CN105836847A - 一种组合膜分步萃取高盐废水中混合有机物的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合膜分步萃取高盐废水中混合有机物的装置和方法，包括若干个膜单元，每个膜单元均包括外筒和以及若干个膜组件；外筒相互串联且第一个膜单元的外筒入口为料液进口，最后一个膜单元的外筒出口为料液出口；外筒内设置有两块与其轴线垂直的盖板，形成位于两块盖板之间的萃取区，萃取区的外筒筒壁上设置萃取液进水口和萃取液出水口；膜组件同轴安装在两块盖板之间的萃取区内，包括若干根并联的膜管，膜管的两端分别穿过两块盖板与外筒的入口和出口相连通。本发明通过将膜管组成膜组件，且在每个膜组件内膜管采用并联的形式，提高处理效率，然后将膜组件安装在外筒内形成膜单元，可以通过不同的膜组合，分步去除废水中各类有机物。

Description

一种组合膜分步萃取高盐废水中混合有机物的装置和方法

【技术领域】

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种组合膜分步萃取高盐废水中混合有机物的装置和方法。

【背景技术】

高盐有机酸废水主要来源于化工、道路除冰和食品加工领域，其它不可忽略的来源还包括印染废水、皂素废水、石油开采废水、造纸废水和农药行业排出的废水等。当废水中总盐质量达到1％以上时会对微生物生长和降解活动产生抑制甚至毒害作用，使得有机物的降解难以进行下去，使生物法难以用于含盐废水的处理。高盐废水的传统处理方法主要有电解法；焚烧法；膜生物法；适盐生物处理技术等。但是一般处理困难，而且成本高。针对这些难题出现了新的渗透萃取膜技术用于处理高盐有机废水，当前的研究主要用一种膜回收或处理高盐有机废水中一种有机物，未见有利用不同萃取膜的选择特性，将渗透萃取膜技术用于处理成分复杂的混合高盐有机废水的应用。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括若干个膜单元，每个膜单元均包括外筒和以及用于分离高盐废水中有机物的若干个膜组件；

外筒两端分别设置入口和出口，外筒相互串联且第一个膜单元的外筒入口为料液进口，最后一个膜单元的外筒出口为料液出口；外筒内设置有两块与其轴线垂直的盖板，外筒与两块盖板之间均为密封配合，形成位于两块盖板之间的萃取区，萃取区的外筒筒壁上设置萃取液进水口和萃取液出水口；

膜组件同轴安装在两块盖板之间的萃取区内，包括若干根并联的膜管，膜管的两端分别穿过两块盖板与外筒的入口和出口相连通。

进一步地，膜单元包括聚二甲基硅氧烷膜单元、聚甲基乙烯基硅氧烷膜单元、聚苯基甲氧基硅氧烷膜单元和三元乙丙橡胶膜单元中的一种或几种。

进一步地，在聚二甲基硅氧烷膜单元、聚甲基乙烯基硅氧烷膜单元和聚苯基甲氧基硅氧烷膜单元中，膜管的数量均为200～500根，膜管的内径均为3～5mm，膜管的管壁厚度为1～2mm。

进一步地，在三元乙丙橡胶膜单元中，膜管的数量均为200～600根，膜管的内径均为5～7mm，膜管的管壁厚度为1～2mm。

进一步地，每个膜组件均由20根膜管组成。

进一步地，每个膜组件还包括两个分别与盖板内侧相贴合的固定板，膜管的两端均分别穿过固定板和盖板，其中，膜管和固定板之间设置有用于密封的封头，封头为环氧树脂；两个固定板之间安装有与膜管相平行的固定轴，固定轴的端部分别固定安装在盖板上。

