Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОМЕМБРАННОГО ПОЛУЧЕНИЯ УМЯГЧЕННОГО СОЛЕВОГО РАСТВОРА И КОНЦЕНТРИРОВАННОГО ЩЕЛОЧНОГО РАСТВОРА ИЗ ЩЕЛОЧНЫХ ВЫСОКОМИНЕРАЛИЗИРОВАННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ

Изобретение относится к области промышленной рекуперации жидких щелочных высокоминерализованных отходов, в частности к регенерации щелочи из жидких высокоминерализованных промышленных отходов (стоков), и может быть использовано на предприятиях, имеющих щелочесодержащие стоки.

Известны устройства для утилизации жидких радиоактивных отходов, путем предочистки с последующим обессоливанием и концентрированием, основанные на электродиализных аппаратах с ионообменными мембранами (В.И. Демкин, Д.В. Адамович, B.C. Амелин, В.И. Пантелеев «Мембранная технология переработки солевых жидких радиоактивных растворов», журнал «Мембраны», серия «Критические технологии», №15, 2002 г., патенты РФ №2160473, МПК G21F 9/04, 19.08.1999 г., №2275337, МПК C02F 9/08, C02F 9/04, 27.04.2006 г.).

Известные устройства не позволяют осуществлять разделение отходов с последующим их повторным использованием.

Наиболее близким техническим решением является установка для переработки промышленных сточных вод и получения концентрированного щелочного раствора и умягченного солевого раствора по патенту РФ №121500, МПК C02F 9/08, B01D 61/44, 27.10.2012 г.

Известная установка для переработки промышленных сточных вод и получения концентрированного щелочного раствора и умягченного солевого раствора включает расположенные в технологической последовательности блок накопления и предварительной очистки перерабатываемых сточных вод, блок рециркуляции рабочих растворов, блок многокамерных электромембранных аппаратов, при этом блок многокамерных электромембранных аппаратов состоит из блока первой ступени электромембранной обработки для отделения щелочного раствора от очищенного щелочного стока, а также получения умягченного солевого раствора, и блока второй ступени электромембранной обработки для получения концентрированного щелочного раствора, блок рециркуляции рабочих растворов содержит четыре бака, обвязанных трубопроводами из химически стойкого материала, причем первый бак установлен с возможностью заполнения промывочным раствором, второй бак установлен с возможностью заполнения обессоленной водой, третий бак установлен с возможностью накопления щелочного раствора с блока первой ступени электромембранной обработки, четвертый бак установлен с возможностью заполнения очищенным щелочесодержащим стоком и соединен с блоком накопления и предварительной очистки перерабатываемых сточных вод, причем входы блока первой ступени электромембранной обработки соединены соответственно с выходами первого, второго и четвертого баков блока рециркуляции рабочих растворов, выходы блока первой ступени электромембранной обработки соединены соответственно с входами первого и третьего баков блока рециркуляции рабочих растворов, а входы блока второй ступени электромембранной обработки соединены соответственно с выходами первого, третьего и четвертого баков блока рециркуляции рабочих растворов, выход блока второй ступени электромембранной обработки соединен с входом первого бака блока рециркуляции рабочих растворов.

Недостатком известной установки является низкая производительность получения умягченного солевого раствора и концентрированного щелочного раствора, высокое удельное потребление электроэнергии (13 кВтч на 1 тонну обрабатываемого раствора), обусловленные параллельно-последовательной схемой работы первой и второй ступени электромембранной обработки из-за соединения четвертого бака со второй ступенью, а также сложность технологической схемы установки из-за наличия третьего бака и линий его соединения с другими блоками установки.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности получения умягченного солевого раствора и концентрированного щелочного раствора, снижение удельного потребления электроэнергии, а также упрощение технологической схемы.

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение возможности одновременной работы аппаратов обеих ступеней, параллельной схемы питания аппаратов двух ступеней постоянным электрическим током, непрерывного отвода диализата с первой ступени аппарата и подачи в линию дилюата второй ступени, и далее возврат на аппарат первой ступени.

