專利名稱：一種浸沒式真空膜蒸餾裝置及其污水處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種污水處理裝置及其污水處理方法，更具體地說，涉及一種基于疏水膜技術的透氣不透水原理的浸沒式真空膜蒸餾裝置及其污水處理方法
背景技術：
膜蒸餾由于能夠脫除更高濃度的鹽分以及更高的脫鹽率而逐漸受到各國專家重視并展開了廣泛研究，它可以算是迄今為止脫鹽效率最高的膜技術，脫鹽率高達99%以上。 膜蒸餾是上世紀80年代為海水脫鹽而研發(fā)的疏水膜技術，它是采用微孔疏水膜，以膜兩側蒸汽壓差為驅動力的一種新型膜分離過程。由于初期疏水膜材質差、通量低、熱耗高，而使人們轉向親水超濾膜、反滲透膜的研制發(fā)展，限制并忽略了它的發(fā)展和應用。隨著上世紀90 年代高分子材料和膜制備技術的發(fā)展，尤其是太陽能以及新型熱泵循環(huán)技術的發(fā)展，已能通過采用熱泵循環(huán)和利用工業(yè)廢熱，顯著降低能耗。因此，膜蒸餾技術再次引起了工業(yè)和水處理界的廣泛關注并得到快速發(fā)展。膜蒸餾所用的膜為不被待處理溶液潤濕的疏水微孔膜，即只有蒸汽能夠進入膜孔，液體不能透過膜孔。與滲透汽化過程一樣，膜蒸餾是熱量和質量同時傳遞的過程，是有相變的膜過程，傳質推動力為膜兩側透過組分的蒸汽壓差。根據蒸汽擴散到膜冷側冷凝方式的不同，膜蒸餾一般可分為四種類型直接接觸式膜蒸餾(DCMD)、氣隙式膜蒸餾(AGMD)、 真空式膜蒸餾(VMD)、氣掃式膜蒸餾(SGMD)。其中VMD是恒溫的膜過程，膜透過側用真空泵抽真空，以造成膜兩側更大的蒸汽壓差，揮發(fā)組份從冷側引出后冷凝，這種膜蒸餾過程的熱傳導損失較小，基本可以忽略。由于真空膜蒸餾的膜兩側氣體壓差比其他膜蒸餾過程的膜兩側氣體壓差大，因此，它比其他膜蒸餾過程具有更大的傳質通量，近幾年來受到較多關注。近年來，關于膜蒸餾裝置和方法的研究逐漸增多，現(xiàn)將相關專利介紹如下。中國專利號CN 101659451A，
公開日期2010年3月3日，名稱一種氣提式膜蒸餾高鹽水處理方法，公開涉及了一種氣提式膜蒸餾高鹽水處理方法，該方法采用中空纖維膜組件的直接接觸式膜蒸餾，污水在原水箱加熱后經熱液循環(huán)泵與空壓機或風機產生的空氣形成氣液兩相流進入膜高溫側，膜滲透側采用循環(huán)泵循環(huán)流動冷凝水將透過膜的蒸汽和氣體冷凝并輸送到產水箱，未透過膜的濃水回流至原水箱。供氣方式為通過電磁閥的間開間停脈沖進氣，采用脈沖進氣的缺點是，對膜本身的沖擊較大，并且導致氣水混合不均。中國專利號CN 101664642A，
公開日期2010年3月10日，名稱一種鼓氣減壓膜蒸餾裝置與方法和文獻《鼓氣減壓膜蒸餾過程研究》(水處理技術，2009,35(12))也公開涉及了一種鼓氣真空膜蒸餾裝置和方法，該裝置和方法采用中空纖維膜組件的真空膜蒸餾， 抽真空方式為內壓式即殼程抽真空，污水走中空纖維膜孔內。該方法也在中空纖維膜組件進口處鼓入低壓壓縮空氣與污水形成氣液兩相流。專利CN 101659451A、CN 101664642A和文獻《鼓氣減壓膜蒸餾過程研究》(水處理技術，2009，35 (12))采用的均為有外殼的中空纖維膜，均為外置式操作，盡管膜蒸餾類型不同，但污水均走中空纖維膜孔內，膜組件的殼程形成真空或冷凝體系。該種方式的缺點是由于膜絲較細，容易在膜組件進口處和膜絲內造成污堵，濃差極化影響較大，容易形成膜污染，并且污染后的膜組件不易清洗。并且，由于采用外置式操作，因此熱量在管路輸送過程中部分損失，熱量利用率低。更有，上述專利均采用空壓機或風機鼓入空氣，空壓機或風機產生的氣泡較大，與污水在管路中混合后進入膜組件，由于管路限制，可能會造成氣體在水中的分散性不好，氣水混和不均勻等問題。此外，上述專利所述的膜蒸餾裝置描述簡單，連接件少，自控化程度低，不易于工業(yè)化放大。