公布日：2023.10.10
申請(qǐng)日：2023.08.23
分類號(hào)：C02F9/00(2023.01)I;C01F11/46(2006.01)I;C01F5/14(2006.01)I;C01F11/18(2006.01)I;C02F5/02(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/461(2023.01)N;C02F1/
66(2023.01)N;C02F103/34(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種基于柱粒式微反應(yīng)器處理高鹽高硬廢水資源化利用工藝，包括提取水中Ca2+制取CaSO4；提取水中Mg2+制取Mg(OH)2，作為阻燃劑的原材料；提取水中剩余Ca2+制取納米碳酸鈣；利用系統(tǒng)富集的鹽，制取酸利用制取的酸生產(chǎn)聚合氯化鐵絮凝劑或次氯酸鈉、二氧化氯殺菌劑等。利用系統(tǒng)富集的鹽，原位制堿產(chǎn)生的堿與CO2在超重力反應(yīng)器中進(jìn)行微反應(yīng)，生產(chǎn)碳酸鈉。本發(fā)明是一種耦合工藝，前端柱粒微反應(yīng)工藝是后端原位制堿的條件，后端原位制堿的產(chǎn)物是前端柱粒微反應(yīng)器的沉淀劑，能有效解決常規(guī)零排放瓶頸難題。本發(fā)明具有以下顯著特點(diǎn)，無需額外的預(yù)處理裝置，無需外加酸堿，不外加藥劑，運(yùn)行壓力低，抗污染，檢修方便，適用水質(zhì)寬，出水水質(zhì)穩(wěn)定，占地面積小。
權(quán)利要求書
1.一種基于柱粒式微反應(yīng)器處理高鹽高硬廢水資源化利用工藝，其特征在于，包括耦合連接的柱粒微反應(yīng)工藝段和原位制堿工藝段，前段柱粒微反應(yīng)工藝段產(chǎn)水是原位制堿工藝段進(jìn)水的條件，原位制堿產(chǎn)生的堿液用于柱粒微反應(yīng)工藝段去除水中硬度，并提取硬度離子制取硫酸鈣、Mg(OH)2、CaCO3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于柱粒式微反應(yīng)器處理高鹽高硬廢水資源化利用工藝，其特征在于，所述柱粒微反應(yīng)工藝段包括①I級(jí)柱粒反應(yīng)器制取硫酸鈣工藝段：②II級(jí)柱粒反應(yīng)器制取Mg(OH)2工藝段；③III級(jí)柱粒反應(yīng)器制取CaCO3工藝段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于柱粒式微反應(yīng)器處理高鹽高硬廢水資源化利用工藝，其特征在于，所述I級(jí)柱粒反應(yīng)器制取硫酸鈣工藝段包括提取廢水中Ca2+制取CaSO4：將原位脫鹽工藝段濃縮分鹽分離出的SO42-送入I級(jí)柱粒式微反應(yīng)器內(nèi)，SO42-溶液與反應(yīng)器內(nèi)廢水的硬度離子Ca2+反應(yīng)生成的CaSO4迅速結(jié)晶在晶核上，形成固體CaSO4顆粒物；吸附在晶核上的CaSO4顆粒物經(jīng)過1級(jí)篩分、1級(jí)粉碎、1級(jí)磁分離工序，將晶核回收，同時(shí)得到CaSO4固體微粉；所述CaSO4固體微粉，經(jīng)過1級(jí)過濾、1級(jí)干燥、1級(jí)研磨、1級(jí)改性，得到CaSO4晶須。