CN215208634U - 一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置、分离系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置、分离系统，分离膜装置包括包括阴极、阳极以及位于阴极和阳极之间的膜组件；膜组件包括两个极膜以及位于两个极膜之间的一组或多组过滤膜组，阳极与相邻的极膜之间、阴极与相邻的极膜之间均形成极水通道，每一过滤膜组包括一个选择透过性膜和一个配对膜，极膜为均相阳膜，当选择透过性膜为氢根离子选择透过性膜时，配对膜为均相阴模，当选择透过性膜为氢氧根离子选择透过性膜时，配对膜为均相阳膜。本实用新型分离彻底，操作简单，自动化程度高，工作环境好。

Description

一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置、分离系统

技术领域

本实用新型涉及工业废水处理技术领域，特别是涉及一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置、分离系统，对含酸或碱、无机盐废水进行处理。

背景技术

国内工业产生的废酸中无机废酸/碱约占60-70％，其中有将近40％的废酸/碱液被简单中和处理，造成酸资源的浪费。而膜法处理具有可资源化的特点，可实现酸/碱的回收和循环利用。现有的膜法处理大大都采用扩散渗析方法(高浓度酸/碱分离)，由浓度差扩散原理，利用膜的选择透过性，实现废酸/碱回收(比原液浓度稍低)，该方法可截留大部分金属离子，得到纯度相对较高的酸液，满足回用标准。此法废酸/碱的进水浓度一般单价浓度为2至8mol/L。而适用于单价浓度<2mol/L低浓度酸/碱的膜分离装置有待于进一步研究和开发。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种从盐中分离低浓度酸或碱的分离膜装置、分离系统。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置，包括阴极、阳极以及位于所述阴极和阳极之间的膜组件；

所述膜组件包括两个极膜以及位于两个极膜之间的一组或多组过滤膜组，所述阳极与相邻的极膜之间、所述阴极与相邻的极膜之间均形成极水通道，每一所述过滤膜组包括一个选择透过性膜和一个配对膜，间隔设置的所述选择透过性膜和配对膜之间形成间隔设置的第一通道和第二通道，每一所述第一通道的一端连接含酸或碱废水进水管、另一端连接废酸或碱废水管，每一第二通道的一端连接清净水进水管、另一端连接纯酸或碱出水管；

所述极膜为均相阳膜，当所述选择透过性膜为氢根离子选择透过性膜时，所述配对膜为均相阴模，当所述选择透过性膜为氢氧根离子选择透过性膜时，所述配对膜为均相阳膜。

在上述技术方案中，当与所述极膜相邻的配对膜为均相阳膜时，该配对膜作为极膜使用。

在上述技术方案中，所述氢根离子选择透过性膜由通过粘结剂粘结的一张均相阳膜和一张均相阴膜构成。

在上述技术方案中，所述氢氧根离子选择透过性膜由通过粘结剂粘结的一张均相阳膜和一张均相阴膜构成。

在上述技术方案中，所述阳极与相应的极膜之间形成第一极水通道，所述阴极与相应的极膜之间形成第二极水通道，第二极水通道的入口与极水水管相连通，所述第二极水通道的出口通过管路与所述第一极水通道的入口相连通，所述第一极水通道的出口连接至极水管。

在上述技术方案中，所述纯酸或碱出水管通过循环管路连接至所述清净水进水管，所述循环管路上设有循环控制器。

本实用新型的另一方面，一种从盐中分离酸或碱的分离系统，包括所述的分离膜装置，所述阴极、阳极分别电连接至电源；其中所述清净水进水管与净水箱相连通，所述清净水进水管上设有净水泵，所述含酸或碱废水进水管与酸或碱废水箱相连通，所述含酸或碱废水进水管上设有废水泵，所述纯酸或碱出水管连接至纯酸或碱水箱，所述废酸或碱废水管连接至废酸或碱废水箱。

在上述技术方案中，所述极水水管的入口通过连接管路连接至极水箱，所述连接管路上设有极水泵，所述极水管的出口通过回水管路连接至所述极水箱。

在上述技术方案中，所述回水管路上设有冷却器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的分离膜装置回收率100％，同时可浓缩达10％，除此之外，本装置回收率高、选择性高，易于工艺集成，可实现经济和环境双效益。

