CN106430421A

CN106430421A - 膜蒸馏系统及膜蒸馏方法

Info

Publication number: CN106430421A
Application number: CN201610873842.7A
Authority: CN
Inventors: 陈�峰; 刘洪涛; 李金刚; 杨彩云; 高宝平
Original assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2017-02-22

Abstract

本发明提供了一种膜蒸馏系统，包括进料装置和膜组件，以及与膜组件连接的产水装置，还包括设置在从进料装置通向膜组件的进料液管上的扰动模块，其中，膜组件包括相互并联和/或串联的多个单支膜。本发明的目的在于提供一种无需对膜组件内部进行改造即可消除浓差极化现象的膜蒸馏系统。本发明还提供了一种膜蒸馏方法。

Description

膜蒸馏系统及膜蒸馏方法

技术领域

本发明涉及一种废水的处理装置，更具体地，涉及一种膜蒸馏系统及膜蒸馏方法。

背景技术

膜蒸馏(Membrane distillation，MD)过程是将膜技术与传统蒸馏技术结合的膜分离过程，是一种新型分离技术，它以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸气压差的作用下，料液中挥发性组分以蒸气形式透过膜孔，从而实现分离的目的。与其他常用分离过程相比，膜蒸馏具有分离效率高、操作条件温和、对膜与原料液间相互作用及膜的机械性能要求不高等优点。基于膜蒸馏所用的微孔疏水膜的传质机理，膜蒸馏的抗污染能力较强，但也不可避免地形成膜污染，膜蒸馏所用微孔疏水膜的污染主要为膜面污染，膜孔内污染相对较少。与渗透汽化过程一样，膜蒸馏是热量和质量同时传递的过程，是有相变的膜过程，传质推动力为膜两侧透过组分的蒸气压差，温差极化与浓差极化现象也会同时产生，从而对膜蒸馏的过程产生不利影响，因此要尽量避免或降低温差极化与浓差极化现象。

避免或降低膜污染、温差极化、浓差极化等的常规做法是采用循环系统，使热的进料液循环流动起来，便于在膜表面形成流场，但是针对大规模的膜蒸馏工艺而言，循环系统的能耗较高，造成水处理的经济成本较高。

消除浓差极化现象的其他方法还有在膜组件内进行扰动的方法。中国专利：膜蒸馏系统，申请公布号：CN 105642120 A，申请号201610090763.9，提出一种膜蒸馏的扰动方式，主要为膜组件内部的扰动，扰动方式为鼓入空气或者采用超声波进行扰动，该扰动方式需要对膜组件内部进行改造，额外增加扰动装置，增加了设备施工难度和水处理成本。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种无需对膜组件内部进行改造即可消除浓差极化现象的膜蒸馏系统。

本发明的一方面提供了一种膜蒸馏系统，包括进料装置和膜组件，以及与膜组件连接的产水装置，还包括设置在从进料装置通向膜组件的进料液管上的扰动模块，其中，膜组件包括相互并联和/或串联的多个单支膜。

根据本发明，扰动模块包括设置在进料液管上的气液混合装置、与气液混合装置连接的扰动装置；其中，扰动装置用于向气液混合装置提供扰动气体。

根据本发明，气液混合装置的进气端设置有只允许扰动气体通过而不允许进料液通过的第一单向组件，气液混合装置的进料端设置有只允许进料液通过而不允许扰动气体通过的第二单向组件。

