CN208898568U - 一种电渗析分盐装置及高盐废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电渗析分盐装置，包括膜堆、腔室框、极区和压紧装置，膜堆包括单价阴离子交换膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜和单价阳离子交换膜，腔室框被配置为支撑膜堆的膜并依次并排将装置内部分为五隔室，极区包括电极板和极框，位于腔室框两侧，极框被设置为支撑电极板，压紧装置包括在极框和腔室框外侧的压板，压紧装置被设置为固定支撑极框和腔室框。高盐废水处理系统包括预处理装置、电渗析分盐装置、蒸发装置和RO浓缩装置。本申请的优点是结构简易合理，使用方便，离子选择透过性更高，结垢离子对的分离效果更好。

Description

一种电渗析分盐装置及高盐废水处理系统

技术领域

本实用新型属于溶液处理设备，具体涉及一种电渗析分盐装置及高盐废水处理系统。

背景技术

电渗析是一种利用离子交换膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子(如离子)的方法。在电场的驱动下，溶液中的带电的溶质粒子(如离子)通过离子交换膜而进行特定方向的迁移，从而实现离子的分离和浓缩。最初用于海水淡化，现在广泛用于化工、轻工、冶金、造纸和医药工业等。目前市面上的电渗析分盐装置，一般只具有浓室和淡室两个溶液流通流道，从而只能对同一种溶液进行浓缩或分离。为了实现不同离子间的分离和重组，当前可用的方法包括纳滤膜脱除二价离子、分步结晶、沉淀、萃取和色谱分离等方式。但这些方法都只能针对特定离子的分离和组合，而且操作过程复杂，难以控制。

在现有的高盐废水处理系统中采用自然沉降和管式过滤，一方面无法去除重金属，会影响后续电渗析的稳定运行，同时废水可能进入所得的结晶盐中。另一方面，水的回收率低，需要添加自来水稀释。稀释后的稀溶液会导致电渗析转化效率低，增加综合运行电耗，同时也会影响产出盐溶液的浓度。并且单价离子和二价及多价离子选择性不够高，所得溶液纯度不够高，系统太过复杂，操作难度大等问题。因此针对存在的现有问题，提出一种结构简单，离子选择透过性高的电渗析分盐装置及高盐废水处理系统是非常具有意义的。

发明内容

针对上述高盐废水处理过程中存在的离子透过分离效率不高，水的回收率低，结构复杂等问题，本实用新型提出了一种电渗析分盐装置，包括膜堆、腔室框、极区和压紧装置，膜堆包括单价阴离子交换膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜和单价阳离子交换膜，腔室框被配置为支撑膜堆的膜并依次并排将装置内部分为五隔室，极区包括电极板和极框，位于腔室框两侧，极框被设置为支撑电极板，压紧装置包括在极框和腔室框外侧的压板，压紧装置被设置为固定支撑极框和腔室框。膜堆的选择透过率大于90％，最高运行温度60度，pH在0-12之间。特殊的五隔室结构和流动通道，使得离子的选择透过性高，离子的迁移准确，使易结垢的二价离子对拆分解成不结垢、溶解性高的离子对，从而消除昂贵纯碱软化需求，达到结垢离子对分离和所需浓缩液的制取。极框设置在电极板和膜堆之间使得电极板和膜堆能够保持一定的距离，压紧装置被设置在电渗析分盐装置的外侧，将极区和膜堆组成不漏水的电渗析分盐装置的整体，压紧装置采用螺栓拉紧或液压压紧。

优选的，电极板与外接电源的正负极连接，以使得五隔室内部的离子在膜堆内进行迁移和重组。极区的主要作用是为电渗析分盐装置提供直流电，电极板的作用是接通内外电路，在电渗析分盐装置内建立均匀的直流电场。

优选的，五隔室还包括进水口和出水口，进水口设置在五隔室中每个隔室上方为五隔室供水，出水口设置在五隔室中每个隔室的下方以输出产水。每个隔室设置有各自的进水口与出水口，有利于将经过膜堆迁移和重组后得到的产水分开，进行进一步的处理。

