一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统及方法

技术领域

本发明涉及高盐废水处理技术领域，尤其涉及一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统及方法。

背景技术

目前，目前化工、造纸、冶金、脱硫等工业领域中存在大量的硫酸钠废水问题，活性炭行业中存在大量的磷酸钠废水排放问题，这些硫酸钠和磷酸钠废水如果不加处理，直接排放会造成水体污染，不利于动植物的生长，破坏生态环境等问题。

传统的硫酸钠、磷酸钠废水的处理方法主要有沉淀法、膜法、蒸发冷冻结晶法、生物法。各种方法都存在一定的缺点，有的技术难度高，有的经济效益低，有的适用领域窄，在实际应用中需要几种方法结合使用。

沉淀中和法采用药剂反应使硫酸钠、磷酸钠废水中和沉淀，达到PH中性排放要求。

沉淀法的药剂消耗量大，固废产量高，存在二次污染，适用范围窄。膜法使淡盐水通过膜，利用膜只允许水分子通过，过滤掉部分水，得到排放量小的高浓度盐水溶液，透析水回用。膜法浓缩低盐水有技术和成本优势，但处理高盐废水存在渗透压力高和产水率过低的问题，投资成本高，不能处理高COD的废水。蒸发冷冻结晶法通过多效蒸发或机械热压缩技术将淡盐水浓缩至饱和结晶或再冷冻结晶，得到纯度低的副产工业盐。蒸发冷冻结晶法存在能耗大，运行成本高，处理不完全以及二次污染问题，副产产品品质低，产品附加值低。生物法通过微生物生化处理盐水中的COD、氨氮等有机物，使低浓度工业废盐水达到COD排放要求。生物法可处理低浓度盐水，不能处理高盐废水，微生物活性低的技术难题，且投资成本高，占地费用大，适用范围窄。由此可见，如何对高盐废水进行处理，不产生二次污染的前提下，提升副产产品品质和附加值，是业内需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统及方法；能够有效去除高浓盐废水中的氟离子和二氧化硅，从而促进高浓盐废水的后期回收利用。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统，包含高效处理高盐废水系统和循环系统；

所述高效处理高盐废水系统包含第一反应池、第二反应池以及第三反应池；循环系统包含盐水一次精制装置、浓缩处理装置、盐水二次精制装置以及双极膜电解装置；

第一反应池，用于对废水中的微生物进行杀菌；

第二反应池，用于去除所述第一反应池处理过的废水中的氟离子；

第三反应池，用于去除所述第二反应池处理过的废水中的二氧化硅；

盐水一次精制装置，用于对高盐废水进行盐水一次精制，得到较高纯度的盐水溶液；

浓缩处理装置，用于对所述较高纯度的盐水溶液采用膜法浓缩，再采用物理方法使盐分和水分离，得到较高纯度的盐水浓缩液；

盐水二次精制装置，用于对所述较高纯度的盐水浓缩液进行盐水二次精制，得到高纯度母液；

所述双极膜电解装置，用于对所述高纯度母液进行双极膜电解。

作为本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统的进一步优选方案，所述第一反应池、所述第二反应池和所述第三反应池中均设置有搅拌机，所述第二反应池和所述第三反应池上均设置有pH计。

作为本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统的进一步优选方案，所述双极膜电解装置和定频调压装置，所述定频调压装置与双极膜电解装置连接，用于提供定频稳定电压；所述定频调压装置包含MCU处理器、解调模块、调压模块、全桥驱动器、功率发射线圈和电源模块，所述电源模块的输出端分别连接与MCU处理器的输入端、解调模块的输入端，所述调压模块的输出端连接全桥驱动器的输入端和调压模块的输入端，所述全桥驱动器的输出端分别连接功率发射线圈的输入端和解调模块的输入端，所述解调模块的输出端连接MCU处理器的输入端，所述MCU处理器的输出端连接调压模块的输入端。

作为本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统的进一步优选方案，所述解调模块包含电压输入VIN端、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电感L1、芯片FR9885、电压输出V

一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统的方法，具体包含如下步骤；

步骤1，采用所述一级反应池对所述废水中的微生物进行微生物杀菌；

步骤2，采用所述二级反应池去除所述一级反应池处理过的废水中的氟离子；

步骤3，采用所述三级反应池去除所述二级反应池处理过的废水中的二氧化硅；

步骤4，对高盐废水进行盐水一次精制，得到较高纯度的盐水溶液；

步骤5，对所述较高纯度的盐水溶液采用膜法浓缩，再采用物理方法使盐分和水分离，得到较高纯度的盐水浓缩液；

步骤6，对所述较高纯度的盐水浓缩液进行盐水二次精制，得到高纯度母液；

步骤7，对所述高纯度母液进行双极膜电解。

作为本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的方法的进一步优选方案，在步骤1中，向所述第一反应池内的废水中加入次氯酸钠。

作为本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的方法的进一步优选方案，在步骤4中，对高盐废水自动添加液碱和精制药剂调节PH；经多级过滤精制提纯，得到较高纯度的盐水溶液。

