CN106237649B - 一种膜蒸馏结晶处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种膜蒸馏结晶处理装置及方法，所述装置包括：加热装置A，用于加热原水；结晶池，所述结晶池的进水口与所述加热装置A的出水口连接，所述结晶池内分别设有加热装置B、搅拌装置和膜组件，其中，所述加热装置B和搅拌装置分别位于所述结晶池的底部，所述膜组件位于所述加热装置B和搅拌装置的上方；产水池，所述膜组件的顶端通过冷凝器连接所述产水池；沉淀池，所述结晶池的底部出水口连接所述沉淀池的进水口；所述沉淀池底部排放口连接结晶盐收集池；所述沉淀池顶部的上清液出水口与所述加热装置A的进水管道连接。本发明所述膜蒸馏结晶处理装置，采用蒸馏浓缩与结晶一体化处理装置，有利于防止膜污染和降低运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜蒸馏结晶处理装置及方法，属于水溶液浓缩结晶技术领域。
背景技术
膜蒸馏技术是一种高效的膜分离技术。膜蒸馏过程是以疏水性膜为分离介质，通过控制温度，对热侧溶液进行加热升温，使溶液中的水挥发成水蒸气并进入膜孔，水蒸气在膜两侧蒸气压差的推动下穿过膜孔到达膜的另一侧，然后经过一定的冷却方式重新冷凝为液态水。由于膜的疏水性，溶液中的液态水和其他水溶性物质被截留，从而实现热侧溶液的浓缩过程。采用膜蒸馏浓缩除盐时，对绝大多数盐类和其他非挥发性物质都有接近100％截留效率，而且膜蒸馏操作条件温和，不需要将溶液加热至沸腾。此外，与反渗透相比，溶液中含盐量的变化对膜通量影响较小，膜蒸馏可以在极高含盐量时正常运行(含盐量可大于25％)，而且膜蒸馏可以在常压下运行，不需要高压条件。由于膜蒸馏的分离特性及其固有优点，该技术在废水处理、海水淡化、化工分离、果汁浓缩等方面具有广泛的研究应用。
由于膜蒸馏技术浓缩处理含盐水溶液时，产水通量不受渗透压影响，因此，理论上膜蒸馏工艺可以将溶液中的含盐量浓缩至过饱和状态，因此可以将膜蒸馏与蒸发结晶工艺联合起来，形成膜蒸馏结晶组合工艺。一般在膜蒸馏结晶工艺中，首先通过膜蒸馏系统将溶液浓缩至过饱和状态，然后将过饱和溶液排出膜蒸馏系统，在膜蒸馏系统外的反应池内进行结晶析出反应。这种方法必须要把原溶液浓缩至过饱和状态，因此在膜蒸馏系统内溶解盐容易提前析出晶体并引起膜污染，加大了控制难度和运行成本。
因此，为了避免膜污染，降低运行成本，需开发出新型一体化膜蒸馏结晶处理装置及方法，有利于提高膜蒸馏结晶技术的实用性。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种膜蒸馏结晶处理装置及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种膜蒸馏结晶处理装置，包括：
加热装置A，用于加热原水；
结晶池，所述结晶池的进水口与所述加热装置A的出水口连接，所述结晶池内分别设有加热装置B、搅拌装置和膜组件，其中，所述加热装置B和搅拌装置分别位于所述结晶池的底部，所述膜组件位于所述加热装置B和搅拌装置的上方；
产水池，所述膜组件的顶端通过冷凝器连接所述产水池；
沉淀池，所述结晶池的底部出水口连接所述沉淀池的进水口；所述沉淀池底部排放口连接结晶盐收集池；所述沉淀池顶部的上清液出水口与所述加热装置A的进水管道连接。
