CN206156914U - 从盐水中生产有用化学品的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种从盐水中生产有用化学品的系统。该系统包括离子分离单元，用于将输入盐水流分离得到含有单价阴离子的第一盐水流和含有高价阴离子的第二盐水流；与离子分离单元相连接的第一双极膜电渗析单元，用于处理所述第一盐水流的至少一部分得到第一酸溶液和第一碱溶液；以及与离子分离单元相连接的第二结晶单元，用于从所述第二盐水流的至少一部分中结晶出第二固体，该第二固体是工业级盐或非危险废物。

Description

从盐水中生产有用化学品的系统

技术领域

本实用新型涉及从盐水中生产有用化学品的系统。

背景技术

各种各样的工业生产过程会用到大量的水，这些水会被工业生产过程中应用的化学品和其它废物污染，从而产生大量废水。例如，废水会产自于煤化工或煤气化、火电厂的脱硫系统、石油天然气的开采、采矿、以及海水淡化等工艺过程。在将这些废水排放到环境中或再次回用到工业生产过程中之前，需要去除废水中的部分或全部污染物，然而，以上列举的这些废水由于含有高浓度的溶解盐而处理难度极大。

处理高盐废水(在此也称之为盐水)的通常方法包括：使用膜技术浓缩待处理盐水以得到浓缩盐水，以及使用热法(例如蒸发和结晶)处理该浓缩盐水以得到可冷凝的水蒸气和固体废物。由于在该处理过程中没有废水排放，该方法被称作零排放(zero-liquid-discharge,ZLD)工艺。虽然ZLD工艺能够帮助工厂达到排放和水回用的要求，但它由于使用热法处理而能耗很高，并且，ZLD工艺产生的固体废物需要成本很高的后续处理。该固体废物通常含有混盐和许多有毒有害物质，对环境和公众健康产生巨大的或潜在的威胁。因此ZLD工艺产生的固体废物在大多数国家和地区均被认定为危险废物。危险废物的处理、储存和排放需要遵守当地的法律法规，因而通常存在处理难度大、处理费用昂贵的问题。在一些国家，例如中国，由于ZLD工艺产生了大量的危险废物，对于工厂来说，需要支付极高的处理费用。除了高昂的处理费用以外，当采用填埋方法处理危险废物时还存在很大的泄露风险，而填埋处理是世界范围内处理危险废物的常用方法。

为了节省或减少ZLD工艺产生的危险废物的处理成本，人们在开发新的盐水处理方法和系统。最近，人们关注盐水处理的纯盐方案。通常所说的纯盐方案包括：分离盐水中所含的不同种类的溶解盐，得到只含一种盐(例如氯化钠，NaCl)的盐水流，纯化该只含一种盐的盐水流去除其中大部分有机物等杂质，以及，从纯化后的盐水流中结晶出工业级盐。该纯盐方案的优点是得到的工业级盐可以在一些工业过程中进一步利用或出售，另外，所产生的危险废物的量减少，因此危险废物的处理费用可以大大节省。然而，为保证结晶所得到的固体满足工业级盐的要求，纯盐方案需要繁杂的预处理和纯化过程，尤其是当待处理盐水中污染物种类复杂时。另外，纯盐方案的整体能耗仍然很高，因为该工业级盐以及其它固体废物均通过热法处理产生。

随着环境法规更加严苛，以及工厂面临降低成本和降低能耗的压力，现有的ZLD工艺和纯盐方案或许不能够满足这些需求，因此需要开发更经济的盐水处理系统。

实用新型内容

本实用新型涉及从盐水中生产有用化学品的系统。该系统包括：离子分离单元，用于将输入盐水流分离得到含有单价阴离子的第一盐水流和含有高价阴离子的第二盐水流；与离子分离单元相连接的第一双极膜电渗析单元，用于处理所述第一盐水流的至少一部分得到第一酸溶液和第一碱溶液；以及与离子分离单元相连接的第二结晶单元，用于从所述第二盐水流的至少一部分中结晶出第二固体，所述第二固体是工业级盐或非危险废物。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本实用新型的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：

