CN216764601U - 基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统，属于环境工程废水处理领域。本实用新型包括石膏水洗池、真空皮带机、过滤单元、中间水箱、电渗析单元、脱盐液箱、浓缩液箱、结晶器和淡水箱，所述石膏水洗池与真空皮带机连接，所述真空皮带机与过滤单元连接，所述过滤单元与中间水箱连接，所述中间水箱与电渗析单元连接，所述电渗析单元分别与脱盐液箱和浓缩液箱连接，所述浓缩液箱与结晶器连接，所述结晶器与淡水箱连接，所述过滤单元、脱盐液箱和淡水箱均与石膏水洗池连接；所述电渗析单元包括电渗析模块、阴极液水室和阳极液水室，所述阴极液水室和阳极液水室分别设置在电渗析模块的两侧。

Description

基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统，属于环境工程废水处理领域。

背景技术

湿式石灰石一石膏法是目前应用最广泛的一种烟气脱硫工艺。采用湿式脱硫法处理烟气将产生大量的脱硫石膏，脱硫石膏的处理和综合利用是影响我国推广湿式脱硫技术的关键因素之一。脱硫石膏经过工业处理之后，与天然石膏性能类似，可以应用于水泥缓凝剂、制作防水纸面石膏板和纤维石膏板、生产石膏矿渣板、生产石膏空心条板、制硫酸铵及改良土壤等方面。

随着我国烟气脱硫工艺的大规模投运，燃煤电厂将要排放越来越多的脱硫石膏，因脱硫石膏中的Cl^-含量较高，影响了脱硫石膏的品质，目前相当一部分还是以堆储为主，已成为火电厂继粉煤灰后的第二大固体废物，不仅占用土地资源，且对环境不利。如能将其充分利用，代替一部分天然石膏不仅能节约自然资源而且能使得电厂固体废物资源化。将脱硫石膏综合利用，逐步达到工业生产应用，可以将产生电厂效益、环境效益、社会效益统一，非常符合我国可持续发展的战略。

电渗析技术的核心为离子交换膜，离子交换膜是一种电驱动膜，离子交换膜作为分离膜的一种，其固定基团上带有特定电荷使之具有了选择透过性。这种特性使其在产物纯化与回收、能量转化、金属电积、物质重组等多个方面发挥着重要的作用。典型的应用有：氢氧燃料电池、锂离子电池的隔膜，湿法冶金中电解用隔膜防治有害气体的产生，电渗析去除污染水体中的氟离子、硝酸根离子，氯碱工业制备氢氧化钠等。其节能、清洁、重复利用和实用环保的特点尤其符合现代工业的要求，为经济的可持续发展奠定了基础，成为经济可持续发展战略的重要组成部分。

反渗透技术，其原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等(去除率高达97%-98%)。反渗透是目前高纯水设备中应用最广泛的一种脱盐技术，它的分离对象是溶液中的离子范围和分子量几百的有机物。

反渗透技术在脱盐及浓缩领域目前虽应用较多，但其存在以下几点弊端：

1、分离过程要在高压下进行，因此需配备高压泵和耐高压管路；

2、反渗透膜分离装置对进水指标有较高的要求，需对原水进行一定的预处理；

3、分离过程中，易产生膜污染，为延长膜使用寿命和提高分离效果，要定期对膜进行清洗；

4、进水水质要求较高，不适用于处理含较高钙镁离子等类别的废水。

有鉴于此，在申请号为201610705481.5的专利文献中公开了基于电渗析的脱硫废水零排放处理方法及系统，其实现方式与本申请不同。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，提高脱硫石膏的品质，节省脱硫石膏洗涤废水处理系统的药剂投加成本及设备成本，最终实现废水零排放的基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统，其结构特点在于：包括石膏水洗池、真空皮带机、过滤单元、中间水箱、电渗析单元、脱盐液箱、浓缩液箱、结晶器和淡水箱，所述石膏水洗池与真空皮带机连接，所述真空皮带机与过滤单元连接，所述过滤单元与中间水箱连接，所述中间水箱与电渗析单元连接，所述电渗析单元分别与脱盐液箱和浓缩液箱连接，所述浓缩液箱与结晶器连接，所述结晶器与淡水箱连接，所述过滤单元、脱盐液箱和淡水箱均与石膏水洗池连接。

