CN107321187A - 一种采用膜技术的酸废水处理装置 - Google Patents

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郭剑锋
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Abstract

本发明公开了一种采用膜技术的酸废水处理装置,解决了现有技术中膜材料无法处理酸废水的技术问题。该酸废水处理装置包括污水处理池,所述污水处理池中设置有膜组件单元,通过所述膜组件单元过滤酸废水,所述膜组件单元包括承压外壳,所述承压外壳内设置有多根外压式膜管,所述承压外壳两端分别设置有进水口和出水口,所述外压式膜管包括支撑层,所述支撑层外部设置有分离层,所述分离层采用多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜。本发明中外压式膜管使用的改性石墨烯/纳米结构多功能高分子材料分离层具有非常强的抗腐蚀、耐酸碱性和抗菌防污染性,可以用于处理各种酸废水。

Description

一种采用膜技术的酸废水处理装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种废水处理装置,具体涉及一种采用膜技术的酸废水处理装置,可 以用于处理硫酸废水等。
背景技术
[0002] 发展与环保问题是进入21世纪以来最为突出的矛盾体,而在环保问题当中水污染 又尤为突出,解决好污水和废水的问题便受到了全世界范围的广泛关注。有国外专家把膜 技术的发展列入“第三次工业革命”之中,而德国则把膜技术作为21世纪的革新技术进行应 用研发,并大力推进应用于环保领域。尤其在水处理中的应用研究,以其优异的出水水质, 在实践应用当中,美、日、西欧等发达国家应用最多。由于膜技术开发费用高昂,故在发展中 国家的推广步伐缓慢。不过,近年来我国在膜技术方面被广泛看好。随着世界人口的逐渐增 加,生活污水日产量已经成为急需解决的世界性难题。生活污水因水质成分相对较为简单, 常规吸附,沉淀,生化处理即可达到排放标准。但处理过程繁琐且复杂,膜技术的应用取代 了流程相对过多的物化处理程序。工艺废水成分相对生活污水复杂,如化工生产,钢铁行 业,电镀厂等都会产生大量的酸性废水,不仅含有酸和水,还会存在大量的Fe离子或Al离子 等金属离子,处理难度大。一般传统酸性污水首先需要进行加碱中和形成盐,然后通过焙烧 等工艺进行处理,此工艺过程复杂且成本过高。膜技术的应用以其优异的产水水质,在产水 要求高、有更加深入的处理要求、污水浓度高、或废水回收要求等受限水处理领域得到特别 广泛的应用。
[0003] 目前废盐酸污水处理常见的工艺方法主要有离子交换树脂法,猝取法,焙烧法,中 和氧化法,和浓缩法。
[0004] 1.离子交换树脂法。文献《废盐酸的再生利用》中报道利用某种具有吸收HCl功能 的离子交换树脂可实现分离盐酸的目的。但此法在常温下回收的盐酸浓度极低,并且需要 添加大量附加成分才能使用,无法实现大量工业化处理。
[0005] 2.猝取法。此法利用相似相溶原理来分离废酸,但此法存在二次污染问题,且分离 不完全。
[0006] 3.焙烧法。此法是将含铁废盐酸污水雾化后,在焙烧炉中受热分解成氯化氢气体 和氯化亚铁,其中氯化氢气体从炉顶排出并回收收集,氯化亚铁被氧化成氯化铁落入炉底。 此法能耗高,回收系统复杂。
[0007] 4.中和氧化法。我国一些钢铁行业当中,对废盐酸,废硫酸的处理大多数都是采用 酸碱中和的方法,使PH值达标后再处理盐。但此法工艺处理过程复杂,生成的盐回收难度 大,成本高,处理效果差强人意等问题限制了广泛应用。
[0008] 5.浓缩法。是将废酸污水当中的液态水蒸发出去得到浓缩液的方法,此法操作简 单,但高温蒸发带来的能耗问题一直是众多企业难以克服的难题。浓缩法一直被公认为是 所有废酸处理工艺当中最为彻底和高效的方法,各种浓缩技术的研发也从未停止过。
[0009] 近年来,新型膜技术浓缩酸性废水的研发得到了更加深入的研究,它是基于膜分 离材料的水处理新技术。研究始于20世纪60年代的美国,由Dorr-01 iver公司首创研发。随 着工艺技术的不断发展,各种新型的膜材料也不断问世。由于该技术通过膜组件的高效分 离作用,有逐渐取代传统水处理的趋势。综上所述膜技术处理技术的特点:
[0010] 1.膜技术的膜孔径控制在<〇 . 4μπι以下,能够有效地进行固-液分离,产水水质标 准高,品质稳定,微浮物和浊度低,可根据工业使用标准适当选择回用。