图1为依据本实用新型实施例的一种从盐水中生产有用化学品的系统的示意图；

图2为依据本实用新型实施例的另一种从盐水中生产有用化学品的系统的示意图；

图3为依据本实用新型实施例的又一种从盐水中生产有用化学品的系统的示意图；

图4为依据本实用新型实施例的一种双极膜电渗析单元。

具体实施方式

以下将对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。除非另作定义，在本文中使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分或元件。本文中使用的“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在提及项目(例如成分)中的至少一个，并且包括提及项目的组合可以存在的情况。“包括”、“包含”、“具有”、或“含有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围内。

本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。此外，在“大约第一数值到第二数值”的表述中，“大约”同时修正第一数值和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。本文中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。

本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。比如，像温度、气压、时间等类似的组件的数量和过程的数值等，当我们说1到90时，指代的是例如15到85、22到68、43到51、30到32等类似的枚举数值。当数值小于1时，一个单位可以是0.0001、0.001、0.01或0.1。这里只是作为特殊举例来说明。在本文中列举出的数字是指用类似的方法得到的在最大值和最小值之间的所有可能的数值组合。

本实用新型的实施例涉及处理盐水以及从盐水中生产有用化学品的系统和方法，该有用化学品可以在许多工业过程中再利用或者出售。该系统和方法可以将盐水中含有的至少一部分溶解盐转化成能够再利用的酸和碱，尽最大可能充分利用盐水中的溶解盐。一方面，这些有用化学品能够带来经济价值，另一方面，由于盐水的至少一部分被用于转化为酸和碱，热法处理的进水量减少，因而盐水处理过程的总能耗大大降低。因此，该系统和方法既经济又环保。

在本文中，“盐水”指含有溶解盐类(无机盐和有机盐均包括在内)的水溶液，例如氯化钠(NaCl)和硫酸钠(Na₂SO₄)。该盐水可以是来自工业过程的废水流，也可以是水处理过程中产生的反渗透浓水，地下盐水，或海水淡化过程产生的废盐水。

在本文中，“有用化学品”指可以在工业过程中或人们生活中使用的任何物质，具体地，根据本实用新型的实施例的盐水处理以及从盐水中生产有用化学品的系统和方法，该有用化学品包括选自酸(例如盐酸、硫酸)、碱(例如氢氧化钠)、和次氯酸钠中的一种或多种。从盐水中产生的酸和碱可以在许多工业过程(例如水处理过程、煤化工或煤气化过程、以及冷却塔系统)中再利用，比如用于pH值的调节。另外，盐酸还可用于许多工业过程中所使用的离子交换树脂的再生。而盐水中产生的次氯酸钠可以在许多工业或家庭中用作消毒剂或漂白剂。

一方面，本实用新型的实施例涉及处理盐水以及从盐水中生产有用化学品的系统。在该盐水处理系统中，离子分离单元被设置为对输入盐水流中的单价阴离子和高价阴离子进行分离，从而得到含有单价阴离子的第一盐水流和含有高价阴离子的第二盐水流。在本文中，“高价”指多于一价，或者说，指二价以及更高的价态。具体地，该输入盐水流中的大部分一价阴离子被聚集在第一盐水流中，而大部分高价阴离子被聚集在第二盐水流中。在本文中，“大部分”指大约大于80％，更优地，大约大于90％。在该盐水处理系统中，还包括与离子分离单元相连接的第一双极膜电渗析单元和与离子分离单元相连接的第二结晶单元，其中，双极膜电渗析单元被设置为从该第一盐水流的至少一部分中生产第一酸溶液和第一碱溶液，第二结晶单元被设置为从该第二盐水流的至少一部分中回收第二固体，该第二固体是一种工业级盐或非危险废物。在本文中，“工业级盐”指一种能够达到至少一种当地工业级盐标准的盐。例如，在中国，工业级盐由国家标准来认定，比如GB/T 5462-2015《工业盐》、GB/T 6009-2014《工业无水硫酸钠》。在本文中，“非危险废物”指依据当地认定标准，没有被认定为危险废物的废物。例如，在中国，危险废物的认定有七部鉴别标准：GB5085.1-2007～GB5085.7-2007。如果从盐水中产生的废物没有没认定为危险废物，那它的后续处理将非常容易和便宜。