膜蒸餾所采用的為微孔疏水膜，基于膜蒸餾所用的微孔疏水膜的傳質機理，膜蒸餾的抗污染能力較強，但也不可避免地形成膜污染，膜蒸餾所用微孔疏水膜的污染主要為膜面污染，膜孔內污染相對較少。由于膜蒸餾所處理的一般均為濃度較高含鹽污水，膜污染主要是濃差極化造成的鹽結晶、結垢、凝膠層和有機物污染。因此，膜蒸餾過程中濃差極化是一個很重要的影響因素，要盡量避免或減少。和浸沒式超濾過程不同，由于膜蒸餾所處理的一般均為懸浮物含量較低的高鹽污水如反滲透濃水等體系，因此，膜蒸餾過程的膜污染主要為濃差極化造成的鹽結晶、結垢和有機物污染，而超濾過程的膜污染主要為懸浮物等大分子或大顆粒物質引起的濾餅層污染、膠體污染等。因此，不同于浸沒式超濾過程，浸沒式超濾為了去除或防止懸浮物、膠體等的大分子污染，要求的曝氣量較大，這就容易引起浸沒式超濾過程中膜組件的斷絲現(xiàn)象。而浸沒式膜蒸餾過程主要是為了避免或減少污水中的濃差極化及溫差極化，因此所需的氣量小于浸沒式超濾，本發(fā)明稱之為溶氣，較低的氣量抑制或減少了浸沒式膜蒸餾過程中的斷絲現(xiàn)象。此外，過大的氣量容易引起滲透側真空度的降低，增加能耗。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題針對現(xiàn)有發(fā)明所述膜蒸餾裝置的不足，本發(fā)明提供了一種用于污水處理的浸沒式真空膜蒸餾裝置。本發(fā)明的浸沒式裝置采用溶氣泵提供氣體，可形成更小、更均勻的氣泡， 溶氣泵產生的微細氣泡粒徑約為20 40微米，氣體與液體溶解效率高達80 100%，解決了現(xiàn)有浸沒式曝氣操作中的斷絲問題，并通過氣液兩相的更充分接觸提高了膜蒸餾通量， 降低了濃差極化和溫差極化的影響，減少了膜污染，延長了膜的清洗周期和使用壽命。此外，采用本發(fā)明的裝置，減少了外置式膜蒸餾操作過程中的管路熱量損失，提高了熱量利用效率。本發(fā)明的裝置采用浸沒式、外壓式中空纖維膜組件和板框式膜組件中的一種或兩種。采用浸沒式、外壓式中空纖維膜組件，污染后的膜組件更容易清洗，解決了內壓式中空纖維膜組件操作過程中的易污堵、不易清洗問題；和中空纖維膜組件相比，采用板框式膜組件，膜通量較高，膜污染較小，并且板框式膜組件結構簡單、操作和拆裝方便，容易清洗。不同于前述專利，本發(fā)明的裝置為采用無外殼的中空纖維膜組件或特定的板框式膜組件的浸沒式、外壓式真空膜蒸餾裝置。采用浸沒式真空膜蒸餾的優(yōu)勢在于，原污水和溶氣泵提供的微小氣泡在污水加熱水箱進行充分混合，氣液混合更加均勻。此外，隨著膜蒸餾過程的不斷濃縮，污水能夠及時得到充分混合，降低了濃差極化和溫差極化的影響，減少了膜污染。相對于專利CN101664642A采用的內壓式膜組件，外壓式膜組件的優(yōu)勢在于有效降
5低了濃差極化的影響。不同于前述專利，本發(fā)明的專利對膜蒸餾裝置和具體實施方式
的描述更為詳盡， 裝置結構簡單，自動控制程度高，易于工業(yè)化放大?？偟膩碚f，本發(fā)明的膜蒸餾裝置相比現(xiàn)有膜蒸餾裝置，其主要優(yōu)勢在于，降低了濃差極化和溫差極化的影響，提高了膜蒸餾通量，減少了膜污染和膜斷絲，并且污染后的膜組件容易清洗，管路熱損失少，熱效率高。本發(fā)明的技術方案包括如下連接部件原水儲水箱1、溶氣泵2、原水加熱水箱3、膜蒸餾疏水膜組件 4、冷凝器5、真空緩沖罐6、真空泵7、產水箱8和9、閥門、測量儀表、自動控制器。