处理EDI装置外排废水中气体的装置及方法与流程

本发明涉及废水处理技术领域，且更具体地涉及一种处理edi装置外排废水中气体的装置及方法。

背景技术：

edi技术(electrodeionization,连续电解除盐技术)是纯水制取技术中常用的一种技术，通常反渗透或其他设备处理后的水经由edi装置而处理离子，得到纯度很高的纯净水。相比其他工艺，edi技术具有能够连续运转、经济性好等优点。edi装置内阳极和阴极处的电化学反应会产生气体，具体是：

阳极处产生氢离子、氧气(主要)和氯气(次要)；

阴极处产生氢氧根离子和氢气。

阳极和阴极的水流会汇成一股极水水流而排放。汇合后酸碱中和为中性，水流中混有上述气体。其中氯气全部溶于水，氢气和氧气会形成气泡。这些气泡会出现在极水废液中。在封闭空间中，若氢气和氧气持续排放则会逐渐聚集，从而存在废气爆炸的风险。已有的edi装置排放的废水，由于氢气和氧气无良好的治理方案，致使edi装置不能结合水下设备而应用。

因此，需要一种处理edi装置外排废水中气体的装置及方法，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了至少部分地解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种处理edi装置外排废水中气体的装置，所述气体包括氢气和氧气，所述装置包括：

脱气膜设备，所述脱气膜设备用于使所述废水分离出所述气体；

存储设备，所述存储设备的进气口与所述脱气膜设备连接，所述存储设备用于使所述气体稀释；

气体反应设备，所述气体反应设备与所述存储设备的出气口连接，并且用于使所述气体反应生成水蒸汽；以及

换热器，所述换热器与所述气体反应设备连接，并且用于使所述水蒸气冷却成外排水。

根据本方案，能够有效去除edi装置外排废水中的氢气和氧气，从而避免在封闭空间或密闭空间中因氢气和氧气的逐渐聚集而发生废气爆炸的风险。本发明提供的处理edi装置外排废水中气体的装置可以实现易燃易爆气体(氢气)的提取和治理，能够确保空间中易燃易爆气体长期处于安全范围内，保证系统安全性，从而使得能够与edi装置一起结合水下设备而应用。

可选地，所述装置还包括除氯设备，所述除氯设备与所述脱气膜设备的进水口连接，并且用于将接收到的所述废水中的氯气脱除。由此，能够避免因氯气的存在影响气体反应设备中的气体反应。

可选地，所述存储设备的进液口与所述换热器连接，以存储包含有所述气体的所述外排水。

可选地，所述存储设备设置有最高液位线，所述存储设备的进气口和出气口均设置在所述存储设备的底部并高于所述最高液位线。

可选地，所述装置包括并排设置的至少两个所述气体反应设备，所述存储设备设置有气体浓度检测设备，以使当所述气体浓度检测设备监测的气体浓度高于预设值时，将处于工作状态的所述气体反应设备切换为处于停歇状态的所述气体反应设备。

可选地，所述脱气膜设备的下部通过第一气体管与所述存储设备的下部连接，所述脱气膜设备的上部通过第二气体管与所述存储设备的上部连接，所述第一气体管和所述第二气体管同时处于开放状态。

可选地，所述气体反应设备包括填装有常温催化剂的催化床。

可选地，所述脱气膜设备的排气口连接的管路上设置有防爆泵或控制阀。

可选地，所述装置还包括框架，所述脱气膜设备、所述气体反应设备和所述换热器均设置并集成在所述框架中。

可选地，所述存储设备的容积大于所述脱气膜设备的容积。

根据本发明的另一个方面，提供了一种处理edi装置外排废水中气体的方法，所述气体包括氢气和氧气，所述方法包括如下步骤：

步骤a：将所述废水通过脱气膜处理后分离出所述气体；

步骤b：将所述废水中分离的所述气体稀释；

步骤c：将稀释后的所述气体反应生成水蒸汽；以及

步骤d：将所述水蒸气冷却成外排水。

根据本方案，能够有效去除edi装置外排废水中的氢气和氧气，从而避免在封闭空间或密闭空间中因氢气和氧气的逐渐聚集而发生废气爆炸的风险。本发明提供的处理edi装置外排废水中气体的方法可以实现易燃易爆气体(氢气)的提取和治理，能够确保空间中易燃易爆气体长期处于安全范围内，保证系统安全性，从而使得能够与edi装置一起结合水下设备而应用。