图1显示了一个实施例盐水处理系统100的示意图，用于从输入盐水流101中生产有用化学品。该系统100包括被设置为接收输入盐水流101的预处理单元131。该输入盐水流101可以来自任何适合的水源，例如，该输入盐水流101可以是工厂工业过程的废水流、水处理过程中的反渗透浓水、地下盐水、或海水淡化过程的废盐水。进一步，该输入盐水流101可能包括各种各样的矿物质和/或化合物。例如，该输入盐水流101包括至少一种溶解盐(例如氯化钠、硫酸钠)，硬度矿物质(例如钙、镁)，重金属离子(例如锰、铁、锶、钡、铬)，二氧化硅，氟离子和/或有机物。另外，该输入盐水流101 的pH范围在4～10之间，优选地，pH范围在5～8之间。

预处理单元131被设置为接收输入盐水流101并去除其中的大部分硬度矿物质、重金属离子、二氧化硅、氟离子和有机物。因此，预处理单元131提供一硬度、生化需氧量(Biochemical Oxygen Demand,BOD)和化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)均降低的预处理后输入盐水流103。在某些实施例中，预处理单元131包括膜生物反应器系统(Membrane Bio-reactor,MBR)，化学氧化设备，超滤膜(UF)过滤设备，反渗透设备，化学软化设备，离子交换树脂软化设备，或以上的组合。由于输入盐水流101可能来自不同的水源而水质不同，预处理单元131可以根据输入盐水流101的具体水质进行调整。

产自预处理单元131的预处理后输入盐水流103中含有至少一种溶解盐、残余有机物和少量其它杂质(例如硬度矿物质、重金属离子、二氧化硅、氟离子)。离子分离单元133被设置为接收该预处理后输入盐水流103，并将其分离成含有单价阴离子的第一盐水流105和含有高价阴离子的第二盐水流107。在某些实施例中，预处理后输入盐水流103中大约大于80％，优选地大于90％的单价阴离子被聚集在第一盐水流105中，而大约大于80％，优选地大于90％的高价阴离子、残余有机物和其它杂质被聚集在第二盐水流107中。在某些实施例中，离子分离单元133包括纳滤单元或单价离子选择性电渗析单元。

盐水中的盐能够通过双极膜电渗析过程转化为其相应的酸和碱。图4中显示了一个双极膜电渗析单元的实施例。在系统100中，双极膜电渗析单元141被设置为接收第一盐水流105并产生酸溶液121和碱溶液122。该酸溶液121和碱溶液122可以被收集起来供商业使用或直接使用在该盐水处理系统100的上游或下游过程中，比如，可以用于pH值调整或离子交换树脂再生。例如，酸溶液121可以用于处理预处理单元131中的离子交换树脂软化设备中的离子交换树脂，去除该离子交换树脂中吸附的高价离子，从而再生该离子交换树脂。在某些实施例中，酸溶液121和/或碱溶液122可以被浓缩，例如通过蒸发、膜浓缩或其它浓缩方法，和/或被纯化以去除杂质(例如有机物)，从而达到酸和碱的商业使用要求。

在盐水处理系统100中，结晶单元147被设置成接收第二盐水流107并从第二盐水流107中结晶出固体129。固体129是一种依据当地标准认定的工业级高价盐或非危险废物。结晶单元147可以包括一种强制循环结晶器。在某些实施例中，在结晶单元147之前，设置纯化单元(未显示在图1中)用于去除第二盐水流107中的残余有机物和其它杂质，以保证从结晶单元147中得到的固体129具有较高的纯度。

