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含鹽廢水資源化耦合集成系統和資源化方法

發布時間:2019-12-17 11:49:11  中國污水處理工程網

  申請日2019.09.11

  公開(公告)日2019.11.22

  IPC分類號C02F9/10

  摘要

  本發明涉及含鹽廢水的資源化耦合集成系統和資源化方法。所述系統包括預處理模塊、反滲透濃縮模塊、膜蒸餾濃縮模塊及雙極膜電滲析模塊;所述預處理模塊包括至少一級納濾單元;所述反滲透濃縮模塊包括多級反滲透濃縮單元;所述膜蒸餾濃縮模塊包括多級膜蒸餾濃縮單元;所述雙極膜電滲析模塊包括多級雙極膜電滲析單元;所述反滲透濃縮單元位于所述納濾單元和/或所述雙極膜電滲析單元的下游;所述膜蒸餾濃縮單元位于所述反滲透濃縮單元和/或所述雙極膜電滲析單元的下游。所述系統和方法為低含鹽廢水的資源化和零排放提供了高效低耗的途徑,分鹽效率高,濃縮酸堿的濃度高,降低了運行成本,具有較高的經濟價值。

  權利要求書

  1.含鹽廢水的資源化耦合集成系統,其特征在于,所述系統包括預處理模塊、反滲透濃縮模塊、膜蒸餾濃縮模塊及雙極膜電滲析模塊;

  所述預處理模塊包括至少一級納濾單元;

  所述反滲透濃縮模塊包括至少一級反滲透濃縮單元;所述膜蒸餾濃縮模塊包括至少一級膜蒸餾濃縮單元;所述雙極膜電滲析模塊包括至少一級雙極膜電滲析單元;

  所述反滲透濃縮單元位于所述納濾單元和/或所述雙極膜電滲析單元的下游;

  所述膜蒸餾濃縮單元位于所述反滲透濃縮單元和/或所述雙極膜電滲析單元的下游。

  2.根據權利要求1所述的系統,其特征在于,所述納濾單元包括進液口、納濾膜組件、單價鹽出液口和多價鹽出液口;

  優選地,所述納濾膜組件的膜材料選自聚酰胺復合材料、聚亞酰胺復合材料中的至少一種,更優選聚酰胺復合材料。

  3.根據權利要求1或2所述的系統,其特征在于,所述納濾單元包括第一納濾單元和第二納濾單元,在所述第一納濾單元和所述第二納濾單元之間設置單價鹽水平衡罐和多價鹽水平衡罐;

  優選地,所述第一納濾單元的進液口通過輸送泵與外部的含鹽廢水儲罐相連;所述第一納濾單元的單價鹽出液口與單價鹽水平衡罐相連;所述第一納濾單元的多價鹽出液口與多價鹽水平衡罐相連;

  所述第二納濾單元的進液口與所述多價鹽水平衡罐相連;所述第二納濾單元的單價鹽出液口與單價鹽水平衡罐相連;所述第二納濾單元的多價鹽出液口與多價鹽水平衡罐相連。

  4.根據權利要求3所述的系統,其特征在于,所述反滲透濃縮單元包括進液口、反滲透膜組件、能量回收器、濃水口和產水口;

  優選地,所述反滲透膜組件選自卷式或碟盤式;

  優選地,在所述第一納濾單元和/或所述第二納濾單元的下游設置第一反滲透濃縮單元;

  所述第一反滲透濃縮單元的進液口與所述單價鹽水平衡罐和/或所述多價鹽水平衡罐相連;所述第一反滲透濃縮單元的濃水口與濃水平衡罐相連;所述第一反滲透濃縮單元的產水口與所述第一納濾單元和第二納濾單元之間的多價鹽水平衡罐相連。

  5.根據權利要求4所述的系統,其特征在于,所述膜蒸餾濃縮單元包括多效膜蒸餾設備;所述多效膜蒸餾設備包括進液口、換熱器、膜蒸餾組件、濃水口及產水口;

  優選地,所述膜蒸餾組件選自板式、卷式、中空纖維式或耦合式;

  優選地,所述多效膜蒸餾設備的膜蒸餾過程為氣隙膜蒸餾和/或真空多效膜蒸餾,優選氣隙真空多效膜蒸餾;

  優選地,所述多效膜蒸餾設備的膜材料選自疏水性材料;進一步優選地,所述疏水性材料選自聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或它們各自的改性材料或共混合金材料中的至少一種。

  6.根據權利要求5所述的系統,其特征在于,在所述第一反滲透濃縮單元的下游設置第一膜蒸餾濃縮單元;

  所述第一膜蒸餾濃縮單元的進液口和濃水口均與所述濃水平衡罐相連;

