渗析装置1和电渗析装置2一起运行180min。 
在上述含金属离子酸性废液集成处理操作过程中，待处理的组成为0.15mol/LAlCl3和1.35mol/L HCl的模拟化成箔废水从酸性废液罐通过硅橡胶管进入到本实用新型集成处理装置中的螺旋卷式扩散渗析装置1的中心管35B，然后进入酸性废液流道，与接受液流道的接受液进行充分传质交换，然后从侧流管37流出通过硅橡胶管并经渗余液蠕动泵3最终到达渗余液罐5，其中在传质交换的过程中，模拟化成箔废水中的盐酸透过DF-120阴离子交换膜到达接受液流道，也即模拟化成箔废水中的盐酸得到了回收。缓冲罐9中的溶液一边通过硅橡胶管进入本实用新型集成处理装置中的螺旋卷式扩散渗析装置1的侧流管36，然后进入接受液流道，与酸性废液流道的模拟化成箔废水进行充分传质交换，同时接受来自酸性废液流道的盐酸，最后从中心管35A流出通过硅橡胶管并经接受液蠕动泵11到达缓冲罐9，一边又通过缓冲潜水泵15并经乳胶管进入到电渗析装置2的淡化室，利用电渗析装置2的浓缩淡化能力淡化缓冲罐9中的溶液，然后淡化后的溶液通过乳胶管回到缓冲罐9中，如此，缓冲罐中的溶液浓度始终保持较低，而浓缩室罐中的溶液浓度越来越高。因此，本实用新型是利用集成处理装置中的电渗析装置的浓缩淡化能力淡化扩散渗析过程的渗析液，再将淡化的渗析液作为扩散渗析过程的接受液，使得扩散渗析装置的接受液得到了循环。同时，可以延长操作时间使得本实用新型集成处理装置中的电渗析装置的浓缩室的盐酸溶液浓度能够达到直接使用的要求。 
通过上述处理操作过程，所获得的部分结果整理如表1。 
表1螺旋卷式扩散渗析装置和电渗析装置处理模拟化成箔废水的部分结果 
Figure DEST_PATH_GDA00001824527200071
从表1中可以看出：随着Qf的增加，酸回收率和回收酸浓度有所增加，而铝泄漏率下降，能耗得到降低；随着T1的增加，酸回收率、铝泄漏率和能耗都有所降低，而酸回收浓度有所提高；随着I的增加，酸回收率、铝泄漏率、回收酸浓度和能耗有所增加；此外，从表1中还可以看出集成装置的能耗较低。对于集成装置来说，不仅需要考察酸回收率和铝泄漏率，能耗也是一个重要的指标，所以选择各操作参数时，应综合考察各方面的影响。将表1的数据与美国《膜科学技术》杂志(2011，384：219-225)报导的数据相比可知：与单一的扩散渗析装置相比，集成膜装置消耗的水量大大减少，特别是在运行时间长的情况下，这种优势更加显著；同时由于引进了电渗析装置，可以通过延长运行时间使得回收酸的浓度足够高，达到直接使用的标准，省去新鲜酸液的加入。 
利用本实用新型废液处理集成装置进行含金属离子酸性废液处理操作的上述过程中，由于利用电渗析装置的浓缩淡化能力淡化扩散渗析过程的渗析液，再将淡化的渗析液作为扩散渗析过程的接受液，如此使接受液一侧的溶液得到了循环使用，与现有的扩散渗析过程连续进水相比，大大降低了扩散渗析过程中水的消耗量；同时可以延长电渗析过程的操作时间，使回收获得的酸的浓度能够达到直接使用的要求，从而免去了在连续扩散渗析操作后的回收酸中加入新鲜的酸液，因此使回收获得的酸得到充分利用。 
实施例2：采用由板框式扩散渗析装置和电渗析装置集成的处理装置及其处理模拟钢铁废水 
