CN104591457B - 正渗透耦合膜蒸馏处理废水的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种膜耦合技术处理废水的装置及方法，装置包括一级正渗透单元或二级正渗透单元和膜蒸馏单元。装置主要包括：由正渗透原水池、正渗透原水泵、正渗透膜组件、正渗透驱动液池、正渗透驱动液泵组成正渗透单元；由膜蒸馏浓水原水池、膜蒸馏浓水泵、膜蒸馏加热水池、膜蒸馏浓水原水泵、膜蒸馏进水泵、膜蒸馏组件组成膜蒸馏单元；正渗透单元通过管路和阀门与膜蒸馏单元相连。首先用膜蒸馏单元浓缩处理高盐废水作为正渗透的驱动液，通过正渗透进料液侧原水的不断浓缩来稀释膜蒸馏浓水，当稀释后膜蒸馏浓水返回到膜蒸馏单元继续浓缩处理，以此循环。本发明的装置及方法，有效解决了膜蒸馏浓水的处理问题，最大程度的回收了废水中的水资源。

Description

正渗透耦合膜蒸馏处理废水的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种利用膜分离技术进行废水处理的装置及方法，更具体地说，涉及一种正渗透耦合膜蒸馏处理废水的装置及方法。属于工业废水处理领域。

背景技术

近年来，随着膜法污水处理回用装置的广泛应用，石化企业产生的高盐废水尤其是反渗透浓水成为一个处理难题，该股废水既不能排放也不能回用，给各企业带来极大的困扰。

膜蒸馏（MD）由于能够脱除更高浓度的盐分以及更高的脱盐率而逐渐受到各国专家重视并展开了广泛研究，它可以算是迄今为止脱盐效率最高的膜技术。膜蒸馏是上世纪80年代为海水脱盐而研发的疏水膜技术，它是采用微孔疏水膜，以膜两侧蒸汽压差为驱动力的一种新型膜分离过程。膜蒸馏所用的膜为不被待处理溶液润湿的疏水微孔膜，即只有蒸汽能够进入膜孔，液体不能透过膜孔。膜蒸馏的优势主要是：产水水质好，脱盐率高（98%以上），水回收率高，可利用工业废热。和多效蒸发相比：膜蒸馏可以低温操作，产水水质更好，蒸馏效率更高，不存在蒸发塔的结垢和腐蚀问题，设备造价也比常规蒸馏塔低；和反渗透相比：膜蒸馏可常压运行，对预处理要求低，可处理反渗透不能处理的高盐废水，水回收率更高。

正渗透（FO）是一种依靠渗透压驱动的膜分离过程，即水通过选择性半透膜从较高水化学势区域（低渗透压侧）自发地扩散到较低水化学势区域（高渗透压侧）的过程。正渗透过程的驱动力是驱动液与原料液的渗透压差，不需要外加压力作为驱动力。和反渗透过程相比，正渗透具有如下优点：膜污染较轻，无需外加压力，能耗低，回收率高，浓水排放量少，污染小，环境友好。

正渗透过程实现的关键是需要一种高通量可循环使用的驱动液，而膜蒸馏浓水由于含盐量高，渗透压高，完全可以满足正渗透过程的需要。因此，如果将膜蒸馏和正渗透结合起来处理高盐废水，对其进行二次利用，将膜蒸馏浓水作为正渗透过程的驱动液，不仅解决了正渗透过程所需驱动液的问题，同时也解决了膜蒸馏浓水的处理问题，并且通过正渗透过程可以处理一些其他方法难处理的废水或溶液，两种技术的耦合可以最大限度的降低废水的排放量，具有重要环境意义。

