CN109250846B - 一种抑制结垢的含盐废水处理系统 - Google Patents

Abstract

一种抑制结垢的含盐废水处理系统，至少包括废水减量化单元和电渗析单元，废水减量化单元用于获取含盐量彼此不同的第一浓度浓盐液和第二浓度浓盐液，电渗析单元被配置为：第一浓度浓盐液和第二浓度浓盐液以具有压差的方式分别进入若干个浓水室和淡水室，其中，离子交换膜能够按照基于压差沿平行于阴极和阳极的连线的第一方向偏移第一距离以形成第一工作形态，离子交换膜还能够基于压差的改变沿平行于阴极和阳极的连线的第二方向偏移第二距离以形成第二工作形态，在浓水室的电导率和/或淡水室的电导率高于某一阈值的情况下，实现第一工作形态和第二工作形态的切换。本发明能够动态改变离子交换膜的形态，能够有效地抑制结垢的产生。

Description

一种抑制结垢的含盐废水处理系统

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种抑制结垢的含盐废水的处理系统。

背景技术

液体脱盐技术已经广泛地工业化，其中包括离子交换技术，反渗透技术以及电脱盐技术。电渗析技术是一种发展较早，较成熟的电脱盐技术，二十世纪初在国外首先实现工业化。在此基础上，将电渗析与离子交换技术进行有机结合，发展了新型的电脱盐技术。

目前，各种电脱盐技术已经广泛应用于苦咸水脱盐、海水淡化、工业水处理制取初级纯水、也有用在有机物料脱盐如：木糖醇脱盐、乳清脱盐、生化产品脱盐、染料脱盐等等。

电脱盐技术是在直流电场作用下，溶液中带电荷离子透过分离膜，溶剂和不能电离的粒子留在膜的一侧，达到脱盐的目的。在电脱盐技术中，装置的结垢特别引人关注，尤其是在浓缩室的阴膜侧，容易形成易结垢离子的浓差极化，从而在阴膜表面形成结垢，影响脱盐效率和缩短电脱盐装置的使用寿命。

在现有技术中，比较常规的操作是倒极，即在电脱盐装置运行过程中，周期性地倒换装置的电极极性，将原来的阳极变阴极，原来的阴极变阳极，相应的原来电脱盐装置的浓缩室与淡化室也对换，从而达到消除膜面浓差极化，抑制结垢的目的。但是倒极操作，对于苦咸脱盐制取饮用水或自来水脱盐制取纯水是无所谓，在倒极过程中只损失一些原水，但是对有机物料脱盐要损失原料液，这不允许，只能采取不倒极操作，间歇式操作，一个批次脱盐后就停机，对系统进行酸洗，势必会带来操作复杂，脱盐性能不稳定，离子交换膜使用寿命短等负面影响。另一种常规的操作是调节循环使用的浓缩液的离子浓度，使其保持一定的浓度水平，以降低浓差极化，发生结垢的可能性。

公开号为CN101543730的专利文献公开了一种可抑制结垢的有机液体脱盐方法及其系统，其具体公开了一种包括电渗析器、原液储槽和脱盐物料储槽的系统，电渗析器包括交替布置于正负电极之间的阴阳离子交换膜，在正极一侧为阳极室，在负极一侧为阴极室，在阳极室和阴极室之间交错形成脱盐室和浓缩室，所述电渗析器的浓缩室和阳极室均连接有软化水箱，阳极室的另一端与浓缩室的软化水进口一端连通，脱盐室的产水输入至脱盐物料储槽。阴极室、浓缩室和阳极室均连接着外部的软化水箱，将软化水输入阴极室、浓缩室和阳极室，电渗析器的浓缩室的进水一部分由浓缩液循环供给，另一部分由软化水箱供给，降低结垢的可能性，而且结构简单操作方便。阳极室的出口处连接一个管道，管道的另一端连接在浓缩室的进口处，利用电渗析器内的水压将阳极室内的循环水通过管道输入浓缩室内作为浓缩室的进水的一部分。其通过将含盐废水中的部分离子去除以对废水进行软化的方式减少结垢的可能性，其并未从根本上离子交换膜本身出发，离子交换膜仍然存在较大的结垢风险。

发明内容

如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。

针对现有技术之不足，本发明提供一种抑制结垢的含盐废水处理系统，至少包括位于废水减量化单元下游的电渗析单元。所述废水减量化单元被配置为：基于第一反渗透装置、第二反渗透装置和/或两者的组合至少获取含盐量彼此不同的第一浓度浓盐液和第二浓度浓盐液，其中，所述电渗析单元被配置为：所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液以具有压差的方式分别进入若干个浓水室和淡水室，其中，相邻的浓水室和淡水室彼此之间的离子交换膜能够按照基于所述压差沿平行于阴极和阳极的连线的第一方向偏移第一距离以形成第一工作形态，所述离子交换膜还能够基于所述压差的改变沿平行于阴极和阳极的连线的第二方向偏移第二距离以形成第二工作形态，其中，在浓水室的电导率和/或淡水室的电导率高于阈值M₁的情况下，实现所述第一工作形态和所述第二工作形态的切换。

