高盐废水双极膜电渗析装置及处理系统
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申请日 2020.04.17
公开（公告）日 2020.12.15
IPC分类号 C02F9/06; C02F9/10; B01D61/48; C02F1/469
摘要
本实用新型涉及高盐废水处理技术领域，尤其是涉及一种高盐废水双极膜电渗析装置及处理系统，其中，双极膜电渗析装置包括第一盐室、双极膜组件、第二盐室、酸室和碱室；所述第一盐室和所述双极膜组件相连通；所述双极膜组件的输出端连接有所述酸室和所述碱室，且所述酸室和所述碱室并连；所述第二盐室的一端与所述双极膜组件连通，另一端与所述第一盐室连通，且所述第一盐室和所述第二盐室连通的通路上设置有一控制阀。本实用新型的双极膜电渗析装置采用多盐室运行处理，同一批次废水可实现恒定浓度进料和多次处理，该装置可在有限双极膜组件的前提下，制备出浓度和纯度更高的酸碱液，实现高盐废水的资源化处理。
权利要求书
1.一种高盐废水双极膜电渗析装置，其特征在于，包括第一盐室(1)、双极膜组件(2)、第二盐室(3)、酸室(4)和碱室(5)；
所述第一盐室(1)和所述双极膜组件(2)相连通；所述双极膜组件(2)的输出端连接有所述酸室(4)和所述碱室(5)，且所述酸室(4)和所述碱室(5)并连；
所述第二盐室(3)的一端与所述双极膜组件(2)连通，另一端与所述第一盐室(1)连通，且所述第一盐室(1)和所述第二盐室(3)连通的通路上设置有一控制阀。
2.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于，所述酸室(4)、所述碱室(5)、所述第一盐室(1)和所述第二盐室(3)的体积相同，并且内部均设置有液位计(6)；
所述酸室(4)和所述碱室(5)上均设置有电导率仪(7)。
3.根据权利要求1所述的双极膜电渗析装置，其特征在于，所述控制阀为单向阀(8)。
4.一种高盐废水处理系统，其特征在于，包括预处理机构(9)、浓缩机构(10)、贮水池(11)和权利要求1-3任一项所述的双极膜电渗析装置；
所述预处理机构(9)、所述浓缩机构(10)、所述贮水池(11)和所述双极膜电渗析装置依次连通；
其中，所述贮水池(11)与所述第一盐室(1)连通，且连通的通路上设置有第一球阀(12)；所述第二盐室(3)与所述浓缩机构(10)反向连通，且连通的通路上设置有第二球阀(13)。
5.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，还包括缓冲池(14)，所述缓冲池(14)设置在所述第二球阀(13)与所述浓缩机构(10)之间的通路上；
所述碱室(5)与所述缓冲池(14)连通，且连通的通路上设置有第三球阀(15)。
6.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述预处理机构(9)包括反应池(16)、超滤装置(17)和离子交换树脂(18)；
所述反应池(16)、所述超滤装置(17)和所述离子交换树脂(18)依次连通；
所述离子交换树脂(18)与所述浓缩机构(10)连通。
7.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述浓缩机构(10)为反渗透装置、均相膜电渗析装置或膜蒸馏装置中的任意一种。
8.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述贮水池(11)上设置有pH在线监测仪和电导率仪(7)。
9.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述缓冲池(14)上设置有投药部件和pH在线监测仪。
说明书
一种高盐废水双极膜电渗析装置及处理系统
技术领域
本实用新型涉及高盐废水处理技术领域，尤其是涉及一种高盐废水双极膜电渗析装置及处理系统和方法。