进一步地，外筒通过连接管串联，连接管采用PE管；料液出口连接排放系统或循环再利用系统，萃取液出水口连接生物处理系统。

进一步地，萃取区的外筒筒壁内侧安装若干个搅拌器。

本发明方法的技术方案是：包括以下步骤：

(a)在若干个串联的膜单元内分别通入萃取液，将混有有机物的高盐废水经过预处理后通入膜单元内设置的若干根膜管；

(b)有机物依次透过膜单元内膜管的管壁进入萃取液，去除有机物的高盐废水经过膜管流出，完成组合膜分步萃取高盐废水中混合的有机物。

进一步地，萃取液为NaOH溶液，萃取液的pH值为8～10；混有有机物的高盐废水通入膜单元内的流量为25～60L/h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明装置针对难以生物降解的含有机物高盐度废水特点，可以根据废水中有机物种类及特性选取膜管组成膜组件，且在每个膜组件内膜管采用并联的形式，提高处理效率，减少占地空间，然后将膜组件安装在外筒内形成高效的膜单元，其中膜单元串联且包括若干个，可以通过不同的膜组合，分步去除废水中各类有机物，实现有机物与无机盐分离，萃取出的有机物可以进入膜外生物相，进行生物降解，从而实现高盐度难降解有机污染物的高效去除。本发明运用灵活，结构简单，易操作，成本低，应用前景广阔，同时可与传统生物法结合实现高盐有机废水的高效处理，有效解决了将渗透萃取技术运用到高盐有机废水的去除中的难题。

进一步地，本发明根据废水中有机物种类选择聚二甲基硅氧烷膜单元、聚甲基乙烯基硅氧烷膜单元、聚苯基甲氧基硅氧烷膜单元和三元乙丙橡胶膜单元中的一种或几种组合使用，每种膜可分别去除废水中的一种或一类有机物，利用均质无孔膜的选择透过性，针对废水成分设计膜系统将废水中有机物从废水中萃取出来；由于可以采用不同类型的膜组合，使得本发明适用于各类高浓度有机废水。最终达到促进清洁生产，提高生产效率，同时降低处理成本的目的。

进一步地，本发明可以根据废水浓度及流量调节膜管面积，提高处理效率，节约成本。

进一步地，本发明中通过设置固定柱，避免进液体时晃动，提高装置稳定性。

进一步地，本发明中通过设置搅拌器，保证萃取出的有机物及时在萃取相混合均匀，避免影响萃取效率。

本发明处理方法简单，能够分步将有机物从高盐有机废水中分离出来，有机物去除效果好，去除率在90％以上。

【附图说明】

图1是本发明的膜萃取系统结构图；

图2是本发明的膜单元结构示意图；

图3是本发明的膜单元内部膜组件的结构示意图；

图4是本发明实施例1的工艺流程框图。

1-外筒；2-盖板；3-膜组件；4-萃取液进水口；5-萃取液出水口；6-连接管；7-料夜进口；8-料夜出口；9-搅拌器；10-膜单元；31-膜管；32-封头；33-固定板；34-固定轴。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1和图2，本发明装置包括若干个串联的膜单元10，形成组合膜系统；每个膜单元10均包括外筒1和以及用于分离高盐废水中有机物的若干个膜组件3。

外筒1两端分别设置入口和出口，外筒1通过连接管6相互串联，连接管6采用PE管；且第一个膜单元10的外筒入口为料液进口7，最后一个膜单元10的外筒出口为料液出口8，料液出口8连接排放系统或循环再利用系统；外筒1内设置有两块与其轴线垂直的盖板2，外筒1与两块盖板2之间均为密封配合，形成位于两块盖板2之间的萃取区，萃取区的外筒筒壁上设置萃取液进水口4和萃取液出水口5，萃取液出水口5连接生物处理系统。萃取区的外筒筒壁内侧安装若干个搅拌器9，搅拌器9保证萃取出的有机物及时在萃取相混合均匀。

参见图3，膜组件3同轴安装在两块盖板2之间的萃取区内，包括若干根并联的膜管31和两个固定板33，膜管31的两端均分别穿过固定板33和盖板2，并分别与外筒1的入口和出口相连通。其中，膜管31和固定板33之间设置有用于密封的封头32，封头32为环氧树脂；两个固定板33之间安装有与膜管31相平行的固定轴34，固定轴34的端部分别固定安装在盖板2上，固定板33与盖板2的内侧相贴合。

膜组件3数目根据设计要求来安装，一般一个膜单元10内有10～30个膜组件3；每个膜组件3均优选由20根膜管31组成。每个膜组件3均采用管束式，膜组件3长度均优选为5m。