根据一种优选实施方式，在所述第一浓度浓盐液的浓度大于第二浓度浓盐液的浓度，且所述第二浓度浓盐液进入所述淡水室。所述第一浓度浓盐液进入所述浓水室的情况下，限定所述淡水室的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照背离的方式移动以形成彼此间的第一最大距离D₁，限定所述浓水室的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照相向的方式移动以形彼此间的第一最小距离D₂，其中，由所述第一最大距离D₁和所述第一最小距离D₂限定所述第一工作形态。

根据一种优选实施方式，在所述第一浓度浓盐液的浓度大于第二浓度浓盐液的浓度，且所述第二浓度浓盐液进入所述淡水室，所述第一浓度浓盐液进入所述浓水室的情况下，限定所述浓水室的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照背离的方式移动以形彼此间的第二最大距离D₄，限定所述淡水室的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照相向的方式移动以形成彼此间的第二最小距离D₃，其中，由所述第二最大距离D₄和所述第二最小距离D₃限定所述第二工作形态。

根据一种优选实施方式，所述第一最大距离D₁、所述第一最小距离D₂、所述第二最小距离D₃和所述第二最大距离D₄满足关系式：D₁+D₂＝D₃+D₄。

根据一种优选实施方式，所述第一浓度的含盐废水和所述第二浓度的含盐废水分别以第一流速和第二流速的方式进入所述电渗析单元以限定浓水室和淡水室之间的所述压差，其中，在浓水室的水压大于淡水室的水压的情况下，所述电渗析单元以所述第二工作形态工作，在浓水室的水压小于淡水室的水压的情况下，所述电渗析单元以所述第一工作形态工作。

根据一种优选实施方式，所述含盐废水处理系统还包括废水软化单元、管式微滤单元和加药单元，其中，所述废水软化单元至少包括均质水箱、混凝池、絮凝池、沉淀池、第一过滤器和第一中间水池，其中，所述均质水箱、所述混凝池和所述絮凝池均与所述加药单元连通以对含盐废水的软化处理。含盐废水依次经过所述均质水箱、所述混凝池、所述絮凝池、所述沉淀池和所述第一过滤器得到的含盐废水软化液传输至所述第一中间水池进行集存。

根据一种优选实施方式，所述废水减量化单元至少包括第一反渗透装置、第二反渗透装置、第二中间水池和第三中间水池，其中，所述含盐废水软化液以第一状态进入所述第一反渗透装置中以得到所述第一浓度浓盐液，所述含盐废水软化液以第二状态进入所述第二反渗透装置中以得到所述第二浓度浓盐液。所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液分别传输至所述第二中间水池和所述第三中间水池进行集存。所述第一状态和所述第二状态均至少包括进入其各自对应的反渗透装置时的进水压力状态。

根据一种优选实施方式，所述电渗析单元含有至少一个电渗析器，其中，所述电渗析器包括若干个膜堆单元，所述膜堆单元包括n个第一离子交换膜和n+1个第二离子交换膜，其中，n≥1。所述第一离子交换膜和所述第二离子交换膜按照彼此间隔的方式排布以限定出第一隔室和第二隔室。所述第一离子交换膜和所述第二离子交换膜由所述阴离子交换膜和所述阳离子交换膜限定。所述第一隔室和所述第二隔室由所述浓水室和所述淡水室限定。

根据一种优选实施方式，所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液按照分别经所述管式微滤单元进行再次过滤的方式进入所述电渗析单元。

根据一种优选实施方式，所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液能够分别以第三状态和第四状态进入所述第一隔室和所述第二隔室，在基于交换电渗析器的阴极和阳极以切换第一隔室和第二隔室的工作属性的情况下，所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液按照切换流向的方式分别进入所述第二隔室和所述第一隔室。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明的含盐废水处理系统通过动态调整离子交换膜的形态能够及时消除堆积在其上的结垢物，通过增加浓水室或淡水室的离子膜之间的距离能够消除其在离子膜间距较小状态时累积的结垢物，能够有效的抑制离子交换膜的结垢。