中国专利201010210971涉及了一种烯烃聚合催化剂生产废水生化出水的深度处理回用方法，该方法采用“超滤+反渗透+膜蒸馏”的耦合工艺流程。采用该工艺流程，实现了烯烃聚合催化剂生产废水生化出水的深度处理回用，经过该工艺流程处理后的烯烃聚合催化剂生产废水的生化出水，反渗透和膜蒸馏产水可满足工艺用水要求，解决了烯烃聚合催化剂生产废水生化出水的回用问题，实现了高盐废水的深度处理回用。但是，本专利对于膜蒸馏的浓水问题并没有给出处理方法，给生态环境带来了新的困扰。中国专利CN102745776A涉及一种正渗透耦合反渗透处理反渗透浓排水的方法及装置，该方法及装置通过将反渗透浓排水作为正渗透过程的驱动液，有效解决了反渗透浓排水的处理问题。中国专利CN202576114也涉及了一种正渗透耦合反渗透处理垃圾渗滤液的处理装置，该装置能对垃圾渗滤液进行有效处理。上述两个专利均是采用正渗透耦合反渗透技术来处理废水或溶液，均是采用反渗透浓水作为正渗透过程的驱动液。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种膜耦合技术处理废水的装置及方法，本发明的膜耦合装置主要包括一级正渗透单元或一级、二级正渗透单元和膜蒸馏单元。针对具体废水水质，当采用一级正渗透单元时，首先，高盐废水经过膜蒸馏单元进行深度浓缩处理，其次，以膜蒸馏浓水作为一级正渗透单元的驱动液，以其他难处理溶液作为正渗透单元的进料液，采用一级正渗透单元处理其他难处理溶液，当作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水稀释到本发明控制的浓度时，一级正渗透单元的浓水部分返回到膜蒸馏单元继续浓缩；当采用二级正渗透单元时，首先，高盐废水经过膜蒸馏单元进行深度浓缩处理，其次，以膜蒸馏浓水作为一级正渗透单元和二级正渗透单元的驱动液，膜蒸馏浓水首先流经一级正渗透单元的驱动液侧后，又流入二级正渗透单元的驱动液侧，继续作为二级正渗透单元的驱动液，通过一级正渗透与二级正渗透处理，当作为一级正渗透单元和二级正渗透单元驱动液的膜蒸馏浓水稀释到本发明控制的浓度时，二级正渗透单元的浓水部分返回到膜蒸馏单元继续浓缩。采用本发明的装置及方法，在采用一级正渗透单元或一级、二级正渗透单元对待处理溶液进行高度浓缩的同时，有效解决了膜蒸馏浓水的处理问题，最大程度的回收了废水中的水资源。

本发明采用的技术方案是：

本发明的装置，是正渗透耦合膜蒸馏处理废水装置，主要包括正渗透单元、膜蒸馏单元，正渗透单元通过管路和阀门与膜蒸馏单元相连；含有如下部件：

正渗透原水池2和18：用于存储待正渗透的原水；

正渗透原水泵3和19：用于将正渗透原水泵入正渗透组件4和20;

正渗透膜组件4和20:用于分离正渗透原水；

正渗透驱动液池5：用于存储作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水；

正渗透驱动液泵6：用于将作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水泵入正渗透膜组件4和20；

膜蒸馏浓水原水池7：用于存储自然降温后的膜蒸馏浓水；

膜蒸馏浓水泵8：用于将自然降温后的膜蒸馏浓水泵入正渗透驱动液池5；

膜蒸馏加热水池9：用于存储经过加热的待膜蒸馏的高盐废水；

膜蒸馏浓水原水泵10：用于将热的膜蒸馏浓水泵入膜蒸馏浓水原水池7；

膜蒸馏进水泵11用于将经过加热的高盐废水泵入膜蒸馏组件12；

膜蒸馏组件12：用于分离高盐废水；

本发明的装置，可设为一级装置或二级装置。

一级装置主要包括：正渗透单元和膜蒸馏单元，各个部件之间的连接关系为：

所述正渗透单元包括：正渗透原水池2、正渗透原水泵3、正渗透膜组件4、正渗透驱动液池5和正渗透驱动液泵6；正渗透原水池2、正渗透原水泵3和正渗透膜组件4进料侧，通过管路依次相连，构成循环回路；正渗透驱动液池5、正渗透驱动液泵6、正渗透膜组件4驱动液侧和阀门一，通过管路依次相连，构成循环回路；

所述膜蒸馏单元包括：膜蒸馏加热水池9、膜蒸馏进水泵11、膜蒸馏组件12；膜蒸馏加热水池9、膜蒸馏进水泵11、膜蒸馏组件12，通过管路依次相连，构成循环回路；膜蒸馏加热水池9、膜蒸馏浓水原水泵10、膜蒸馏浓水原水池7和膜蒸馏浓水泵8，通过管路依次相连；

膜蒸馏浓水泵8通过管路和阀门二与正渗透驱动液池5相连；

正渗透膜组件4驱动液侧，通过阀门三和管路还与膜蒸馏进水泵11前管路相连。

本发明中二级装置各个部件之间的连接关系为：

本发明的二级装置，是在一级装置结构的基础上，在正渗透单元中再增加一级正渗透膜组件。其正渗透单元，除原包括的正渗透原水池2、正渗透原水泵3和正渗透膜组件4外；还包括：第二正渗透原水池18、第二正渗透原水泵19和第二正渗透膜组件20；第二正渗透原水池18、第二正渗透原水泵19和第二正渗透膜组件20进料侧，通过管路依次相连，构成循环回路；正渗透驱动液池5、正渗透驱动液泵6、正渗透膜组件4驱动液侧、第二正渗透膜组件20驱动液侧和阀门一，通过管路依次相连，构成循环回路；