  所述多效膜蒸餾設備的產水口與產水平衡罐相連。

  7.根據權利要求6所述的系統,其特征在于,多級所述雙極膜電滲析單元之間串聯和/或并聯;

  所述雙極膜電滲析單元包括雙極膜電滲析裝置;所述雙極膜電滲析裝置包括進液口、電滲析膜堆、堿液出口、酸液出口、鹽水出口;

  優選地,所述電滲析膜堆包括雙極膜、陰離子交換膜及陽離子交換膜;

  優選地,所述雙極膜電滲析裝置的進液口與所述濃水平衡罐相連;所述雙極膜電滲析裝置的酸液出口與酸液平衡罐相連;所述雙極膜電滲析裝置的堿液出口與堿液平衡罐相連;所述雙極膜電滲析裝置的鹽水出口與鹽水平衡罐相連。

  8.根據權利要求7所述的系統,其特征在于,在所述雙極膜電滲析單元的下游設置第二膜蒸餾濃縮單元;

  所述第二膜蒸餾濃縮單元的進液口與所述酸液平衡罐或所述堿液平衡罐相連相連;所述第二膜蒸餾濃縮單元的濃水口與外部酸液收集罐或堿液收集罐相連;所述第二膜蒸餾濃縮單元的產水口與外部產水收集罐相連。

  9.根據權利要求7所述的系統,其特征在于,在所述雙極膜電滲析單元的下游設置第二反滲透濃縮單元;

  所述第二反滲透濃縮單元的進液口與所述鹽水平衡罐相連;所述第二反滲透濃縮單元的濃水口與所述濃水平衡罐相連;所述第二反滲透濃縮單元的產水口與所述產水平衡罐相連。

  10.含鹽廢水的資源化方法,其特征在于,所述方法包括:

  將分鹽處理后的所述含鹽廢水進行濃縮、雙極膜電滲析處理;

  所述濃縮包括反滲透濃縮和膜蒸餾濃縮;

  優選地,所述方法采用權利要求1至9任一項所述的含鹽廢水的資源化耦合集成系統進行;

  所述納濾單元的納濾膜組件的操作壓力為0.5MPa~2MPa;

  所述反滲透濃縮單元的反滲透膜組件的操作壓力為2MPa~10MPa;

  所述膜蒸餾濃縮單元的操作溫度為40℃~100℃,優選為60℃~80℃;經過所述膜蒸餾濃縮單元濃縮獲得的濃水的濃度大于15wt.%,產水TDS小于40ppm;

  所述雙極膜電滲析單元的直流電場的操作電流密度為100A/m2~1000A/m2。

  說明書

  含鹽廢水的資源化耦合集成系統和資源化方法

  技術領域

  本發明涉及廢水處理、資源化領域,具體而言,涉及含鹽廢水的資源化耦合集成系統和資源化方法。

  背景技術

  在諸多工業生產活動中,均會產生大量濃度低于4%的單鹽或混鹽廢水,比如氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鋰等。目前,處理這類含鹽廢水的一般方法大多為濃縮分鹽或混鹽結晶,獲得的結晶鹽除了硫酸鋰外,其他鹽的經濟價值都偏低,甚至作為固體危廢處理。上述處理過程雖然能夠做到液體零排放處理,但所得的混鹽或單鹽結晶利用價值很低,無法降低零排放成本。

  雙極膜電滲析能夠利用鹽溶液制備酸和堿,提高鹽的利用價值,但如果進水鹽濃度低,耗電量會增大;產生的酸堿濃度也低于8%,需要進一步濃縮提高產品價值。現有的濃縮技術,比如多效蒸發和MVR都有腐蝕和能耗高的問題。

  因此,提供適合低含鹽量廢水的高效低耗、單價鹽與多價鹽有效分離的資源化系統和方法,十分具有現實意義和經濟效益。

  有鑒于此,特提出本發明。

  發明內容

  本發明的第一目的在于提供含鹽廢水的資源化耦合集成系統,所述系統基于納濾、反滲透、膜蒸餾與雙極膜電滲析的優化集成,為低含鹽廢水的資源化提供了高效、低成本的途徑,具有較高的經濟價值。

  本發明的第二目的在于提供含鹽廢水的資源化方法,所述方法高效低耗,分鹽效率高,濃縮酸堿的濃度高,最大限度提高了整體鹽水資源化,降低了運行成本。

  為了實現本發明的上述目的,特采用以下技術方案:

  含鹽廢水的資源化耦合集成系統,其包括預處理模塊、反滲透濃縮模塊、膜蒸餾濃縮模塊及雙極膜電滲析模塊;

  所述預處理模塊包括至少一級納濾單元;

