CN220223915U - 一种钛白粉酸性废水回收系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及钛白粉酸性废水回收技术领域，特别涉及一种钛白粉酸性废水回收系统，解决了现有的钛白粉酸性废水处理系统存在成本较高、系统能耗高的缺陷。系统包括：依次连通的超滤组件、第一反渗透膜组件、纳滤膜组件、硫酸亚铁液罐、冷冻结晶装置，冷冻结晶装置远离硫酸亚铁液罐的一端连接有热泵系统，热泵系统远离冷冻结晶装置的一端设有第二反渗透膜组件，热泵系统用于吸收冷冻结晶装置的温度并转运至第二反渗透膜组件为其提供高温。通过多级的膜处理组件对钛白粉酸性废水中的稀硫酸和硫酸亚铁进行全资源利用，在有效利用废水中稀硫酸和硫酸亚铁的同时，无需外加石灰，降低了废水处理成本，而且无钛石膏产生，系统成本低，能耗低。
Description
技术领域
本实用新型涉及钛白粉酸性废水回收技术领域，特别涉及一种钛白粉酸性废水回收系统。
背景技术
当前钛白粉酸性废水处理主要采用二段中和法进行处理，即通过添加石灰中和酸性废水，鉴于钛白粉酸性废水中主要为稀硫酸和硫酸亚铁，直接加石灰中和至中性会在石膏中掺入Fe(OH)2或Fe(OH)3，导致石膏无法直接使用。因此之后升级为二段中和法，通过控制pH实现对Fe的分离。首先添加石灰至pH为2.5-3，此时生成石膏为白石膏；之后继续添加石灰，系统内亚铁离子在碱性条件下生成Fe(OH)2，混在石膏中，之后被氧化生成Fe(OH)3，形成红石膏，用作建材等。鉴于Fe(OH)3比Fe(OH)2溶度积更低，因此也有工艺将酸性废水中Fe2 +氧化成Fe3+最终生成红石膏。同时，钛白粉酸性废水产量较大，生产1t钛白粉可产生酸性废水60-100t，且其中稀硫酸和硫酸亚铁浓度较低，使用石灰石中和法处理经济性较差。
传统二段中和法需要投入大量的石灰作为中和剂，成本较高，且中和后生成的石膏产品中杂质较多(如Fe、重金属元素等)，难以直接利用，处理成本较高，且堆积管理需要占用较大场地，管理压力与环境压力较大。
实用新型内容
本实用新型旨在解决现有的钛白粉酸性废水处理系统存在成本较高、系统能耗高的缺陷，本实用新型提供一种钛白粉酸性废水回收系统，通过在系统中设置连接多级的过滤、浓缩装置，使得成本更低，且产水可回用，减少水资源浪费，环境友好；此外通过设置纳滤膜组件将钛白粉酸性废水中主要成分稀硫酸和硫酸亚铁进行分离，得到稀硫酸和硫酸亚铁晶体，并且无需外添石灰，无石膏产生，实现钛白粉酸性废水全资源利用，进一步节约了成本。
本实用新型的具体技术方案如下：
一种钛白粉酸性废水回收系统，包括：依次连通的超滤组件、第一反渗透膜组件、纳滤膜组件、硫酸亚铁液罐、冷冻结晶装置，所述冷冻结晶装置远离所述硫酸亚铁液罐的一端连接有热泵系统，所述热泵系统远离所述冷冻结晶装置的一端设有第二反渗透膜组件，所述热泵系统用于吸收所述冷冻结晶装置的温度并转运至所述第二反渗透膜组件为其提供高温。
工作及使用过程：在使用本系统进行钛白粉酸性废水回收时，将超滤组件的进口与钛白粉酸性废水流入端连接，钛白粉酸性废水流入超滤组件中，超滤组件对废水进行物理除杂，超滤组件去除酸性废水中的一些较大的悬浮物和二氧化钛等杂质，其中对二氧化钛的拦截效率可达99％以上，实现了对废水的第一步除杂、过滤。
废水再通过超滤组件物理除杂后流入第一反渗透膜组件，第一反渗透膜组件将除水以外的一切离子拦截，实现对酸性废水的第一次浓缩，浓缩液进入下一级的纳滤膜组件，而浓缩后的产水则进行回收利用。
