处理盐水的系统和方法与流程

本发明公开的实施方式涉及处理盐水的系统和方法。

背景技术：

煤化工企业在生产过程中会产生大量含盐的废水，这些废水往往具有很高的总溶解固体和总有机碳，需要进行进一步处理或回收利用，以满足现行环境法规对于煤化工企业零排放的强制性要求。

在现有技术中，可通过热结晶法对废水进行处理，从而得到固态盐和蒸馏水，然而，这种固态盐通常为两种或两种以上的盐的混合物，通常称为“混盐”，是危险废物的一种，对其进行处理存在很大的难度，且处理费用高昂。

另一种现有方法是直接从从废水中回收酸和碱，然而，这种酸通常为两种或两种以上的酸的混合物，通常称为“混酸”，其也属于危险废物，不可直接排放，也很难对其进行再利用。

因此，有必要提供一种新的处理盐水的系统和方法，以解决如上所述的至少一个问题。

技术实现要素：

一种处理盐水的方法包括用第一电渗析装置对包括第一盐、第二盐及至少一种有机物的盐水进行处理，其中，所述第一盐包括第一阳离子和一价阴离子，所述第二盐包括第二阳离子和多价阴离子，得到包括所述第一阳离子的碱、包括所述一价阴离子的酸，及包括所述第二盐和所述至少一种有机物的第一出水，所述第一电渗析装置包括能使所述一价阴离子透过且阻挡所述多价阴离子的第一阴离子交换膜；及从所述第一出水中去除所述第二盐和所述至少一种有机物，以得到盐浓度和有机物浓度降低的产水；其中，所述从第一出水中去除第二盐的步骤包括使至少一部分所述第一出水中的第二盐结晶，以得到第二盐晶体。

一种处理盐水的系统包括第一电渗析装置、第二盐去除装置和有机物去除装置。所述第一电渗析装置包括能使一价阴离子透过且阻挡多价阴离子的第一阴离子交换膜，该第一电渗析装置用于对所述包括第一盐、第二盐及至少一种有机物的盐水进行处理，其中，所述第一盐包括第一阳离子和一价阴离子，所述第二盐包括第二阳离子和多价阴离子，得到包括所述第一阳离子的碱、包括所述一价阴离子的酸，及包括所述第二盐和所述至少一种有机物的第一出水。第二盐去除装置与所述第一电渗析装置相通，用于去除所述第一出水中的所述第二盐。有机物去除装置与所述第一电渗析装置相通，用于去除所述第一出水中的所述至少一种有机物。其中，所述第二盐去除装置包括结晶装置，其用于使至少一部分所述第一出水中的第二盐结晶，以得到第二盐晶体。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：

图1为根据本发明的一具体实施方式的处理盐水的系统的示意图；

图2为根据本发明的另一具体实施方式的处理盐水的系统的示意图；

图3为一种可用于图1或图2所示系统中的第一电渗析装置的示意图；

图4为根据本发明的一具体实施方式的处理盐水的方法的流程示意图；

图5为根据本发明的另一具体实施方式的处理盐水的方法的流程示意图；及

图6为根据本发明的另一具体实施方式的处理盐水的方法的流程示意图。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。

除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

本发明提及的“盐水”涉及包括第一盐、第二盐、至少一种有机物和水的混合物，其还可能包括：钙离子、镁离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子、氢氧根离子、重金属离子、硅、氟离子、固体杂质或其组合，其可能为煤化工等高污染产业产生的高浓盐水、含盐废水等。

本发明提及的“第一盐”涉及盐水中含有的包括第一阳离子和一价阴离子的盐。其中，“第一阳离子”为金属离子，其可能包括钠离子、钾离子或其组合。“一价阴离子”为化合价等于1的阴离子，其可能包括氯离子。第一盐可能包括氯化钠。

本发明提及的“第二盐”涉及盐水中含有的包括第二阳离子和多价阴离子的盐。其中，“第二阳离子”为金属离子，其可能包括钠离子、钾离子或其组合。“多价阴离子”涉及化合价大于等于2的阴离子，其可能包括硫酸根离子。第二盐可能包括硫酸钠。

本发明提及的“双极膜”涉及包括阳膜、阴膜的离子交换膜，其能够在直流电场的作用下，将阴、阳膜间的水解离成氢离子和氢氧根离子，解离出的氢离子和氢氧根离子分别通过阳膜和阴膜。将阳膜所在的一侧定义为双极膜的“阳面”，其可被视为氢离子的离子源，将阴膜所在的一侧定义为双极膜的“阴面”，其可被视为氢氧根离子的离子源。

