一种高效废水盐分离浓缩脱盐一体化装置的制作方法

本实用新型涉及水处理技术领域，特别是涉及一种高效废水盐分离浓缩脱盐一体化装置。

背景技术：

电厂脱硫过程产生的废水、煤化工生产过程产生的废水，以及矿井作业中产生的尾水等废水中，通常含有大量非碳酸盐，如氯化钠、硫酸钙、硫酸镁等，尤其以硫酸钙含量最高。硫酸钙在废水中通常以离子形式存在，造成废水硬度偏高，而硫酸钙是导致设备结垢的主要物质，当设备结垢时，极易影响设备正常运转，因此需要降低上述废水的硬度，避免设备结垢。

现有的降低废水硬度的方法常采用石灰软化法，石灰软化法是在含有硫酸钙的废水中添加诸如碳酸钠(纯碱)的软化药剂，使碳酸根与废水中的钙离子结合生成沉淀，从而降低废水中钙离子浓度，达到降低硬度的目的。但是这种方法需要消耗大量软化药剂，导致废水处理成本高。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的在于提供一种高效废水盐分离浓缩脱盐一体化装置，以解决现有降低废水硬度的方法存在的处理成本高的问题。具体技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种高效废水盐分离浓缩脱盐一体化装置，包括：膜堆一区和膜堆二区，所述膜堆一区设置有阴极极室、浓缩液循环管路a、淡水循环管路a和多个并排的膜对a；所述膜堆二区设置有阳极极室、浓缩液循环管路b和淡水循环管路b和多个并排的膜对b；所述淡水循环管路a上设置有淡水箱a，所述淡水循环管路b上设置有淡水箱b，所述淡水箱a和所述淡水箱b对称设置；所述膜堆一区和膜堆二区之间设置有中间淡水室，所述淡水循环管路a和所述淡水循环管路b通过所述中间淡水室连通；所述膜对a包括阳离子交换膜和选择性阴离子交换膜；所述膜对b包括阴离子交换膜和选择性阳离子交换膜。

可选地，所述淡水箱a和淡水箱b以所述膜堆一区和所述膜堆二区之间的中线为轴左右对称设置。

可选地，所述淡水箱a的入水口与所述膜对a中淡水室出水口通过管道连通；所述淡水箱a的出水口与所述膜对a中淡水室入水口通过管道连通；所述淡水箱b的入水口与所述膜对b中淡水室的出水口通过管道连通；所述淡水箱b的出水口与所述膜对b中淡水室的入水口通过管道连通。

可选地，所述中间淡水室的入水口分别与所述淡水箱a及所述淡水箱b的出水口通过管道连通；所述中间淡水室的出水口分别与所述淡水箱a及所述淡水箱b的入水口通过管道连通。

可选地，所述淡水循环管路a5上设置有淡水出口a；所述淡水循环管路b上设置有淡水出口b。

可选地，所述浓缩液循环管路a中设置有浓液箱a，所述浓液箱a的入水口与所述膜对a中浓水室的出水口通过管道连通，所述浓液箱a的出水口与所述膜对a中浓水室的入水口通过管道连通。

可选地，所述浓液箱a的入水口与所述膜对a中浓水室出水口连通的管道上设置有浓液出水口a。

可选地，所述浓缩液循环管路b中设置有浓液箱b，所述浓液箱b的入水口与所述膜对b中浓水室的出水口通过管道连通，所述浓液箱b的出水口与所述膜对b中浓水室的入水口通过管道连通。

可选地，所述浓液箱b的入水口与所述膜对b中浓水室出水口连通的管道上设置有浓液出水口b。

可选地，所述装置还包括极水箱a和极水箱b，所述极水箱a的入水口与所述阴极极室的出水口通过管道连通，所述极水箱a的出水口与所述阴极极室的入水口通过管道连通；所述极水箱b的入水口与所述阳极极室的出水口通过管道连通，所述极水箱b的出水口与所述阳极极室的入水口通过管道连通。

本实用新型实施例提供的一种高效废水盐分离浓缩脱盐一体化装置，在对高硬度废水进行软化时，无需加入软化药剂，从而节省药剂消耗，降低废水处理成本；由于将膜堆分区设置，每个膜堆分区都设置有一个淡水、浓水循环管路，能够实现原水的淡化以及高倍率浓缩减量，从而对原水进行脱盐处理，使浓盐水淡化；并且，通过在每个膜堆分区均设置一个淡水循环管路及淡水箱，不仅能同时向膜堆中加入废水，还能大幅减少淡水循环管路中的循环路径长度，使废水在单位时间内更多次地通过膜对，在降低本装置运行成本的同时，还能够提高脱盐效率。当然，实施本实用新型的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例提供的一种高效废水盐分离浓缩脱盐一体化装置的结构示意图。