[0011] 2.膜技术具有高效截流功效,可使微生物完全截流在反应器内,可实现反应器水 力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离,使得系统运行控制更加长效稳定。
[0012] 3.膜技术有利于增殖缓慢的硝化细菌及其它细菌的截流、生长繁殖,整体污水处 理系统硝化效率和降低COD值等指标均得以提高。
[0013] 4.膜技术的模块化设计能够有效利用空间,容积负荷高,占地少,且操作维护简单 方便快捷,同样也方便扩容。同时,采用PLC控制,可实现全自动化控制管理。
[0014] 综上所述,膜技术处理废水的工艺,具有传统处理技术无法比拟的特点。目前,由 于酸性污水的酸性体系和离子物质,采用市场上常用膜材是无法处理此类污水的,滤水膜 材无法适应极度苛刻的处理环境,且无法分离盐成分等问题。膜孔径大多控制在0.1μπι-0.4 μπι之间,小于Ο.ΐμπι的离子或微生物同样可以穿过膜材,影响出水水质。并且长期处理此类 污水,普通滤水膜材难免受到顽强微生物的影响,孔易被细小颗粒或细菌微生物堵塞,或膜 表面滋生细菌影响水通量。如国内专利申请号200410012228.9处理后的产水需送入臭氧池 中进行杀菌处理才能进行排放或重新工艺使用。又如中国专利申请号201110269978.4使用 的疏水微孔膜受到分离的污水盐浓度、酸碱度较大限制。
发明内容
[0015] 针对现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种采用膜技术的酸废水处理装 置,其中设置有膜组件单元,膜组件单元中的外压式膜管使用的改性石墨烯/纳米结构多功 能高分子材料分离层具有非常强的抗腐蚀、耐酸碱性和抗菌防污染性,可以用于处理各种 酸废水。
[0016] 为了达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
[0017] 本发明提供一种采用膜技术的酸废水处理装置,包括污水处理池,所述污水处理 池中设置有膜组件单元,通过所述膜组件单元过滤酸废水,所述膜组件单元包括承压外壳, 所述承压外壳内设置有多根外压式膜管,所述承压外壳两端分别设置有进水口和出水口, 所述外压式膜管包括支撑层,所述支撑层外部设置有分离层,所述分离层采用多功能石墨 烯/高分子复合材料透水膜。
[0018] 进一步,所述污水处理池中的酸废水处于循环流动状态,所述外压式膜管的轴向 与所述酸废水的流动方向平行设置;所述污水处理池中的酸废水循环流速为40-80cm/s,所 述污水处理池中的酸废水温度为50-70 °C。
[0019] 进一步,所述污水处理池中的酸废水循环流速为40cm/s,所述污水处理池中的酸 废水温度为65 °C。
[0020] 进一步,酸废水经过滤后在所述外压式膜管内部形成水蒸气,所述膜组件单元的 出水口通过管道连接至换热器,所述换热器通过管道连接冷凝装置,过滤得到的水蒸气从 所述外压式膜管中输入至换热器,在所述换热器中被冷却液化后排出。
[0021] 进一步,所述换热器通过管道连接至储水槽,所述储水槽通过管道连接负压系统, 所述负压系统可提供_〇.〇93MPa至-0.098MPa之间的负压,所述负压系统使得所述外压式膜 管、换热器以及储水槽内部形成负压。
[0022] 进一步,所述冷凝装置中冷却液的温度彡20°C;所述换热器中,在负压_0.093MPa 以下时,饱和水蒸气的露点<20°C。
[0023] 进一步,所述负压系统连接所述储水槽的管道接口位于所述储水槽顶端,所述负 压系统连接所述储水槽的管道中设置有分子过滤筛,阻止水分子进入所述负压系统中。
[0024] 进一步,所述储水槽内设置有上、下两个开关阀门,上下两个开关阀门之间为储水 腔,所述上开关阀门位于负压接口以下的位置;在排水时关闭上开关阀门,开启下开关阀 门,在储水时关闭下开关阀门,开启上开关阀门。
[0025] 进一步,所述负压系统可提供-0.095MPa至-0.098MPa之间的负压,所述冷凝装置 中冷却液的温度为-5°C至18°C。
[0026] 进一步,所述污水处理池设置有水循环管道,所述水循环管道具有进水口和出水 口;所述污水处理池内设置有加热器对酸废水加热升温;所述水循环管道的进水口设置在 靠近所述污水处理池底部的位置,并且远离所述加热器,所述水循环管道的出水口设置在 靠近所述污水处理池顶部的位置,并且靠近所述加热器。