(2)本发明在动态调整离子交换膜的同时交换阴极和阳极以交换浓水室和淡水室，使得淡水室和浓水室处于交替的工作状态，能够进一步抑制或消除结垢。

(3)本发明通过改变离子交换膜的形态使其能够呈现外凸状的形态，增加了其与浓盐水的接触面，具有更高的浓缩处理效率。

附图说明

图1是本发明优选的含盐废水处理系统的模块化结构示意图；

图2是本发明优选的电渗析器的一种工作形态的示意图；

图3是本发明优选的电渗析器的另一种工作形态的示意图；

图4是本发明优选的含盐废水的处理流程示意图；

图5是本发明优选的膜堆单元的第一工作形态；

图6是本发明优选的膜堆单元的第二工作形态；和

图7是本发明各模块的电子元件连接关系示意图。

附图标记列表

1：废水软化单元 2：废水减量化单元 3：电渗析单元

4：管式微滤单元 5：加药单元 6：膜堆单元

101：均质水箱 102：混凝池 103：絮凝池

104：沉淀池 105：第一过滤器 106：第一中间水池

201：第一反渗透装置 202：第二反渗透装置 203：第二中间水池

204：第三中间水池 301：电渗析器 302：第四中间水池

303：阴离子交换膜 304：阳离子交换摸 305：阴极

306：阳极 307：浓水室 308：淡水室

309：外壳 310：进水口 311：出水口

601：第一增压泵 602：第二增压泵 603：第一换向阀

604：第二换向阀 605：第一交换管 606：第二交换管

607：电导率传感器 608：中央处理器 609：第三换向阀

610：第四换向阀 611：第一流速控制阀 612：第二流速控制阀

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

实施例1

图1示出了本发明的含盐废水处理系统的模块化结构示意图。如图1所示，本发明的废水处理系统至少包括废水软化单元1、废水减量化单元2、电渗析单元3、管式微滤单元4和加药单元5。

废水软化单元1至少包括均质水箱101、混凝池102、絮凝池103、沉淀池104、第一过滤器105和第一中间水池106，其中，废水在均质水箱101、混凝池102、絮凝池103和沉淀池104之间的转移流动可以通过若干个提升泵提供转移驱动力。均质水箱101用于提高废水中分散物质的分不均匀性，其可以通过例如是搅拌或超声波震动等方式使得废水在均质水箱中产生相对运动以形成混合搅拌效果。优选的，在均质水箱中可以加入例如是氢氧化钠或碳酸钠对废水进行软化预处理。混凝池102用于对废水进行混凝处理，具体的，可以通过加入例如是混凝剂并结合充分的搅拌使得混凝剂与废水进行充分混合后形成大量的絮凝团。絮凝池103用于对废水进行絮凝处理，具体的，可以通过加入例如是絮凝剂使得经混凝池处理后的废水中的大量絮凝团生成大而密实的矾花。沉淀池104用于对废水进行静置沉淀处理以使得废水中的大颗粒物质下沉至池底，进而经统一收集后形成污泥从原废水中排出以达到净化水质的目的。第一过滤器105可以是滤芯过滤器或高强度过滤膜组件，基于第一过滤器能够将废水中的悬浮物、胶体等杂质进行初步过滤以提高废水的洁净度，使得废水不易污染后续工段中的膜元件以造成膜结垢或堵塞。第一中间水池106用于暂存经第一过滤器过滤后的废水。加药单元5用于为废水软化单元提供所需的药剂，加药单元通过加药管道分别与混凝池和絮凝池连通。在加药管道中可以设置加药量控制阀以控制所需药剂的添加量。

再次参见图1，废水减量化单元2至少包括第一反渗透装置201、第二反渗透装置202、第二中间水池203和第三中间水池204。经废水减量化单元2进行处理后的废水至少能够以第一浓度和第二浓度进行输出。具体的，废水减量化处理单元2可以只含有一个第一反渗透装置和一个第二反渗透装置，其中，第一反渗透装置可以通过配置中压反渗透膜元件的方式对废水进行第一级浓缩使得废水呈现第一浓度，第二反渗透装置可以通过配置高压反渗透膜元件的方式对废水进行第二级浓缩使得废水呈现第二浓度。第一反渗透装置和第二反渗透装置的上游均与第一中间水池连通以接收经过软化处理的废水。第一反渗透装置和第二反渗透装置的下游分别与第二中间水池和第三中间水池连通以分别暂存第一浓度的废水和第二浓度的废水。优选的，第一浓度和第二浓度的定义是依据废水中的含盐量制定。经过第一反渗透装置得到的废水浓缩液的含盐量低于经过第二反渗透装置得到的废水浓缩液。优选的，通过串联的方式形成多级由第一反渗透装置和第二反渗透装置的浓缩单元能够得到更多的废水浓度。例如，将第一反渗透装置和第二反渗透装置串联后形成两级浓缩单元，经废水软化单元处理的废水依次经过第一反渗透装置和第二反渗透装置进行分别浓缩，改变第一反渗透装置和第二反渗透装置的进水压力能够从第二反渗透装置的渗透侧得到不同于第一浓度和第二浓度的废水。废水减量化单元用于对含盐废水进行初步浓缩处理，第一反渗透装置和第二反渗透装置是基于不同膜组件的过滤装置。例如，第一反渗透装置可以采用中压渗透膜元件，第二反渗透装置可以采用高压渗透膜元件。

再次参见图1，管式微滤单元4是基于管式微滤膜构成的过滤组件，通过管式微滤单元连通废水减量化单元和电渗析单元，使得经废水减量化单元处理的废水经再次过滤滤除其中的污染物进入电渗析单元，能够提高对电渗析单元膜元件的保护。具体的，管式微滤单元按照一一对应地方式分别与第二中间水池和第三中间水池连通以对其中的废水进行过滤处理。优选的，管式微滤单元可以位于第二中间水池和第三中间水池的上游。