优选的，五隔室依次为第一、二、三、四、五号隔室，高盐废水从第一、三、五号隔室的进水口进入，经膜堆迁移和重组后第二、四号隔室得到混合浓缩液，第一、三、五号隔室的产水口得到混合稀溶液。

优选的，极区还包括托板和垫板，托板被配置为支撑固定电极板、进水口和出水口，垫板被配置在极框以及腔室框和压板的连接处。托板分别与电极板、进水口和出水口相连。托板的作用是加固电极板，并安装进水口和出水口的接管，垫板放置在极框以及腔室框和压板的连接处，起到防止电渗析分盐装置漏水和调整极框和腔室框高度不均的作用。

本实用新型还提出一种高盐废水处理系统，包括预处理装置、上述的电渗析分盐装置、蒸发装置和RO浓缩装置，预处理装置的进口供高盐废水进入，预处理装置的出口与第一、三、五号隔室的进水口相连，第一、三、五号隔室产生混合稀溶液，第二、四号隔室产生混合浓缩液，第二、四号隔室与蒸发装置相连；第一、三、五号隔室相互连通并与RO浓缩装置入口相连；RO浓缩装置的浓缩液出水口与第一、三、五号隔室的进水口连接以循环浓缩分盐，RO浓缩装置清水外排或进入第二、四号隔室的进水口回用。该高盐废水处理系统减少纯碱软化，同时保持工艺设备的可靠性和可操作性，提高膜系统中水的回收率，降低最终浓盐水处理系统的容量，同时浓缩液蒸发后得到的盐可以资源利用。

优选的，预处理装置包括三联箱和澄清池，三联箱包括中和箱、反应箱和絮凝箱。高盐废水经过预处理装置进行预处理，去除大部分悬浮颗粒物及重金属元素。

优选的，中和箱添加Ca(OH)₂，反应箱添加有机硫，絮凝箱添加FeClSO₄絮凝剂。中和箱添加有Ca(OH)₂，将废水PH调整到7～9左右，然后溢流进入反应箱，反应箱添加有机硫(TMT-15)，进一步沉淀不能由氢氧化物沉淀下来的重金属离子(如汞和镉等)，反应箱溢流至絮凝箱，絮凝箱添加有FeClSO₄絮凝剂以便更好的絮凝、沉淀。经三联箱后高盐废水在澄清池中沉淀分离，得到初步澄清液。

优选的，蒸发装置包括第一蒸发装置和第二蒸发装置，第二号隔室的出水口与第一蒸发装置连接，蒸发得到单价阴离子固体盐；第四号隔室的出水口与第二蒸发装置连接，蒸发得到单价阳离子固体盐。

优选的，RO浓缩装置的RO膜组件采用耐高压的反渗透DTRO、MTRO或STRO膜组件，运行压力为40-120bar。

本实用新型的有利效果在于：

本实用新型提出的一种电渗析分盐装置和高盐废水处理装置合理利用了阴阳离子交换膜和单价阴阳离子交换膜的组合，消除了昂贵的软化需求，永久改变水的化学成分，消除结垢的限制，得到氯化钙、氯化镁的浓缩液和硫酸钠浓缩液，经蒸发后得到的固体盐具有较高的商业和工业价值。单价阴阳离子膜和阴阳离子膜组成的五隔室电渗析，离子的选择透过性更高，离子的迁移更准确，更易离子的分离和浓缩液的制取。反渗透系统以传统难以实现的可靠性处理电渗析软化的废水，运行费用更低，同时RO浓缩后的混合溶液可进入电渗析继续浓缩分盐。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是本实用新型的电渗析分盐装置的结构图；

图2是本实用新型的腔室框的结构图；

图3是本实用新型的电渗析分盐装置的原理图；

图4是本实用新型的高盐废水处理系统的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面将结合附图1对本实用新型作详细的介绍：电渗析分盐装置括膜堆1、腔室框2、极区3和压紧装置4，膜堆1包括单价阴离子交换膜11、阳离子交换膜12、阴离子交换膜13和单价阳离子交换膜14，腔室框2被配置为支撑膜堆1的膜并依次并排将电渗析分盐装置10内部分为五隔室5。膜堆1的选择透过率大于90％，最高运行温度60度，pH在0-12之间。特殊的五隔室5结构和流动通道，使得离子的选择透过性高，离子的迁移准确，使易结垢的二价离子对拆分解成不结垢、溶解性高的离子对，从而消除昂贵纯碱软化需求，达到结垢离子对分离和所需浓缩液的制取。

