水处理方法及电解装置与流程

本发明涉及水处理，尤其涉及水处理方法及电解装置。

背景技术：

1、在化工工业中，硫酸钠（na2so4）是一些化工工艺的常见副产物。例如：1）造纸工业：在纸浆制造过程中，尤其是硫酸盐法中，会生成大量的硫酸钠。这种方法使用硫酸钠和碳酸钠的混合物作为蒸煮液。2）染料和颜料生产：在一些染料和颜料的生产过程中，硫酸钠可以作为副产物出现，特别是那些涉及硫酸的化学反应。3）制药工业：在一些药物合成过程中，硫酸钠也可能作为副产物产生，尤其是那些涉及硫酸盐中间体的合成路线。这些工艺中，硫酸钠副产物通常以硫酸钠溶液的形式存在，如果要对硫酸钠进行回收，还需要经过结晶、干燥等处理；此外，硫酸钠副产物中往往含有其他杂质，进一步增加了回收难度和成本。另外，市场上的硫酸钠供应充足，硫酸钠的售价并不高。这些因素，导致硫酸钠副产物面临不便处理的问题。

2、此外，随着能源产业的变革，锂离子二次电池的需求量不断攀升，以锂辉石为主的锂矿产量越来越难以满足需要，因此，从盐湖卤水、地下卤水、油气田水和地热水、废旧锂电池回收行业的含锂废水等含锂液体矿产中提锂逐渐受到重视。盐湖卤水、地下卤水等含锂液体矿产中除锂外往往还主要含有钠、钙、镁等金属杂质，其中钠以一价金属离子的形式存在，其余主要是二价以上金属离子。钙、镁等二价以上金属离子主要通过除杂工序从母液中提取；锂通过提锂工序以锂盐形式从含锂液体矿产中提取；钠则通过在除杂工序和提锂工序之后的析盐工序（目前主要采用蒸发结晶法）以钠盐形式从含锂液体矿产中提取。钠盐可以是硫酸钠，因此同样面临前述不便处理的问题。

3、另一方面，人们日常生活和工业生产中会产生大量废水（前述的硫酸钠副产物通常也是以硫酸钠溶液的形式存在于工业废水中），这些废水中大多有含有含量超标的污染物，不能直接排放，需要经过废水处理。从另一个角度看，随着氢能源产业的发展，社会对氢的需求量逐渐增大，如果能够将上述废水用来制氢，则有望将负担变为动力。目前，电解水制氢设备主要有碱性电解槽、aem（阴离子交换膜）电解槽和pem（质子交换膜）电解槽，cem（阳离子交换膜）电解槽较为少见。cem(cation exchange membrane)是一种特殊类型的离子交换膜，其特点是具有选择性地允许阳离子通过，而阻挡阴离子通过的能力，主要应用在电渗析、燃料电池、流电池、离子交换等领域。

技术实现思路

1、基于上述背景，提出开发基于cem电解槽的水处理方法及电解装置，能够为处理硫酸钠等类似物质提供了一种新颖的思路，不仅解决了处理不便的问题，还可得到包含氢气在内的多种副产品。

2、第一个方面，提供了一种水处理方法，包括：设置电解槽，所述电解槽具有由cem膜分隔的阳极液槽室和阴极液槽室，所述阳极液槽室的阳极和所述阴极液槽室的阴极分别与所述电解装置的电源正负极相连；将由原水经预处理得到的阳极液和配置的阴极液分别通入所述阳极液槽室中和所述阴极液槽室中，所述阳极液主要由axbo4溶液构成，所述阴极液为aoh溶液；随着电解槽的运行，在所述阳极液槽室中产出ayhbo4晶体，在所述阴极液槽室中产出氢气以及浓度提升后的aoh溶液；其中，a表示一价金属，b表示s元素或p元素，x=2或3，y=1或2，h表示氢元素，o表示氧元素，oh表示氢氧根离子。

3、第二个方面，提供了一种电解装置，包括电解槽，所述电解槽具有由cem膜分隔的阳极液槽室和阴极液槽室，所述阳极液槽室的阳极和所述阴极液槽室的阴极分别与所述电解装置的电源正负极相连；所述阳极液槽室中使用的阳极液主要由axbo4溶液构成，所述阴极液槽室中使用的阴极液为aoh溶液；随着电解槽的运行，在所述阳极液槽室中产出ayhbo4晶体，并且，在所述阴极液槽室中产出氢气以及浓度提升后的aoh溶液；其中，a表示一价金属，b表示s元素或p元素，x=2或3，y=1或2，h表示氢元素，o表示氧元素，oh表示氢氧根离子。