进一步地，所述电渗析单元包括电渗析模块、阴极液水室和阳极液水室，所述阴极液水室和阳极液水室分别设置在电渗析模块的两侧。

进一步地，所述电渗析模块包括脱盐液水室和浓缩液水室，所述阴极液水室和阳极液水室分别设置在脱盐液水室和浓缩液水室的两侧。

进一步地，所述阴极液水室与阴极液箱通过阴极液循环泵连接，所述阳极液水室与阳极液箱通过阳极液循环泵连接。

进一步地，所述脱盐液水室与脱盐液箱通过脱盐液循环泵连接，所述浓缩液水室与浓缩液箱通过浓缩液循环泵连接。

进一步地，所述脱盐液水室和浓缩液水室的数量均为多个。

进一步地，相邻的脱盐液水室与浓缩液水室之间设置有一价选择性阴离子交换膜或阳离子交换膜。

相比现有技术，本实用新型具有以下优点：

1、通过水洗来自燃煤电厂的脱硫石膏，提高脱硫石膏的品质；

2、采用一价选择性阴离子交换膜与普通阳离子交换膜组合方式的电渗析技术，不仅可以降低脱硫石膏洗涤废水的Cl^-含量，同时也避免了浓缩液无机盐结垢问题；

3、整体工艺系统的采用，可以实现废水的循环利用，实现废水零排放；

4、无需预处理设备及预处理药剂，节省了投资成本与药剂消耗的运行成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例的基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的电渗析单元的结构示意图。

图3是本实用新型实施例的电渗析单元的原理示意图。

图中：石膏水洗池1、真空皮带机2、过滤单元3、中间水箱4、电渗析单元5、脱盐液箱6、浓缩液箱7、结晶器8、淡水箱9、

脱盐液循环泵10、浓缩液循环泵11、

阴极液箱12、阳极液箱13、

阴极液循环泵14、阳极液循环泵15、

脱盐液水室16、浓缩液水室17、阴极液水室18、阳极液水室19、

一价选择性阴离子交换膜A、阳离子交换膜C。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图3所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若有引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实施例中的基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统，包括石膏水洗池1、真空皮带机2、过滤单元3、中间水箱4、电渗析单元5、脱盐液箱6、浓缩液箱7、结晶器8和淡水箱9。

本实施例中的石膏水洗池1与真空皮带机2连接，真空皮带机2与过滤单元3连接，过滤单元3与中间水箱4连接，中间水箱4与电渗析单元5连接，电渗析单元5分别与脱盐液箱6和浓缩液箱7连接，浓缩液箱7与结晶器8连接，结晶器8与淡水箱9连接，过滤单元3、脱盐液箱6和淡水箱9均与石膏水洗池1连接。

本实施例中的电渗析单元5包括电渗析模块、阴极液水室18和阳极液水室19，阴极液水室18和阳极液水室19分别设置在电渗析模块的两侧，通常情况下电渗析模块包括脱盐液水室16和浓缩液水室17，阴极液水室18和阳极液水室19分别设置在脱盐液水室16和浓缩液水室17的两侧。

本实施例中的阴极液水室18与阴极液箱12通过阴极液循环泵14连接，阳极液水室19与阳极液箱13通过阳极液循环泵15连接，脱盐液水室16与脱盐液箱6通过脱盐液循环泵10连接，浓缩液水室17与浓缩液箱7通过浓缩液循环泵11连接，脱盐液水室16和浓缩液水室17的数量均为多个，相邻的脱盐液水室16与浓缩液水室17之间设置有一价选择性阴离子交换膜A或阳离子交换膜C。

本实施例中的基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统的方法，如下：来自燃煤电厂的脱硫石膏进入石膏水洗池1，并注入水洗水，之后通过泥浆泵输送至真空皮带机2进行料液抽取，含水量极低的脱硫石膏作为成品外售，而料液通过提升泵注入由澄清池与浸没式超滤组成的过滤单元3进行过滤，随后超滤产水进入中间水箱4，中间水箱4的作用为缓冲来水，方便调节下一单元进水，经过中间水箱4的超滤产水进入到电渗析单元5进行脱盐与浓缩过程，经过电渗析处理后会产生两股溶液，一股是脱盐液，脱盐液进入到脱盐液箱6，另一股是浓缩液，浓缩液进入到浓缩液箱7，浓缩液经浓缩液箱7进入到结晶器8制成结晶盐外送，结晶器8产生的蒸发冷凝水进入到淡水箱9中，与脱盐液和反洗水混合后作为再利用水，再与少量补给水作为水洗水循环利用。