背景技术
目前，国内燃煤电厂、煤化工、冶金、钢铁、石化等行业烟气超低排放、废水零排放工艺越来越成熟，但在上述领域许多水处理工艺中会产生大量工业废水，而多数废水中含有较高浓度的盐组分。含盐废水通常指总溶解固体大于3.5％的废水，并且存在Na+、Mg2+、Ca2+、Cl-等与其生产工艺相关的离子组分。因此，在工业废水处理过程中，多数面临处理高盐废水的问题，工业含盐废水相对于其他种类废水处理难度更大，且存在资源化过程产率低、处理成本高、易生成废弃副产物的问题。
双极膜是一种新型离子交换复合膜，通常由阳离子交换层、阴离子交换层以及中间的界面亲水层复合而成的，在反向施加电压条件下，带电离子向两边的主体溶液发生迁移，在双极膜的两侧分别得到氢离子和氢氧根离子，通过与废水中离子的结合，实现废水的资源化处理，该方法可在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱。因此，随着环保力度的加强，采用该技术处理工业无机盐浓水是可行的，该技术作为环保经济型技术具有较好的发展应用前景。
但是，现有技术中的双极膜电渗析装置因盐室和双极膜组件的设置缺陷，盐室无法持续向双极膜组件供应恒定浓度的含盐废水，并且双极膜组件的利用率低，导致无法获得较高浓度和纯度的酸碱液。因此，随着环保要求逐步提高，针对目前双极膜电渗析装置存在的缺点，开发适应性强、运行成本低的高盐废水双极膜电渗析处理技术非常有必要。
实用新型内容
本实用新型的第一目的在于提供一种高盐废水双极膜电渗析装置，该双极膜电渗析装置可实现恒定浓度进料和多次处理；
本实用新型的第二目的在于提供一种高盐废水处理系统，旨在降低高盐废水的处理难度，实现高盐废水的资源化利用。
本实用新型提供一种高盐废水双极膜电渗析装置，包括第一盐室、双极膜组件、第二盐室、酸室和碱室；所述第一盐室和所述双极膜组件相连通；所述双极膜组件的输出端连接有所述酸室和所述碱室，且所述所述酸室和所述碱室并连；所述第二盐室的一端与所述双极膜组件连通，另一端与所述第一盐室连通，且所述第一盐室和所述第二盐室连通的通路上设置有一控制阀。
本实用新型的双极膜电渗析装置，包括双极膜组件、第一盐室、第二盐室、酸室和碱室，其中，第一盐室、双极膜组件和第二盐室依次连通，第二盐室与第一盐室连通，其连通的通路上设置有一控制阀，而酸室、碱室均与双极膜组件连通。使用该装置处理高盐废水时，首先，关闭控制阀，将第一盐室的废水输送至双极膜组件，因第一盐室持续以恒定盐浓度向双极膜组件供应废水，经双极膜组件处理后可得到高浓度的酸碱液，有效解决了现有双极膜电渗析装置盐室无法持续向双极膜组件供应恒定浓度含盐废水的缺陷，导致无法获得较高浓度的酸碱液，经双极膜组件处理后得到的酸碱液分别进入酸室和碱室存储，经双极膜组件处理后的废水被输送至第二盐室，完成第一批次的处理；然后打开第一盐室和第二盐室之间的控制阀，将第二盐室的所有废水均泵入第一盐室，关闭控制阀，同时，取出酸室和碱室中的酸碱液，更换为与第一盐室废水同体积的淡水初始液，此时，由第一盐室继续向双极膜组件中持续供应恒定浓度的废水，由双极膜组件进行第二批次处理。按照上述过程对废水重复处理多次，最终将处理后剩余的废水由第二盐室排出，由此在每次处理时第一盐室均可持续向双极膜组件供应恒定浓度的含盐废水，提高了双极膜组件的利用率低，获得了较高浓度和纯度的酸碱液，进而大大提高了高盐废水的资源化利用。
进一步，所述酸室、所述碱室、所述第一盐室和所述第二盐室的体积相同，并且内部均设置有液位计；
所述酸室和所述碱室上均设置有电导率仪。
本实用新型中的酸室、碱室和第一盐室和第二盐室的体积相同，并且内部设置有液位计，使用本装置处理高盐废水之前，酸室和碱室中有与第一盐室废水相同体积的淡水初始液，当双极膜组件处理废水时，由第一盐室向双极膜组件供应废水，由酸室和碱室向双极膜组件供应淡水初始液，由此，双极膜组件解离得到氢离子和氢氧根离子，通过与废水中阳离子及阴离子的结合，实现废水的资源化处理。而酸室和碱室上设置的电导率仪，可实时监控酸碱液的电导率，进而通过酸碱液电导率的大小判断是否有必要继续对废水进行处理，以便在提高废水利用率的同时，降低废水处理成本。