作为本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的方法的进一步优选方案，在步骤5中，对所述较高纯度的盐水溶液采用膜法浓缩，再采用物理方法使盐分和水分离，得到较高纯度的盐水浓缩液，具体如下：

步骤5.1，先采用膜法浓缩，再采用物理方法使盐分和水分离，分离为高浓度盐水浓缩液和高纯度透析水；

步骤5.2，盐水浓缩液经精密过滤净化，得到较高纯度的盐水浓缩液。

作为本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的方法的进一步优选方案，在步骤6中，盐水二次精制由离子交换树脂塔组成的离子交换系统组成，用于进一步除去盐水中钙、镁、铁重金属离子；处理后的二次精制盐水再次精密过滤净化，得到高纯度母液。

作为本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的方法的进一步优选方案，在步骤7中，当电流通过电极时，双极膜能够在水解离催化层中发生水解离，使得水分子在线地转化为H+和OH-，并在电场的驱动下分别透过阳离子交换膜层及阴离子交换膜层，定向迁移至与双极膜接触的两侧溶液中；Na+以水合离子形式穿过阴离子交换膜定向迁移至阴极室，与在双极膜产生的OH-离子结合生成氢氧化钠，从阴极液管排出，在阴极室得到NaOH溶液；阴离子穿过阳离子交换膜定向迁移至阳极室，与在双极膜产生的H+离子结合，生成硫酸从阳极液管排出，在阳极室得到酸溶液。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统及方法，包含高效处理高盐废水系统和循环系统；高效反应系统，所述高效反应系统包含第一反应池，用于对废水中的微生物进行杀菌；第二反应池，用于去除所述第一反应池处理过的废水中的氟离子；第三反应池，用于去除所述第二反应池处理过的废水中的二氧化硅；通过自主研发高浓度盐水溶液的一次、二次精制净化技术，工艺简化，高效，使电解前盐水满足进电解槽的高纯度要求；通过自主开发高效电流转化的双极膜及应用技术，通过增强双极膜的跨膜电压降、水解离速率、膜层稳定性、耐酸碱及耐温性等性能，使双极膜结构紧密、具有极好的化学稳定性和机械稳定性，而且制作成本较低；

2、本发明双极膜电解装置基于定频调压装置，通过控制调压模块的调压精度及调压范围，并且及时处理解调模块反馈的接收功率请求，根据需求输出控制信号给调压模块，进而实现多档位的电压精准调节；其无需采用高主频的MCU，只需要通过MCU产生控制信号控制调压模块从而实现精准可靠的电压调节；避免输出级直接受到输入电压的影响。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统的结构原理图；

图2是本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统的定频调压装置的原理图；

图3是本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统的解调模块的电路图；

图4是本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都属于本发明保护的范围。

一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统，如图1所示，包含高效处理高盐废水系统和循环系统；

所述高效处理高盐废水系统包含第一反应池、第二反应池以及第三反应池；循环系统包含盐水一次精制装置、浓缩处理装置、盐水二次精制装置以及双极膜电解装置；

第一反应池，用于对废水中的微生物进行杀菌；

第二反应池，用于去除所述第一反应池处理过的废水中的氟离子；

第三反应池，用于去除所述第二反应池处理过的废水中的二氧化硅；

盐水一次精制装置，用于对高盐废水进行盐水一次精制，得到较高纯度的盐水溶液；

浓缩处理装置，用于对所述较高纯度的盐水溶液采用膜法浓缩，再采用物理方法使盐分和水分离，得到较高纯度的盐水浓缩液；

盐水二次精制装置，用于对所述较高纯度的盐水浓缩液进行盐水二次精制，得到高纯度母液；

所述双极膜电解装置，用于对所述高纯度母液进行双极膜电解。

所述第一反应池、所述第二反应池和所述第三反应池中均设置有搅拌机，所述第二反应池和所述第三反应池上均设置有pH计。

所述双极膜电解装置和定频调压装置，所述定频调压装置与双极膜电解装置连接，用于提供定频稳定电压；如图2所示，包含MCU处理器、解调模块、调压模块、全桥驱动器、功率发射线圈和电源模块，所述电源模块的输出端分别连接与MCU处理器的输入端、解调模块的输入端，所述调压模块的输出端连接全桥驱动器的输入端和调压模块的输入端，所述全桥驱动器的输出端分别连接功率发射线圈的输入端和解调模块的输入端，所述解调模块的输出端连接MCU处理器的输入端，所述MCU处理器的输出端连接调压模块的输入端；

其中，电源模块分别与MCU处理器和解调模块连接，用于提供MCU处理器、解调模块所需电能；

调压模块和全桥驱动器连接，用于通过反馈引脚实现自动稳压；

所述解调模块与全桥驱动器连接，用于将解调后的数据传给MCU处理器处理；

所述MCU处理器分别与调压模块和解调模块连接，用于控制调压模块的调压精度及调压范围，并且及时处理解调模块反馈的接收功率请求，根据需求输出控制信号给调压模块，进而实现多档位的电压精准调节。