本实施例中，料液即超滤产水进入到脱盐液箱6中，并有极少部分作为电渗析单元5的初始浓缩液进入浓缩液箱7，同时在阴极液箱12中配置3%浓度的氯化钠（NaCl）溶液作为阴极液，在阳极液箱13中配置3%浓度的硫酸钠（Na₂SO₄）溶液作为阳极液，脱盐液循环泵10、浓缩液循环泵11、阴极液循环泵14和阳极液循环泵15同时启动，各水箱中的液体同时分别进入到电渗析单元5的脱盐液水室16、浓缩液水室17、阴极液水室18和阳极液水室19后，又回流至各自水箱之中；在外加直流电场的作用下，电渗析单元5进行脱盐与浓缩过程，脱盐液通过脱盐液箱6溢流至下一阶段，浓缩液通过浓缩液箱7溢流至结晶器8。

本实施例中，电渗析模块两侧的阴极液与阳极液为电渗析单元5提供导电通道，超滤产水进入到D通道，即脱盐液水室16，在外加直流电场的作用下，超滤产水中的Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺向负极方向移动，透过阳离子交换膜C进入到B通道，即浓缩液水室17内，超滤产水中的Cl^-向正极方向移动，透过一价选择性阴离子交换膜A进入到B通道，即浓缩液水室17内，与Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺结合成氯化物浓缩液，而超滤产水中的SO₄ ^2-在外加直流电场的作用下，虽然同样会向正极方向移动，但其会被一价选择性阴离子交换膜A阻挡，而截留在D通道，即脱盐液水室16中，避免了SO₄ ^2-与B通道内的Ca²⁺结合，形成难以清洗的硫酸钙（CaSO₄）结垢。

Na⁺：钠离子；Ca²⁺：钙离子；Mg²⁺：镁离子；Cl^-：氯离子；SO₄ ^2-：硫酸根离子。

1、电渗析单元是在低压下运行的，无需配备高压泵和耐高压管道；

2、无需对原水进行软化预处理，节省了预处理装置与药剂的投入成本；

3、离子交换膜的耐污染性能较强，无需定期清洗，节省了清洗药剂的投入成本；

4、电渗析技术采用一价选择性阴离子交换膜与阳离子交换膜的组合方式，对于处理含较高钙镁离子及硫酸根离子等类别的废水，可有效避免无机盐结垢问题。

5、采用该基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统，可实现废水可循环利用，实现废水零排放；

6、采用一价选择性阴离子交换膜与普通阳离子交换膜组合方式的电渗析技术，处理脱硫石膏洗涤废水，不仅可以降低洗涤废水的的Cl-含量，同时可避免浓缩液无机盐结垢问题；

7、该基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统无需预处理设备及预处理药剂，节省了投资成本与药剂消耗的运行成本

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统，其特征在于：包括石膏水洗池（1）、真空皮带机（2）、过滤单元（3）、中间水箱（4）、电渗析单元（5）、脱盐液箱（6）、浓缩液箱（7）、结晶器（8）和淡水箱（9），所述石膏水洗池（1）与真空皮带机（2）连接，所述真空皮带机（2）与过滤单元（3）连接，所述过滤单元（3）与中间水箱（4）连接，所述中间水箱（4）与电渗析单元（5）连接，所述电渗析单元（5）分别与脱盐液箱（6）和浓缩液箱（7）连接，所述浓缩液箱（7）与结晶器（8）连接，所述结晶器（8）与淡水箱（9）连接，所述过滤单元（3）、脱盐液箱（6）和淡水箱（9）均与石膏水洗池（1）连接。

2.根据权利要求1所述的基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统，其特征在于：所述电渗析单元（5）包括电渗析模块、阴极液水室（18）和阳极液水室（19），所述阴极液水室（18）和阳极液水室（19）分别设置在电渗析模块的两侧。

3.根据权利要求2所述的基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统，其特征在于：所述电渗析模块包括脱盐液水室（16）和浓缩液水室（17），所述阴极液水室（18）和阳极液水室（19）分别设置在脱盐液水室（16）和浓缩液水室（17）的两侧。

4.根据权利要求3所述的基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统，其特征在于：所述阴极液水室（18）与阴极液箱（12）通过阴极液循环泵（14）连接，所述阳极液水室（19）与阳极液箱（13）通过阳极液循环泵（15）连接。

5.根据权利要求3所述的基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统，其特征在于：所述脱盐液水室（16）与脱盐液箱（6）通过脱盐液循环泵（10）连接，所述浓缩液水室（17）与浓缩液箱（7）通过浓缩液循环泵（11）连接。

6.根据权利要求3所述的基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统，其特征在于： 所述脱盐液水室（16）和浓缩液水室（17）的数量均为多个。

7.根据权利要求3所述的基于电渗析技术的脱硫石膏洗涤废水零排放系统，其特征在于：相邻的脱盐液水室（16）与浓缩液水室（17）之间设置有一价选择性阴离子交换膜（A）或阳离子交换膜（C）。

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