2.本实用新型分离彻底，操作简单，自动化程度高，工作环境好。

附图说明

图1所示为实施例1的结构示意图。

图2是实施例2的系统示意图。

图3是实施例3.1中吨水运行费用随原料中含酸浓度的变化曲线。

图4是实施例3.1中投资费用随酸浓度的变化曲线。

图5中(a)是实施例3.3中终点PH，(b)是实施例3中钠离子的截留率。

图6中(a)是实施例3.3中吨水能耗，(b)是实施例3中吨水运行费用的截留率。

图7是实施例3.3中吨水能耗随原料酸浓度的变化表。

图中：1-清净水进水管，2-含酸或碱废水进水管，3-阳极，4-循环控制器，5-废酸或碱废水管，6-纯酸或碱出水管，7-极水水管，8-阴极，9-极膜，10-选择透过性膜，11-配对膜，12-极水管，13-净水箱，14-净水泵，15-酸或碱废水箱，16-废水泵，17-纯酸或碱水箱，18-废酸或碱废水箱，19-电源，20-极水箱，21-极水泵，22-冷却器。

m-第一通道，n-第二通道，a-第一极水通道，b-第二极水通道。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置，包括阴极8、阳极3以及位于所述阴极8和阳极3之间的膜组件；

所述膜组件包括两个极膜9以及位于两个极膜9之间的一组或多组过滤膜组，所述阳极3与相邻的极膜9之间、所述阴极8与相邻的极膜9之间均形成极水通道，每一所述过滤膜组包括一个选择透过性膜10和一个配对膜11，间隔设置的所述选择透过性膜10和配对膜11之间形成间隔设置的第一通道m和第二通道n，每一所述第一通道m的一端连接含酸或碱废水进水管2、另一端连接废酸或碱废水管5，每一第二通道n的一端连接清净水进水管1、另一端连接纯酸或碱出水管6；

所述极膜9为均相阳膜，当所述选择透过性膜10为氢根离子选择透过性膜时，所述配对膜11为均相阴模，当所述选择透过性膜10为氢氧根离子选择透过性膜时，所述配对膜11为均相阳膜。

酸(或碱)废水和清净水同时分别从各自进水管进入核心分离膜装置，通过氢氧根离子选择透过性膜(或氢根离子选择透过性膜)的离子进入纯酸(或碱)水通道，剩余的离子透过配对膜11进入废水通道，该废水通道只剩盐，这样实现酸(碱)和盐的分离。

作为优选的，当与所述极膜9相邻的配对膜11为均相阳膜时，该配对膜11作为极膜9使用。本分离膜装置的结构可根据需求配置。

作为优选的，所述氢根离子选择透过性膜由通过粘结剂粘结的一张均相阳膜和一张均相阴膜构成。

作为优选的，所述氢氧根离子选择透过性膜由通过粘结剂粘结的一张均相阳膜和一张均相阴膜构成。

作为优选的，所述阳极3与相应的极膜9之间形成第一极水通道a，所述阴极8与相应的极膜9之间形成第二极水通道b，第二极水通道b的入口与极水水管7相连通，所述第二极水通道b的出口通过管路与所述第一极水通道a的入口相连通，所述第一极水通道a的出口连接至极水管12。

作为优选的，所述纯酸或碱出水管6通过循环管路连接至所述清净水进水管1，所述循环管路上设有循环控制器4。通过循环控制器4可实现装置自动调整，调整分离膜装置输出的纯酸或碱出水浓度。

实施例2

一种从盐中分离酸或碱的分离系统，包括如实施例1所述的分离膜装置，所述阴极8、阳极3分别电连接至电源19；其中所述清净水进水管1与净水箱13相连通，所述清净水进水管1上设有净水泵14，所述含酸或碱废水进水管2与酸或碱废水箱15相连通，所述含酸或碱废水进水管2上设有废水泵16，所述纯酸或碱出水管6连接至纯酸或碱水箱17，所述废酸或碱废水管5连接至废酸或碱废水箱18。

