CN211947241U

CN211947241U - 一种利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置

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Publication number: CN211947241U
Application number: CN201921634022.8U
Authority: CN
Inventors: 徐春艳; 李琨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2020-11-17
Anticipated expiration: 2029-09-25

Abstract

本实用新型公开了一种利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置，综合多介质多虑技术、离子交换树脂技术、臭氧高级氧化技术、纳滤膜分离技术和离子膜电解技术，提出一种集成处理装置。本实用新型设计新颖，可靠性高，实用性强，解决了煤化工产业周围对废水的环境承载容量小的问题，制备出NaOH碱液和HCL酸液可直接资源化利用于煤化工回用水站和脱盐水站的树脂再生以及膜组件的化学清洗。本实用新型在实现煤化工废水近零排放的目标的同时进行废水的资源化利用，是一种既有环境效益又有经济价值的煤化工浓盐水集成处理装置。

Description

一种利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置

技术领域

本实用新型涉及一种应用于煤化工浓盐水处理及资源化回用的集成装置，属于工业废水处理领域。

背景技术

煤化工能源产业近年来由于煤炭的能源地位得到迅猛发展。煤化工是在高温条件下将煤炭转化为气体、液体以及固体燃料和化学品的化工过程。在煤化工生产过程中产生了一类高浓度酚类、氨氮以及大量有毒有害物质的废水，且由于煤化工项目所在地区对该类废水的环境容量有限，国家环保部对煤化工废水处理要求非常严格，提出了煤化工废水处理近零排放的要求。为了协调煤化工带来的生态问题与能源需求的矛盾，许多项目及研究人员应用生化处理技术、物化处理技术以及生化-物化耦合技术对煤化工废水进行处理。而该耦合技术末端生成了一种来自于中水回用系统反渗透膜浓水的煤化工浓盐水，该浓盐水由于高浓度有机物。盐分和少量其他离子的复杂水质特性非常难以处理，是实现煤化工废水近零排放的最后亟待解决的难点和现代煤化工发展瓶颈。

目前，煤化工浓盐水处理技术得到工程应用的是膜浓缩+蒸发结晶技术，但该技术制备出的杂盐依据《危险废弃物鉴定标准》被认定为危险废弃物。该杂盐不但产量很大而且当前处理技术具有二次环境污染隐患。溶解于煤化工的高浓度盐分以氯化钠和硫酸钠为主。为此，本实用新型针对煤化工浓盐水的高盐和三元组分为主的水质特性，结合实现煤化工废水近零排放的处理要求，提出一种利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液进行资源化利用的集成处理装置。

发明内容

本实用新型的目的在于应用一种集成处理装置从煤化工浓盐水中制备并回用NaOH碱液和HCL酸液，利用离子交换树脂、臭氧催化氧化、纳滤、离子膜电解技术实现煤化工浓盐水的资源化利用。

本实用新型的一种利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置，其特征在于包括多介质过滤器、离子交换树脂装置、臭氧催化氧化装置、纳滤膜分离装置、离子膜电解装置；离子交换树脂装置设有强酸性阳离子交换树脂、布水器、加药箱及进水泵；臭氧催化氧化装置设置臭氧发生器、曝气头、纳米微溶氧溶气泵、非均相结晶催化氧化填料；纳滤膜分离装置设有负电荷的单价盐高透过性纳滤膜、膜壳、进水泵、增压泵、加药泵、在线监测仪器、电磁阀、膜清洗设备及多个储水箱；离子膜电解装置设置单价离子阴阳离子交换膜、阴阳电极、进水泵、在线监测仪器、碱液室、酸液室及浓水室。所述离子交换树脂装置、臭氧催化氧化装置、纳滤膜分离装置、离子膜电解装置依次连通，煤化工浓盐水由离子交换树脂装置上部进入，通过布水器在离子交换装置中均匀布水，从离子交换树脂装置底部出水管进入臭氧催化氧化装置进行催化氧化，煤化工浓盐水完成臭氧催化氧化后进入纳滤膜分离装置，通过单价盐高透过性纳滤膜分离后形成的单价盐浓盐水后进入离子膜电解室，最后通过离子膜电解生成NaOH碱液和HCL酸液从而进行资源化，并且利用于煤化工回用水处理站树脂再生和膜组件的加药清洗。

