CN101659451B - 一种气提式膜蒸馏高盐水处理方法 - Google Patents

一种气提式膜蒸馏高盐水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种气提式膜蒸馏高盐水处理方法：在系统中设置空压机；热液循环泵和空压机共同在疏水性膜的高温侧形成气液两相流；在空气管路上设置电磁阀，通过电磁阀的间开间停，形成脉冲进气。通过本发明可以有效地控制膜污染，使膜蒸馏装置的运行更稳定，更高效。本发明的主要优点在于利用气液两相流中气泡对膜面的刮擦作用，有效降低膜蒸馏的浓差极化，防止凝胶层的形成；采用脉冲进气，提高膜面的紊流度，增加膜面流速，降低膜面盐溶液的浓度，增加膜渗透通量。通过膜组件的空气，可以用于膜蒸馏渗透液的冷却。本发明方法可以处理浓度极高的含盐水。

Description

一种气提式膜蒸馏高盐水处理方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种利用气提技术，采用膜蒸馏技术用于水处理，特别是水脱盐处理的方法。
背景技术
随着经济的发展和人口的增长，水资源短缺已成为一个全球化的问题，而我国的缺水形势尤其严峻。我国人均水资源量只相当世界人均水平的1/4，是世界水资源极少的13个国家之一。全国600多座城市中，有近400座城市缺水，其中严重缺水的城市达130多个。与此同时，大量废水未经处理直接排放，造成严重的水体污染，加剧了水资源的短缺。在高盐废水方面，全国盐化工企业有上千家，盐化工生产中所产生的废水中含有大量的盐分，若排入水体将会造成水体污染。同时，越来越多的企业采用反渗透(RO)技术制备纯水，而其30％的浓水中盐量也较高。随着反渗透的广泛应用，浓水的量也越来越大。目前对于高盐水的处置方法有：地面水排放、深井注射、喷灌和蒸发塘，这几种方法都会对环境造成一定的污染。
膜蒸馏是将膜与蒸馏过程相结合的膜分离方法，是一种理想的高盐水处理技术。直接接触膜蒸馏(DCMD)是膜蒸馏的一种，它采用疏水微孔膜，以膜两侧的蒸汽压力差为驱动力。当不同温度的水溶液被疏水膜分隔的时候，由于膜的疏水性，两侧的水溶液不能通过膜进入另一侧。但由于高温侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于低温侧，水蒸汽会从高温侧透过膜孔进入低温侧并冷凝成为渗出水，浓水则留在高温侧。
与其它膜分离过程相比，膜蒸馏具有操作简便、设备简单、可在常压、低温下进行的优点，可以利用太阳能、地热、工业余热等廉价低温能源的能量。膜蒸馏可以广泛应用于高盐水的处理、无机水溶液的浓缩与提纯，是一项具有广阔应用前景的技术。但是迄今为止，直接接触膜蒸馏还没有被大规模应用，其主要原因在于：高耗能导致较高的运行成本；膜-盐溶液界面温度极化降低了膜的产水通量；长期运行过程中，膜污染导致膜效率的降低。
近年来，膜蒸馏的研究集中于降低运行能耗，探索膜蒸馏的适用领域，对膜污染的研究和报道较少。由于膜蒸馏是在常压下操作，被传递的是挥发性物质，膜两侧边界层上挥发物的蒸汽压差较小，故膜孔稍有堵塞，膜渗透通量就会急剧下降。造成膜孔堵塞的原因有很多，如浓差极化、吸附、膜表面凝胶层的形成等。因此研究膜污染的控制策略和技术对提高膜蒸馏装置的性能，降低膜蒸馏的成本具有重要的意义。
发明内容
本发明中，申请人提出了一种气提式膜蒸馏高盐水处理方法。这种方法利用循环泵和气源，在疏水性膜的高温侧形成气液两相流，通过气泡对膜面的冲刷作用，降低膜蒸馏的浓差极化，防止凝胶层的形成；并且本发明采用脉冲进气方式，提高膜面的紊流度，增加膜面流速，加速物质的扩散，降低膜面盐溶液的浓度，从而使膜渗透通量增加。通过膜组件的空气，可以用于膜蒸馏渗透液的冷却。本发明可以有效地控制膜污染，使膜蒸馏装置的运行更稳定，更高效。
