一種含濃縮易結(jié)垢離子的水溶液處理系統(tǒng)及其處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，涉及一種水溶液處理系統(tǒng)及其處理方法，尤其涉及一種 含濃縮易結(jié)垢離子的水溶液處理系統(tǒng)及其處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在海水淡化、苦咸水處理、污水與工業(yè)廢水深度處理以及電廠循環(huán)水處理等領(lǐng)域， 普遍存在著水中溶解性固體總量較高，且二價(jià)離子(代表性的有鈣和鎂等二價(jià)陽(yáng)離子，硫酸 根和碳酸根等二價(jià)陰離子)和一些有機(jī)大分子離子濃度也較高的問(wèn)題。由于相當(dāng)一部分的 二價(jià)鹽和有機(jī)大分子鹽在水中溶解度較低，在濃縮時(shí)容易結(jié)垢，這嚴(yán)重阻礙了上述領(lǐng)域中 水回收率的提高。另外，在零排放或近零排放系統(tǒng)中，反滲透、電滲析和蒸餾/蒸發(fā)系統(tǒng)易形 成二價(jià)鹽和有機(jī)鹽的結(jié)垢，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命。
[0003] 結(jié)垢對(duì)反滲透的影響主要有以下幾方面，結(jié)垢后會(huì)造成膜通量減小、反滲透能耗 增加、產(chǎn)水的質(zhì)量下降以及膜壽命的縮短。Ch.Tzotzi(Tzotzi C，et al.A study of CaC〇3Scale formation and inhibition in R0 and NF membrane processes Journal of membrane science，2007,296(l): 171-184.)等研究發(fā)現(xiàn)，CaC〇3結(jié)垢會(huì)使反滲透中不同 種類膜的通量減小。Wen-Yi Shi(Shih W Y，et al .Morphometric characterization of calcium sulfate dihydrate(gypsum)scale on reverse osmosis membranes.Journal of Membrane Science，2005,252(1) :253-263.)等人則研究了CaS〇4· 2H2O對(duì)反滲透膜通量 的減小作用和不同用量的阻垢劑對(duì)膜通量減小的改善程度<^2119〇丨8 2&￥181?1(23￥181?1?， et al.Using F0 as pre-treatment of R0 for high scaling potential brackish water:Energy and performance optimisation. Journal of Membrane Science,2015, 492:430-438.)等人則發(fā)現(xiàn)在無(wú)預(yù)處理情況下，由于結(jié)垢使?jié)B透阻力增大，進(jìn)而使能耗明顯 增大。
[0004] 結(jié)垢同樣會(huì)對(duì)蒸餾、MVR和多效蒸發(fā)過(guò)程產(chǎn)生危害。Gryta(Gryta M.Application of membrane distillation process for tap water purification.Membrane Water Treatment，2010，1 (1): 1-12.)在研究直接接觸式膜蒸餾時(shí)發(fā)現(xiàn)，CaC03沉淀會(huì)增大傳熱阻 力和減小溫度極化系數(shù)，最終使膜通量減小。He(He F，et al.Studies on scaling of membranes in desalination by direct contact membrane distillation:CaC〇3and mixed CaC〇3/CaS〇4systems.Chemical Engineering Science,2009,64(8) :1844-1859.)等 人則發(fā)現(xiàn)CaC03與CaS04混合的沉淀相比于單獨(dú)的CaC0 3更容易減小膜通量。趙軍(趙軍.蒸發(fā) 器結(jié)垢的危害及防止.中國(guó)油脂，2002,27(4) :94-96.)在研究蒸發(fā)結(jié)晶器結(jié)垢問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)蒸發(fā)器結(jié)垢厚度為5mm時(shí)，傳熱效率約為原來(lái)的1/3,蒸汽熱能利用效率降低。羅剛（羅剛 等.多效蒸發(fā)器結(jié)垢機(jī)理及預(yù)防措施.甘肅科技，2014，30(19):50-51.)等人認(rèn)為多效蒸發(fā) 器的結(jié)垢會(huì)降低設(shè)備的傳熱性能，嚴(yán)重時(shí)使蒸發(fā)量減小，需要停機(jī)處理。
[0005] 為了提高鹽水濃縮的水回收率，防止結(jié)垢對(duì)反滲透、電滲析和蒸餾/蒸發(fā)系統(tǒng)的危 害，需運(yùn)用一些防止此類結(jié)垢的方法。目前減少結(jié)垢的方法主要有運(yùn)用離子交換樹(shù)脂，添加 阻垢劑或分散劑，預(yù)處理添加碳酸鈉或生石灰和提高酸性等方法，然而這些方法各有其缺 陷和限制，主要如下：