[0027] 进一步,所述换热器中设置有换热片,所述换热片表面涂覆有石墨涂层;所述加热 器中设置有螺旋形加热丝。
[0028] 进一步,所述膜组件单元外部安装有过滤罩,所述过滤罩上设置有多个蜂窝孔,或 者所述过滤罩为格栅状。
[0029] 进一步,所述分离层以平卷或螺旋卷的结构包裹在所述支撑层上,在接缝处以环 氧树脂或聚氨酯粘接,或者热压焊接。
[0030] 进一步,所述承压外壳包括圆形筒体,所述圆形筒体两端分别设置有上端盖和下 端盖,所述进水口设置在所述下端盖上,所述出水口设置在所述上端盖上。
[0031] 进一步,所述外压式膜管沿所述圆形筒体的轴向设置在所述圆形筒体的内部,所 述外压式膜管两端分别粘结在所述圆形筒体的两端。
[0032] 进一步,所述上端盖上还设置有浓缩液出口,所述圆形筒体上设置有预留口。
[0033] 进一步,所述支撑层材质为PE、PES、PVDF、PVC、PP或陶瓷;所述承压外壳的材质为 PVC、PP或ABS。
[0034] 进一步,所述支撑层采用PE烧结膜管;所述外压式膜管内径为6-25mm,外径为12-34mm;所述多功能石墨稀/高分子复合材料透水膜的孔径<0. lnm。
[0035] 进一步,所述外压式膜管内径为12mm,外径为19mm。
[0036] 进一步,所述分离层承受的压强不小于0.5MPa,导热系数不小于0.5W/mK,耐热温 度为200°C。
[0037] 采用上述结构设置的酸废水处理装置具有以下优点:
[0038] 1.出水水质优质稳定。本发明所采用的石墨烯/纳米高分子膜技术具有高效的分 离作用,分离效果远远高于传统的沉淀池等污水处理系统。污水当中的微小颗粒基本被完 全截流出来,保证出水清澈透明,悬浮物和浊度基本接近于零。且由于本发明所采用的膜技 术孔径小于O.lnm,其膜技术只允许水分子透过膜材的特点使得出水水质非常高。其出水水 质优于建设部的生活杂质用水水质标准(CJ25.1-89),可直接用于非饮用市政杂用水进行 回收。
[0039] 2.膜组件使用寿命长。由于本方案采用的石墨烯/纳米高分子膜还具有抗菌杀菌 的作用,故细菌和病毒均能被大部分去除,很大程度上降低了膜材被生物破坏的可能性,大 大提升了膜组件处理污水的能力,延长使用寿命。
[0040] 3.膜组件无需反冲洗。目前常用的商业膜组件均需要进行反冲洗,如MBR,R0膜等 未了达到良好的过滤效果,短时间使用后必须进行反冲洗过程。此过程不仅降低了水处理 效率,而且系统结构单元必须增加反冲洗零部件,增加额外的成本负担。本发明公开的处理 装置,无需进行反冲洗过程,大大提高了水处理效率和降低了处理成本。
[0041] 4.膜组件应用范围广泛,可以用于处理硫酸废液、盐酸废液、磷酸废液、醋酸废液 等酸废液。本发明所采用的石墨烯/纳米高分子膜组件为中空纤维式结构,可直接浸没在污 水当中,由于污水处于不断流动状态,微小颗粒不易在膜表面堆积。且由于石墨烯/纳米高 分子膜材质的特殊性,膜组件可在污水PH值在0-14正常工作,长期工作后只需表面冲洗等 简单清理,无需更换组件。
[0042] 5.本发明提供的一种采用膜技术的酸废水处理装置,具有结构设计简单,易操作, 处理工艺简单,能耗低,综合成本低等特点。
[0043] 6.本发明所采用的石墨烯/高分子膜材对金属离子的截留率多99%。膜孔径在 0. Inm以下,基本不存在孔堵塞问题,同时,液态水是以水分子的形式通过膜材,故而产水水 质得到很大提升。
附图说明
[0044] 图1是本发明酸废水处理装置的结构示意图;
[0045] 图2是本发明酸废水处理装置的结构示意图;
[0046] 图3是本发明酸废水处理装置的液体路径示意图;
[0047] 图4是本发明所采用管式膜组件的结构示意图;
[0048] 图5是图4中沿A-A的剖视图;
[0049] 图6是管式膜组件所采用外压式膜管在承压外壳中的固定结构示意图;
[0050] 图7是实施例1中管式膜组件所采用外压式膜管的结构示意图;
[0051] 图8是实施例2中管式膜组件所采用外压式膜管的结构示意图;
[0052] 图9是图7、图8中沿B-B的剖视图;
[0053] 图10是外压式膜管上分离层的剖面图。
[0054] 图中:11.膜组件单元;11-1.膜管;11-2.分离层;11-3.支撑层;11-4.改性石墨烯/ 纳米结构多功能高分子材料;11-5 .微孔高分子材料基膜;11-6.承压外壳;11-7 .上端盖; 11-8.下端盖;11-9.进水口; 11-10.出水口; 11-11.浓缩液出口; 11-12.预留口; 11-13.灌封 胶;