进一步的，所述膜蒸馏结晶处理装置还包括预处理装置，所述加热装置A的进水口与所述预处理装置的出水口连接。
进一步的，所述预处理装置为过滤器、沉淀池、氧化池、脱气池或消毒池的一种或几种，为满足后续蒸馏浓缩结晶处理，所述预处理装置可完成去除悬浮物、重金属和有机物，也可完成分盐或预浓缩的一种或几种处理工艺。
进一步的，所述加热装置A为余热换热器、电加热器或蒸汽加热器。
优选的，所述加热装置A为余热换热器，所述余热换热器所使用余热为热烟气或热水的热量。
进一步的，所述膜组件浸没在所述结晶池的液面下。
进一步的，所述膜组件为中空纤维式膜组件。
进一步的，所述膜组件为平板式膜组件。
进一步的，所述膜蒸馏结晶处理装置还包括自动控制装置，其用于控制所述结晶池内溶液的进水流速，以使得结晶池内的溶液不溢出，同时膜组件处于浸没状态。
进一步的，所述加热装置B连接温度控制装置。
一种所述的膜蒸馏结晶处理装置进行膜蒸馏结晶处理方法，包括以下步骤：
步骤1，原水进入预处理装置，经过预处理后进入加热装置A；
步骤2，经所述加热装置A加热后的液体由结晶池的顶端的进水口进入结晶池内，开启加热装置B、搅拌装置和膜组件，使得结晶池内的液体恒温，通过所述膜组件蒸馏产水，所述膜组件顶部产生的水蒸气经所述冷凝器冷凝后进入产水池；
步骤3，所述结晶池内的溶液不断浓缩，当所述结晶池内的溶液浓缩至饱和时，向所述结晶池内投加所述溶液中溶解盐的相应晶种，溶液继续浓缩，溶液中过饱和的溶解盐逐渐析出，晶种体积不断长大为结晶盐，所述结晶池内得到混合液；
步骤4，当所述结晶池内结晶盐质量浓度增加至2％～10％，所述混合液由结晶池底部出水口排放至所述沉淀池；
步骤5，进入所述沉淀池内的混合液中析出的结晶盐在重力作用下沉淀并排入结晶盐收集池，所述沉淀池内上清液回流到所述加热装置A前重新加热，再进行膜蒸馏结晶处理。
进一步的，所述膜组件的运行方式为抽真空式、直接接触式、空气隙式或气扫式膜蒸馏运行方式。
优选的，所述膜组件运行方式为抽真空式膜蒸馏运行方式。
本发明的有益效果为：
本发明中原水首先经过预处理装置，预处理装置出水经过加热后进入结晶池，在结晶池内，膜组件浸没在水溶液中，同时结晶池内设有搅拌装置，运行时结晶池内水溶液不断被浓缩，当水溶液被浓缩达到过饱和时，向结晶池中投加相应晶种，然后过饱和的溶液中溶解盐不断被析出。结晶池排放混合液进入沉淀池，在沉淀池内得到结晶盐沉淀，沉淀池上清液回流到加热器前与原水混合，升温后重复膜蒸馏结晶处理。本发明所述膜蒸馏结晶处理装置，采用蒸馏浓缩与结晶一体化处理装置，可有效避免结晶池中出现过饱和状态，有利于防止膜污染和降低运行成本，同时避免分体式系统设计，可以减少占地面积，便于操作运行。
附图说明
图1为本发明所述膜蒸馏结晶处理装置的结构示意图；
其中，1-预处理装置，2-加热装置A，3-结晶池，4-膜组件，5-冷凝器，6-产水池，7-加热装置B，8-搅拌装置，9-沉淀池，10-结晶盐收集池。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种膜蒸馏结晶处理装置，如图1所示，包括：
预处理装置1，所述预处理装置1可为过滤器、沉淀池、氧化池、脱气池或消毒池的一种或几种。
加热装置A2，用于加热原水，所述加热装置A2的进水口与所述预处理装置1的出水口连接；所述加热装置A2为余热换热器、电加热器或蒸汽加热器，优选为余热换热器，所述余热换热器所使用余热为热烟气或热水的热量。
