CN207929010U

CN207929010U - 一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器

Info

Publication number: CN207929010U
Application number: CN201721736621.1U
Authority: CN
Inventors: 金可勇; 胡鉴耿; 金水玉; 付晓靖
Original assignee: Hangzhou Water Treatment Technology Development Center Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Water Treatment Technology Development Center Co Ltd
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2027-12-14

Abstract

本实用新型公开一种化学处理装置，具体是指一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器。本实用新型中的膜组由铂钽钌电极、均相耐碱阴膜、弹性耐碱隔板、均相阻碱阳膜依次叠加组成；在膜组的两外侧分别放置有极液流道板，再在极液流道板的两侧由夹紧钢板通过紧固螺栓固定；在极液流道板上开设有阳极液进口、阴极液进口、阳极液出口、阴极液出口；阳极液进口外接稀酸进口，阴极液进口外接浓酸进口，阳极液出口外接淡液出口、阴极液出口外接浓酸出口；靠近均相耐碱阴膜的铂钽钌电极外接阳极接线柱，靠近均相阻碱阳膜的铂钽钌电极外接阳极接线柱。本实用新型的优点是使用这些高性能的均相离子交换膜，使浓缩氢氧化钠的浓度大幅提高，并且耗电少、速度快。

Description

一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器

技术领域

本实用新型涉及一种化学处理装置，具体是指一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器。

背景技术

发展，水资源问题，尤其是水资源短缺与经济社会发展的矛盾已经充分暴露出来。全国平均每年因旱受灾的面积约4亿亩。正常年份全国灌区每年缺水300亿立方米，城市缺水60亿立方米。在缺水的同时，还存在着严重的用水浪费，全国农业灌溉用水利用系数大多只有0.4，而很多国家已达到0.7～0.8；我国工业万元产值用水量为103立方米，是发达国家的10～20倍，水的重复利用率我国为50％左右，而发达国家为85％以上。低效率的用水导致大量的废污水排放，目前全国年废污水排放总量已达620亿m³，大部分未经处理直接排入江、河、湖、库，使我国江河流域普遍受到污染，且呈发展趋势。我国每年因水污染造成的经济损失占到GDP的1.5％-3.0％。节约用水、清洁生产，对于我国的经济的持续发展具有重要的战略意义。

火力发电行业的用水量位列五个高用水行业(火力发电、纺织、造纸、钢铁和石油化工)之首，其用水量占全国工业用水总量的50％以上。根据原国家经贸委主持制定的《工业节水“十二五”规划》，全国用水总量控制在6350亿立方米以内，全国万元GDP用水量降低到105立方米以下，比2010年下降30％；万元工业增加值用水量降低到63立方米，比2010年降低30％以上。

全国设市城市供水管网平均漏损率不超过18％；海水淡化、再生水利用、雨水集蓄利用、矿井水利用等非常规水源利用年替代新鲜淡水量达到100亿立方米以上。到2015年，要求做到直流冷却取水量零增长，单位发电量取水量下降到(扣除直流冷却水后)29.9m3/万千瓦时(折合发电耗水指标为0.833m3/(GW.s))。由于我国的水资源空间分布和时间分布均极不均衡，水资源总量的8I％集中分布于长江及其以南地区，全年60％-80％的降水量集中在汛期4个月，其结果是我国北方地区尤其是黄、淮、海三流域9省市的广大地区严重缺水。因此，在严重缺水地区的火电厂必然被要求按比全国平均水平更低的发电耗水指标控制用水量，大部分电厂被要求做到废水“零排放”。