[0055] 12.换热器;13.冷凝装置;14.负压系统;15.加热器;16.污水处理池;17.水循环栗 体;
[0056] 21.储水槽;22.冷凝水出水管道;23.冷凝水进水管道;24.清水运输管道;25.外置 水循环管道;26.电路控制柜。
具体实施方式
[0057] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0058] 实施例1
[0059] 如图1、图2、图3所示为本发明实施例1,在该实施例中,一种采用膜技术的酸废水 处理装置,包括污水处理池16,污水处理池16中设置有膜组件单元11,通过膜组件单元11过 滤酸废水。膜组件单元11包括承压外壳11-6,承压外壳11-6内设置有多根外压式膜管11-1, 承压外壳11-6两端分别设置有进水口 11-9和出水口 11-10。
[0060] 如图4、图5所示,外压式膜管11-1包括支撑层11-3,支撑层11-3外部设置有分离层 11-2,分离层11-2采用多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜。所采用的多功能石墨烯/高 分子复合材料透水膜的孔径<〇 · Inm0
[0061] 污水处理池16中的酸废水处于循环流动状态,这样是为了让酸废水的浓度、温度 等参数处于均匀的状态。外压式膜管11-1的轴向与酸废水的流动方向平行设置,有利于流 动液体带走膜表面的杂质。
[0062] 污水处理池16中的酸废水循环流速为40-80cm/s,用于处理硫酸废水时优选为 40〇11/8。污水处理池16中的酸废水温度为50-70°(:,用于处理硫酸废水时优选为65°(:。
[0063] 酸废水经过滤后在外压式膜管11-1内部形成水蒸气,膜组件单元11的出水口 11-10通过清水运输管道24连接至换热器12,换热器12通过冷凝水出水管道22和冷凝水进水管 道23连接冷凝装置13,过滤得到的水蒸气从外压式膜管11-1中输入至换热器12,在换热器 12中被冷却液化后排出。
[0064] 换热器12通过管道连接储水槽21,储水槽21通过管道连接负压系统14,负压系统 14可提供-0.093MPa至-0.098MPa之间的负压,优选为-0.095MPa至-0.098MPa。负压系统14 使得外压式膜管11-1、换热器12以及储水槽21内部形成负压。
[0065] 冷凝装置13中冷却液的温度彡20°C,优选为_5°C至18°C;换热器12中,在负压-0.093MPa以下时,饱和水蒸气的露点彡20 °C,优选为-5 °C至18 °C。
[0066] 负压系统14连接储水槽21的管道接口位于储水槽21顶端。冷凝后的液态水在重力 作用下从储水槽21排除,负压系统14的接口设置在出水槽垂直向上方向,位于储水槽21顶 端位置,有利于液态水不会倒灌入负压系统14当中。
[0067] 负压系统14连接储水槽21的管道中设置有分子过滤筛,阻止水分子进入负压系统 14中。
[0068] 储水槽21内设置有上、下两个开关阀门,上下两个开关阀门之间为储水腔,上开关 阀门位于储水槽21连接负压系统14的负压接口以下的位置,这样可以让负压从储水槽21 — 直传递至换热器12;在排水时关闭上开关阀门,开启下开关阀门,在储水时关闭下开关阀 门,开启上开关阀门。这样设计是为了保证系统内为低压状态,维持在_〇.〇93MPa以下。
[0069] 污水处理池16设置有外置水循环管道25,外置水循环管道25上设置有水循环栗体 17。
[0070] 外置水循环管道25具有进水口和出水口;污水处理池16内设置有加热器15对酸废 水加热升温;外置水循环管道25的进水口设置在靠近污水处理池16底部的位置,并且远离 加热器15,外置水循环管道25的出水口设置在靠近污水处理池16顶部的位置,并且靠近加 热器15。
[0071] 换热器12中设置有换热片,换热片表面涂覆有石墨涂层,可减少产水中极少量的 HCL对换热片的腐蚀,造成产水水质下降等二次污染问题。
[0072] 加热器15中设置有螺旋形加热丝。原水的温度热源并不限制于外加辅助加热,如 果污水源本身具有一定温度,同时能够满足工艺的温度条件,也可直接将污水进行浓缩分 离处理。
[0073] 膜组件单元11外部安装有过滤罩,过滤罩上设置有多个蜂窝孔,或者过滤罩为格 栅状。过滤罩可以起到隔绝大尺寸杂物的作用。
[0074] 如图4、图5、图6、图7所示为膜组件单元11的具体结构,包括承压外壳11-6,承压外 壳11-6内设置有多根外压式膜管11-1,承压外壳11-6两端分别设置有进水口 11-9和出水口 Il-IOo