图4为本实施例中采用的现有的板框式扩散渗析装置进行扩散渗析操作的示意图。该板框式扩散渗析装置1’是由支撑板、密封垫、离子交换膜、密封垫、流道隔网、密封垫、离子交换膜、密封垫和支撑板依次叠压而成的膜堆40，通过前夹紧板38和后夹紧板39固定而成。该装置中采用的是由山东天维膜技术有限公司提供的DF-120阴离子交换膜，该装置的总有效膜面积约为21cm2。将该装置两个流道中的一个流道的进口43通过硅橡胶管连接到酸性废液罐4内部，该流道的出口42通过硅橡胶管并经渗余液蠕动泵3连接到渗余液罐5内部，该流道作为酸性废液流道；另一个流道的进口44通过硅橡胶管连接到淡水罐47内部，该流道的出口41通过硅橡胶管并经接受液蠕动泵11连接到渗析液罐48内部，该流道作为接受液流道。 
本实施例中采用的电渗析装置类似于实施例1中的电渗析装置2，只是尺寸上相对较小一些，该装置使用的是由日本Astom公司提供的单张膜有效面积约为7cm2的两对阴、阳离子交换膜重复单元构成的膜堆。 
图5为本实施例利用上述图4所示的现有的板框式扩散渗析装置1’和图2所示的电渗析装置2集成的处理装置及对模拟钢铁废水进行处理的工艺流程图。该集成装置的组装步骤与实施例1中的步骤类似：将该板框式扩散渗析装置1’的接受液流道的进出口硅橡胶管置于缓冲罐9中，电渗析装置2淡化室罐46中的进出口乳胶管置于缓冲罐9中，并在缓冲罐9中安置缓冲潜水泵15与电渗析装置2淡化室的进口乳胶管相连，即使用缓冲罐9替代板框式扩散渗析装置1’的淡水罐47、渗析液罐48和电渗析装置2的 淡化室罐46，如此通过缓冲罐9将板框式扩散渗析装置1’和电渗析装置2联系起来形成一个进行含金属离子酸性废液处理的集成装置。 
利用本实施例中上述组装好的酸性废液集成处理装置进行含金属离子酸性废液处理操作时，往缓冲罐9中灌注0.3L淡水至罐体容量的1/3；往酸性废液罐4中灌注0.5-1L组成为0.48mol/L FeCl2和2.54mol/L HCl的模拟钢铁废水，约占罐体的40-70％；用渗余液罐5接收经过扩散渗析处理后的酸性废液；往浓缩室罐7灌注0.5L浓度为0.12mol/L的盐酸溶液，约占罐体容积的50％；往阳极室罐6和阴极室罐8里分别灌注0.25L浓度为0.3mol/L的硫酸钠溶液，约占罐体体积的50％；分别用酸性废液冲洗板框式扩散渗析装置1’的酸性废液流道和用淡水冲洗板框式扩散渗析装置1’的淡水流道以排除流道中的气泡，然后开启渗余液蠕动泵3的电源，调节一个流速作为渗余液流速，并且保持渗余液蠕动泵3在整个集成处理过程中始终以该流速运行，本实施例中调节渗余液的流速Qf分别为0.033、0.053L/h，同时保持接受液蠕动泵11始终以该蠕动泵能达到的最大流速10.2L/h循环缓冲罐9中的溶液以保证与酸性废液进行充分传质；在板框式扩散渗析装置1’单独运行的过程中，启动四个潜水泵12、14、13和15分别循环阳极室罐6、阴极室罐8、浓缩室罐7、缓冲罐9中的溶液以排除电渗析装置2内的气泡，在板框式扩散渗析装置1’单独运行至少十分钟后，设置板框式扩散渗析装置1’单独运行时间T1分别为10、20min，开启直流电源10运行电渗析装置，电流I分别设置为0.07、0.14A，之后保持板框式扩散渗析装置1’和电渗析装置2一起运行180min。 
在上述含金属离子酸性废液集成处理操作过程中，待处理的组成为0.48mol/LFeCl2和2.54mol/L HCl的模拟钢铁废水从酸性废液罐通过硅橡胶管进入到本实用新型集成处理装置中的板框式扩散渗析装置1’的酸性废液流道，与接受液流道的接受液进行充分传质交换，然后通过硅橡胶管并经渗余液蠕动泵3最终到达渗余液罐5，其中在传质交换的过程中，模拟钢铁废水中的盐酸透过阴离子交换膜到达接受液流道，也即模拟钢铁废水中的盐酸得到了回收。