浓缩液进入纳滤膜组件后，纳滤膜组件将大部分金属阳离子拦截，尤其对Fe2+的拦截效率可达99％以上，而稀硫酸的通过率可达到83％左右，经第一反渗透膜组件浓缩后的酸性废水通过纳滤膜组件后，可将稀硫酸和硫酸亚铁进行有效分离，此处纳滤膜组件将稀硫酸进行回收利用，而含硫酸亚铁的酸性废水则顺着另一出口流入硫酸亚铁液罐。
含硫酸亚铁的酸性废水流入硫酸亚铁液罐后进行储存，经过第一反渗透膜组件以及纳滤膜组件的浓缩，硫酸亚铁液罐内硫酸亚铁浓度较高。硫酸亚铁液罐与冷冻结晶装置连接，开启冷冻结晶装置，含硫酸亚铁的酸性废水流入冷冻结晶装置，根据硫酸亚铁溶解度随温度变化较大的特性，冷冻结晶装置通过降低温度使硫酸亚铁溶解度降低提取硫酸亚铁，将温度降至10-20℃冷冻结晶得到硫酸亚铁晶体。经过冷冻结晶后的酸性废水中仍有一部分硫酸亚铁未析出，通过第二反渗透膜组件进行浓缩，浓缩后的浓缩液继续进入冷冻结晶装置，产水则进行回收利用。
本系统在冷冻结晶装置和第二反渗透膜组件之间搭建一个热泵系统，即通过压缩机对制冷剂进行压缩，在冷冻结晶装置处，制冷剂由液体变为气体，蒸发吸热，降低了冷冻结晶处的温度；在第二反渗透膜组件处，制冷剂由气体变为液体，液化放热，提升了反渗透膜组件进水的温度，而进水温度越高，水通量也线性增加，提升了第二反渗透膜组件的浓缩效果，本系统只需提供少量的电能，就可将热量进行“搬运”，为冷冻结晶装置提供低温，为之后反渗透膜浓缩提供高温，降低整个系统能耗，且可提升浓缩效果。
进一步的，所述超滤组件的进口与钛白粉酸性废水流入端连接，所述超滤组件的出口连接所述第一反渗透膜组件的进口，所述超滤组件设有第一杂质排出口。
进一步的，所述第一反渗透膜组件的出口与纳滤膜组件的进口连接，所述第一反渗透膜组件设有第二杂质排出口，所述第一反渗透膜组件还设有第一排水口，所述第一排水口连接有循环水收集装置。
进一步的，所述纳滤膜组件的出口连接硫酸亚铁液罐的进口，所述纳滤膜组件还设有稀硫酸排出口。
进一步的，所述稀硫酸排出口连通有稀硫酸收集装置。
进一步的，所述硫酸亚铁液罐与所述冷冻结晶装置连接，所述冷冻结晶装置设有晶体排出口，所述晶体排出口连接有晶体收集装置。
进一步的，所述冷冻结晶装置与热泵系统连接，所述热泵系统吸收所述冷冻结晶装置的热量并转运至第二反渗透膜组件。
进一步的，所述第二反渗透膜组件的进口连接热泵系统，所述热泵系统将所吸收的热量转运至所述第二反渗透膜组件。
进一步的，所述第二反渗透膜组件还设有浓缩液出口和第二排水口，所述浓缩液出口连接冷冻结晶装置，所述第二排水口连接循环水收集装置。
和现有技术相比，本实用新型通过设置依次连通的超滤组件、第一反渗透膜组件、纳滤膜组件、硫酸亚铁液罐、冷冻结晶装置，并在冷冻结晶装置远离硫酸亚铁液罐的一端连接有热泵系统，热泵系统远离一端设有第二反渗透膜组件，热泵系统吸收冷冻结晶装置的温度，并转运至第二反渗透膜组件为其提供高温。通过多级的膜处理组件对钛白粉酸性废水中的稀硫酸和硫酸亚铁进行全资源利用，在有效利用废水中稀硫酸和硫酸亚铁的同时，无需外加石灰，降低了废水处理成本，而且无钛石膏产生，解决了现有的钛白粉酸性废水处理系统存在成本较高、系统能耗高的缺陷。