本发明无需采用高主频的MCU，只需要通过MCU产生控制信号控制调压模块从而实现精准可靠的电压调节；本发明避免输出级直接受到输入电压的影响，使得搭载无线快速充电技术的产品更加稳定；本发明通过固定频率调节电压控制发射功率，可有效避免无线充电对手机的通信干扰。

如图3所示，所述解调模块包含电压输入VIN端、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电感L1、芯片FR9885、电压输出V

本发明双极膜电解装置基于定频调压装置，通过控制调压模块的调压精度及调压范围，并且及时处理解调模块反馈的接收功率请求，根据需求输出控制信号给调压模块，进而实现多档位的电压精准调节；其无需采用高主频的MCU，只需要通过MCU产生控制信号控制调压模块从而实现精准可靠的电压调节；避免输出级直接受到输入电压的影响。

一种基于循环利用的高效处理高盐废水的系统的方法，如图4所示，具体包含如下步骤；

步骤1，采用所述一级反应池对所述废水中的微生物进行微生物杀菌；

步骤2，采用所述二级反应池去除所述一级反应池处理过的废水中的氟离子；

步骤3，采用所述三级反应池去除所述二级反应池处理过的废水中的二氧化硅；

步骤4，对高盐废水进行盐水一次精制，得到较高纯度的盐水溶液；

步骤5，对所述较高纯度的盐水溶液采用膜法浓缩，再采用物理方法使盐分和水分离，得到较高纯度的盐水浓缩液；

步骤6，对所述较高纯度的盐水浓缩液进行盐水二次精制，得到高纯度母液；

步骤7，对所述高纯度母液进行双极膜电解。

作为本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的方法的进一步优选方案，在步骤1中，向所述第一反应池内的废水中加入次氯酸钠。

作为本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的方法的进一步优选方案，在步骤4中，对高盐废水自动添加液碱和精制药剂调节PH；经多级过滤精制提纯，得到较高纯度的盐水溶液。

作为本发明一种基于循环利用的高效处理高盐废水的方法的进一步优选方案，在步骤5中，对所述较高纯度的盐水溶液采用膜法浓缩，再采用物理方法使盐分和水分离，得到较高纯度的盐水浓缩液，具体如下：

步骤5.1，先采用膜法浓缩，再采用物理方法使盐分和水分离，分离为高浓度盐水浓缩液和高纯度透析水；

步骤5.2，盐水浓缩液经精密过滤净化，得到较高纯度的盐水浓缩液。

在步骤6中，盐水二次精制由离子交换树脂塔组成的离子交换系统组成，用于进一步除去盐水中钙、镁、铁重金属离子；处理后的二次精制盐水再次精密过滤净化，得到高纯度母液。所述盐水二次精制装置，用于盐水二次精制由离子交换树脂塔组成的离子交换系统组成；盐水浓缩液进入离子交换系统，经离子交换进一步除去盐水中钙、镁、铁重金属离子；处理后的二次精制盐水再次精密过滤净化，得到高纯度母液；其中，所述离子交换系统中三个树脂塔串联运行，每个树脂塔都具有100％的交换能力；树脂塔充填以苯乙烯和二乙烯共聚物为骨架带氨基磷酸功能团的螯合树脂；所述离子交换系统其交换能力有—定限制，在达到交换容器的80％前，就必须再生处理以恢复其交换能力；离子交换柱运行步骤为：盐水倒空及置换，纯水或纯水加空气反洗；用4％盐酸再生；纯水漂洗；用4％Na0H转型；纯盐水漂洗；投入立交使用；每个交换柱根据工艺要求定期再生一次，再生之后串入流程后端运行。

在步骤7中，当电流通过电极时，双极膜能够在水解离催化层中发生水解离，使得水分子在线地转化为H+和OH-，并在电场的驱动下分别透过阳离子交换膜层及阴离子交换膜层，定向迁移至与双极膜接触的两侧溶液中；Na+以水合离子形式穿过阴离子交换膜定向迁移至阴极室，与在双极膜产生的OH-离子结合生成氢氧化钠，从阴极液管排出，在阴极室得到NaOH溶液；阴离子穿过阳离子交换膜定向迁移至阳极室，与在双极膜产生的H+离子结合，生成硫酸从阳极液管排出，在阳极室得到酸溶液。

所述双极膜电解装置，用于经过双极膜电解发生相应的电极反应，当电流通过电极时，双极膜能够在水解离催化层中发生水解离，使得水分子在线地转化为H+和OH-，并在电场的驱动下分别透过阳离子交换膜层及阴离子交换膜层，定向迁移至与双极膜接触的两侧溶液中；Na+以水合离子形式穿过阴离子交换膜定向迁移至阴极室，与在双极膜产生的OH-离子结合生成氢氧化钠，从阴极液管排出，在阴极室得到NaOH溶液；阴离子穿过阳离子交换膜定向迁移至阳极室，与在双极膜产生的H+离子结合，生成硫酸从阳极液管排出，在阳极室得到酸溶液。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。