CN217265226U

CN217265226U - 一种盐湖卤水的预处理装置及盐湖卤水处理装置

Info

Publication number: CN217265226U
Application number: CN202221317518.4U
Authority: CN
Inventors: 任凤伟; 陈亦力; 刘宸; 唐娜; 吕学敏; 李天玉; 孙广东; 陈弘仁; 杨玉兵; 范闯磊; 吴超昌; 毛彦俊; 孙璐
Original assignee: Biyuan Water Source Membrane Technology Research Center Beijing Co ltd
Current assignee: Beijing Huateyuan Technology Co ltd
Priority date: 2022-05-25
Filing date: 2022-05-25
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2032-05-25

Abstract

本实用新型提供了一种盐湖卤水的预处理装置及盐湖卤水处理装置，涉及盐湖资源利用领域。具体而言：主要包括彼此连通的搅拌模块和超滤模块；所述搅拌模块包括至少两个依次连通的搅拌池；所述超滤模块内包括膜组件、运动装置和驱动装置，所述运动装置和所述驱动装置用于将所述膜组件在所述超滤模块内往复运动。通过超滤模块利于沉降的结构、结合膜组件往复运动的设计，实现了较好的控污染效果，实现系统的稳定高效运行，能够去除盐湖卤水中的全部机械杂质、30％～50％的TOC及20％～30％的硼和60％～90％的硬度；将化学药剂除硬、除硼等工艺与超滤预处理合为一体，本实用新型具有流程短、成本低、效率高的优势。

Description

一种盐湖卤水的预处理装置及盐湖卤水处理装置

技术领域

本实用新型涉及盐湖资源利用领域，具体而言，涉及一种盐湖卤水的预处理装置及盐湖卤水处理装置。

背景技术

我国盐湖卤水资源总量丰富，但杂质也多，有些资源含量品位低。膜分离技术是当前适应国内盐湖资源回收利用的重要技术，膜分离技术具有分离效果好，回收率高，工艺流程短，生产周期短，环保成本低等优点。但各种膜技术在盐湖资源回收利用的受限点，第一方面在于膜材料长期大量依赖进口，存在成本高、技术标准单一的缺陷，第二方面是膜技术对进水水质的要求高，盐湖卤水高盐高有机物容易导致膜寿命短，造成工艺成本的提高，第三方面在于对预处理工艺的忽视，这也在很大程度上制约了膜法工艺在盐湖提锂领域的应用，第四方面盐湖提锂工艺中常用纳滤法和离子交换树脂去除卤水中高浓度的钙、镁杂质来保证碳酸锂的纯度，但高浓度的钙镁不经处理进入纳滤系统会加速纳滤膜的污染，离子交换树脂则容易受卤水中有机物污染导致去除性能降低。

盐湖老卤在进入下游提钾、锂、镁工艺应用前需要进行卤水预处理，去除其中的悬浮物、胶体和其他杂质。当前常用的预处理措施主要包括稀释、多介质过滤器、超滤、吸附和添加助凝剂等方式。卤水中含有大量的污泥、悬浮颗粒、胶体等杂质，在净化过滤处理的过程中，时常堵塞滤膜，造成产水流量与设计值相比不达标。采用机械过滤时易出现穿滤现象，预处理后的卤水含有少量的物理杂质，再进入下游纳滤工艺提纯过程，引起了下游设备机械磨损严重、更换费用高、膜污染严重等问题,因此卤水的预处理工艺亟待改良。预处理可以去除卤水中悬浮固体、有机物和胶体等污染物，提升下游分离膜单元进水水质，提高膜分离系统的稳定性和整体工艺的经济效益。

预处理方法通常包括酸析法、盐析法、化学混凝法等。酸析法所用药剂一般为强酸，也可用废酸液代替纯的酸性试剂；但强酸会腐蚀设备，也易对人身造成伤害。盐析法是指在药物溶液中加入大量的无机盐，使某些高分子物质的溶解度降低沉淀析出分离的方法，主要用于蛋白质的分离纯化。化学混凝法具有工程投资少、工艺简单、处理效果好等优点，当前广泛应用于给水、废水处理领域。处理过程中，只用一种絮凝剂时，药剂用量大、效果差且沉降时间长，因此常常将无机絮凝剂和有机絮凝剂相互配合使用，结合两者优点，不仅能克服无机絮凝剂沉淀速度慢、吸附架桥能力弱和投药量较多等缺点，而且可以降低处理成本的同时提高处理效率。但目前在盐湖资源利用领域几乎没有化学混凝法的应用。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种盐湖卤水的预处理装置，针对现有技术中预处理效果差、超滤膜污染堵塞严重、化学药剂清洗恢复性差、下游膜使用寿命短等问题，本实用新型的预处理装置具有流程短、成本低、效率高等优势，并有效缓解了上述技术缺陷。

