CN205500801U

CN205500801U - 一种利用高含盐工业废水制备硫酸钾的系统

Info

Publication number: CN205500801U
Application number: CN201620108085.XU
Authority: CN
Inventors: 党平; 赛世杰; 王俊辉; 李战胜; 薛源; 刘丹茹; 刘慧�; 张娜; 郭默然; 李思序; 齐婧; 何丽娟; 姚红锐; 高贵和; 杭天浜
Original assignee: Inner Mongol Ke Kangrui Environmental Protection Technology Co Ltd Of A Specified Duration
Current assignee: Inner Mongol Ke Kangrui Environmental Protection Technology Co Ltd Of A Specified Duration
Priority date: 2016-01-30
Filing date: 2016-01-30
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2026-01-30

Abstract

一种利用高含盐工业废水制备硫酸钾的系统，属于水处理领域，高含盐工业废水经调节池、管道混合器、高密度沉定池、V型滤池、离子交换树脂和超滤膜系统预处理，经一段和二段反渗透膜系统浓缩，进入纳滤膜系统进行分盐，纳滤产水和浓水分别进入碟管式高压平板膜系统II和I进行再浓缩，经浓缩的浓水进入冷冻结晶系统进行结晶，结晶进入硫酸钾制备系统进行转化，冷冻母液与浓缩后的纳滤产水进入高级氧化系统氧化，然后进入蒸发结晶系统结晶，产生的硫酸钠结晶盐进入硫酸钾制备系统进行转化；优点：减小了纳滤系统规模，减小投资成本；分盐彻底，运行费用低；结晶盐纯度高；将芒硝和硫酸钠转化成硫酸钾，提高了经济价值。

Description

一种利用高含盐工业废水制备硫酸钾的系统

技术领域

本实用新型属于水处理领域，涉及一种利用高含盐工业废水制备硫酸钾的系统。

背景技术

本实用新型所述的高含盐工业废水主要来自煤化工行业生产过程中的煤气洗涤废水、循环水系统排水、化学水站排水等，其特点是含盐量高、硬度高、成分复杂、含有难降解的有机物、水质波动幅度较大。近年来，很多地区的环保部门不仅仅关心废水的达标排放，还要求煤化工企业对高盐水进行最大限度的回用，尤其是环境敏感地区，要求无废水外排。因此，实现高含盐工业废水的“零排放”越来越紧迫。

目前，高盐水处理主要有自然蒸发塘、深井灌注、焚烧、膜浓缩及蒸发工艺。

自然蒸发塘和深井灌注的应用受气候地理条件的限制，占地面积大，处理效率低，且容易污染地下水及周边环境。同时，由于环保要求越来越严格，自然蒸发塘和深井灌注技术已经逐渐被取缔。

焚烧由于其高能耗的原因，只能处理很小的水量，通常更适合处理热值含量高的有机污水。

综上所述，虽然目前能处理高盐水的方法较多，但是都存在运行成本高，废水回收率低，无法资源化利用的缺陷，无法真正实现废水的零排放及盐的资源化利用，因此不能满足我们对高盐水的零排放及资源化要求。

膜分离技术作为高含盐废水处理领域的新技术，具有成本低、规模大、技术成熟等特点。目前，高含盐废水分盐零排放工艺使用纳滤分盐、高压平板膜浓缩及多效蒸发结晶，得到了纯度高、品质稳定的工业硫酸钠和氯化钠，而冷冻结晶产生的芒硝(十水硫酸钠)经济价值不高，不能进行有效利用。因此，将芒硝/硫酸钠转化为经济价值更高的硫酸钾成为必然趋势。

发明内容

针对目前煤化工高含盐废水浓缩结晶技术存在成本高、纳滤系统庞大及蒸发结晶分盐难度大，结晶盐品质低，冷冻结晶产生的芒硝经济价值低的问题，本实用新型提供一种利用高含盐工业废水制备硫酸钾的系统。

