一種利用高含鹽工業廢水制備硫酸鉀的系統的制作方法
【專利摘要】一種利用高含鹽工業廢水制備硫酸鉀的系統，屬于水處理領域，高含鹽工業廢水經調節池、管道混合器、高密度沉定池、V型濾池、離子交換樹脂和超濾膜系統預處理，經一段和二段反滲透膜系統濃縮，進入納濾膜系統進行分鹽，納濾產水和濃水分別進入碟管式高壓平板膜系統II和I進行再濃縮，經濃縮的濃水進入冷凍結晶系統進行結晶，結晶進入硫酸鉀制備系統進行轉化，冷凍母液與濃縮后的納濾產水進入高級氧化系統氧化，然后進入蒸發結晶系統結晶，產生的硫酸鈉結晶鹽進入硫酸鉀制備系統進行轉化；優點：減小了納濾系統規模，減小投資成本；分鹽徹底，運行費用低；結晶鹽純度高；將芒硝和硫酸鈉轉化成硫酸鉀，提高了經濟價值。
【專利說明】
一種利用高含鹽工業廢水制備硫酸鉀的系統
技術領域
[0001] 本實用新型屬于水處理領域，涉及一種利用高含鹽工業廢水制備硫酸鉀的系統。
【背景技術】
[0002] 本實用新型所述的高含鹽工業廢水主要來自煤化工行業生產過程中的煤氣洗滌 廢水、循環水系統排水、化學水站排水等，其特點是含鹽量高、硬度高、成分復雜、含有難降 解的有機物、水質波動幅度較大。近年來，很多地區的環保部門不僅僅關心廢水的達標排 放，還要求煤化工企業對高鹽水進行最大限度的回用，尤其是環境敏感地區，要求無廢水外 排。因此，實現高含鹽工業廢水的"零排放"越來越緊迫。
[0003]目前，高鹽水處理主要有自然蒸發塘、深井灌注、焚燒、膜濃縮及蒸發工藝。
[0004] 自然蒸發塘和深井灌注的應用受氣候地理條件的限制，占地面積大，處理效率低， 且容易污染地下水及周邊環境。同時，由于環保要求越來越嚴格，自然蒸發塘和深井灌注技 術已經逐漸被取締。
[0005] 焚燒由于其高能耗的原因，只能處理很小的水量，通常更適合處理熱值含量高的 有機污水。
[0006] 綜上所述，雖然目前能處理高鹽水的方法較多，但是都存在運行成本高，廢水回收 率低，無法資源化利用的缺陷，無法真正實現廢水的零排放及鹽的資源化利用，因此不能滿 足我們對高鹽水的零排放及資源化要求。
[0007] 膜分離技術作為高含鹽廢水處理領域的新技術，具有成本低、規模大、技術成熟等 特點。目前，高含鹽廢水分鹽零排放工藝使用納濾分鹽、高壓平板膜濃縮及多效蒸發結晶， 得到了純度高、品質穩定的工業硫酸鈉和氯化鈉，而冷凍結晶產生的芒硝(十水硫酸鈉)經 濟價值不高，不能進行有效利用。因此，將芒硝/硫酸鈉轉化為經濟價值更高的硫酸鉀成為 必然趨勢。

【發明內容】

[0008] 針對目前煤化工高含鹽廢水濃縮結晶技術存在成本高、納濾系統龐大及蒸發結晶 分鹽難度大，結晶鹽品質低，冷凍結晶產生的芒硝經濟價值低的問題，本實用新型提供一種 利用尚含鹽工業廢水制備硫酸鐘的系統。
[0009] 為了實現本實用新型的目的，我們將采用如下技術方案予以實施：
[0010] -種利用高含鹽工業廢水制備硫酸鉀的系統，所述的高含鹽工業廢水通過管線與 調節池的進水口連接;調節池的出水口通過設置有管道混合器的管道與高密度沉定池的進 水口連接;高密度沉定池的出水口通過管道與V型濾池的進水口連接，V型濾池的出水口通 過管道與離子交換樹脂的進水口連接，離子交換樹脂的反洗水出水口通過設置有增壓栗的 管道與高密度沉淀池連接，離子交換樹脂的出水口通過管道與超濾膜系統的進水口連接； 超濾膜系統的出水口通過管道與一段反滲透裝置的進水口連接，超濾膜系統的濃水口通過 管道與高密度沉淀池連接;一段反滲透膜系統的產水口通過管道與回用水池的進水口連 接，一段反滲透膜系統的濃水口通過管道與二段反滲透膜系統的進水口連接;二段反滲透 膜系統的產水口通過管道與回用水池的進水口連接，二段反滲透膜系統的濃水口通過管道 