本实用新型的第二目的在于提供一种盐湖卤水处理装置，包含有上述的盐湖卤水的预处理装置。

为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：

一种盐湖卤水的预处理装置，主要包括彼此连通的搅拌模块和超滤模块；

所述搅拌模块包括至少两个依次连通的搅拌池；

所述超滤模块内包括膜组件、运动装置和驱动装置，所述运动装置和所述驱动装置用于将所述膜组件在所述超滤模块内往复运动。

本实用新型所涉及的盐湖卤水，包括但不限于盐湖晶间卤水、盐田浓缩后的老卤、卤水吸附解析液等盐湖卤水或其他任何经处理后的盐湖水体。

优选地，每个所述搅拌池中独立地设置有搅拌装置。

优选地，所述搅拌池的数量为2～5。

所述搅拌池的数量依据对盐湖卤水的处理工艺决定；除添加混凝剂进行混凝操作外，选择性地进行除硬、除硅、除硼、除氟，并相对应地添加各种化学药剂；依据处理工艺的复杂程度决定所述搅拌池的数量和顺序。

优选地，所述搅拌池和所述超滤模块独立地设置有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口分别设置在所述搅拌池和所述超滤模块的顶部和/或底部；

如图1所示，图1提供了一种可选的盐湖卤水预处理装置示意图；对于相邻的所述搅拌池之间，或对于相邻的所述搅拌池和所述超滤模块之间，顶部的出水口与顶部的进水口之间设置有通水管路，和/或，底部的出水口与底部的进水口之间设置有通水管路；

更优选地，所述通水管路上独立地设置有阀门装置；

通过上述通水管路的设置方式，各单元间能够通过漫溢或底部连通两种形式以实现盐湖卤水在单元间的流通；在进行盐湖卤水预处理作业时，每个相邻单元之间通常只选用一种连通方式，选择标准与污染物种类相关；当污染物主要为沉淀型固相时，选择顶部通水管路进行作业，使沉淀更容易沉积排放，或更容易导入所述排泥装置内；当污染物主要为悬浮型混合物时，选择底部通水管路进行作业，避免悬浮型污染物进入下一单元；当污染物主要为可溶性有机物或成分复杂时，可依情况选择顶部、底部通水管路共同作业，以增加预处理效率。

优选地，第一搅拌池选用底部进水和顶部出水的方式，同时根据反应停留时间设计搅拌池池体大小；

所述第一搅拌池为盐湖卤水进入所述搅拌模块时所经过的最初的搅拌池。

优选地，所述膜组件与所述运动装置相连接，所述驱动装置与所述运动装置相连接。

需要注意的是，所述连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

优选地，所述运动装置包括滑架或滑轨。

所述驱动装置向所述运动装置提供动力，使固定在所述运动装置上的所述膜组件能够在所述超滤模块内进行往复运动。

优选地，所述膜组件不与所述超滤模块的底部相接触。

通过膜组件的运动设计和悬空设计，一方面通过膜组件的往复运动形成剪切力使化学污泥进一步发生混凝沉降等反应，生长成为粒径较大、较为密实的颗粒；另一方面机械运动可实现膜与水的相对运动，形成的错流使污染物难以附着在膜丝表面；充分利用混凝-超滤技术的优势，通过预处理装置滤去全部机械杂质、30％-50％的总有机碳(TOC)、20％-30％的硼及60％～90％的硬度，降低超滤膜关键污染因子占比，有效缓解膜组件的污染。