根据本发明，第一单向组件和第二单向组件构造为止回阀和单向材料中的一种或两种。

根据本发明，气液混合装置的出口端和/或进气端设置有滤网。

根据本发明，多个单支膜相对于水平面的倾角为0～90°。

本发明的另一方面还提供一种膜蒸馏方法，包括如下步骤：

S10，将进料装置中的进料液输入进料管道中；

S20，将进料液在进入膜组件之前的进料管道中与来自扰动模块的扰动气体混合；

S30，与扰动气体混合的进料液在包括相互并联和/或串联的多个单支膜的膜组件中进行膜蒸馏。

根据本发明，进料液与扰动气体混合的位置处于每个单支膜的进料液支管上或者处于膜组件的进料液总管上。

根据本发明，在如下情况时，进料液与扰动气体混合的位置处于膜组件的进料液总管上：

膜组件中所含的各个单支膜内进料液的参数均相同时；或者

膜组件中所含的多个单支膜的连接方式均为串联或者均为并联时；或者

膜组件中所含的单支膜的个数≤4时；

在如下情况时，进料液与扰动气体混合的位置处于每个单支膜的进料液支管上：

膜组件中所含的各个单支膜内进料液的参数不同时；或者

膜组件中所含的多个单支膜的连接方式同时存在串联和并联时。

根据本发明，随着进料液的流量或盐浓度值的增加，通过扰动模块的扰动装置呈梯度增加扰动气体的气体流量。

根据本发明，扰动气体的扰动气量的增加方式为：

当0＜进料液的盐浓度值≤5％时，气水比值为：0.2～0.5；

当5％＜进料液的盐浓度值≤10％时，气水比值为：0.5～0.8；

当10％＜进料液的盐浓度值≤15％时，气水比值为：0.8～1.0；

当进料液的盐浓度值在＞15％时，气水比值为：1.0～1.2。

根据本发明，通过扰动模块的扰动装置设定扰动气体的加入方式，加入方式包括连续式扰动和/或间歇式扰动。

根据本发明，在如下情形时采用连续式扰动：

当进料液的盐浓度值＞20％时；或者

当进料液中摩尔质量＞70g/mol的离子含量浓度值之和＞10000mg/L时；或者

当15％＜进料液的盐浓度值≤20％时，且进料液中摩尔质量＞70g/mol的离子含量浓度值之和在5000～10000mg/L时；

根据本发明，在如下情形时采用间歇式扰动：

当进料液的盐浓度值＜15％时；或者

当15％＜进料液的盐浓度值≤20％时，且摩尔质量＞70g/mol的离子含量浓度值之和＜5000mg/L时。

根据本发明，间歇式扰动中扰动气体的扰动频率和扰动时间随着进料液的盐浓度值的增加而呈梯度增加。

根据本发明，间歇式扰动中扰动气体的扰动频率和扰动时间设定为：

当0＜进料液的盐浓度值≤5％时，扰动频率为0.5～1次/min，扰动时间为2～4s/次；

当5％＜进料液的盐浓度值≤10％时，扰动频率为1～2次/min，扰动时间为3～5s/次；

当10％＜进料液的盐浓度值≤15％时，扰动频率为2～5次/min，扰动时间为4～6s/次；

当15％＜进料液的盐浓度值≤20％时，且离子SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、SiO₃ ^2-含量浓度值之和＜5000mg/L时，扰动频率为3～5次/min，扰动时间为5～10s/次。

根据本发明，摩尔质量＞70g/mol的离子包括SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、SiO₃ ^2-中的一种或几种。

本发明的有益技术效果在于：

本发明提供的膜蒸馏系统，在进料装置和膜组件之间的进料液管道上采用外接扰动模块进行鼓气扰动的方法，与传统的扰动方式相比，实现了降低浓差极化现象的同时，没有对膜组件的内部构造进行额外的改造，提高了膜蒸馏系统的使用稳定性，同时也降低了膜蒸馏系统的使用难度和使用成本。

附图说明

图1是本发明的膜蒸馏系统的第一实施例的示意图。

图2是膜蒸馏系统的气液混合装置的第一实施例的示意图。

图3是膜蒸馏系统的气液混合装置的第二实施例的示意图。

图4是本发明的膜蒸馏系统的第二实施例的示意图。

图5是本发明的膜蒸馏系统的第三实施例的示意图。

图6是本发明的膜蒸馏系统的第四实施例的示意图。

图7是本发明的膜蒸馏系统的第五实施例的示意图。

图8是本发明的膜蒸馏系统的第六实施例的示意图。

具体实施方式

参考附图公开示出的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅为可以以各种和替代形式显示的实施例。附图未必按比例绘制，并且可能放大或缩小一些特征来显示特定部件的细节。所公开的具体结构和功能性细节不应解释为限制，而是作为用于教导本领域技术人员如何实践本公开的代表性基础。

本发明总构思为，提出一种降低浓差极化现象的膜蒸馏系统与膜蒸馏方法，通过在装置中的膜组件外部的进料液管道上设置扰动模块，相应的工艺改进点为在进入膜组件之前的进料液中加入扰动气体进行扰动，使得浓差极化现象得到降低，同时无需对膜组件内部进行改造，降低了设备施工难度和水处理成本，提高了系统的稳定性，同时也降低了系统能耗。