[0075] 如图7、图8所示,外压式膜管11-1包括支撑层11-3,支撑层11-3外部设置有分离层 11-2,分离层11-2采用多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜。
[0076] 多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜是现有技术中的产品,在中国发明专利 CN2015105675811“ 一种多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜及其制备方法和用途”中所 公开。
[0077] 多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜,如图10所示,采用改性石墨烯/纳米结构 多功能高分子材料11-4复合在微孔高分子材料基膜11-5上制成。
[0078] 其中采用的改性石墨烯和具有高导湿的高分子聚合物,通过分子结构中的极性基 团形成氢键、共价键等化学键链接,具有极强的抗腐蚀性和耐酸碱性,以及非常好的抗菌杀 菌性。
[0079] 多功能石墨烯/高分子复合材料透水膜表面的亲水端吸附液态水,膜材两侧即形 成水蒸气浓度梯度差,在负压(外压式膜管11-1内部)的协同作用下,液态水逐渐以水分子 的形式透过膜材。
[0080] 微孔高分子材料基膜 11-5 材质为 PAN、PE、PS、PES、PVDF、PVC、PT、PSU、PTFE或PP。优 选采用PE。
[0081] 如图7所示,分离层11-2以平卷的结构包裹在支撑层11-3上,分离层11-2是一整 张,平卷一层,在接缝处以环氧树脂或聚氨酯粘接,或者热压焊接,使得分离层11-2与支撑 层11-3紧密连接在一起。
[0082] 如图4、图5所示,承压外壳11-6包括圆形筒体,圆形筒体两端分别设置有上端盖 11-7和下端盖11-8,进水口 11-9设置在下端盖11-8上,出水口 11-10设置在上端盖11-7上。 承压外壳11-6的材质可以选用PVC、PP或ABS等。
[0083] 出水口 11-10连接负压设备(图中未不出),外压式膜管11-1内外侧具有压差,水分 子由外压式膜管11-1外侧进入外压式膜管11-1内侧。
[0084] 外压式膜管11-1沿圆形筒体的轴向设置在圆形筒体的内部,外压式膜管11-1两端 分别粘结在圆形筒体的两端。如图6所示,外压式膜管11-1上端以灌封胶11-13固定,外压式 膜管11-1下端也以灌封胶11-13固定(图6中未示出)。
[0085] 因为过滤得到的清水从外压式膜管11-1内部输出,酸废液需要进入到外压式膜管 11-1外部,所以外压式膜管11-1上端出口需要从上端的灌封胶11-13伸出,外压式膜管11-1 下端入口需要被下端的灌封胶11-13封闭,对应下端进水口 11-9,需要在下端的灌封胶11-13上设置进水通道让酸废液输入到承压外壳11-6内部。
[0086] 如图4所示,上端盖11-7上还设置有浓缩液出口 11-11,圆形筒体上设置有预留口 11-12〇
[0087] 浓缩液出口 11-11排出过滤后的浓缩酸废液。组件正常运行时预留口 11-12是关闭 的,在组件出现异常时可以启用预留口 11-12。
[0088] 支撑层11-3材质为PE、PES、PVDF、PVC、PP或陶瓷。用于处理硫酸废水时支撑层ll-3 优选采用PE烧结膜管。
[0089] 如图9所示,外压式膜管11-1内径Cl1为6-25mm,外径d2为12-34mm。优选采用内径 dil2mm,外径d2l9mm。
[0090] 分离层11-2承受的压强不小于0.5MPa,导热系数不小于0.5W/mK,耐热温度为200 cC。
[0091] 选用一种电导率为3.354 X 105ys/cm,固含量为20-21 % (质量分数),硫酸含量为 15% (质量分数)的酸性水质对本发明中的管式膜组件进行测试。外压式膜管11-1内径 25mm,外径34mm,有效膜面积0.025m2,废水已经通过预处理,去除25μηι以上颗粒杂质物,原 水口!1值小于1。对产水水质进行分析,产水电导率为6以8/〇11,产水通量为12.321^/(1112·!!), 产水PH值为6.5。
[0092] 本发明一种用于废水处理的外压式管式膜组件在使用时,经过预处理去掉悬浮物 的废酸液从进水口 11-9进入后,经过外压式膜管11-1的纯化浓缩,可得到高品质产水和浓 缩酸液。产水可直接排放或二次用于工业生产,高度浓缩酸液可集中回收,极大的降低了废 硫酸处理工艺的成本,而且还能高效回收废液中的硫酸,产生巨大工业效益。