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于柱粒式微反應(yīng)器處理高鹽高硬廢水資源化利用工藝，其特征在于，所述II級(jí)柱粒反應(yīng)器制取Mg(OH)2工藝段包括提取廢水中Mg2+制取Mg(OH)2：將原位脫鹽工藝段原位制堿產(chǎn)生的堿液送入柱粒式微反應(yīng)器內(nèi)調(diào)節(jié)廢水中PH，使其呈堿性，廢水中Mg2+在堿性條件下與氫氧根結(jié)合，生成Mg(OH)2結(jié)晶在晶核上，晶核在流動(dòng)的液體下翻滾，使得晶核不斷長大，形成固體Mg(OH)2顆粒物；所述吸附在晶核上的Mg(OH)2顆粒物經(jīng)過2級(jí)篩分、2級(jí)粉碎、2級(jí)磁分離工序，將晶核回收，同時(shí)得到Mg(OH)2固體顆粒微粉；所述Mg(OH)2固體顆粒微粉經(jīng)過2級(jí)過濾、2級(jí)干燥、2級(jí)研磨、2級(jí)改性，得到Mg(OH)2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于柱粒式微反應(yīng)器處理高鹽高硬廢水資源化利用工藝，其特征在于，所述III級(jí)柱粒反應(yīng)器制取CaCO3工藝段包括提取廢水中剩余Ca2+離子制取CaCO3：原位脫鹽工藝段原位制堿產(chǎn)生的堿液與通入的CO2在超重力微反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，生成的堿性Na2CO3送回III級(jí)柱粒反應(yīng)器回收利用，在此實(shí)現(xiàn)Na2CO3去除水中剩余硬度，即水中剩余硬度Ca2+離子與Na2CO3反應(yīng)后生成CaCO3迅速結(jié)晶在晶核上，形成固體CaCO3顆粒物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于柱粒式微反應(yīng)器處理高鹽高硬廢水資源化利用工藝，其特征在于，所述結(jié)晶在晶核上的CaCO3顆粒物經(jīng)過3級(jí)篩分、3級(jí)粉碎、3級(jí)磁分離工序，將晶核回收，同時(shí)得到CaCO3固體顆粒；所述CaCO3固體顆粒，經(jīng)過3級(jí)過濾、3級(jí)干燥、3級(jí)研磨、3級(jí)改性，得到納米CaCO3原料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于柱粒式微反應(yīng)器處理高鹽高硬廢水資源化利用工藝，其特征在于，還包括廢水中鹽分Na+提取與Na2CO3資源化生產(chǎn)工藝：除硬后的液體，經(jīng)過濃縮分鹽的濃縮膜后進(jìn)入原位制堿工藝，得到NaOH溶液，所述NaOH溶液從切向方向沿反應(yīng)器側(cè)壁高速注入，形成超重力流送入多相超重力微反應(yīng)器中，同時(shí)與進(jìn)入的二氧化碳?xì)怏w再次混合，調(diào)節(jié)溶液PH，生成Na2CO3母液，所述Na2CO3母液依次經(jīng)過母液蒸發(fā)、母液干燥后形成Na2CO3固體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于柱粒式微反應(yīng)器處理高鹽高硬廢水資源化利用工藝，其特征在于，還包括鹽酸資源化利用制取三氯化鐵或殺菌劑工藝：原位制堿工藝產(chǎn)生的酸與鐵反應(yīng)生成FeCl2，然后與鹽酸電解后產(chǎn)生的Cl2反應(yīng)，生成FeCl3，FeCl3蒸發(fā)濃縮、沉化后制取聚合氯化鐵絮凝劑；原位制堿工藝產(chǎn)生的酸還與NaCLO2反應(yīng)發(fā)生氯氧化反應(yīng)生成CLO2氣體，經(jīng)過氣體收集、液化冷卻后形成CLO2殺菌液原料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于柱粒式微反應(yīng)器處理高鹽高硬廢水資源化利用工藝，其特征在于，還包括碳化脫硅工藝，含硅廢液經(jīng)柱粒式微反應(yīng)器后，在碳化脫硅工藝加入偏硅酸鈉或偏鋁酸鈉，使得水中的Si4+在酸性條件下，生成不溶于水的SiO2，經(jīng)分離后，母液流入原位脫鹽工藝段，生成的SiO2固渣外排。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于柱粒式微反應(yīng)器處理高鹽高硬廢水資源化利用工藝，其特征在于，所述原位脫鹽工藝段濃縮分鹽將二價(jià)鹽與一價(jià)鹽分開，所述二價(jià)鹽Na2SO4用于1級(jí)柱粒式微反應(yīng)器制取CaSO4，所述一價(jià)鹽作為原位制堿的原料液。