优选地，所述超滤模块还包括排泥装置，所述排泥装置设置在所述超滤模块的底部。

优选地，所述排泥装置包括泥斗和/或泥出口。

优选地，所述排泥装置的底部设置有与所述搅拌模块相通的回流管路；

可选地，当所述搅拌模块包括多个所述搅拌池时，所述回流管路与任一搅拌池均相连通；

可选地，当所述搅拌模块包括多个所述搅拌池时，所述回流管路与所述第一搅拌池相连通。

优选地，所述超滤模块还包括清洗装置，用于清洗所述膜组件。

优选地，所述清洗装置包括储药组件、清洗管路和清洗泵。

盐湖卤水处理装置，包括如上所述的盐湖卤水的预处理装置。

优选地，所述盐湖卤水处理装置在所述预处理装置的基础上，还可以设置吸附模块、纳滤模块、反渗透模块等常规或非常规的水处理工艺单元。

本实用新型还提供了一种所述盐湖卤水的预处理装置的使用方法，主要包括如下步骤：

需要注意的是：除非另有说明，如下各个操作步骤可以顺序进行，也可以不按照顺序进行。步骤的序号如“(1)”、“(2)”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

(1)将盐湖卤水导入所述搅拌模块的第一搅拌池中，依据盐湖卤水的溶解性总固体(TDS)性质，加水稀释0～50倍；而后向所述第一搅拌池中添加混凝剂；

优选地，所述混凝剂包括无机混凝剂、有机混凝剂和微生物混凝剂中的至少一种；

更优选地，所述无机混凝剂包括聚合氯化铝、聚合硫酸铁和氯化铁；所述有机混凝剂包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠和聚乙烯亚胺；所述微生物混凝剂包括微生物细胞和细胞提取物混凝剂；

盐湖卤水在所述第一搅拌池中的水力停留时间为1min～10min；

(2)将经过第一搅拌池处理后的盐湖卤水导入第二搅拌池中；依据盐湖卤水的溶解性总固体(TDS)性质，选择性地添加所述化学药剂；

盐湖卤水在所述第二搅拌池中的水力停留时间为1min～30min；

(3)将混凝处理后的盐湖卤水导入超滤模块；

盐湖卤水在所述超滤模块中的水力停留时间为20min～90min；

超滤模块底部沉降所得的化学污泥的停留时间为1天～5天；

经超滤模块处理后的产水的浊度＜0.2NTU，淤泥密度指数(SDI₁₅)＜5，TDS＜45g/L；

优选地，经超滤模块处理后的产水的浊度＜0.1NTU，SDI₁₅＜3，TDS＜30g/L。

当所述搅拌模块包括超过两个所述搅拌池时，假定所述搅拌池的数量为N，步骤(2)中还包括：将经过第x搅拌池处理后的盐湖卤水导入第(x+1)搅拌池中，直至x+1＝N；其中，N＞x≥2。

可选地，在所述步骤(1)、步骤(2)中还包括：将除硬药剂、除硅药剂、除硼药剂和除氟药剂中的一种或多种添加至任选的搅拌池中；所述除硬药剂包括石灰、苏打、石膏、氢氧化钠和磷酸；所述除硅药剂包括镁剂、石灰、铝盐和铁盐；所述除硼药剂包括硫酸、盐酸、多羟基化合物、碳酸盐和碳酸氢盐；所述除氟药剂包括石灰乳、铝盐和铁盐混凝剂。

当所述搅拌池中独立地设置有搅拌装置时，所述第一搅拌池的搅拌速度为150～400r/min；所述第一搅拌池与所述第二搅拌池中的搅拌速度之比为2～5：1；优选地，当所述搅拌模块包括超过两个所述搅拌池时，第M搅拌池中的搅拌速度与第二搅拌池相同，其中，M＞2。

当所述超滤模块设置有排泥装置时，步骤(3)中还包括：将一定量的所述化学污泥回流至所述第一搅拌池中，以实现药剂的重复利用。

当所述超滤模块设置有清洗装置时，所述盐湖卤水的预处理装置的使用方法还包括如下的步骤(4)；

(4)停止所述超滤模块的进水和产水；打开所述储药组件、清洗管路和清洗泵；

所述清洗泵的通量为4L/h～16L/h；通过所述清洗泵控制清洗药剂的浓度为500ppm～1500ppm；清洗时间为5min～30min；

优选地，所述清洗药剂包括酸洗药剂和碱洗药剂；所述酸洗药剂包括柠檬酸、草酸和盐酸；所述碱洗药剂包括次氯酸钠、乙二胺四乙酸四钠和氢氧化钠。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型将混凝和其它除杂工艺与超滤耦合应用于盐湖卤水资源回收利用，充分利用了混凝-超滤的技术优势，具有流程短、成本低、效率高的优势；在杂质去除效果上，本实用新型的预处理装置能够去除盐湖卤水中的全部机械杂质、30％～50％的TOC、20％～30％的硼和60％～90％的硬度。

