CN213803052U - 用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统，包括清洗水箱、电渗析反应器、加水阀、加酸阀和铁锰结垢清洗模块；铁锰结垢清洗模块主要由储药箱和加药阀组成，储药箱出口连接至加药阀进口，加药阀出口连接至清洗水箱的加药口；清洗水箱的加水口连接加水阀，清洗水箱的加酸口连接加酸阀；清洗水箱的循环出水口通过清洗水泵连接至电渗析反应器进口，电渗析反应器出口连接至清洗水箱的循环进水口，形成清洗循环。本实用新型的有益效果是：该铁锰结垢清洗系统能够在原电渗析清洗系统的基础上进行改造，能够和其他电渗析清洗模式联合使用。
Description
技术领域
本实用新型属于环保水处理技术领域，具体涉及一种用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统。
背景技术
电渗析技术利用膜选择性透过机理，以阴阳离子交换膜为分离介质，在直流电场的作用下，将带电离子从溶液中分离。该技术具有低能耗、高效率、操作便捷、选择性好等优点，被广泛地应用于电子、医药、食品、化工、环保、工业等领域。一些电厂废水和化工废水成分较为复杂，含有较高浓度的重金属离子。以电渗析法处理这些废水时容易发生重金属结垢，成为了电渗析领域亟需解决的难题之一。
电渗析系统正常运行过程中，电渗析阳极将不可避免地产生一些氧化性物质，例如ClO-、Cl2、O2、·OH等，能够与溶于水中的低价重金属离子发生氧化反应，生成高价重金属氧化物或不溶性盐类。诸多易结垢重金属中，铁和锰最为典型，常见于各类电渗析膜污堵结垢案例中。Fe2+能够被电渗析阴极产物氧化为Fe3+，形成Fe(OH)3和Fe2O3沉淀，而Fe3+还能被继续氧化成高铁酸盐沉淀。Mn2+能够被电渗析阴极产物氧化为溶解度极低的MnO2。这些难溶沉淀在生成后将附着于极板、离子交换膜和系统管路上，造成电极腐蚀、电极电阻增大、电极表面结构破坏、离子交换膜污染、电渗析效率下降、额外能耗增加等问题。更为重要的是，MnO2几乎不与稀酸发生反应，因此无法通过常规酸洗去除，需要7％以上的浓盐酸长时间浸泡才能逐渐溶解，而过高的酸洗液酸浓度又会导致管路腐蚀和成本增加。
目前电渗析铁锰结垢问题的应对方法主要为前处理优化水质，通过加碱(例如氢氧化钙)或氧化剂(例如次氯酸钠)使溶于水的重金属离子形成不溶性沉淀，再通过混凝过滤或专用过滤器过滤，降低待处理水中的重金属浓度。该方法对于重金属离子的去除效果一般，适用于处理高浓度重金属离子(例如含有50mg/L的锰离子)废水，但对于1mg/L以下浓度的重金属离子几乎没有去除效果。而在电渗析系统长期运行过程中，即使1mg/L以下浓度的铁锰离子也会逐渐被氧化形成难处理的铁锰垢。只能通过定期更换极水、定期更换离子交换膜和拆卸式的电极浸泡酸洗才能减小铁锰结垢对电渗析效果带来的负面影响。因此有必要开发一种新型通用的铁锰结垢清洗系统，能够方便地去除已经被污染的电渗析极板和离子交换膜中的铁锰垢，确保电渗析系统的安全稳定运行。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有电渗析技术中极板、离子交换膜和管路的铁锰结垢问题，提供一种用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统。
这种用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统，包括清洗水箱、电渗析反应器、加水阀、加酸阀和铁锰结垢清洗模块；铁锰结垢清洗模块主要由储药箱和加药阀组成，储药箱出口连接至加药阀进口，加药阀出口连接至清洗水箱的加药口；清洗水箱的加水口连接加水阀，清洗水箱的加酸口连接加酸阀；清洗水箱的循环出水口通过清洗水泵连接至电渗析反应器进口，电渗析反应器出口连接至清洗水箱的循环进水口，形成清洗循环。
作为优选：储药箱采用防腐蚀材质。
作为优选：储药箱预留加药口和加水口。
作为优选：储药箱设有具备药剂液位高值和低值报警功能的液位计。
作为优选：加药阀为电动阀。
作为优选：储药箱中的还原剂是亚硫酸钠或亚硫酸氢钠，还原剂质量分数在2％-5％范围内。
作为优选：还包括储酸箱，储酸箱出口连接至加酸阀进口，加酸阀出口连接至清洗水箱的加酸口。