在某些实施例中，含有氯化钠、硫酸钠、有机物、硬度矿物质、重金属离子、二氧化硅和氟离子的输入盐水流101被输入到预处理单元131。输入盐水流101中的大部分有机物、硬度矿物质、重金属离子、二氧化硅和氟离子被去除从而得到预处理后输入盐水流103。含有氯化钠、硫酸钠、残余有机物和少量其它杂质的预处理后输入盐水流103，被输入至离子分离单元131中分离以得到氯化钠盐水流105和硫酸钠盐水流107。其中，大部分残余有机物和其它杂质被聚集在硫酸钠盐水流107中。氯化钠盐水流105在双极膜电渗析单元141中被转化成盐酸溶液121和氢氧化钠溶液122。硫酸钠盐水流107在结晶单元147中结晶出固体129。固体129可以是工业级硫酸钠或一种非危险废物。

图2显示了一个实施例盐水处理系统200的示意图，用于从输入盐水流201中生产有用化学品。盐水处理系统200包括用于处理输入盐水流201以得到预处理后输入盐水流203的预处理单元231。输入盐水流201流经预处理单元231，其中的大部分有机物、硬度矿物质、重金属离子、二氧化硅和氟离子被去除。在某些实施例中，输入盐水流201的来源与图1所示系统100中的输入盐水流101类似，预处理单元231具有与图1所示系统100中的预处理单元131类似的结构。

在图示的盐水处理系统200中，纳滤单元233被设置成接收预处理后输入盐水流203并将其分离成纳滤产水205和纳滤浓水207。在某些实施例中，大部分单价离子被聚集在纳滤产水205中，而大部分高价离子、残余有机物和其它杂质被聚集在纳滤浓水207中。在某些实施例中，在纳滤单元之前，将预处理后输入盐水流203与一种阻垢剂混合，以减缓纳滤单元233中纳滤膜的结垢倾向。在某些实施例中，通常使用纳滤渗滤操作以保证单价离子和高价离子的更完全分离。所述渗滤操作的实施例可以参考美国专利US7314606以及美国专利申请US20140299546A1中所揭示的工艺。

在某些实施例中，纳滤产水205富含单价离子，而基本不含高价离子、残余有机物和其它杂质。纳滤产水205一般具有较低的溶解性固体总量(Total Dissolved Solids,TDS)，例如大约小于2％，优选地，大约小于1％。为了浓缩纳滤产水205中的单价离子，反渗透单元235被设置成接收纳滤产水205 并产生反渗透浓水209和反渗透产水210。在某些实施例中，大部分单价离子被浓缩在反渗透浓水209中，因此反渗透浓水209具有较高的TDS(例如大约大于6％，优选地，大约大于8％)。第一纯化单元237被设置为从反渗透浓水209中去除残余有机物和其它杂质，以产生纯化的反渗透浓水211。该纯化的反渗透浓水211可以被输入至第一双极膜电渗析单元241中以产生酸和碱，和/或，被输入至第一结晶单元243中进行结晶。反渗透产水210可以被输入至回用水箱250或者该系统200的上游或下游过程。回用水箱250中所收集的水可以用于某些系统的补水，例如水处理系统、产生输入盐水流201的工业系统，以及冷却塔系统。

在某些实施例中，纳滤产水205中的单价离子还可以被电渗析单元(未显示在图2中)来浓缩，而非反渗透单元235。当将纳滤产水205输入至电渗析单元中浓缩时，可以得到浓缩的纳滤产水和电渗析淡水。浓缩的纳滤产水具有较高的TDS(例如大约大于10％，优选地，大约大于12％)，能够被输入至第一双极膜电渗析单元241中以产生酸和碱，和/或，被输入至第一结晶单元243中进行结晶。而电渗析淡水可以被输入至回用水箱250或者该系统200的上游或下游过程。