图中，1.膜堆一区，2.膜堆二区，3.阴极极室，4.浓缩液循环管路a，5.淡水循环管路a，6.膜对a，7.阳极极室，8.浓缩液循环管路b，9.淡水循环管路b，10.膜对b，11.淡水箱a，12.淡水箱b，13.中间淡水室，14.淡水出口a，15.淡水出口b，16.浓液箱a，17.浓液箱b，18.浓液出水口a，19.浓液出水口b，20.极水箱a，21.极水箱b。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前的降低废水硬度的方法还可以采用电渗析法，利用电渗析原理，通过选择性离子交换膜使废水中的离子发生定向迁移，从而到达从废水中分离废水某些离子的目的。现有的电渗析装置通常只在装置的一侧设置淡水箱，废水注入淡水箱后，通过淡水循环管路由近及远依次流入电渗析装置的各膜对中，从各膜对中流出后，再通过管道汇聚后流入淡水箱，只能实现盐分的浓缩和脱盐，无法实现盐分的选择性分离，并且，由于废水只在一套淡水循环管路中循环，废水在各膜对中循环时，随着膜对远离淡水箱，循环路径长度逐渐增加，废水在淡水循环管路中循环一次的时间也逐渐变长，废水的脱盐效率有待提高；另外，由于只设置一个淡水箱，废水只能从循环管道的一侧依次进入电渗析装置的各膜对中

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种高效废水盐分离浓缩脱盐一体化装置，可以包括：

膜堆一区1和膜堆二区2。其中，膜堆一区1设置有阴极极室3、淡水室a、浓水室a、浓缩液循环管路a4、淡水循环管路a5和多个并排的膜对a6，需要说明的是，图1中只示出部分膜对a6，实际应用中，膜对a6的个数可以根据废水处理需求增多或减少；膜堆二区2设置有阳极极室7、淡水室b、浓水室b、浓缩液循环管路b8和淡水循环管路b9和多个并排的膜对b10，需要说明的是，图1中只示出部分膜对b10，实际应用中，膜对b10的个数可以根据废水处理需求增多或减少。各膜对可以通过现有的液压紧固装置固定，在此不再赘述。淡水循环管路a5用于膜堆一区1的淡水循环，淡水循环管路b9用于膜堆二区2的淡水循环。本实用新型实施例中，通过将膜堆分区设置，淡水和浓水分别在各自分区内循环，最高能够减少原本循环路径长度的一半，使废水在单位时间内更多次地通过膜对，从而提高脱盐效率。

上述淡水循环管路a5上设置有淡水箱a11，淡水循环管路b9上设置有淡水箱b12，淡水箱a11和淡水箱b12对称设置，具体地，淡水箱a11和淡水箱b12以膜堆一区1和膜堆二区2之间的中线为轴左右对称设置。现有的电渗析装置由于只有一套淡水循环管路，因此没有必要设置两个淡水箱，但是废水从淡水箱加入后，只能从循环管道的一侧依次进入电渗析装置的各膜对中，同样存在循环周期长的问题。本实用新型实施例中，通过设置两个位置对称的淡水箱，使两套淡水循环管路的进水压力更易达到平衡，并能同时向淡水箱a11和淡水箱b12加入废水，两个淡水箱中的废水分别通过淡水循环管路a5和淡水循环管路b9循环，能够大大提高废水在单位时间内的循环次数，从而提高脱盐效率。

本实用新型实施例中，膜堆一区1中的膜对a6和膜堆二区2中的膜对b10组成整个膜堆系统。膜对a6包括阳离子交换膜和选择性阴离子交换膜，具体地，可以在两张阳离子交换膜之间设置一张选择性阴离子交换膜，组成一个膜对a6。其中，阳离子交换膜是指能够透过阳离子、截留阴离子的选择性透过膜；选择性阴离子交换膜，是指能够选择性地通过一价阴离子，如氯离子，能够截留二价或更高价阴离子，如硫酸根及其它阳离子的选择性透过膜。废水通过淡水箱a11进入淡水循环管路a5，再通过水泵输送至膜对a6的淡水室，淡水室中的废水在电流作用下，阳离子不断向阴极方向迁移，阴离子不断向阳极方向迁移，并且，在选择性阴离子交换膜的作用下，淡水室中的氯离子不断向浓水室迁移，硫酸根被截留在淡水室。浓水室中的氯离子不断增多，氯离子以氯化钙、氯化钠的形式存在于浓水室中，并通过浓缩液循环管路a4不断循环累积。