作为优选的，所述极水水管7的入口通过连接管路连接至极水箱20，所述连接管路上设有极水泵21，所述极水管12的出口通过回水管路连接至所述极水箱20。

作为优选的，所述回水管路上设有冷却器22。冷却器22的设置可实现装置自保护降温调节。

实施例3

3.1

对实施例2与常用的酸碱中和以及扩散渗析(高浓度分离膜)就投资费用与运行费用(包含膜折旧与电耗费用)进行了对比。

图3为吨水运行费用随原料中含酸浓度的变化曲线，其中纵轴为运行费用，横轴为原料中酸的百分含量。通过图可知：

当酸浓度0.5～2.5％时，本实用新型的运行费用(包含膜折旧和电耗费用)最低；

当酸浓度<0.5％即PH高于1时，酸碱中和运行费用更低；

当酸浓度>2.5％时，高浓度分离膜运行费用更低。

图4为投资费用随酸浓度的变化曲线，其中纵轴为投资费用，横轴为原料中酸的百分含量；如图所示，高浓度分离膜投资几乎无变化，当酸浓度>10％，高浓度分离膜更为经济。

本实用新型投资逐渐增加，当介于0.5％～10％时，此法最合适。

酸碱中和投资稍有增加，当酸浓度<0.5％即PH高于1时，此法更经济。

3.2

酸浓度0.5～10％(PH＜1)，采用一级或多级本实用新型的分离膜装置对酸进行100％回收，同时可一定程度的浓缩，浓缩浓度可到达10％。

酸浓度10～30％，采用高浓度分离膜+分离膜装置对酸进行100％回收，浓缩稍有降低。

3.3

本实施例以硫酸与硫酸钠的混合溶液为标准。首先，探究了酸盐分离效果，然后通过调节原料酸的浓度以及回收酸侧浓度探究酸浓度对于能耗及运行费用的影响。

原料液以0.5％硫酸+0.5％的硫酸钠溶液(PH＜1)进行实验，检测原料侧的终点PH，通过多次实验如图所示，经过酸盐分离处理后，原料液侧PH可达到中性，即酸和盐可实现100％分离，同时对钠离子的截留率可达95％左右。

原料液以0.5％硫酸+0.5％的硫酸钠溶液进行实验，控制原料液侧PH在5～7之间，尽量接近中性，通过调节回收酸侧的浓度来探究酸侧浓度对于能耗以及运行费用的影响(运行费用包含膜折旧和电耗费用)。

通过实施例1或2的装置可将酸分离，并可将酸进行浓缩，浓缩浓度可到达2mol/L，但随着回收酸侧酸浓度的增加吨水能耗与运行费用也随之增加。据图可知，针对目前实验体系，回收酸侧浓度低于0.5mol/L时，能耗与运行费用增加相对缓慢，此时，浓缩倍数为原酸的5倍，不同的进酸浓度也可对应不同的酸回收浓度。

实验分别以不同酸浓度+0.5％硫酸钠进行实验，酸浓度梯度从0.5％～10％分别以0.5％的增长梯度进行实验，得到图所示的结果，据图可知随进酸浓度的增加，吨水能耗费用不断增加，增加基本呈线性趋势。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置，其特征在于，包括阴极、阳极以及位于所述阴极和阳极之间的膜组件；

所述膜组件包括两个极膜以及位于两个极膜之间的一组或多组过滤膜组，所述阳极与相邻的极膜之间、所述阴极与相邻的极膜之间均形成极水通道，每一所述过滤膜组包括一个选择透过性膜和一个配对膜，间隔设置的所述选择透过性膜和配对膜之间形成间隔设置的第一通道和第二通道，每一所述第一通道的一端连接含酸或碱废水进水管、另一端连接废酸或碱废水管，每一第二通道的一端连接清净水进水管、另一端连接纯酸或碱出水管；

所述极膜为均相阳膜，当所述选择透过性膜为氢根离子选择透过性膜时，所述配对膜为均相阴模，当所述选择透过性膜为氢氧根离子选择透过性膜时，所述配对膜为均相阳膜。

2.如权利要求1所述的一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置，其特征在于，当与所述极膜相邻的配对膜为均相阳膜时，该配对膜作为极膜使用。

3.如权利要求1所述的一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置，其特征在于，所述氢根离子选择透过性膜由通过粘结剂粘结的一张均相阳膜和一张均相阴膜构成。

4.如权利要求1所述的一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置，其特征在于，所述氢氧根离子选择透过性膜由通过粘结剂粘结的一张均相阳膜和一张均相阴膜构成。

5.如权利要求1所述的一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置，其特征在于，所述阳极与相应的极膜之间形成第一极水通道，所述阴极与相应的极膜之间形成第二极水通道，第二极水通道的入口与极水水管相连通，所述第二极水通道的出口通过管路与所述第一极水通道的入口相连通，所述第一极水通道的出口连接至极水管。

6.如权利要求1所述的一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置，其特征在于，所述纯酸或碱出水管通过循环管路连接至所述清净水进水管。

7.如权利要求6所述的一种从盐中分离酸或碱的分离膜装置，其特征在于，所述循环管路上设有循环控制器。

8.一种从盐中分离酸或碱的分离系统，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的分离膜装置，所述阴极、阳极分别电连接至电源；其中所述清净水进水管与净水箱相连通，所述清净水进水管上设有净水泵，所述含酸或碱废水进水管与酸或碱废水箱相连通，所述含酸或碱废水进水管上设有废水泵，所述纯酸或碱出水管连接至纯酸或碱水箱，所述废酸或碱废水管连接至废酸或碱废水箱。

9.如权利要求8所述的从盐中分离酸或碱的分离系统，其特征在于，极水水管的入口通过连接管路连接至极水箱，所述连接管路上设有极水泵，所述极水水管的出口通过回水管路连接至所述极水箱。

10.如权利要求9所述的从盐中分离酸或碱的分离系统，其特征在于，所述回水管路上设有冷却器。

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