第二正渗透膜组件20驱动液侧，通过阀门三和管路还与膜蒸馏进水泵11前管路相连。

在具体实施时，所述的正渗透膜组件、第二正渗透膜组件的膜材料包括醋酸纤维素、聚酰胺或聚丙烯腈；

在具体实施时，所述的正渗透膜组件、第二正渗透膜组件形式包括板式、卷式、中空纤维式或管式；

在具体实施时，所述的膜蒸馏组件形式包括板式、卷式、中空纤维式或管式；

在具体实施时，所述的膜蒸馏组件的膜材料包括聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯、聚丙烯；

在具体实施时，所述的正渗透膜组件、第二正渗透膜组件和膜蒸馏组件为一组或多组串联或并联。

本发明的方法，是一种利用一级正渗透耦合膜蒸馏装置处理废水的方法，主要步骤为：

(1)高盐废水15进入膜蒸馏加热水池9中加热，之后，经过加热的高盐废水通过膜蒸馏进水泵11，泵入膜蒸馏组件12；

(2)在膜蒸馏组件12中被分离成膜蒸馏浓水13和膜蒸馏产水14；

(3)膜蒸馏浓水13返回膜蒸馏加热水池9继续循环浓缩，当膜蒸馏加热水池9中的膜蒸馏浓水到达设定浓度时，通过膜蒸馏浓水原水泵10泵入膜蒸馏浓水原水池7中自然降温，之后，通过膜蒸馏浓水泵8泵入正渗透驱动液池5作为驱动液待用；

(4)正渗透原水1进入正渗透原水池2，正渗透原水池2中的原水，经过正渗透原水泵3，再泵入正渗透膜组件4的进料液侧循环流动；同时将步骤(3)中正渗透驱动液池5中的膜蒸馏浓水，通过正渗透驱动液泵6，泵入正渗透膜组件4的驱动液侧，作为正渗透的驱动液循环流动；

(5)在步骤(4)的作用下，正渗透原水1中的水通过正渗透膜组件4进入到正渗透驱动液侧的膜蒸馏浓水中，将膜蒸馏浓水不断稀释的同时，逐渐浓缩了正渗透原水。

本发明的另一方法，是一种利用二级正渗透耦合膜蒸馏装置处理废水的方法，主要步骤为：

(1)高盐废水15进入膜蒸馏加热水池9中加热，之后，经过加热的高盐废水通过膜蒸馏进水泵11泵入膜蒸馏组件12；

(2)在膜蒸馏组件12中被分离成膜蒸馏浓水13和膜蒸馏产水14；

(3)膜蒸馏浓水13返回膜蒸馏加热水池9继续循环浓缩，当膜蒸馏加热水池9中的膜蒸馏浓水到达设定浓度时，通过膜蒸馏浓水原水泵10泵入膜蒸馏浓水原水池7中自然降温，之后，通过膜蒸馏浓水泵8泵入正渗透驱动液池5作为驱动液待用；

(4)正渗透原水1进入正渗透原水池2，正渗透原水池2中的原水经过正渗透原水泵3泵入正渗透膜组件4的进料液侧循环流动；正渗透原水17进入第二正渗透原水池18，第二正渗透原水池18中的原水，经过第二正渗透原水泵19泵入第二正渗透膜组件20的进料侧循环流动；同时将步骤(3)中正渗透驱动液池5中的膜蒸馏浓水，通过正渗透驱动液泵6，泵入正渗透膜组件4和第二正渗透膜组件20的驱动液侧，作为正渗透的驱动液循环流动；

(5)在步骤(4)的作用下，正渗透原水1、17中的水分别通过正渗透膜组件4和第二正渗透膜组件20，进入到正渗透驱动液侧的膜蒸馏浓水中，将膜蒸馏浓水不断稀释的同时，逐渐浓缩了正渗透原水；

其中，正渗透原水池2或第二正渗透原水池18中的原水，浓缩到设定的排放浓度时排放，正渗透驱动液池5中的驱动液稀释到设定的浓度时，部分返回到膜蒸馏单元继续浓缩。

在具体实施时，所述正渗透原水包括：河水、苦咸水、海水、地表水、市政污水、石化废水、垃圾渗滤液，以及含药物、糖类、蛋白质等的溶液。

在具体实施时，步骤(1)所述膜蒸馏加热水池中的高盐废水的加热温度范围为60～80℃；

在具体实施时，步骤(3)中所述的膜蒸馏浓水设定浓度为电导率范围达到150,000～250,000μs/cm时，经自然降温后作为正渗透过程驱动液；

在具体实施时，所述作为正渗透过程驱动液的膜蒸馏浓水自然降温后的温度范围为20～50℃；

在具体实施时，当正渗透原水1、17为含盐溶液时，所述作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水电导率稀释到等于正渗透原水池中废水电导率的2～5倍时，部分返回到膜蒸馏进水单元，与高盐废水即膜蒸馏进水15按1:1～1:5混合后，进入膜蒸馏组件12继续浓缩；