Технический результат достигается тем, что в установку электромембранного получения умягченного солевого раствора и концентрированного щелочного раствора из щелочных высокоминерализированных промышленных стоков, включающую расположенные в технологической последовательности блок предварительной очистки промышленных стоков, блок рециркуляции щелочного раствора, блок многокамерных электромембранных аппаратов, при этом блок многокамерных электромембранных аппаратов состоит из блока первой ступени электромембранной обработки для отделения диализата от очищенного щелочного стока, а также получения умягченного солевого раствора, и блока второй ступени электромембранной обработки для получения дилюата и концентрированного щелочного раствора, блок рециркуляции щелочного раствора содержит два бака, обвязанных трубопроводами из химически стойкого материала, причем первый бак установлен с возможностью заполнения щелочным раствором, второй бак установлен с возможностью заполнения очищенным щелочным стоком и соединен с блоком предварительной очистки промышленных стоков, причем входы блока первой ступени электромембранной обработки соединены соответственно с выходами первого, второго баков блока рециркуляции щелочного раствора, выход блока первой ступени электромембранной обработки соединен с входом первого бака блока рециркуляции щелочного раствора, а вход блока второй ступени электромембранной обработки соединен с выходом первого бака блока рециркуляции щелочного раствора, выход блока второй ступени электромембранной обработки соединен с входом первого бака блока рециркуляции щелочного раствора, согласно предлагаемому изобретению дополнительно введены линия подачи дилюата второй ступени электромембранной обработки в блок первой ступени электромембранной обработки, линия подачи по последовательной схеме диализата первой ступени электромембранной обработки в блок второй ступени электромембранной обработки, а также линия подачи щелочного раствора из первого бака в камеру концентрирования блока второй ступени электромембранной обработки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена технологическая блок-схема предлагаемой установки электромембранного получения умягченного солевого раствора и концентрированного щелочного раствора из щелочных высокоминерализированных промышленных стоков.

На чертеже цифрами обозначены:

1 - блок предварительной очистки промышленных стоков,

2 - блок первой ступени электромембранной обработки для отделения диализата от очищенного щелочного стока, а также получения умягченного солевого раствора,

3 - блок второй ступени электромембранной обработки для получения дилюата и концентрированного щелочного раствора,

4 - первый бак блока рециркуляции рабочих растворов,

5 - второй бак блока рециркуляции рабочих растворов,

6 - линия подачи дилюата второй ступени электромембранной обработки в блок первой ступени электромембранной обработки,

7 - линия подачи по последовательной схеме диализата первой ступени электромембранной обработки в блок второй ступени электромембранной обработки,

8 - линия подачи щелочного раствора из первого бака в камеру концентрирования блока второй ступени электромембранной обработки;

9 - линия циркуляции щелочного (промывочного) раствора первой ступени электромембранной обработки,

10 - линия циркуляции щелочного (промывочного) раствора второй ступени электромембранной обработки.

Установка электромембранного получения умягченного солевого раствора и концентрированного щелочного раствора из щелочных высокоминерализированных промышленных стоков включает расположенные в технологической последовательности и связанные трубопроводами из химически стойкого материала блок 1 предварительной очистки промышленных стоков, блок рециркуляции щелочного раствора, блок многокамерных электромембранных аппаратов.

Блок 1 предварительной очистки промышленных стоков предназначен для удаления из промышленных сточных вод мелкодисперсных частиц и взвесей (осветление), снижения содержания в воде железа, марганца (безреагентное обезжелезивание), удаления из воды хлора и хлорсодержащих примесей и органических соединений (сорбция).

Блок многокамерных электромембранных аппаратов состоит из блока 2 первой ступени электромембранной обработки для отделения диализата от очищенного щелочного стока, а также получения умягченного солевого раствора, и блока 3 второй ступени электромембранной обработки для получения дилюата и концентрированного щелочного раствора.

Блок рециркуляции щелочного раствора содержит два бака, обвязанных трубопроводами из химически стойкого материала.

Первый бак 4 установлен с возможностью заполнения щелочным (промывочным) раствором.

Второй бак 5 установлен с возможностью заполнения очищенным щелочным стоком и соединен с блоком 1 предварительной очистки промышленных стоков.