本发明的技术方案如下：
气提式膜蒸馏装置，含有热液循环泵、膜组件、冷液循环泵、反应槽、气源、空气管、电磁阀，其特征在于：热液循环泵在膜高温侧形成循环，同时压缩空气通过空气管路向膜高温侧供气，形成气液两相流；利用电磁阀的间开间停，在膜高温侧形成脉冲进气；提供压缩空气的动力设备为风机或者空压机。
本发明包含下列步骤：
(1)高盐水经泵提升进入原水箱，在原水箱内进行预热；
(2)达到设定温度的高盐水经热液循环泵进入膜高温侧，空气经空气管进入膜高温侧，与高盐水形成气液两相流；
(3)冷液循环泵在膜低温侧形成循环，将透过膜的渗透液输送至产水箱，未透过膜的浓水回流至原水箱。
本发明与原有技术相比具有以下优点：利用气液两相流中气泡对膜面的冲刷作用，有效降低膜蒸馏的浓差极化，防止凝胶层的形成；脉冲进气，提高膜面的紊流度，增加膜面流速，降低膜面盐溶液的浓度，增加膜渗透通量。通过膜组件的空气，可以用于膜蒸馏渗透液的冷却。本发明可以有效地控制膜污染，使膜蒸馏装置的运行更稳定，更高效。
附图说明
图1是本发明所述方法工艺流程示意图。图中：1-原水箱，2-热液循环泵，3-冷液循环泵，4-产水箱，5-气源，6-膜组件，7-热液循环管，8-冷液循环管，9-空气管，10-电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和工作过程作进一步的说明。
如图所示，原水箱1内的高盐水经预热达到设定温度后，在2热液循环泵的作用下进入6膜高温侧，5气源产生的压缩空气经9空气管进入6膜高温侧，并在10电磁阀的作用下，形成脉冲供气，与高盐水形成气液两相流；透过膜的渗透液在3冷液循环泵的作用下，输送至4产水箱，未透过膜的浓水经7热液循环管回流至1原水箱。
实施例1：高含盐水处理项目中试，料液中盐浓度为6％，处理量为5m3/d，冷热两侧液体流速分别为0.4～0.5m/s以及0.08～0.15m/s，进料温度分别为55℃、65℃、75℃，冷却水温度为35℃，冷却水为反渗透去离子水，电导率20μs/cm。试验结果表明，各运行条件下，膜通量均达到10kg/m2h以上，较不使用气提技术时的膜通量增加了15％，稳定的产品水导电率保持在25～30μs/cm之间，处理效果良好。
实施例2：反渗透浓水处理项目中试，浓水电导率8000μs/cm，处理量5m3/d，冷热两侧液体流速分别为0.4～0.5m/s以及0.08～0.15m/s，进料温度分别为55℃、65℃、75℃，冷却水温度为35℃，冷却水为反渗透去离子水，电导率20μs/cm。试验结果表明，各运行条件下，膜通量均达到11kg/m2h以上，较不使用气提技术时的膜通量增加了10％，稳定的产品水电导率保持在25～30μs/cm之间，处理效果良好。

Claims (1)

1.一种气提式膜蒸馏高盐水处理方法，其特征在于，该方法包含下列步骤：
(1)高盐水经泵提升进入原水箱，在原水箱内进行预热；
(2)达到设定温度的高盐水经热液循环泵进入膜高温侧，空气经空气管进入膜高温侧，与高盐水形成气液两相流，通过气泡对膜面的冲刷作用，降低膜蒸馏的浓差极化，防止凝胶层的形成；
(3)在空气管路上设置有电磁阀，并通过电磁阀的间开间停进行脉冲供气，采用脉冲进气方式，提高膜面的紊流度，增加膜面流速，加速物质的扩散，降低膜面盐溶液的浓度，从而使膜渗透通量增加，通过膜组件的空气，用于膜蒸馏渗透液的冷却；
(4)冷液循环泵在膜低温侧形成循环，将透过膜的渗透液输送至产水箱，未透过膜的浓水回流至原水箱。
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