  所述反滲透濃縮模塊包括至少一級反滲透濃縮單元;所述膜蒸餾濃縮模塊包括至少一級膜蒸餾濃縮單元;所述雙極膜電滲析模塊包括至少一級雙極膜電滲析單元;

  所述反滲透濃縮單元位于所述納濾單元和/或所述雙極膜電滲析單元的下游;

  所述膜蒸餾濃縮單元位于所述反滲透濃縮單元和/或所述雙極膜電滲析單元的下游。

  可選地,所述納濾單元包括進液口、納濾膜組件、單價鹽出液口和多價鹽出液口。

  可選地,所述納濾膜組件的膜材料選自聚酰胺復合材料、聚亞酰胺復合材料中的至少一種。

  可選地,所述納濾膜組件的膜材料為聚酰胺復合材料。

  可選地,所述納濾膜組件的操作壓力為0.5MPa~2MPa。

  可選地,所述納濾單元包括第一納濾單元和第二納濾單元,在所述第一納濾單元和所述第二納濾單元之間設置單價鹽水平衡罐和多價鹽水平衡罐。

  可選地,所述第一納濾單元的進液口通過輸送泵與外部的含鹽廢水儲罐相連;所述第一納濾單元的單價鹽出液口與單價鹽水平衡罐相連;所述第一納濾單元的多價鹽出液口與多價鹽水平衡罐相連;

  所述第二納濾單元的進液口與所述第一納濾單元的多價鹽水平衡罐相連;所述第二納濾單元的單價鹽出液口與單價鹽水平衡罐相連;所述第二納濾單元的多價鹽出液口與多價鹽水平衡罐相連。

  本發明中,納濾單元主要實現分鹽、除雜鹽等目的。

  可選地,所述反滲透濃縮單元包括進液口、反滲透膜組件、能量回收器、濃水口和產水口。

  可選地,所述反滲透膜組件選自卷式或碟盤式。

  可選地,所述反滲透膜組件的操作壓力為2MPa~10MPa。

  可選地,在所述第一納濾單元和/或所述第二納濾單元的下游設置第一反滲透濃縮單元。

  可選地,所述第一反滲透濃縮單元包括海水淡化反滲透膜設備。

  可選地,所述第一反滲透濃縮單元的進液口與所述多價鹽水平衡罐相連;所述第一反滲透濃縮單元的濃水口與濃水平衡罐相連;所述第一反滲透濃縮單元的產水口與所述第一納濾單元和第二納濾單元之間的多價鹽水平衡罐相連。

  所述能量回收器用于回收所述反滲透濃縮單元濃水所帶的能量。

  所述第一反滲透濃縮單元的主要作用在于,實現低鹽含量的淡鹽水的預濃縮或初步濃縮。所述第一反滲透濃縮單元可以獨立地設置多個,設置方式可以選擇互相串聯和/或并聯。

  可選地,所述膜蒸餾濃縮單元包括多效膜蒸餾設備;所述多效膜蒸餾設備包括進液口、換熱器、膜蒸餾組件、濃水口及產水口。

  可選地,所述膜蒸餾組件選自板式、卷式、中空纖維式或耦合式。

  可選地,所述膜蒸餾濃縮單元的操作溫度為40℃~100℃,優選操作溫度為60℃~80℃;經過所述膜蒸餾濃縮單元濃縮獲得的濃水的濃度大于15wt.%,產水TDS小于40ppm。

  所述膜蒸餾濃縮單元工作時,可以采用70~150℃的余熱或低品熱源加熱,如低品蒸汽、空壓機、冷凍機等設備運行產生的余熱、煙氣廢熱、冷卻水等工藝廢熱,或與太陽能設備耦合進行加熱,外部熱源通過換熱器與設備相接。

  可選地,所述多效膜蒸餾設備的膜蒸餾過程為氣隙膜蒸餾和/或真空多效膜蒸餾,優選氣隙真空多效膜蒸餾。

  可選地,所述多效膜蒸餾設備的膜材料選自疏水性材料。

  可選地,所述疏水性材料選自聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或它們各自的改性材料或共混合金材料中的至少一種。

  可選地,在所述第一反滲透濃縮單元的下游設置第一膜蒸餾濃縮單元;所述第一膜蒸餾濃縮單元的進液口和濃水口均與所述濃水平衡罐相連;所述多效膜蒸餾設備的產水口與產水平衡罐相連。