缓冲罐9中的溶液一边通过硅橡胶管进入本实用新型集成处理装置中的板框式扩散渗析装置1’的接受液流道，与酸性废液流道的模拟钢铁废水进行充分传质交换，同时接受来自酸性废液流道的盐酸，最后通过硅橡胶管并经接受液蠕动泵11到达缓冲罐9，一边又通过缓冲潜水泵15并经乳胶管进入到电渗析装置2的淡化室，利用电渗析装置2的浓缩淡化能力淡化缓冲罐9中的溶液，然后淡化后的溶液通过乳胶管回到缓冲罐9中，如此，缓冲罐中的溶液浓度始终保持较低，而浓缩室罐中的溶液浓度越来越高。因此，本实用新型是利用集成处理装置中的电渗析装置的浓缩淡化能力淡化扩散渗析过程的渗析液，再将淡化的渗析液作为扩散渗析过程的接受液，使得扩散渗析装置的接受液得到了循环。同时，可以延长操作时间使得本实用新型集成处理装置中的电渗析装置的浓缩室的盐酸溶液浓度能够达到直接使用的要求。 
通过上述处理操作过程，所获得的部分结果整理如表2。 
表2板框式扩散渗析装置和电渗析装置集成处理模拟钢铁废水部分实验结果 
Figure DEST_PATH_GDA00001824527200101
从表2中可以看出：相比于单一的扩散渗析装置，集成装置的酸回收率得到增加，铝回收率得到降低；随着Qf的增加，酸回收率和铝泄漏率都有所下降，能耗得到降低，而回收酸浓度增加；随着T1的增加，酸回收率、铝泄漏率和能耗都有所降低，回收酸浓度有所升高；随着I的增加，酸回收率、铝泄漏率、回收酸浓度和能耗有所增加；此外，类似于表1，从表2中还可以看出集成后能耗较低。对于集成的装置来说，不仅需要考察酸回收率和铝泄漏率，而且能耗也是一个重要的指标，所以选择各操作参数时，应综合考察各方面的影响。另外，由于集成装置的缓冲罐中的溶液一直在循环使用，相比于单独的扩散渗析过程连续进水来说，耗水量大为降低，尤其是在运行时间较长的情况下，这种优势尤为显著。因此，从表2可知：在降低水的消耗量、免去添加新鲜酸液、消耗少量电能的前提下，集成装置的处理效果较好于单一的扩散渗析装置。 
利用本实用新型废液处理集成装置进行含金属离子酸性废液处理操作的上述过程中，由于利用电渗析装置的浓缩淡化能力淡化扩散渗析过程的渗析液，再将淡化的渗析液作为扩散渗析过程的接受液，如此使接受液一侧的溶液得到了循环使用，与现有的扩散渗析过程连续进水相比，大大降低了扩散渗析过程中水的消耗量；同时可以延长电渗析过程的操作时间，使回收获得的酸的浓度能够达到直接使用的要求，从而免去了在连续扩散渗析操作后的回收酸中加入新鲜的酸液，使回收获得的酸得到充分利用。 

Claims (2)

1.一种用于对含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理的装置，由扩散渗析装置与电渗析装置按如下方式组合而成：
所述扩散渗析装置采用在两根并排的中心管(35A和35B)之间夹入一张离子交换膜和该膜两侧的流道隔网，相互紧贴着围绕中心管(35A和35B)按同一方向一起卷制而成，边卷边在离子交换膜及流道隔网的轴向边缘涂上粘合剂粘合密封，至离子交换膜末端处在圆筒体外缘上形成两个径向对称的切线方向流道开口，分别粘接固定侧流管(36和37)，并在轴向边缘粘合密封成圆筒体，再以塑料薄膜将包括侧流管在内的整个圆筒体绕紧密封固定，形成膜芯，将膜芯装入圆筒形外壳内，两端头用粘合剂浇铸固定，构成从两根中心管(35A和35B)分别经离子交换膜、两侧流道隔网到两根侧流管(36和37)的两个流道，连接两对进出口接管的螺旋卷式扩散渗析装置(1)，将该装置两个流道中的一个流道的进口为中心管(35B)的接口(28)以硅橡胶管连接到酸性废液罐(4)内部，该流道的出口为侧流管(37)的接口(31)通过硅橡胶管并经渗余液蠕动泵(3)连接到渗余液罐(5)内部，作为酸性废液流道；
