CN103663590B - 一种能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，包括带有加热器用于给污水加热的加热罐，加热罐的污水出口通过液料循环泵与膜蒸发器的污水入口相连通，膜蒸发器的污水出口与加热罐的污水回流入口相连通；膜蒸发器中的热泵冷凝器的制冷剂进出口通过管道与热泵蒸发器的制冷剂进出口相连通；热泵蒸发器的蒸汽入口与膜蒸发器的蒸汽出口相连通，热泵蒸发器的液态水出口连接有汽水分离器，汽水分离器的气体出口连接有循环水真空泵，形成真空系统。本发明适用于处理含有重金属离子的废液或净化海水。具有回收用水，浓缩废液，节约能源三大功能。其特征在于利用制冷剂回收水蒸气相变散发的热量，并用来加热蒸发器中的污水以达到热量回收利用的效果。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置。
背景技术
目前用于海水淡化的膜技术主要有电渗析（ED）、反渗透（RO）和膜蒸馏（MD）等。但电渗析法过程对不带电荷的物质如有机物、细菌、悬浮物等无脱除能力，而且能耗高、水回收率低；反渗透膜本身也存在一些缺陷，比如由于膜表面的结垢而导致的通量的明显下降，使用膜蒸馏方法可以有效的解决这些问题。根据膜蒸馏膜冷却一侧的冷凝方式的不同，可以将膜蒸馏法分为4种，即直接接触式膜蒸馏（DCMD）、气隙式膜蒸馏（AGMD）、气扫式膜蒸馏（SGMD）和真空式膜蒸馏（VMD）。
发明内容
本发明目的在于利用真空式膜蒸馏的原理解决上述现有技术中的问题，提供一种能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，该装置适用于处理含有重金属离子的废液或净化海水。具有回收用水，浓缩废液，节约能源三大功效。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括带有加热器用于给污水加热的加热罐，加热罐的污水出口通过液料循环泵与膜蒸发器的污水入口相连通，膜蒸发器的污水出口与加热罐的污水回流入口相连通；膜蒸发器的制冷剂进出口通过管道与热泵系统的制冷剂进出口相连通；热泵系统的蒸汽入口与膜蒸发器的蒸汽出口相连通，热泵系统的蒸汽出口连接有汽水分离器，汽水分离器的气体出口连接有循环水真空泵，形成真空系统。
所述的热泵系统包括热泵蒸发器、压缩机和设置于热泵膜蒸发器中的热泵冷凝器；热泵蒸发器的水蒸气入口与膜蒸发器的水蒸汽出口相连通，热泵蒸发器的液态水出口与汽水分离器的入口相连通；热泵蒸发器的制冷剂出口与压缩机的入口相连通，压缩机的出口与热泵冷凝器的制冷剂入口相连通，热泵冷凝器的制冷剂出口通过管道与热泵蒸发器的制冷剂入口相连通。
所述的液料循环泵和膜蒸发器之间的管道上还设置有过滤器。
所述的热泵冷凝器的制冷剂出口与热泵蒸发器制冷剂入口之间的管道上设置有反向节流阀。
所述的热泵蒸发器的水蒸气入口处以及汽水分离器的气体出口处均设置有真空计和温度计。
所述的加热罐、料液循环泵、压缩机、汽水分离器、循环水真空泵安装在一个共用的底座上。
所述膜蒸发器的膜组件为圆柱形膜管，膜管的内部设置有起支撑作用的弹簧，并用树脂胶水进行密封；膜管的下部为蒸汽出口。
所述的制冷剂为R134a。
所述的加热罐、膜蒸发器和汽水分离器均为圆柱形容器，采用无毒耐高温的聚丙烯加工而成，且均采用O型圈进行密封。