在具体实施时，当正渗透原水1、17为其他非含盐溶液时，所述作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水电导率稀释到膜蒸馏浓水初始电导率的1/2～1/5时，部分返回到膜蒸馏进水单元，与高盐废水即膜蒸馏进水15按1:1～1:5混合后，进入膜蒸馏组件12继续浓缩；

在具体实施时，当正渗透原水1、17为含盐溶液时，所述的正渗透原水池2、第二正渗透原水池18中的废水电导率浓缩到等于膜蒸馏浓水初始电导率的2～4倍时，间歇排放；

在具体实施时，当正渗透原水1、17为其他非含盐溶液时，所述的正渗透原水池2、第二正渗透原水池18中的废水浓缩到设定的排放浓度时，间歇排放；

在具体实施时，所述的作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水经过膜蒸馏多次循环浓缩得到。

本发明与现有技术的实质性区别在于，本发明涉及一种正渗透耦合膜蒸馏处理废水的装置及方法，本装置及方法主要用于处理膜蒸馏浓水以及其他难以处理的废水或溶液。针对现有技术中存在的膜蒸馏浓水的处理及处置问题，本发明主要采用正渗透耦合膜蒸馏过程，针对石化企业的高盐废水以及河水、苦咸水、海水、地表水、市政污水、石化废水、垃圾渗滤液以及含药物、糖类、蛋白质等的溶液进行处理。在采用膜蒸馏对高盐废水进行深度浓缩处理的同时，以膜蒸馏浓水作为正渗透驱动液，处理了膜蒸馏浓水及其他难处理废水或溶液，并最大程度的回收了高盐废水和正渗透原水中的水资源。

本发明的有益效果是：

1、本发明的装置及方法不但采用膜蒸馏技术处理高盐废水，回收了高盐废水中的水资源，而且还将难以处理的膜蒸馏浓水作为正渗透过程的驱动液，变废为宝，用于正渗透过程处理正渗透原水，充分实现了膜蒸馏浓水的高效利用，并通过正渗透和膜蒸馏过程的耦合，最大限度的回收了水资源；

2、本发明中的正渗透过程和膜蒸馏过程都不需要外加压力或外压压力很小，方法简单易行，容易操作；

3、本发明中的正渗透过程和膜蒸馏过程中的膜污染均较轻，延长了两个过程的连续稳定运行时间；

4、本发明的装置占地少，结构紧凑，操作简单，相对于多效蒸发而言，运行费用低；

5、采用本发明的装置及方法，不仅可以处理高盐废水，还可以同时浓缩处理河水、苦咸水、海水、地表水、市政污水、石化废水、垃圾渗滤液以及含药物、蛋白质等的溶液；

6、采用本发明的装置及方法，整个耦合过程不仅可以获得大量纯净水，同时也解决了膜蒸馏浓水难以处理问题，最大限度的提高了废水回收率，具有重要环境效益。

附图说明

图1是本发明中一级处理装置的工艺流程示意图

图2是本发明中二级处理装置的工艺流程示意图

图中：1和17：正渗透原水；2和18：正渗透原水池；3和19：正渗透原水泵；4和20:正渗透膜组件；5：正渗透驱动液池；6：正渗透驱动液泵；7：膜蒸馏浓水原水池；8：膜蒸馏浓水泵；9：膜蒸馏加热水池；10：膜蒸馏浓水原水泵；11：膜蒸馏进水泵；12：膜蒸馏组件；13：膜蒸馏浓水；14：膜蒸馏产水；15：高盐废水；16和21：正渗透浓缩液；31：阀门一；32：阀门二；33：阀门三。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例，对发明作进一步的说明。

本实施例中涉及的正渗透耦合膜蒸馏处理废水的装置，为一级装置，如图1所示。

该一级处理装置主要包括：正渗透原水池2：用于存储待正渗透的原水；正渗透原水泵3：用于将正渗透原水泵入正渗透组件4;正渗透膜组件4:用于分离正渗透原水；正渗透驱动液池5：用于存储作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水；正渗透驱动液泵6：用于将作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水泵入正渗透膜组件4；膜蒸馏浓水原水池7：用于存储自然降温后的膜蒸馏浓水；膜蒸馏浓水泵8：用于将自然降温后的膜蒸馏浓水泵入正渗透驱动液池5；膜蒸馏加热水池9：用于存储经过加热的待膜蒸馏的高盐废水；膜蒸馏浓水原水泵10：用于将热的膜蒸馏浓水泵入膜蒸馏浓水原水池7；膜蒸馏进水泵11用于将经过加热的高盐废水泵入膜蒸馏组件12；膜蒸馏组件12：用于分离高盐废水。