极区3包括电极板31和极框32，极框32被设置为支撑电极板31，压紧装置4被设置为固定支撑极区3和腔室框2。极区3的主要作用是给电渗析分盐装置10供给直流电，电极板31的作用是接通内外电路，在电渗析分盐装置10内造成均匀的直流电场；压紧装置4包括在极框32和腔室框2外侧的压板41，压紧装置4被设置在电渗析分盐装置10的外侧，将极区3和膜堆1组成不漏水的电渗析分盐装置10的整体。在优选的实施例中，压紧装置4可采用螺栓拉紧或液压压紧。在其他可选的实施例中，也可采用其他压紧装置使保证的电渗析分盐装置10的整体稳固性。

电极板31与外接电源的正负极连接，以使得五隔室5内部的离子在膜堆1内进行迁移和重组。极区3还包括托板33和垫板34，托板33被配置为支撑固定电极板31、进水管6和出水管7，垫板34被配置为与极框32和压紧装置4连接。托板33分别与电极板31、进水口6和出水口7相连，托板33的作用是加固极框32、安装进水管6和出水管7；垫板34起防止漏水和调整电渗析分盐装置10高度不均的作用，垫板7与板框32、压紧装置4相连。

五隔室5还包括进水口6和出水口7，进水口6设置在五隔室5中每个隔室上方为五隔室5供水，出水口设置在五隔室5中每个隔室的下方以输出产水。每个隔室设置有各自的进水口6与出水口7，有利于将经过膜堆1迁移和重组后得到的产水分开，进行进一步的处理。

五隔室5依次为第一、二、三、四、五号隔室51、52、53、54、55，高盐废水从第一、三、五号隔室51、53、55的进水口6进入，经膜堆1迁移和重组后第二、四号隔室52、54得到混合浓缩液，第一、三、五号隔室51、53、55的产水口得到混合稀溶液。膜堆1包括单价阴离子交换膜11、阳离子交换膜12、阴离子交换膜13和单价阳离子交换膜14，使得高盐废水从第一、三、五号隔室51、53、55的进水口6进入后发生离子迁移和重组进入第二、四号隔室52、54，使第二、四号隔室52、54分别成为单价阴离子溶液区和单价阳离子溶液区，再进行下一步的处理。

图2所示，电渗析分盐装置10的腔室框2包括中间的网主体部21和四周框架部22，框架部设置有进液口24、出液口25以及流路23分配器，在进液口24和网主体部21之间、以及在出液口25和网主体部21之间分别配置有流路23分配器，形成进液流路23和出液流路23。不同腔室框2有不同流路23分配器，从而避免各流路23之间溶液混合。

进液口24被设置在腔室框2的一侧，且不同进液流路23交错不相连，出液口25被设置在腔室框2的另一侧，且不同出液流路23交错不相连。各流路23之间交错不相连，保证流路23清晰有序，避免各流路23内溶液混合。

图3所示，利用上述电渗析分盐装置10进行溶液处理，高盐废水中主要包含N⁺、M^m+、Y^-、X^n-这几种盐离子。其中，N⁺单价阳离子，M^m+是多价阳离子，Y^-是单价阴离子、X^n-是多价阴离子。

溶液处理具体步骤为：

膜堆1包括依次排列的单价阴离子交换膜11、阳离子交换膜12、阴离子交换膜13和单价阳离子交换膜14，高盐废水中包含N⁺、M^m+、Y^-、X^n-这几种离子，通过第一、三、五号隔室51、53、55的进水口6进入第一、三、五号隔室51、53、55，经过电渗析分盐装置两端的极区3的电极板31加一定的电压后，高盐废水中的单价阴离子Y^-经过单价阴离子交换膜11迁移至第二号隔室52得到NY、MY_m混合浓缩液，高盐废水中的单价阳离子N⁺经过单价阳离子交换膜14迁移至第四号隔室54得到NY、N_nX混合浓缩液，电渗析分盐处理后第一、三、五号隔室51、53、55剩下的混合稀溶液再做进一步处理。