废水零排放(Zero Liquid Discharge，简称ZLD)，是自1970年代以来首先由经济发达国家提出、研究和应用的，目前仍在不断进步着的一项综合性应用技术。ZLD一般是指工厂的用水除蒸发、风吹等自然损失以外，全部(通过各种处理)在厂内循环使用，不向外排放任何废水，水循环***中积累的盐类通过蒸发、结晶以固体形式排出。因为火电厂耗水量大，且有大量的余(废)热可供利用，因而ZLD的主要应用领域是火力发电厂。我国电力行业自“九五”(1995-2000)开始。在水资源紧缺和水污染形势的日益严重的形势迫使下开始投入力量进行ZLD的试验研究，并开始在火电厂中实际应用。到目前为止，已有十余家火电厂实施了不同方式的ZLD，基本上都是以处理和回用循环水排水为主要内容。从已经投入运行的ZLD***的运行效果来看.均能取得较好的节水效果，有的电厂确能因此而做到不排放任何废水。然而，和国际先进水平相比，我国现有的和在建的ZLD***在设计合理性、运行稳定性、运行效果等方面均存在较大的差距。同时也还存在一些有待改进的问题。

目前火电厂的高含盐废水主要有树脂再生酸、碱废水和脱硫废水，最常用的做法是将高含盐废水用于灰库搅拌和煤场喷淋，但这又会影响灰渣的回用质量和煤场及输煤***的喷淋运行。事实上该种回用方式并未从根本上解决高含盐废水的回用问题，只是转嫁给其他***。

尽管国内各电厂脱硫水质各异，但总体看来具有以下特点：1)呈弱酸性；2)重金属含量高；3)矿化度高，氯离子高，加速了腐蚀速度；4)含有大量生垢离子，采出水中含有SO42-、CO3-、Ca2+、Mg2+、Ba2+等易成垢离子；5)悬浮物含量高、颗粒细小。

对于电厂脱硫废水，一般呈酸性(pH4～6)，悬浮物在9000～12700mg/L，一般含汞、铅、镍、锌等重金属以及砷、氟等非金属污染物。由于脱硫废水属弱酸性，故许多重金属离子有良好的溶解性。所以，脱硫废水的处理主要是以化学、机械方法分离重金属和其它可沉淀的物质，如氟化物、亚硫酸盐和硫酸盐。

国内现行的典型脱硫废水处理方法均是基于脱硫除尘废水的排放特征衍生而来，针对不同种类的污染物，其各自的去除机理如下：

先在废水中加入石灰乳或其它碱性化学试剂(如：NaOH等)，将pH值调至6～7，为后续处理工艺环节创造良好的技术条件，同时在该环节可以有效去除氟化物(生成CaF2沉淀)和部分重金属。然后加入石灰乳、有机硫和絮凝剂，将pH升至8～9，使重金属以氢氧化物和硫化物的形式沉淀。

沉淀分离是一种常用的金属分离法，除活泼金属外，许多金属的氢氧化物的溶解度较小。故脱硫废水一般采用加入可溶性氢氧化物，如氢氧化钠(NaOH)，产生氢氧化物沉淀来分离重金属离子。值得一提的是，由于在不同的pH值下，金属氢氧化物的溶度积相差较大，故反应时应严格控制其pH值。

在脱硫废水处理中，一般控制pH值8.5～9.0之间，在这一范围内可使一些重金属，如铁、铜、铅、镍和铬生成氢氧化物沉淀。对于汞、铜等重金属，一般采用加入可溶性硫化物如硫化钠(Na₂S)，以产生Hg₂S、CuS等沉淀，这两种沉淀物质溶解度都很小，溶度积数量级在1040～1050之间。

对于汞使用硫化钠，只要添加小于1mg/LS₂-，就可对小于10μg/L浓度的汞产生作用。为了改善重金属析出过程，制备一种能良好沉淀的泥浆，一般可使用三价铁盐如FeCl₃及一般为阴离子态的絮凝剂。通过以上两级处理，即可使重金属达标排放。