在盐水处理系统200中，第一双极膜电渗析单元241被设置成接收一部分纯化的反渗透浓水211，以产生第一酸溶液221，第一碱溶液222，以及第一脱盐水223。第一脱盐水223可以被输入至回用水箱250。第一结晶单元243被设置成接收另一部分纯化的反渗透浓水211，以结晶出第一固体224。可以在第一结晶单元243之前，使用蒸发单元(未显示在图2中)来热法浓缩纯化的反渗透浓水211。第一结晶单元243的排污水225可以被干化或返回系统200的上游过程。在某些实施例中，第一固体224是一种工业级单价盐(例如氯化钠)。而在某些实施例中，第一固体224是一种由当地标准认定的非危险废物。

在某些实施例中，纳滤浓水207富含高价离子、残余有机物和其它杂质，而基本不含单价离子。第二纯化单元239被设置为从纳滤浓水207中去除残余有机物和其它杂质，以产生纯化的纳滤浓水213。第二双极膜电渗析单元245被设置成接收一部分纯化的纳滤浓水213，以产生第二酸溶液226，第二碱溶液227，以及第二脱盐水228。第二脱盐水228可以被输入至回用水箱250。第二结晶单元247被设置成接收另一部分纯化的纳滤浓水213，以结晶出第二固体229。可以在第二结晶单元247之前，使用蒸发单元(未显示在图2中)来热法浓缩纯化的纳滤浓水213。第二结晶单元247的排污水230可以被干化或返回系统200的上游过程。在某些实施例中，第二固体229是一种工业级高价盐(例如硫酸钠)。而在某些实施例中，第二固体229是一种由当地标准认定的非危险废物。在某个具体实施例中，含有硫酸钠的纯化的纳滤浓水213，一部分被输入至第二双极膜电渗析单元245中，产生硫酸溶液226和氢氧化钠溶液227，另一部分被输入至第二结晶单元247中，结晶出工业级硫酸钠。

在某些实施例中，第一纯化单元237和第二纯化单元239中的至少一个包括MBR系统，含有吸附剂的吸附设备，含有氧化剂的氧化设备，高级氧化系统(Advanced OxidationProcess,AOP)，或以上的组合。其中，吸附设备中的吸附剂可以选自活性炭、活性焦、超高交联树脂，或以上的组合。氧化设备中的氧化剂可以选自臭氧、双氧水、二氧化锰，或以上的组合。AOP可以是基于臭氧的AOP，光催化AOP，电催化AOP，或以上的组合。依据实际情况对酸溶液221、碱溶液222和第一固体224的质量要求，可以对第一纯化单元237进行调整。类似地，可以依据实际情况对酸溶液226、碱溶液227和第二固体229的质量要求对第二纯化单元239进行调整。

图3显示了一个实施例盐水处理系统300的示意图，用于从输入盐水流301中生产有用化学品。与以上描述的系统100和系统200类似，系统300也包括预处理单元331，用于接收和预处理输入盐水流301，以得到预处理后的输入盐水流303。单价选择性电渗析单元333被设置成接收预处理后的输入盐水流303并将其分离得到含有单价阴离子的第一盐水流305和含有高价阴离子的第二盐水流307。在某些实施例中，预处理后的输入盐水流303中的大部分单价阴离子被聚集在第一盐水流305中，而大部分高价阴离子、有机物和其它杂质被聚集在第二盐水流307中。

单价选择性电渗析单元333能够对预处理后的输入盐水流303中的单价阴离子和高价阴离子进行分离。在某些实施例中，单价选择性电渗析单元333包括含有至少一个单价选择性阴离子交换膜和至少一个普通阳离子交换膜的电渗析设备。在单价选择性电渗析单元333的运行过程中，仅有单价阴离子能够透过单价选择性阴离子交换膜从输入室迁移到产品室，从而实现单价阴离子和高价阴离子的分离。例如，当含有氯化钠、硫酸钠和一些有机物的盐水被输入至含有至少一个单价选择性阴离子交换膜和至少一个普通阳离子交换膜的单价选择性电渗析单元333中时，氯离子能够透过单价选择性阴离子交换膜，而硫酸根离子和中性有机物会被保留在输入室中。因此，输入室中会产生富含氯化钠的第一盐水流，而产品室中会产生富含硫酸钠和有机物的第二盐水流。在某些实施例中，单价选择性电渗析单元333包括含有至少一个单价选择性阴离子交换膜和至少一个单价选择性阳离子交换膜的电渗析设备，这样的单价选择性电渗析单元333能够将单价阳离子和单价阴离子从高价离子中分离出来。