参考图1，本发明的一方面提供了一种膜蒸馏系统，包括进料装置2和膜组件1，以及与膜组件1连接的产水装置5，还包括设置在从进料装置2通向膜组件1的进料液管7上的扰动模块8，其中，膜组件1包括相互并联和/或串联的多个单支膜11。从进料装置2通向膜组件1的进料液管7包括每个单支膜11的进料液支管和膜组件1的进料液总管。

具体而言，如本发明的第一实施例所示，本发明的膜蒸馏系统由膜组件1、进料装置2、扰动装置3、冷却装置4、产水装置5、气液混合装置6等组成；膜组件1由若干单支膜构成，如图1所示，四支单支膜并联组成膜组件1，每支膜底端有料液进口ai(i为1、2、3、4)，上端有料液出口ci(i为1、2、3、4)，在单支膜底端料液进口ai的前端进料液管路上设有扰动气体进口bi(i为1、2、3、4)和气液混合装置6。膜组件1是膜蒸馏系统的主要组成部分，作用是使进料液a产生蒸气并分离出来；进料装置2的作用是使热的进料液a循环进入膜组件1；扰动装置3的作用是提供一定的扰动气体b进入膜组件1，消除或降低膜表面的浓差极化现象；冷却装置4的作用是冷却膜组件1内产生的蒸气；产水装置5的作用是收集由膜组件1内排出的冷凝水；气液混合装置6的作用是使扰动气体b和进料液a充分混合；

串联的优势是：达到相同的单位膜面积进料液流量，所需的进料液总流量低，电消耗少；不足是：沿着进料液的流动方向，越靠后的膜组件，温度越低，膜通量越低，产水越少。

并联的优势是：与串联相比，可以减缓温度降低速率，提高膜通量及产水量。但是并联不足之处是：与串联相比，相同的单位膜面积进料液流量，所需的进料液总流量高，电消耗高。

本发明提供的膜蒸馏系统，在进料装置2和膜组件1之间的进料液管7上采用外接扰动模块8进行鼓气扰动的方法，与传统的扰动方式相比，实现了降低浓差极化现象的同时，没有对膜组件的内部构造进行额外的改造，提高了膜蒸馏系统的使用稳定性，同时也降低了膜蒸馏系统的使用难度和使用成本。

继续参照图1，扰动模块8包括设置在进料液管7上的气液混合装置6、与气液混合装置6连接的扰动装置3；其中，扰动装置3用于向气液混合装置6提供扰动气体。

参照图2，气液混合装置6的进气端设置有只允许扰动气体通过而不允许进料液通过的第一单向组件b1，气液混合装置6的进料端设置有只允许进料液通过而不允许扰动气体通过的第二单向组件b2。图2中，a为进料液；c为扰动气体；e为气液混合物。第一单向组件b1和第二单向组件b2构造为止回阀和单向材料中的一种或两种，或者可以在进气端设置其他只允许扰动气体通过而进料液不能通过的材料，在进料端设置其他只允许进料液通过而扰动气体不能通过的材料。单向材料可以包括例如：GORE-TEX薄膜是一种每平方英吋有90亿个极微小细孔的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜，只允许气体通过，而液体不能通过；聚乙烯醇(PVA)薄膜，PVA的分子链上存在大量羟基(-OH)，对液体水分具有较强的透过性，但对氧气、氮气、氢气、氦气、氩气及二氧化碳等具有优越的阻隔性。

参照图3，气液混合装置6的出口端和/或进气端设置有滤网d。

再参照图1，扰动装置3用于向气液混合装置6提供并控制扰动气体c，扰动气体c为惰性气体，例如压缩空气、氮气、二氧化碳等。膜蒸馏系统还包括冷却装置4，冷却装置4与膜组件1构成冷媒介质的循环回路。冷却装置4可以将冷却液体输送至膜组件1内，与蒸气进行热交换，蒸气被冷凝为液态产品输出至产水装置5；冷却装置4还可以设置在膜组件外部，膜组件1产生的蒸气直接输出膜组件1至冷却装置4，冷却为产水输送至产水装置5。