本发明的实施例一方面涉及一种处理盐水的系统，其可有效降低盐水中的盐浓度和有机物浓度，且对盐水中的盐进行回收再利用，其可用于处理煤化工企业生产过程中产生的废水。

图1为根据本发明一具体实施方式的处理盐水的系统10的示意图。参见图1，处理盐水的系统10用于接收盐水31，且输出产水39，产水39的盐浓度低于盐水31的盐浓度，产水39的有机物浓度低于盐水31的有机物浓度。如图1所示，所述处理盐水的系统10包括预处理装置13、第一电渗析装置11、第二盐去除装置12和有机物去除装置14。

预处理装置13位于第一电渗析装置11的上游，其用于在盐水31流入第一电渗析装置11之前降低盐水31的硬度和/或碱度，且/或去除所述盐水中的至少部分重金属离子、硅和氟离子，从而得到经过预处理的盐水38。其中，可通过去除盐水31中的至少部分钙离子和镁离子的方式来降低其硬度，可通过去除盐水31中的至少部分碳酸氢根离子、碳酸根离子和氢氧根离子的方式来降低其碱度。

第一电渗析装置11用于对经过预处理的盐水38进行电渗析处理，得到包括第一阳离子的碱32、包括一价阴离子的酸33，及包括所述第二盐和至少一种有机物的第一出水34。具体地，第一电渗析装置11包括双极膜、第一阴离子交换膜和阳离子交换膜。双极膜用于在电场作用下将水解离成氢离子和氢氧根离子。第一阴离子交换膜为单价选择性阴离子交换膜，其可使一价阴离子透过，且阻挡多价阴离子。阳离子交换膜可使第一阳离子透过。第一盐的一价阴离子透过第一阴离子交换膜后与解离出的氢离子结合形成包括一价阴离子的酸33，第一盐中的第一阳离子透过阳离子交换膜后与解离出的氢氧根离子结合形成包括第一阳离子的碱32，这样，第一盐被第一电渗析装置转化成相应的酸和碱。由于第一阴离子交换膜可阻挡多价阴离子，因而第二盐无法在第一电渗析装置11中被转化，第二盐和有机物一起随着第一出水34流出。

图3为一种可用于图1所示系统中的第一电渗析装置70的示意图。参见图3，第一电渗析装置70包括阳极71、阴极72，及在阴极71和阳极72之间连续排布一个或多个电渗析单元79。

每个电渗析单元79包括从阳极71至阴极72方向上依次间隔设置的第一双极膜73、单价选择性阴离子交换膜75、阳离子交换膜76和第二双极膜74。第一双极膜73的阴面朝向阳极71，其阳面朝向单价选择性阴离子交换膜75，第一双极膜73和单价选择性阴离子交换膜75之间存在一定间隙，将该间隙定义为第一流道81。单价选择性阴离子交换膜75和阳离子交换膜76之间存在一定间隙，将该间隙定义为第二流道82。第二双极膜74的阳面朝向阴极72，其阴面朝向阳离子交换膜76，且和阳离子交换膜76之间存在一定间隙，将该间隙定义为第三流道83。

在第一、第三流道81、83的第一端输入水，在第二流道82的第一端输入待处理的盐水38，在第一流道81的第二端获得包括一价阴离子的酸33，在第二流道82的第二端获得包括第二盐和至少一种有机物的第一出水34，在第三流道83的第二端获得包括第一阳离子的碱32。

再次参见图1，第二盐去除装置12与第一电渗析装置11相通，用于去除第一出水34中的第二盐；有机物去除装置也与所述第一电渗析装置11相通，用于去除所述第一出水34中的至少一种有机物。第二盐去除装置12包括结晶装置，其用于使至少一部分第一出水中34的第二盐结晶，以得到第二盐晶体，该第二盐晶体可被再利用，或作为产品出售。有机物去除装置11可能包括超高交联树脂，用于吸附所述第一出水中的所述至少一种有机物。有机物去除装置14可能包括高级氧化设备，用于通过高级氧化法来去除所述第一出水中的至少一种有机物。有机物去除装置11也可能包括超高交联树脂和高级氧化设备的组合。

具体地，在图1所示的实施例中，第二盐去除装置12与第一电渗析装置11耦合，用于从第一出水34中去除第二盐以得到第二出水37；有机物去除装置14与第二盐去除装置12耦合，其用于从第二出水37中去除至少一种有机物，以得到盐浓度和有机物浓度降低的产水39。产水39可能直接被输送至其他生产工序以进行再利用，或者可对产水39进行进一步处理后，再对其进行利用。

第二盐去除装置12包括结晶装置，其用于使至少一部分第一出水34中的第二盐结晶，以得到第二盐晶体35和第二出水37。

这样，通过先对第一盐进行电渗析处理，再使第二盐结晶的方法，既能降低盐水中的盐浓度，又很好地避免了混盐的产生。对盐水31进行处理后生成的产物包括碱32、酸33、第二盐晶体35和产水39，这些产物均可被回收再利用，满足了零排放的要求。