所述电渗析装置(2)由阴离子交换膜和阳离子交换膜交替叠压后加上流道隔网和密封垫组成的膜堆(34)以及阴电极(19)和阳电极(18)，通过前夹紧板(32)、后夹紧板(33)固定构成，其阳极室进口(20)、阳极室出口(22)，阴极室进口(24)、阴极室出口(27)和浓缩室进口(25)、浓缩室出口(23)分别通过乳胶管连接到对应的阳极室罐(6)、阴极室罐(8)和浓缩室罐(7)的内部，该三个罐体内置有分别与相应的阳极室罐(6)、阴极室罐(8)和浓缩室罐(7)中的进口乳胶管相连的阳极潜水泵(12)、阴极潜水泵(14)和浓缩潜水泵(13)，形成阳极室、阴极室和浓缩室三个各自独立的循环回路，将该电渗析装置(2)的阴电极(19)和阳电极(18)分别通过导线与配套直流电源的正极(16)和负极(17)相连接；
其特征在于：
将螺旋卷式扩散渗析装置(1)的另一个流道的进口--侧流管(36)的接口(29)通过硅橡胶管连接到缓冲罐(9)内部，该流道的出口--中心管(35A)的接口(30)通过硅橡胶管并经接受液蠕动泵(11)连接到缓冲罐(9)内部，该流道作为接受液流道；
将所述电渗析装置(2)中的淡化室进口(21)和出口(26)通过乳胶管连接到缓冲罐(9)的内部，并在缓冲罐(9)中安置缓冲潜水泵(15)与电渗析装置(2)淡化室的进口乳胶管相连。
2.一种用于对含金属离子酸性废液进行扩散渗析和电渗析集成处理的装置，由扩散渗析装置与电渗析装置按如下方式组合而成：
所述扩散渗析装置采用由支撑板、密封垫、离子交换膜、密封垫、流道隔网、密封垫、离子交换膜、密封垫和支撑板依次叠压而成的膜堆(40)，通过前夹紧板(38)、后夹紧板(39)固定而成的板框式扩散渗析装置(1’)，将该装置两个流道中的一个流 道的进口(43)通过硅橡胶管连接到酸性废液罐(4)内部，该流道的出口(42)通过硅橡胶管并经渗余液蠕动泵(3)连接到渗余液罐(5)内部，该流道作为酸性废液流道；
所述电渗析装置(2)由阴离子交换膜和阳离子交换膜交替叠压后加上流道隔网和密封垫组成的膜堆(34)以及阴电极(19)和阳电极(18)，通过前夹紧板(32)、后夹紧板(33)固定构成，其阳极室进口(20)、阳极室出口(22)，阴极室进口(24)、阴极室出口(27)和浓缩室进口(25)、浓缩室出口(23)分别通过乳胶管连接到对应的阳极室罐(6)、阴极室罐(8)和浓缩室罐(7)的内部，该三个罐体内置有分别与相应的阳极室罐(6)、阴极室罐(8)和浓缩室罐(7)中的进口乳胶管相连的阳极潜水泵(12)、阴极潜水泵(14)和浓缩潜水泵(13)，形成阳极室、阴极室和浓缩室三个各自独立的循环回路，将该电渗析装置(2)的阴电极(19)和阳电极(18)分别通过导线与配套直流电源的正极(16)和负极(17)相连接；
其特征在于：
将板框式扩散渗析装置(1’)的另一个流道的进口(44)通过硅橡胶管连接到缓冲罐(9)内部，该流道的出口(41)通过硅橡胶管并经接受液蠕动泵(11)连接到缓冲罐(9)内部，该流道作为接受液流道；
将所述电渗析装置(2)中的淡化室进口(21)和出口(26)通过乳胶管连接到缓冲罐(9)的内部，并在缓冲罐(9)中安置缓冲潜水泵(15)与电渗析装置(2)淡化室的进口乳胶管相连。 
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