参照图4，多个单支膜11相对于水平面的倾角为0～90°。

优选地，气液混合装置设置在每个单支膜11的进料液管上(参照图1、6、7、8)，或者设置在膜组件1的进料液总管上(参照图4、5)。

参照图1，本发明的另一方面还提供一种膜蒸馏方法，包括如下步骤：

S10，将进料装置2中的进料液输入进料管道中；

S20，将进料液在进入膜组件1之前的进料管道中与来自扰动模块8的扰动气体混合；

S30，与扰动气体混合的进料液在包括相互并联和/或串联的多个单支膜的膜组件1中进行膜蒸馏。

具体而言，本发明的膜蒸馏方法的工艺流程为：热的进料液a由进料装置2经进料液管路输送至膜组件1内各单支膜前端的气液混合装置6内，扰动气体b由扰动装置3通过扰动管路输送至各扰动气体进口bi后进入气液混合装置6内，扰动气体b在气液混合装置6内与进料液a混合后通过料液进口ai一起进入膜组件1内，混合后的气液混合物e在膜组件1内发生相变反应，产生的蒸气透过膜到达膜的另一侧；冷却装置4把冷却液体输送至膜组件1内，与所述的蒸气进行热交换，之后冷却液输出膜组件1后冷却循环继续使用，所述的蒸气被冷凝为液态产品输出至产生装置5内；膜组件1内进料液a发生相变之后的浓缩液经过膜组件1上端的料液出口ci重新汇集输送至进料装置2内继续参与循环。

优选地，进料液与扰动气体混合的位置处于每个单支膜11的进料液支管上或者处于膜组件1的进料液总管上。

具体而言，扰动装置3所提供的扰动气体b的扰动方法如下：

(1)在每支单支膜的进料液管道上加入扰动气体

如图1所示，在每支单支膜的进料液管道上加入扰动气体是指在膜组件1中所含的所有单支膜料液进口ai前端均设置扰动气体进口bi和气液混合装置6；在膜蒸馏过程中，每支膜内均分别通入扰动气体b进行扰动。在单支膜的进料液管道上加入扰动气体的优点是可以根据具体情况，便于对各单支膜的扰动气体b的流量、压力等参数进行控制。由于膜组件1内各单支膜的连接方式和位置的不同，会导致进入各单支膜的进料液a的温度、流量、压力等不尽相同，当进入各单支膜的进料液a参数不同时，产生的浓差极化现象也不同，所以应选择不同的扰动气体b参数，可以通过在单支膜的进料液管道上加入扰动气体来控制各单支膜扰动气体c的参数。

在每支单支膜的进料液管道上加入扰动气体的适用条件是：膜组件1所含各单支膜内进料液a的温度、流量、压力等参数不同时，优选在每支单支膜的进料液管道上加入扰动气体。在每支单支膜的进料液管道上加入扰动气体中每支管路内扰动气体c的参数：流量、压力可以不相等。

当膜组件1所含的单支膜的连接方式为先并联后串联时，每支管路内扰动气体c的气量优选不等，且位于串联后端的单支膜优选较小扰动气量。

当膜组件1所含的单支膜的连接方式为先串联后并联时，每支管路内扰动气体c的气量优选不等，且位于串联后端的单支膜优选较小扰动气量。

(2)在膜组件进料液总管上加入扰动气体

在膜组件进料液总管上加入扰动气体是指扰动气体进口bi和气液混合装置6只有一个，即为扰动气体b在膜组件进料液a总管上的气液混合装置6内混合后再进入膜组件1所含的所有单支膜中。

优选地，在如下情况时进料液与扰动气体混合的位置处于膜组件1的进料液总管上：

膜组件1中所含的各个单支膜11内进料液的参数均相同时；或者

膜组件1中所含的多个单支膜11的连接方式均为串联或者均为并联时；或者

膜组件1中所含的单支膜11的个数≤4时。

优选地，在如下情况进，进料液与扰动气体混合的位置处于每个单支膜11的进料液支管上：

膜组件1中所含的各个单支膜11内进料液的参数不同时；或者

膜组件1中所含的多个单支膜11的连接方式同时存在串联和并联时。也即膜组件1中所含的多个单支膜之间一部分串联而另一部分并联时。

优选地，随着进料液的流量或盐浓度值的增加，通过扰动模块的扰动装置呈梯度增加扰动气体的气体流量。

扰动气体b扰动气量的数值大小用气水比值来衡量，气水比值是指扰动气体b的进气流量与进料液a流量的比值，无量纲。气水比值的大小判定原则如下：总原则：气水量比值根据进料液a盐浓度值的增加而按梯度逐渐递增的原则。