上述原水儲水箱1，設有液位計11，底部設有排泥口 12，并設有進水管路和出水管路，進水管路上設有開度調節(jié)閥10，出水管路與液體流量計13進口連接；上述溶氣泵2，設有進水口、進氣口和氣液混合出口，進水口與液體流量計13出口連接，進氣口與氣體流量計14出口連接，氣液混合出口與開度調節(jié)閥15進口連接；上述原水加熱水箱3，設有液位計16，水箱頂部設有排氣口 17，底部設有濃水排放口 18，根據水質定期進行濃排；上述原水加熱水箱3，設有進水管路，進水管路上設有壓力表，進水管路與開度調節(jié)閥15出口連接；上述膜蒸餾疏水膜組件4，設置在原水加熱水箱3內，膜蒸餾疏水膜組件以框架連接起來固定，膜蒸餾疏水膜組件4滲透側出口和冷凝器5進口通過管路連接；上述冷凝器5，設有進口和出口，冷凝器5進口和膜組件滲透側通過管路連接，冷凝器5出口與真空緩沖罐6進口連接；上述冷凝器5，設有冷凝水進口 19和冷凝水出口 20，循環(huán)冷凝水與膜蒸餾產水逆流流動；上述真空緩沖罐6，設有進氣口和出氣口，進氣口與冷凝器5出口通過管路連接， 出氣口與真空泵7進口連接；上述真空泵7，進口與真空緩沖罐6出口通過管路連接；上述產水箱8，設有液位計21，并設有進水口和出水口，進水口設有電磁閥23，電磁閥23與冷凝器5出口通過管路連接，出水口設有電磁閥25，電磁閥25與通往用水點的出水管路連接；上述產水箱9，與產水箱8并聯(lián)，設有液位計22，并設有進水口和出水口，進水口設有電磁閥24，電磁閥24與冷凝器5出口通過管路連接，出水口設有電磁閥26，電磁閥26與通往用水點的出水管路連接；本發(fā)明的浸沒式真空膜蒸餾裝置操作流程如下原水經過pH調節(jié)、微濾去除濁度和懸浮物等預處理后，通過開度調節(jié)閥10進入原水儲水箱1，待原水儲水箱1內的液位計指示達到最高液位時，原水儲水箱1內的污水通過液體流量計13和氣體流量計14提供的氣體以一定氣水比進入溶氣泵2，經過溶氣泵2充分混合后的氣水混合物進入原水加熱水箱3 加熱到特定溫度，開啟真空泵7，對疏水膜組件4滲透側抽真空，在抽真空作用下，污水中的蒸汽和氣體通過冷凝器5冷凝分離后進入產水箱8或9。在具體實施時，浸沒式真空膜蒸餾單元根據處理水質和通量要求調節(jié)污水pH、加熱溫度、滲透側真空度和氣水比。污水PH范圍為6 9，更優(yōu)的范圍為7 8 ；加熱溫度范圍為45°C 95°C，更優(yōu)的范圍為60°C 85°C ；真空度范圍為-0. 01 -0. IMPa，更優(yōu)的范圍為-0. 06 -0. 095MPa ；氣水混合比范圍為0. 1 1 1，更優(yōu)的范圍為0. 3 0. 6 1 ；上述原水儲水箱1主要作為膜蒸餾進水的儲水箱；上述溶氣泵2主要用于將經過簡單預處理后的污水和氣體充分混合；上述原水加熱水箱3主要用于將溶氣泵2提供的氣液混合污水加熱到預定溫度；上述原水加熱水箱3的加熱方式為電加熱、廢蒸汽加熱或利用其他廢熱換熱；上述膜蒸餾疏水膜組件4主要用于將污水中的氣體和蒸汽過濾到真空側冷凝；上述膜蒸餾疏水膜組件4采用板框式疏水膜組件和中空纖維疏水膜組件中的一種或兩種；上述中空纖維膜和板框膜的材質為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯中的一種或幾種；上述冷凝器5主要用于冷凝污水中透過疏水膜孔的蒸汽；上述疏水膜組件4采用η (η = 1，2，......10)只中空纖維膜MD1，MD2......MDn
和η(η = 1，2，......50)層平板膜MD1，MD2......MDn的一種或兩種，根據處理水量可任意
調整η的數值；上述真空緩沖罐6主要用于緩沖真空泵7產生的負壓；上述真空泵7主要用于向疏水膜組件滲透側提供負壓；上述產水箱8和9主要用于儲存膜蒸餾系統(tǒng)冷凝產水；本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明所述的浸沒式真空膜蒸餾裝置通過溶氣泵向污水中溶入微小氣泡，使氣液充分混合接觸，增強污水中的擾動作用，降低污水中的濃差極化和溫差極化影響，提高膜蒸餾通量。