與納濾膜系統的進水口連接;納濾膜系統的產水口通過設置有增壓栗和高壓栗的管道與碟 管式高壓平板膜系統II的進水口連接，納濾膜系統的濃水口通過設置有增壓栗和高壓栗的 管道與碟管式高壓平板膜系統I的進水口連接;其特征在于:所述的碟管式高壓平板膜系統 I的濃水口通過管道與冷凍結晶系統的進料口連接，冷凍結晶系統的結晶出口與硫酸鉀制 備系統的進料口連接，冷凍結晶系統的冷凍母液出口通過管道與高級氧化系統進水口連 接，碟管式高壓平板膜系統II的濃水口通過管道與高級氧化系統的進水口連接;高級氧化 系統的出水口通過管道與蒸發結晶系統的進料口連接，蒸發結晶系統的硫酸鈉結晶鹽出口 通過管道與硫酸鉀制備系統的進料口連接，蒸發結晶系統的冷凝水出口通過管道與回用水 池連接。
[0011] 進一步，高含鹽工業廢水的TDS為6000~10000mg/L。
[0012] 進一步，在高密度沉淀池前端的管道混合器的管線內投加石灰、碳酸鈉和氫氧化 鈉，使之與高含鹽廢水一同通過管線進入高密度沉淀池中，然后投加 PFS、PAM藥劑，在預定 時間內對高含鹽廢水進行處理，然后加硫酸回調pH值到6.5-7.5之間，加次氯酸鈉對高含鹽 廢水進行殺菌消毒處理。
[0013] 進一步，所述的超濾膜系統的濃水通過管道進入高密度沉淀池重新進行處理；
[0014] 進一步，一段反滲透膜系統的反滲透膜為苦咸水反滲透膜，經一段苦咸水反滲透 膜處理后，濃水TDS達到20000~30000mg/L。
[0015] 進一步，二段反滲透膜系統的反滲透膜為海水淡化反滲透膜，經二段海水淡化反 滲透膜處理后，濃水TDS達到50000~70000mg/L。
[0016] 進一步，經納濾膜系統分鹽處理后，以氯化鈉為主的納濾產水TDS達到30000~ 60000mg/L，以硫酸鈉為主的納濾濃水TDS達到70000~100000mg/L。
[0017]進一步，經碟管式高壓平板膜系統II和I濃縮處理后，氯化鈉濃水TDS達到 120000mg/L以上，硫酸鈉濃水TDS達到160000mg/L以上。
[0018] 進一步，經高級氧化系統處理后，氯化鈉濃水中⑶D濃度由800~1500mg/L降至 100mg/L〇
[0019] 進一步，冷凍結晶系統進行冷凍結晶出的芒硝純度達到97%以上;冷凍母液經高 級氧化處理后，冷凍母液的C0D濃度由2000~3000mg/L降至150mg/L。
[0020] 進一步，硫酸鉀制備系統中，工業硫酸鈉/芒硝與加入的氯化鉀、水發生復分解反 應，通過濃縮、蒸發、分離步驟，最終制備出符合標準的農用硫酸鉀。
[0021] 有益效果
[0022] 本實用新型所述的裝置，通過化學軟化將進水進行預處理，超濾膜系統進一步降 低水中的濁度、顆粒物及大分子有機物，經預處理后的高鹽水通過多段反滲透系統將鹽水 TDS濃縮到50000~70000mg/L，濃縮后的高鹽水進入納濾系統進行分鹽處理，氯化鈉和硫酸 鈉分離率達到90%以上。經納濾分離后，含有氯化鈉和硫酸鈉的鹽水進入碟管式高壓平板 膜系統進一步進行濃縮處理，處理后的氯化鈉濃鹽水TDS濃縮達到120000mg/L以上，硫酸鈉 濃鹽水TDS濃縮達到160000mg/L以上。氯化鈉濃水經高級氧化后進入蒸發結晶系統分鹽，結 晶產出氯化鈉和硫酸鈉;硫酸鈉濃水進入冷凍結晶系統，結晶產生的芒硝與蒸發結晶產生 的硫酸鈉一并進入硫酸鉀制備系統做進一步的轉化，得到經濟價值更高的硫酸鉀。這種裝 置有如下幾個優點：1、將納濾膜系統置于海水淡化反滲透膜后面，減小了納濾膜系統的規 模，減小投資成本;2、選用對氯化鈉截留率極低的特種納濾膜，分鹽徹底，運行費用低;3、采 用分鹽結晶，結晶鹽純度高，完全滿足工業用鹽標準;4、將利用價值較低的芒硝(十水硫酸 鈉 )和硫酸鈉轉化成硫酸鉀，提高結晶鹽的經濟價值，從而進一步降低濃鹽水處理成本。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本實用新型所述的系統的結構示意圖