可选地，还包括所述步骤a之前的步骤e，在所述步骤e中，将所述废水中的氯气脱除。

可选地，还包括所述步骤e之后的步骤f，在所述步骤f中，将所述外排水中包含的所述气体与稀释后的所述气体混合后，再反应生成水蒸汽。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为根据本发明的优选实施方式的处理废水中气体的装置的结构流程图；

图2为图1中示出的处理废水中气体的装置的立体图。

附图标记说明

10：脱气膜设备20：存储设备

30：气体反应设备30a：第一气体反应设备

30b：第二气体反应设备40：换热器

50：除氯设备60：框架

71：第一气体管72：第二气体管

73：防爆泵74：第一控制阀

75：输送泵76：第二控制阀

77：气体浓度检测设备78：排液阀

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明。显然，本发明的施行并不限定于该技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式，不应当解释为局限于这里提出的实施方式。

应当理解的是，在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施方式并且不作为本发明的限制，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。本发明中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

以下，将参照附图对本发明的具体实施方式进行更详细地说明，这些附图示出了本发明的代表实施方式，并不是限定本发明。

如图1和图2所示，本发明提供了一种处理废水中气体的装置，特别是，该装置能够用于处理edi装置外排废水，以将废水中的气体脱除。气体主要包括氢气和氧气，以及还包括部分的氯气。

上述装置包括依次连接的脱气膜设备10、存储设备20、气体反应设备30和换热器40。脱气膜设备10用于使废水分离出气体。换句话说，废水经过脱气膜设备10处理后，能够分别输出净水和气体。存储设备20用于使气体稀释。存储设备20的进气口与脱气膜设备10连接，存储设备20的出气口与气体反应设备30连接。气体反应设备30设置在脱气膜设备10的下游，并且用于使从废水中分离的气体反应生成水蒸汽。换热器40与气体反应设备30连接，并且用于使水蒸气冷却成外排水。

脱气膜设备10内设置有脱气膜。脱气膜主要是利用渗透压原理将废水中的气体分离出来。具体地，废水从脱气膜设备10的进水口进入，脱气膜处理后的净水从脱气膜设备10的出水口输出。脱气膜设备10的排气口经由管路与存储设备20的进气口连接。在图示实施方式中，进水口设置在脱气膜设备10的底部，出水口设置在脱气膜设备10的顶部。排气口设置在侧部。当然，进水口、出水口和排气口可以根据脱气膜设备10的布置方式进行适当调整。

装置还包括用于脱除废水中氯气的除氯设备50。除氯设备50接收来自edi装置外排的废水，并脱除废水中的氯气。除氯设备50能够将水中的氯离子去除约99％，使氯离子浓度能够低于1ppm。除氯设备50与脱气膜设备10的进水口经由管路连接，以使除氯后的废气可以输送至脱气膜设备10。除氯设备50的设置能够避免因氯气的存在影响气体反应设备30中的气体反应。

可选地，脱气膜设备10的下部通过第一气体管71与存储设备20的下部连接，脱气膜设备10的上部通过第二气体管72与存储设备20的上部连接。第一气体管71和第二气体管72能够同时处于开放状态，以同时输送气体。由此，使得存储设备20中的气体能够较快达到均衡状态。具体地，脱气膜设备10具有两个排气口，存储设备20具有对应于排气口的两个进气口，排气口通过第一气体管71或第二气体管72与进气口一一对应而连接。第一气体管71用于将位于脱气膜设备10下部的排气口连接至位于存储设备20下部的进气口。第二气体管72用于将位于脱气膜设备10部的排气口连接至位于存储设备20上部的进气口。

可以理解，虽然图中仅示出两个气体管，但是可以根据需要设置合适数量的气体管。可选地，上述气体管可以设置有气体流量检测设备(未示出)，以监测控制从脱气膜设备10输出的气体的流量。

脱气膜设备10的排气口连接的管路(气体管)上可以设置有防爆泵73或者第一控制阀74。可选地，第一控制阀74可以是电磁阀等自动阀门。在图示实施方式中，第一气体管71设置有防爆泵73，第二气体管72设置有第一控制阀74。

存储设备20具有预定体积，使得当废水中分离的气体进入至存储设备20中时，气体被稀释。由此，进入至气体反应设备30的气体浓度能够保持适合的水平，使得不会因气体浓度较大，气体反应设备30中发生的气体反应放热过量，造成不期望的现象。例如，气体反应设备30可以是填装有催化剂的催化床。对于气体反应设备30为催化床的实例，当气体反应放热过量，能够造成催化床燃烧。