膜对b10包括阴离子交换膜和选择性阳离子交换膜，具体地，可以在两张阴离子交换膜之间设置一张选择性阳离子交换膜，组成一个膜对b10。其中，阴离子交换膜是指能够透过阴离子、截留阳离子的选择性透过膜；选择性阳离子交换膜，是指能够选择性地通过一价阳离子，如钠离子，能够截留二价或更高价阳离子，如钙离子及其它阴离子的选择性透过膜。废水通过淡水箱b12进入淡水循环管路b9，再通过水泵输送至膜对b10的淡水室，淡水室中的废水在电流作用下，阳离子不断向阴极方向迁移，阴离子不断向阳极方向迁移，并且，在选择性阳离子交换膜的作用下，淡水室中的钠离子不断向浓水室迁移，钙离子被截留在淡水室。浓水室中的钠离子不断增多，钠离子以氯化钠、硫酸钠的形式存在于浓水室中，并通过浓缩液循环管路b8不断循环累积。需要说明的是，上述实现本实用新型所需要的各种离子交换膜均可以通过商业途径购得，本实用新型在此不作赘述。

膜堆一区1和膜堆二区2之间设置有中间淡水室13，淡水循环管路a5和淡水循环管路b9通过中间淡水室13连通，使淡水循环管路a5和淡水循环管路b9中液体的电荷平衡。需要说明的是，中间淡水室13的一侧可以为位于膜堆一区1最远端的膜对a6的阳离子交换膜，中间淡水室13的另一侧可以为位于膜堆二区2最远端的膜对b10的阴离子交换膜；也可以直接由阳离子交换膜和阴离子交换膜及相应的隔板组成腔室。

在本实用新型的一种具体实施方式中，膜堆一区1中，淡水箱a11的入水口与膜对a6中淡水室出水口通过管道连通，淡水箱a11的出水口与膜对a6中淡水室入水口通过管道连通。废水通过淡水箱a11进入淡水循环管路a5，通过水泵输送至膜对a6的淡水室，再返回至淡水箱a11，完成一次在淡水循环管路a5中的循环过程。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，淡水循环管路a5上设置有淡水出口a14，中间淡水室13出水口与淡水箱a11入水口连通的管道作为淡水循环管路a5的一部分，在实际应用中，淡水出口a14可以设置在该管道上。在膜堆一区1的淡水循环管路a5中循环的淡水，可以通过淡水出口a14流出，其含盐量降低至5000～10000mg/L，可进一步通过反渗透工艺进行深度脱盐。

在本实用新型的一种具体实施方式中，膜堆二区2中，淡水箱b12的入水口与膜对b10中淡水室出水口通过管道连通，淡水箱b12的出水口与膜对b10中淡水室入水口通过管道连通。废水通过淡水箱b12进入淡水循环管路b9，通过水泵输送至膜对b10的淡水室，再返回至淡水箱b12，完成一次在淡水循环管路b9中的循环过程。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，淡水循环管路b9上同样可以设置淡水出口b15，中间淡水室13出水口与淡水箱b12入水口连通的管道作为淡水循环管路b9的一部分，在实际应用中，淡水出口b15可以设置在该管道上。在膜堆二区2的淡水循环管路b9中循环的淡水，可以通过淡水出口b15流出，其含盐量降低至5000～10000mg/L，可进一步通过反渗透工艺进行深度脱盐。相比于现有的电渗析装置，本实用新型实施例可以分别在位于膜堆一区和膜堆二区的淡水循环管路上设置淡水出口，提高整个膜堆系统的淡水出水量。

在本实用新型的一种具体实施方式中，中间淡水室13的入水口分别与淡水箱a11及淡水箱b12的出水口通过管道连通，淡水循环管路a5和淡水循环管路b9中的淡水可以汇聚于中间淡水室13中；中间淡水室13的出水口分别与淡水箱a11及淡水箱b12的入水口通过管道连通，汇聚于中间淡水室13的淡水又分别流回淡水循环管路a5和淡水循环管路b9，使淡水循环管路a5和淡水循环管路b9中液体的电荷平衡。