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖，進一步詳述本實用新型的技術方案，本實用新型的保護范圍不局 限于下述的【具體實施方式】。
[0025] 本實用新型主要解決的技術問題在于:首先，有效的解決了納濾系統龐大的問題； 其次經冷凍結晶和蒸發結晶進行組合應用，分鹽效果好，結晶鹽純度高；最后將利用價值 較低的芒硝和硫酸鈉轉化成農用硫酸鉀，提高了結晶鹽的經濟價值，進一步降低了濃鹽水 處理成本。
[0026] 如圖1所示，本實用新型所述的系統的結構如下所述：
[0027] -種利用高含鹽工業廢水制備硫酸鉀的系統，所述的高含鹽工業廢水通過管線與 調節池 1的進水口連接;調節池 1的出水口通過設置有管道混合器2的管道與高密度沉定池 3 的進水口連接;高密度沉定池 3的出水口通過管道與V型濾池 4的進水口連接，V型濾池 4的出 水口通過管道與離子交換樹脂5的進水口連接，離子交換樹脂5的反洗水出水口通過設置有 增壓栗的管道與高密度沉淀池 3的進水口連接，離子交換樹脂5的出水口通過管道與超濾膜 系統6的進水口連接;超濾膜系統6的出水口通過管道與一段反滲透裝置7的進水口連接，超 濾膜系統6的濃水口通過管道與高密度沉淀池 3的進水口連接;一段反滲透膜系統7的產水 口通過管道與回用水池 12的進水口連接，一段反滲透膜系統7的濃水口通過管道與二段反 滲透膜系統8的進水口連接;二段反滲透膜系統8的產水口通過管道與回用水池 12的進水口 連接，二段反滲透膜系統8的濃水口通過管道與納濾膜系統9的進水口連接;納濾膜系統9的 產水口通過設置有增壓栗和高壓栗的管道與碟管式高壓平板膜系統II 10的進水口連接， 納濾膜系統9的濃水口通過設置有增壓栗和高壓栗的管道與碟管式高壓平板膜系統111的 進水口連接;其特征在于:所述的碟管式高壓平板膜系統I 11的濃水口通過管道與冷凍結 晶系統13的進料口連接，冷凍結晶系統13的結晶口與硫酸鉀制備系統14的進料口連接，冷 凍結晶系統13的冷凍母液出口通過管道與高級氧化系統15的進水口連接，碟管式高壓平 板膜系統II 10的濃水口通過管道與高級氧化系統15的進水口連接;高級氧化系統15的出 水口通過管道與蒸發結晶系統16的進料口連接，蒸發結晶系統16的硫酸鈉結晶鹽出口通過 管道與硫酸鉀制備系統14的進料口連接，蒸發結晶系統16的冷凝水出口通過管道與回用水 池 12連接。
[0028] 高含鹽工業廢水的TDS為6000~10000mg/L。
[0029] 高密度沉淀池 3前端的管道混合器2的管線內投加石灰、碳酸鈉和氫氧化鈉，使之 與高含鹽廢水一同通過管線進入高密度沉淀池 3中，然后投加 PFS、PAM藥劑，在預定時間內 對高含鹽廢水進行處理，然后加硫酸回調pH值到6.5-7.5之間，加次氯酸鈉對高含鹽廢水進 行殺菌消毒處理。
[0030] 所述的超濾膜系統6的濃水通過管道進入高密度沉淀池3重新進行處理；
[0031] 一段反滲透膜系統7的反滲透膜為苦咸水反滲透膜，經一段苦咸水反滲透膜處理 后，濃水 TDS 達到 20000 ~30000mg/L。
[0032] 二段反滲透膜系統8的反滲透膜為海水淡化反滲透膜，經二段海水淡化反滲透膜 處理后，濃水TDS達到50000~70000mg/L。