同时本系统在硫酸亚铁回收过程中，利用热泵技术，在冷冻结晶装置和第二道反渗透膜之间搭建一个热泵系统，只消耗少量的电能，即可对热量进行转移，为硫酸亚铁冷却结晶处提供低温，同时为第二反渗透膜组件进水提供高温，第二反渗透膜组件进水温度越高，水通量也线性增加，增强浓缩效果。可见，在系统中设置热泵系统，可明显降低系统的能耗，节能增效，具有极大的优越性。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种钛白粉酸性废水回收系统结构示意图一。
附图标识说明：
1、超滤组件；2、第一反渗透膜组件；3、纳滤膜组件；4、硫酸亚铁液罐；5、冷冻结晶装置；6、热泵系统；7、第二反渗透膜组件；8、稀硫酸收集装置；9、循环水收集装置；10、晶体收集装置。
具体实施例
请结合图1，本实用新型实施例提供一种钛白粉酸性废水回收系统，包括：依次连通的超滤组件1、第一反渗透膜组件2、纳滤膜组件3、硫酸亚铁液罐4、冷冻结晶装置5，所述冷冻结晶装置5远离所述硫酸亚铁液罐4的一端连接有热泵系统6，所述热泵系统6远离所述冷冻结晶装置5的一端设有第二反渗透膜组件7，所述热泵系统6用于吸收所述冷冻结晶装置5的温度并转运至所述第二反渗透膜组件7为其提供高温。
可以理解的是，在使用本系统进行钛白粉酸性废水回收时，将超滤组件1的进口与钛白粉酸性废水流入端连接，钛白粉酸性废水流入超滤组件1中，超滤组件1对废水进行物理除杂，超滤组件1去除酸性废水中的一些较大的悬浮物和二氧化钛等杂质，其中对二氧化钛的拦截效率可达99％以上，实现了对废水的第一步除杂、过滤。
进一步的，废水再通过超滤组件1物理除杂后流入第一反渗透膜组件2，第一反渗透膜组件2将除水以外的一切离子拦截，实现对酸性废水的第一次浓缩，浓缩液进入下一级的纳滤膜组件3，而浓缩后的产水则进行回收利用。
进一步的，浓缩液进入纳滤膜组件3后，纳滤膜组件3将大部分金属阳离子拦截，尤其对Fe2+的拦截效率可达99％以上，而稀硫酸的通过率可达到83％左右，经第一反渗透膜组件2浓缩后的酸性废水通过纳滤膜组件3后，可将稀硫酸和硫酸亚铁进行有效分离，此处纳滤膜组件3将稀硫酸进行回收利用，而含硫酸亚铁的酸性废水则顺着另一出口流入硫酸亚铁液罐4。
进一步的，含硫酸亚铁的酸性废水流入硫酸亚铁液罐4后进行储存，经过第一反渗透膜组件2以及纳滤膜组件3的浓缩，硫酸亚铁液罐4内硫酸亚铁浓度较高。硫酸亚铁液罐4与冷冻结晶装置5连接，开启冷冻结晶装置5，含硫酸亚铁的酸性废水流入冷冻结晶装置5，根据硫酸亚铁溶解度随温度变化较大的特性，冷冻结晶装置5通过降低温度使硫酸亚铁溶解度降低提取硫酸亚铁，将温度降至10-20℃冷冻结晶得到硫酸亚铁晶体。经过冷冻结晶后的酸性废水中仍有一部分硫酸亚铁未析出，通过第二反渗透膜组件7进行浓缩，浓缩后的浓缩液继续进入冷冻结晶装置5，产水则进行回收利用。
进一步的，本系统在冷冻结晶装置5和第二反渗透膜组件7之间搭建一个热泵系统6，即通过压缩机对制冷剂进行压缩，在冷冻结晶装置5处，制冷剂由液体变为气体，蒸发吸热，降低了冷冻结晶处的温度；在第二反渗透膜组件7处，制冷剂由气体变为液体，液化放热，提升了反渗透膜组件进水的温度，而进水温度越高，水通量也线性增加，提升了第二反渗透膜组件7的浓缩效果，本系统只需提供少量的电能，就可将热量进行“搬运”，为冷冻结晶装置5提供低温，为之后反渗透膜浓缩提供高温，降低整个系统能耗，且可提升浓缩效果。