为了实现本实用新型的目的，我们将采用如下技术方案予以实施：

一种利用高含盐工业废水制备硫酸钾的系统，所述的高含盐工业废水通过管线与调节池的进水口连接；调节池的出水口通过设置有管道混合器的管道与高密度沉定池的进水口连接；高密度沉定池的出水口通过管道与V型滤池的进水口连接，V型滤池的出水口通过管道与离子交换树脂的进水口连接，离子交换树脂的反洗水出水口通过设置有增压泵的管道与高密度沉淀池连接，离子交换树脂的出水口通过管道与超滤膜系统的进水口连接；超滤膜系统的出水口通过管道与一段反渗透装置的进水口连接，超滤膜系统的浓水口通过管道与高密度沉淀池连接；一段反渗透膜系统的产水口通过管道与回用水池的进水口连接，一段反渗透膜系统的浓水口通过管道与二段反渗透膜系统的进水口连接；二段反渗透膜系统的产水口通过管道与回用水池的进水口连接，二段反渗透膜系统的浓水口通过管道与纳滤膜系统的进水口连接；纳滤膜系统的产水口通过设置有增压泵和高压泵的管道与碟管式高压平板膜系统II的进水口连接，纳滤膜系统的浓水口通过设置有增压泵和高压泵的管道与碟管式高压平板膜系统I的进水口连接；其特征在于：所述的碟管式高压平板膜系统I的浓水口通过管道与冷冻结晶系统的进料口连接，冷冻结晶系统的结晶出口与硫酸钾制备系统的进料口连接，冷冻结晶系统的冷冻母液出口通过管道与高级氧化系统进水口连接，碟管式高压平板膜系统II的浓水口通过管道与高级氧化系统的进水口连接；高级氧化系统的出水口通过管道与蒸发结晶系统的进料口连接，蒸发结晶系统的硫酸钠结晶盐出口通过管道与硫酸钾制备系统的进料口连接，蒸发结晶系统的冷凝水出口通过管道与回用水池连接。

进一步，高含盐工业废水的TDS为6000～10000mg/L。

进一步，在高密度沉淀池前端的管道混合器的管线内投加石灰、碳酸钠和氢氧化钠，使之与高含盐废水一同通过管线进入高密度沉淀池中，然后投加PFS、PAM药剂，在预定时间内对高含盐废水进行处理，然后加硫酸回调pH值到6.5-7.5之间，加次氯酸钠对高含盐废水进行杀菌消毒处理。

进一步，所述的超滤膜系统的浓水通过管道进入高密度沉淀池重新进行处理；

进一步，一段反渗透膜系统的反渗透膜为苦咸水反渗透膜，经一段苦咸水反渗透膜处理后，浓水TDS达到20000～30000mg/L。

进一步，二段反渗透膜系统的反渗透膜为海水淡化反渗透膜，经二段海水淡化反渗透膜处理后，浓水TDS达到50000～70000mg/L。

进一步，经纳滤膜系统分盐处理后，以氯化钠为主的纳滤产水TDS达到30000～60000mg/L，以硫酸钠为主的纳滤浓水TDS达到70000～100000mg/L。