优选地，扰动气体的扰动气量的增加方式为：

当0＜进料液的盐浓度值≤5％时，气水比值为：0.2～0.5；

当5％＜进料液的盐浓度值≤10％时，气水比值为：0.5～0.8；

当10％＜进料液的盐浓度值≤15％时，气水比值为：0.8～1.0；

当进料液的盐浓度值在＞15％时，气水比值为：1.0～1.2。

这是因为：进料液a盐浓度值越高，粘度系数越大，在膜表面的浓差极化程度越大，同时形成浓差极化现象的时间越短；所以一方面，单位时间内需要更多的扰动气体破坏浓差极化现象，另一方面，每次的扰动时间也相应变长。同时，扰动时间和扰动气量也不能无限大，超过一定范围后，会造成能源损失。即根据进料液a盐浓度值的不同来选择不同的气水比值的方法，可以保证消除浓差极化现象的同时尽可能的降低能源消耗。

额外的，膜蒸馏工艺过程中，随着进料液a的不断浓缩，进料液a盐浓度值不断增加，扰动方法可以由前期的在膜组件进料液总管上加入扰动气体变为后期的在单支膜的进料液管道上加入扰动气体，由前期的间歇扰动法变为后期的持续扰动法，扰动气体b的扰动气量也可以随之增加。

优选地，通过扰动模块的扰动装置设定扰动气体的加入方式，加入方式包括连续式扰动和/或间歇式扰动。

根据本发明，在如下情形时采用连续式扰动：

当进料液的盐浓度值＞20％时；或者

当15％＜进料液的盐浓度值≤20％时，且进料液中摩尔质量＞70g/mol的离子含量浓度值之和在5000～10000mg/L时。

连续式扰动是根据进料液a的盐浓度值、摩尔质量较大离子含量等，设定扰动为连续扰动，没有时间间隔的方法。

当浓盐水进料a的盐浓度值足够大时，或者当浓盐水进料液a中摩尔质量较大离子，如SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、SiO₃ ^2-含量较高时，间歇扰动不足以消除浓差极化现象，所以选择连续扰动法进行扰动。

这是因为摩尔质量较大离子，如SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、SiO₃ ^2-，运动的慢，不易被新的溶液稀释，容易形成浓差极化现象。

优选地，在如下情形时采用间歇式扰动：

当进料液的盐浓度值＜15％时；或者

优选地，摩尔质量＞70g/mol的离子包括SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、SiO₃ ^2-中的一种或几种。

间歇式扰动是根据进料液a的盐浓度值等，设定前后两次扰动的时间间隔，即扰动频率；设定每次鼓气时间长短，即扰动时间。扰动气体的扰动频率和扰动时间随着进料液的盐浓度值或摩尔质量＞70g/mol的离子含量的增加而逐渐呈梯度增加。

进料液a盐浓度值越高，粘度系数越大，在膜表面的浓差极化程度越大，同时形成浓差极化现象的时间越短；所以一方面，单位时间内需要更多的扰动气体破坏浓差极化现象，另一方面，每次的扰动时间也相应变长。同时，扰动时间和扰动频率也不能无限大，超过一定范围后，会造成能源损失。即根据进料液a盐浓度值的不同来选择不同的扰动频率、扰动时间，可以保证消除浓差极化现象的同时尽可能的降低能源消耗。

优选地，间歇式扰动中扰动气体的扰动频率和扰动时间设定为：

以下示例性地列出几个实施例以供本领域技术人员参考：

实施例2：

如图4所示。

(1)膜蒸馏系统：

膜蒸馏系统由膜组件1、进料装置2、扰动装置3、冷却装置4、产水装置5、气液混合装置6等构成；管路连接主要有：进料液管路、扰动管路、冷却液管路、产水管路等构成。

膜组件1内所含单支膜个数为4个；膜组件连接方式为：两两分组，分为两组，每组中的两个膜组件串联，两个组之间并联。

(2)进料液a参数及选择：

盐浓度值：3％；摩尔质量较大离子：SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、SiO₃ ^2-含量浓度值之和为4000mg/L；

