CN109231556A - 酸/碱废液的扩散渗析处理装置及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种酸/碱废液的扩散渗析处理装置及其处理方法，涉及废水处理技术领域领域。该装置包括：扩散渗析膜堆，所述扩散渗析膜堆包括扩散室和渗析室；离子交换膜，所述离子交换膜位于所述扩散室和渗析室之间，且通过离子交换膜形成选择性连通；加压系统，所述加压系统包括气体装置和气体连接管，所述气体装置通过气体连接管将气体输送至渗析室中。通过上述装置进行处理，通过加压系统给渗析室压力，在压力差和浓度差的双重驱动作用下进行扩散渗析作业，可增大离子的传质通量，从而提升扩散渗析过程的处理量，同时还能有效地抑制水的反渗透现象，提高扩散渗析传质效果。此外，本发明装置结构简单、操作方便、能耗低、不易导致二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种酸/碱废液的扩散渗析处理装置及其处理方法。
背景技术
酸/碱废液包括酸性废液和碱性废液，其中酸性废水是pH值小于6的废水，主要来自于冶金、金属加工、石油化工、化纤、电镀等企业排放的废水；而碱性废水是pH值大于9的废水，主要来自于造纸、制革、炼油、石油化工、化纤等行业。酸碱废水进入水体会破坏自然中和作用，使水体的pH值发生变化，影响水生生物的正常生长，使水体自净功能下降。酸碱废水渗入土壤，会破坏土壤的理化性质，造成土壤的酸化或碱化，影响农作物正常生长。每年我国在工业生产过程中都会产生大量的酸/碱废液。
目前对于酸/碱废液的传统处理方法是中和法，包括投药中和、酸碱废水中和等，但中和法存在成本高、易产生二次污染等问题。目前一种的新的处理方法，也在被逐渐的推广，即扩散渗析，其是一种以浓度梯度作为传质驱动力的离子膜分离过程。由于具有操作简单、费用低、能有效回收酸碱等优势，扩散渗析已成功应用于钛白废酸处理、印染煮纱废水处理、丝光洗水处理等行业中，用来处理酸/碱废液并回收酸碱。随着不断的广泛应用，扩散渗析也逐渐呈现出一些不足之处。首先，扩散渗析以浓度差作为传质驱动力，因此传质通量低、处理量小。
由于扩散渗析以浓度梯度作为传质驱动力的，在扩散渗析过程中膜两侧溶液存在着渗透压差，导致扩散侧的水部分渗透到渗析侧(即“水的反渗透”)，水渗透现象使得两边浓度差降低渗析室浓度变低，降低了膜两侧溶液的浓度差，从而降低传质推动力，导致扩散渗析的效率低下；此外，水的反渗透还使得扩散残液的体积增加，加重了后处理的负担。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种酸/碱废液的扩散渗析处理装置及其处理方法，解决了现有的扩散渗析存在水的反渗透，从而降低传质推动力，导致扩散渗析的效率低下的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一方面，提供一种酸/碱废液的扩散渗析处理装置，包括：
扩散渗析膜堆，所述扩散渗析膜堆包括扩散室和渗析室；
离子交换膜，所述离子交换膜位于所述扩散室和渗析室之间，且通过离子交换膜形成选择性连通；
加压系统，所述加压系统包括气体装置和气体连接管，所述气体装置通过气体连接管将气体输送至渗析室中。
优选的，所述扩散室还包括：体积测量装置，所述体积测量装置用于测量扩散室内的液体的体积。
优选的，所述渗析室包括进料口。
优选的，还包括第一活塞，所述第一活塞能够与进料口卡合配合，所述气体连接管贯穿所述第一活塞，且出气端位于所述渗析室内部。
优选的，还包括两个垫圈，其中一个垫圈与扩散室固定连接，一个垫圈与渗析室固定连接；
所述离子交换膜位于两个垫圈之间，且两个垫圈之间可拆卸连接。
优选的，还包括压力显示仪，所述压力显示仪设在气体连接管上。
另一方面还提供一种酸/碱废液的扩散渗析处理方法，包括以下步骤：
S1:将酸/碱废液通过装入至扩散渗析膜堆的渗析室(2)中；将水装入至扩散渗析膜堆的扩散室(1)中；
S2:将加压系统中的气体连接管(401)的出气口与渗析室(2)连通，开启加压系统，调节压力，对渗析室(2)进行加压。