进一步，经碟管式高压平板膜系统II和I浓缩处理后，氯化钠浓水TDS达到120000mg/L以上，硫酸钠浓水TDS达到160000mg/L以上。

进一步，经高级氧化系统处理后，氯化钠浓水中COD浓度由800～1500mg/L降至100mg/L。

进一步，冷冻结晶系统进行冷冻结晶出的芒硝纯度达到97％以上；冷冻母液经高级氧化处理后，冷冻母液的COD浓度由2000～3000mg/L降至150mg/L。

进一步，硫酸钾制备系统中，工业硫酸钠/芒硝与加入的氯化钾、水发生复分解反应，通过浓缩、蒸发、分离步骤，最终制备出符合标准的农用硫酸钾。

有益效果

本实用新型所述的装置，通过化学软化将进水进行预处理，超滤膜系统进一步降低水中的浊度、颗粒物及大分子有机物，经预处理后的高盐水通过多段反渗透系统将盐水TDS浓缩到50000～70000mg/L，浓缩后的高盐水进入纳滤系统进行分盐处理，氯化钠和硫酸钠分离率达到90％以上。经纳滤分离后，含有氯化钠和硫酸钠的盐水进入碟管式高压平板膜系统进一步进行浓缩处理，处理后的氯化钠浓盐水TDS浓缩达到120000mg/L以上，硫酸钠浓盐水TDS浓缩达到160000mg/L以上。氯化钠浓水经高级氧化后进入蒸发结晶系统分盐，结晶产出氯化钠和硫酸钠；硫酸钠浓水进入冷冻结晶系统，结晶产生的芒硝与蒸发结晶产生的硫酸钠一并进入硫酸钾制备系统做进一步的转化，得到经济价值更高的硫酸钾。这种装置有如下几个优点：1、将纳滤膜系统置于海水淡化反渗透膜后面，减小了纳滤膜系统的规模，减小投资成本；2、选用对氯化钠截留率极低的特种纳滤膜，分盐彻底，运行费用低；3、采用分盐结晶，结晶盐纯度高，完全满足工业用盐标准；4、将利用价值较低的芒硝(十水硫酸钠)和硫酸钠转化成硫酸钾，提高结晶盐的经济价值，从而进一步降低浓盐水处理成本。

附图说明

图1是本实用新型所述的系统的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图，进一步详述本实用新型的技术方案，本实用新型的保护范围不局限于下述的具体实施方式。

本实用新型主要解决的技术问题在于：首先，有效的解决了纳滤系统庞大的问题；其次经冷冻结晶和蒸发结晶进行组合应用，分盐效果好，结晶盐纯度高；最后将利用价值较低的芒硝和硫酸钠转化成农用硫酸钾，提高了结晶盐的经济价值，进一步降低了浓盐水处理成本。

如图1所示，本实用新型所述的系统的结构如下所述：

一种利用高含盐工业废水制备硫酸钾的系统，所述的高含盐工业废水通过管线与调节池1的进水口连接；调节池1的出水口通过设置有管道混合器2的管道与高密度沉定池3的进水口连接；高密度沉定池3的出水口通过管道与V型滤池4的进水口连接，V型滤池4的出水口通过管道与离子交换树脂5的进水口连接，离子交换树脂5的反洗水出水口通过设置有增压泵的管道与高密度沉淀池3的进水口连接，离子交换树脂5的出水口通过管道与超滤膜系统6的进水口连接；超滤膜系统6的出水口通过管道与一段反渗透装置7的进水口连接，超滤膜系统6的浓水口通过管道与高密度沉淀池3的进水口连接；一段反渗透膜系统7的产水口通过管道与回用水池12的进水口连接，一段反渗透膜系统7的浓水口通过管道与二段反渗透膜系统8的进水口连接；二段反渗透膜系统8的产水口通过管道与回用水池12的进水口连接，二段反渗透膜系统8的浓水口通过管道与纳滤膜系统9的进水口连接；纳滤膜系统9的产水口通过设置有增压泵和高压泵的管道与碟管式高压平板膜系统II 10的进水口连接，纳滤膜系统9的浓水口通过设置有增压泵和高压泵的管道与碟管式高压平板膜系统I11的进水口连接；其特征在于：所述的碟管式高压平板膜系统I 11的浓水口通过管道与冷冻结晶系统13的进料口连接，冷冻结晶系统13的结晶口与硫酸钾制备系统14的进料口连接，冷冻结晶系统13 的冷冻母液出口通过管道与高级氧化系统15的进水口连接，碟管式高压平板膜系统II 10的浓水口通过管道与高级氧化系统15的进水口连接；高级氧化系统15的出水口通过管道与蒸发结晶系统16的进料口连接，蒸发结晶系统16的硫酸钠结晶盐出口通过管道与硫酸钾制备系统14的进料口连接，蒸发结晶系统16的冷凝水出口通过管道与回用水池12连接。

高含盐工业废水的TDS为6000～10000mg/L。

高密度沉淀池3前端的管道混合器2的管线内投加石灰、碳酸钠和氢氧化钠，使之与高含盐废水一同通过管线进入高密度沉淀池3中，然后投加PFS、PAM药剂，在预定时间内对高含盐废水进行处理，然后加硫酸回调pH值到6.5-7.5之间，加次氯酸钠对高含盐废水进行杀菌消毒处理。