在某些实施例中，含有单价阴离子的第一盐水流305的TDS值大于3％，优选地，大于4％。第一双极膜电渗析单元341被设置为接收至少一部分第一盐水流305，以产生第一酸溶液321、第一碱溶液322和第一脱盐水323。第一脱盐水323可以输入至回用水箱350。第一结晶单元343被设置为接收至少一部分第一盐水流305，以结晶出第一固体324。可以在第一结晶单元343之前，使用蒸发单元(未显示在图3中)来热法浓缩第一盐水流305。第一结晶单元343的排污水325可以被干化或返回系统300的上游过程。在某些实施例中，第一固体324是一种工业级单价盐(例如氯化钠)。而在某些实施例中，第一固体324是一种由当地标准认定的非危险废物。

在某些实施例中，含有高价阴离子的第二盐水流307的TDS值小于2％，优选地，小于1％，可以将其浓缩之后再进行后续处理。电渗析单元341被设置成接收第二盐水流307，并浓缩其中的高价离子以产生电渗析浓缩盐水流315和电渗析淡盐水317。电渗析浓缩盐水流315的TDS值大于10％，优选地，大于12％。电渗析淡盐水317可以在使用纯化单元343去除其中的有机物后被输入至回用水箱350，或者直接返回系统300的上游过程。纯化单元343可以具有与图2所示系统200中第一纯化单元237或第二纯化单元239类似的设计。盐水处理系统300还包括第二双极膜电渗析单元345用于从电渗析浓缩盐水流315中产生第二酸溶液326，第二碱溶液327，和第二脱盐水328，或者进一步包括第二结晶单元347用于从电渗析浓缩盐水流315中结晶出第二固体329。在某些实施例中，第二固体329是一种工业级高价盐(例如硫酸钠)，或一种由当地标准认定的非危险废物。

在某些实施例中，使用反渗透单元(未显示在图3中)，而非电渗析单元341对第二盐水流307进行浓缩。当使用反渗透单元浓缩第二盐水流307中的高价离子时，会产生反渗透浓水和反渗透产水。由于大部分高价离子和残余有机物被浓缩在反渗透浓水中，可以使用纯化单元(类似于图2所示系统200中第一纯化单元237或第二纯化单元239)去除反渗透浓水中的有机物，以得到纯化的反渗透浓水。该纯化的反渗透浓水可以被输入至双极膜电渗析单元345和/或第二结晶单元347。

图4所示为一个双极膜电渗析单元400的示意图。该图示的双极膜电渗析单元400可以用于以上描述的盐水处理系统100、200或300中。双极膜电渗析单元400包括正极11、负极13，以及位于它们之间的至少一个工作单元15，该工作单元15包括一个由阴离子选择性膜(AM)和阳离子选择性膜(CM)形成的第一输入室，用于接收输入盐水流31，一个由AM和双极膜(BPM)形成的第一酸室，用于接收水流33，以及一个由CM和BPM形成的第一碱室，用于接收水流33，如图4中所示。水流33可以采用去离子水流。BPM能够使水分解得到氢离子和氢氧根离子。在第一输入室22中的阴离子能够穿越AM进入第一酸室21从而产生酸溶液41，而在第一输入室22中的阳离子能够穿越CM进入第一碱室23从而产生碱溶液43，第一输入室22中产生脱盐水45。在双极膜电渗析单元400中，AM、CM、BPM依次排列，并可以按照此顺序不断重复。在某些实施例中，双极膜电渗析单元400进一步还包括由正极11和AM形成的第二酸室25，与第二酸室25相邻的第二输入室24，由负极13和CM形成的第二碱室27，以及与第二碱室27相邻的第三输入室26。在一具体的实施例中，使用双极膜电渗析单元400处理一氯化钠盐水流：氯化钠盐水流31被输入至输入室22、24、26中，去离子水流33被输入至酸室21、25和碱室23、27中。由第一酸室21中产生盐酸溶液41，由第一、第二碱室23、27中产生氢氧化钠溶液43、49，由输入室22、24、26中产生脱盐水45。而第二酸室25中的产物47包括盐酸溶液和氯气，该氯气可以与第一、第二碱室23、27中收集到的氢氧化钠溶液混合以制备次氯酸钠溶液。