一级装置各个部件之间的连接顺序为：正渗透原水池2和正渗透原水泵3通过管路相连，正渗透原水泵3和正渗透膜组件4进料侧通过管路相连，正渗透膜组件4进料侧和正渗透原水池2通过管路相连，构成循环回路；正渗透驱动液池5和正渗透驱动液泵6通过管路相连，正渗透驱动液泵6和正渗透膜组件4驱动液侧通过管路相连，正渗透膜组件4驱动液侧和正渗透驱动液池5通过管路、阀门相连，构成循环回路；膜蒸馏加热水池9和膜蒸馏进水泵11通过管路相连，膜蒸馏进水泵11和膜蒸馏组件12通过管路相连，膜蒸馏组件12和膜蒸馏加热水池9通过管路相连，构成循环回路；膜蒸馏加热水池9和膜蒸馏浓水原水泵10通过管路相连，膜蒸馏浓水原水泵10和膜蒸馏浓水原水池7通过管路相连，膜蒸馏浓水原水池7和膜蒸馏浓水泵8通过管路相连，膜蒸馏浓水泵8和正渗透驱动液池5通过管路、阀门相连；此外，正渗透膜组件4驱动液侧还和膜蒸馏进水泵11前管路通过阀门、管路相连。

采用上述的一级处理装置，通过正渗透耦合膜蒸馏处理废水的方法，包括：

(1)高盐废水15进入膜蒸馏加热水池9中加热，之后，经过加热的高盐废水通过膜蒸馏进水泵11泵入膜蒸馏组件12；

(2)在膜蒸馏组件12中被分离成膜蒸馏浓水13和膜蒸馏产水14；

(3)膜蒸馏浓水13返回膜蒸馏加热水池9继续循环浓缩，当膜蒸馏加热水池9中的膜蒸馏浓水到达一定浓度时，通过膜蒸馏浓水原水泵10泵入膜蒸馏浓水原水池7中自然降温，之后，通过膜蒸馏浓水泵8泵入正渗透驱动液池5作为驱动液待用；

(4)正渗透原水1进入正渗透原水池2，正渗透原水池2中的原水经过正渗透原水泵3泵入正渗透膜组件4的进料液侧循环流动；同时将步骤（3）中正渗透驱动液池5中的膜蒸馏浓水通过正渗透驱动液泵6泵入正渗透膜组件4的驱动液侧，作为正渗透的驱动液循环流动；

(5)在步骤(4)的作用下，正渗透原水1中的水通过正渗透膜组件4进入到正渗透驱动液侧的膜蒸馏浓水中，将膜蒸馏浓水不断稀释的同时，逐渐浓缩了正渗透原水。

上述步骤中，正渗透原水1为质量浓度5%的葡萄糖溶液，所用正渗透膜组件为醋酸纤维素板框式膜组件。以电导率150,000μs/cm的膜蒸馏浓水作为驱动液，正渗透原水和膜蒸馏浓水逆流循环流动，正渗透原水侧和驱动液侧膜面流速均为0.3m/s，在室温下运行5小时后，葡萄糖溶液质量浓度变为9%，膜蒸馏浓水电导率变为132,000μs/cm。继续运行，当膜蒸馏浓水电导率稀释到膜蒸馏浓水初始电导率的1/2时，部分返回到膜蒸馏进水单元与高盐废水即膜蒸馏进水15按1:1混合后进入膜蒸馏组件12作为膜蒸馏进水继续浓缩。

实施例2

本实施例中涉及的正渗透耦合膜蒸馏处理废水的装置，为一级装置，如图1所示。

该一级处理装置主要部件以及各部件之间的连接顺序同实施例1。

采用上述的一级处理装置，通过正渗透耦合膜蒸馏处理废水的方法同实施例1。

上述步骤中，正渗透原水1为质量浓度5%的乳清蛋白溶液，所用正渗透膜组件为醋酸纤维素板框式膜组件。以电导率150,000μs/cm的膜蒸馏浓水作为驱动液，正渗透原水和膜蒸馏浓水逆流循环流动，正渗透原水侧和驱动液侧膜面流速均为0.3m/s，在室温下运行6小时后，乳清蛋白溶液质量浓度变为10%，膜蒸馏浓水电导率变为1280,000μs/cm。继续运行，当膜蒸馏浓水电导率稀释到膜蒸馏浓水初始电导率的1/5时，部分返回到膜蒸馏进水单元与高盐废水即膜蒸馏进水15按1:5混合后进入膜蒸馏组件12作为膜蒸馏进水继续浓缩。

实施例3

本实施例中涉及的正渗透耦合膜蒸馏处理废水的装置，为一级装置，如图1所示。

该一级处理装置主要部件以及各部件之间的连接顺序同实施例1。

采用上述的一级处理装置，通过正渗透耦合膜蒸馏处理废水的方法同实施例1。

上述步骤中，正渗透原水1为电导率5000μs/cm的苦咸水，所用正渗透膜组件为醋酸纤维素板框式膜组件。以电导率200,000μs/cm的膜蒸馏浓水作为驱动液，正渗透原水和膜蒸馏浓水逆流循环流动，正渗透原水侧和驱动液侧膜面流速均为0.5m/s，在室温下运行4小时后，苦咸水电导率变为8600μs/cm，膜蒸馏浓水电导率变为191,000μs/cm。继续运行，当作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水电导率稀释到等于正渗透原水池中废水电导率的5倍时，部分返回到膜蒸馏进水单元与高盐废水即膜蒸馏进水15按1:5混合后进入膜蒸馏组件12作为膜蒸馏进水继续浓缩。