优选的，在步骤S1和步骤S2之间，将体积测量装置与扩散渗析膜堆的扩散室连通。
优选的，所述步骤S2中调节压力至0～0.2MPa。
优选的，所述步骤S2中调节压力0.02～0.15MPa。
(三)有益效果
本发明提供了一种酸/碱废液的扩散渗析处理装置及处理方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明提供了一种酸/碱废液的双驱动扩散渗析处理装置及处理方法，所述扩散渗析膜堆由扩散室和渗析室组成，还包括了加压系统；通过加压系统给渗析室压力，在压力差和浓度差的双重驱动作用下进行扩散渗析作业，可增大离子的传质通量，从而提升扩散渗析过程的处理量，同时还能有效地抑制水的反渗透现象，提高扩散渗析传质效果。此外，本发明装置结构简单、操作方便、能耗低、不易导致二次污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例酸/碱废液的双驱动扩散渗析处理装置的整体结构剖视图；
图2为本发明实施例酸/碱废液的双驱动扩散渗析处理装置的垫圈结构示意图；
图3为本发明本发明实施例酸/碱废液的双驱动扩散渗析处理装置扩散室或者渗析室的整体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1～3，本发明实施例提供的一种酸/碱废液的扩散渗析处理装置，包括：
离子交换膜3，所述离子交换膜3位于所述扩散室1和渗析室2之间，且通过离子交换膜形成选择性连通；本发明对所述离子交换膜没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的离子交换膜，由市场购买获得即可。本发明中，所述扩散渗析膜堆的扩散室1或者渗析室2的结构一样，如图3所示，为扩散渗析膜堆的扩散室1和渗析室2结构示意图。本发明对扩散室1和渗析室2的材质要求耐酸碱腐蚀，优选为聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)材质。在本发明的实施例中，所述扩散室和渗析室的腔体体积可以同样大，也可以不一样大，腔体体积大小可以为20～500mL；在另外的实施例中，所述扩散室和渗析室的腔体体积可以为50～300mL；在其它的实施例中，所述扩散室腔体体积还可以为198mL，所述渗析室的腔体体积还可以为218mL。
加压系统，所述加压系统包括气体装置4和气体连接管401，所述气体装置4通过气体连接管401将气体输送至渗析室2中。在本发明具体实施中，所述气体装置4优选为空气压缩机、空气钢瓶、氮气钢瓶、氧气钢瓶中的一种，更优选为空气钢瓶、氮气钢瓶。在本发明中，所述加压系统的输出压力优选为0～0.2MPa，更优选为0.02～0.15MPa，最优选为0.04～0.08MPa。
所述扩散室1还包括：体积测量装置102，所述体积测量装置102用于测量扩散室1内的液体的体积。在具体实施过程中扩散室1在上端设置加水口，将采用移液管惯穿第二活塞101，然后将第二活塞101和移液管插入至扩散室1中，加水口与第二活塞101配合，移液管的底端位于扩散室1中，并且在具体操作时，移液管的底端要位于水面以下位置。然后在移液管中加入一定体积的水，由于连通器的原理，在扩散渗析即可从移液管中体积的变换获悉扩散室1的中液体体积的变化。
所述渗析室2还包括进料口201。
所述渗析室2还包括第一活塞202，所述第一活塞202能够与进料口201卡合配合，所述气体连接管401贯穿所述第一活塞202，且出气端位于所述渗析室2内部。
为了便于在扩散室1和渗析室2之间设置离子交换膜3，并且将扩散室1和渗析室2连通；该酸/碱废液的扩散渗析处理装置，还包括两个垫圈5，其中一个垫圈5与扩散室1固定连接，一个垫圈5与渗析室2固定连接；
所述离子交换膜3位于两个垫圈5之间，且两个垫圈5之间可拆卸连接。具体实施过程中可以采用螺栓连接。可以由四根螺栓将两者连接。
还包括压力显示仪402，所述压力显示仪402设在气体连接管401上，用于检测渗析室2上部分的气体压力。