进一步，所述控制阀为单向阀。
第一盐室与第二盐室之间的控制阀为单向阀，即第二盐室内的废水仅可向第一盐室输送，而第一盐室的废水不能回流到第二盐室。由此保证第二盐室的废水完全输送至第一盐室，并由第一盐室持续向双极膜组件供应恒定浓度的废水。
本实用新型还公开了一种高盐废水处理系统，包括预处理机构、浓缩机构、贮水池和上述双极膜电渗析装置；
所述预处理机构、所述浓缩机构、所述贮水池和所述双极膜电渗析装置依次连通；
其中，所述贮水池与所述第一盐室连通，且连通的通路上设置有第一球阀；所述第二盐室与所述浓缩机构反向连通，且连通的通路上设置有第二球阀。
本实用新型公开的高盐废水处理系统中预处理机构、浓缩机构、贮水池和双极膜电渗析装置依次连通。这样，根据废水进水水质，预处理机构对高盐废水进行降低废水硬度、降低重金属离子含量、去除悬浮物和调节pH等处理，以使预处理后的高盐废水pH调至7-8，钙镁离子含量降至低于5ppm，浊度低于1NUT，进而满足后续进水要求。浓缩机构主要是对高盐废水进行浓缩处理，以进一步提高废水中盐组分的浓度，使高盐废水浓度较高且水质满足双极膜组件的要求。贮水池用于存放满足双极膜电渗析装置进水要求的废水，如高盐工业废水浓度和水质满足要求，可不经预处理机构和浓缩机构处理而直接排入贮水池。贮水池与第一盐室连通，且连通的通路上设置有第一球阀，第二盐室与浓缩机构反向连通，且连通的通路上设置有第二球阀。即当贮水池向第一盐室注水时，打开第一球阀，当贮水完成后，关闭第一球阀，由此可保证第一盐室中废水浓度的恒定；第二盐室与浓缩机构反向连通，且连通的通路上设置有第二球阀，由此当无需继续对废水进行重复处理后，仅需打开第二球阀，直接将废水排至浓缩机构，由浓缩机构对废水进一步浓缩后，再重复上述处理过程即可。本实用新型的高盐废水处理系统，通过预处理机构、浓缩机构、贮水池和双极膜电渗析装置的组合，可将废水以恒定盐浓度向双极膜电渗析装置供应废水，有效提高了高盐废水的酸碱转化率，并且提高了处理系统利用率，降低了高盐废水的处理成本。
进一步，还包括缓冲池，所述缓冲池设置在所述第二球阀与所述浓缩机构之间的通路上；
所述碱室与所述缓冲池连通，且连通的通路上设置有第三球阀。
本实用新型的高盐废水处理系统还包括缓冲池，缓冲池设置在第二球阀与浓缩机构之间的通路上，并且碱室与缓冲池连通。经双极膜组件多次处理后的废水呈酸性，因此，在第二盐室和浓缩机构之间设置有缓冲池，用于调节废水的酸碱值，而缓冲池与碱室连通，碱室中回收得到的碱液可直接用于缓冲池，当缓冲池中的废水pH稳定在7-8时，将缓冲池的废水泵入浓缩机构，以进一步浓缩处理并重复前述步骤。
进一步，所述预处理机构包括反应池、超滤装置和离子交换树脂；
所述反应池、所述超滤装置和所述离子交换树脂依次连通；
所述离子交换树脂与所述浓缩机构连通。
预处理机构中反应池、超滤装置和离子交换树脂依次连通，在反应池中依次投加碱性试剂、重金属螯合剂和絮凝剂，分别调节废水酸碱度、去除重金属离子、降低废水中的固体悬浮物；超滤装置中的超滤膜只允许溶液中的溶剂(如水分子)、无机盐及小分子有机物透过，而将溶液中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质截留，从而达到净化和分离的目的；离子交换树脂可进一步降低废水硬度和重金属杂质含量。将高盐废水依次经预处理机构中的反应池、超滤装置和离子交换树脂处理，不仅可提高预处理机构的利用率，而且可使废水水质满足后续工艺的进水要求。
进一步，所述浓缩机构为反渗透装置、均相膜电渗析装置或膜蒸馏装置中的任意一种。
本实用新型的浓缩机构可使用反渗透装置、均相膜电渗析装置或膜蒸馏装置，具体可根据所需酸碱产品的浓度选择浓缩设置。