实施例4

本实施例中涉及的正渗透耦合膜蒸馏处理废水的装置，为二级装置，如图2所示。

该二级处理装置主要包括：正渗透原水池2及第二正渗透原水池18：用于存储待正渗透的原水；正渗透膜组件4及第二正渗透组件20:用于分离正渗透原水；正渗透原水泵3及第二正渗透原水泵19：用于将正渗透原水泵入正渗透组件4和第二正渗透组件20；正渗透驱动液池5：用于存储作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水；正渗透驱动液泵6：用于将作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水泵入正渗透膜组件4及第二正渗透组件20；膜蒸馏浓水原水池7：用于存储自然降温后的膜蒸馏浓水；膜蒸馏浓水泵8：用于将自然降温后的膜蒸馏浓水泵入正渗透驱动液池5；膜蒸馏加热水池9：用于存储经过加热的待膜蒸馏的高盐废水；膜蒸馏浓水原水泵10：用于将热的膜蒸馏浓水泵入膜蒸馏浓水原水池7；膜蒸馏进水泵11用于将经过加热的高盐废水泵入膜蒸馏组件12；膜蒸馏组件12：用于分离高盐废水。

二级装置各个部件之间的连接关系为：正渗透原水池2和正渗透原水泵3通过管路相连，正渗透原水泵3和正渗透膜组件4进料侧通过管路相连，正渗透膜组件4进料侧和正渗透原水池2通过管路相连，构成循环回路；第二正渗透原水池18和第二正渗透原水泵19通过管路相连，第二正渗透原水泵19和第二正渗透膜组件20进料侧通过管路相连，第二正渗透膜组件20进料侧和第二正渗透原水池18通过管路相连，构成循环回路；正渗透驱动液池5和正渗透驱动液泵6通过管路相连，正渗透驱动液泵6和正渗透膜组件4驱动液侧通过管路相连，正渗透膜组件4驱动液侧和第二正渗透膜组件20驱动液侧通过管路相连，第二正渗透膜组件20驱动液侧和正渗透驱动液池5通过管路、阀门相连，构成循环回路；膜蒸馏加热水池9和膜蒸馏进水泵11通过管路相连，膜蒸馏进水泵11和膜蒸馏组件12通过管路相连，膜蒸馏组件12和膜蒸馏加热水池9通过管路相连，构成循环回路；膜蒸馏加热水池9和膜蒸馏浓水原水泵10通过管路相连，膜蒸馏浓水原水泵10和膜蒸馏浓水原水池7通过管路相连，膜蒸馏浓水原水池7和膜蒸馏浓水泵8通过管路相连，膜蒸馏浓水泵8和正渗透驱动液池5通过管路、阀门相连；此外，第二正渗透膜组件20驱动液侧还和膜蒸馏进水泵11前管路通过阀门、管路相连。

采用上述的二级处理装置，通过正渗透耦合膜蒸馏处理废水的方法，包括：

(1)高盐废水15进入膜蒸馏加热水池9中加热，之后，经过加热的高盐废水通过膜蒸馏进水泵11泵入膜蒸馏组件12；

(2)在膜蒸馏组件12中被分离成膜蒸馏浓水13和膜蒸馏产水14；

(3)膜蒸馏浓水13返回膜蒸馏加热水池9继续循环浓缩，当膜蒸馏加热水池9中的膜蒸馏浓水到达设定的浓度时，通过膜蒸馏浓水原水泵10泵入膜蒸馏浓水原水池7中自然降温，之后通过膜蒸馏浓水泵8泵入正渗透驱动液池5作为驱动液待用；

(4)正渗透原水1进入正渗透原水池2，正渗透原水池2中的原水经过正渗透原水泵3泵入正渗透膜组件4的进料液侧循环流动；正渗透原水17进入正渗透原水池18，正渗透原水池18中的原水经过正渗透原水泵19泵入正渗透膜组件20的进料液侧循环流动；同时将步骤（3）中正渗透驱动液池5中的膜蒸馏浓水通过正渗透驱动液泵6泵入正渗透膜组件4和正渗透膜组件20的驱动液侧，作为正渗透的驱动液循环流动；

(5)在步骤(4)的作用下，正渗透原水1,17中的水分别通过正渗透膜组件4,20进入到正渗透驱动液侧的膜蒸馏浓水中，将膜蒸馏浓水不断稀释的同时，逐渐浓缩了正渗透原水。

