傳統的有機膜生產精致鹽水的工藝是在化鹽池制成飽和粗鹽水,經前折流槽加入適量氫氧化鈉、次氯酸鈉,進入前反應池中,控制粗鹽水中游離氯的濃度為1-3ppm,破壞其中的有機物。之后用泵送至加壓溶氣罐,將壓縮空氣溶入其中。再經文丘里混合器在鹽水中加入三氯化鐵絮凝劑后進入預處理器,將鹽水中的鎂和固形物除去。預處理器的浮泥通過底流進入鹽泥槽,經鹽泥處理裝置處理后其濾液回用。預處理器的上清液流入后反應槽,加入純堿液除去鹽水中的鈣后進入中間槽,再由泵送入有機膜過濾器進行過濾,得到合格的一次鹽水。
有機膜過濾器其結構與管式過濾器相同,其核心是薄膜濾芯,它是在支撐籠骨上復以彭體聚四氟乙烯膜復合層。濾膜薄而多孔,孔徑接近于1微米,需要低壓過渡及低壓反沖洗,實行脈沖式運行,過濾與反沖洗交替進行,循環往復。
1一次鹽水質量好壞直接影響離子膜電解槽生產的平穩運行,使用有機膜鹽水過濾器目前還存在以下幾方面缺點:
1.1因有機聚合物微濾膜抗氫氧化鎂及有機物污染的性能極差,需要對過濾鹽水采用加壓溶氣浮上澄清桶進行預處理鹽水,占地面積大,投資多。
1.2生產運行時,需加入三氯化鐵、次氯酸鈉等腐蝕性化學藥劑,增加了系統設備和管道的腐蝕危害,部分設備和管道受到腐蝕,降低了使用壽命。
1.3存在有機聚合膜的膜表面剝離、撕裂、腐蝕、孔徑拉伸等現象,致使大顆粒物質沒有過濾下來,進入到二次鹽水中,堵塞螯合樹脂塔過濾器,造成鹽水流量供應不足,影響電解裝置正常生產。
1.4砂濾器、精濾器、預處理器等設備表層需要有纖維素涂層硅,表層的纖維涂層硅進入一次鹽水中,會造成鹽水的二次污染。現在采用無機陶瓷膜法鹽水精制工藝,是基于多孔陶瓷介質的篩分效應而進行物質分離的技術,通過對化學反應完全的粗鹽水采用高效率的“錯流”過濾方式進行膜分離過濾,得到滿足離子膜電解裝置樹脂交換塔進料要求的精制鹽水。
2工藝流程簡述
來自界區外的淡鹽水、工業水及濾液進入配水桶混合后,由化鹽給料泵經汽水混合器加熱升溫后,送入化鹽池化鹽,飽和粗鹽水自流進入反應池,在反應池鹽水進口處折流槽內加入精制劑次氯酸鈉、氯化鋇、碳酸鈉和氫氧化鈉,加藥后粗鹽水在反應桶中,次氯酸鈉將有機物氧化分解,氯化鋇與硫酸根離子反應生成硫酸鋇沉淀,碳酸鈉與粗鹽水中的鈣離子反應生成碳酸鈣結晶沉淀,氫氧化鈉與粗鹽水中的鎂離子反應生成氫氧化鎂膠體沉淀。完成精制反應的粗鹽水自流進入中間池,用陶瓷膜過濾供料泵經粗過濾器截留大于1.0mm機械雜質送往陶瓷膜過濾單元。
陶瓷膜過濾單元采用三級串聯“錯流”過濾方式,由陶瓷膜過濾供料泵送來的粗鹽水料液經過濾循環泵先送入陶瓷膜過濾器一級過濾組件過濾,一級組件出來的濃縮液進入二級過濾組件過濾;二級過濾組件出來的濃縮液進入三級過濾組件過濾。各級過濾組件過濾出的精制過濾鹽水通過陶瓷膜過濾器各級滲透清液出口排出,在混合器中,加入亞硫酸鈉,自流進入一次鹽水貯槽,再經由一次鹽水泵送到螯合樹脂塔進行二次精制。
3無機陶瓷膜主要有如下優點
3.1孔徑分布窄,分離精度高
無機陶瓷膜過濾器的過濾能力是一般有機聚合物膜過濾能力的2~5倍,在某些特殊領域甚至可達20倍,無機陶瓷膜過濾器無需要借助其它的固液分離設備或預處理工藝來達到凈化液體的目的,而是通過陶瓷膜一次過濾完成固液分離。采用50nm孔徑的陶瓷超濾膜可以完全去除化鹽水中的固體懸浮物,使過濾鹽水澄清透明,利于離子膜電槽的高效運行。過濾器的過濾范圍廣,被過濾的液體的沉淀物含量可從20ppm到25%均可被有效去除且濾液清澈。不會因為進液含固量的變動而變動,濾液質量穩定可靠。