此外，污水中溶入少量氣體降低了汽-液界面處的水蒸汽分壓，使得進料側膜表面更容易形成一層氣膜，減弱了水和有機溶劑對疏水膜的潤濕影響，同時減少了蒸汽在膜孔內的凝結，減輕了膜污染，提高了膜蒸餾運行通量，延長了膜組件的運行周期；本發(fā)明所述的浸沒式膜蒸餾裝置采用溶氣泵溶氣，溶氣量要低于傳統(tǒng)浸沒式超濾的曝氣量，并且溶氣泵溶氣可形成更小、更均勻的氣泡，有利于氣液兩相的充分接觸，提高了氣液接觸面積，并抑制或減少了浸沒式膜蒸餾過程中的斷絲現(xiàn)象；本發(fā)明所述的浸沒式真空膜蒸餾裝置，原污水和空氣可以在污水加熱水箱進行充分混合，氣液混合更加均勻。此外，隨著膜蒸餾過程的不斷濃縮，污水能夠及時得到充分混合，降低了濃差極化和溫差極化的影響，減少了膜污染；本發(fā)明所述的浸沒式真空膜蒸餾裝置可以實現(xiàn)浸沒式真空膜蒸餾的連續(xù)操作，濃水無回流，僅定期進行濃排，系統(tǒng)回收率高；本發(fā)明所述的膜蒸餾裝置采用浸沒式操作，減少了管路輸送過程中的熱量損失， 提高了熱量利用率；本發(fā)明所述的浸沒式真空膜蒸餾裝置采用多層板框式疏水膜組件或多只中空纖維疏水膜組件中的一種或兩種，并可以實現(xiàn)兩種類型膜組件的分別單獨操作或并聯(lián)操作；本發(fā)明所述的浸沒式真空膜蒸餾裝置采用特定的多層板框式膜組件或多只中空纖維膜組件。和中空纖維膜組件相比，板框式膜組件的優(yōu)勢在于膜通量較高，膜污染較小，并且板框式膜組件結構簡單、操作和拆裝方便，容易清洗。中空纖維膜組件的優(yōu)勢在于裝填密度大，占地小，但膜蒸餾通量相對較低；本發(fā)明所述的浸沒式膜蒸餾中空纖維膜組件結構基本等同于現(xiàn)有浸沒式超濾膜組件；本發(fā)明所述的板框式膜蒸餾組件結構為類似于現(xiàn)有浸沒式MBR組件的耐高溫膜蒸餾組件；本發(fā)明所述的膜蒸餾組件的材質為PVDF、PTFE或PPESK等耐高溫材料；本發(fā)明所述的板框式膜蒸餾組件的厚度大于現(xiàn)有浸沒式MBR組件的厚度，厚度范圍為8 20mm。一定厚度的板框式膜蒸餾組件提高了膜滲透側的產水流道體積，更有利于產水的完全抽出和冷凝；本發(fā)明所述的裝置結合了現(xiàn)有膜蒸餾裝置或方法的優(yōu)勢，并在其基礎上加以突破和創(chuàng)新，為膜蒸餾技術的研究和發(fā)展提供了一種新的思路和方法；本發(fā)明所述的浸沒式真空膜蒸餾裝置可用于高鹽污水如反滲透濃水、含有一定量不揮發(fā)性有機物的高鹽高有機物污水的深度處理和回用以及含少量揮發(fā)性有機物污水中揮發(fā)性有機物的回收；本發(fā)明所述的浸沒式真空膜蒸餾裝置結構簡單，自動控制程度高，易于工業(yè)化放大。


圖1是本發(fā)明的流程示意2是本發(fā)明的結構示意圖以下結合附圖進一步詳細說明本發(fā)明所述技術方案。本發(fā)明所述的浸沒式真空膜蒸餾裝置工藝流程如圖1所示，附圖中箭頭所示方向為水流方向原水經過PH調節(jié)、微濾去除濁度和懸浮物等預處理后，進入浸沒式真空膜蒸餾單元，經過浸沒式真空膜蒸餾單元處理后的膜蒸餾產水可直接回用送往用水點，膜蒸餾排放的少量濃水進行集中處理。如圖2所示，本發(fā)明所述處理污水的浸沒式真空膜蒸餾裝置，包括原水儲水箱1，設有液位計11，底部設有排泥口 12，并設有進水管路和出水管路， 進水管路上設有開度調節(jié)閥10，出水管路與液體流量計13進口連接；溶氣泵2，設有進水口、進氣口和氣液混合出口，進水口與液體流量計13出口連接，進氣口與氣體流量計14出口連接，氣液混合出口與開度調節(jié)閥15進口連接；原水加熱水箱3，設有液位計16，水箱頂部設有排氣口 17，底部設有濃水排放口 18，并設有進水管路，進水管路上設有壓力表，進水管路與開度調節(jié)閥15出口連接；膜蒸餾疏水膜組件4，設置在原水加熱水箱3內，膜蒸餾疏水膜組件以框架連接起來固定，膜蒸餾疏水膜組件4滲透側出口和冷凝器5進口通過管路連接；冷凝器5，設有進口和出口，冷凝器5進口和膜組件滲透側通過管路連接，冷凝器5 出口與真空緩沖罐6進口連接；冷凝器5，設有冷凝水進口 19和冷凝水出口 20，循環(huán)冷凝水與膜蒸餾產水逆流流動；