极区3中用氯化钠或硝酸钠作为极水，经过电驱动作用，流经电渗析分盐装置后，单价阳离子(N⁺)、多价阳离子(M^m+)往负极方向移动，单价阴离子(Y^-)、多价阴离子(X^n-)往正极方向移动，经过膜堆1的不同的膜，在上述不同的隔室内，正负离子重新组合，形成新的溶液。

如图4所示，本专利还提出了一种高盐废水处理系统，包括预处理装置8、电渗析分盐装置10、蒸发装置91和RO浓缩装置92。预处理装置8的进口供高盐废水进入，预处理装置8的出口与第一、三、五号隔室51、53、55的进水口6相连，第一、三、五号隔室51、53、55产生混合稀溶液，第二、四号隔室52、54产生混合浓缩液，第二、四号隔室52、54与蒸发装置91相连；第一、三、五号隔室51、53、55相互连通并与RO浓缩装置92入口相连；RO浓缩装置92的浓缩液出水口与第一、三、五号隔室51、53、55的进水口6连接以循环浓缩分盐，RO浓缩装置92清水外排或进入第二、四号隔室52、54的进水口6回用。该高盐废水处理系统减少纯碱软化，同时保持工艺设备的可靠性和简单可操作性，提高膜系统水回收率，降低最终浓盐水处理系统的容量，同时浓缩液蒸发后可以资源利用。

在优选的实施例中，高盐废水选择脱硫废水，如图4所示，预处理装置8包括三联箱81和澄清池82。三联箱81包括中和箱、反应箱和絮凝箱。中和箱添加有Ca(OH)₂，将废水PH调整到7～9左右，然后溢流进入反应箱，反应箱添加有有机硫(TMT-15)，进一步沉淀不能由氢氧化物沉淀下来的重金属离子(如汞和镉等)，反应箱溢流至絮凝箱，絮凝箱添加有FeClSO₄絮凝剂以便更好的絮凝、沉淀。高盐废水经过三联箱81处理设施进行预处理，去除大部分悬浮颗粒物及重金属元素。经三联箱81后高盐废水在澄清池82中沉淀分离，得到初步澄清液。

蒸发装置91包括第一蒸发装置911和第二蒸发装置912，第二号隔室52的出水口7与第一蒸发装置911连接，蒸发得到单价阴离子固体盐；第四号隔室54的出水口7与第二蒸发装置912连接，蒸发得到单价阳离子固体盐。固体盐有较高的工业和商业价值，以达到效益最大化，实现更低运行成本。由于蒸发装置91带走一部分水，因此可以使经RO浓缩装置92后的清水进入第二、四号隔室52、54继续回用。

RO浓缩装置92的RO膜组件采用耐高压的反渗透DTRO、MTRO或STRO膜组件，运行压力为40-120bar。

脱硫废水经过三联箱81、澄清池82处理后中的溶液含有Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄ ^2-。该溶液进入电渗析分盐装置10中的第一、三、五号隔室51、53、55，在极区3的电极板31加上正负电压，使其形成稳定的直流电场。并且在膜堆1内经过依次排列的单价阴离子交换膜11、阳离子交换膜12、阴离子交换膜13和单价阳离子交换膜14，使其在第2隔室52内产生CaCl₂、MgCl₂、NaCl混合浓缩液，在第4隔室54内产生Na₂SO₄和NaCl混合浓缩液，第一、三、五号隔室51、53、55剩下其他离子组成的混合稀溶液。

第2隔室52内产生CaCl₂、MgCl₂、NaCl混合浓缩液经过第一蒸发装置911蒸发得到CaCl₂、MgCl₂固体盐，第四隔室54内产生NaSO₄和NaCl混合浓缩液经过第二蒸发装置912蒸发得到NaSO₄固体盐。第一、三、五号隔室51、53、55剩下其他离子组成的混合稀溶液经过RO浓缩装置92浓缩后得到的浓缩液重新回到电渗析分盐装置10的第一、三、五号隔室51、53、55中循环渗析，经过RO浓缩装置92的清水可以回收或回用到第二、四号隔室52、54。

