CN105692739B - 一种含盐废水处理系统及利用该系统处理含盐废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含盐废水处理系统及利用该系统处理含盐废水的方法。该系统包括一种膜蒸馏设备，该膜蒸馏设备包括蒸发器，所述蒸发器具有进水口和出水口；疏水膜，所述疏水膜设置于所述蒸发器内；冷凝膜，所述冷凝膜设置于所述蒸发器内；二次蒸汽增压装置，所述二次蒸汽增压装置设置于所述蒸发器外，且分别与所述疏水膜和所述冷凝膜联通；以及冷凝水收集罐，所述冷凝水收集罐设置于所述蒸发器外，且与所述冷凝膜联通。本发明的含盐废水处理系统可以克服现有工艺结构复杂、处理效率低、运行成本高等问题，同时克服现有蒸发材质耐腐蚀程度差的问题。

Description

一种含盐废水处理系统及利用该系统处理含盐废水的方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及一种蒸发装置及处理系统和方法，更具体地，本发明涉及一种含盐废水处理系统及利用该系统处理含盐废水的方法。

背景技术

在中国，石油石化行业、煤化工行业，一直是废水产生重点企业，在生产过程中会产生大量的含盐废水以及经废酸废碱中和后的含盐废水。虽然针对环保要求会采用相应手段对废水进行一定量的回收，但是随着废水中盐、酸或碱的浓度增大，处理费用也越来越高。现有技术中用于含盐废水的处理，都存在结构复杂、处理效率低、运行成本高、材质耐腐蚀程度差等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种含盐废水处理系统及利用该系统处理含盐废水的方法。本发明的含盐废水处理系统可以克服现有工艺结构复杂、处理效率低、运行成本高等问题，同时克服现有蒸发材质耐腐蚀程度差的问题。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种膜蒸馏设备，所述膜蒸馏设备包括：

蒸发器，所述蒸发器具有进水口和出水口；

疏水膜，所述疏水膜设置于所述蒸发器内；

冷凝膜，所述冷凝膜设置于所述蒸发器内；

二次蒸汽增压装置，所述二次蒸汽增压装置设置于所述蒸发器外，且分别与所述疏水膜和所述冷凝膜联通；以及

冷凝水收集罐，所述冷凝水收集罐设置于所述蒸发器外，且与所述冷凝膜联通；

其中，所述进水口用于向所述蒸发器供应废水，所述出水口用于从所述蒸发器排出所述废水，所述蒸发器用于使所述废水蒸发而产生蒸汽，所述疏水膜用于使所述蒸汽进入所述疏水膜，所述二次蒸汽增压装置用于吸入所述疏水膜中的所述蒸汽、使所述蒸汽增压转变为二次蒸汽并将所述二次蒸汽供应到所述冷凝膜，所述冷凝膜用于使所述二次蒸汽冷凝形成冷凝水，所述冷凝水收集罐用于收集所述冷凝水。

其中，优选地，所述疏水膜和所述冷凝膜呈交叉排列设置。

更优选地，所述疏水膜均水平排列于所述蒸发器内，所述冷凝膜均竖直排列于所述蒸发器内，所述疏水膜和所述冷凝膜两者外壁间的垂直距离为0.2～0.4毫米。

优选地，所述疏水膜为中空纤维式膜，构成所述疏水膜的中空纤维的直径为2～3毫米、壁厚为0.1～0.2毫米、孔径为0.5～5微米，所述疏水膜的材质选自PTFE、PVDF、PE和PVC。

优选地，所述冷凝膜为中空纤维式膜，构成所述冷凝膜的中空纤维的直径为2～3毫米、壁厚为0.1～0.2毫米，所述冷凝膜的材质选自PP、CPVC和PVC。

本发明的膜蒸馏设备在工作时，所有疏水膜的内侧相互连通且与二次蒸汽增压装置进口连通，外壁与废水进行接触，使废水充满疏水膜和冷凝膜的外表面；所有冷凝膜上端内侧互相连通且与二次蒸汽增压装置出口连通，下端内侧与冷凝水收集罐连通，外壁与废水进行接触。

本发明的膜蒸馏设备在工作时，废水无法浸润或穿透疏水膜，而废水所产生的蒸汽可以穿透疏水膜外侧进入其内侧，二次蒸汽在冷凝膜内侧液化，将热量传递给冷凝膜外侧的废水。

优选地，本发明的膜蒸馏设备在工作时，废水的温度为30～80℃，二次蒸汽经二次蒸汽增压装置增压后温度提升15～20℃。

优选地，本发明的膜蒸馏设备在工作时，所述疏水膜内侧至二次蒸汽增压装置进口段压力为50～200mbar，二次蒸汽增压装置出口至冷凝膜内部段压力为800～950mbar。

