公布日：2022.11.04
申请日：2022.09.26
分类号：C02F9/10(2006.01)I
摘要
本发明涉及含盐废水处理技术领域，尤其是涉及一种含盐废水制备高浓度酸碱的系统及方法，其中，系统包括依次连接的储料箱、膜蒸馏机构、冷却结晶池和双极膜电渗析机构，所述双极膜电渗析机构包括依次连接的盐水箱、双极膜电渗析装置和集中冷却装置，所述冷却结晶池的出水口与所述盐水箱的入水口连通，且连通的通路上设置有一加热器。本发明的系统，可使双极膜电渗析产酸碱浓度大幅度提高，并且高效利用了系统中各个组成部分的热量和水资源，与传统制酸碱方法相比，本方法工艺简单灵活，且无污染物外排，运行成本较低，占地面积较小，该系统在以各种浓度盐水为原料制备工业用酸碱产品中具有较大的市场价值和经济价值。
权利要求书
1.一种含盐废水制备高浓度酸碱的系统，其特征在于，包括依次连接的储料箱（1）、膜蒸馏机构（2）、冷却结晶池（3）和双极膜电渗析机构，其中，所述双极膜电渗析机构包括依次连接的盐水箱（4）、双极膜电渗析装置和集中冷却装置（5），所述冷却结晶池（3）的出水口与所述盐水箱（4）的入水口连通，且连通的通路上设置有一加热器（6）；所述双极膜电渗析装置包括双极膜膜组件（7）、酸液箱（8）、碱液箱（9）和极液箱（10），所述盐水箱（4）与所述双极膜膜组件（7）的盐液入口连通，所述双极膜膜组件（7）的酸液出口、碱液出口、极液出口和淡盐水出口分别与所述酸液箱（8）、所述碱液箱（9）、所述极液箱（10）和所述膜蒸馏机构（2）连通，且其连通的通路上设置有集中冷却装置（5）；还包括循环冷却机构，所述循环冷却机构包括第一换热器（11）、第二换热器（12）、第三换热器（13）和冷却塔（14），所述第一换热器（11）设置在所述储料箱（1）和所述膜蒸馏机构（2）之间；所述第二换热器（12）设置在所述膜蒸馏机构（2）和所述冷却结晶池（3）之间；所述第三换热器（13）设置在所述膜蒸馏机构（2）的蒸汽出口和所述冷却塔（14）之间；所述冷却塔（14）的出水口与所述集中冷却装置（5）的入水口连通，所述集中冷却装置（5）的出水分别经所述第二换热器（12）和所述第三换热器（13）进入所述第一换热器（11），经所述第一换热器（11）后汇流至所述冷却塔（14）。
2.根据权利要求1所述的含盐废水制备高浓度酸碱的系统，其特征在于，所述膜蒸馏机构（2）内设置有电加热器、搅拌器和温度传感器。
3.根据权利要求1所述的含盐废水制备高浓度酸碱的系统，其特征在于，所述冷却结晶池（3）内设置有温度在线监测器和搅拌器。
4.根据权利要求1所述的含盐废水制备高浓度酸碱的系统，其特征在于，所述盐水箱（4）内可拆卸设置有过滤膜（15），所述过滤膜（15）将所述盐水箱（4）分割成第一容纳空间和第二容纳空间，所述第一容纳空间内设置有温度在线监测器和搅拌器；所述过滤膜（15）的材质包括醋酸纤维素、硝酸纤维素、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯和聚醚砜中的任意一种；所述第二容纳空间与所述双极膜膜组件（7）连通。
5.根据权利要求4所述的含盐废水制备高浓度酸碱的系统，其特征在于，所述第二容纳空间和所述双极膜膜组件（7）连通的通路上还设置有压力在线监测器（16）。