可以理解，本文中，气体被稀释是指气体从气体管进入至存储设备20内，单位体积变大。气体在存储设备20内的体积浓度小于气体在气体管内的体积浓度。在本实施方式中，气体反应是放热反应。存储设备20的容积可以远大于脱气膜设备10的容积。

气体反应设备30用于将氢气和氧气反应生成水蒸气。存储设备20和气体反应设备30之间的管路上可以设置有输送泵75。装置可以包括并排设置的至少两个气体反应设备30。至少两个气体反应设备30通过管路并联连接。至少两个气体反应设备30中的每一个的进口处均设置有第二控制阀76。第二控制阀76可以是电磁阀等自动阀门。图中示出了并排设置的第一气体反应设备30a和第二气体反应设备30b。

可选地，上述气体反应设备30可以是常温反应设备。例如，气体反应设备30可以是填装有常温催化剂的催化床。相对于应用高温催化剂，采用常温催化剂不需要设置加热设备等部件，一方面减少了资金投入，另一方面减少设备占地面积。

存储设备20设置有气体浓度检测设备77，用以监测存储设备20中气体浓度，以判断催化剂状态情况。譬如，判断催化剂是否将要达到失效或饱和。可选地，气体浓度检测设备77为氢气浓度检测设备，以通过监测氢气的浓度来判断催化剂工作情况。当气体浓度检测设备77监测的气体浓度高于预设值时，将处于工作状态的气体反应设备30切换为处于停歇状态的另一个气体反应设备30。此时，切换前的处于工作状态的气体反应设备30内的催化剂饱和，需要更换或再生，以待该设备备用。这样可以避免催化剂催化高浓度气体后，由于催化放热致使催化床瞬间温度增高，在气体作用下发生爆炸或燃烧的现象，有效保证系统安全。可以理解，“停歇状态的气体反应设备30内填装的催化剂为再生后或重新更换的催化剂。

例如，在图示实施方式中，在第一气体反应设备30a处于工作状态，第二气体反应设备30b处于停歇状态的情况下，当气体浓度检测设备77监测的气体浓度高于预设值时，将处于工作状态的第一气体反应设备30a切换至第二气体反应设备30b。接着，更换或再生第一气体反应设备30a内的催化剂，以使第一气体反应设备30a备用。

进一步地，存储设备20的进液口与换热器40连接，以存储包含有气体的外排水。这种情况下，存储设备20中的气体包括来自脱气膜设备10的气体和来自换热器40的气体。由此，经由气体反应设备30后未反应的气体能够重复反应，从而提高氢气和氧气的去除效率。存储设备20的底部设置有排液阀78，可以控制设备中水的量。换句话说，存储设备20的底部存储有一定量的水，以用于液封。存储设备20设置有最高液位线，存储设备20的进气口和出气口均设置在存储设备20的底部并高于最高液位线。当水高于最高液位线时，打开排液阀78将水外排。

如图2所示，装置还包括框架60。除氯设备50、脱气膜设备10、气体反应设备30和换热器40，以及它们之间的管路、管件等均设置并集成在框架60中，形成一个整体结构。这样可以便于装置的搬运和运输。可以理解，“集成”意在指上述各设备、部件等根据体积不同、合理利用空间而布置。在图示实施方式中，存储设备20的高度大致接近框架60的顶部，输送泵75、气体反应设备30和换热器40均设置在存储设备20的一侧。换热器40水平布置并设置在气体反应设备30的上方。

并且，相对于传统气液分离设备，本发明的脱气膜设备10体积小，容易安装，分离效果明显，为小空间安装场所的设备安装提供更优的安装条件。

本发明还提供了一种使用上述装置处理edi装置外排废水中气体的方法。该方法包括如下步骤：

步骤a：将废水通过脱气膜处理后分离出气体。在步骤a中，将废水通过脱气膜设备10处理后分离出气体。

步骤b：将废水中分离的气体稀释。在步骤b中，从脱气膜设备10输出的气体输入至存储设备20中而实现气体稀释。

步骤c：将稀释后的气体反应生成水蒸汽。在步骤c中，从存储设备20输出的气体输入至气体反应设备30，氢气和氧气在气体反应设备30中反应生成水蒸气。未反应的气体与水蒸气一起被输送。

步骤d：将水蒸气冷却成外排水。在步骤d中，从气体反应设置输出的水蒸气输入至换热器40中，水蒸气被冷却成液态水。未反应的气体和液体水一起被输送。换热器40的换热介质可以为空气或者水(例如海水)等。