另一方面，本实用新型的实施例涉及从盐水中生产有用化学品的方法，该方法包括将输入盐水流分离得到含有单价阴离子的第一盐水流和含有高价阴离子的第二盐水流；用第一双极膜电渗析单元处理所述第一盐水流的至少一部分得到第一酸溶液和第一碱溶液；以及从所述第二盐水流的至少一部分中结晶出第二固体。在某些实施例中，在对该输入盐水流的分离中，大部分单价阴离子进入第一盐水流，而大部分高价阴离子进入第二盐水流。在某些实施例中，第一盐水流基本不含高价阴离子，第二盐水流基本不含单价阴离子。该分离可以由纳滤或单价选择性电渗析技术实现。

在某些实施例中，该第二固体能够满足工业级盐的标准(例如GB/T6009-2014)，因此该第二固体能够在某些工业过程中再利用，或出售。例如，该第二固体可以是工业级硫酸钠。在某些实施例中，该第二固体可以经某些当地鉴定标准(例如GB5085.1-2007～GB5085.7-2007)鉴定后，认定为非危险废物。为保证该第二固体为一种工业级盐或非危险废物，可以采用以下方法中的一种或多种：在所述分离前对该输入盐水流进行预处理以尽可能去除其中的有机物和其它杂质(例如硬度矿物质、重金属离子、二氧化硅、氟离子)；尽可能充分分离输入盐水流中的单价阴离子和高价阴离子(例如通过纳滤渗滤操作)；在结晶之前再次去除残余有机物；以及在结晶过程中进行排污。

酸和碱是很多工业过程都需要用到的工业化学品。本实用新型实施例的方法进一步包括将第一酸溶液和/或第一碱溶液输入至选自以下一种或多种的系统中进行利用：水处理系统，产生该输入盐水流的工业系统，以及冷却塔系统。所产生的酸溶液和碱溶液可以用于调节pH值，或再生离子交换树脂。

因为从盐水中产生有用化学品的方法的很多细节已在前述系统实施例中进行过描述，在此不再进行重复。

本实用新型的实施例可通过参照一些非限制性示例来进行说明。下述示例意图在于向本领域技术人员详细阐述如何对权利要求中所述的材料和方法进行评估，其不应该被视作任何角度的对于本实用新型的限制。

示例1

在本示例中，将按照以下方法来处理一来自低温煤气化工厂产生的废水。首先，依次按照以下方法来预处理该废水：厌氧-好氧处理，生物接触氧化，MBR，芬顿氧化，超滤膜过滤，反渗透浓缩，石灰软化，以及离子交换软化。第二，将离子交换软化的出水(即纳滤进水)输入至纳滤单元产生一纳滤产水和一纳滤浓水。其中，MBR进水、纳滤进水、纳滤产水和纳滤浓水的水质参数如表1中所示。

表1

将纳滤产水用反渗透单元进行浓缩以得到反渗透浓水，该反渗透浓水的TDS范围大约为4000-50000ppm，总有机碳(Total Dissolved Carbon,TOC)值大约为10-50ppm。然后将反渗透浓水输入至双极膜电渗析单元，流速大约为5-20cm/s，得到盐酸溶液和氢氧化钠溶液，其浓度大约为1mol/L～2mol/L。该双极膜电渗析单元运行时的电流密度大约为30-100mA/cm²，能耗大约为1-5kwh/(kg酸或碱)。