Блок рециркуляции имеет линию 9 циркуляции щелочного (промывочного) раствора первой ступени электромембранной обработки и линию 10 циркуляции щелочного (промывочного) раствора второй ступени электромембранной обработки.

Входы блока 2 первой ступени электромембранной обработки соединены соответственно с выходами первого 4 и второго 5 баков блока рециркуляции щелочного раствора, а выходы блока 2 первой ступени электромембранной обработки соединены соответственно с входом блока 3 второй ступени электромембранной обработки и входом первого бака 4 блока рециркуляции щелочного раствора.

Входы блока 3 второй ступени электромембранной обработки соединены соответственно с выходами первого 4 бака блока рециркуляции щелочного раствора и блоком 2 первой ступени электромембранной обработки по последовательной схеме, а выход блока 3 второй ступени электромембранной обработки соединен с входом первого бака 4 блока рециркуляции щелочного раствора.

Таким образом, технологическая схема предлагаемой установки электромембранного получения умягченного солевого раствора и концентрированного щелочного раствора из щелочных высокоминерализированных промышленных стоков состоит из отдельных компактно размещенных технологических блоков:

- блока предварительной очистки промышленных стоков, - блока рециркуляции щелочного раствора, - блока многокамерных электромембранных аппаратов. Все детали, узлы и части, контактирующие с растворами, предлагаемой установки изготавливаются из химически стойких материалов. Блок 1 предварительной очистки промышленных стоков включает бак-накопитель объемом 4500 л, который предназначен для сбора и накопления промышленных стоков, а также водоочистительную систему (на чертеже условно не показана) для предварительной очистки промышленных стоков.

Блок рециркуляции щелочного раствора включает два пластиковых бака 4, 5, каждый рабочей емкостью 750 литров, обвязанных трубопроводами из химически стойкого ПВХ. Баки 4, 5 оснащены соответствующей трубопроводной арматурой, которая на чертеже условно не показана.

Баки 4, 5 изготовлены из полиэтилена и предназначены для стационарного хранения щелочного раствора, укомплектованы съемной крышкой с дыхательным клапаном.

Диаметр съемной крышки позволяет производить обслуживание емкостей внутри.

Баки 4, 5 не предназначены для работы под давлением. Рабочее давление внутри указанных баков - гидростатическое (давление столба жидкости).

В верхней части баков 4, 5 монтируются штуцеры подвода и отвода щелочного раствора. В нижней части имеется слив с заглушкой.

Для контроля за уровнем баки 4, 5 оснащены уровнемерами.

Первый бак 4 изначально заполнен щелочным раствором, представляющим собой 1%-ный раствор щелочи в воде.

Раствор из данного бака используется для непрерывной промывки приэлектродных камер многокамерных электромембранных аппаратов блоков 2 и 3 электромембранной обработки и для приема концентрированного раствора щелочи.

Второй бак 5 заполнен предварительно очищенным щелочным стоком из блока 1 предварительной очистки промышленных стоков.

Электромембранная обработка предварительно очищенных промышленных стоков включает стадию отделения диализата от очищенного щелочного стока, а также получения умягченного солевого раствора в блоке 2, и стадию получения дилюата и концентрированного щелочного раствора в блоке 3.

На многокамерном электромембранном аппарате блока 2 первой ступени получают также щелочной (промывочный) раствор. Умягченный раствор представляет собой разбавленный раствор исходных солей и оставшейся щелочи.

На установку электромембранного получения умягченного солевого раствора и концентрированного щелочного раствора для восполнения потери объема воды может подаваться обессоленная вода (на чертеже линия подачи обессоленной воды условно не показана).

Отличием предлагаемой установки электромембранного получения умягченного солевого раствора и концентрированного щелочного раствора из щелочных высокоминерализированных промышленных стоков является то, что в нее дополнительно введены линия 6 подачи дилюата второй ступени электромембранной обработки в блок 2 первой ступени электромембранной обработки, линия 7 подачи по последовательной схеме диализата первой ступени электромембранной обработки в блок 3 второй ступени электромембранной обработки, а также линия 8 подачи щелочного раствора из первого бака 4 в камеру концентрирования блока 3 второй ступени электромембранной обработки.

