CN219807854U - 一种高碱度废水盐分提取系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高碱度废水盐分提取系统,包括依次连通的膜浓缩系统和盐分提取系统;所述膜浓缩系统包括依次连接的一级弱酸阳床、浓水反渗透装置、管式微滤装置、二级弱酸阳床和高压反渗透装置;所述盐分提取系统包括盐分调制浓缩装置和冷冻结晶装置。本实用新型高碱度盐分提取系统具有设备简单、加药量较少、污泥产量低的优点,所得十水碳酸钠工业价值高,可进一步制纯碱,应用广泛,也为高碱度废水零排放、提取高价值产业盐类、充分利用资源绿色发展提供了新的方向。
Description
技术领域
本实用新型涉及水处理领域,具体涉及一种高碱度废水盐分提取系统。
背景技术
目前,我国部分地区的深层矿井水为碳酸钠型水,这种矿井水废水总碱度高于总硬度,水中除Ca(HCO3)2及Mg(HCO3)2外,水中主要的盐分以NaHCO3形式存在,其他阴离子以Cl-、SO4 2-等为主。这种重碳酸钠型矿井水在进行废水回用处理的过程中,需要首先进行碱度去除,否则随着膜系统对水的分离与浓缩,HCO3 -离子易与水中残留Ca2+、Mg2+结合形成水垢,造成处理系统的污堵。
另一方面,传统的除硬度、除碱度工艺主要是向水中投加NaOH或石灰等药剂的碱加药法,将水中的HCO3 -离子转化为CO3 2-,形成Na2CO3,同时将Ca2+、Mg2+离子沉淀下来。但从矿井水盐分资源化提取的角度讲,Na2CO3盐与水中存在的Na2SO4因价态一致,溶解度接近,因此难以实现分离,因此零排放系统产出的产品盐纯度不足,无法被资源化利用。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种高碱度废水盐分提取系统,具有组成简单的优点;可处理高碱度废水,产品盐为十水碳酸钠。
为解决上述技术问题,本实用新型采用如下技术方案:
一种高碱度废水盐分提取系统,包括依次连通的膜浓缩系统和盐分提取系统;所述膜浓缩系统包括依次连接的一级弱酸阳床、浓水反渗透装置、管式微滤装置、二级弱酸阳床和高压反渗透装置;所述盐分提取系统包括盐分调制浓缩装置和冷冻结晶装置。
前述高碱度废水盐分提取系统,所述盐分提取系统还设有杂盐结晶装置,其与冷冻结晶装置连接。
前述高碱度废水盐分提取系统,所述管式微滤装置包括依次连接的第一反应槽、第二反应槽、浓缩槽和管式膜装置;所述第一反应槽设有第一加药装置,第二反应槽设有第二加药装置。
前述高碱度废水盐分提取系统,所述盐分调制浓缩装置包括依次连接的反应池、浓水箱、脱气塔、加热器和降膜蒸发器,所述反应池与高压反渗透装置连接,加热器与冷冻结晶装置连接。
前述高碱度废水盐分提取系统,所述反应池设有碳酸氢铵加药装置。
前述高碱度废水盐分提取系统,所述浓水箱和脱气塔之间设有预热器;所述脱气塔和加热器之间还设有循环泵;所述加热器和降膜蒸发器之间还设有压缩机。
前述高碱度废水盐分提取系统,所述冷冻结晶装置7包括依次连接的冷却器、冷冻结晶器、晶浆罐和母液器。
前述高碱度废水盐分提取系统,所述冷冻结晶器温度≤10℃。
前述高碱度废水盐分提取系统,所述母液器还设有母液泵,与冷冻结晶器连接。
前述高碱度废水盐分提取系统,还配有软水池,所述软水池与浓水反渗透装置、高压反渗透装置和盐分调制浓缩装置连接。
高碱度废水盐分提取方法,包括以下步骤:
S1废水除硬处理:浓水进入膜浓缩系统经一级弱酸阳床除去Ca2+、Mg2+离子后,进入浓水反渗透装置再脱盐,产水进入软水池;浓水进入管式微滤装置,第一加药装置3a先投入次氯酸钠、镁剂反应;然后第二加药装置3b投入絮凝剂PFS和助凝剂PAM,去除水中COD、胶体、阻垢剂,再加入硫酸调整pH值,再进入二级弱酸阳床除硬后,固液分离,固体污泥定期排出;出水进入高压反渗透装置浓缩,产水进入软水池,浓水进入盐分提取系统。浓水硬度在80~100mg/L(以CaCO3计),对后续膜浓缩系统的运行带来风险,需对反渗透浓水进行软化,进一步除硬;除硬常规方法为石灰加药法,考虑重碳酸钠废水硬度低、碱度高的特点,本实用新型采用离子交换法,避免为去除碱度而大量投加石灰。进入浓水反渗透装置脱盐率为97%,但因为膜浓缩段来水总含盐量较高,脱盐率为97%时,产水含盐量约为300mg/L,较难满足总产水电导率≤600μs/cm的水质要求,需要与一级反渗透产水勾兑。由于来水中含有二氧化硅,经反渗透及纳滤浓缩后,浓水中硅含量超过膜处理要求,将对后续浓缩系统造成污堵,故纳滤浓水出水需进入管式微滤装置进行除硅;二级弱酸阳床,对钙、镁离子进行交换,去除硬度。高压反渗透装置是专门用来处理高浓度污水的反渗透膜组件,其膜组件具有很强的抗污染能力,特殊流道设计,可有效增加料液流动时的稳流,降低膜的浓差极化作用,使进水悬浮固体不容易在膜组件上沉积。
S2盐分提取:
S2.1S1除硬后高浓盐水进入盐分提取系统中的反应池,碳酸氢铵加药装置61a投入药剂反应后,经浓水箱进入脱气塔脱去浓水与碳酸氢铵反应生成的CO2,再经预热器与一部分蒸发冷凝水预热升温后,经加热器进入降膜蒸发器进行浓缩;全部蒸汽冷凝液经收集后由泵送至蒸发器蒸馏水罐,与蒸发器蒸馏水混合后,进入板式换热器将显热释放给进水,然后进入软水池回用。
S2.2S2.1浓缩后浓水转料进入冷冻结晶装置,浓盐水经冷却器进入冷冻结晶器,在冷冻结晶器内10℃下冷冻,形成10H2O·Na2CO3析出,冷冻结晶实现碳酸钠与杂盐分离;冷冻结晶后的浓浆液经旋流分离,底流结晶盐浆进入离心机脱水,顶流母液进入母液器;离心机脱水后的液体汇入母液器。冷冻结晶的原理是根据不同盐类溶解度在不同温度下特性,在温度低于30℃以下后,碳酸钠溶解度随温度降低而明显降低:40℃时溶解度为49g/100gH2O,30℃时溶解度为39.7g/100gH2O,20℃时溶解度为21.5g/100gH2O,10℃时溶解度为12.5g/100gH2O,而0℃时溶解度仅为7g/100gH2O;与此同时,NH4Cl及(NH4)2SO4盐的溶解度较高,在0℃时溶解度分别为29.4g/100gH2O及70.6g/100gH2O;因此可通过冷冻结晶实现碳酸钠与杂盐的分离。
S2.3S2.2分离碳酸钠后浓水进入杂盐结晶装置,浓盐浆进行液固分离,固体干燥后形成杂盐,外运。
与现有技术相比,本实用新型提供的高碱度废水盐分提取系统具有以下优点:
1.本实用新型系统脱盐和浓缩阶段产水均为反渗透膜产水,品质高。采用离子交换法对废水进行软化,减少了污泥产量,浓水中干扰离子少,解决了传统药剂法软化效果欠佳的问题。
2.本实用新型废水盐分提取系统为高碱度废水零排放、提取高价值产业盐类、充分利用资源绿色发展提供了新的思路和方向。除矿井水外,石油采油行业以及一些食品行业均有高负硬度废水排放,但行业并没有零排放要求,而高碱度低硬度的水理论上讲并不影响回用,故现有技术并没有对此类废水零排放进行针对性研究。