各管路接头采用OCr18Ni9不锈钢材质，真空系统中的管道均采用防止在抽真空时管道变形的真空软管。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在污水处理的过程中采用膜蒸发器，利用膜蒸馏对污水进行净化处理，膜蒸发器的膜通量大，真空膜蒸馏是一个恒温过程，热料液侧的蒸汽压保持不变，冷侧为真空，汽化效率高，热传导损失较小；在料液浓度较高时仍能保持较高的膜通量，截留率在98%以上；另外，本发明在污水处理过程中曾加热泵系统，使热能能够循环利用，节约能源和水资源，蒸馏出的水清洁程度高，可直接饮用；本发明可以有效利用低品位热源，有更为广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明整体结构的连接关系示意图；
图2为本发明热泵系统回热循环过程及原理示意图。
其中，1为加热罐；2为料液循环泵；3为膜蒸发器；4为过滤器；5为热泵蒸发器；6为压缩机；7为汽水分离器；8为节流阀；9为真空计；10为循环水真空泵；11为温度计；12为热泵系统；13为热泵冷凝器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
参见图1，本发明包括带有加热器用于给污水加热的加热罐1，加热罐1的污水出口通过液料循环泵2与膜蒸发器3的污水入口相连通，液料循环泵2和膜蒸发器3之间的管道上还设置有过滤器4；膜蒸发器3的膜组件为圆柱形膜管，膜管的内部设置有起支撑作用的弹簧，并用树脂胶水进行密封；膜管的下部为蒸汽出口。膜蒸发器3的污水出口与加热罐1的污水回流入口相连通；膜蒸发器3的制冷剂进出口通过管道与热泵系统12的制冷剂进出口相连通；热泵系统包括热泵蒸发器5、压缩机6和设置于热泵膜蒸发器3中的热泵冷凝器13；热泵蒸发器5的水蒸气入口与膜蒸发器3的蒸汽出口相连通，且热泵冷凝器13的制冷剂出口与热泵蒸发器5的制冷剂入口之间的管道上设置有反向节流阀8，其中制冷剂R134a。热泵蒸发器5的液态水出口与汽水分离器7的入口相连通，汽水分离器7的气体出口连接有循环水真空泵10，形成真空系统；加热罐1、料液循环泵2、压缩机6、汽水分离器7、循环水真空泵10安装在一个共用的底座上；加热罐1、膜蒸发器3和汽水分离器7均为圆柱形容器，采用无毒耐高温的聚丙烯加工而成，且均采用O型圈进行密封；各管路接头采用OCr18Ni9不锈钢材质，真空系统中的管道均采用防止在抽真空时管道变形的真空软管。热泵蒸发器5的水蒸气入口处以及汽水分离器7的气体出口处均设置有真空计9和温度计11；热泵蒸发器5的制冷剂出口与压缩机6的入口相连通，压缩机6的出口与膜蒸发器3中的热泵冷凝器13的制冷剂入口相连通，热泵冷凝器13的制冷剂出口通过管道与热泵蒸发器5的制冷剂入口相连通。
本发明的原理：
真空膜蒸馏作为膜蒸馏的一个重要分支，与其他三种形式相比，膜通量更大，真空膜蒸馏是一个恒温过程，热料液侧的蒸汽压保持不变，冷侧为真空，汽化效率高，热传导损失较小。虽然真空式膜蒸馏的起步晚于其他三种技术，但它在料液浓度较高时仍能保持较高的膜通量，截留率也基本在98%以上。操作也比较方便，可以有效利用低品位热源，有更为广阔的应用前景。
本发明在加热器和真空泵之间由料液循环泵、过滤器、蒸发器、冷凝器，热泵、汽水分离器所组成的低温真空膜蒸发处理污水的装置以及由电源、按钮、可编程的控制器、连接管道、阀门、液位计等相关协调动作使全过程连续运行。
本发明加热罐、膜蒸发器、和汽水分离器为圆柱形容器，采用的是无毒耐高温的PP（聚丙烯）材料加工而成。各自制水箱均采用O型圈进行密封，管路接头采用OCr18Ni9不锈钢材质，真空系统中的管道均采用真空软管，防止抽真空时管道变形。热泵系统使用的工作介质为R134a。
本发明的工作过程：
参见图1和图2，中将污水加入到加热罐中进行加热，在膜管系统内的真空度在（2kpa～15kpa）的工况下，加热罐温度加热至（20℃～50℃）时由料液循环泵抽至膜蒸发器中，通过真空膜蒸馏的方法，水分子透过纳米膜结构进入膜管中变成水蒸气，再由真空泵通过管道抽至热泵蒸发器中，这时液态介质R134a吸收水蒸气的热量定压吸热变为气态，同时热泵蒸发器中水蒸气被冷凝成水进入汽水分离器。气态制冷剂R134a进入压缩机内经过压缩后变为高压蒸汽，再进入热泵冷凝器内冷凝释放潜热，将膜蒸发器内污水加热，达到热量回收的目的。冷凝后的液态制冷剂从反向流过节流装置进入热泵蒸发器，吸收水蒸气而蒸发，蒸发后的蒸汽被压缩机吸入完成热回收循环。