优选地，所述二次蒸汽增压装置可以为罗茨式蒸汽压缩机、离心式蒸汽压缩机、隔膜式蒸汽压缩机或油环式蒸汽压缩机。

本发明的第二方面提供一种含盐废水处理系统，该处理系统包括如上所述的膜蒸馏设备。

优选地，所述处理系统还包括位于所述膜蒸馏设备体外的废水收集装置、预处理装置、过滤装置，所述废水收集装置、预处理装置、过滤装置经串联后与膜蒸馏设备的进水口连通。

优选地，所述处理系统还包括位于所述膜蒸馏设备体外的浓缩液收集装置，所述浓缩液收集装置与所述的膜蒸馏设备的出水口连通。

更优选地，所述处理系统还包括位于所述膜蒸馏设备体外的自清洗装置，所述自清洗装置为膜蒸馏清洗配套装置，其与所述的膜蒸馏设备的进水口和出水口连通。

本发明的第三方面还提供一种采用上述含盐废水处理系统处理含盐废水的方法，其包括以下步骤：

1)将待处理废水收集后通入预处理装置，根据废水的成分将废水中的溶解性气体和/或硬度脱除，随后通过5～100微米孔径的过滤装置将废水中的悬浮物去除，随后将废水通入膜蒸馏设备；

2)在膜蒸馏设备中，废水在30～80℃条件下一部分变成水蒸气通过疏水膜进入二次蒸汽增压装置，经增压后转变为二次蒸汽进入冷凝膜，二次蒸汽气化潜热在冷凝膜中与废水进行换热后液化为冷凝水作为优质水被收集，废水吸热后在系统中维持30～80℃；

3)废水经蒸发减量后由膜蒸馏设备的出水口排放至浓缩液收集装置，用于后续处理。

其中，所述的含盐废水为本领域常规，但不限于此，含盐、含酸或含碱的废水均适用于本发明，效果良好。

本发明的方法在实施时，在所述膜蒸馏设备中，所处理废水在冷凝膜外壁吸热后在疏水膜外壁表面蒸发放热，由于冷凝膜和疏水膜外壁之间的距离非常小，仅有0.2～0.4毫米，避免了蒸发过程中温差极化的问题；在所述膜蒸馏设备中，所处理废水产生的二次蒸汽经增压装置增压后在冷凝膜中与废水进行换热，废水在不需要外部热源的条件下蒸发的同时可维持住自身的温度。所述的二次蒸汽增压装置在对二次蒸汽增压的同时，对疏水膜内部起到了抽真空的作用，使得疏水膜内部的压力降到50～200mbar，使废水的沸点降低，加快废水蒸发的速度。由于处理后的产水是由蒸汽凝结而成，故产水水质非常好，电导率可小于10μs/cm。

本发明较佳地还可以利用系统自带的自清洗装置进行定期清洗维护。

经过处理，含盐废水可浓缩至近饱和的状态，以TDS含量为20,000mg/L的海水为例，可将其减量为原海水体积的1/15。

本发明具有显著的进步：

利用含有本发明膜蒸馏设备的含盐废水处理系统处理含盐废水，处理效率高，产水品质好，产水效率高。实验表明，含盐废水经过本发明的设备处理后，产水中的COD、TP、SS以及TDS的去除率大于99.99％，其电导率小于10μs/cm，可以放心用于厂区的锅炉补充水，在进水流量为5m³/h时可以使产水量高达4.875m³/h以上。另外，废水经处理后，可使含盐废水浓缩至接近饱和的状态，体积大大减少，减量后废水体积能够达到仅为原废水体积的1/15以下，甚至少至1/40。因此，本发明的膜蒸馏装置及其系统和方法在处理含盐废水时大大提高了处理效率，降低了运行成本，能够产生显著的经济效益和环保效益。

附图说明

附图用于提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1A、图1B是实施例1中所述膜蒸馏设备的示意图，其中，图1A是膜蒸馏设备的正视图，图1B是膜蒸馏设备的俯视图。