6.使用权利要求1-5任一项所述系统制备高浓度酸碱的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将含盐废水预热后排入膜蒸馏机构（2）中进行浓缩处理；S2、将膜蒸馏所得浓缩液冷却后排入冷却结晶池（3）；S3、将冷却结晶池（3）内的流体加热后排入盐水箱（4），经盐水箱（4）内过滤膜（15）过滤后由第二容纳空间进入双极膜膜组件（7）；S4、经双极膜电渗析处理，制得质量浓度在20-30%的酸液和碱液，经双极膜电渗析处理得到的淡盐液再次回到膜蒸馏机构（2），重复上述步骤；其中，步骤S1中，经预热后含盐废水的温度为40-50℃；步骤S2中，冷却结晶池（3）内冷却后浓缩液的温度为25-35℃；步骤S3中，经加热器（6）加热后，进入盐水箱（4）内流体的温度为38-42℃。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，冷却塔（14）为双极膜膜组件（7）所得酸液、碱液、极液和淡盐液的冷却提供冷却水，该冷却水进一步冷却膜蒸馏产生的浓缩液和蒸汽，吸收热量后对含盐废水进行预热，整个冷却水系统循环运行。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述浓缩处理时，开启搅拌和加热，并控制温度为105-115℃，反应时间为50-70min；步骤S4中，所述双极膜电渗析处理时，酸液箱（8）和碱液箱（9）内注入淡水，极液箱（10）内注入质量浓度为3-5%的氢氧化钠溶液，并控制反应时间为1-1.5h。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种含盐废水制备高浓度酸碱的系统，该系统显著提高了双极膜电渗析产酸碱的浓度，提高了含盐废水的回收价值；
本发明的第二目的在于提供一种含盐废水制备高浓度酸碱的方法，该方法高效利用了系统中各个组成部分的热量和水资源，同时大幅提高了双极膜电渗析产酸碱的浓度。
本发明提供一种含盐废水制备高浓度酸碱的系统，包括依次连接的储料箱、膜蒸馏机构、冷却结晶池和双极膜电渗析机构，其中，所述双极膜电渗析机构包括依次连接的盐水箱、双极膜电渗析装置和集中冷却装置，所述冷却结晶池的出水口与所述盐水箱的入水口连通，且连通的通路上设置有一加热器。
作为本技术方案优选地，所述双极膜电渗析装置包括双极膜膜组件、酸液箱、碱液箱和极液箱，所述盐水箱与所述双极膜膜组件的盐液入口连通，所述双极膜膜组件的酸液出口、碱液出口、极液出口和淡盐水出口分别与所述酸液箱、所述碱液箱、所述极液箱和所述膜蒸馏机构连通，且其连通的通路上设置有集中冷却装置。
作为本技术方案优选地，还包括循环冷却机构，所述循环冷却机构包括第一换热器、第二换热器、第三换热器和冷却塔，所述第一换热器设置在所述储料箱和所述膜蒸馏机构之间；所述第二换热器设置在所述膜蒸馏机构和所述冷却结晶池之间；所述第三换热器设置在所述膜蒸馏机构的蒸汽出口和所述冷却塔之间；所述冷却塔的出水口与所述集中冷却装置的入水口连通，所述集中冷却装置的出水分别经所述第二换热器和所述第三换热器进入所述第一换热器，经所述第一换热器后汇流至所述冷却塔。
作为本技术方案优选地，所述膜蒸馏机构内设置有电加热器、搅拌器和温度传感器。
作为本技术方案优选地，所述冷却结晶池内设置有温度在线监测器和搅拌器。
作为本技术方案优选地，所述盐水箱内可拆卸设置有过滤膜，所述过滤膜将所述盐水箱分割成第一容纳空间和第二容纳空间，所述第一容纳空间内设置有温度在线监测器和搅拌器；所述过滤膜的材质包括醋酸纤维素、硝酸纤维素、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯和聚醚砜中的任意一种；所述第二容纳空间与所述双极膜膜组件连通。