具体实施时，为了便于加压自系统能够准确、顺利地给膜堆的渗析室2加压，所述渗析室2与气体连接管401可以通过聚四氟乙烯管连通。
在本发明实施例中，能够用于处理酸/碱废液。其中酸性废液优选为无机酸和金属盐的混合酸液，更优选为盐酸和氯化亚铁混合酸液、盐酸和氯化铝混合酸液、盐酸和氯化铁混合酸液、硫酸和硫酸亚铁混合酸液、硫酸和硫酸铝混合酸液的一种或几种，最优选为硫酸和硫酸亚铁混合酸液。在本发明实施例中，所述酸性废液的酸浓度优选为0.1～6mol/L，更优选为0.2～5mol/L，最优选为0.5～4.5mol/L，最最优选为0.8～4mol/L；所述酸性废液的盐浓度优选为0.1～3mol/L，最优选为0.2～2.8mol/L，最最优选为0.3～2.5mol/L。在本发明实施例中，所述碱性废液优选为无机碱与金属盐的混合碱液，更优选为氢氧化钠和钨酸钠混合碱液、氢氧化钠和偏铝酸钠混合碱液的一种或几种，最优选为氢氧化钠和钨酸钠混合碱液。在本发明实施例中，所述碱性废液的碱浓度优选为0.1～6mol/L，更优选为0.2～5mol/L，最优选为0.3～4.5mol/L，最最优选为0.5～4mol/L；所述碱性废液的盐浓度优选为0.02～3mol/L，最优选为0.02～2.8mol/L，最最优选为0.05～1.0mol/L。
在本发明实施例中，所述扩散室用于盛放水。在本发明中，所述水优选为自来水、去离子水、蒸馏水、纯净水中的一种或几种，更优选为自来水。
在具体实施过程中上述实施例中的第一活塞101和第二活塞202采用的为带孔橡胶塞，一方面能够增加装置的密封性，另一方面方便移液管和气体连接管与装置的连通。
另一方面，本发明还提供利用上述扩散渗析处理装置处理酸/碱液的方法，包括以下步骤：
S1:将酸/碱废液通过装入至扩散渗析膜堆的渗析室2中；将水装入至扩散渗析膜堆的扩散室1中；
S2:将加压系统中的气体连接管401的出气口与渗析室2连通，开启加压系统，调节压力，对渗析室2进行加压。
具体实施过程中，在步骤S1和步骤S2之间，将体积测量装置102与扩散渗析膜堆的扩散室1连通。
结合本实施例的装置和处理方法，为了方便装置的装置，同时确保装置的密封性，在扩散室和渗析室均只设计一个加料口，同时该加料口进行加料，同时通过第一活塞和第二活塞，与加料口的配合将体积检测装置和气体连接管与装置连接。
所述渗析室中的酸/碱废液与扩散室中的水在压力差和浓度差的双重驱动力作用下透过离子交换膜进行离子交换，在扩散室中得到回收酸/碱、渗析室中得到扩散残液。
本发明实施例提供的酸/碱废液的扩散渗析处理装置，所述扩散渗析膜堆由扩散室和渗析室组成，还包括了加压系统；通过加压系统给渗析室压力，在压力差和浓度差的双重驱动作用下，可增大离子的传质通量，从而提升扩散渗析过程的处理量，同时还能有效地抑制水的反渗透现象，提高扩散渗析传质效果。此外，本发明装置结构简单、操作方便、能耗低、不易导致二次污染。
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明实施提供的酸/碱废液处理装置及处理方法进行详细描述。
实施例1
采用上述实施例的装置，并且其中的离子交换膜3采用阴离子交换膜，其有效面积为21.2cm2。
向渗析室2中灌注180mL组成为0.3mol/L硫酸亚铁和0.9mol/L硫酸浓度的酸性废液，约占渗析室2体积的87％；向扩散室1中灌注180mL的去离子水，约占扩散室1体积的91％。
移液管通过第一活塞101安装在扩散室1进料口，采用氮气进行加压。
氮气钢瓶的压力值设置为0MPa，开始实验，实验时间为2小时。
本实施例在实验结束后，分别测定扩散室1和渗析室2中的亚铁离子浓度和氢离子浓度，计算氢离子和亚铁离子的渗析系数，从而计算分离因子，计算结果如表1所示，表1为本发明实施例1～实施例8计算的氢离子(氢氧根离子)和亚铁离子(钨酸根离子)渗析系数值和分离因子值。
实施例2
采用实施例1的装置。
向渗析室2中灌注180mL组成为0.3mol/L硫酸亚铁和0.9mol/L硫酸浓度的酸性废液，约占渗析室2体积的87％；向扩散室1中灌注180mL的去离子水，约占扩散室1体积的91％。
氮气压力值设置为0.04MPa，开始实验，实验时间为2小时。