所述多介质过滤器中设置多层滤料，在滤料的过滤作用下将煤化工浓盐水中的悬浮物、部分胶体以及大颗粒物质去除。

所述离子交换树脂装置上部设有布水器，将煤化工浓盐水均匀分布于离子交换树脂装置中。所述离子交换装置中设有强酸性阳离子交换树脂，通过离子交换树脂交联结构分子官能团上的阳离子与煤化工浓盐水中的钙镁离子进行置换，从而将煤化工浓盐水中的硬度降低至 2.0mg/L以下，减轻后续纳滤膜装置和离子膜电解装置的结垢污染。所述离子交换树脂装置的水力停留时间为1.0h。煤化工浓盐水通过装置下部中间的出水口进入臭氧催化氧化装置。

所述臭氧催化氧化装置设有臭氧发生器，臭氧发生器产生臭氧气体后与煤化工浓盐水一起进入纳米微溶氧溶气泵，二者通过溶气泵的加压溶气作用形成气水比高达30％的气水混合液进入臭氧催化氧化装置，通过装置底部的曝气盘均匀分布于臭氧催化氧化装置内部，通过装载于臭氧催化氧化装置内的非均相结晶催化氧化剂加强臭氧的氧化作用，强化去除单价煤化工浓盐水中的难降解有机物，由臭氧催化氧化装置上部出水管进入纳滤膜分离装置。

所述纳滤膜分离装置设有负电荷高单价盐透过纳滤膜、纳滤膜壳、进水泵、增压泵、加药泵、水质在线监测仪表、压力表、流量计、电磁阀、加药水箱、进出水及浓水管道。煤化工浓盐水通过进水泵进入纳滤膜分离装置中，在增压泵提供的驱动力下分离煤化工浓盐水。煤化工浓盐水中含有的高浓度有机物及硫酸钠二价盐被截留于纳滤分离膜进水侧，形成浓水通过浓水管收集于浓水箱中。溶解于煤化工浓盐水中的单价盐即氯化钠在压力作用下透过纳滤分离膜进入产水侧，最终形成以单价盐为主的煤化工浓盐水通过出水管进入离子电解膜装置中。

所述离子电解膜装置设有单价离子膜、双极膜、阴阳电极、隔板、在线监测仪表、电压及电流控制器、极室、盐水室、碱液室、酸液室、盐水管、碱液管及酸液管和极水管。煤化工浓盐水通过进水泵进入离子电解膜盐水室，由于电解作用，在阴极周围电解出OH^-，在阳极周围电解出H⁺，Cl^-透过阴膜向阳极移动，在酸液室与H⁺制备出浓度为5.0％的HCL酸液，Na⁺透过阳膜向阴极移动，在碱液室与电解出的OH^-制备出浓度为10.0％的NaOH碱液。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点；

本实用新型采用煤化工浓盐水集成处理装置，将离子交换树脂技术、臭氧催化氧化技术、纳滤分离技术以及离子膜电解技术优化耦合。

本实用新型的离子交换树脂装置降低硬度可以减少后续纳滤膜装置及电解膜装置的结垢污染。

本实用新型的臭氧催化氧化技术可以降低后续膜装置的膜表面污染。

本实用新型采用煤化工浓盐水进行资源化利用，既能实现废水的近零排放，又能从废水中制备出相应的碱液和酸液进行回用，同时具有环境效益和经济价值。

本实用新型采用煤化工浓盐水进行资源化利用，制备出的浓度为10.0％的NaOH碱液和 5.0％的HCL酸液可用于回用水站和脱盐水站的树脂再生及膜组件的化学清洗过程。

综上所述，本实用新型是一种设计新颖的煤化工浓盐水处理方法。该方法应用于煤化工浓盐水处理既能达到国家环保部的近零排放要求，又能制备出NaOH碱液和HCL酸液进而应用于脱盐水站和回用水站的阴阳树脂再生与膜设备的清洗。是一种具有环境价值也具有经济效益的废水处理集成方法。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本实用新型实施例中装置示意图；