真空緩沖罐6，設有進氣口和出氣口，進氣口與冷凝器5出口通過管路連接，出氣口與真空泵7進口連接；真空泵7，進口與真空緩沖罐6出口通過管路連接； 產水箱8，設有液位計21，并設有進水口和出水口，進水口設有電磁閥23，電磁閥 23與冷凝器5出口通過管路連接，出水口設有電磁閥25，電磁閥25與通往用水點的出水管路連接；產水箱9，與產水箱8并聯(lián)，設有液位計22，并設有進水口和出水口，進水口設有電磁閥24，電磁閥24與冷凝器5出口通過管路連接，出水口設有電磁閥26，電磁閥26與通往用水點的出水管路連接；上述技術方案中需要使用的閥門包括手動球閥、兩通(三通)電磁閥、氣動蝶閥、 電動開度調節(jié)閥、取樣閥等，可通過手動或自動控制實現(xiàn)開啟和閉合或開度調節(jié)，均可采用現(xiàn)有技術實現(xiàn)，本文不再詳述。上述技術方案中需要使用的測量儀表包括pH計、電導儀、流量計、壓力傳感器、壓力表、液位計等，均可采用現(xiàn)有技術實現(xiàn)，本文不再詳述。本發(fā)明所述裝置可用自動控制器完成操控，使用的自動控制器可選用市售成品可編程程序控制器(PLC)，可實現(xiàn)對整個操作過程的自動控制和人工設定，可設定膜單元正常運行時間，可設定各閥門開啟和關閉狀態(tài)以及開度，可設定各水泵的運行流量和壓力，均可采用現(xiàn)有技術實現(xiàn)，本文不再詳述。本發(fā)明在具體實施時，浸沒式真空膜蒸餾單元采用中空纖維膜組件和板框式膜組件中的一種或兩種，兩種膜組件可分別單獨運行，也可并聯(lián)運行。浸沒式真空膜蒸餾單元根據處理水質和通量要求調節(jié)污水pH、加熱溫度、滲透側真空度和氣水比。污水pH范圍為 6 9，更優(yōu)的范圍為7 8 ；加熱溫度范圍為45°C 95°C，更優(yōu)的范圍為60°C 85°C ；真空度范圍為-0. 01 -0. IMPa，更優(yōu)的范圍為-0. 06 -0. 095MPa ；氣水混合比范圍為0. 1 1 1，更優(yōu)的范圍為0.3 0.6 1。
具體實施例方式實施例1浸沒式真空膜蒸餾裝置的組成包括原水儲水箱1、溶氣泵2、原水加熱水箱3、膜蒸餾疏水膜組件4、冷凝器5、真空緩沖罐6、真空泵7、產水箱8和9、原水開度調節(jié)閥10、原水儲水箱液位計11、原水儲水箱排泥口 12、進水液體流量計13、氣體流量計14、開度調節(jié)閥 15、原水加熱水箱液位計16，原水加熱水箱排氣口 17，原水加熱水箱濃水排放口 18、循環(huán)冷凝水進口 19、循環(huán)冷凝水出口 20、產水箱8液位計21、產水箱9液位計22、產水箱8進口電磁閥23、產水箱8出口電磁閥25，產水箱9進口電磁閥24、產水箱9出口電磁閥26。原水儲水箱1設有進水管路和出水管路，進水管路上設有開度調節(jié)閥10，出水管路與液體流量計13進水口連接，液體流量計13出水口和氣體流量計14出氣口并聯(lián)連接在溶氣泵2進口管路上，溶氣泵2的氣液混合出口與開度調節(jié)閥15進口通過管路連接，開度調節(jié)閥15出口和原水加熱水箱3進口管路連接，膜蒸餾疏水膜組件4設置在原水加熱水箱 3內，膜蒸餾疏水膜組件4滲透側和冷凝器5進口通過管路連接，冷凝器5出口與真空緩沖罐6進口通過管路連接，真空緩沖罐6出口與真空泵7進口通過管路連接，產水箱8和9進CN 102417210 A
說明書
