[发明专利]淡化废水的利用

说明书

本国际专利申请要求申请日为2008年11月21日的澳大利亚的临时专利申请2008906021的优先权，其内容通过引用而构成本发明的一部分。

技术领域

本发明主要涉及利用含盐废水液流，例如从淡化过程中产生的含盐废水液流，来生产有附加值的物质的工艺过程。更具体的，本发明涉及生产纯碱(碳酸钠，Na₂CO₃)的工艺方法，该工艺方法利用含盐废水液流以及，可选择的，燃烧源产生的二氧化碳(CO₂)废气。

背景技术

充足的淡水供应是一个持续已久并日益增长的全球性问题。在许多国家，咸水，例如海水、微咸水或含盐工业废水，的淡化工艺被用于供应淡水。仅仅在澳大利亚，截止2013年，预计淡化工厂大约每年将生产4600亿升饮用水。

淡化工厂通常使用反渗透(RO)膜淡化海水、微咸地下水和/或含盐工业废水。淡化过程的主要目标是将咸水中的盐(氯化钠，NaCl)浓度减少到少于0.5克每升(g/L)以适合作为饮用水。而海水的盐浓度通常是35-45g/L。

遗憾的是，利用淡化工艺从咸水制造淡水带来了许多环境问题。例如，淡化过程的其中一种副产物就是含盐废水，其盐浓度通常约为70g/L。由此产生的高盐度液态含盐废水液流必须得到处理，其通常的处理方法包括将其排放回海洋、排入下水道、将其注入深井、排放到陆地、或将其转移至蒸发池。在每一种情况下，废水的处理对经济和/或环境成本产生重大的影响。

理想的是，淡化过程中产生的含盐废水可以应用于形成其他有附加值的物质。

本说明书中对任何现有技术的引用都不是，也不应被视为对该现有技术在任何国家中作为公知常识的一部分的承认或任何形式的提示。

发明内容

本发明产生于以下发现：含盐废水以及，可选择的，燃烧源产生的二氧化碳废气可被用作生产纯碱方法的起始物料。

本发明提供了一种从含盐废水中生产纯碱的工艺过程，该工艺过程包括将含盐废水和二氧化碳和氨反应以制备纯碱，其特征在于所述氨至少有一部分是由反应中产生的氯化铵再生。

通常，该工艺过程包括收集反应中生成的碳酸氢钠并对其进行加热以制备纯碱。此外，所述在反应中产生的氯化铵优选通过碱性阴离子交换树脂(如弱碱阴离子交换树脂)处理以使氨再生。该再生过程优选在对反应中产生的氯化铵进行进一步处理(如浓缩)后进行。

正如这里所用到的，术语“含盐废水”指氯化钠浓度为约50g/L至约250g/L之间的盐溶液，以上所述的数值范围包括两端值在内。优选地，所述含盐废水可以是来自淡化工厂如反渗透淡化工厂的废水液流。

所述工艺过程还可以包括，在和二氧化碳和氨反应之前，处理所述含盐废水，以除去至少部分存在于所述含盐废水中的任何不要的无机阳离子(如钙、镁和锶离子)。含盐废水中那些不要的无机阳离子可以通过与结合媒介，如阳离子交换树脂，进行选择性地结合，从而被部分或全部的除去。

本发明所述方法中使用的二氧化碳优选从废气流获得，该废气流直接或间接来源于燃烧源，如煤炭、煤气或柴油火力发电站、炼钢厂或炼油厂。在这种形式的废气中，可处理二氧化碳以除去部分或全部可能存在于气流中的气体污染物。

所述氯化钠和二氧化碳生成纯碱的反应是由氨催化的，且在本发明中至少部分用作催化剂的氨由反应中产生的氯化铵再生。如上所述，在收集碳酸氢钠之后，最好对反应中生成的氯化铵通过高压过滤器，例如反渗透膜，进行过滤，以提供能够重复使用的纯水，且同时浓缩剩余的氯化铵溶液。进一步，用碱处理所述浓缩后的氯化铵溶液以再生适于在反应中重复利用的氨，且该碱的一种形式为阴离子交换树脂。

如上所述，用于所述含盐废水和二氧化碳反应的氨至少有一部分为再生氨。在这一方面，所述再生氨可构成至少10％反应所需的氨，且优选在20％和80％之间。理想的是，所有再生氨都将返回到反应器中，且一些新的氨将被添加进反应器中以形成反应所需的氨水溶液浓度。因此值得注意的是，反应器中使用新的氨的数量取决于每一项可能利用本发明方法的每个操作的操作参数。

本发明的方法涉及到的基本化学反应类似于索尔维法，该方法现用于工业上生产纯碱。传统的索尔维法用浓缩盐水(作为氯化钠(NaCl)的来源)和石灰石(作为碳酸钙(CaCO₃)的来源)生产纯碱。