[0093] 实施例2
[0094] 在该实施例中,与实施例1所不同的是,如图8所示,分离层11-2以螺旋卷的结构包 裹在支撑层11-3上,在接缝处以环氧树脂或聚氨酯粘接,或者热压焊接,使得分离层11-2与 支撑层11-3紧密连接在一起。
[0095] 图8仅为结构示意图,在分离层11-2卷绕过程中每一圈分离层11-2都需要与上下 圈紧密衔接过渡。
[0096] 螺旋卷的结构,可以使用宽度较窄的分离层11-2包裹支撑层11-3。
[0097] 本实施例中管式膜组件的其他结构与实施例1相同,此处不再重复描述。
[0098] 本发明除了提供以上一种采用膜技术的酸废水处理装置以外,还提供一种利用上 述酸废水处理装置进行的污水处理方法,具体方法步骤如下:
[0099] (1)通过加热器将污水池中的污水加热,同时开启污水池外置水循环栗体,使污水 池中的待处理水处于不断循环的过程当中;石墨烯/纳米高分子膜组件径直方向与水流方 向平行放置,有利于流动液态水带走膜表面的杂质;
[0100] (2)开启冷凝装置,待冷凝水温度达到设定值后,关闭储水槽的末端阀门,打开上 端阀门,并开启负压系统开始进行污水处理。污水中的液态水以水分子的形态透过石墨烯/ 纳米高分子膜到达组件内部,在负压的协同作用下转移至换热器中,水分子冷凝成液态水 之后再重力作用下流至出水槽当中;
[0101] (3)当储水槽当中的水量一定后,关闭储水槽上端阀门,打开末端阀门将储水槽当 中的水排出。排净产水后关闭末端阀门,缓慢打开上端阀门,此时封闭系统内部的真空负压 会减小,当达到负压电磁阀设置值后,真空栗可自动工作保持设置压力,此过程不会影响出 水水质。
[0102] 其中,步骤(1)中所述待处理污水,应尽量进行预处理,除去污水当中可见性大颗 粒杂质和有机物,充分使本发明的膜技术发挥作用,提高水处理效率。
[0103] 其中,步骤⑴中所述加热器加热污水的温度优选在50°C至70°C之间;所述的外置 水循环栗体,优选流速为40_80cm/s,更加优选为60cm/s 〇
[0104] 其中,步骤⑵中所述冷凝水温度设置优选彡20°C,更加优选为-5°C_18°C。
[0105] 实验例1
[0106] 选用一种电导率(简称EC值)约120ms/cm的含铁废盐酸水进行浓缩分离处理。所述 废水已经通过预处理,去除25μπι (微米)以上颗粒杂质物和部分有机成分;污水氯离子含量 为1.51 X 104mg/L,原水pH值小于1,铁离子含量为2.14 X 103mg/L。
[0107] 为了研究不同污水处理温度对出水水质的影响,将污水处理池16的污水温度分别 设置在50°C,6(TC和70°C做了膜组件污水浓缩分离实验。酸废水处理装置其他部分的参数 均保持相同,即冷凝装置13的冷凝水温度设置18°C,负压系统14的真空度保持在-0.095MPa 至-0.098MPa。
[0108] 开启污水处理池16内置加热器15,将污水温度设置在50°C,同时将处理池外置的 水循环栗体17处于工作状态,冷凝装置13的冷凝温度设置为18°C且进行冷凝水循环工作。 当所述设置参数均达到稳定状态时,开启负压系统14,使其真空度保持在_0.09510^至_ 0.098MPa之间。
[0109] 含铁废盐酸水通过本发明装置处理后,当原水温度为50°C条件下,产水清澈透亮。 通过对产水水质进行分析,产水的EC值低至30-40us/cm,氯离子含量为4-6mg/L,产水pH值 基本接近中性,铁离子含量为几乎为零。产水水质完全达到排放水质标准,甚至产水可用于 工业二次用水。
[0110] 在本实验例当中,以原水水温为变量,改变水温温度到60°C进行测试。如上所述, 其他参数保持一致,即冷凝水温度设置为18°c,负压系统14的真空度保持在-0.095MPa至_ 0.098MPa。当温度升高到60°C后,通过对产水水质进行分析,产水的TDS值约至40-50us/cm, 氯呙子含量为4_6mg/L,产水pH值基本接近中性,铁尚子含量<0.2mg/L。
[0111] 当原水水温升高至7 0 °C时,通过对产水水质进行分析,产水的T D S值约至13 0 -240us/cm,氯离子含量为15-20mg/L,产水pH值接近4,铁离子含量0.4-lmg/L。通过查阅盐酸 的挥发特性,发现随着温度的升高,和原水浓缩程度的提高,污水当中盐酸的挥发性越强, 使得挥发产生的HCl气体随着蒸发产生的水蒸汽穿透膜材,从而带入到冷凝水当中,从而造 成冷凝水的PH降低。随着温度的升高造成产水水质偏酸性,同时酸性水对换热器也会起到 腐蚀作用,最终使得产水EC值升高。