[0006] (1)離子交換樹(shù)脂。水處理用離子交換樹(shù)脂存在樹(shù)脂破碎、有機(jī)物污染、鐵污染、粒 度不均、樹(shù)脂板結(jié)等問(wèn)題（桑俊珍等.水處理用離子交換樹(shù)脂運(yùn)行中存在的問(wèn)題及預(yù)防措 施.河北電力技術(shù)，2009(1).)。同時(shí)，離子交換樹(shù)脂需要再生，樹(shù)脂再生費(fèi)用高，不環(huán)保，且 易形成二次污染；
[0007] (2)阻垢劑或分散劑。阻垢劑有一定的延緩結(jié)垢的效果，可是很多阻垢劑含磷，且 是有機(jī)聚合物，易形成二次污染，并且能提高的溶解度有限。還需要控制好阻垢劑的添加 量，若過(guò)量添加阻垢劑，則自身容易形成污垢污染膜(Antony A，et al.Scale formation and control in high pressure membrane water treatment systerns: A review.Journal of Membrane Science,2011，383(1):1_16·)。另外，阻垢劑也會(huì)增加膜被 生物污染的可能性，有些阻垢劑能使生物污垢滋生的速度提高到正常值的10倍 (Vrouwenvelder J S，et al.Biofouling potential of chemicals used for scale control in R0 and NF membranes.Desalination,2000,132(1):1-10.)；
[0008] (3)預(yù)處理加碳酸鈉或生石灰。此處理方法不環(huán)保，產(chǎn)生較多底泥，而且濃縮倍率 高了還是容易結(jié)垢；
[0009] (4)提高酸性。此處理方法只能減少碳酸根，且對(duì)設(shè)備有腐蝕性。在堿性較高的水 里，提高酸性的成本較高，并且作為商品的酸中一般被金屬雜質(zhì)污染，會(huì)加速膜的污染 (Zeiher Ε Η Κ,Η ο Β,Williams Κ D . Ν ο ν e1 antisealant dosing control.Desalination,2003,157(1):209-216.)〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對(duì)傳統(tǒng)防結(jié)垢方法的缺陷，為了解決反滲透、電滲析以及蒸餾/蒸發(fā)等濃縮、過(guò) 濾過(guò)程中結(jié)垢和濃縮比例非常低的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種離子重結(jié)合技術(shù)。這種技術(shù)將納 濾和電滲析結(jié)合，將原水中易結(jié)垢的二價(jià)陰、陽(yáng)離子和有機(jī)大分子離子分離，并分別與原水 中的一價(jià)陽(yáng)離子和一價(jià)陰離子結(jié)合，進(jìn)而在防止結(jié)垢的條件下實(shí)現(xiàn)鹽水高倍濃縮。
[0011] 本發(fā)明利用納濾裝置對(duì)一、二價(jià)離子及有機(jī)大分子離子的析分作用，在0.5~ 40bar的壓力下使相對(duì)分子質(zhì)量較大的物質(zhì)或帶負(fù)電荷較多的物質(zhì)被截留，相對(duì)分子質(zhì)量 較小的物質(zhì)或帶正電較多的物質(zhì)迀移過(guò)膜。然后利用電滲析定向迀移陰、陽(yáng)離子的拆分作 用，將易形成微溶甚至難溶鹽的陰、陽(yáng)離子分開(kāi)，使原水中的一、二價(jià)陰、陽(yáng)離子及有機(jī)大分 子離子重新組合，生成溶解度更高的鹽，從而大幅度提高了原水中易結(jié)垢離子的濃度，避免 了結(jié)垢的發(fā)生。
[0012]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0013]第一方面，本發(fā)明提供了一種水溶液處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括貯水槽、預(yù)處理裝 置、納濾裝置、析分透水罐、析分留水罐和電滲析裝置，電滲析裝置包括極室罐、重排水罐、 電滲析器和直流電源。
[0014] 電滲析器包括陽(yáng)極板、陰極板、陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜、隔板、析分透水室、 析分留水室、重排水室、陽(yáng)極室和陰極室，所述重排水室可包括重排水室一和重排水室二。
[0015] 其中，納濾器的析分透水出口與析分透水罐的入口相連，析分透水罐的出口與析 分透水室的入口相連，析分透水室的出口與析分透水罐的入口相連，納濾器的析分留水出 口同時(shí)與析分留水罐和貯水槽的入口相連，析分留水罐的出口與析分留水室的入口相連， 析分留水室的出口與析分留水罐的入口相連，重排水室的出口與重排水罐的入口相連，重 排水罐的出口與重排室的入口相連，直流電源的正極與陽(yáng)極板相連，直流電源的負(fù)極與陰 極板相連。
[0016] 上述系統(tǒng)中極室罐與陽(yáng)極室和陰極室的連接方式為現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)連接方式， 其既可以采取串聯(lián)的方式，也可以采取并聯(lián)的方式，此處就不再贅述。
[0017] 具體的，重排水室可包括重排水室一和重排水室二，重排水罐可包括重排水罐一 和重排水罐二，重排水室一的出口與重排水罐一的入口相連，重排水罐一的出口與重排室 一的入口相連，重