本实施例在实验结束后，分别测定扩散室1和渗析室2中的亚铁离子浓度和氢离子浓度，计算氢离子和亚铁离子的渗析系数，从而计算分离因子，计算结果如表1所示，表1为本发明实施例1～实施例8计算的氢离子(氢氧根离子)和亚铁离子(钨酸根离子)渗析系数值和分离因子值。
实施例3
采用实施例1的装置。
向渗析室2中灌注180mL组成为0.3mol/L硫酸亚铁和1.8mol/L硫酸浓度的酸性废液，约占渗析室2体积的87％；向扩散室1中灌注180mL的去离子水，约占扩散室1体积的91％。
氮气的压力值设置为0.04MPa，开始实验，实验时间为2小时。
本实施例在实验结束后，分别测定扩散室1和渗析室2中的亚铁离子浓度和氢离子浓度，计算氢离子和亚铁离子的渗析系数，从而计算分离因子，计算结果如表1所示，表1为本发明实施例1～实施例8计算的氢离子(氢氧根离子)和亚铁离子(钨酸根离子)渗析系数值和分离因子值。
实施例4
采用实施例1的装置。
向渗析室2中灌注180mL组成为0.7mol/L硫酸亚铁和0.9mol/L硫酸浓度的酸性废液，约占渗析室2体积的87％；向扩散室1中灌注180mL的去离子水，约占扩散室1体积的91％。
氮气压力值设置为0.04MPa，开始实验，实验时间为2小时。
本实施例在实验结束后，分别测定扩散室1和渗析室2中的亚铁离子浓度和氢离子浓度，计算氢离子和亚铁离子的渗析系数，从而计算分离因子，计算结果如表1所示，表1为本发明实施例1～实施例8计算的氢离子(氢氧根离子)和亚铁离子(钨酸根离子)渗析系数值和分离因子值。
实施例5
采用实施例1的装置。其中离子交换膜采用阳离子交换膜，有效面积为21.2cm2。
向渗析室2中灌注180mL组成为1.0mol/L氢氧化钠浓度和0.1mol/L钨酸钠浓度的碱性废液，约占渗析室2体积的87％；向扩散室1中灌注180mL的去离子水，约占扩散室1体积的91％。
氮气压力值设置为0MPa，开始实验，实验时间为2小时。
本实施例在实验结束后，分别测定扩散室1和渗析室2中的钨酸根离子浓度和氢氧根离子浓度，计算钨酸根离子和氢氧根离子的渗析系数，从而计算分离因子，计算结果如表1所示，表1为本发明实施例1～实施例8计算的氢离子(氢氧根离子)和亚铁离子(钨酸根离子)渗析系数值和分离因子值。
实施例6
采用实施例5的装置。
向渗析室2中灌注180mL组成为1.0mol/L氢氧化钠浓度和0.1mol/L钨酸钠浓度的碱性废液，约占渗析室2体积的87％；向扩散室1中灌注180mL的去离子水，约占扩散室1体积的91％。
氮气压力值设置为0.04MPa，开始实验，实验时间为2小时。
本实施例在实验结束后，分别测定扩散室1和渗析室2中的钨酸根离子浓度和氢氧根离子浓度，计算钨酸根离子和氢氧根离子的渗析系数，从而计算分离因子，计算结果如表1所示，表1为本发明实施例1～实施例8计算的氢离子(氢氧根离子)和亚铁离子(钨酸根离子)渗析系数值和分离因子值。
实施例7
采用实施例5的装置。
向渗析室2中灌注180mL组成为2.0mol/L氢氧化钠浓度和0.1mol/L钨酸钠浓度的碱性废液，约占渗析室2体积的87％；向扩散室1中灌注180mL的去离子水，约占扩散室1体积的91％。
氮气压力值设置为0.04MPa，开始实验，实验时间为2小时。
本实施例在实验结束后，分别测定扩散室1和渗析室2中的钨酸根离子浓度和氢氧根离子浓度，计算钨酸根离子和氢氧根离子的渗析系数，从而计算分离因子，计算结果如表1所示，表1为本发明实施例1～实施例8计算的氢离子(氢氧根离子)和亚铁离子(钨酸根离子)渗析系数值和分离因子值。
实施例8
采用实施例5的装置。
向渗析室2中灌注180mL组成为1.0mol/L氢氧化钠浓度和0.05mol/L钨酸钠浓度的碱性废液，约占渗析室2体积的87％；向扩散室1中灌注180mL的去离子水，约占扩散室1体积的91％。
氮气钢瓶的压力值设置为0.04MPa，开始实验，实验时间为2小时。
本实施例在实验结束后，分别测定扩散室1和渗析室2中的钨酸根离子浓度和氢氧根离子浓度，计算钨酸根离子和氢氧根离子的渗析系数，从而计算分离因子，计算结果如表1所示，表1为本发明实施例1～实施例8计算的氢离子(氢氧根离子)和亚铁离子(钨酸根离子)渗析系数值和分离因子值。