附图说明
图1是本实用新型高碱度废水盐分提取系统示意图;
图2是本实用新型盐分调制浓缩装置示意图;
图3是本实用新型冷冻结晶装置示意图。
附图标记:1-一级弱酸阳床,2-浓水反渗透装置,3-管式微滤装置,3a-第一加药装置3a,3b-第二加药装置3b,4-二级弱酸阳床,5-高压反渗透装置,6-盐分调制浓缩装置,61-反应池,61a-加药装置61a,62浓水箱;63-预热器;64-脱气塔;65-加热器;66-降膜蒸发器;67-循环泵;68-压缩机,7-冷冻结晶装置,71-冷却器;72-冷冻结晶器;73-晶浆罐;74-母液器;75-母液泵,8-杂盐结晶装置,9-软水池;A-废水来水,B-十水碳酸钠,C-结晶杂盐,D-CO2。
具体实施方式
本实用新型的实施例1:一种高碱度废水盐分提取系统:
包括依次连通的膜浓缩系统和盐分提取系统;所述膜浓缩系统包括依次连接的一级弱酸阳床1、浓水反渗透装置2、管式微滤装置3、二级弱酸阳床4和高压反渗透装置5;所述盐分提取系统包括盐分调制浓缩装置6和冷冻结晶装置7。
实施例2:一种高碱度废水盐分提取系统:
包括依次连通的膜浓缩系统和盐分提取系统;所述膜浓缩系统包括依次连接的一级弱酸阳床1、浓水反渗透装置2、管式微滤装置3、二级弱酸阳床4和高压反渗透装置5;所述盐分提取系统包括盐分调制浓缩装置6和冷冻结晶装置7。
所述盐分提取系统还设有杂盐结晶装置8,其与冷冻结晶装置7连接。
所述管式微滤装置3包括依次连接的第一反应槽、第二反应槽、浓缩槽和管式膜装置;所述第一反应槽设有第一加药装置3a,第二反应槽设有第二加药装置3b。
所述盐分调制浓缩装置6包括依次连接的反应池61、浓水箱62、脱气塔64、加热器65和降膜蒸发器66,所述反应池61与高压反渗透装置5连接,加热器65与冷冻结晶装置7连接。
所述反应池61设有碳酸氢铵加药装置61a。
所述浓水箱62和脱气塔64之间设有预热器63;所述脱气塔64和加热器65之间还设有循环泵67;所述加热器65和降膜蒸发器66之间还设有压缩机68。
所述冷冻结晶装置7包括依次连接的冷却器71、冷冻结晶器72、晶浆罐73和母液器74。
所述冷冻结晶器72温度≤10℃。
所述母液器74还设有母液泵75,与冷冻结晶器72连接。
还配有软水池9,所述软水池9与浓水反渗透装置2、高压反渗透装置5和盐分调制浓缩装置6连接。
实施例3:一种高碱度废水盐分提取系统:
包括依次连通的膜浓缩系统和盐分提取系统;所述膜浓缩系统包括依次连接的一级弱酸阳床1、浓水反渗透装置2、管式微滤装置3、二级弱酸阳床4和高压反渗透装置5;所述盐分提取系统包括盐分调制浓缩装置6和冷冻结晶装置7。
所述管式微滤装置3包括依次连接的第一反应槽、第二反应槽、浓缩槽和管式膜装置;所述第一反应槽设有第一加药装置3a,第二反应槽设有第二加药装置3b。
所述盐分调制浓缩装置6包括依次连接的反应池61、浓水箱62、脱气塔64、加热器65和降膜蒸发器66,所述反应池61与高压反渗透装置5连接,加热器65与冷冻结晶装置7连接。
所述反应池61设有碳酸氢铵加药装置61a。
所述冷冻结晶装置7包括依次连接的冷却器71、冷冻结晶器72、晶浆罐73和母液器74。
所述冷冻结晶器72温度≤10℃。
实施例4:一种高碱度废水盐分提取系统:
包括依次连通的膜浓缩系统和盐分提取系统;所述膜浓缩系统包括依次连接的一级弱酸阳床1、浓水反渗透装置2、管式微滤装置3、二级弱酸阳床4和高压反渗透装置5;所述盐分提取系统包括盐分调制浓缩装置6和冷冻结晶装置7。