膜系统按实际需要确定膜单元10的个数，膜系统中的种类包括以下四种基础膜单元10中的一种或几种任意组合，个数至少为一个：①聚二甲基硅氧烷膜单元，膜管31的数量一般为200～500根，膜管31规格内径3～5mm，管壁厚度1～2mm；②聚甲基乙烯基硅氧烷膜单元，膜管31的数量一般为200～500根，膜管31规格内径3～5mm，管壁厚度1～2mm；③聚苯基甲氧基硅氧烷膜单元，膜管31的数量一般为200～500根，膜管31的规格内径3～5mm，管壁厚度1～2mm；④三元乙丙橡胶膜单元，膜管31的数量一般为200～600根，膜管31的规格膜管规格内径5～7mm，管壁厚度1～2mm。

本发明方法包括以下步骤：

(a)在若干个串联的膜单元10内分别通入萃取液，萃取液为NaOH溶液，萃取液的pH值为8～10；将混有有机物的高盐废水经过预处理后，以25～60L/h的流量泵入组合膜系统，经过膜单元10内设置的若干根膜管31进行分离有机物；其中废水中的总盐质量分数在1％以上，有机物浓度在500～1200mg/L，若有机物浓度下降或上升，可以减少或增加膜单元个数以及膜组件3的数目；预处理是指过滤和沉降等。

(b)有机物依次透过膜单元10内膜管31的管壁进入萃取液，去除有机物的高盐废水经过膜管31流出，完成组合膜分步萃取高盐废水中混合的有机物。

本发明连续运行24～36h，运行一段时间后，膜管31内的盐离子等保留在管状膜内部，通过膜内部通道进入循环再利用体系。膜外有机物通过进入生物相用常规生物法处理后排放。

具体实施案例：

实施例1、某化工厂有机酸废水处理：

该企业废水中主要含有甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸及芳香酸。浓度均在1000mg/L左右，原废水中的盐含量约为6％。无法用常规生物法进行处理。参见图4，本发明中将该废水进行预处理后，直接泵入膜萃取系统，流量控制为40L/h，温度为室温。膜单元10依次选为聚二甲基硅氧烷膜单元，包括20个膜组件3，其中膜管31的规格为3mm(内径)×5mm(外径)，即壁厚为2mm，长度为5m，总数目400根；聚甲基乙烯基硅氧烷膜单元，包括20个膜组件3，其中膜管31的规格为3mm(内径)×5mm(外径)、长度为5m、总数目400根；以及三元乙丙橡胶膜单元，包括16个膜组件3，其中膜管31的规格为6mm(内径)×8mm(外径)、长度为5m、总数目320根，按照膜单元结构简图3组装膜组件，按照图2组装膜单元，然后按照膜系统简图1将膜单元10串联，聚二甲基硅氧烷膜单元中萃取液采用PH＝8碱液萃取，搅拌装置使得萃取液混合均匀，聚甲基乙烯基硅氧烷膜单元中萃取液PH＝9，三元乙丙橡胶膜单元中萃取液PH＝9，废水在各膜单元10间连续运行后由于有机酸渗出使得萃取液PH降为7-8，检测膜渗透率约为95％，膜管31内废水中有机酸含量降到不足5％，达到盐水回用要求，萃取液通过泵送入生物反应装置，经过生物系统处理有机酸去除率达到93％左右。