本实用新型通过设置依次连通的超滤组件1、第一反渗透膜组件2、纳滤膜组件3、硫酸亚铁液罐4、冷冻结晶装置5，并在冷冻结晶装置5远离硫酸亚铁液罐4的一端连接有热泵系统6，热泵系统6远离一端设有第二反渗透膜组件7，热泵系统6吸收冷冻结晶装置5的温度，并转运至第二反渗透膜组件7为其提供高温。通过多级的膜处理组件对钛白粉酸性废水中的稀硫酸和硫酸亚铁进行全资源利用，在有效利用废水中稀硫酸和硫酸亚铁的同时，无需外加石灰，降低了废水处理成本，而且无钛石膏产生，解决了现有的钛白粉酸性废水处理系统存在成本较高、系统能耗高的缺陷。
同时本系统在硫酸亚铁回收过程中，利用热泵技术，在冷冻结晶装置5和第二道反渗透膜之间搭建一个热泵系统6，只消耗少量的电能，即可对热量进行转移，为硫酸亚铁冷却结晶处提供低温，同时为第二反渗透膜组件7进水提供高温，第二反渗透膜组件7进水温度越高，水通量也线性增加，增强浓缩效果。可见，在系统中设置热泵系统6，可明显降低系统的能耗，节能增效，具有极大的优越性。
在本实用新型的某些实施例中，所述超滤组件1的进口与钛白粉酸性废水流入端连接，所述超滤组件1的出口连接所述第一反渗透膜组件2的进口，所述超滤组件1设有第一杂质排出口。
可以理解的是，超滤组件1对废水进行物理除杂，超滤组件1去除酸性废水中的一些较大的悬浮物和二氧化钛等杂质，其中对二氧化钛的拦截效率可达99％以上，第一杂质排出口将杂质排出，实现了对废水的第一步除杂、过滤。
可选的，所述超滤组件1优选为超滤级别的陶瓷膜。
在本实用新型的某些实施例中，所述第一反渗透膜组件2的出口与纳滤膜组件3的进口连接，所述第一反渗透膜组件2设有第二杂质排出口，所述第一反渗透膜组件2还设有第一排水口，所述第一排水口连接有循环水收集装置9。
可以理解的是，第一反渗透膜组件2对废水中将除水以外的一切离子拦截，实现对酸性废水的第一次浓缩，浓缩液通过第一反渗透膜组件2的出口进入纳滤膜组件3，而浓缩后的产水则通过第一排出口进入循环水收集装置9进行回收利用，过滤的杂质通过第二杂质排出口排出。
在本实用新型的某些实施例中，所述纳滤膜组件3的出口连接硫酸亚铁液罐4的进口，所述纳滤膜组件3还设有稀硫酸排出口。
在本实用新型的某些实施例中，所述稀硫酸排出口连通有稀硫酸收集装置8。
可以理解的是，浓缩液进入纳滤膜组件3后，纳滤膜组件3将大部分金属阳离子拦截，尤其对Fe2+的拦截效率可达99％以上，而稀硫酸的通过率可达到83％左右，酸性废水通过纳滤膜组件3后，可将稀硫酸和硫酸亚铁进行有效分离，此处纳滤膜组件3将稀硫酸进行回收利用，稀硫酸通过稀硫酸排出口进入稀硫酸收集装置8，而含硫酸亚铁的酸性废水则顺着另一出口流入硫酸亚铁液罐4。
在本实用新型的某些实施例中，所述硫酸亚铁液罐4与所述冷冻结晶装置5连接，所述冷冻结晶装置5设有晶体排出口，所述晶体排出口连接有晶体收集装置10。
含硫酸亚铁的酸性废水流入硫酸亚铁液罐4后进行储存，经过第一反渗透膜组件2以及纳滤膜组件3的浓缩，硫酸亚铁液罐4内硫酸亚铁浓度较高。硫酸亚铁液罐4与冷冻结晶装置5连接，开启冷冻结晶装置5，含硫酸亚铁的酸性废水流入冷冻结晶装置5，根据硫酸亚铁溶解度随温度变化较大的特性，冷冻结晶装置5通过降低温度使硫酸亚铁溶解度降低提取硫酸亚铁，将温度降至10-20℃冷冻结晶得到硫酸亚铁晶体。硫酸亚铁晶体通过晶体排出口进入晶体收集装置10进行收集。
在本实用新型的某些实施例中，所述冷冻结晶装置5与热泵系统6连接，所述热泵系统6吸收所述冷冻结晶装置5的热量并转运至第二反渗透膜组件7。
在本实用新型的某些实施例中，所述第二反渗透膜组件7的进口连接热泵系统6，所述热泵系统6将所吸收的热量转运至所述第二反渗透膜组件7。