本实用新型还公开了一种高盐废水的处理方法，包括以下步骤：
S1、将高盐废水的pH调至7-8，并将废水中钙镁含量降至5ppm以下，浊度降至1NUT以下；
S2、将高盐废水浓缩处理至盐组分的质量浓度为7-20％；
S3、将浓缩处理后的废水由第一盐室输送至双极膜组件，经双极膜组件处理得到的酸液和碱液分别进入酸室和碱室，经双极膜组件处理后的废水泵入第二盐室，完成第一批次处理；
S4、打开控制阀，将第二盐室中的废水泵入第一盐室中，关闭控制阀，由第一盐室将废水输送至双极膜组件，重复步骤S3；
S5、当酸室中酸液或碱室中碱液的浓度≤2.5％时，关闭控制阀，将第二盐室中的废水浓缩处理，重复步骤S2、S3、S4和S5。
本实用新型的高盐废水处理方法，包括以下步骤，首先，将高盐废水的pH调至7-8，并将废水中钙镁含量降至5ppm以下，浊度降至1NUT以下，预处理的过程可将高盐废水的水质调至满足双极膜电渗析装置的进水要求，进而提高双极膜电渗析装置处理废水的效率；然后，将高盐废水浓缩处理至盐组分的质量浓度为7-20％，研究表明，当废水中盐组分的质量浓度为7-20％时，双极膜电渗析装置离解率较高，产生的酸碱液浓度较高，由此可提高废水的资源利用率；将浓缩后的废水进行双极膜电渗析，首先，将浓缩处理后的废水由第一盐室持续向双极膜组件输送恒定盐浓度的废水，经双极膜组件处理得到的酸液和碱液分别进入酸室和碱室，经双极膜组件处理后的废水泵入第二盐室，完成第一批次处理；然后，将第二盐室中的废水泵入第一盐室中，并由第一盐室继续向双极膜组件输送恒定盐浓度的废水，重复上述处理过程。最后，当酸室中酸液或碱室中碱液的浓度≤2.5％时，如继续使用双极膜组件处理离解率降低，设备利用率降低，处理成本增大，因此，需将第二盐室中的废水浓缩处理后，再进行上述步骤。综上，本实用新型的高盐废水处理方法适应性强、运行成本低，可实现高盐废水的资源化处理。
进一步，步骤S3还包括，待经双极膜组件处理得到的酸液和碱液分别进入酸室和碱室后，将酸室中酸液和碱室中碱液取出，并更换为淡水初始液，完成第一批次处理。
本实用新型的步骤S3还包括，待经双极膜组件处理得到的酸液和碱液分别进入酸室和碱室后，将酸室中酸液和碱室中碱液取出，并更换为与第一盐室废水同体积的淡水初始液，以备下次酸室和碱室为双极膜组件提供所需离解的淡水，实现双极膜组件处理过程的循环。
进一步，步骤S5具体包括：当酸室中酸液或碱室中碱液的浓度≤2.5％时，关闭控制阀，将第二盐室中的废水排至缓冲池中，将废水pH调至7-8，后重复步骤S2、S3、S4和S5。
研究表明，当酸室中酸液或碱室中碱液的浓度≤2.5％时，即酸室中酸液电导率低于250ms/cm或碱室中碱液的电导率低于130ms/cm时，废水的盐组分利用率降低，继续使用双极膜组件处理只会增加设备使用成本，因此，此时可将第二盐室中的废水排至缓冲池，由缓冲池将废水pH调至7-8后，再重复步骤S2、S3、S4和S5。
本实用新型的高盐废水双极膜电渗析装置，与现有技术相比，具有以下技术效果：
本实用新型的双极膜电渗析装置包括双极膜组件、第一盐室、第二盐室、酸室和碱室，第一盐室中的废水以恒定的浓度向双极膜组件提供原料，废水在双极膜组件的作用下产生酸液和碱液，酸液和碱液分别被输送至酸室和碱室进行贮存，而经双极膜组件处理后的废水泵入第二盐室，通过调节控制阀，将第二盐室中的废水输送至第一盐室，然后关闭控制阀，由第一盐室继续向双极膜组件提供恒定浓度的废水，重复上述处理。本实用新型的双极膜电渗析装置采用多盐室运行处理，同一批次废水可实现恒定浓度进料和多次处理，在有限双极膜组件的前提下，可制备出浓度和纯度更高的酸碱液，实现高盐废水的资源化处理。
发明人 （高阳;刘海洋;王建龙;谷小兵;白玉勇;李飞;荆亚超;麻晓越;杨言;彭思伟;刘晓静;）
免费方案咨询电话：400-806-2366 ，如需技术支持请直拨：185-8245-5006
养殖污水处理_煤矿印染污水处理设备厂家