实施例2、某化工厂有机废水处理

该企业废水中主要含有酚类化合物、有机酸类化合物，及少量的酯类化合物和芳香烃。浓度在1200mg/L，原废水中的盐含量约为8％。将该废水进行预处理后，泵入膜萃取系统，流量控制为60L/h，温度为20℃。膜材料依次选为聚二甲基硅氧烷膜单元，包括25个膜组件3，其中膜管31的规格为3mm(内径)×5mm(外径)、长度为5m、总数目500根；聚甲基乙烯基硅氧烷膜单元，包括25个膜组件3，其中膜管31的规格为3mm(内径)×5mm(外径)、长度为5m、总数目500根；聚苯基甲氧基硅氧烷膜单元，包括25个膜组件3，其中膜管31的规格为3mm(内径)×5mm(外径)、长度为5m、总数目500根；以及三元乙丙橡胶膜单元，包括30个膜组件3，其中膜管31的规格为6mm(内径)×8mm(外径)、长度为5m、总数目600根，按照膜单元结构简图三组装膜组件，按照图2组装膜单元10，然后按照膜系统图1将膜单元10串联，其中聚二甲基硅氧烷膜单元中萃取液采用PH＝10碱液萃取，搅拌装置使得萃取液混合均匀，主要用于去除酚类化合物，聚甲基乙烯基硅氧烷膜单元及聚苯基甲氧基硅氧烷膜单元中萃取液PH＝9，主要用于去除小分子有机酸及酯类化合物，三元乙丙橡胶膜单元中萃取液PH＝10，主要去除芳香酸类化合物。系统运行36h后，检测各类化合物去除率约为96％，膜管内废水中有机物含量降到不足4％，达到盐水回用要求，萃取液通过泵送入生物反应装置，经过生物系统处理有机酸去除率达到95％左右。

实施例3、某化工厂有机废水处理：

该企业废水中主要含有甲基橙、苯甲酸及邻甲基苯甲酸。浓度均在500mg/L左右，原废水中的盐含量约为10％。无法用常规生物法进行处理。本发明中将该废水进行预处理后，直接泵入膜萃取系统，流量控制为25L/h，温度为40℃。膜单元10为四个串联的聚二甲基硅氧烷膜单元，每个聚二甲基硅氧烷膜单元均包括10个膜组件3，其中膜管31的规格为5mm(内径)×6mm(外径)、长度为5m，总数目200根；组装膜组件3和膜单元10，然后将膜单元10串联，聚二甲基硅氧烷膜单元中萃取液采用PH＝8的碱液萃取，废水在各膜单元10间连续运行后由于有机酸渗出使得萃取液PH降为7～8，检测膜渗透率约为98％，膜管31内废水中有机酸含量降到不足3％，达到盐水回用要求，萃取液通过泵送入生物反应装置，经过生物系统处理有机酸去除率达到96％左右。

实施例4

实验采用甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸及芳香酸(对氨基苯甲酸、对羟基苯甲酸)，分别配置成浓度为1000mg/L的溶液，然后采用一个聚二甲基硅氧烷膜单元、一个聚甲基乙烯基硅氧烷膜单元和一个三元乙丙橡胶膜单元串联，其中，前两者均包括15个膜组件3，膜管31的规格为4mm(内径)×6mm(外径)，长度为5m，总数目300根；三元乙丙橡胶膜单元包括20个膜组件3，其中膜管31的规格为5mm(内径)×7mm(外径)、长度为5m、总数目400根，其它操作及条件与实施例1相同，进行处理，对甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸及芳香酸的去除率为96％。

实施例5

实验采用苯酚、间甲基苯甲酸、4-氨基水杨酸，分别配置成浓度为1000mg/L的溶液，然后采用一个聚二甲基硅氧烷膜单元、一个聚甲基乙烯基硅氧烷膜单元、一个聚苯基甲氧基硅氧烷膜单元和一个三元乙丙橡胶膜单元串联，其中前三个膜单元均包括18个膜组件3，其中膜管31的规格为4mm(内径)×5mm(外径)、长度为5m、总数目360根；三元乙丙橡胶膜单元包括10个膜组件3，其中膜管31的规格为7mm(内径)×9mm(外径)、长度为5m、总数目200根，其它操作及条件与实施例2相同，进行处理，去除率达到95％。

本发明根据废水中特定成分选择高效耐用的疏水膜，组成膜组件3，膜组件3内膜管31采用并联形式，然后将膜组件31组合成膜单元10。根据废水中不同成分选取膜单元10并将膜单元10组合设计成高效的膜系统，分步将有机物从高盐有机废水中分离出来。本发明选用的膜管31适用的有机物种类见表1。