所述冷冻结晶装置7包括依次连接的冷却器71、冷冻结晶器72、晶浆罐73和母液器74。
所述冷冻结晶器72温度≤10℃。
所述母液器74还设有母液泵75,与冷冻结晶器72连接。
实施例5:一种高碱度废水盐分提取系统:
包括依次连通的膜浓缩系统和盐分提取系统;所述膜浓缩系统包括依次连接的一级弱酸阳床1、浓水反渗透装置2、管式微滤装置3、二级弱酸阳床4和高压反渗透装置5;所述盐分提取系统包括盐分调制浓缩装置6和冷冻结晶装置7。
所述盐分提取系统还设有杂盐结晶装置8,其与冷冻结晶装置7连接。
所述管式微滤装置3包括依次连接的第一反应槽、第二反应槽、浓缩槽和管式膜装置;所述第一反应槽设有第一加药装置3a,第二反应槽设有第二加药装置3b。
所述盐分调制浓缩装置6包括依次连接的反应池61、浓水箱62、脱气塔64、加热器65和降膜蒸发器66,所述反应池61与高压反渗透装置5连接,加热器65与冷冻结晶装置7连接。
所述反应池61设有碳酸氢铵加药装置61a。
所述冷冻结晶装置7包括依次连接的冷却器71、冷冻结晶器72、晶浆罐73和母液器74。
所述母液器74还设有母液泵75,与冷冻结晶器72连接。
实施例6:一种高碱度废水盐分提取系统:
包括依次连通的膜浓缩系统和盐分提取系统;所述膜浓缩系统包括依次连接的一级弱酸阳床1、浓水反渗透装置2、管式微滤装置3、二级弱酸阳床4和高压反渗透装置5;所述盐分提取系统包括盐分调制浓缩装置6和冷冻结晶装置7。
所述盐分提取系统还设有杂盐结晶装置8,其与冷冻结晶装置7连接。
所述盐分调制浓缩装置6包括依次连接的反应池61、浓水箱62、脱气塔64、加热器65和降膜蒸发器66,所述反应池61与高压反渗透装置5连接,加热器65与冷冻结晶装置7连接。
所述反应池61设有碳酸氢铵加药装置61a。
所述浓水箱62和脱气塔64之间设有预热器63;所述脱气塔64和加热器65之间还设有循环泵67;所述加热器65和降膜蒸发器66之间还设有压缩机68。
还配有软水池9,所述软水池9与浓水反渗透装置2、高压反渗透装置5和盐分调制浓缩装置6连接。
以本实用新型实施例1为例说明其工作原理:
膜浓缩系统:反渗透浓水经脱盐系统浓缩后,其硬度和碱度均较高,需要进一步除硬,由于水中碱度较高而硬度较低,采用离子交换法去除硬度,反渗透浓水与一级弱酸阳床1中的钠离子交换树脂反应,Na+取代了反渗透浓水中的Ca2+、Mg2+离子,出水硬度不超过0.03mg/L。软化后的浓水由泵提升进入浓水反渗透装置2进行浓缩减量,产水进入软水池10回用。浓水反渗透浓水进入管式微滤装置3进行预处理,首先通过管式微滤装置3种第一反应池和第二反应池,在反应池中分别加入化学药剂去除硬度及二氧化硅,沉淀排泥进入污泥处理系统,出水进入管式膜,去除悬浮物,管式膜出水经酸调节pH值后进入二级弱酸阳床4除硬,再进入高压反渗透装置5进行高压浓缩,产水进入软水池9,高浓盐水进入盐分提取系统。混合后的软水池9产水水质可满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准,且电导率≤600μs/cm,是高品质的回用水。