作为优选：电渗析反应器的淡水通道与淡水箱形成淡水循环，电渗析反应器的浓水通道与浓水箱形成浓水循环，电渗析反应器的极水通道与极水箱形成极水循环。
作为优选：清洗水箱设有底排电动阀。
本实用新型的有益效果是：
1、利用本实用新型中的铁锰结垢清洗系统能够通过还原反应清洗除去电渗析系统中已经形成的重金属结垢(以铁垢和锰垢为主)，保证了电渗析系统的高效稳定运行。
2、该铁锰结垢清洗系统能够在原电渗析清洗系统的基础上进行改造，能够和其他电渗析清洗模式联合使用。
附图说明
图1为用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
实施例一
本实用新型在原有电渗析系统的基础上，对电渗析清洗系统进行了改造，增设了铁锰结垢清洗模块，用于清洗除去电渗析系统长期运行后已生成的铁锰结垢。该铁锰结垢清洗模块由储药箱和加药阀组成，并与原有的电渗析清洗系统连接形成新的电渗析清洗系统，如图1所示。储药箱出口连接至加药阀入口，加药阀出口连接至清洗水箱的加药口。其中储药箱应使用防腐蚀材质，能够承受较高浓度的还原剂，并预留加药口和加水口。储药箱设置液位计，具备药剂液位高值和低值报警功能。加药阀为电动阀，能够由电渗析清洗控制系统远程控制。
储药箱中所投加的还原剂可以是亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或其他类型适用还原剂。储药箱内的还原剂质量分数应当在2％-5％范围内，以3％为最佳值。适合浓度下的还原剂溶液，能够将高价铁锰结垢还原为二价铁离子和二价锰离子，从而溶解去除极板和膜表面的铁锰结垢。
加水阀出口连接至清洗水箱的加水口；储酸箱的出口连接至加酸阀的进口，加酸阀的出口连接至清洗水箱的加酸口；清洗水箱的循环出水口通过清洗水泵连接至电渗析反应器进口，电渗析反应器出口连接至清洗水箱的循环进水口，形成清洗循环。
电渗析反应器的淡水通道与淡水箱形成淡水循环，电渗析反应器的浓水通道与浓水箱形成浓水循环，电渗析反应器的极水通道与极水箱形成极水循环。
实施例二
在原有电渗析自动清洗程序中，增设铁锰垢清洗程序。该程序由控制人员开启后将以自动运行的模式进行结垢清洗。具体流程如下：
S1、开启加水阀，关闭加酸阀和加药阀，对清洗水箱进行清洗水补充至清洗水箱总体积的三分之二，关闭加水阀。
S2、开启清洗水泵，对电渗析系统进行时长5分钟的循环清洗，关闭清洗水泵。
S3、开启清洗水箱底排电动阀，排空清洗水箱。
S4、开启加药阀，对清洗水箱进行还原剂补充至清洗水箱总体积的三分之一，关闭加药阀。
S5、开启清洗水泵，对电渗析系统进行时长3小时的循环清洗，关闭清洗水泵。
S6、开启清洗水箱底排电动阀，排空清洗水箱。
S7、重复步骤S1、S2、S3，对电渗析系统进行清水冲洗。
其中，步骤S1、S2、S3的目的是为了去除系统管路中原有的溶液，防止低pH情况下亚硫酸氢钠溶液或亚硫酸钠溶液发生分解反应，生成有毒的二氧化硫气体大量溢出。步骤S4、S5、S6是对电渗析系统中的铁锰结垢进行还原反应清洗，清洗范围包括膜堆中的浓水通道、淡水通道、极水通道，以及电极板、配套的过水设备和配套的管路。步骤S7是将系统中残留的还原剂、铁离子和锰离子洗去，以保证后续电渗析的连续稳定运行。步骤S1-7已预设至控制系统，并形成铁锰结垢清洗控制程序。操作人员能够在远程或就地控制面板开启自动清洗程序，也可按照操作规程分步手动执行。
电渗析自动清洗系统设置加酸阀和加药阀的连锁保护，以防止两个阀门同时开启，使得亚硫酸氢钠(或亚硫酸钠)与盐酸发生反应生成有毒二氧化硫气体。
储药箱中的还原剂溶液，可以在储药箱中通过还原剂固体加水溶解的方式原位配置，也可以将已按浓度配置的溶液直接转移至储药箱中。
铁锰结垢清洗的频率根据实际待处理水中的重金属离子浓度调整。对于10mg/L锰离子浓度、10mg/L铁离子浓度的待处理水，建议频率为2次/月。
该清洗方法简单便捷，无需对电渗析膜堆和电渗析系统其他组成进行拆卸，能够实现原位的清洗。
该清洗方法的清洗效果显著，能够通过还原反应彻底去除铁垢和锰垢，具有广泛的应用性，在其他相似铁锰结垢的水处理系统中也可以实现应用。
实施例三