电渗析单元3至少包括具有电驱动膜的电渗析器301和第四中间水池302，其中，电渗析器301的上游分别与第二中间水池和第三中间水池连通以接收其传输的第一浓度的废水和第二浓度的废水。电渗析器301的下游与第四中间水池连通，使得经过电渗析器进一步浓缩的废水在第四中间水池中统一集存。

如图2所示，电渗析器301至少包括内置在其外壳309中的阴离子交换膜303、阳离子交换摸304、阴极305、阳极306、浓水室307和淡水室308。阴离子交换膜和阳离子交换膜按照交错排布的方式设置在阴极和阳极之间并以此限定出其彼此之间的浓水室和淡水室。在浓水室和淡水室上均设置有进水口310和出水口311。上游的废水经进水口310进入电渗析器，并从出水口311排出电渗析器。

为了便于理解，将含盐废水处理模块的废水处理过程进行详细论述。

含盐废水通过管道进入均质水箱101中按照搅拌的方式进行均匀化处理后，在通过加药单元施加碳酸钠或氢氧化钠的软化剂对其进行软化处理以得到第一含盐废水。第一含盐废水经管道进入混凝池102中，加药单元在混凝池中添加混凝剂对第一含盐废水进行处理得到第二含盐废水。第二含盐废水经管道输送至絮凝池103中，加药单元在絮凝池中添加絮凝剂对第二含盐废水进行处理得到第三含盐废水。第三含盐废水经管道输送至沉淀池104中进行沉降，沉淀池上部较为清澈的第四含盐废水经第一过滤器105过滤后进入第一中间水池106中集存。优选的，混凝池、絮凝池和沉淀池的底部均可以设置污泥排出口，以使得堆积在其底部的沉降杂质及时排出。污泥排出后可以通过脱水设备对污泥进行脱水处理以得到泥饼和分离水，其中，分离水可以按照回流与含盐废水混合再次进入废水软化单元的方式回用。

第四含盐废水经管道分别输送第一反渗透装置201和第二反渗透装置202中进行减量化浓缩处理，其中，第四含盐废水以第一进水压力进入第一反渗透装置中，并在第一进水压力的作用下进行浓缩处理以得到第一浓度浓盐液和第一产水。第四含盐废水以第二进水压力进入第二反渗透装置中，并在第二进水压力的作用下进行浓缩处理以得到第二浓度浓盐液和第二产水，其中，第一产水和第二产水可以经管道直接输送至用户端作为例如是生活用水或灌溉用水进行使用处理。第一浓度浓盐液和第二浓度浓盐液经管道分别传输至第一中间水池和第二中间水池203中集存。

在第一浓度浓盐液的浓度高于第二浓度浓盐液的浓度的情况下，第一浓度浓盐液经管道输送至淡水室，第二浓度浓盐液经管道输送至浓水室，其中，第一浓度浓盐液在淡水室中基于离子的交换转移而淡化以得到第三产水，第二浓度浓盐液在浓水室中基于接受到来自于淡水室的离子而得到进一步的浓缩形成第三浓度浓盐液。第三产水可以经管道直接输送至用户端作为例如是生活用水或灌溉用水进行使用处理。第三浓度浓盐液可以通过下级设备进行盐分离处理，例如，可以通过蒸发结晶装置分离提存得到分质盐。

优选的，阴离子交换膜和阳离子交换膜可以基于废水中的含盐成分进行选取，例如要滤除废水中的NaCl时，阴离子交换膜是基于氯离子的交换膜，阳离子交换膜是基于钠离子的交换膜。

优选的，切换第一隔室或第二隔室的工作属性是改变其对废水的处理过程。例如，第一隔室是浓水室，第二隔室是淡水室时，浓水室的工作属性是流过其中的废水经处理后其含盐量增加，淡水室的工作属性是流过其中的废水经过处理后其含盐量减小。在离子交换膜位置不变仅交换阴极和阳极的情况下，可以将浓水室切换为淡水室，将淡水室切换为浓水室，实现两者的彼此交换。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

图2和图3示出了电渗析器的两种不同形态的工作模式。如图2和图3所示，电渗析器301中具有彼此对应的阴极305和阳极306，其中，阳极设置在外壳309的左侧端部，阴极设置在外壳的右侧端部。阴极和阳极之间设置有间隔交错排布的两个阴离子交换膜和两个阳离子交换膜。在从阳极向阴极延伸方向上，依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜，从而通过阴离子交换膜和阳离子交换膜限定出关于淡水室308呈镜像对称的两个浓水室307。