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口分別通過電磁閥23和24并聯(lián)連接在冷凝器5出口管路上，產水箱8和9出水口管路上分別設有電磁閥25和26，通過控制四個電磁閥的切換實現(xiàn)產水回用。應用例1某石化企業(yè)反滲透濃水，主要水質特征為污水pH 8，電導25mS/cm，C0DCr242mg/ L, Ca2+214mg/L, Mg2+227mg/L, Na+5078mg/L, Cr8407mg/L，溶硅 36mg/L，濁度 0. 4NTU。采用本發(fā)明的裝置處理該反滲透濃水，由于該股濃水pH 8左右，并且濁度較低， 因此無需進行PH調節(jié)和微濾等預處理，直接進入原水儲水箱1。具體操作流程如下開啟原水進水閥10，待原水儲水箱1內的液位計11指示污水達到最高液位時，開啟液體流量計 13、氣體流量計14、溶氣泵2以及進水開度調節(jié)閥15，原水儲水箱1內的污水通過液體流量計13和氣體流量計14提供的氣體以0.4 1的氣水比進入溶氣泵2，經過溶氣泵2充分混合后的氣水混合物通過進水開度調節(jié)閥15進入原水加熱水箱3加熱，注意控制加熱水箱3 內壓力在一定范圍內，溶氣后的污水在加熱水箱3內加熱到75°C后，開啟循環(huán)冷凝水，使冷凝器5內冷凝水循環(huán)流動，開啟真空泵7，將真空度調節(jié)到-0. 095MPa左右，在對加熱水箱 3內的多只并聯(lián)PVDF中空纖維膜組件或多層并聯(lián)PTFE板框式膜組件的滲透側抽真空的作用下，污水中的氣體和蒸汽透過膜孔到滲透側，蒸汽冷凝下來進入產水箱，不凝氣體則被真空泵抽走。此時保持產水箱8的進水電磁閥23開啟，產水箱9的進水電磁閥24閉合，產水箱8的出水電磁閥25閉合，產水箱9的出水電磁閥26開啟，待產水箱8液位計21指示達到最高液位后，電磁閥23閉合，電磁閥24開啟，同時電磁閥26閉合，電磁閥25開啟；待產水箱9內的液位計22指示達到最高液位后，電磁閥24閉合，電磁閥23開啟，同時電磁閥25 閉合，電磁閥26開啟。四個電磁閥為聯(lián)動操作，切換運行。產水箱8和9的產水可直接送往用水點。實驗過程中，板框式膜蒸餾通量保持在12 25L/m2 · h范圍內，中空纖維膜蒸餾通量保持在7 15L/m2 -h范圍內，兩類膜組件的產水水質均較好，產水電導< 3μ S/cm，產水CODtfa < 3mg/L,脫鹽率高于99%。具體實施時，通過調節(jié)進水開度調節(jié)閥15和原水加熱水箱排氣口 17調節(jié)加熱水箱3內的液位和加熱水箱3內壓力。通過調節(jié)加熱水箱3底部的濃水開度調節(jié)閥18控制濃水排放量。原水儲水箱1內沉降的泥渣定時從底部排放口 12排出。對比例1某石化企業(yè)反滲透濃水，主要水質特征為污水pH 8，電導25mS/cm，C0DCr242mg/ L, Ca2+214mg/L, Mg2+227mg/L, Na+5078mg/L, Cr8407mg/L，溶硅 36mg/L，濁度 0. 4NTU。采用本發(fā)明的裝置處理該反滲透濃水，由于該股濃水pH 8左右，并且濁度較低， 因此無需進行PH調節(jié)和微濾等預處理，直接進入原水儲水箱1。具體操作流程如下開啟原水進水閥10，待原水儲水箱1內的液位計11指示污水達到最高液位時，開啟液體流量計 13、溶氣泵2以及進水開度調節(jié)閥15，氣體流量計14保持在閉合狀態(tài)，原水儲水箱1內的污水通過液體流量計13進入溶氣泵2，經過溶氣泵2后的污水通過進水開度調節(jié)閥15進入原水加熱水箱3加熱，注意控制加熱水箱3內壓力在一定范圍內，污水在加熱水箱3內加熱到75 °C后，開啟循環(huán)冷凝水，使冷凝器5內冷凝水循環(huán)流動，開啟真空泵7，將真空度調節(jié)到-0. 095MPa左右，在對加熱水箱3內的多只并聯(lián)PVDF中空纖維膜組件或多層并聯(lián)PTFE 板框式膜組件的滲透側抽真空的作用下，污水中的蒸汽透過膜孔在滲透側冷凝下來進入產水箱。