上述步骤中，正渗透原水1、17均为质量浓度5%的乳清蛋白溶液，所用正渗透膜组件、第二正渗透膜组件为醋酸纤维素板框式膜组件。以电导率150,000μs/cm的膜蒸馏浓水作为驱动液，正渗透原水和膜蒸馏浓水逆流循环流动，正渗透原水侧和驱动液侧膜面流速均为0.3m/s，在室温下运行4小时后，正渗透原水池2中的乳清蛋白溶液质量浓度变为9%，第二正渗透原水池18中的乳清蛋白溶液质量浓度变为8%，膜蒸馏浓水电导率变为137,000μs/cm。继续运行，当膜蒸馏浓水电导率稀释到膜蒸馏浓水初始电导率的1/5时，部分返回到膜蒸馏进水单元与高盐废水即膜蒸馏进水15按1:5混合后进入膜蒸馏组件12作为膜蒸馏进水继续浓缩。

实施例5

本实施例中涉及的正渗透耦合膜蒸馏处理废水的装置，为二级装置，如图2所示。

该二级处理装置主要部件以及各部件之间的连接顺序同实施例4。

采用上述的二级处理装置，通过正渗透耦合膜蒸馏处理废水的方法同实施例4。

上述步骤中，正渗透原水1、17均为电导率5000μs/cm的苦咸水，所用正渗透膜组件、第二正渗透膜组件为醋酸纤维素板框式膜组件。以电导率200,000μs/cm的膜蒸馏浓水作为驱动液，正渗透原水和膜蒸馏浓水逆流循环流动，正渗透原水侧和驱动液侧膜面流速均为0.5m/s，在室温下运行4小时后，正渗透原水池2中的苦咸水电导率变为7200μs/cm，第二正渗透原水池18中的苦咸水电导率变为6800μs/cm，，膜蒸馏浓水电导率变为1890,00μs/cm。继续运行，当作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水电导率稀释到等于正渗透原水池2中废水电导率的3倍时，部分返回到膜蒸馏进水单元与高盐废水即膜蒸馏进水15按1:3混合后进入膜蒸馏组件12作为膜蒸馏进水继续浓缩。

实施例6

本实施例中涉及的正渗透耦合膜蒸馏处理废水的装置，为二级装置，如图2所示。

该二级处理装置主要部件以及各部件之间的连接顺序同实施例4。

采用上述的二级处理装置，通过正渗透耦合膜蒸馏处理废水的方法同实施例4。

上述步骤中，正渗透原水1、17均为电导率40000μs/cm的海水，所用正渗透膜组件、第二正渗透膜组件为醋酸纤维素板框式膜组件。以电导率200,000μs/cm的膜蒸馏浓水作为驱动液，正渗透原水和膜蒸馏浓水逆流循环流动，正渗透原水侧和驱动液侧膜面流速均为0.5m/s，在室温下运行5小时后，正渗透原水池2中的海水电导率变为38300μs/cm，第二正渗透原水池18中的海水电导率变为37900μs/cm，，膜蒸馏浓水电导率变为1870,00μs/cm。继续运行，当作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水电导率稀释到等于正渗透原水池2中废水电导率的2倍时，部分返回到膜蒸馏进水单元与高盐废水即膜蒸馏进水15按1:2混合后进入膜蒸馏组件12作为膜蒸馏进水继续浓缩。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种正渗透耦合膜蒸馏处理废水装置，主要包括正渗透单元和膜蒸馏单元；

所述正渗透单元包括：正渗透原水池、正渗透原水泵、正渗透膜组件、正渗透驱动液池和正渗透驱动液泵；正渗透原水池、正渗透原水泵和正渗透膜组件进料侧，通过管路依次相连，构成循环回路；正渗透驱动液池、正渗透驱动液泵、正渗透膜组件驱动液侧和阀门一，通过管路依次相连，构成循环回路；

所述膜蒸馏单元包括：膜蒸馏加热水池、膜蒸馏进水泵、膜蒸馏组件；膜蒸馏加热水池、膜蒸馏进水泵、膜蒸馏组件，通过管路依次相连，构成循环回路；膜蒸馏加热水池、膜蒸馏浓水原水泵、膜蒸馏浓水原水池和膜蒸馏浓水泵，通过管路依次相连；

膜蒸馏浓水泵通过管路和阀门二与正渗透驱动液池相连；

正渗透膜组件驱动液侧，通过阀门三和管路还与膜蒸馏进水泵前管路相连；

所述正渗透单元还包括：第二正渗透原水池、第二正渗透原水泵和第二正渗透膜组件；所述第二正渗透原水池、第二正渗透原水泵和第二正渗透膜组件进料侧，通过管路依次相连，构成循环回路；所述正渗透驱动液池、正渗透驱动液泵、正渗透膜组件驱动液侧、第二正渗透膜组件驱动液侧和阀门一，通过管路依次相连，构成循环回路；