优选的，彼此相邻的阴离子交换膜和阳离子交换膜之间的距离能够进行调整。如图2、图5和图6所示，在第一形态下，限定淡水室的阴离子交换膜与阳离子交换膜均呈现外凸形态，限定浓水室的阴离子交换膜和阳离子交换膜均呈现内凹形态，使得淡水室具有最大的第一宽度D₁，浓水室具有最小的第二宽度D₂，其中，第一宽度D₁大于第二宽度D₂。如图3所示，在第二形态下，限定淡水室的阴离子交换膜与阳离子交换膜均呈现内凹形态，限定浓水室的阴离子交换膜和阳离子交换膜均呈现外凸形态，使得淡水室具有最小的第三宽度D₃，浓水室具有最大的第四宽度D₄，其中，第四宽度D₄大于第三宽度D₃。优选的，第一宽度、第二宽度、第三宽度和第四宽度满足关系式D₁+D₂＝D₃+D₄。基于进水口和出水口处的压差不同，会导致阴离子交换膜或阳离子交换膜弯曲后并不是保证理想的对称抛物线形状，而是呈现为不对称的弯曲形态。基于上述原因，关系式D₁+D₂＝D₃+D₄能够存在一定的误差。

优选的，阴离子交换膜和阳离子交换膜之间的距离能够通过控制施加在其上的压差的方式进行调整。例如，在第一形态下，淡水室的流体的压力高于与其相邻的浓水室的压力。淡水室中的较高压力使得其阴离子交换膜和阳离子交换膜凸向浓水室以呈现外凸形态。通过使彼此相邻的浓水室和淡水室之间具有正压差或负压差的方式能够实现第一形态和第二形态的切换。优选的，离子交换膜的形态基于淡水室和浓水室中浓盐液的浓度不同，通过调整其液面差形成压差。

优选的，阴离子交换膜或阳离子交换膜的弯曲程度能够基于薄板力学理论通过如下公式对其进行简化计算。

其中，D_max表示阴离子交换膜或阳离子交换膜能够达到的最大位移量。C是一个与取决于浓水室或淡水室的宽度和长度比值的一个常数，例如C可以直接等于浓水室的宽度/长度。P表示离子交换膜受到的压差。W表示浓水室或淡水室的宽度。H表示浓水室或淡水室的长度。E表示对应的离子交换膜的弹性模量。浓水室或淡水室的宽度方向是指平行于阳极和阴极的连线的方向。浓水室或淡水室的长度方向是指其中的废水的流动方向。

优选的，离子交换膜上的压差可以通过可以通过控制进水口和/或出水口的流速获得。例如，在需要使得离子交换膜呈现朝向浓水室一侧的外凸形态时，可以加大淡水室一侧的进水速度并且保持其出水速度不变，从而使得淡水室一侧的压力高于浓水室一侧的压力，离子膜受压差作用而向浓水室一侧外凸。同理，在需要使得离子交换膜呈现朝向浓水室一侧的外凸形态时，可以减小淡水室一侧的出水速度并保持其进水速度不变以使得淡水室一侧的压力高于浓水室一侧的压力。优选的，离子交换膜的压差可以在不同浓度的浓盐液进入电渗析器之前，通过增压泵施加不同的压力。

优选的，离子交换膜的形态发生切换后，在一段时间内，其他流体可以以喷射的方式施加到浓水室或淡水室中。例如，气体可以通过喷射以气泡的形式进入浓水室或淡水室中对离子交换膜进行冲刷，配合离子交换膜形态的变化，能够更好的清除结垢物。

优选的，在离子交换膜的形态发生变化时，阴极和阳极的极性也对应的切换。同时，进入浓水室和淡水室的浓盐液也进行对应的切换以使得浓度较低的盐溶液始终保持进入淡水室，并且淡水室的离子交换膜的形态始终保持内凹状态，从而使得浓度更高的浓盐水进入具有更大尺寸的浓水室中进行进一步浓缩，能够有效降低浓水室的结垢。例如，通过第一泵对第一浓度浓盐液施加第一压力，通过第二泵对第二浓度浓盐液施加第二压力，其中，第一浓盐液的浓度高于第二浓盐液的浓度，第一压力大于第二压力。第一浓盐液进入浓水室中，第二浓度浓盐液进入淡水室，基于浓水室的第一压力大于淡水室的第二压力，使得淡水室的离子交换膜呈现内凹状态，浓水室的离子交换膜呈现外凸状态。此时，外壳的左侧对应阳极，右侧对应阴极。当需要改变离子交换膜的形态时，将阴极和阳极进行互换，使得原本的淡水室切换为浓水室，原本的浓水室转换为淡水室。此时，通过换向阀将第一压力的第一浓度浓盐水切换至当前条件下的浓水室，将第二压力的第二浓度浓盐水切换至当前条件下的淡水室。由于当前的淡水室的第二压力小于当前浓水室的第一压力，使得当前的淡水室的离子交换膜呈现内凹状态，当前的浓水室的离子交换膜呈现外凸状态。通过将浓度较低的浓盐液始终控制在淡水室中，并结合电极交换，能够对离子交换膜的结垢起到进一步地抑制或清除。