图2是实施例2中所述含盐废水处理系统的在工作时的流程示意图。

【附图标记说明】

1进水口 2出水口

3疏水膜 4冷凝膜

5二次蒸汽增压装置 6冷凝水收集罐

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1A和图1B所示(部分结构图中未示出)，本实施例提供一种膜蒸馏设备，所述膜蒸馏设备包括蒸发器，所述蒸发器具有进水口1和出水口2；疏水膜3，所述疏水膜设置于所述蒸发器内；冷凝膜4，所述冷凝膜设置于所述蒸发器内；二次蒸汽增压装置5，所述二次蒸汽增压装置设置于所述蒸发器外，且分别与所述疏水膜3和所述冷凝膜4联通；以及冷凝水收集罐6，所述冷凝水收集罐6设置于所述蒸发器外，且与所述冷凝膜4联通.

其中，所述进水口1用于向所述蒸发器供应废水，所述出水口2用于从所述蒸发器排出所述废水，所述蒸发器用于使所述废水蒸发而产生蒸汽，所述疏水膜3用于使所述蒸汽进入所述疏水膜3，所述二次蒸汽增压装置5用于吸入所述疏水膜3中的所述蒸汽、使所述蒸汽增压转变为二次蒸汽并将所述二次蒸汽供应到所述冷凝膜4，所述冷凝膜4用于使所述二次蒸汽冷凝形成冷凝水，所述冷凝水收集罐6用于收集所述冷凝水。

所述疏水膜3的内侧通道全部联通并汇集到二次蒸汽增压装置5中，所述冷凝膜4的上端内侧通道全部联通并与二次蒸汽增压装置5的出口连接，所述冷凝膜4的下端内侧通道全部连通并与冷凝水收集罐6连接，所述疏水膜3和冷凝膜4交叉排列设置。

在处理废水时，废水由进水口1进入蒸发器中，其产生的水蒸气会通过疏水膜3的外表面进入到疏水膜3的内侧，所有疏水膜3内侧的二次蒸汽会通过二次蒸汽增压装置5增压后进入冷凝膜4的内部，在冷凝膜4的内部冷凝成为冷凝水后被冷凝水收集罐6收集，蒸汽在冷凝时释放出的热量被用于维持蒸发器中含盐废水自身的温度。

实施例2

如图2所示(部分结构图中未示出)，本实施例提供一种含盐废水处理系统，该处理系统包括实施例1所述的膜蒸馏设备。所述处理系统还包括位于所述膜蒸馏设备体外的废水收集装置、预处理装置、过滤装置，所述废水收集装置、预处理装置、过滤装置经串联后与膜蒸馏设备的进水口连通。

所述处理系统还包括位于所述膜蒸馏设备体外的浓缩液收集装置，所述浓缩液收集装置与所述的膜蒸馏设备的出水口连通。

所述处理系统还包括位于所述膜蒸馏设备体外的自清洗装置，所述自清洗装置为膜蒸馏清洗配套装置，其与所述的膜蒸馏设备的进水口和出水口连通，通过自清洗装置可以进行定期的酸洗、碱洗。

在系统工作时，含盐废水在进入膜蒸馏设备前被收集，在经过预处理装置时，根据废水的成分将废水中的溶解性气体、硬度脱除，随后通过5～100微米孔径的过滤装置去除废水中的悬浮物。

实施例3

本实施例以实施例2所述系统处理来自山东某化工厂的各种含盐废水(平均水质为COD 2265mg/L，TP 47mg/L，TN 652mg/L，TDS 4500mg/L，SS 1749mg/L，pH 7.56)。

如图2所示，上述含盐废水经预处理去除硬度、悬浮物以及脱气后采用厂区供暖系统进行升温至50℃，然后直接通过泵提升进入膜蒸馏装置，进水流量为5m³/h，疏水膜3内侧的蒸汽经过二次蒸汽增压装置5进入到冷凝膜4内侧液化，蒸汽液化热量传输到蒸发器内部的含盐废水中，使其维持在50℃的温度。疏水膜3内部的蒸汽压力为100mbar，疏水膜3内侧的蒸汽压力为800mbar。冷凝膜4内部产生的冷凝水作为产水进入冷凝水收集罐6，产水量为4.875m³/h，产水中的COD、TP、SS以及TDS去除率大于99.99％，其电导率小于10μs/cm，可以用于厂区的锅炉补充水。含盐废水浓缩液为0.125m³/h，其水量减为原含盐废水体积的1/40，浓缩液经统一收集后进入厂区锅炉焚烧系统进行焚烧。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种膜蒸馏设备，其特征在于，所述膜蒸馏设备包括：