表1本发明实施例1～实施例8的氢离子(氢氧根离子)和亚铁离子(钨酸根离子)渗析系数值和分离因子值
由上述数据可知，在酸体系中，实施例2具有较大的渗析系数，相较于实施例1和实施例3，分离因子变化不大，效果最好。而尽管实施例4分离因子大很多，但是渗析系数较于其他实施例很小，因此处理效果并不明显；在碱体系中，实施例6效果最好，分离因子变化不大的情况下，具有较优的渗析系数，处理效果最佳。
综上所述，本发明实施例提供了一种酸/碱废液的扩散渗析处理装置及处理方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明实施例提供了一种酸/碱废液的双驱动扩散渗析处理装置及处理方法，所述扩散渗析膜堆由扩散室和渗析室组成，还包括了加压系统；通过加压系统给渗析室压力，在压力差和浓度差的双重驱动作用下进行扩散渗析作业，可增大离子的传质通量，从而提升扩散渗析过程的处理量，同时还能有效地抑制水的反渗透现象，提高扩散渗析传质效果。此外，本发明装置结构简单、操作方便、能耗低、不易导致二次污染。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”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。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种酸/碱废液的扩散渗析处理装置，其特征在于，包括：
扩散渗析膜堆，所述扩散渗析膜堆包括扩散室(1)和渗析室(2)；
离子交换膜(3)，所述离子交换膜(3)位于所述扩散室(1)和渗析室(2)之间，且通过离子交换膜形成选择性连通；
加压系统，所述加压系统包括气体装置(4)和气体连接管(401)，所述气体装置(4)通过气体连接管(401)将气体输送至渗析室(2)中。
2.如权利要求1所述的酸/碱废液的扩散渗析处理装置，其特征在于，所述扩散室(1)还包括：体积测量装置(102)，所述体积测量装置(102)用于测量扩散室(1)内的液体的体积。
3.如权利要求1所述的酸/碱废液的扩散渗析处理装置，其特征在于，所述渗析室(2)包括进料口(201)。
4.如权利要求3所述的酸/碱废液的扩散渗析处理装置，其特征在于，还包括第一活塞(202)，所述第一活塞(202)能够与进料口(201)卡合配合，所述气体连接管(401)贯穿所述第一活塞(202)，且出气端位于所述渗析室(2)内部。
5.如权利要求1～4任一项所述的酸/碱废液的扩散渗析处理装置，其特征在于，还包括两个垫圈(5)，其中一个垫圈(5)与扩散室(1)固定连接，一个垫圈(5)与渗析室(2)固定连接；
所述离子交换膜(3)位于两个垫圈(5)之间，且两个垫圈(5)之间可拆卸连接。
6.如权利要求1～5任一项所述的酸/碱废液的扩散渗析处理装置，其特征在于，还包括压力显示仪(402)，所述压力显示仪(402)设在气体连接管(401)上。
7.如权利要求1～6任一项所述的酸/碱废液的扩散渗析处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:将酸/碱废液通过装入至扩散渗析膜堆的渗析室(2)中；将水装入至扩散渗析膜堆的扩散室(1)中；
S2:将加压系统中的气体连接管(401)的出气口与渗析室(2)连通，开启加压系统，调节压力，对渗析室(2)进行加压。
8.如权利要求7所述的酸/碱废液的扩散渗析处理方法，其特征在于，在步骤S1和步骤S2之间，将体积测量装置(102)与扩散渗析膜堆的扩散室(1)连通。
9.如权利要求7所述的酸/碱废液的扩散渗析处理方法，其特征在于，所述步骤S2中调节压力至0～0.2MPa。
10.如权利要求7所述的酸/碱废液的扩散渗析处理方法，其特征在于，所述步骤S2中调节压力0.02～0.15MPa。
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