图2是本实用新型实施例一流程图；

A调节水箱 B多介质过滤器C臭氧催化氧化装置

D纳滤分离装置 C离子电解膜装置

1煤化工浓盐水 2多层滤料 3离子交换树脂 4臭氧发生器

5臭氧 6催化剂 7气体排放管 8加药箱

9纳滤膜元件 10浓水箱 11产水箱 12离子膜堆

13阳极 14阴极 15电源 16极水

17盐水 18酸液 19碱液 20 HCL溶液水箱

21 NaOH溶液水箱

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，本实施方式一种利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置包括多介质过滤器、离子交换树脂装置、臭氧催化氧化装置、纳滤膜分离装置、离子膜电解装置。如图2所示，煤化工浓盐水通过多介质过滤器去除悬浮物、部分胶体及大颗粒物质后进入离子交换树脂装置。在离子树脂交换装置内去除硬度后进入臭氧催化氧化装置。在臭氧的催化氧化作用下，煤化工浓盐水中的难生物降解的小分子有机物被有效去除。然后在纳滤膜分离装置中完成有机物、单价盐和多价盐的分离过程，在道南作用和空间位阻的协同作用下制备出以单价盐NaCl为主的溶液。煤化工单价浓盐水通过离心泵进入离子膜电解装置中，在电解作用下制备出可资源化利用的浓度为10.0％NaOH碱液和5.0％HCL酸液。

煤化工浓盐水由进水泵进入多介质过滤器中，利用装载的多层填料截留煤化工浓盐水中的悬浮物，大颗粒物质及悬浮物截留在滤料中，出水浊度降低至0.1NTU以下。

所述离子交换树脂装置上端设有布水器，将浓盐水均匀分布于离子交换树脂装置中，水力停留时间为1.0h，煤化工浓盐水中的钙镁离子与强酸性阳离子交换树脂的氢离子进行置换，将浓盐水中的钙镁硬度降低至2.0mg/L，然后通过离子交换树脂装置下部的出水管进入臭氧催化氧化装置中

所述臭氧催化氧化装置中设有溶气泵和臭氧发生器，在溶气泵加压气化作用下将煤化工浓盐水和臭氧发生器制备的臭氧混合形成的混合液，混合液气水比高达30％，通过进水管从底部进入臭氧催化氧化柱下部的曝气盘中，通过曝气盘同时布水与进气。

所述臭氧催化氧化装置中设有非均质催化剂，煤化工浓盐水中的难降解小分子有机物在臭氧与非均质催化剂的催化氧化作用下进行降解甚至矿化，臭氧催化氧化装置的水力停留时间为1.0h。臭氧催化氧化反应完成后的剩余气体通过臭氧催化氧化装置顶端的排气管排入大气。利用臭氧催化氧化作用去除了难降解小分子有机物的煤化工浓盐水通过装置上部的出水管进入纳滤膜分离装置。

所述纳滤膜分离装置设有纳滤分离膜元件和膜壳，煤化工浓盐水通过进水泵与增压泵进入纳滤膜分离装置膜壳中，在压力驱动作用下通过纳滤分离膜元件将浓盐水中的氯化钠与硫酸钠，有机物分离，形成以氯化钠为主的单价盐溶液，然后通过纳滤分离膜出水管进入离子膜电解装置中。

所述纳滤膜分离装置设有加药箱和加药泵，当纳滤分离膜装置产水量或者水质下降15％后开始加药清洗模式。产生的废水通过浓水管收集于浓水箱。

所述离子膜电解装置设有膜堆，膜堆中包含单价离子阴膜和阳膜，煤化工浓盐水中的氯离子只能通过阴膜向阳极移动，钠离子只能通过阳膜向阴极移动。

所述离子膜电解装置设有电流控制器，电流控制器将离子膜电解装置中的电流和电压调节，应用恒压模式，电压降为1.5V-3.5V。

所述离子膜电解装置设有阴阳两个电极，煤化工单价浓盐水通过进水泵进入盐水室，盐水室的氯离子透过阴膜，在电流作用下向阳极移动，阳极附近的水分子在电流作用下生成氢离子，在酸液室与氢离子形成盐酸。盐水室的钠离子在电流作用下向阴极移动，阴极附近的水分子在电流作用下生成氢氧根离子，在碱液室与氯离子形成氢氧化钠。煤化工浓盐水通过离子膜电解装置制备出的浓度为10.％的氢氧化钠溶液从膜电解装置中的碱液箱流出，收集于氢氧化钠溶液水箱。浓度为5.0％盐酸溶液从膜电解装置中的酸液箱流出，收集于盐酸溶液水箱。

实施例方式二：

本实施方式与具体实施方式一不同的是；所述多介质过滤器的填料层为活性炭-石英砂 -磁铁矿。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

实施例方式三；

本实施方式与具体实施方式一至二不同的是：所述多介质过滤器的活性炭填料粒径为 4mm-8mm，石英砂粒径为2mm-4mm。其他步骤及参数与具体实施方式至二相同。

实施例方式四：

本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：所述纳滤分离膜装置纳滤膜元件为碟管式纳滤膜或震动纳滤膜。其他步骤及参数与具体实施方式一至三相同。