优选的，施加在离子交换膜上的压差可以至少根据处理的废水类型、离子交换膜的弹性模量和离子交换膜的结构进行动态调整，以避免过高的压差导致离子交换膜寿命的缩短。优选的，离子交换膜的压差可以设置范围优选为在10Pa～2500Pa。

优选的，离子交换膜的形态变化可以基于时间周期T₁进行。即每隔时间T₁便离子交换膜由外凸状态转换为内凹状态，或者将离子交换膜由内凹状态转换为外凸状态。离子膜的每一次的形态变化可以按照施加不同的压差的方式进行以使得相邻两次的外凸状态的外凸量不同。例如，在第一次将离子交换膜由外凸状态切换为内凹状态时，施加的压差为P₁，随后再将离子交换膜由内凹状态切换为外凸状态时，施加的压差为P₂。P₁与P₂彼此不同，使得离子交换膜的外凸量不同。

优选的，离子交换膜形态变化的时间周期T₁可以基于测量浓水室和/或淡水室中的浓盐液的电阻。例如，可以基于对浓水室中的浓盐液的电阻进行实时监控，当其电阻小于某一阈值的情况下，通过控制单元调整进水压力、出水压力、交换电极和/或交换进水类型以实现有离子交换膜形态的变换。通过监控实现对离子交换膜形态的动态自动调整，能够有效地抑制结垢。

实施例3

本实施例是对实施例1和实施例2的进一步改进，重复的内容不再赘述。

图4示出了本发明的另一种优选的含盐废水的处理流程。如图4所示，为了便于描述，将一张第一离子交换膜和两张第二离子交换膜及其限定而成的一个淡水室和一个浓水室定义为一个膜堆单元6。电渗析器的阴极和阳极之间可以按照需求设定N个膜堆单元，其中，N≥1。

优选的，电渗析单元还包括第一增压泵601、第二增压泵602、第一换向阀603、第二换向阀604、N个膜堆单元6、第一交换管605和第二交换管606。第二中间水池能够经第一增压泵分别与第一交换管和第二交换管连通。优选的，第二中间水池依次经第一增压泵和位于第一状态的第一换向阀与第一交换管连通，第二中间水池能够依次经第一增压泵和位于第二状态的第一换向阀与第二交换管连通。第三中间水池能够经第二增压泵分别与第一交换管和第二交换管连通。优选的，第三中间水池依次经第二增压泵和位于第三状态的第二换向阀与第一交换管连通，第三中间水池能够依次经第二增压和位于第四状态的第二换向阀与第二交换管连通。N个膜堆单元6各自的浓水室和淡水室分别经管道连接至第一交换管和第二交换管。

优选的，电渗析单元还包括用于监测N个膜堆单元的浓水室和/或淡水室的电阻的电导率传感器607和用于控制第一增压泵、第二增压泵、第一换向阀和第二换向阀的中央处理器608，其中，中央处理器基于电导率传感器采集的电导率值大于阈值M₁的情况下生成控制信号控制第一增压泵、第二增压泵、第一换向阀和第二换向阀工作以改变膜堆单元中的离子交换膜的形态。

优选的，阈值M₁可以基于废水的进水指标并结合实际情况选定经验参数，例如可以将阈值M₁设定为2500μS/cm。当实际测得的浓水室的电导率大于2500μS/cm时便可以判断离子交换膜具有结垢趋势。或者，当本次测量的电导率大于上一次测定的电导率的情况下，可以初步判断具有结垢趋势，此时交换第一工作状态和第二工作状态。具体的，在浓水室的阴膜侧，容易形成例如是Ca²⁺、Mg²⁺等易结垢离子的浓差极化，从而在阴膜表面形成结垢，通过调节浓水室中循环使用的浓缩液的电导率，使浓缩液中的离子浓度保持一定的浓度水平便可以降低浓差极化导致的发生结垢的可能性。例如，在浓缩液中的易结垢离子的浓度大于一定程度的情况下，易结垢离子通过在离子交换膜表面形成类似于晶核并围绕晶核扩展生长的方式进行结垢。离子交换膜能够实现第一形态和第二形态自由切换，从而能够通过离子交换膜形态的改变及时调整位于离子交换膜两侧的浓缩液的溶液环境以破坏晶核形成或生长的条件，从而抑制结垢的产生。例如，在浓水室的宽度方向上，越靠近中间位置，水流速度越快。在浓水室由外凸的形态切换为内凹的形态的情况下，离子交换膜更靠近浓水室的中间位置，离子交换膜能够受到更大力度的水流冲刷以破坏晶核的形成。例如，在浓水室由内凹的形态切换为外凸的形态的情况下，浓水室的容积增大，进水量增加使得浓水室的易结垢离子的浓度降低，从而能够有效地抑制离子交换膜的结垢。优选的，电渗析单元还包括第三换向阀609和第四换向阀610。N个膜堆单元各自的浓水室和淡水室分别通过第一管道和第二管道连接至第四中间水池和第一中间水池，其中，第一管道和第二管道上分别设置有第三换向阀和第四换向阀。第三换向阀经管道与第二管道连通，第四换向阀经管道与第一管道连通。优选的，浓水室经位于第五状态的第三换向阀能够与第四中间水池连通，浓水室还能够经位于第六状态的第三换向阀与第一中间水池连通。淡水室经位于第七状态的第四换向阀与第一中间水池连通，淡水室还能够经位于第八状态的第四换向阀与第四中间水池连通。