此時保持產水箱8的進水電磁閥23開啟，產水箱9的進水電磁閥24閉合，產水箱8 的出水電磁閥25閉合，產水箱9的出水電磁閥26開啟，待產水箱8液位計21指示達到最高液位后，電磁閥23閉合，電磁閥24開啟，同時電磁閥26閉合，電磁閥25開啟；待產水箱 9內的液位計22指示達到最高液位后，電磁閥24閉合，電磁閥23開啟，同時電磁閥25閉合，電磁閥26開啟。四個電磁閥為聯(lián)動操作，切換運行。產水箱8和9的產水可直接送往用水點。實驗過程中，板框式膜蒸餾通量保持在9 20L/m2 · h，中空纖維膜蒸餾通量保持在5 12L/m2 · h，兩類膜組件的產水水質均較好，產水電導彡3 μ S/cm，產水CODtfa < 3mg/ L，脫鹽率高于99%。具體實施時，通過調節(jié)進水開度調節(jié)閥15和原水加熱水箱排氣口 17調節(jié)加熱水箱3內的液位和加熱水箱3內壓力。通過調節(jié)加熱水箱3底部的濃水開度調節(jié)閥18控制濃水排放量。原水儲水箱1內沉降的泥渣定時從底部排放口 12排出。對比例1和應用例1相比，對比例1不在污水中溶入氣體，膜蒸餾通量明顯低于溶氣后污水的膜蒸餾通量。氣水比為0.4 1時，相同膜蒸餾條件下，溶氣后污水的膜蒸餾通量比不溶氣時污水的膜蒸餾通量提高10 30%左右。此外，溶氣對膜蒸餾的產水水質影響不大。
1權利要求
1.一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，包括閥門、測量儀表、自動控制器，其特征是包括原水儲水箱1、溶氣泵2、原水加熱水箱3、膜蒸餾疏水膜組件4、冷凝器5、真空緩沖罐6、真空泵 7、產水箱8和9 ；原水儲水箱1、溶氣泵2、原水加熱水箱3依次相連，膜蒸餾疏水膜組件4在原水加熱水箱3的里面，膜蒸餾疏水膜組件4與冷凝器5相連，冷凝器5分別與真空緩沖罐 6和產水箱8和9相連，真空緩沖罐6與真空泵7相連。
2.根據權利要求1所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，其特征是膜蒸餾疏水膜組件4 采用浸沒式、外壓式中空纖維膜組件和板框式膜組件中的一種或兩種。
3.根據權利要求2所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，其特征是中空纖維膜和板框膜的材質為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯中的一種或幾種。
4.根據權利要求2所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，其特征是疏水膜組件4采用n(n = 1，2，......10)只中空纖維膜 MD1，MD2......MDn 和 η (η = 1，2，......50)層平板膜MDl，MD2......MDn的一種或兩種。
5.根據權利要求2所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，其特征是板框式膜蒸餾組件的厚度范圍為8 20mm。
6.根據權利要求1所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，其特征是原水儲水箱1，設有液位計11，底部設有排泥口 12，并設有進水管路和出水管路，進水管路上設有開度調節(jié)閥10， 出水管路與液體流量計13進口連接。
7.根據權利要求1所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，其特征是溶氣泵2，設有進水口、進氣口和氣液混合出口，進水口與液體流量計13出口連接，進氣口與氣體流量計14出口連接，氣液混合出口與開度調節(jié)閥15進口連接。
8.根據權利要求1所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，其特征是原水加熱水箱3，設有液位計16和排氣口 17，底部設有濃水排放口 18。