[0112] 实验例2
[0113] 选用不同EC值的盐酸废水进行浓缩分离处理,原水均已经通过预处理,去除25μπι (微米)以上颗粒杂质物和部分有机成分。对产水水质进行分析,数据结果如下表所示,表1 是原水与浓缩分离过后产水的水质比较:
[0114] 表1原水与产水的水质
[0115]
Figure CN107321187AD00121
[0117] 本发明利用的一种采用膜技术的酸废水处理装置,对如上所述的酸性污水进行浓 缩处理具有良好的效果,浓缩倍数可达15倍以上。随着原水浓缩程度的进一步提高,或污水 温度的提高,浓缩水中HCl的挥发性增强,造成产水pH降低和EC值升高。本发明的处理装置, 设备长期运行半年时间以来,产水水质稳定。
[0118] 本发明所述一种采用膜技术的酸废水处理装置,其污水浓缩过程简要描述即为水 分子的转移过程,将废水中的水分子提取出来使原水浓缩,且产水水质因各项指标均可达 到非饮用市政杂用水标准进行排放,或重新用于工业用水,浓缩水中的FeCl2可通过结晶处 理分离出来用于工业生产或垃圾处理的添加剂,高度浓缩后的盐酸可用于二次工业利用或 其他用处。
[0119] 本发明中的术语“溶解性固体总量”(英文:Total dissolved solids,缩写TDS), 表明1升水中溶有多少毫克溶解性固体,测量单位为毫克/升(mg/L) ^DS值越高,表示水中 含有的溶解物越多。总溶解固体指水中全部溶质的总量,包括无机物和有机物两者的含量。
[0120] 本发明所述的一种采用膜技术的酸废水处理装置,其形状可以是设计成长方体、 立方体或其他不规则形状,其中膜组件单元可设计成中空纤维管式,板式,或绕卷式等,可 根据实际使用需求进行外观变化。
[0121] 综上所述,本发明是一种采用膜技术的酸废水处理装置,以及采用该处理装置的 污水处理方法,能够应用于含金属Fe离子的高浓度盐酸污水处理的行业当中,也可应用于 其他行业如冶金行业的污水处理,如医药行业的废水处理,又如化工行业的废水处理等。由 于处理后的产水水质能够满足建设部的生活杂质用水水质标准,可直接室外进行排放或用 于非饮用市政杂用水进行回收处理,给企业能够带来巨大经济效益,同时给环境也减轻压 力,利国利民。
[0122]以上仅为本发明的具体实施方式,在本发明的上述教导下,本领域技术人员可以 在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白,上述的具体描 述只是更好的解释本发明的目的,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1. 一种采用膜技术的酸废水处理装置,包括污水处理池,所述污水处理池中设置有膜 组件单元,通过所述膜组件单元过滤酸废水,其特征在于,所述膜组件单元包括承压外壳, 所述承压外壳内设置有多根外压式膜管,所述承压外壳两端分别设置有进水口和出水口, 所述外压式膜管包括支撑层,所述支撑层外部设置有分离层,所述分离层采用多功能石墨 烯/高分子复合材料透水膜。
2. 如权利要求1所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述污水处理池中的酸废水处于 循环流动状态,所述外压式膜管的轴向与所述酸废水的流动方向平行设置;所述污水处理 池中的酸废水循环流速为40-80cm/s,所述污水处理池中的酸废水温度为50-70°C。
3. 如权利要求2所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述污水处理池中的酸废水循环 流速为40cm/s,所述污水处理池中的酸废水温度为65°C。
4. 如权利要求1所述的酸废水处理装置,其特征在于,酸废水经过滤后在所述外压式膜 管内部形成水蒸气,所述膜组件单元的出水口通过管道连接至换热器,所述换热器通过管 道连接冷凝装置,过滤得到的水蒸气从所述外压式膜管中输入至换热器,在所述换热器中 被冷却液化后排出。
5. 如权利要求4所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述换热器通过管道连接至储水 槽,所述储水槽通过管道连接负压系统,所述负压系统可提供-〇. 〇93MPa至-0.098MPa之间 的负压,所述负压系统使得所述外压式膜管、换热器以及储水槽内部形成负压。