优选的，第一交换管和第二交换管还分别通过第一流速控制阀611和第二流速控制阀612与N个膜堆单元各自的浓水室和淡水室彼此连通，以便于通过改变流速的方式控制浓水室和淡水室之间的压差。

为了便于理解，将含盐废水的处理过程进行详细论述。

参见图4，含盐废水通过管道进入均质水箱101中按照搅拌的方式进行均匀化处理后，在通过加药单元施加碳酸钠或氢氧化钠的软化剂对其进行软化处理以得到第一含盐废水。第一含盐废水经管道进入混凝池102中，加药单元在混凝池中添加混凝剂对第一含盐废水进行处理得到第二含盐废水。第二含盐废水经管道输送至絮凝池103中，加药单元在絮凝池中添加絮凝剂对第二含盐废水进行处理得到第三含盐废水。第三含盐废水经管道输送至沉淀池104中进行沉降，沉淀池上部较为清澈的第四含盐废水经第一过滤器105过滤后进入第一中间水池106中集存。优选的，混凝池、絮凝池和沉淀池的底部均可以设置污泥排出口，以使得堆积在其底部的沉降杂质及时排出。污泥排出后可以通过脱水设备对污泥进行脱水处理以得到泥饼和分离水，其中，分离水可以按照回流与含盐废水混合再次进入废水软化单元的方式回用。

第四含盐废水经管道分别输送第一反渗透装置201和第二反渗透装置202中进行减量化浓缩处理，其中，第四含盐废水以第一进水压力进入第一反渗透装置中，并在第一进水压力的作用下进行浓缩处理以得到第一浓度浓盐液和第一产水。第四含盐废水以第二进水压力进入第二反渗透装置中，并在第二进水压力的作用下进行浓缩处理以得到第二浓度浓盐液和第二产水，其中，第一产水和第二产水可以经管道直接输送至用户端作为例如是生活用水或灌溉用水进行使用处理。第一浓度浓盐液和第二浓度浓盐液经管道分别传输至第一中间水池和第二中间水池203中集存。

第一浓度浓盐液经第一增压泵以第一压力传输至第一换向阀，第二浓度浓盐液经第二增压泵以第二压力传输至第二换向阀，其中，第一浓度浓盐液的浓度大于第二浓度浓盐液的浓度，第一压力大于第二压力。第一浓度浓盐液和第二浓度浓盐液分别经第一换向阀和第二换向阀传输至膜堆单元靠上侧的浓水室和靠下侧的淡水室。参见图5，基于浓水室的第一压力大于淡水室的第二压力，使得浓水室的离子交换膜呈现外凸形态。经膜堆单元处理得到的电渗析产水和电渗析浓水分别经第三换向阀和第四换向阀传输至第一中间水池和第四中间水池。

在基于电导率传感器采集的电导率数据大于设定阈值的情况下，通过中央控制器控制第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀和第四换向阀切换工作状态以改变离子交换膜的形态。具体的，第一浓度浓盐液经第一增压泵处理后以第一压力的形态再经第一换向阀传输至膜堆单元的位于下侧的淡水室中，第二浓度浓盐液经第二增压泵处理后以第二压力的形态再经第一换向阀传输至膜堆单元的位于上侧的浓水室。参见图6，基于淡水室的第一压力大于浓水室的第二压力，使得淡水室的离子交换膜呈现外凸形态。此时，淡水室中的第一浓度浓盐液的大于浓水室中的第二浓度浓盐液的浓度，其对较低浓度的第二浓度浓盐液进行浓缩不符合浓缩规则，因此，需要调换当前阴极和阳极的极性以使得当前的浓水室转化为淡水室，使得电渗析器始终能够保持浓度较低的浓盐液进入淡水室，并且淡水室的离子交换膜始终呈现内凹形态。通过始终将浓度较高的浓盐液控制在具有更大通道宽大的呈外凸形态的浓水室中可以有效抑制浓水室的结垢。经膜堆单元处理得到的电渗析产水和电渗析浓水分别经第三换向阀和第四换向阀传输至第一中间水池和第四中间水池。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种抑制结垢的含盐废水处理系统，至少包括位于废水减量化单元(2)下游的电渗析单元(3)，其特征在于，所述废水减量化单元(2)被配置为：基于第一反渗透装置(201)、第二反渗透装置(202)和/或两者的组合至少获取含盐量彼此不同的第一浓度浓盐液和第二浓度浓盐液，其中，