结晶池3，所述结晶池3的进水口与所述加热装置A2的出水口连接，所述结晶池3内分别设有加热装置B7、搅拌装置8和膜组件4，其中，所述加热装置B7和搅拌装置8分别位于所述结晶池3的底部，所述膜组件4位于所述加热装置B7和搅拌装置8的上方；所述膜组件4采用浸没式运行方式，其浸没在所述结晶池3的液面下。所述膜组件4为中空纤维式膜组件或平板式膜组件。
产水池6，所述膜组件4的顶端通过冷凝器5连接所述产水池6；
沉淀池9，所述结晶池3的底部出水口连接所述沉淀池9的进水口；所述沉淀池9底部排放口连接结晶盐收集池10；所述沉淀池9顶部的上清液出水口与所述加热装置A2的进水管道连接。
所述膜蒸馏结晶处理装置还包括自动控制装置，其用于控制所述结晶池3内溶液的进水流速，以使得结晶池3内的溶液不溢出，同时膜组件处于浸没状态。所述加热装置B7连接温度控制装置。
一种利用所述的膜蒸馏结晶处理装置进行膜蒸馏结晶处理方法，包括以下步骤：
步骤1，原水进入预处理装置1，经过预处理后进入加热装置A2；
步骤2，经所述加热装置A2加热后的液体由结晶池3的顶端的进水口进入结晶池3内，开启加热装置B7、搅拌装置8和膜组件4，使得结晶池3内的液体恒温，通过所述膜组件4蒸馏产水，所述膜组件4顶部产生的水蒸气经所述冷凝器5冷凝后进入产水池6；
步骤3，所述结晶池3内的溶液不断浓缩，当所述结晶池3内的溶液浓缩至饱和时，向所述结晶池3内投加所述溶液中溶解盐的相应晶种，溶液继续浓缩，溶液中过饱和的溶解盐逐渐析出，晶种体积不断长大为结晶盐，所述结晶池3内得到混合液；
步骤4，当所述结晶池3内结晶盐质量浓度增加至2％～10％，所述混合液由结晶池3底部出水口排放至所述沉淀池9；
步骤5，进入所述沉淀池9内的混合液中析出的结晶盐在重力作用下沉淀并排入结晶盐收集池10，所述沉淀池9内上清液回流到所述加热装置A2前重新加热，再进行膜蒸馏结晶处理。
所述膜组件4的运行方式为抽真空式、直接接触式、空气隙式或气扫式膜蒸馏运行方式，优选为抽真空式膜蒸馏运行方式。
实施例1
以分析纯碳酸氢钠为原料试剂，以纯净水为溶剂，配制质量分数为5％的碳酸氢钠水溶液即原水10L。由于所述水溶液中不含悬浮物、有机物等杂质，因此本实施例中未设置预处理装置。实施例中采用的膜蒸馏工艺为真空膜蒸馏工艺，即膜组件运行方式为抽真空式膜蒸馏运行方式。
原水经过加热装置A加热至60℃，然后由结晶池的顶端进入结晶池中，当水溶液将膜组件浸没后，打开膜组件和搅拌装置，通过膜组件的运行，结晶池内的碳酸氢钠水溶液不断被浓缩，膜组件产生的水蒸气通过冷凝器冷凝后进行收集，同时通过自动控制装置，控制结晶池内原水的进水流速，保证结晶池内的水溶液不会溢出，同时保证膜组件处于浸没状态。此外，通过温度控制装置控制结晶池内加热装置B，使结晶池内温度保持在60±0.5℃。
当结晶池内碳酸氢钠水溶液浓缩至接近饱和时(碳酸氢钠质量分数约14％)，向池内投加碳酸氢钠晶种，使晶种质量浓度达到2％，继续浓缩溶液，使溶液中过饱和的碳酸氢钠逐渐析出，晶种体积不断长大为结晶盐，结晶池内得到混合液。随着结晶池内水溶液不断浓缩，结晶池内结晶盐质量浓度增加至4％时，由结晶池的底部排放部分混合液至沉淀池。在沉淀池中，结晶盐颗粒在重力作用下沉淀并排入结晶盐收集池，上清液回流到加热装置A前重新加热，进行下一个膜蒸馏浓缩结晶处理过程，直至原水完全蒸发结晶，产生蒸馏水和结晶盐。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种利用膜蒸馏结晶处理装置进行膜蒸馏结晶处理方法，其特征在于，所述膜蒸馏结晶处理装置包括：