盐分提取系统:膜浓缩后的高浓盐水进入反应池61,加药装置61a在反应池61中投NH4HCO3药剂,将水中的NaCl、Na2SO4盐类转化为NaHCO3,提高最终产品盐产量及纯度,反应后的高浓盐水经浓水箱62进入预热器63加热,再进入脱气塔63脱去浓水与碳酸氢铵反应生成的CO2,再经加热器65与部分蒸发冷凝水预热升温后,进入降膜蒸发器66进行浓缩,NaHCO3变为Na2CO3;脱气塔64和加热器65之间设有循环泵67,通过不断回流,将降膜蒸发器66底部废液送至顶部水流均布器,使其不断与蒸汽接触,提高蒸发效率;全部蒸汽冷凝液经收集后由泵送至蒸发器蒸馏水罐,与蒸发器蒸馏水混合后,进入板式换热器将显热释放给进水,然后进入软水池9,与其他产水混合后成为高品质回用水;加热器65和降膜蒸发器66之间设有压缩机68,用于提高蒸汽的饱和温度和压力,使料液在蒸发器内维持沸腾状态。浓水中盐分调制浓缩后最终通过冷冻结晶装置7,浓盐水经冷却器71进入冷冻结晶器72,在冷冻结晶器72内10℃下冷冻,形成10H2O·Na2CO3析出,未结晶盐浆进入晶浆罐73固液分离,液体进入母液器74,一部分经母液泵75回流冷冻结晶器72剩余母液进入蒸发结晶装置8得到杂盐,杂盐成分以NH4Cl和(NH4)2SO4为主,也可投加硫酸形成(NH4)2SO4产品盐,应用领域较广,最终可达到资源化利用。
Claims (10)
1.一种高碱度废水盐分提取系统,其特征在于,包括依次连通的膜浓缩系统和盐分提取系统;所述膜浓缩系统包括依次连接的一级弱酸阳床(1)、浓水反渗透装置(2)、管式微滤装置(3)、二级弱酸阳床(4)和高压反渗透装置(5);所述盐分提取系统包括盐分调制浓缩装置(6)和冷冻结晶装置(7)。
2.根据权利要求1所述高碱度废水盐分提取系统,其特征在于:所述盐分提取系统还设有杂盐结晶装置(8),其与冷冻结晶装置(7)连接。
3.根据权利要求1所述高碱度废水盐分提取系统,其特征在于:所述管式微滤装置(3)包括依次连接的第一反应槽、第二反应槽、浓缩槽和管式膜装置;所述第一反应槽设有第一加药装置(3a),第二反应槽设有第二加药装置(3b)。
4.根据权利要求1所述高碱度废水盐分提取系统,其特征在于:所述盐分调制浓缩装置(6)包括依次连接的反应池(61)、浓水箱(62)、脱气塔(64)、加热器(65)和降膜蒸发器(66),所述反应池(61)与高压反渗透装置(5)连接,加热器(65)与冷冻结晶装置(7)连接。
5.根据权利要求4所述高碱度废水盐分提取系统,其特征在于:所述反应池(61)设有碳酸氢铵加药装置(61a)。
6.根据权利要求4所述高碱度废水盐分提取系统,其特征在于:所述浓水箱(62)和脱气塔(64)之间设有预热器(63);所述脱气塔(64)和加热器(65)之间还设有循环泵(67);所述加热器(65)和降膜蒸发器(66)之间还设有压缩机(68)。
7.根据权利要求1所述高碱度废水盐分提取系统,其特征在于:所述冷冻结晶装置(7)包括依次连接的冷却器(71)、冷冻结晶器(72)、晶浆罐(73)和母液器(74)。
8.根据权利要求7所述高碱度废水盐分提取系统,其特征在于:所述冷冻结晶器(72)温度≤10℃。
9.根据权利要求7所述高碱度废水盐分提取系统,其特征在于:所述母液器(74)还设有母液泵(75),与冷冻结晶器(72)连接。
10.根据权利要求1所述高碱度废水盐分提取系统,其特征在于:还配有软水池(9),所述软水池(9)与浓水反渗透装置(2)、高压反渗透装置(5)和盐分调制浓缩装置(6)连接。
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