还有一些工艺，以Ca(OH)₂代替NaOH，反应过程中同时产生CaF₂、CaSO₃、CaSO₄沉淀物，以分离氟化物、亚硫酸盐、硫酸盐等盐类物质。采用Steinmullerj技术的波兰RAFAKO公司认为，使用Ca(OH)₂溶液，通过加絮凝剂、助凝剂还可沉淀CaCl₂分离Cl-。另外，德国一些公司，使用同样有选择作用的TMT(Trimer～capto-trianzin)替代Na₂S来沉淀汞，这种工艺相对操作简单。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是开发一种可对0.01-10％的稀氢氧化钠进行浓缩至20％以上的均相膜电渗析膜组器。本实用新型的目的还在于提供一种可以进行经济、环保的稀氢氧化钠电渗析浓缩的运行参数。

本实用新型通过下述技术方案得以实现的：

一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器，包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜，其特征在于，膜组由铂钽钌电极、均相耐碱阴膜、弹性耐碱隔板、均相阻碱阳膜依次叠加组成；在本实用新型中的膜组可以是一组或多组；

在膜组的两外侧分别放置有极液流道板，再在极液流道板的两侧由夹紧钢板通过紧固螺栓固定；

在极液流道板上开设有阳极液进口、阴极液进口、阳极液出口、阴极液出口；

阳极液进口外接稀酸进口，阴极液进口外接浓酸进口，阳极液出口外接淡液出口、阴极液出口外接浓酸出口；靠近均相耐碱阴膜的铂钽钌电极外接阳极接线柱，靠近均相阻碱阳膜的铂钽钌电极外接阳极接线柱。

作为优选，上述的一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器中铂钽钌电极是钛涂钽铂钌电极。作为更佳选择，所述的钛涂钽铂钌电极采用0.5-2毫米厚的钛板，经超声清洗、氢氟酸清洗后，再用草酸作表面处理后，用铂进行底涂，铂涂层厚度为0.5-2微米；铂底涂后用氧化钽、氧化钌进行涂层并烧结，共涂层与烧结十次形成电极表面涂层，其中氧化钽、氧化钌的质量比例为0.01～10：0.01～3；烧结温度为700-1000℃，每次烧结时间为1-5小时。

作为优选，上述的一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器中弹性耐碱隔板是复合弹性隔板，由PP、PTFE制作而成。作为更佳选择，复合弹性隔板采用PP、PTFE分批在等离子体室中、高温、惰性的环境下喷涂一次成型技术制作弹性隔板，在温度为120-220℃，先用PP喷涂成隔板的形状，再用PTFE经离子活化后，在温度为220-280℃下把PTFE喷涂至刚才形成的PP隔板上进行共混；离子体的电极采用高频电容式藕合电极，振动频率30-50MC，等离子体所用的氧气纯度为99.1-99.8％，PTFE的比例为10％-40％。

作为优选，上述的一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器中均相耐碱阴膜采用全氟接枝阴膜；均相阻碱阳膜采用电阻为4.4—4.7Ω·cm²，破裂强度不小于0.4MPa，厚度为0.19—0.23mm。

有益效果：一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器中所述膜组器包括耐碱阴膜、阻碱阳膜，其中阻碱阳膜为以厚度为0.1-0.15毫米的纯四氟乙烯膜为底膜，用辐照接枝后，再用含浸法进行制备的阳膜，控制膜电阻为2～4Ω/cm²，交联度为70～90％，膜厚度为0.1～0.16mm。耐碱阳膜采用ASTOM公司的AHT阴膜。使用这些高性能的均相离子交换膜，使浓缩氢氧化钠的浓度大幅提高，并且耗电少、速度快。

附图说明

图1本实用新型的稀氢氧化钠浓缩电渗析膜组器结构正面示意图

图2本实用新型的稀氢氧化钠浓缩电渗析膜组器结构侧面示意图

(1)阳极液进口，(2)均相耐碱阴膜，(3)弹性耐碱隔板，(4)均相阻碱阳膜，(5)阴极液进口，(6)紧固螺栓，(7)稀酸进口，(8)极液流道板，(9)阳极接线柱，(10)夹紧钢板，(11)淡液出口，(12)浓酸出口，(13)阴极接线柱，(14)浓酸进口，(15)铂钽钌电极，(16)阳极液出口，(17)阴极液出口；