进料液a的流量为：8m³/h，进料液a的设定温度为：65℃。

(3)工艺参数选择：

根据进料液a参数和膜组件1参数，选择在膜组件进料液总管上加入扰动气体和间歇扰动法，其中：气水比值为0.3，扰动气体b的扰动气量为：2.4m³/h，扰动频率为：0.5次/min，每次扰动时间为：3s/次。

(4)工艺过程：

进料装置2内的进料液a加热至65℃，以8m³/h的流量输送至膜组件1内。

浓缩液返回进料装置2内，同时，循环冷却装置4把冷凝作用的液体输入至膜组件1内，与膜组件1热交换后的冷凝液输出至循环冷却装置4内循环利用。由膜组件1排出的产水注入产水装置5内。

根据单位时间内的产水体积可以计算产水量为：0.20m³/h；产水量随着时间的延长缓慢下降，当产水量下降至0.16m³/h时，开启扰动装置3，设定扰动装置3内的压缩空气的扰动气量为：2.4m³/h，扰动频率为：0.5次/min，每次扰动时间为：3s/次。

扰动气体b与进料液a在气液混合装置6内混合，气液混合物e经膜组件1后，浓缩液返回进料装置2内。其余操作不变。计算产水装置5内的产水量可知，产水量恢复到0.20m³/h。

间歇扰动1小时后，停止扰动；当产水量下降至0.16m³/h时，重复扰动操作步骤。

实施例3：

如图5所示。

(1)膜蒸馏系统

装置设备与实施例1相似，不同之处在于：单支膜连接方式为并联，放置方式具有一定的倾斜角度。

倾斜角度的优点是：进料液a进入膜组件1后，由于单支膜具有倾斜角，膜内进料液a对膜璧的受力不同，在膜璧受力大的地方增加蒸气的透过率，在膜璧受力小的地方降低浓差极化现象。

(2)进料液a参数：

盐浓度值：12％；主要离子：SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、SiO₃ ^2-含量浓度值之和为6000mg/L；

进料液a的流量为：16m³/h，进料液a的设定温度为：65℃。

(3)工艺参数选择：

根据进料液a参数和膜组件1参数，选择在膜组件进料液总管上加入扰动气体和间歇扰动法，其中：气水比值为0.8，扰动气体b的扰动气量为：12.8m³/h，扰动频率为：1次/min，每次扰动时间为：3s/次。

(4)工艺过程：

工艺过程与实施例1相似，不同之处在于扰动气体b参数：扰动气量为：12.8m³/h，扰动频率为：1次/min。

实施例4：

如图6所示。

(1)膜蒸馏系统

装置设备与实施例1相似，不同之处在于：膜组件1内单支膜的个数为16支，单支膜的连接方式为：两两分组，分为8组，每组中的2个膜组件串联，各个组之间并联。

(2)进料液a参数：

盐浓度值：15％；主要离子：SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、SiO₃ ^2-含量浓度值之和为8000mg/L；

进料液a的流量为：32m³/h，进料液a的设定温度为：68℃。

(3)工艺参数选择：

根据进料液a参数和膜组件1参数，选择在单支膜的进料液管道上加入扰动气体和持续扰动法，其中：气水比值为0.8，扰动气体b的扰动气量为：25.6m³/h。

(4)工艺过程：

工艺过程与实施例1相似，不同之处在于进料液a流量、温度、扰动气体b流量扰动方式等分别为步骤(2)、(3)所示。不同之处还在于：当产水量下降20％时开始进气扰动。

实施例5：

如图7所示。

(1)膜蒸馏系统

装置设备与实施例3相似，不同之处在于：单支膜的连接方式为先串联后并联；在进料液a前进的方向上以4个单支膜为一组分为A、B、C、D四组，每组前面设置一个流量控制装置8。扰动装置3可以设置1个，也可以设置多个。

(2)进料液a参数：

盐浓度值：16％；主要离子：SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、SiO₃ ^2-含量浓度值之和为10000mg/L；