将纳滤浓水首先输入至一填充有超高交联大孔苯乙烯树脂吸附剂的填充床柱中，流速大约为5床容积/小时(BV/h)，进行循环，然后得到吸附处理出水。收集40-70BV的吸附处理出水，得到水样A和水样B；收集200-220BV的吸附处理出水，得到水样C。然后将吸附处理出水的三个水样A、B、C输入至基于臭氧的AOP系统中进行进一步去除有机物。在AOP系统中，使用40ppm的臭氧来处理吸附处理出水，对于水样A、B、C，臭氧的通入时间分别为20分钟、30分钟和45分钟。最后，将AOP系统的出水，水样A、B、C，分别输入至蒸发、结晶单元中进行热法处理，结晶出三个固体样品A、B、C，其品质参数如表2中所示。表2中的数据表明固体样品A、B、C主要成分为硫酸钠，其质量均能够满足中国的工业级硫酸钠标准(GB/T 6009-2014)。

表2

本说明书用具体实施例来描述本实用新型，包括最佳模式，并且可以帮助任何熟悉本实用新型工艺的人进行实验操作。这些操作包括使用任何装置和系统并且使用任何具体化的方法。本实用新型的专利范围由权利要求书来定义，并可能包括其它发生在本技术领域的例子。如果所述其它例子在结构上与权利要求书的书面语言没有不同，或者它们有着与权利要求书描述的相当的结构，都被认为是在本实用新型的权利要求的范围中。

Claims (10)

1.一种从盐水中生产有用化学品的系统，包括：

离子分离单元，用于将输入盐水流分离得到含有单价阴离子的第一盐水流和含有高价阴离子的第二盐水流；

与所述离子分离单元相连接的第一双极膜电渗析单元，用于处理所述第一盐水流的至少一部分得到第一酸溶液和第一碱溶液；以及

与所述离子分离单元相连接的第二结晶单元，用于从所述第二盐水流的至少一部分中结晶出第二固体，所述第二固体是工业级盐或非危险废物。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述离子分离单元包括纳滤单元。

3.根据权利要求2所述的系统，还包括：

反渗透单元或电渗析单元，设置在所述离子分离单元和所述第一双极膜电渗析单元之间，用于浓缩所述第一盐水流中的所述单价阴离子，得到第一浓缩盐水流。

4.根据权利要求3所述的系统，还包括：

第一纯化单元，设置在所述反渗透单元或电渗析单元和所述第一双极膜电渗析单元之间，用于去除所述第一浓缩盐水流中的有机物，得到第一纯化浓缩盐水流。

5.根据权利要求2所述的系统，还包括：

第二纯化单元，设置在所述离子分离单元和所述第二结晶单元之间，用于去除所述第二盐水流中的有机物，得到第二纯化盐水流。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述离子分离单元包括单价离子选择性电渗析单元。

7.根据权利要求6所述的系统，还包括：

电渗析单元，设置在所述离子分离单元和所述第二结晶单元之间，用于浓缩所述第二盐水流中的所述高价阴离子，得到第二浓缩盐水流。

8.根据权利要求6所述的系统，还包括：

反渗透单元和第二纯化单元，其中所述离子分离单元、所述反渗透单元、所述第二纯化单元以及所述第二结晶单元顺次连接，其中，所述反渗透单元用于浓缩所述第二盐水流中的所述高价阴离子，得到第二浓缩盐水流，所述第二纯化单元用于去除所述第二浓缩盐水流中的有机物，得到第二纯化浓缩盐水流。

9.根据权利要求1所述的系统，还包括：

与所述离子分离单元相连接的第一结晶单元，用于从所述第一盐水流的至少一部分中结晶出第一固体。

10.根据权利要求1所述的系统，还包括：

与所述离子分离单元相连接的第二双极膜电渗析单元，用于处理所述第二盐水流的至少一部分得到第二酸溶液和第二碱溶液。