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的实施作具体说明：

实施例1

根据图1、图2所示原理结构，安装一台电渗析稀氢氧化钠浓缩装置，包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜，其中膜组由铂钽钌电极15、均相耐碱阴膜2、弹性耐碱隔板3、均相阻碱阳膜4依次叠加组成；在膜组的两外侧分别放置有极液流道板8，再在极液流道板8的两侧由夹紧钢板10通过紧固螺栓6固定；在极液流道板8上开设有阳极液进口1、阴极液进口5、阳极液出口16、阴极液出口17；阳极液进口1外接稀酸进口7，阴极液进口5外接浓酸进口14，阳极液出口16外接淡液出口11、阴极液出口17外接浓酸出口12；靠近均相耐碱阴膜2的铂钽钌电极15外接阳极接线柱9，靠近均相阻碱阳膜4的铂钽钌电极15外接阳极接线柱13。

在本实施例中，膜组器尺寸采用400*800mm，膜组器包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜。当接通过电源后，以含2％氢氧化钠的稀氢氧化钠为进水进入电渗析淡室。电渗析电流密度为500A/m²，膜面流速为5m/s，电渗析运行水温为32℃。经电渗析浓缩运行后，淡室的淡水浓度为0.05％的氢氧化钠淡水可以中和排放，浓室的氢氧化钠浓度为20％。整个稀氢氧化钠处理电流效率高达80％，总能耗为4度电/吨稀氢氧化钠，大幅低于多效蒸发。

实施例2

与实施例相同的产品结构，膜组器尺寸采用400*800mm，膜组器包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜。其中耐碱电极铂底涂厚度为1微米，氧化钽、氧化钌的质量比例为2：5；烧结温度为800℃，每次烧结时间为4小时。制作隔板的PP喷涂温度为160℃，PTFE的喷涂温度为230℃，离子体电极振动频率40MC，等离子体所用的氧气纯度为99.5％，PTFE的比例为20％；阻碱阳膜的膜电阻为3Ω/cm²，交联度为80％，膜厚度为0.12mm。耐碱阴膜的采用ASTOM公司的AHT阴膜。

以含2％氢氧化钠的稀氢氧化钠为进水进入电渗析淡室。电渗析电流密度为500A/m²，膜面流速为5m/s，电渗析运行水温为32℃。经电渗析浓缩运行后，淡室的淡水浓度为0.05％的氢氧化钠淡水可以中和排放，浓室的氢氧化钠浓度为21％。整个稀氢氧化钠处理电流效率高达83％，总能耗为3.8度电/吨稀氢氧化钠，大幅低于多效蒸发。

实施例3

根据图1、图2所示原理结构，安装一台电渗析稀氢氧化钠浓缩装置，膜组器尺寸采用400*800mm，膜组器包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜。其中耐碱电极铂底涂厚度为1.5微米，氧化钽、氧化钌的质量比例为2：3；烧结温度为850℃，每次烧结时间为3小时。制作隔板的PP喷涂温度为130℃，PTFE的喷涂温度为220℃，离子体电极振动频率30MC，等离子体所用的氧气纯度为99.5％，PTFE的比例为30％；阻碱阳膜的膜电阻为3.5Ω/cm²，交联度为85％，膜厚度为0.12mm。耐碱阴膜的采用ASTOM公司的AHT阴膜。

以含1％氢氧化钠的稀氢氧化钠为进水进入电渗析淡室。电渗析电流密度为400A/m²，膜面流速为5m/s，电渗析运行水温为35℃。经电渗析浓缩运行后，淡室的淡水浓度为0.05％的氢氧化钠淡水可以中和排放，浓室的氢氧化钠浓度为20％。整个稀氢氧化钠处理电流效率高达80％，总能耗为5度电/吨稀氢氧化钠，大幅低于多效蒸发。