实施例方式五；

本实施方式与具体实施方式一至四不同的是：所述离子交换树脂装置中的树脂为弱酸性离子交换树脂，其他步骤及参数与具体实施方式一至四相同。

实施例方式六：

本实施方式与具体实施方式一至五不同的是；所述臭氧催化氧化装置中的填料不局限于非均质催化剂，可以为负载铁锰等多种金属的陶粒、活性炭等填料。其他步骤及参数与具体实施方式一至五相同。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置，其特征在于：包括多介质过滤器、离子交换树脂装置、臭氧催化氧化装置、纳滤膜分离装置、离子膜电解装置；煤化工浓盐水依次经过多介质过滤器、离子交换树脂装置、臭氧催化氧化装置、纳滤膜分离装置和离子膜电解装置，通过多介质过滤器将煤化工浓盐水中的悬浮物、胶体及大颗粒物质去除后进入离子交换树脂装置，应用离子交换树脂装置去除硬度后进入臭氧催化氧化装置，然后利用臭氧催化氧化装置的臭氧气体的催化氧化作用去除浓盐水中难生物降解的小分子有机物后进入纳滤膜分离装置，煤化工浓盐水通过纳滤膜分离作用制备出以单价盐NaCL为主的溶液；单价盐浓盐水进一步在离子膜电解装置的电解与电场作用下制备出可资源化利用的NaOH碱液和HCL酸液。

2.根据权利要求1所述的利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置，其特征在于：所述多介质过滤器中装载有多层填料，利用多层填料的将煤化工浓盐水中的悬浮物、部分胶体以及大颗粒物质去除。

3.根据权利要求1所述的利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置，其特征在于：所述离子交换树脂装置包括强酸性离子交换树脂，煤化工浓盐水中的钙镁离子与强酸性离子交换树脂的氢离子进行置换，浓盐水中的钙镁硬度通过离子交换树脂去除之后可将煤化工浓盐水硬度降低至2.0mg/L以下，最后通过离子交换树脂装置下部的出水管进入臭氧催化氧化装置中。

4.根据权利要求1所述的利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置，其特征在于：所述臭氧催化氧化装置包括纳米微氧溶气泵和臭氧发生器，在压力作用下溶气泵将臭氧气体与煤化工浓盐水进行混合，混合液气水比达到30％，臭氧气体的投加浓度为120mg/L，水力停留时间为1.0h。

5.根据权利要求1所述的利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置，其特征在于：所述纳滤膜分离装置包括纳滤分离膜元件和膜壳；煤化工浓盐水通过进水泵与增压泵进入纳滤膜分离装置中，在压力驱动作用下通过纳滤膜的分离作用将浓盐水中的氯化钠与硫酸钠、有机物有效分离，形成以氯化钠为主的单价盐溶液，然后通过纳滤分离膜出水管进入离子膜电解装置中。

6.根据权利要求1所述的利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置，其特征在于：所述纳滤膜分离装置包括负电荷高单价盐透过纳滤膜；

所述负电荷高单价盐透过纳滤膜可由聚酰胺、哌嗪、聚醚砜以及复合膜材料制备；其膜孔径为0.1-1.0nm之间，膜表面带负电性，可应用卷式纳滤膜、碟管式纳滤膜和震动纳滤膜。

7.根据权利要求1所述的利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置，其特征在于：所述离子膜电解装置包括多组膜堆、单价离子阴膜、单价离子阳膜及双极膜。

8.根据权利要求1所述的利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置，其特征在于：所述离子膜电解装置包括电流控制器，电流控制器为离子膜电解装置提供电流和电场，应用恒压模式其电压降为1.5-3.5V。

9.根据权利要求1所述的利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置，其特征在于：所述离子膜电解装置包括阴阳两个电极，阳极附近的水分子在电解作用下生成氢离子，盐水室的氯离子在电流作用下向阳极迁移，在酸液室与阳极附近解离出的氢离子形成盐酸；阴极附近的水分子在电解作用下生成氢氧根离子，盐水室的钠离子在电场作用下向阴极迁移，在碱液室与氢氧根形成氢氧化钠；盐水室的有机物随着浓度降低后的浓盐水返回煤化工回用水站进行处理。

10.根据权利要求1所述的利用煤化工浓盐水制备NaOH碱液和HCL酸液的集成装置，其特征在于：煤化工浓盐水通过离子膜电解装置制备出的氢氧化钠溶液和盐酸溶液浓度分别达到10.0％和5.0％后，收集于氢氧化钠溶液和盐酸溶液水箱。