  所述第一膜蒸餾濃縮單元可以獨立地設置多個,設置方式可以選擇互相串聯和/或并聯。

  所述第一膜蒸餾濃縮單元的主要作用在于,對經過第一反滲透濃縮單元初步濃縮得到的濃縮鹽水進行進一步濃縮,將鹽水濃度濃縮至15%以上,將產水TDS降至40ppm以下。

  可選地,當設置多級所述雙極膜電滲析單元時,多級所述雙極膜電滲析單元之間串聯和/或并聯。

  可選地,所述雙極膜電滲析單元包括雙極膜電滲析裝置;所述雙極膜電滲析裝置包括進液口、電滲析膜堆、堿液出口、酸液出口、鹽水出口。

  可選地,所述電滲析膜堆包括雙極膜、陰離子交換膜及陽離子交換膜。

  可選地,所述雙極膜、所述陰離子交換膜及所述陽離子交換膜均為均相膜。

  可選地,所述雙極膜電滲析裝置的進液口與所述濃水平衡罐相連;所述雙極膜電滲析裝置的酸液出口與酸液平衡罐相連;所述雙極膜電滲析裝置的堿液出口與堿液平衡罐相連;所述雙極膜電滲析裝置的鹽水出口與鹽水平衡罐相連。

  可選地,所述雙極膜電滲析單元的直流電場的操作電流密度為100A/m2~1000A/m2。

  所述雙極膜電滲析單元的作用主要在于,在上游的濃縮液的基礎上,實現酸、堿的制備、分離與收集,上游鹽水制酸堿后的濃度降至2%以下,所排出的出水中酸、堿的濃度最高可達8%。

  可選地,在所述雙極膜電滲析單元的下游設置第二膜蒸餾濃縮單元;所述第二膜蒸餾濃縮單元的進液口與所述酸液平衡罐或所述堿液平衡罐相連相連;所述第二膜蒸餾濃縮單元的濃水口與外部酸液收集罐或堿液收集罐相連;所述第二膜蒸餾濃縮單元的產水口與外部產水收集罐相連。

  所述第二膜蒸餾濃縮單元可以獨立地設置多個,設置方式可以選擇互相串聯和/或并聯。

  所述第二膜蒸餾濃縮單元的主要作用在于,進一步將上游制備、分離、收集到的酸、堿進行濃縮,使得濃縮酸濃度大于15%,不揮發酸可達40%;濃縮堿濃度可達40%;產水TDS小于40ppm,如果是濃縮鹽酸,產水鹽酸濃度低于1%。

  可選地,在所述雙極膜電滲析單元的下游設置第二反滲透濃縮單元;所述第二反滲透濃縮單元的進液口與所述鹽水平衡罐相連;所述第二反滲透濃縮單元的濃水口與所述濃水平衡罐相連;所述第二反滲透濃縮單元的產水口與所述產水平衡罐相連。

  所述第二反滲透濃縮單元可以獨立地設置多個,設置方式可以選擇互相串聯和/或并聯。

  所述第二反滲透濃縮單元的主要作用在于,進一步將雙極膜電滲析單元產生的低濃度鹽水進行濃縮,從而實現回用、不外排的目的。

  本發明中,鹽水、淡鹽水或低鹽含量鹽水中的鹽分包括但不限于氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鋰、氯化鋰。

  本發明中,各功能模塊還可以包括用于輔助完成物料傳輸的組件,例如“泵”。具體地,例如,納濾單元和反滲透濃縮單元還可以獨立地包括“高壓泵”,膜蒸餾濃縮單元還可以包括真空泵和循環泵,各平衡罐之間也可以通過循環泵和/或輸送泵實現物料傳輸。

  根據本發明的另一目的,提供了含鹽廢水資源化方法,其包括:

  將經過預處理模塊預處理后的所述含鹽廢水導入反滲透濃縮模塊、膜蒸餾濃縮模塊及雙極膜電滲析模塊進行處理。

  可選地,所述方法采用上述任一含鹽廢水資源化耦合集成系統進行。

  與現有技術相比,本發明的有益效果包括:

  (1)本發明提供的含鹽廢水的資源化耦合集成系統和資源化方法,基于納濾、反滲透、膜蒸餾與雙極膜電滲析的優化集成,為低含鹽廢水的資源化和零排放提供了高效、低成本的途徑,具有較高的經濟價值。

  (2)本發明提供的含鹽廢水的資源化耦合集成系統和資源化方法,多段納濾單元的分鹽率高,能夠實現混鹽的高效分離,提高了回收鹽的利用價值。

  (3)本發明提供的含鹽廢水的資源化耦合集成系統和資源化方法,充分利用多效膜蒸餾可以用余熱或低品熱驅動且在低溫下運行,具有熱能多次利用的多效設計,降低了運行成本。

  (4)根據本發明提供的含鹽廢水的資源化耦合集成系統和資源化方法,將膜蒸餾濃縮單元與雙極膜電滲析單元相結合,在降低運行成本的同時高效地實現了酸、堿的制備、分離及濃縮,制備得到的酸、堿的濃度高、利用價值提高。(發明人高永鋼;史志偉;李心儀)

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