在一个实施例中，处理edi装置外排废水中气体的装置还可以包括控制系统，该控制系统能够与上述电控设备/部件(例如，脱气膜设备10、气体反应设备30、换热器40、电磁阀等等)连接，以对它们进行操作控制。通过控制系统可以设定上述电控设备/部件的工作电流，例如可以为6a。通过控制系统可以控制从脱气膜设备10输出的气体的流量，例如可以将检测到的气体的流量控制为约66l/h。

根据本方案，能够有效去除edi装置外排废水中的氢气和氧气，从而避免在封闭空间或密闭空间中因氢气和氧气的逐渐聚集而发生废气爆炸的风险。本发明提供的处理edi装置外排废水中气体的方法使得edi装置能够结合水下设备而应用。

该方法还包括步骤a之前的步骤e，在步骤e中，将废水中的氯气、氯离子脱除。从edi装置外排的废水，先要通过除氯设备50脱除氯气，保证待进行反应的气体中几乎不含氯。这样能够避免氯气影响气体反应的效率，在用催化剂催化气体的实施方式中，氯气的脱除可以避免催化剂中毒。

该方法还包括步骤e之后的步骤f，在步骤f中，将外排水中包含的气体与稀释后的气体混合后，再反应生成水蒸汽。这样可以提高气体的去除率。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部”、“件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其他特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

技术特征：

1.一种处理edi装置外排废水中气体的装置，所述气体包括氢气和氧气，其特征在于，所述装置包括：

脱气膜设备，所述脱气膜设备用于使所述废水分离出所述气体；

存储设备，所述存储设备的进气口与所述脱气膜设备连接，所述存储设备用于使所述气体稀释；

气体反应设备，所述气体反应设备与所述存储设备的出气口连接，并且用于使所述气体反应生成水蒸汽；以及

换热器，所述换热器与所述气体反应设备连接，并且用于使所述水蒸气冷却成外排水。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括除氯设备，所述除氯设备与所述脱气膜设备的进水口连接，并且用于将接收到的所述废水中的氯气脱除。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述存储设备的进液口与所述换热器连接，以存储包含有所述气体的所述外排水。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述存储设备设置有最高液位线，所述存储设备的进气口和出气口均设置在所述存储设备的底部并高于所述最高液位线。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置包括并排设置的至少两个所述气体反应设备，所述存储设备设置有气体浓度检测设备，以使当所述气体浓度检测设备监测的气体浓度高于预设值时，将处于工作状态的所述气体反应设备切换为处于停歇状态的所述气体反应设备。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脱气膜设备的下部通过第一气体管与所述存储设备的下部连接，所述脱气膜设备的上部通过第二气体管与所述存储设备的上部连接，所述第一气体管和所述第二气体管同时处于开放状态。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体反应设备包括填装有常温催化剂的催化床。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脱气膜设备的排气口连接的管路上设置有防爆泵或控制阀。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括框架，所述脱气膜设备、所述气体反应设备和所述换热器均设置并集成在所述框架中。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述存储设备的容积大于所述脱气膜设备的容积。

11.一种处理edi装置外排废水中气体的方法，所述气体包括氢气和氧气，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤a：将所述废水通过脱气膜处理后分离出所述气体；

步骤b：将所述废水中分离的所述气体稀释；

步骤c：将稀释后的所述气体反应生成水蒸汽；以及

步骤d：将所述水蒸气冷却成外排水。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括所述步骤a之前的步骤e，在所述步骤e中，将所述废水中的氯气脱除。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括所述步骤e之后的步骤f，在所述步骤f中，将所述外排水中包含的所述气体与稀释后的所述气体混合后，再反应生成水蒸汽。

技术总结

本发明提供了一种处理EDI装置外排废水中气体的装置及方法，气体包括氢气和氧气，装置包括脱气膜设备、存储设备、气体反应设备和换热器。脱气膜设备用于使废水分离出气体；存储设备的进气口与脱气膜设备连接，存储设备用于使气体稀释；气体反应设备与存储设备的出气口连接，并且用于使气体反应生成水蒸汽；换热器与气体反应设备连接，并且用于使水蒸气冷却成外排水。本发明提供的处理EDI装置外排废水中气体的装置可以实现易燃易爆气体(氢气)的提取和治理，能够确保空间中易燃易爆气体长期处于安全范围内，保证系统安全性。

技术研发人员：陈秋燕;张志远;李晓波;刘娅琼;郭明山;张西兆;肖飞;姜小鑫

受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七一一研究所

技术研发日：2019.06.27

技术公布日：2020.12.29