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種“柱粒式微反應(yīng)+濃縮分鹽+原位制堿+硬度離子富集利用+鹽分富集利用”相互耦合工藝，本工藝可使水中鈣離子轉(zhuǎn)為顆粒狀碳酸鈣作為建材骨料，或納米鈣原料；鎂離子可生成Mg(OH)2作為阻燃劑原料；鹽可制成堿，以滿足自身系統(tǒng)內(nèi)除硬沉淀劑使用，并可副產(chǎn)鹽酸生成聚合氯化鐵絮凝劑或利用酸制取殺菌劑，減少水處理商業(yè)酸堿采購量，間接實(shí)現(xiàn)水資源全量化利用，固碳減排，有效解決常規(guī)零排放瓶頸難題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N基于柱粒式微反應(yīng)器處理高鹽高硬廢水資源化利用工藝，包括耦合連接的柱粒微反應(yīng)工藝段和原位制堿工藝段，前段柱粒微反應(yīng)工藝段產(chǎn)水是原位制堿工藝段進(jìn)水的條件，原位制堿產(chǎn)生的堿液用于柱粒微反應(yīng)工藝段去除水中硬度，并提取硬度離子制取硫酸鈣、Mg(OH)2、CaCO3。
進(jìn)一步的，所述柱粒微反應(yīng)工藝段包括①I級(jí)柱粒微反應(yīng)器制取硫酸鈣工藝段：②II級(jí)柱粒微反應(yīng)器制取Mg(OH)2工藝段；③III級(jí)柱粒微反應(yīng)器制取CaCO3工藝段；
進(jìn)一步的，所所述I級(jí)柱粒反應(yīng)器制取硫酸鈣工藝段包括提取廢水中Ca2+制取CaSO4：將原位脫鹽工藝段濃縮分鹽分離出的SO42-送入I級(jí)柱粒式微反應(yīng)器內(nèi)，SO42-溶液與反應(yīng)器內(nèi)廢水的硬度離子Ca2+反應(yīng)生成的CaSO4迅速結(jié)晶在晶核上，形成固體CaSO4顆粒物，并以顆粒物形式排出系統(tǒng)；
吸附在晶核上的CaSO4顆粒物經(jīng)過1級(jí)篩分、1級(jí)粉碎、1級(jí)磁分離工序，將晶核回收，同時(shí)得到CaSO4固體微粉；所述CaSO4固體微粉，經(jīng)過1級(jí)過濾、1級(jí)干燥、1級(jí)研磨、1級(jí)改性，得到CaSO4晶須。
進(jìn)一步的，所述II級(jí)柱粒反應(yīng)器制取Mg(OH)2工藝段包括提取廢水中Mg2+制取Mg(OH)2：將原位脫鹽工藝段原位制堿產(chǎn)生的堿液送入柱粒式微反應(yīng)器內(nèi)調(diào)節(jié)廢水中PH，使其呈堿性，廢水中Mg2+在堿性條件下與氫氧根結(jié)合，生成Mg(OH)2結(jié)晶在晶核上，晶核在流動(dòng)的液體下翻滾，使得晶核不斷長大，形成固體Mg(OH)2顆粒物；
所述吸附在晶核上的Mg(OH)2顆粒物經(jīng)過2級(jí)篩分、2級(jí)粉碎、2級(jí)磁分離工序，將晶核回收，同時(shí)得到Mg(OH)2固體顆粒微粉；所述Mg(OH)2固體顆粒微粉經(jīng)過2級(jí)過濾、2級(jí)干燥、2級(jí)研磨、2級(jí)改性，得到Mg(OH)2可作為阻燃劑原料。
進(jìn)一步的，所述III級(jí)柱粒反應(yīng)器制取CaCO3工藝段包括提取廢水中剩余Ca2+離子制取CaCO3：原位脫鹽工藝段原位制堿產(chǎn)生的堿液與通入的CO2在超重力微反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，生成的堿性Na2CO3送回III級(jí)柱粒反應(yīng)器回收利用，在此實(shí)現(xiàn)Na2CO3去除水中剩余硬度，即水中剩余硬度Ca2+離子與Na2CO3反應(yīng)后生成CaCO3迅速結(jié)晶在晶核上，形成固體CaCO3顆粒物。