(2)本实用新型通过利于沉降的超滤模块结构、结合膜组件机械式往复运动的方式，一方面利于进入膜过滤区的化学污泥浓度大大降低；另一方面实现了膜组件与水的相对运动，膜丝表面不易附着污染物，可实现较好的控污染效果，延长化学清洗时间，实现系统的稳定高效运行。

(3)本实用新型的回收率高，锂等资源损失小；所述预处理装置的应用范围广，对水质要求较宽松，无论是晶间卤水、老卤或者吸附解析液以及经处理后的盐湖水体均可适用。

(4)本实用新型将沉淀在超滤模块底部的化学污泥回流并与进水混合，实现了化学药剂在系统中的循环多次使用，充分利用化学药剂的再反应能力；使药剂投加量降低，排泥量相应减少，进而降低膜产水中的药剂残留量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种盐湖卤水预处理装置的示意图；

图2为本实用新型实施例1所提供的盐湖卤水预处理装置的示意图；

图3为本实用新型实施例2所提供的盐湖卤水预处理装置的示意图；

图4为本实用新型的实施例3的纳滤膜加速污染实验结果对比图。

附图标记：

1-搅拌模块；

11-搅拌池；

2-超滤模块。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

图1、图2、图3分别提供了一种可行的盐湖卤水预处理装置的示意图；以下实施例1将采用图2所示的预处理装置进行对本实用新型的应用及技术效果的说明；而实施例2将采用图3所示的预处理装置进行对本实用新型的应用及技术效果的说明。

需要说明的是：在图2、图3所示的预处理装置中，第一搅拌池11的左下方还设置有一条进水管路；在图2所示的预处理装置中，在搅拌池11之间的上部还设置有一条用作漫溢的管路。

本实用新型的各实施例中所用的盐湖卤水来自青海地区某盐湖老卤，该老卤中锂离子的浓度为1.5g/L～10g/L，镁离子与锂离子的质量比为5：1～30：1，硼离子浓度为5g/L～10g/L，TOC为0.6g/L～1.2g/L，浊度为1NTU～2NTU，硬度为480g/L～520g/L。

实施例1

所述青海地区某盐湖老卤稀释2.5倍后与0.5mg/L的混凝剂聚合氯化铝(PACl，浓度以氧化铝计)混合后进入盐湖卤水的预处理装置的搅拌模块1中，先由第一搅拌池11的进水口进入第一搅拌池11内实现快速混合，然后导入第二搅拌池11中进行混凝反应，第一搅拌池11与第二搅拌池11的搅拌速度为3:1，水力停留时间为1:10。再经第二搅拌池11的出水口进入超滤模块2发生沉淀、过滤和浓缩作用，水力停留时间为70min，得到超滤产水和化学污泥。化学污泥在超滤模块2内沉淀后堆积在超滤模块2的底部。一部分化学污泥经超滤模块2底部的泥斗回流至第一搅拌池11，另一部分化学污泥通过泥斗下部的泥出口排出。

对比例1

将所述老卤直接进行超滤、过滤。所述超滤所使用的设备与实施例1中的膜组件相同。

表1水质变化对比表

	浊度(NTU)	TOC(g/L)	SDI<sub>15</sub>	Li(g/L)
					青海地区某盐湖老卤	1.66	1.1	无法检测	6.6
对比例1	0.15	0.51	5.2	2.62
					实施例1	≤0.1	0.42	2.8	2.64

由分析检测的结果可知：实施例1和对比例1都对盐湖卤水中的悬浮物(浊度)、有机物(TOC)和胶体(SDI15)有较好的去除效果，且Li的收率相近；但实施例1能更大程度地去除卤水中胶体使超滤产水满足纳滤膜进水要求：SDI₁₅<3。