所述第二正渗透膜组件驱动液侧，通过阀门三和管路还与膜蒸馏进水泵前管路相连。

2.根据权利要求1所述正渗透耦合膜蒸馏处理废水装置，其特征在于，所述的正渗透膜组件、第二正渗透膜组件的膜材料包括醋酸纤维素、聚酰胺或聚丙烯腈。

3.根据权利要求1所述正渗透耦合膜蒸馏处理废水装置，其特征在于，所述的正渗透膜组件、第二正渗透膜组件形式包括板式、卷式、中空纤维式或管式。

4.根据权利要求1所述正渗透耦合膜蒸馏处理废水装置，其特征在于，所述的膜蒸馏组件形式包括板式、卷式、中空纤维式或管式。

5.根据权利要求1所述正渗透耦合膜蒸馏处理废水装置，其特征在于，所述的膜蒸馏组件的膜材料包括聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯、聚丙烯。

6.根据权利要求1所述正渗透耦合膜蒸馏处理废水装置，其特征在于，所述的正渗透膜组件、第二正渗透膜组件和膜蒸馏组件为一组或多组串联或并联。

7.一种利用权利要求1所述正渗透耦合膜蒸馏处理废水装置来处理废水的方法，主要步骤为：

(1)高盐废水进入膜蒸馏加热水池中加热，之后，经过加热的高盐废水通过膜蒸馏进水泵泵入膜蒸馏组件；

(2)在膜蒸馏组件中被分离成膜蒸馏浓水和膜蒸馏产水；

(3)膜蒸馏浓水返回膜蒸馏加热水池继续循环浓缩，当膜蒸馏加热水池中的膜蒸馏浓水到达设定浓度时，通过膜蒸馏浓水原水泵泵入膜蒸馏浓水原水池中自然降温，之后，通过膜蒸馏浓水泵泵入正渗透驱动液池作为驱动液待用；

(4)正渗透原水进入正渗透原水池，正渗透原水池中的原水经过正渗透原水泵泵入正渗透膜组件的进料液侧循环流动；正渗透原水进入第二正渗透原水池，第二正渗透原水池中的原水，经过第二正渗透原水泵泵入第二正渗透膜组件的进料液侧循环流动；同时将步骤(3)中正渗透驱动液池中的膜蒸馏浓水，通过正渗透驱动液泵，泵入正渗透膜组件和第二正渗透膜组件的驱动液侧，作为正渗透的驱动液循环流动；

(5)在步骤(4)的作用下，正渗透原水中的水分别通过正渗透膜组件和第二正渗透膜组件，进入到正渗透驱动液侧的膜蒸馏浓水中，将膜蒸馏浓水不断稀释的同时，逐渐浓缩了正渗透原水；

其中，正渗透原水池或第二正渗透原水池中的原水，浓缩到设定的排放浓度时排放，正渗透驱动液池中的驱动液稀释到设定的浓度时，部分返回到膜蒸馏单元继续浓缩。

8.根据权利要求7所述处理废水的方法，其特征在于，步骤(1)中所述膜蒸馏加热水池中加热的温度范围为60～80℃。

9.根据权利要求7所述处理废水的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的膜蒸馏浓水设定浓度为电导率范围达到150,000～250,000μs/cm；所述自然降温后的温度范围为20～50℃。

10.根据权利要求7所述处理废水的方法，其特征在于，所述正渗透原水包括：河水、苦咸水、海水、地表水、市政污水、石化废水、垃圾渗滤液，以及含药物、糖类、蛋白质的溶液。

11.根据权利要求7所述处理废水的方法，其特征在于，

当正渗透原水为含盐溶液时，所述作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水电导率稀释到等于正渗透原水池中废水电导率的2～5倍时，部分返回到膜蒸馏进水单元，与高盐废水即膜蒸馏进水按1:1～1:5混合后，进入膜蒸馏组件继续浓缩；

当正渗透原水为非含盐溶液时，所述作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水电导率稀释到膜蒸馏浓水初始电导率的1/2～1/5时，部分返回到膜蒸馏进水单元，与高盐废水即膜蒸馏进水按1:1～1:5混合后，进入膜蒸馏组件继续浓缩。

12.根据权利要求7所述处理废水的方法，其特征在于，当正渗透原水为含盐溶液时，所述的正渗透原水池、第二正渗透原水池中的废水电导率浓缩到等于膜蒸馏浓水初始电导率的2～4倍时，间歇排放。

13.根据权利要求7所述处理废水的方法，其特征在于，当正渗透原水为非含盐溶液时，所述的正渗透原水池、第二正渗透原水池中的废水浓缩到设定的浓度时，间歇排放。

14.根据权利要求7所述处理废水的方法，其特征在于，所述的作为正渗透驱动液的膜蒸馏浓水经过膜蒸馏多次循环浓缩得到。