進(jìn)一步的，所述結(jié)晶在晶核上的CaCO3顆粒物經(jīng)過3級(jí)篩分、3級(jí)粉碎、3級(jí)磁分離工序，將晶核回收，同時(shí)得到CaCO3固體顆粒；所述CaCO3固體顆粒，經(jīng)過3級(jí)過濾、3級(jí)干燥、3級(jí)研磨、3級(jí)改性，得到納米CaCO3原料。
更進(jìn)一步的，還包括廢水中鹽分Na+提取與Na2CO3資源化生產(chǎn)工藝：除硬后的液體，經(jīng)過濃縮分鹽的濃縮膜后進(jìn)入原位制堿工藝，得到NaOH溶液，所述NaOH溶液從切向方向沿反應(yīng)器側(cè)壁高速注入，形成超重力流送入多相超重力微反應(yīng)器中，同時(shí)與進(jìn)入的二氧化碳?xì)怏w再次混合，調(diào)節(jié)溶液PH，生成Na2CO3母液，所述Na2CO3母液依次經(jīng)過母液蒸發(fā)、母液干燥后形成Na2CO3固體。
更進(jìn)一步的，還包括鹽酸資源化利用制取三氯化鐵或殺菌劑工藝：原位制堿工藝產(chǎn)生的酸與鐵反應(yīng)生成FeCl2，然后與鹽酸電解后產(chǎn)生的Cl2反應(yīng)，生成FeCl3，FeCl3蒸發(fā)濃縮、沉化后制取聚合氯化鐵絮凝劑；原位制堿工藝產(chǎn)生的酸還與NaCLO2反應(yīng)發(fā)生氯氧化反應(yīng)生成CLO2氣體，經(jīng)過氣體收集、液化冷卻后形成CLO2殺菌液原料。
更進(jìn)一步的，還包括碳化脫硅工藝，含硅廢液經(jīng)柱粒式微反應(yīng)器后，在碳化脫硅工藝加入偏硅酸鈉或偏鋁酸鈉，使得水中的Si4+在酸性條件下，生成不溶于水的SiO2，經(jīng)分離后，母液流入原位脫鹽工藝段，生成的SiO2固渣外排。
更進(jìn)一步的，所述原位脫鹽工藝段濃縮分鹽將二價(jià)鹽與一價(jià)鹽分開，所述二價(jià)鹽Na2SO4用于1級(jí)柱粒式微反應(yīng)器制取CaSO4，所述一價(jià)鹽作為原位制堿的原料液。
本發(fā)明通過以上技術(shù)方案，能有效解決鹽的資源化利用問題，同時(shí)節(jié)約了商品化酸堿產(chǎn)能，有可觀的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、和環(huán)保效益。本申請(qǐng)通過“柱粒式微反應(yīng)+濃縮分鹽+原位制堿+硬度離子富集利用+鹽分富集利用”的相互耦合工藝，實(shí)現(xiàn)了廢水回收循環(huán)利用與水中鹽渣的資源化利用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，還具有的優(yōu)點(diǎn)是：1)工藝可實(shí)現(xiàn)硬度離子的富集和回收，可生產(chǎn)納米碳酸鈣、氫氧化鎂阻燃劑、硫酸鈣晶須。2)實(shí)現(xiàn)了鹽分的提取、富集，可副產(chǎn)碳酸鈉、氫氧化鈉和三氯化鐵水處理、污泥用絮凝劑以及二氧化氯殺菌劑原料等。3)相對(duì)于傳統(tǒng)工藝，原位自產(chǎn)酸堿、不投加藥劑，實(shí)現(xiàn)了水的資源化利用，解決了傳統(tǒng)工藝運(yùn)行不穩(wěn)定的問題，具有流程短、設(shè)備簡單、檢修方便、產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。4)利用柱粒式反應(yīng)器不結(jié)垢的特點(diǎn)，將水中鹽分的提取并資源化利用，包括：①制取硫酸鈣，可作為建筑石膏的原材料；②制取Mg(OH)2，可作為阻燃劑的原材料；③制取CaCO3，可作為納米碳酸鈣的原材料。5)實(shí)用性強(qiáng)，解決了行業(yè)難點(diǎn)。6)水質(zhì)穩(wěn)定、設(shè)備檢修方便。7)相對(duì)于雙堿法中的高密池工藝，不需要壓濾機(jī)；相對(duì)于電化法，不產(chǎn)生污堵、不結(jié)垢；相對(duì)于離子交換法，不需要龐大的解析廢液處理設(shè)備；相對(duì)于膜法，不需要復(fù)雜的預(yù)處理。
（發(fā)明人：姬克瑤;姬保江）