所述的超滤膜系统6的浓水通过管道进入高密度沉淀池3重新进行处理；

一段反渗透膜系统7的反渗透膜为苦咸水反渗透膜，经一段苦咸水反渗透膜处理后，浓水TDS达到20000～30000mg/L。

二段反渗透膜系统8的反渗透膜为海水淡化反渗透膜，经二段海水淡化反渗透膜处理后，浓水TDS达到50000～70000mg/L。

纳滤膜系统9分盐处理后，以氯化钠为主的纳滤产水TDS达到30000～60000mg/L，以硫酸钠为主的纳滤浓水TDS达到70000～100000mg/L。

碟管式高压平板膜系统I 11和II 10浓缩处理后，硫酸钠浓水 TDS达到160000mg/L以上，氯化钠浓水TDS达到120000mg/L以上。

高级氧化系统15处理后，氯化钠浓水中COD浓度由800～1500mg/L降至100mg/L。

冷冻结晶系统13进行冷冻结晶出的芒硝纯度达到97％以上；冷冻母液经高级氧化系统15处理后，冷冻母液的COD浓度由2000～3000_mg/L降至150mg/L。

硫酸钾制备系统14中，工业硫酸钠/芒硝与加入的氯化钾、水发生复分解反应，通过浓缩、蒸发、分离步骤，最终制备出符合标准的农用硫酸钾。

实施例

某化工园区排放的高含盐废水，该废水COD≤90mg/L，TDS≤12000mg/L，NaCl≤3000mg/L，Na₂SO₄≤6000mg/L，总硬度≤1000mg/L。

(1)化学软化

化学软化采用加入碳酸钠和氢氧化钠的方式来脱除废水中的钙、镁离子。进水经25％的NaOH、20％的碳酸钠进行沉淀后，加入8％～12％的聚合硫酸铁(混凝剂)和0.8％的PAM(助凝剂)在沉淀池3中进行混凝沉淀、固液分离、一段反渗透浓水中的大部分硬度和钙镁离子被去除。

表1

水质	化学软化进水	化学软化出水	去除率(％)
				总硬度mg/L	980	39	96

(2)树脂软化

砂滤池产水经离子交换树脂5进行进一步软化处理，去除钙、镁等阳离子，使得硬度基本为零。离子交换树脂5中树脂为5508型抗污染除硬树脂，采用4％的HCl和5％的NaOH进行树脂再生，再生水来自总产水箱。

树脂软化处理结果见表2。

水质	树脂软化进水	树脂软化出水	去除率(％)
				总硬度mg/L	40	0	100％

(3)超滤膜系统

原水经精密过滤器过滤、10％～20％的盐酸调节pH至6～7后进入超滤膜系统6处理。超滤后的浓水去高密度池重新处理，超滤后的产水去第一段反渗透膜系统7进行处理。

(4)一段反渗透膜系统7

一段反渗透膜系统7采用卷式反渗透膜，对超滤产水做进一步浓缩。一段反渗透膜系统7的产水进入回用水池直接回用，一段反渗透膜系统7的浓水进入二段反渗透膜系统8中做进一步浓缩。

一段反渗透处理结果见表3

(5)二段反渗透膜系统8

二段反渗透膜系统8采用高压海水淡化反渗透膜，对一段反渗透膜系统7的浓水水做进一步浓缩。二段反渗透膜系统8的产水进入回用水池直接回用，二段反渗透膜系统8的浓水进入纳滤膜系统9进行分盐处理。

二段反渗透处理结果见表4

水质	RO进水	RO产水	RO浓水
				TDS(mg/L)	36000	580	63000

(6)纳滤膜系统9

纳滤膜系统9采用高压卷式纳滤膜，纳滤膜对硫酸钠的截留率大于98％，对氯化钠的截留率小于10％。经纳滤膜分盐后，产水与浓水分别进入碟管式高压平板膜系统II 10和I 11进行进一步浓缩处理。

纳滤系统处理结果见表5

水质	纳滤进水	纳滤产水	纳滤浓水
				TDSmg/L	63000	41000	78000

(7)碟管式高压平板膜系统II 10浓缩NaCl

对纳滤膜系统9的产水进一步浓缩，使得NaCl达到蒸发结晶系统的进料要求，并降低蒸发系统的运行负荷。碟管式高压平板膜系统 II 10运行压力160bar，处理得到浓水进入高级氧化系统，产水进入回用水池。