在本实用新型的某些实施例中，所述第二反渗透膜组件7还设有浓缩液出口和第二排水口，所述浓缩液出口连接冷冻结晶装置5，所述第二排水口连接循环水收集装置9。
可以理解的是，经过冷冻结晶后的酸性废水中仍有一部分硫酸亚铁未析出，通过第二反渗透膜组件7进行浓缩，浓缩后的浓缩液通过浓缩液出口回流入冷冻结晶装置5，而产水则通过第二排水口进入循环水收集装置9，对产水进行回收利用。
在冷冻结晶装置5和第二反渗透膜组件7之间搭建一个热泵系统6，即通过压缩机对制冷剂进行压缩，在冷冻结晶装置5处，制冷剂由液体变为气体，蒸发吸热，降低了冷冻结晶处的温度；在第二反渗透膜组件7处，制冷剂由气体变为液体，液化放热，提升了反渗透膜组件进水的温度，而进水温度越高，水通量也线性增加，提升了第二反渗透膜组件7的浓缩效果，本系统只需提供少量的电能，就可将热量进行“搬运”，为冷冻结晶装置5提供低温，为之后反渗透膜浓缩提供高温，降低整个系统能耗，且可提升浓缩效果。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原则之内所做的任何修改，等同替换和改进等均应包含本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种钛白粉酸性废水回收系统，其特征在于，包括：依次连通的超滤组件、第一反渗透膜组件、纳滤膜组件、硫酸亚铁液罐、冷冻结晶装置，所述冷冻结晶装置远离所述硫酸亚铁液罐的一端连接有热泵系统，所述热泵系统远离所述冷冻结晶装置的一端设有第二反渗透膜组件，所述热泵系统用于吸收所述冷冻结晶装置的温度并转运至所述第二反渗透膜组件为其提供高温。
2.如权利要求1所述的一种钛白粉酸性废水回收系统，其特征在于，所述超滤组件的进口与钛白粉酸性废水流入端连接，所述超滤组件的出口连接所述第一反渗透膜组件的进口，所述超滤组件设有第一杂质排出口。
3.如权利要求2所述的一种钛白粉酸性废水回收系统，其特征在于，所述第一反渗透膜组件的出口与纳滤膜组件的进口连接，所述第一反渗透膜组件设有第二杂质排出口，所述第一反渗透膜组件还设有第一排水口，所述第一排水口连接有循环水收集装置。
4.如权利要求3所述的一种钛白粉酸性废水回收系统，其特征在于，所述纳滤膜组件的出口连接硫酸亚铁液罐的进口，所述纳滤膜组件还设有稀硫酸排出口。
5.如权利要求4所述的一种钛白粉酸性废水回收系统，其特征在于，所述稀硫酸排出口连通有稀硫酸收集装置。
6.如权利要求5所述的一种钛白粉酸性废水回收系统，其特征在于，所述硫酸亚铁液罐与所述冷冻结晶装置连接，所述冷冻结晶装置设有晶体排出口，所述晶体排出口连接有晶体收集装置。
7.如权利要求6所述的一种钛白粉酸性废水回收系统，其特征在于，所述冷冻结晶装置与热泵系统连接，所述热泵系统吸收所述冷冻结晶装置的热量并转运至第二反渗透膜组件。
8.如权利要求7所述的一种钛白粉酸性废水回收系统，其特征在于，所述第二反渗透膜组件的进口连接热泵系统，所述热泵系统将所吸收的热量转运至所述第二反渗透膜组件。
9.如权利要求8所述的一种钛白粉酸性废水回收系统，其特征在于，所述第二反渗透膜组件还设有浓缩液出口和第二排水口，所述浓缩液出口连接冷冻结晶装置，所述第二排水口连接循环水收集装置。
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