图2为根据本发明另一具体实施例的处理盐水的系统20的示意图。与图1中所示的处理盐水的系统10相类似地，处理盐水的系统20包括预处理装置23、第一电渗析装置21、第二盐去除装置22和有机物去除装置24。与图1中的预处理装置13相类似，预处理装置23用于对盐水41进行预处理，得到经过预处理的盐水48。与图1中的第一电渗析装置11相类似，第一电渗析装置21用于对经过预处理的盐水48进行处理得到包括第一阳离子的碱42、包括一价阴离子的酸43和包括第二盐和至少一种有机物的第一出水44，第一电渗析装置21可与系统10中的第一电渗析装置11具有类似的结构，此处不再赘述。

有机物去除装置24与第一电渗析装置21耦合，用于去除第一出水44中的至少一种有机物，以得到第三出水47。第二盐去除装置22与有机物去除装置24耦合，用于去除第三出水47中的第二盐，以得到盐浓度和有机物浓度降低的产水46。在一些实施例中，第二盐去除装置22包括结晶装置，其用于使第三出水中的第二盐结晶，以得到第二盐晶体和产水。

在图2所示的实施例中，第二盐去除装置22包括结晶装置221和第二电渗析装置222。第三出水47被分为第一部分471和第二部分472，第一部分471流入结晶装置221，第二部分472流入第二电渗析装置222。

结晶装置221用于使第一部分471中的第二盐结晶，以得到第二盐晶体45和第四出水461。由于盐水中的有机物已在有机物去除装置24中被去除，通过这种方法获得的第二盐的晶体45具有较高的纯度，是一种工业级盐，可直接被使用或作为产品出售。这里所说的“工业级盐”指一种能够达到至少一种当地工业级盐标准的盐，在中国工业级盐由国家标准来认定，比如gb/t5462-2015《工业盐》、gb/t6009-2014《工业无水硫酸钠》。

第二电渗析装置222用于对第二部分472进行处理，以得到包括第二阳离子的碱49和包括多价阴离子的酸50和第五出水462。第四出水461和第五出水462再汇合作为产水46被输出。

第二电渗析装置可能具有与图3中所示的第一电渗析装置70类似的结构，只是将第一电渗析装置中的单价选择阴离子交换膜替换为一般的阴离子交换膜，该阴离子交换膜可使多价阴离子透过。具体地，第二电渗析装置包括双极膜、第二阴离子交换膜和阳离子交换膜。双极膜用于在电场作用下将水解离成氢离子和氢氧根离子。第二阴离子交换膜可使多价阴离子透过，阳离子交换膜可使第二阳离子透过。多价阴离子透过第二阴离子交换膜后与解离出的氢离子结合形成包括多价阴离子的酸50，第二阳离子透过阳离子交换膜后与解离出的氢氧根离子结合形成包括第二阳离子的碱49。这样，第二部分472中的第二盐被第二电渗析装置222转化成相应的酸和碱。

通过这样的系统对盐水41进行处理后生成的产物包括：包括第一阳离子的碱42、包括一价阴离子的酸43、第二盐晶体45、包括第二阳离子的碱49、包括多价阴离子的酸50和产水46，不会形成任何混酸或混盐，这些产物均可被回收再利用，满足了零排放的要求。其中依次形成的包括一价阴离子的酸43、包括多价阴离子的酸50、包括第一阳离子的碱42和包括第二阳离子的碱49均具有较高的纯度，可被用于煤化工企业的其他生产工序中，例如离子交换再生和酸碱度调节，这样，煤化工企业就可以减少化学品的对外采购量，从而大大降低生产成本，同时也能够满足零排放的要求。

在一个具体的实施例中，第一盐为氯化钠，第二盐为硫酸钠，则包括第一阳离子的碱为氢氧化钠，包括一价阴离子的酸为盐酸，第二盐晶体为硫酸钠晶体，包括第二阳离子的碱为氢氧化钠，包括多价阴离子的酸为硫酸。在一些实施例中，所述硫酸钠晶体中硫酸钠的含量大于等于92％。

本发明的实施例还涉及一种处理盐水的方法。图4为根据本发明一具体实施例的处理盐水的方法50的流程示意图。参见图4，处理盐水的方法50包括步骤51至步骤54。

在步骤51中，对盐水进行预处理，以得到经过预处理的盐水。具体地，该预处理步骤可包括降低盐水的硬度，和/或碱度的步骤；其中，可通过去除盐水中的至少部分钙离子，和/或镁离子来降低其硬度；可通过去除盐水中的至少部分碳酸氢根离子、碳酸根离子、氢氧根离子或其组合的方式来降低其碱度。该预处理步骤还可包括去除所述盐水中的至少部分重金属离子、硅、氟离子、或其任意组合的步骤。可通过石灰软化、离子交换或其组合的方法去除盐水中的至少部分钙离子、镁离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子、氢氧根离子、重金属离子、硅、氟离子或其任意组合。