进料液a的流量为：64m³/h，进料液a的设定温度为：70℃。

(3)工艺参数选择：

根据进料液a参数和膜组件1参数，选择在单支膜的进料液管道上加入扰动气体和持续扰动法，其中：在进料液a前进的方向上以4个单支膜为一组分为A、B、C、D四组，每组的进气量分别为：64m³/h、60m³/h、55m³/h、50m³/h；这是因为在串联管路上越往后分压越大，且进料液a的温度越低，浓差极化现象就越少，所以需要的扰动气量就越少。

这是因为浓差极化现象是指在膜表面由于蒸气通过膜进入另一侧，剩下的盐分“堆积”在膜的这一侧，所以膜附近盐浓度较高；而离膜较远的地方，盐浓度相对较低。

在温度较低的情况下，蒸气产生的较慢，因此盐分的堆积效果不明显，盐分很快被新的溶液稀释，所以不容易形成浓差极化现象；同样的，压力越大，分子扩散的越快，堆积的盐分越容易被溶液稀释，所以越不容易形成浓差极化现象。

(4)工艺过程：

工艺过程与实施例3相似，不同之处在于进料液a流量、温度、扰动气体b流量扰动方式等分别为步骤(2)、(3)所示。

实施例6：

如图8所示。

(1)膜蒸馏系统

装置设备与实施例3相似，不同之处在于：蒸气冷凝方式。本实施例中膜组件1产生的蒸气直接输出膜组件1至冷却装置4，冷却为产水输送至产水装置5内，同时，用真空泵7对产水装置5抽真空，保持整个产水管路一定真空度。

(2)进料液a参数：

盐浓度值：3％；主要离子：SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、SiO₃ ^2-含量浓度值之和为1000mg/L；

进料液a的流量为：32m³/h，进料液a的设定温度为：60℃。

(3)工艺参数选择：

根据进料液a参数和膜组件1参数：

a、当进料液a盐浓度值≤10％时，选择在膜组件进料液总管上加入扰动气体，间歇扰动法，扰动气量为10m³/h，扰动频率为0.5次/min，扰动时间为3s/次；

b、当10％＜进料液a盐浓度值≤15％时，选择在膜组件进料液总管上加入扰动气体，间歇扰动法，扰动气量为15m³/h，扰动频率为1次/min，扰动时间为3s/次；

c、当15％＜进料液a盐浓度值≤20％时，选择在单支膜的进料液管道上加入扰动气体，间歇扰动法，扰动气量为20m³/h，扰动频率为2次/min，扰动时间为5s/次；

d、当进料液a盐浓度值为＞20％时，选择在单支膜的进料液管道上加入扰动气体，持续扰动法，扰动气量为32m³/h。

(4)工艺过程：

工艺过程与实施例3相似，不同之处在于根据膜蒸馏过程中盐浓度值，分别采用本实施例中步骤(2)、(3)所述的参数即可。

本专利的技术效果

通过在进料液进膜组件之前通入扰动气体进行扰动的方式，有效的消除或降低膜表面的浓差极化现象，增加膜通量，降低膜污染几率，增加膜使用寿命。

以上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

1.一种膜蒸馏系统，包括进料装置和膜组件，以及与所述膜组件连接的产水装置，其特征在于，还包括设置在从所述进料装置通向所述膜组件的进料液管上的扰动模块，其中，所述膜组件包括相互并联和/或串联的多个单支膜。

2.根据权利要求1所述的膜蒸馏系统，其特征在于，所述扰动模块包括设置在所述进料液管上的气液混合装置、与所述气液混合装置连接的扰动装置；其中，所述扰动装置用于向所述气液混合装置提供扰动气体。

3.根据权利要求2所述的膜蒸馏系统，其特征在于，所述进料液与所述扰动气体混合的位置处于每个单支膜的进料液支管上或者处于所述膜组件的进料液总管上。

4.根据权利要求3所述的膜蒸馏系统，其特征在于，所述气液混合装置的进气端设置有只允许扰动气体通过而不允许进料液通过的第一单向组件，所述气液混合装置的进料端设置有只允许进料液通过而不允许扰动气体通过的第二单向组件。

5.根据权利要求4所述的膜蒸馏系统，其特征在于，所述第一单向组件和所述第二单向组件构造为止回阀和单向材料中的一种或两种。

6.根据权利要求2所述的膜蒸馏系统，其特征在于，所述气液混合装置的出口端和/或进气端设置有滤网。

7.根据权利要求1所述的膜蒸馏系统，其特征在于，所述多个单支膜相对于水平面的倾角为0～90°。

8.一种膜蒸馏方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10，将进料装置中的进料液输入进料管道中；