本实用新型的有利效果在于：

本实用新型提出的一种电渗析分盐装置及高盐废水处理系统合理利用阴阳离子交换膜和单价阴阳离子交换膜组合，消除了昂贵的软化需求，永久改变高盐废水的化学成分，消除结垢的限制，得到氯化钙、氯化镁的浓缩液和硫酸钠浓缩液，经蒸发后得到的固体盐具有较高的商业和工业价值。单价阴阳离子膜和阴阳离子膜组成的五隔室电渗析，离子的选择透过性更高，离子的迁移更准确，更容易实现离子的分离和浓缩液的制取。反渗透系统以传统难以实现的可靠性处理电渗析软化的废水，运行费用更低，同时RO浓缩后的浓缩液可进入电渗析分盐装置10继续浓缩分盐，整个装置结构简单，运行方便，有利于大规模推广及利用。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电渗析分盐装置，其特征在于，包括膜堆、腔室框、极区和压紧装置，所述膜堆包括单价阴离子交换膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜和单价阳离子交换膜，所述腔室框被配置为支撑所述膜堆的膜并依次并排将所述装置内部分为五隔室，所述极区包括电极板和极框，位于所述腔室框两侧，所述极框被设置为支撑所述电极板，所述压紧装置包括在所述极框和腔室框外侧的压板，所述压紧装置被设置为固定支撑所述极框和腔室框。

2.根据权利要求1所述电渗析分盐装置，其特征在于，所述电极板与外接电源的正负极连接，以使得所述五隔室内部的离子在所述膜堆内进行迁移和重组。

3.根据权利要求1所述电渗析分盐装置，其特征在于，所述五隔室还包括进水口和出水口，所述进水口设置在所述五隔室中每个隔室上方为所述五隔室供水，所述出水口设置在所述五隔室中每个隔室的下方以输出产水。

4.根据权利要求1所述电渗析分盐装置，其特征在于，所述五隔室依次为第一、二、三、四、五号隔室，高盐废水从所述第一、三、五号隔室的进水口进入，经所述膜堆迁移和重组后所述第二、四号隔室隔室得到混合浓缩液，所述第一、三、五号隔室的产水口得到混合稀溶液。

5.根据权利要求1所述电渗析分盐装置，其特征在于，所述极区还包括托板和垫板，所述托板被配置为支撑固定所述电极板、进水口和出水口，所述垫板被配置在所述极框以及腔室框和所述压板的连接处。

6.一种高盐废水处理系统，其特征在于，包括预处理装置、如权利要求1至5中任一项所述的电渗析分盐装置、蒸发装置和RO浓缩装置；

所述预处理装置的进口供高盐废水进入，所述预处理装置的出口与所述电渗析分盐装置的第一、三、五号隔室的进水口相连，所述第一、三、五号隔室产生混合稀溶液，所述第二、四号隔室产生混合浓缩液，所述第二、四号隔室与所述蒸发装置相连；所述第一、三、五号隔室相互连通并与所述RO浓缩装置入口相连；

所述RO浓缩装置的浓缩液出水口与所述第一、三、五号隔室的进水口连接以循环浓缩分盐，RO浓缩装置清水外排或进入所述第二、四号隔室的进水口回用。

7.根据权利要求6所述的高盐废水处理系统，其特征在于，所述预处理装置包括三联箱和澄清池，所述三联箱包括中和箱、反应箱和絮凝箱。

8.根据权利要求7所述的高盐废水处理系统，其特征在于，所述中和箱添加Ca(OH)₂，所述反应箱添加有机硫，所述絮凝箱添加FeClSO₄絮凝剂。

9.根据权利要求6所述的高盐废水处理系统，其特征在于，所述蒸发装置包括第一蒸发装置和第二蒸发装置，所述第二号隔室的出水口与所述第一蒸发装置连接，蒸发得到单价阴离子固体盐；所述第四号隔室的出水口与所述第二蒸发装置连接，蒸发得到单价阳离子固体盐。

10.根据权利要求6所述的高盐废水处理系统，其特征在于，所述RO浓缩装置的RO膜组件采用耐高压的反渗透DTRO或MTRO或STRO膜组件，运行压力为40-120bar。