在步骤52中，用第一电渗析装置对经过预处理的盐水进行处理，得到包括所述第一阳离子的碱、包括所述一价阴离子的酸和包括第二盐和所述至少一种有机物的第一出水。其中，所述第一电渗析装置包括能使所述一价阴离子透过且阻挡所述多价阴离子的第一阴离子交换膜。步骤52主要涉及对盐水中的第一盐的进行转化，从而产生相应的包括所述一价阴离子的酸和包括所述第一阳离子的碱，而由于第一阴离子交换膜的单价选择透过性，使得第二盐仍然被保留在第一出水中，等待后续步骤的处理，这样能使第一盐和第二盐被分别、依次地处理，很好地避免了混酸或混盐的产生。

步骤53和步骤54涉及从所述第一出水中去除所述第二盐和所述至少一种有机物的步骤，以得到盐浓度和有机物浓度降低的产水。去除所述第二盐的步骤如步骤53所示，其包括使所述第一出水中的第二盐结晶，以得到第二盐晶体和第二出水。

在步骤54中，去除所述第二出水中的所述至少一种有机物，以得到所述产水。可用超高交联树脂来吸附所述所述第二出水中的有机物，以达到去除有机物的目的，也可用高级氧化法来处理所述第二出水以去除其中的有机物，也可将这两种方法结合使用。本发明提及的“超高交联树脂”涉及用包括至少两步交联的多步交联工艺合成的树脂，所述超高交联树脂的吸附效果可能与超高交联树脂的孔径尺寸和微观结构有关。本发明提及的“高级氧化法”涉及一种通过与羟基自由基反应氧化来去除水中的有机物的化学处理过程，所述高级氧化法使用臭氧、过氧化氢、紫外光或其组合来去除盐水的有机物。

图5为根据本发明另一具体实施例的处理盐水的方法60的流程示意图。参见图5，处理盐水的方法60包括步骤61至64。

步骤61涉及对盐水进行预处理的步骤，以得到经过预处理的盐水，其具体步骤与图4中的步骤51相类似，此处不再赘述。

在步骤62中，用第一电渗析装置对所述经过预处理的盐水进行处理，得到包括所述第一阳离子的碱、包括所述一价阴离子的酸，及包括所述第二盐和所述至少一种有机物的第一出水。

步骤64和步骤65涉及从所述第一出水中去除所述第二盐和所述至少一种有机物的步骤，以得到盐浓度和有机物浓度降低的产水。

在步骤63中，去除所述第一出水中的所述至少一种有机物，以得到第三出水。去除有机物的具体步骤与步骤54相类似，此处不再赘述。

步骤64涉及去除所述第二盐的步骤。具体地，步骤64包括使所述第三出水中的第二盐结晶，以得到第二盐晶体和产水。可通过降温结晶法、蒸发结晶法或其组合方法来使第二盐结晶。在使用蒸发结晶法对出水进行处理的情况下，在蒸发的步骤之前，可进一步包括对第三出水进行浓缩的步骤，以去除出第三出水中的部分水分，减小蒸发步骤的热能消耗，可通过纳滤、反渗透或其结合的方法使第三出水浓缩。

在一些实施例中，去除第二盐的步骤可进一步包括使用电渗析法对出水进行处理的步骤。参见图6，其为根据本发明另一具体实施例的处理盐水的方法70的流程示意图，方法70包括步骤71至步骤75。其中，步骤71至步骤73分别与图5中的步骤61至步骤63相类似，此处不再赘述。

步骤74和步骤75涉及从第三出水中去除第二盐的步骤。第三出水可根据需要被分为两部分，即：第一部分和第二部分。在步骤74中，使第三出水的第一部分中的第二盐结晶，以得到第二盐晶体和第四出水。在步骤75中，用第二电渗析装置对第三出水的第二部分进行处理，以得到包括第二阳离子的碱和包括多价阴离子的酸和第五出水。其中，所述第四和第五出水即为产水。

这样，将结晶法和电渗析法相结合来对出水中的第二盐进行处理，既能够得到第二盐晶体，也能够得到相应的酸和碱。在一些实施例中，可根据第二盐晶体、相应的酸和碱的需求量来灵活调配第一部分和第二部分的比例，从而得到符合需求量的第二盐晶体、酸和碱，这样能够使得盐水处理后的产物得到最大化的回收再利用，能够大大减少生产企业的对外采购成本。

虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。