在本实用新型的一种具体实施方式中，膜堆一区1中，浓缩液循环管路a4中设置有浓液箱a16，浓液箱a16的入水口与膜对a6中浓水室的出水口通过管道连通，浓液箱a16的出水口与所述膜对a6中浓水室的入水口通过管道连通。浓液从浓液箱a16的出水口，通过水泵输送至膜对a6的浓水室中，浓水室中产生的浓液从浓水室的出水口，通过管道流向浓液箱a16，完成一次在浓缩液循环管路a4中的循环。上述浓缩液循环管路a4中的浓液含有大量钙离子、钠离子及氯离子，具体可以以氯化钙及氯化钠的形式存在。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，浓缩液循环管路a4上可以设置浓液出水口a18，浓液箱a16的入水口与膜对a6中浓水室出水口连通的管道作为浓缩液循环管路a4的一部分，在实际应用中，浓液出水口a18可以设置在该管道上。在膜堆一区1的浓缩液循环管路a4中循环的浓液，可以通过浓液出水口a18流出，其含盐量升高至20000mg/L以上。

在本实用新型的一种具体实施方式中，膜堆二区2中，浓缩液循环管路b8中设置有浓液箱b17，浓液箱b17的入水口与膜对b10中浓水室的出水口通过管道连通，浓液箱b17的出水口与膜对b10中浓水室的入水口通过管道连通。浓液从浓液箱b17的出水口，通过水泵输送至膜对b10的浓水室中，浓水室中产生的浓液从浓水室的出水口，通过管道流向浓液箱b17，完成一次在浓缩液循环管路b8中的循环。上述浓缩液循环管路b8中的浓液含有大量硫酸根、钠离子及氯离子，具体可以以硫酸钠及氯化钠的形式存在。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，浓缩液循环管路b8上可以设置浓液出水口b19，浓液箱b17的入水口与膜对b10中浓水室出水口连通的管道作为浓缩液循环管路b8的一部分，在实际应用中，浓液出水口b19可以设置在该管道上。在膜堆二区2的浓缩液循环管路b8中循环的浓液，可以通过浓液出水口b19流出，其含盐量升高至20000mg/L以上。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，本装置还可以包括极水箱a20和极水箱b21，极水箱a20的入水口与阴极极室3的出水口通过管道连通，极水箱a20的出水口与阴极极室3的入水口通过管道连通，形成阴极极水循环管路。阴极极室内，阴极电极板不断排出氢气，产生的极水含有氢氧根，极水通常呈碱性。极水箱b21的入水口与阳极极室7的出水口通过管道连通，极水箱b21的出水口与阳极极室7的入水口通过管道连通，形成阳极极水循环管路。阳极极室内，阳极电极板不断排出氯气，产生的极水含有氢离子，极水通常呈酸性。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，可以将阴极极室3内的极水和阳极极室7内的极水连通，从而使极水酸碱中和，减轻对阴极极室3和阳极极室7的腐蚀。

本实用新型提供的一种高效废水盐分离浓缩脱盐一体化装置，能够将高硬度废水处理为不结垢的氯化钙浓液和硫酸钠浓液，无需投加纯碱作为软化药剂，降低废水处理成本；原水经过盐分分离迁移后得到淡化，产水可进一步通过反渗透进行深度脱盐。盐分分离得到的氯化钙和硫酸钠不断循环浓缩，浓缩液浓度可达200000mg/L以上，浓缩液可以直接资源化利用，也可进一步蒸发结晶制备结晶盐，也可两种浓缩混合反应形成石膏，提高了资源利用率；在此基础上，由于将膜堆分区设置，每个膜堆分区都设置有一个淡水循环管路及一个淡水箱，不仅能同时向膜堆中加入废水，还能大幅减少原有淡水循环管路中的循环路径长度，使废水在单位时间内更多次地通过膜对，在降低本装置运行成本的同时，还能够大大提高本脱盐效率。

需要说明的是，在本实用新型的高效废水盐分离浓缩脱盐一体化装置中，在装置的各部分之间输送流体，例如液体，如废水、淡水、各种浓液等，或固体，如沉淀及各种药剂等，除另有说明，一般均可以通过管路输送；另外，当在输送过程中需要额外的传输动力的时候，可以在需要的管路上加设合适的泵、风机等动力设备。进一步地，还可以在需要时，在管路上增加合适的阀门，以控制流体的流向等。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。