Claims (9)
1.一种能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，其特征在于：包括带有加热器用于给污水加热的加热罐（1），加热罐（1）的污水出口通过液料循环泵（2）与膜蒸发器（3）的污水入口相连通，膜蒸发器（3）的污水出口与加热罐（1）的污水回流入口相连通；膜蒸发器（3）的制冷剂进出口通过管道与热泵系统（12）的制冷剂进出口相连通；热泵系统（12）的蒸汽入口与膜蒸发器（3）的蒸汽出口相连通，热泵系统的蒸汽出口连接有汽水分离器（7），汽水分离器（7）的气体出口连接有循环水真空泵（10），形成真空系统；
热泵系统包括热泵蒸发器（5）、压缩机（6）和设置于热泵膜蒸发器（3）中的热泵冷凝器（13）；热泵蒸发器（5）的水蒸气入口与膜蒸发器（3）的水蒸气出口相连通，热泵蒸发器（5）的液态水出口与汽水分离器（7）的入口相连通；热泵蒸发器（5）的制冷剂出口与压缩机（6）的入口相连通，压缩机（6）的出口与热泵冷凝器（13）的制冷剂入口相连通，热泵冷凝器（13）的制冷剂出口通过管道与热泵蒸发器（5）的制冷剂入口相连通。
2.根据权利要求1所述的能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，其特征在于：所述的液料循环泵（2）和膜蒸发器（3）之间的管道上还设置有过滤器（4）。
3.根据权利要求1所述的能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，其特征在于：所述的热泵冷凝器（13）的制冷剂出口与热泵蒸发器（5）制冷剂入口之间的管道上设置有反向节流阀（8）。
4.根据权利要求1或3所述的能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，其特征在于：所述的热泵蒸发器（5）的水蒸气入口处以及汽水分离器（7）的气体出口处均设置有真空计（9）和温度计（11）。
5.根据权利要求4所述的能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，其特征在于：所述的加热罐（1）、料液循环泵（2）、压缩机（6）、汽水分离器（7）、循环水真空泵（10）安装在一个共用的底座上。
6.根据权利要求5所述的能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，其特征在于：所述膜蒸发器（3）的膜组件为圆柱形膜管，膜管的内部设置有起支撑作用的弹簧，并用树脂胶水进行密封；膜管的下部为蒸汽出口。
7.根据权利要求6所述的能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，其特征在于：所述的制冷剂为R134a。
8.根据权利要求7所述的能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，其特征在于：所述的加热罐（1）、膜蒸发器（3）和汽水分离器（7）均为圆柱形容器，采用无毒耐高温的聚丙烯加工而成，且均采用O型圈进行密封。
9.根据权利要求7所述的能够回收热量的真空膜蒸馏污水处理装置，其特征在于：各管路接头采用OCr18Ni9不锈钢材质，真空系统中的管道均采用防止在抽真空时管道变形的真空软管。
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