3.2耐高溫、耐酸堿、耐溶劑、耐氧化
陶瓷膜支撐體是采用高純度進口α-Al2O3在1600℃以上高溫情況下燒結而成,具有廣闊的操作溫度,其使用溫度一般可達400℃,可到800℃,其適用介質pH的范圍為0~14,并且能在很強的氧化介質中使用。
3.3機械強度高,有良好的耐磨、耐沖刷性能
無機陶瓷膜可承受高達幾十千克每平方厘米的操作壓力,并可以反向沖洗。具有極好的化學穩定性,能耐酸、堿、鹽溶液及有機溶劑和強氧化劑。優良的過濾特性使得其壽命長,維修費用很低,使用成本也大為降低。
3.4滲透通量大無機陶瓷膜有很高的孔隙率,高達35%以上,因此其鹽水通量很高,其中50nm孔徑的陶瓷超濾膜飽和氯化鈉鹽水通量大于700L/m2.h。可反復清洗及高溫再生恢復滲透通量,使用壽命長,采用酸、堿清洗,能有效的恢復膜滲透通量,使用壽命可達5年以上。
3.5采用錯流過濾方式
錯流過濾操作又稱切線流操作,與終端過濾方式相比,這種方法對懸浮粒子的大小、密度、濃度的變化不敏感,系統可長期連續運行,無需頻繁進行反沖洗及排出渣料,適用大規模生產應用。
3.6成套分離裝備的運行能耗低、清洗再生費用低通過膜組件有效的并聯與串聯組合,極大的降低了單位膜面積的能耗。通過普通的物理清洗或化學清洗即可完成,降低清洗費用。
4經濟效益
4.1使用無機陶瓷膜工藝,系統無需加入三氯化鐵等腐蝕性化學藥劑,減少了系統設備和管道的腐蝕危害,三十萬噸/年離子膜燒堿裝置加入三氯化鐵的運行費用為316000元(生產一噸氫氧化鈉需加入三氯化鐵0.00025噸)。
4.2無機陶瓷膜工藝因不需要粗鹽水沉降、預處理系統,整個鹽水精制系統流程大大縮短,設備也大幅度減少,三十萬噸離子膜燒堿一次鹽水裝置可節約投資:預處理器設備費1944700元;加壓溶氣罐設備費2臺135000元;后反應器設備費233400元;空氣緩沖罐設備費6000元;工藝管道費300000元;設備土建基礎費1500000元。合計:1944700元+135000元+233400元+6000元+300000元+1500000元=4119100元。
4.3由于不需要加壓溶氣、預處理器和后反應器等,全套裝置占地面積小,與有機膜裝置相比,占地面積可減少300平方米以上,只占有機膜裝置用地面積的40%。
4.4高質量的鹽水,可使二次鹽水螯合樹脂塔的再生周期延長,再生周期從24小時可延長到72小時以上,二次鹽水螯合樹脂塔每次再生需用純水230m3,每年節約純水費用為181100元。減少再生費用和廢水排放量60%以上,同時,還延長了螯合樹脂塔樹脂壽命,保證和增加電解槽離子膜的壽命,提高電流效率,降低直流電消耗。
總之,采用無機陶瓷膜法生產工藝比采用有機膜法生產工藝,三十萬噸/年離子膜燒堿節約費用為316000元+4119100元+181100元=4616200元。無機陶瓷膜鹽水精制技術具有過濾精度高、濾后鹽水質量好、出水水質穩定等優點,同時還具有工藝簡單、操作方便、控制點少、投資少、占地小等特點。