加热装置A(2)，用于加热原水；
结晶池(3)，所述结晶池(3)的进水口与所述加热装置A(2)的出水口连接，所述结晶池(3)内分别设有加热装置B(7)、搅拌装置(8)和膜组件(4)，其中，所述加热装置B(7)和搅拌装置(8)分别位于所述结晶池(3)的底部，所述膜组件(4)位于所述加热装置B(7)和搅拌装置(8)的上方；所述膜组件(4)浸没在所述结晶池(3)的液面下；
产水池(6)，所述膜组件(4)的顶端通过冷凝器(5)连接所述产水池(6)；
沉淀池(9)，所述结晶池(3)的底部出水口连接所述沉淀池(9)的进水口；所述沉淀池(9)底部排放口连接结晶盐收集池(10)；所述沉淀池(9)顶部的上清液出水口与所述加热装置A(2)的进水管道连接；
自动控制装置，所述自动控制装置控制所述结晶池(3)内溶液的进水流速，以使得结晶池(3)内的溶液不溢出，同时膜组件处于浸没状态；
利用所述膜蒸馏结晶处理装置进行膜蒸馏结晶处理方法，包括以下步骤：
步骤1，原水进入预处理装置(1)，经过预处理后进入加热装置A(2)；
步骤2，经所述加热装置A(2)加热后的溶液由结晶池(3)的顶端的进水口进入结晶池(3)内，开启加热装置B(7)、搅拌装置(8)和膜组件(4)，使得结晶池(3)内的溶液恒温，通过所述膜组件(4)蒸馏产水，所述膜组件(4)顶部产生的水蒸气经所述冷凝器(5)冷凝后进入产水池(6)；
步骤3，所述结晶池(3)内的溶液不断浓缩，当所述结晶池(3)内的溶液浓缩至饱和时，向所述结晶池(3)内投加所述溶液中溶解盐的相应晶种，溶液继续浓缩，溶液中过饱和的溶解盐逐渐析出，晶种体积不断长大为结晶盐，所述结晶池(3)内得到混合液；
步骤4，当所述结晶池(3)内结晶盐质量浓度增加至2％～10％，所述混合液由结晶池(3)底部出水口排放至所述沉淀池(9)；
步骤5，进入所述沉淀池(9)内的混合液中析出的结晶盐在重力作用下沉淀并排入结晶盐收集池(10)，所述沉淀池(9)内上清液回流到所述加热装置A(2)前重新加热，再进行膜蒸馏结晶处理。
2.根据权利要求1所述的膜蒸馏结晶处理方法，其特征在于，所述膜蒸馏结晶处理装置还包括预处理装置(1)，所述加热装置A(2)的进水口与所述预处理装置(1)的出水口连接。
3.根据权利要求2所述的膜蒸馏结晶处理方法，其特征在于，所述预处理装置(1)为过滤器、沉淀池、氧化池、脱气池或消毒池的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的膜蒸馏结晶处理方法，其特征在于，所述加热装置A(2)为余热换热器、电加热器或蒸汽加热器。
5.根据权利要求1所述的膜蒸馏结晶处理方法，其特征在于，所述膜组件(4)为中空纤维式膜组件或平板式膜组件。
6.根据权利要求1所述的膜蒸馏结晶处理方法，其特征在于，所述加热装置B(7)连接温度控制装置。
7.根据权利要求1所述的膜蒸馏结晶处理方法，其特征在于，所述膜组件(4)的运行方式为抽真空式膜蒸馏运行方式。
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