碟管式高压平板膜浓缩NaCl处理结果见表6

水质	DTRO进水	DTRO产水	DTRO浓水
				TDSmg/L	41000	2100	125000

(8)碟管式高压平板膜浓缩Na₂SO₄

对纳滤膜系统9的浓水进一步浓缩，使得硫酸钠浓水达到蒸发结晶系统的进料要求，并降低蒸发系统的运行负荷。碟管式高压平板膜系统I 11运行压力160bar，处理得到浓水进去冷冻结晶系统进行结晶，产水进入回用水池。

碟管式高压平板膜浓缩Na₂SO₄处理结果见表7

水质	DTRO进水	DTRO产水	RO浓水
				TDSmg/L	78000	3800	162000

(9)高级氧化系统15

对碟管式高压平板膜的氯化钠浓水和冷冻结晶母液进行高级氧化处理。高级氧化技术采用臭氧催化氧化技术(催化剂主要成分为MnO₂和CuO，市售)，高级氧化对浓水中COD的去除率见表8：

高级氧化处理结果见表8

(10)蒸发结晶系统

对碟管式高压平板膜的氯化钠浓水进行蒸发结晶处理，结晶出的氯化钠纯度大于95％，达到工业用盐标准，可以资源化利用。蒸馏水直接进入回用水池进行回用。结晶分离产出的硫酸钠纯度大于95％，直接进入硫酸钾制备系统转化为农用硫酸钾，进行资源化利用。

(11)冷冻结晶系统

对碟管式高压平板膜的硫酸钠浓水进行冷冻结晶处理，结晶出的芒硝进入硫酸钾制备系统14进行转化处理。冷冻母液进入高级氧化系统15，去除COD后进入蒸发结晶系统进行分盐结晶，结晶盐达到业用盐标准，进行资源化利用。

(12)硫酸钾制备系统14

冷冻结晶分离出的芒硝与蒸发结晶分离出的硫酸钠一并进入硫酸钾制备系统14进行转化，与加入的氯化钾、水经过混合、浓缩、蒸发、分离等步骤，最终生成硫酸钾满足农业用硫酸钾标准，氯化钠纯度大于92％，达到工业用盐标准。

Claims

1.一种利用高含盐工业废水制备硫酸钾的系统，所述的高含盐工业废水通过管线与调节池的进水口连接；调节池的出水口通过设置有管道混合器的管道与高密度沉定池的进水口连接；高密度沉定池的出水口通过管道与V型滤池的进水口连接，V型滤池的出水口通过管道与离子交换树脂的进水口连接，离子交换树脂的反洗水出水口通过管道与高密度沉淀池连接，离子交换树脂的出水口通过管道与超滤膜系统的进水口连接；超滤膜系统的出水口通过管道与一段反渗透装置的进水口连接，超滤膜系统的浓水出水口通过管道与高密度沉淀池的进水口连接；一段反渗透膜系统的产水口通过管道与回用水池的进水口连接，一段反渗透膜系统的浓水口通过管道与二段反渗透膜系统的进水口连接；二段反渗透膜系统的产水口通过管道与回用水池的进水口连接，二段反渗透膜系统的浓水口通过管道与纳滤膜系统的进水口连接；纳滤膜系统的产水口通过设置有增压泵和高压泵的管道与碟管式高压平板膜系统II的进水口连接，纳滤膜系统的浓水口通过设置有增压泵和高压泵的管道与碟管式高压平板膜系统I的进水口连接；其特征在于：所述的碟管式高压平板膜系统I和II的产水口通过管道与回用水池连接；所述的碟管式高压平板膜系统I的浓水口通过管道与冷冻结晶系统的进料口连接，冷冻结晶系统的结晶出口与硫酸钾制备系统的进料口连接，冷冻结晶系统的冷冻母液出口通过管道与高级氧化系统进水口连接，碟管式高压平板膜系统II的浓水口通过管道与高级氧化系统的进水口连接；高级氧化系统的出水口通过管道与蒸发结晶系统的进料口连接，蒸发结晶系统的硫酸钠结晶盐出口通过管道与硫酸钾制备系统的进料口连接，蒸发结晶系统的冷凝水出口通过管道与回用水池连接。