S20，将所述进料液在进入膜组件之前的进料管道中与来自扰动模块的扰动气体混合；

S30，与扰动气体混合的所述进料液在包括相互并联和/或串联的多个单支膜的膜组件中进行膜蒸馏。

9.根据权利要求8所述的膜蒸馏方法，其特征在于，所述进料液与所述扰动气体混合的位置处于每个单支膜的进料液支管上或者处于所述膜组件的进料液总管上。

10.根据权利要求9所述的膜蒸馏方法，其特征在于，在如下情况时，所述进料液与所述扰动气体混合的位置处于所述膜组件的进料液总管上：

所述膜组件中所含的各个所述单支膜内进料液的参数均相同时；或者

所述膜组件中所含的多个所述单支膜的连接方式均为串联或者均为并联时；或者

所述膜组件中所含的所述单支膜的个数≤4时；

在如下情况时，所述进料液与所述扰动气体混合的位置处于每个所述单支膜的进料液支管上：

所述膜组件中所含的各个所述单支膜内进料液的参数不同时；或者

所述膜组件中所含的多个所述单支膜的连接方式同时存在串联和并联时。

11.根据权利要求8所述的膜蒸馏方法，其特征在于，随着所述进料液的流量或盐浓度值的增加，通过所述扰动模块的扰动装置呈梯度增加所述扰动气体的气体流量。

12.根据权利要求11所述的膜蒸馏方法，其特征在于，所述扰动气体的扰动气量的增加方式为：

当0＜所述进料液的盐浓度值≤5％时，气水比值为：0.2～0.5；

当5％＜所述进料液的盐浓度值≤10％时，气水比值为：0.5～0.8；

当10％＜所述进料液的盐浓度值≤15％时，气水比值为：0.8～1.0；

当所述进料液的盐浓度值＞15％时，气水比值为：1.0～1.2；

其中，所述气水比值为所述扰动气体的进气流量与所述进料液的流量的比值。

13.根据权利要求8所述的膜蒸馏方法，其特征在于，通过所述扰动模块的扰动装置设定所述扰动气体的加入方式，所述加入方式包括连续式扰动和/或间歇式扰动。

14.根据权利要求13所述的膜蒸馏方法，其特征在于，在如下情形时采用所述连续式扰动：

当所述进料液的盐浓度值＞20％时；或者

当所述进料液中摩尔质量＞70g/mol的离子含量浓度值之和＞10000mg/L时；或者

当15％＜所述进料液的盐浓度值≤20％时，且所述进料液中摩尔质量＞70g/mol的离子含量浓度值之和在5000～10000mg/L时；

在如下情形时采用所述间歇式扰动：

当所述进料液的盐浓度值＜15％时；或者

当15％＜所述进料液的盐浓度值≤20％时，且摩尔质量＞70g/mol的离子含量浓度值之和＜5000mg/L时。

15.根据权利要求14所述的膜蒸馏方法，其特征在于，所述间歇式扰动中所述扰动气体的扰动频率和扰动时间随着所述进料液的盐浓度值的增加而呈梯度增加。

16.根据权利要求14所述的膜蒸馏方法，其特征在于，所述间歇式扰动中所述扰动气体的扰动频率和扰动时间设定为：

当0＜所述进料液的盐浓度值≤5％时，扰动频率为0.5～1次/min，扰动时间为2～4s/次；

当5％＜所述进料液的盐浓度值≤10％时，扰动频率为1～2次/min，扰动时间为3～5s/次；

当10％＜所述进料液的盐浓度值≤15％时，扰动频率为2～5次/min，扰动时间为4～6s/次；

当15％＜所述进料液的盐浓度值≤20％时，且摩尔质量＞70g/mol的离子含量浓度值之和＜5000mg/L时，扰动频率为3～5次/min，扰动时间为5～10s/次。

17.根据权利要求14或16所述的膜蒸馏方法，其特征在于，所述摩尔质量＞70g/mol的离子包括SO₄ ^2-、PO₄ ^3-、SiO₃ ^2-中的一种或几种。