[0033] 納濾膜系統9分鹽處理后，以氯化鈉為主的納濾產水TDS達到30000~60000mg/L， 以硫酸鈉為主的納濾濃水TDS達到70000~100000mg/L。
[0034] 碟管式高壓平板膜系統I 11和II 10濃縮處理后，硫酸鈉濃水TDS達到160000mg/ L以上，氯化鈉濃水TDS達到120000mg/L以上。
[0035] 高級氧化系統15處理后，氯化鈉濃水中C0D濃度由800~1500mg/L降至100mg/L。
[0036]冷凍結晶系統13進行冷凍結晶出的芒硝純度達到97%以上;冷凍母液經高級氧化 系統15處理后，冷凍母液的C0D濃度由2000~3000_mg/L降至150mg/L。
[0037]硫酸鉀制備系統14中，工業硫酸鈉/芒硝與加入的氯化鉀、水發生復分解反應，通 過濃縮、蒸發、分離步驟，最終制備出符合標準的農用硫酸鉀。
[0038] 實施例
[0039] 某化工園區排放的高含鹽廢水，該廢水⑶D<90mg/L，TDS彡12000mg/L，NaCl彡 3000mg/L，Na2S〇4 彡 6000mg/L，總硬度彡 1000mg/L。
[0040] (1)化學軟化
[0041] 化學軟化采用加入碳酸鈉和氫氧化鈉的方式來脫除廢水中的鈣、鎂離子。進水經 25 %的NaOH、20 %的碳酸鈉進行沉淀后，加入8 %~12 %的聚合硫酸鐵(混凝劑）和0.8 %的 PAM(助凝劑)在沉淀池3中進行混凝沉淀、固液分離、一段反滲透濃水中的大部分硬度和鈣 鎂離子被去除。
[0042] 表 1
[0044] (2)樹脂軟化
[0045]砂濾池產水經離子交換樹脂5進行進一步軟化處理，去除鈣、鎂等陽離子，使得硬 度基本為零。離子交換樹脂5中樹脂為5508型抗污染除硬樹脂，采用4%的HC1和5%的NaOH 進行樹脂再生，再生水來自總產水箱。
[0046]樹脂軟化處理結果見表2。
[0048] (3)超濾膜系統
[0049] 原水經精密過濾器過濾、10 %~20 %的鹽酸調節pH至6~7后進入超濾膜系統6處 理。超濾后的濃水去高密度池重新處理，超濾后的產水去第一段反滲透膜系統7進行處理。
[0050] (4) 一段反滲透膜系統7
[0051] -段反滲透膜系統7采用卷式反滲透膜，對超濾產水做進一步濃縮。一段反滲透膜 系統7的產水進入回用水池直接回用，一段反滲透膜系統7的濃水進入二段反滲透膜系統8 中做進一步濃縮。
[0052] 一段反滲透處理結果見表3
[0055] (5)二段反滲透膜系統8
[0056]二段反滲透膜系統8采用高壓海水淡化反滲透膜，對一段反滲透膜系統7的濃水水 做進一步濃縮。二段反滲透膜系統8的產水進入回用水池直接回用，二段反滲透膜系統8的 濃水進入納濾膜系統9進行分鹽處理。
[0057] 二段反滲透處理結果見表4
[0059] (6)納濾膜系統9
[0060] 納濾膜系統9采用高壓卷式納濾膜，納濾膜對硫酸鈉的截留率大于98%，對氯化鈉 的截留率小于10%。經納濾膜分鹽后，產水與濃水分別進入碟管式高壓平板膜系統II 10和 I 11進行進一步濃縮處理。
[0061] 納濾系統處理結果見表5
[0063] (7)碟管式高壓平板膜系統II 10濃縮NaCl
[0064]對納濾膜系統9的產水進一步濃縮，使得NaCl達到蒸發結晶系統的進料要求，并降 低蒸發系統的運行負荷。碟管式高壓平板膜系統II 10運行壓力160bar，處理得到濃水進 入高級氧化系統，產水進入回用水池。
[0065]碟管式高壓平板膜濃縮NaCl處理結果見表6
[0067] (8)碟管式高壓平板膜濃縮Na2S04