表1 选用的膜材料及适用有机物

本发明提供了一种萃取高盐有机废水中有机物的方法和装置，高效组合膜分步渗透萃取，在各膜单元10通过调控膜组件31个数来调控膜面积，反应器中管内相为高盐有机废水，管外相为萃取液，萃取液根据各单元萃取的有机物性质来控制萃取条件，即根据各单元主要萃取的有机物性质选择萃取液pH值，然后根据废水中有机物种类选取膜单元10串联起来，废水在膜管31内不断循环流动，温度控制为20～40℃，经过一段时间处理后，萃取出的有机物可经生物处理达标排放。

Claims (10)

1.一种组合膜分步萃取高盐废水中混合有机物的装置，其特征在于：包括若干个膜单元(10)，每个膜单元(10)均包括外筒(1)和以及用于分离高盐废水中有机物的若干个膜组件(3)；

外筒(1)两端分别设置入口和出口，外筒(1)相互串联且第一个膜单元(10)的外筒入口为料液进口(7)，最后一个膜单元(10)的外筒出口为料液出口(8)；外筒(1)内设置有两块与其轴线垂直的盖板(2)，外筒(1)与两块盖板(2)之间均为密封配合，形成位于两块盖板(2)之间的萃取区，萃取区的外筒筒壁上设置萃取液进水口(4)和萃取液出水口(5)；

膜组件(3)同轴安装在两块盖板(2)之间的萃取区内，包括若干根并联的膜管(31)，膜管(31)的两端分别穿过两块盖板(2)与外筒(1)的入口和出口相连通。

2.根据权利要求1所述的一种组合膜分步萃取高盐废水中混合有机物的装置，其特征在于：膜单元(10)包括聚二甲基硅氧烷膜单元、聚甲基乙烯基硅氧烷膜单元、聚苯基甲氧基硅氧烷膜单元和三元乙丙橡胶膜单元中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的一种组合膜分步萃取高盐废水中混合有机物的装置，其特征在于：在聚二甲基硅氧烷膜单元、聚甲基乙烯基硅氧烷膜单元和聚苯基甲氧基硅氧烷膜单元中，膜管(31)的数量均为200～500根，膜管(31)的内径均为3～5mm，膜管(31)的管壁厚度为1～2mm。

4.根据权利要求2所述的一种组合膜分步萃取高盐废水中混合有机物的装置，其特征在于：在三元乙丙橡胶膜单元中，膜管(31)的数量均为200～600根，膜管(31)的内径均为5～7mm，膜管(31)的管壁厚度为1～2mm。

5.根据权利要求1所述的一种组合膜分步萃取高盐废水中混合有机物的装置，其特征在于：每个膜组件(3)均由20根膜管(31)组成。

6.根据权利要求1所述的一种组合膜分步萃取高盐废水中混合有机物的装置，其特征在于：每个膜组件(3)还包括两个分别与盖板(2)内侧相贴合的固定板(33)，膜管(31)的两端均分别穿过固定板(33)和盖板(2)，其中，膜管(31)和固定板(33)之间设置有用于密封的封头(32)，封头(32)为环氧树脂；两个固定板(33)之间安装有与膜管(31)相平行的固定轴(34)，固定轴(34)的端部分别固定安装在盖板(2)上。

7.根据权利要求1所述的一种组合膜分步萃取高盐废水中混合有机物的装置，其特征在于：外筒(1)通过连接管(6)串联，连接管(6)采用PE管；料液出口(8)连接排放系统或循环再利用系统，萃取液出水口(5)连接生物处理系统。

8.根据权利要求1所述的一种组合膜分步萃取高盐废水中混合有机物的装置，其特征在于：萃取区的外筒筒壁内侧安装若干个搅拌器(9)。

9.一种利用权利要求1所述的装置分步萃取高盐废水中混合有机物的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)在若干个串联的膜单元(10)内分别通入萃取液，将混有有机物的高盐废水经过预处理后通入膜单元(10)内设置的若干根膜管(31)；

(b)有机物依次透过膜单元(10)内膜管(31)的管壁进入萃取液，去除有机物的高盐废水经过膜管(31)流出，完成组合膜分步萃取高盐废水中混合的有机物。

10.根据权利要求9所述的分步萃取高盐废水中混合有机物的方法，其特征在于：萃取液为NaOH溶液，萃取液的pH值为8～10；混有有机物的高盐废水通入膜单元(10)内的流量为25～60L/h。