蒸发器，所述蒸发器具有进水口和出水口；

疏水膜，所述疏水膜设置于所述蒸发器内；

冷凝膜，所述冷凝膜设置于所述蒸发器内；其中，所述疏水膜和所述冷凝膜两者外壁间的垂直距离为0.2～0.4毫米；

二次蒸汽增压装置，所述二次蒸汽增压装置设置于所述蒸发器外，且分别与所述疏水膜和所述冷凝膜联通；以及

冷凝水收集罐，所述冷凝水收集罐设置于所述蒸发器外，且与所述冷凝膜联通；

其中，所述进水口用于向所述蒸发器供应废水，所述出水口用于从所述蒸发器排出所述废水，所述蒸发器用于使所述废水蒸发而产生蒸汽，所述疏水膜用于使所述蒸汽进入所述疏水膜，所述二次蒸汽增压装置用于吸入所述疏水膜中的所述蒸汽、使所述蒸汽增压转变为二次蒸汽并将所述二次蒸汽供应到所述冷凝膜，所述冷凝膜用于使所述二次蒸汽冷凝形成冷凝水，所述冷凝水收集罐用于收集所述冷凝水，其中所述二次蒸汽增压装置对疏水膜内部起到抽真空的作用，使得疏水膜内侧至二次蒸汽增压装置进口段压力为50～200mbar。

2.根据权利要求1所述的膜蒸馏设备，其特征在于，所述疏水膜和所述冷凝膜呈交叉排列设置。

3.根据权利要求1所述的膜蒸馏设备，其特征在于，所述疏水膜均水平排列于所述蒸发器内，所述冷凝膜均竖直排列于所述蒸发器内。

4.根据权利要求1～3任一项所述的膜蒸馏设备，所述疏水膜为中空纤维式膜，构成所述疏水膜的中空纤维的直径为2～3毫米、壁厚为0.1～0.2毫米、孔径为0.5～5微米，所述疏水膜的材质选自PTFE、PVDF、PE和PVC；

所述冷凝膜为中空纤维式膜，构成所述冷凝膜的中空纤维的直径为2～3毫米、壁厚为0.1～0.2毫米，所述冷凝膜的材质选自PP、CPVC和PVC。

5.根据权利要求1所述的膜蒸馏设备，其特征在于，在所述的膜蒸馏设备工作时，所述废水的温度为30～80℃，产生的蒸汽经二次蒸汽增压装置增压后温度提升15～20℃；二次蒸汽增压装置出口至冷凝膜内部段压力为800～950mbar。

6.根据权利要求1所述的膜蒸馏设备，其特征在于，所述二次蒸汽增压装置为罗茨式蒸汽压缩机、离心式蒸汽压缩机、隔膜式蒸汽压缩机或油环式蒸汽压缩机。

7.一种含盐废水处理系统，其特征在于，该处理系统包括权利要求1～6任一项所述的膜蒸馏设备。

8.根据权利要求7所述的含盐废水处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括位于所述膜蒸馏设备体外的废水收集装置、预处理装置、过滤装置，所述废水收集装置、预处理装置、过滤装置经串联后与膜蒸馏设备的进水口连通。

9.根据权利要求7所述的含盐废水处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括位于所述膜蒸馏设备体外的浓缩液收集装置，所述浓缩液收集装置与所述的膜蒸馏设备的出水口连通。

10.根据权利要求7所述的含盐废水处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括位于所述膜蒸馏设备体外的自清洗装置，所述自清洗装置为膜蒸馏清洗配套装置，其与所述的膜蒸馏设备的进水口和出水口连通。

11.一种采用权利要求7～10任一项所述含盐废水处理系统处理含盐废水的方法，其包括以下步骤：

1)将待处理废水收集后通入预处理装置，根据废水的成分将废水中的溶解性气体和/或硬度脱除，随后通过5～100微米孔径的过滤装置将废水中的悬浮物去除，随后将废水通入膜蒸馏设备；

2)在膜蒸馏设备中，废水在30～80℃条件下一部分变成水蒸气通过疏水膜进入二次蒸汽增压装置，经增压后转变为二次蒸汽进入冷凝膜，二次蒸汽气化潜热在冷凝膜中与废水进行换热后液化为冷凝水作为优质水被收集，废水吸热后在系统中维持30～80℃；

3)废水经蒸发减量后由膜蒸馏设备的出水口排放至浓缩液收集装置，用于后续处理。