作为本技术方案优选地，所述第二容纳空间和所述双极膜膜组件连通的通路上还设置有压力在线监测器。
此外，本发明还提供了使用上述系统制备高浓度酸碱的方法，也理应属于本发明的保护范围，该方法具体包括以下步骤：
S1、将含盐废水预热后排入膜蒸馏机构中进行浓缩处理；
S2、将膜蒸馏所得浓缩液冷却后排入冷却结晶池；
S3、将冷却结晶池内的流体加热后排入盐水箱，经盐水箱内过滤膜过滤后由第二容纳空间进入双极膜膜组件；
S4、经双极膜电渗析处理，制得质量浓度在20-30%的酸液和碱液，经双极膜电渗析处理得到的淡盐液再次回到膜蒸馏机构，重复上述步骤；
其中，步骤S1中，经预热后含盐废水的温度为40-50℃；
步骤S2中，冷却结晶池内冷却后浓缩液的温度为25-35℃；
步骤S3中，经加热器加热后，盐水箱内流体的温度为38-42℃。
作为本技术方案优选地，冷却塔为双极膜膜组件所得酸液、碱液、极液和淡盐液的冷却提供冷却水，该冷却水进一步冷却膜蒸馏产生的浓缩液和蒸汽，吸收热量后对含盐废水进行预热，整个冷却水系统循环运行。
作为本技术方案优选地，步骤S1中，所述浓缩处理时，开启搅拌和加热，并控制温度为105-115℃，反应时间为50-70min；步骤S4中，所述双极膜电渗析处理时，酸液箱和碱液箱内注入淡水，极液箱内注入质量浓度为3-5%的氢氧化钠溶液，并控制反应时间为1-
1.5h。
本发明的含盐废水制备高浓度酸碱的系统，至少具有以下技术效果：
1、本发明的含盐废水制备高浓度酸碱的系统中，储料箱内的含盐废水经膜蒸馏机构处理后，可得到高浓度盐溶液和淡水，其中，高浓度盐溶液经冷却结晶池处理可得到饱和液或过饱和液至析出晶体，冷却结晶池内均一稳定的饱和液或含有部分晶体的过饱和液经加热后进入盐水箱，经盐水箱固液分离处理后，最终由双极膜电渗析装置制备出质量浓度20-30%的高浓度酸液和碱液，显著提高了含盐废水的回收价值；
2、本发明的含盐废水制备高浓度酸碱的系统中，在双极膜电渗析机构中设置盐水箱，可使双极膜电渗析装置处理近饱和的盐水，制备高浓度的酸碱液，同时可避免因饱和液晶体析出产生管道与膜堵塞问题；
3、本发明的含盐废水制备高浓度酸碱的系统中，在盐水箱之前设置的加热器和在盐水箱之后设置的压力在线监测器对系统起到了有效的保护作用，通过加热器控制温度，避免饱和盐溶液由于温度降低析出过量晶体，减少后续膜堵塞，减少了对膜组件的损耗；
4、本发明的含盐废水制备高浓度酸碱的系统中，还包括循环冷却机构，该循环冷却机构可用于为双极膜电渗析机构冷却、膜蒸馏机构换热及含盐废水预热，在循环冷却机构中，冷却水在不同温度梯度下（由低到高）吸收热量，采用先冷却后预热的热交换系统最大程度利用了系统的余热，有效提高了热能利用率，降低了热量损失；
5、本发明对膜蒸馏与双极膜的耦合技术进行了优化与改进，使两种工艺有机结合，可用于制备更高价值的酸碱液，也可用于高盐废水的终端资源化；
6、本发明的含盐废水制备高浓度酸碱的系统，可使双极膜电渗析产酸碱浓度大幅度提高，并且高效利用了系统中各个组成部分的热量和水资源，与传统制酸碱方法相比，本方法工艺简单灵活，且无污染物外排，运行成本较低，占地面积较小，该系统在以各种浓度盐水为原料制备工业用酸碱产品中具有较大的市场价值和经济价值。
（发明人：高阳;王顺启;田晓曼;张国柱;刘海洋;彭思伟;荆亚超;麻晓越;李飞;杨言）