[0068]對納濾膜系統9的濃水進一步濃縮，使得硫酸鈉濃水達到蒸發結晶系統的進料要 求，并降低蒸發系統的運行負荷。碟管式高壓平板膜系統I 11運行壓力160bar，處理得到濃 水進去冷凍結晶系統進行結晶，產水進入回用水池。
[0069]碟管式高壓平板膜濃縮Na2S04處理結果見表7
[0071] ^(9)高級氧化系統15
[0072] 對碟管式高壓平板膜的氯化鈉濃水和冷凍結晶母液進行高級氧化處理。高級氧化 技術采用臭氧催化氧化技術(催化劑主要成分為Μη0 2和CuO,市售），高級氧化對濃水中C0D 的去除率見表8:
[0073] 高級氧化處理結果見表8
[0076] (10)蒸發結晶系統
[0077]對碟管式高壓平板膜的氯化鈉濃水進行蒸發結晶處理，結晶出的氯化鈉純度大于 95%，達到工業用鹽標準，可以資源化利用。蒸餾水直接進入回用水池進行回用。結晶分離 產出的硫酸鈉純度大于95%，直接進入硫酸鉀制備系統轉化為農用硫酸鉀，進行資源化利 用。
[0078] (11)冷凍結晶系統
[0079] 對碟管式高壓平板膜的硫酸鈉濃水進行冷凍結晶處理，結晶出的芒硝進入硫酸鉀 制備系統14進行轉化處理。冷凍母液進入高級氧化系統15,去除C0D后進入蒸發結晶系統進 行分鹽結晶，結晶鹽達到業用鹽標準，進行資源化利用。
[0080] (12)硫酸鉀制備系統14
[0081] 冷凍結晶分離出的芒硝與蒸發結晶分離出的硫酸鈉一并進入硫酸鉀制備系統14 進行轉化，與加入的氯化鉀、水經過混合、濃縮、蒸發、分離等步驟，最終生成硫酸鉀滿足農 業用硫酸鉀標準，氯化鈉純度大于92%，達到工業用鹽標準。
【主權項】
1. 一種利用高含鹽工業廢水制備硫酸鉀的系統，所述的高含鹽工業廢水通過管線與調 節池的進水口連接;調節池的出水口通過設置有管道混合器的管道與高密度沉定池的進水 口連接;高密度沉定池的出水口通過管道與V型濾池的進水口連接，V型濾池的出水口通過 管道與離子交換樹脂的進水口連接，離子交換樹脂的反洗水出水口通過管道與高密度沉淀 池連接，離子交換樹脂的出水口通過管道與超濾膜系統的進水口連接;超濾膜系統的出水 口通過管道與一段反滲透裝置的進水口連接，超濾膜系統的濃水出水口通過管道與高密度 沉淀池的進水口連接;一段反滲透膜系統的產水口通過管道與回用水池的進水口連接，一 段反滲透膜系統的濃水口通過管道與二段反滲透膜系統的進水口連接;二段反滲透膜系統 的產水口通過管道與回用水池的進水口連接，二段反滲透膜系統的濃水口通過管道與納濾 膜系統的進水口連接;納濾膜系統的產水口通過設置有增壓栗和高壓栗的管道與碟管式高 壓平板膜系統II的進水口連接，納濾膜系統的濃水口通過設置有增壓栗和高壓栗的管道與 碟管式高壓平板膜系統I的進水口連接;其特征在于:所述的碟管式高壓平板膜系統I和II 的產水口通過管道與回用水池連接;所述的碟管式高壓平板膜系統I的濃水口通過管道與 冷凍結晶系統的進料口連接，冷凍結晶系統的結晶出口與硫酸鉀制備系統的進料口連接， 冷凍結晶系統的冷凍母液出口通過管道與高級氧化系統進水口連接，碟管式高壓平板膜系 統II的濃水口通過管道與高級氧化系統的進水口連接;高級氧化系統的出水口通過管道與 蒸發結晶系統的進料口連接，蒸發結晶系統的硫酸鈉結晶鹽出口通過管道與硫酸鉀制備 系統的進料口連接，蒸發結晶系統的冷凝水出口通過管道與回用水池連接。
【文檔編號】C02F9/10GK205500801SQ201620108085
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月30日
【發明人】黨平, 賽世杰, 王俊輝, 李戰勝, 薛源, 劉丹茹, 劉慧 , 張娜, 郭默然, 李思序, 齊婧, 何麗娟, 姚紅銳, 高貴和, 杭天浜
【申請人】內蒙古久科康瑞環保科技有限公司