某燃煤电厂采用电渗析系统对脱硫废水进行浓缩处理。处理过程中发现离子选择性膜片表面结垢情况严重，主要为黑色不溶性附着物。经分析黑色结垢主要成分为MnO4和Fe2O3，难以通过常规酸洗除去，需将膜堆拆卸后更换膜片，不仅操作复杂而且经济成本较高。待处理的脱硫废水中，锰离子浓度为13.62mg/L，铁离子浓度为0.86mg/L，重金属离子浓度较高，离子选择性膜表面的铁锰结垢几乎不能避免。因此，急需一种能够便捷、高效、经济的原位清洗铁锰结垢的清洗方法及配套系统。
之后该电厂采用了基于还原反应的铁锰结垢清洗策略，配置了一套能够实现还原剂溶液循环清洗的铁锰结垢清洗系统。新系统投运后，以3％亚硫酸氢钠溶液为还原剂溶液，每隔2周对电渗析系统进行一次铁锰垢清洗。利用ICP分析清洗结束后的亚硫酸氢钠溶液，测得二价锰离子浓度每次都在100mg/L以上，二价铁离子浓度每次都在10mg/L以上。单次清洗结束后，打开电渗析膜堆检查膜片结垢情况，发现原有附着于膜表面的黑色结垢已被完全洗去，证明该方法对铁锰结垢的清洗效果较为理想。清洗结束后，继续投运电渗析系统，电流效率约有10％的提升，脱硫废水的分离效果略有提升，证明该方法不会影响电渗析系统的正常稳定运行。
该电厂电渗析铁锰结垢清洗系统正常投运3个月以来，电渗析系统中的铁锰结垢能够被及时、高效、便捷地清除，未进行过离子选择性膜的更换，系统运行方式得到了优化，系统运行效率有小幅提高。以上结果表明，这种电渗析铁锰结垢清洗系统具有很好的应用性。
Claims (9)
1.一种用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统，其特征在于：包括清洗水箱、电渗析反应器、加水阀、加酸阀和铁锰结垢清洗模块；铁锰结垢清洗模块主要由储药箱和加药阀组成，储药箱出口连接至加药阀进口，加药阀出口连接至清洗水箱的加药口；清洗水箱的加水口连接加水阀，清洗水箱的加酸口连接加酸阀；清洗水箱的循环出水口通过清洗水泵连接至电渗析反应器进口，电渗析反应器出口连接至清洗水箱的循环进水口，形成清洗循环。
2.根据权利要求1所述的用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统，其特征在于：储药箱采用防腐蚀材质。
3.根据权利要求1所述的用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统，其特征在于：储药箱预留加药口和加水口。
4.根据权利要求1所述的用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统，其特征在于：储药箱设有具备药剂液位高值和低值报警功能的液位计。
5.根据权利要求1所述的用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统，其特征在于：加药阀为电动阀。
6.根据权利要求1所述的用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统，其特征在于：储药箱中的还原剂是亚硫酸钠或亚硫酸氢钠，还原剂质量分数在2％-5％范围内。
7.根据权利要求1所述的用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统，其特征在于：还包括储酸箱，储酸箱出口连接至加酸阀进口，加酸阀出口连接至清洗水箱的加酸口。
8.根据权利要求1所述的用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统，其特征在于：电渗析反应器的淡水通道与淡水箱形成淡水循环，电渗析反应器的浓水通道与浓水箱形成浓水循环，电渗析反应器的极水通道与极水箱形成极水循环。
9.根据权利要求1所述的用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统，其特征在于：清洗水箱设有底排电动阀。
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| CN112408559A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-02-26 | 浙江浙能技术研究院有限公司 | 一种用于电渗析系统铁锰结垢的清洗系统及工艺 |
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