同时，在实施例1和对比例1的运行期间，控制二者的超滤产水通量相同，观察压力增长情况；以及运行相同时间内比较二者超滤膜的污染(通量下降)和清洗后的通量恢复情况。

由实验结果发现：对比例1压力增长率为0.58kPa/h，水清洗后通量恢复至初始通量的57％；实施例1压力增长率为0.42kPa/h，水清洗后通量恢复至初始通量的100％。由此可知：混凝能有效减缓超滤膜的压力增长速率，且本实用新型的超滤模块更容易通过反冲洗恢复通量。

实施例2

所述青海地区某盐湖老卤稀释2.5倍后经进水泵与盐酸在管路上混合后进入第一搅拌池11，第一搅拌池11出水后进入第二搅拌池11进行酸化电离除硼，第二搅拌池11出水后进入第三搅拌池11，在第三搅拌池11中加入PACl和NaOH，调节pH至7～8，第三搅拌池11出水后进入第四搅拌池11，第四搅拌池11中加入NaOH和Na₂CO₃，调节pH至10，第一搅拌池11、第二搅拌池11、第三搅拌池11和第四搅拌池11的搅拌速度为5：1：1：1；最终由第四搅拌池11出水进入超滤模块2，而后过滤得到超滤产水。

表2组分变化对比表

实施例3

通过所述青海地区某盐湖老卤测试本实用新型所述的预处理装置对超滤膜污染的减缓效果。

取老卤水平均分成3份，分别记为第一老卤，第二老卤和第三老卤。将第一老卤先稀释2.5倍再稀释8倍后记为第一进水(即图4中的进水1)；将第二老卤先稀释2.5倍后经超滤、过滤所得的产水，再稀释8倍后记为第二进水(即图4中的进水2)；将第三老卤先稀释2.5倍后经本实用新型的预处理装置得到超滤产水，再将其稀释8倍后记为第三进水(即图4中的进水3)。

选择初始性能相同的同一种纳滤膜，分别在相同条件下对第一进水、第二进水和第三进水进行纳滤；在300psi，15％膜面回收率的恒压条件下进行纳滤膜加速污染实验，结果如图4所示。

结果表明，经本实用新型的预处理装置处理后可显著降低纳滤膜的污染。在相同条件下运行相同时长，图4中的进水3比通量衰减量仅为19％，低于老卤直接超滤后产水进纳滤(进水2)的通量衰减量(45％)，远低于老卤稀释液进纳滤(进水1)的通量衰减(65％)。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本实用新型，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本实用新型范围内的所有这些替换和修改。

Claims

1.一种盐湖卤水的预处理装置，其特征在于，主要包括彼此连通的搅拌模块和超滤模块；

所述搅拌模块包括至少两个依次连通的搅拌池；

2.根据权利要求1所述的盐湖卤水的预处理装置，其特征在于，每个所述搅拌池中独立地设置有搅拌装置，搅拌池的数量为2～5。

3.根据权利要求1所述的盐湖卤水的预处理装置，其特征在于，所述搅拌池和所述超滤模块独立地设置有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口分别设置在所述搅拌池和所述超滤模块的顶部和/或底部。

4.根据权利要求1所述的盐湖卤水的预处理装置，其特征在于，所述膜组件与所述运动装置相连接，所述驱动装置与所述运动装置相连接。

5.根据权利要求1所述的盐湖卤水的预处理装置，其特征在于，所述运动装置包括滑架或滑轨。

6.根据权利要求1所述的盐湖卤水的预处理装置，其特征在于，所述超滤模块还包括排泥装置，所述排泥装置设置在所述超滤模块的底部；所述排泥装置包括泥斗和/或泥出口。

7.根据权利要求6所述的盐湖卤水的预处理装置，其特征在于，所述排泥装置的底部设置有与所述搅拌模块相通的回流管路。

8.根据权利要求1所述的盐湖卤水的预处理装置，其特征在于，所述超滤模块还包括清洗装置，用于清洗所述膜组件。

9.根据权利要求8所述的盐湖卤水的预处理装置，其特征在于，所述清洗装置包括储药组件、清洗管路和清洗泵。

10.盐湖卤水处理装置，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的盐湖卤水的预处理装置。