所述电渗析单元(3)被配置为：

所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液以具有压差方式分别进入若干个浓水室(307)和淡水室(308)，其中，相邻的浓水室(307)和淡水室(308)彼此之间的离子交换膜能够按照基于所述压差沿平行于阴极(305)和阳极(306)的连线的第一方向偏移第一距离以形成第一工作形态，所述离子交换膜还能够基于所述压差的改变沿平行于阴极和阳极的连线的第二方向偏移第二距离以形成第二工作形态，其中，

在浓水室(307)的电导率和/或淡水室(308)的电导率高于阈值(M₁)的情况下，实现所述第一工作形态和所述第二工作形态的切换，

在所述第一浓度浓盐液的浓度大于第二浓度浓盐液的浓度，且所述第二浓度浓盐液进入所述淡水室(308)，所述第一浓度浓盐液进入所述浓水室(307)的情况下，

限定所述淡水室(308)的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照背离的方式移动以形成彼此间的第一最大距离D₁，限定所述浓水室的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照相向的方式移动以形彼此间的第一最小距离D₂，其中，

由所述第一最大距离D₁和所述第一最小距离D₂限定所述第一工作形态。

2.如权利要求1所述的含盐废水处理系统，其特征在于，在所述第一浓度浓盐液的浓度大于第二浓度浓盐液的浓度，且所述第二浓度浓盐液进入所述淡水室(308)，所述第一浓度浓盐液进入所述浓水室(307)的情况下，

限定所述浓水室的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照背离的方式移动以形彼此间的第二最大距离D₄，限定所述淡水室(308)的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照相向的方式移动以形成彼此间的第二最小距离D₃，其中，

由所述第二最大距离D₄和所述第二最小距离D₃限定所述第二工作形态。

3.如权利要求2所述的含盐废水处理系统，其特征在于，所述第一最大距离D₁、所述第一最小距离D₂、所述第二最小距离D₃和所述第二最大距离D₄满足关系式：D₁+D₂＝D₃+D₄。

4.如权利要求3所述的含盐废水处理系统，其特征在于，所述第一浓度的含盐废水和所述第二浓度的含盐废水分别以第一流速和第二流速的方式进入所述电渗析单元(3)以限定浓水室和淡水室之间的所述压差，其中，

在浓水室的水压大于淡水室的水压的情况下，所述电渗析单元(3)以所述第二工作形态工作，在浓水室的水压小于淡水室的水压的情况下，所述电渗析单元(3)以所述第一工作形态工作。

5.如前述权利要求之一所述的含盐废水处理系统，其特征在于，所述含盐废水处理系统还包括废水软化单元(1)、管式微滤单元(4)和加药单元(5)，其中，

所述废水软化单元(1)至少包括均质水箱(101)、混凝池(102)、絮凝池(103)、沉淀池(104)、第一过滤器(105)和第一中间水池(106)，其中，所述均质水箱(101)、所述混凝池(102)和所述絮凝池(103)均与所述加药单元(5)连通以对含盐废水的软化处理；

含盐废水依次经过所述均质水箱(101)、所述混凝池(102)、所述絮凝池(103)、所述沉淀池(104)和所述第一过滤器(105)得到的含盐废水软化液传输至所述第一中间水池(106)进行集存。

6.如权利要求5所述的含盐废水处理系统，其特征在于，所述废水减量化单元(2)至少包括第一反渗透装置(201)、第二反渗透装置(202)、第二中间水池(203)和第三中间水池(204)，其中，

所述含盐废水软化液以第一状态进入所述第一反渗透装置(201)中以得到所述第一浓度浓盐液，所述含盐废水软化液以第二状态进入所述第二反渗透装置(202)中以得到所述第二浓度浓盐液；

所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液分别传输至所述第二中间水池(203)和所述第三中间水池(204)进行集存；

所述第一状态和所述第二状态均至少包括进入其各自对应的反渗透装置时的进水压力状态。

7.如权利要求5所述的含盐废水处理系统，其特征在于，所述电渗析单元(3)含有至少一个电渗析器(301)，其中，所述电渗析器(301)包括若干个膜堆单元(6)，

所述膜堆单元(6)包括n个第一离子交换膜和n+1个第二离子交换膜，所述第一离子交换膜和所述第二离子交换膜按照彼此间隔的方式排布以限定出第一隔室和第二隔室，其中，n≥1；

所述第一离子交换膜和所述第二离子交换膜由阴离子交换膜(303)和阳离子交换膜(304)限定，所述第一隔室和所述第二隔室由所述浓水室(307)和所述淡水室(308)限定。

8.如权利要求5所述的含盐废水处理系统，其特征在于，所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液按照分别经所述管式微滤单元(4)进行再次过滤的方式进入所述电渗析单元(3)。

9.如权利要求7所述的含盐废水处理系统，其特征在于，所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液能够分别以第三状态和第四状态进入所述第一隔室和所述第二隔室，

在基于交换电渗析器的阴极和阳极以切换第一隔室和第二隔室的工作属性的情况下，所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液按照切换流向的方式分别进入所述第二隔室和所述第一隔室。

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