Установка электромембранного получения умягченного солевого раствора и концентрированного щелочного раствора из щелочных высокоминерализированных промышленных стоков работает следующим образом.

Щелочной высокоминерализированный промышленный сток непрерывно поступает на блок 1 предварительной очистки, где происходит удаление из стока взвешенных веществ. Далее очищенный щелочной сток поступает во второй бак 5 циркуляции рабочих растворов. Из данного бака 5 очищенный щелочной сток поступает на блок 2 первой ступени электромембранной обработки.

В блоке 2 происходит разделение очищенного щелочного стока на умягченный солевой раствор и на слабощелочной раствор. Умягченный солевой раствор подается потребителю. Слабощелочной раствор из блока 2 первой ступени поступает по линии 7 в блок 3 второй ступени электромембранной обработки.

Щелочной раствор с многокамерного электромембранного аппарата блока 2 первой ступени электромембранной обработки поступает на концентрирование в многокамерный электромембранный аппарат блока 3 второй ступени электромембранной обработки по последовательной схеме.

В блоке 3 второй ступени электромембранной обработки слабощелочной раствор разделяется на концентрированный щелочной раствор и дилюат.Концентрированный щелочной раствор подается потребителю, а дилюат из блока 3 второй ступени электромембранной обработки подается по линии 6 в блок 2 в тракт слабощелочного раствора.

В блоке 2 первой ступени по линии 9 и блоке 3 второй ступени по линии 10 через промывочные (приэлектродные) камеры циркулирует щелочной раствор из первого бака 4.

Таким образом, отличительные признаки, по сравнению с прототипом, обеспечивают возможность непрерывного отвода диализата с первой ступени аппарата и подачи в линию дилюата второй ступени, и далее возврат на аппарат первой ступени, одновременной работы по последовательной схеме многокамерных электромембранных аппаратов обеих ступеней, и следовательно, параллельной схемы питания многокамерных электромембранных аппаратов двух ступеней постоянным электрическим током.

Установка электромембранного получения умягченного солевого раствора и концентрированного щелочного раствора из щелочных высокоминерализированных промышленных стоков работает в циркуляционном режиме.

В процессе работы контролируются давление на входе и выходе из многокамерных электромембранных аппаратов, расход растворов по каждому тракту.

Для контроля за эффективностью и степенью завершенности процесса предусмотрен отбор проб растворов на химический анализ.

Система оснащена насосами (на чертеже условно не показаны) для подачи растворов в блоки 3 и 4 электромембранной обработки. Щелочной раствор в ходе циркуляции очищается от механических примесей фильтрацией через патронные фильтры (на чертеже условно не показаны).

Источник электрического питания многокамерных электромембранных аппаратов блоков 2 и 3 электромембранной обработки, устанавливаемый отдельно, обеспечивает питание постоянным током каждого многокамерного электромембранного аппарата с плавной регулировкой выходного напряжения.

Диапазон регулирования напряжения 0-100 В, максимальное значение силы тока - 15 А.

Суммарное потребление электроэнергии двумя многокамерными электромембранными аппаратами блоков 2 и 3 электромембранной обработки составляет 6 кВтч на 1 тонну обрабатываемого промышленного стока. Продуктами переработки в этом случае являются 0,1 тонны концентрированного щелочного раствора (4% щелочи, 2% солей) и 0,9 тонны умягченного солевого раствора (2,5% исходных солей), используемые в дальнейшем в технологическом процессе.

В процессе переработки промышленных стоков и получения концентрированного щелочного раствора и умягченного солевого раствора не требуется дополнительного ввода химических реагентов.

Наличие в предлагаемой установке блоков 2 и 3 электромембранной обработки позволяет доводить концентрацию получаемого щелочного раствора до концентрации, требуемой для его повторного использования в технологическом цикле.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит повысить производительность получения умягченного солевого раствора и концентрированного щелочного раствора, снизить удельное потребление электроэнергии, упростить технологическую схему за счет обеспечения возможности одновременной работы аппаратов обеих ступеней, параллельной схемы питания аппаратов двух ступеней постоянным электрическим током, непрерывного отвода диализата с первой ступени аппарата и подачи в линию диализата второй ступени, и далее в промежуточный бак.