6. 如权利要求5所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述冷凝装置中冷却液的温度< 20°C ;所述换热器中,在负压-0.093MPa以下时,饱和水蒸气的露点彡20°C。
7. 如权利要求5所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述负压系统连接所述储水槽的 管道接口位于所述储水槽顶端,所述负压系统连接所述储水槽的管道中设置有分子过滤 筛,阻止水分子进入所述负压系统中。
8. 如权利要求5所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述储水槽内设置有上、下两个 开关阀门,上下两个开关阀门之间为储水腔,所述上开关阀门位于负压接口以下的位置;在 排水时关闭上开关阀门,开启下开关阀门,在储水时关闭下开关阀门,开启上开关阀门。
9. 如权利要求6所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述负压系统可提供-0.095MPa 至-0.098MPa之间的负压,所述冷凝装置中冷却液的温度为-5°C至18°C。
10. 如权利要求1所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述污水处理池设置有水循环 管道,所述水循环管道具有进水口和出水口;所述污水处理池内设置有加热器对酸废水加 热升温;所述水循环管道的进水口设置在靠近所述污水处理池底部的位置,并且远离所述 加热器,所述水循环管道的出水口设置在靠近所述污水处理池顶部的位置,并且靠近所述 加热器。
11. 如权利要求4或10所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述换热器中设置有换热 片,所述换热片表面涂覆有石墨涂层;所述加热器中设置有螺旋形加热丝。
12. 如权利要求1所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述膜组件单元外部安装有过 滤罩,所述过滤罩上设置有多个蜂窝孔,或者所述过滤罩为格栅状。
13. 如权利要求1所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述分离层以平卷或螺旋卷的 结构包裹在所述支撑层上,在接缝处以环氧树脂或聚氨酯粘接,或者热压焊接。
14. 如权利要求1所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述承压外壳包括圆形筒体,所 述圆形筒体两端分别设置有上端盖和下端盖,所述进水口设置在所述下端盖上,所述出水 口设置在所述上端盖上。
15. 如权利要求14所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述外压式膜管沿所述圆形筒 体的轴向设置在所述圆形筒体的内部,所述外压式膜管两端分别粘结在所述圆形筒体的两 端。
16. 如权利要求14所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述上端盖上还设置有浓缩液 出口,所述圆形筒体上设置有预留口。
17. 如权利要求1所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述支撑层材质为PE、PES、 PVDF、PVC、PP或陶瓷;所述承压外壳的材质为PVC、PP或ABS。
18. 如权利要求1所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述支撑层采用PE烧结膜管;所 述外压式膜管内径为6-25mm,外径为12-34mm;所述多功能石墨稀/高分子复合材料透水膜 的孔径<〇· Inm0
19. 如权利要求18所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述外压式膜管内径为12mm, 外径为19mm。
20. 如权利要求1所述的酸废水处理装置,其特征在于,所述分离层承受的压强不小于
0.5MPa,导热系数不小于0.5W/mK,耐热温度为200°C。
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