实施例4

根据图1所示原理结构，安装一台电渗析稀氢氧化钠浓缩装置，膜组器尺寸采用600*1200mm，膜组器包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜。其中耐碱电极铂底涂厚度为1微米，氧化钽、氧化钌的质量比例为3：2；烧结温度为800℃，每次烧结时间为4小时。制作隔板的PP喷涂温度为150℃，PTFE的喷涂温度为210℃，离子体电极振动频率50MC，等离子体所用的氧气纯度为99.5％，PTFE的比例为40％；阻碱阳膜的膜电阻为4Ω/cm²，交联度为85％，膜厚度为0.15mm。耐碱阴膜的采用ASTOM公司的AHT阴膜。

以含2.5％氢氧化钠的稀氢氧化钠为进水进入电渗析淡室。电渗析电流密度为600A/m²，膜面流速为6m/s，电渗析运行水温为35℃。经电渗析浓缩运行后，淡室的淡水浓度为0.05％的氢氧化钠淡水可以中和排放，浓室的氢氧化钠浓度为20％。整个稀氢氧化钠处理电流效率高达82％，总能耗为6度电/吨稀氢氧化钠，大幅低于多效蒸发。

实施例5

根据图1所示原理结构，安装一台电渗析稀氢氧化钠浓缩装置，膜组器尺寸采用600*1200mm，膜组器包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜。其中耐碱电极铂底涂厚度为1微米，氧化钽、氧化钌的质量比例为5：3；烧结温度为860℃，每次烧结时间为5小时。制作隔板的PP喷涂温度为130℃，PTFE的喷涂温度为250℃，离子体电极振动频率50MC，等离子体所用的氧气纯度为99.5％，PTFE的比例为20％；阻碱阳膜的膜电阻为4.5Ω/cm²，交联度为80％，膜厚度为0.12mm。耐碱阴膜的采用ASTOM公司的AHT阴膜。

以含2％氢氧化钠的稀氢氧化钠为进水进入电渗析淡室。电渗析电流密度为700A/m²，膜面流速为6m/s，电渗析运行水温为35℃。经电渗析浓缩运行后，淡室的淡水浓度为0.05％的氢氧化钠淡水可以中和排放，浓室的氢氧化钠浓度为20％。整个稀氢氧化钠处理电流效率高达85％，总能耗为3.5度电/吨稀氢氧化钠，大幅低于多效蒸发。

Claims

1.一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器，包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜，其特征在于，膜组由铂钽钌电极(15)、均相耐碱阴膜(2)、弹性耐碱隔板(3)、均相阻碱阳膜(4)依次叠加组成；

在膜组的两外侧分别放置有极液流道板(8)，再在极液流道板(8)的两侧由夹紧钢板(10)通过紧固螺栓(6)固定；

在极液流道板(8)上开设有阳极液进口(1)、阴极液进口(5)、阳极液出口(16)、阴极液出口(17)；

阳极液进口(1)外接稀酸进口(7)，阴极液进口(5)外接浓酸进口(14)，阳极液出口(16)外接淡液出口(11)、阴极液出口(17)外接浓酸出口(12)；靠近均相耐碱阴膜(2)的铂钽钌电极(15)外接阳极接线柱(9)，靠近均相阻碱阳膜(4)的铂钽钌电极(15)外接阴极接线柱(13)。

2.根据权利要求1所述的一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器，其特征在于铂钽钌电极(15)是钛涂钽铂钌电极。

3.根据权利要求1所述的一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器，其特征在于弹性耐碱隔板(3)是复合弹性隔板，由PP、PTFE制作而成。

4.根据权利要求1所述的一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器，其特征在于均相耐碱阴膜(2)采用全氟接枝阴膜；均相阻碱阳膜(4)采用电阻为4.4—4.7Ω·cm²，破裂强度不小于0.4MPa，厚度为0.19—0.23mm。