4、上述水处理方法及电解装置为处理硫酸钠等类似物质（如硫酸锂、磷酸钠、磷酸锂）提供了一种新颖的思路。以处理硫酸钠为例：通过使用特定结构的电解槽，可以在阳极室中析出酸式硫酸钠(nahso4)晶体，实现原水或阳极液中钠盐的分离和回收利用；阴极室在电解过程中可以产出氢气和浓氢氧化钠溶液，氢气可作为清洁能源加以利用，浓氢氧化钠溶液也可作为化工原料。上述电解槽采用cem膜作为隔膜，可以有效分隔阴阳极产物，防止其互相混合而影响产品纯度，cem膜仅允许阳离子na+通过而阻挡阴离子，从而保证了阴阳极反应的独立进行。与传统的析盐工艺相比，该方法中硫酸钠的分离过程由蒸发结晶变为电解析出，可降低能耗，且电解过程操作温度较低，设备腐蚀小，易于实现自动化控制。通过电解槽的串联或并联，可实现工艺的放大和连续化生产，具有良好的工业应用前景。

5、下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明的附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过实践了解到。

技术特征：

1.水处理方法，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述的水处理方法，其特征在于：所述阳极液主要由na2so4溶液构成，所述阴极液为naoh溶液，所述ayhbo4晶体为nahso4晶体。

3.如权利要求2所述的水处理方法，其特征在于：对nahso4晶体进行固液分离，固液分离后的母液返回阳极液中。

4.如权利要求3所述的水处理方法，其特征在于：将固液分离后的nahso4晶体进行干燥和热解，使nahso4晶体分解为固态的na2so4和气态的h2so4及h2o，将气态的h2so4及h2o进行冷凝得到硫酸溶液。

5.如权利要求4所述的水处理方法，其特征在于：将nahso4晶体分解得到的na2so4作为配置所述阳极液的原料。

6.如权利要求2-4中任意一项权利要求所述的水处理方法，其特征在于：原水经预处理得到的阳极液为na2so4饱和溶液。

7.如权利要求2-4中任意一项权利要求所述的水处理方法，其特征在于：所述阳极液中的na2so4为上游化工工艺的副产物。

8.如权利要求7所述的水处理方法，其特征在于：所述阳极液中的na2so4由一种含锂液体矿产的处理方法所得，所述含锂液体矿产为卤水，所述含锂液体矿产的处理方法具体包含：

9.如权利要求8所述的水处理方法，其特征在于：所述卤水为盐湖卤水或地下卤水。

10.电解装置，包括电解槽，所述电解槽具有由cem膜分隔的阳极液槽室和阴极液槽室，所述阳极液槽室的阳极和所述阴极液槽室的阴极分别与所述电解装置的电源正负极相连；

11.如权利要求10所述的电解装置，其特征在于：所述阳极液槽室的底部设有排料斗，所述排料斗的底部设有排料机构，所述排料机构用于将ayhbo4晶体从所述阳极液槽室排出。

12.如权利要求11所述的电解装置，其特征在于：所述排料机构连接固液分离装置，所述固液分离装置连接配料槽；所述固液分离装置用于对ayhbo4晶体进行固液分离；所述配料槽用于配置阳极液；所述固液分离装置与所述配料槽之间通过母液回流管道连接。

13.如权利要求12所述的电解装置，其特征在于：所述阳极液主要由na2so4溶液构成，所述阴极液为naoh溶液，所述ayhbo4晶体为nahso4晶体；

技术总结本发明公开了水处理方法及电解装置，涉及水处理技术领域。水处理方法包括：设置电解槽，所述电解槽具有由CEM膜分隔的阳极液槽室和阴极液槽室，所述阳极液槽室的阳极和所述阴极液槽室的阴极分别与所述电解装置的电源正负极相连；将由原水经预处理得到的阳极液和配置的阴极液分别通入所述阳极液槽室中和所述阴极液槽室中，所述阳极液主要由A<subgt;X</subgt;BO<subgt;4</subgt;溶液构成，所述阴极液为AOH溶液；随着电解槽的运行，在所述阳极液槽室中产出A<subgt;y</subgt;HBO<subgt;4</subgt;晶体，在所述阴极液槽室中产出氢气以及浓度提升后的AOH溶液；其中，A表示一价金属，B表示S元素或P元素，x=2或3，y=1或2，H表示氢元素，O表示氧元素，OH表示氢氧根离子。技术研发人员：何志,杨光耀,赵聪,何珂桥受保护的技术使用者：四川思达能环保科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15