9.根據權利要求1所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，其特征是原水加熱水箱3，設有進水管路，進水管路上設有壓力表，進水管路與開度調節(jié)閥15出口連接。
10.根據權利要求1所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，其特征是冷凝器5，設有進口和出口，冷凝器5進口和膜組件滲透側通過管路連接，冷凝器5出口與真空緩沖罐6進口連接。
11.根據權利要求1所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，其特征是冷凝器5，設有冷凝水進口 19和冷凝水出口 20，循環(huán)冷凝水與膜蒸餾產水逆流流動；
12.根據權利要求1所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，其特征是產水箱8，設有液位計21，并設有進水口和出水口，進水口設有電磁閥23，電磁閥23與冷凝器5出口通過管路連接，出水口設有電磁閥25，電磁閥25與通往用水點的出水管路連接。
13.根據權利要求1所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置，其特征是產水箱9，與產水箱 8并聯(lián)，設有液位計22，并設有進水口和出水口，進水口設有電磁閥24，電磁閥24與冷凝器 5出口通過管路連接，出水口設有電磁閥26，電磁閥26與通往用水點的出水管路連接。
14.一種浸沒式真空膜蒸餾裝置處理污水的方法，包括以下步驟原水經過PH調節(jié)、 微濾去除濁度和懸浮物等預處理后，通過開度調節(jié)閥10進入原水儲水箱1，待原水儲水箱1 內的液位計指示達到最高液位時，原水儲水箱1內的污水通過液體流量計13和氣體流量計 14提供的氣體以一定氣水比進入溶氣泵2，經過溶氣泵2充分混合后的氣水混合物進入原水加熱水箱3加熱到特定溫度，開啟真空泵7，對疏水膜組件4滲透側抽真空，在抽真空作用下，污水中的蒸汽和氣體通過冷凝器5冷凝分離后進入產水箱8或9。
15.根據權利要求14所述的一種浸沒式真空膜蒸餾裝置處理污水的方法，其特征是污水PH范圍為6 9，更優(yōu)的范圍為7 8 ；加熱溫度范圍為45°C 95°C，更優(yōu)的范圍為 60°C 85°C ；真空度范圍為-0. 01 -0. IMPa，更優(yōu)的范圍為-0. 06 -0. 095MPa ；氣水混合比范圍為0.1 1 1，更優(yōu)的范圍為0.3 0.6 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種浸沒式真空膜蒸餾裝置及污水處理方法，其特征在于包括如下連接部件原水儲水箱、溶氣泵、原水加熱水箱、膜蒸餾疏水膜組件、冷凝器、真空緩沖罐、真空泵、產水箱、閥門、測量儀表、自動控制器。采用本發(fā)明的裝置進行污水處理的方法原水經過pH調節(jié)、微濾等預處理后進入原水儲水箱，原水儲水箱內的污水經過溶氣泵氣水混合后進入原水加熱水箱加熱到特定溫度進行膜蒸餾，經過膜蒸餾后的產水直接回用，少量濃水集中處理。采用本發(fā)明的裝置處理污水，降低了污水中的濃差極化和溫差極化影響，減輕了膜污染，提高了膜蒸餾通量，延長了膜組件的運行周期，并減少了管路的熱量損失，提高了熱量利用率。
文檔編號C02F1/04GK102417210SQ20101029463
公開日2012年4月18日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權日2010年9月28日
發(fā)明者奚振宇, 張新妙, 李正琪, 楊永強, 趙鵬 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院